2021-4-10 | 教育教學論文
1998年國家教育部對本科專業進行了調整,將過去的供熱通風及空調工程專業(以下簡稱暖通專業)與燃氣工程專業合并為建筑環境與設備工程專業(以下簡稱建環專業)。過去暖通專業的教學內容主要是涉及建筑本體的供熱、通風及空調制冷系統的設計、運行、施工、管理等,如今新專業要求對建筑內部各個環境進行綜合了解,包括建筑的水、暖、電、光、聲、能環境。調整后的建筑環境與設備工程專業應培養具備室內環境設備系統及建筑公共設施系統的設計、安裝調試、運行管理能力和特殊環境及其設備的研發能力的高級工程技術人才。[1]
因此新專業的成立意味著專業內涵的拓寬和對專業人才培養的更高標準,這必將帶來專業課程建設和人才培養方面的變革。
流體力學是建環專業最重要的專業基礎理論課之一,這門課程不僅理論性強,而且與工程實踐結合緊密。該課程的教學質量好壞直接關系到學生后續專業課程的學習,甚至影響到他們就業后對專業知識的靈活運用。專業合并后的建環專業的課程體系也相應發生了變化,流體力學課程的教學改革也勢在必行,這關系到學生綜合素質的培養,是當前專業教學改革的重點。
一、當前教學過程中存在的問題
1.學生學習興趣不高
提到力學,多數學生會覺得很難,這種先入為主的感覺會使學生對這門課程產生很大的抵觸情緒,不愿意學。再加上同時開設的工程熱力學和傳熱學等重要的專業基礎理論課,越發加重了學生的學習任務。另外,流體力學課程習題量大,需要學生花費大量課余時間復習和做題,就更加影響學生對這門課的學習興趣。因此如何幫助學生克服對本課程的畏難情緒,激發他們學習流體力學的興趣,是提高教學質量的首要因素,也是教學改革的目標之一。
2.教學方式單一,課堂氣氛死板
現在是信息社會,對人才的要求很高,這就要求教師在教學過程中按照“厚基礎、寬口徑、高素質”的目標[2]進行專業人才的培養,這對傳統的黑板加粉筆的教學方式是一種挑戰。另一方面,隨著課時與學分制的掛鉤,學時被普遍壓縮,這也給課堂教學帶來很大的壓力。眾所周知,傳統的教學方式把很多時間用在了繪圖和板書上,無形中縮減了教與學的時間,教師要想在規定的時間內完成教學大綱規定的教學內容,就必須加快講課節奏,刪減授課內容,或者占用習題課或實驗課的時間,這些都將導致這門課程的信息量不夠,而且學生也沒有機會及時消化所學的理論知識,更談不上舉一反三了。同時,“一言堂”式的教學方法使得課堂氣氛死板,學生對課程的學習興趣銳減,也影響了教學質量。
3.理論教學與實驗教學的脫節
在流體力學的教學過程中,實驗環節起著不可替代的作用。實驗教學不僅可以培養學生的動手能力,幫助學生更好的理解理論知識,而且可以啟發學生對理論知識的創新性應用[3],很多學校不重視實驗課的教學,實驗教學完全放在理論教學之后甚至放在考試之后集中完成,大大降低了實驗教學的作用。
二、課程教學改革的基本內容
1.傳統教學方式與多媒體相結合
在現在的流體力學教學中,黑板加粉筆的教學方式是很多高校教師仍然采用的教學方式。這種方式對于公式的推導、例題的計算效果很好,但是在流體力學的教學中需要輔以很多圖片,如果全用板書來講,必然花費很多時間。傳統的教學方法無法滿足教師在教學中的信息量,當然也不能完全脫離板書,畢竟公式的推導,例題和習題的講解用板書的效果要優于多媒體。在講緒論部分內容時可以介紹流體力學的發展史及流體力學在現實生活和工程實踐中應用的實例,如果單純用板書講,會很枯燥,達不到啟發學生學習興趣的目的,如果輔以多媒體,結合圖片、短片、動畫來講就會有很好的效果。所以筆者認為,應當將傳統的教學方式與多媒體教學方式很好的結合起來。
2.理論知識與專業知識相結合
流體力學這門課程不僅理論性很強,而且和工程實踐結合的非常緊密。該課程是后繼專業課程的重要理論基礎,所以將相關專業知識穿插在流體力學課程中進行介紹有很多好處。首先,可以幫助學生加深對專業的理解。流體力學課一般在第五學期開設,此時學生已結束公共基礎課的學習,開始了專業基礎課和專業課的學習。調查表明很多學生此時對專業還處在迷茫的狀態,不知道建環專業具體是做什么的,自己將來能干什么。在流體力學課程的教學中采用理論知識與專業知識有機結合進行講解的授課方式可以幫助學生在學習理論知識的同時加深對專業的了解。再者,學生了解了專業也就有了學習的方向和動力,自然有助于提高學生對流體力學課程的學習興趣。比如在講授流體的熱脹性時,介紹采暖系統膨脹水箱的作用及系統膨脹水量的計算方法,使學生既掌握了液體熱脹性的計算公式,又了解了自然循環采暖系統的基本原理。再比如,在講授伯努利方程的應用時,可以介紹水泵揚程的計算方法和建環專業水泵的適用場合,使學生明白水泵是建環專業最重要的設備之一。在學生學習管網計算基礎這部分內容時,可以結合采暖系統和給排水系統或消防給水系統同時學習,畢竟這些系統在北方城市是到處可見的。在介紹氣體射流知識的時候可以結合空調房間的氣流組織進行介紹等等。
3.理論流體力學、計算流體力學與實驗流體力學在教學中的結合
研究流體力學方法有理論分析的方法、數值分析的方法和實驗研究的方法,在流體運動規律的研究中,三種方法相輔相成。但是在教學中,我們往往更多的是強調理論的重要性,而忽視了計算流體力學和實驗流體力學對理論學習的幫助。應當充分將計算流體力學和實驗流體力學的部分補充進來,這樣才會使整個課程內容豐滿,也可以擴寬學生的知識面,培養其解決問題的能力。
(1)理論流體力學與計算流體力學相結合隨著計算機技術的迅猛發展和數值計算技術的不斷提高,計算流體力學(CFD—ComputationalFluidDynamics)技術得到了空前的發展,CFD技術可以在短時間內模擬流場內的溫度、速度和壓力的分布情況,可以較好地模擬流體的流動過程和傳熱過程以及污染物的擴散過程等,因此被廣泛應用在各行各業。建環專業涉及大量與流動相關的問題,因此也不例外。可以用CFD技術模擬空調房間的氣流組織和溫度分布,模擬水和空氣在管道內的流動情況,模擬火災時建筑內煙氣的流動規律。在CFD領域,目前世界上最具有代表性的計算商用軟件有PHOENICS(英國)、CFX(美國)、FLUENT(美國)、STAR-CD(日本),這些軟件均采用經典的流體理論和通用流體計算程序作為模型的核心,并提供豐富的計算方法處理湍流流動,具有強大的前后處理功能。