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關鍵詞:高等職業院校;物流管理;質量保障體系
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-0118(2012)12-0114-02
高職院校物流專業教學質量保障,實質上是關注提高教學質量的條件性保障,而非簡單的、高高在上的監控評價。在眾多的條件性保障中,居于關鍵地位的是教學質量觀的保障,即教學質量管理的理念、思想和價值觀。沒有科學的教學質量功能和思想體系,教學質量保障就無從談起,甚至是一種南轅北轍的保障,會造成教師的壓抑、憤怒,產生隱性抵制。
一、高校物流管理專業在教學質量保障體系構建方面暴露的問題
近年來,很多高校物流管理專業在教學質量保障體系構建方面暴露出一系列問題,具體表現在以下幾方面:
(一)實踐教學管理工作不到位
目前,大多數高校沒有設置專門的機構來負責物流管理實踐實訓項目,缺乏具體的校內外實訓基地管理制度以及與企業合作的具體機制;在具體的實訓項目中,學生實訓前缺乏清晰明確、可操作性強的任務書,實訓后的評價僅停留在形式上,甚至沒有具體實習單位的評價意見,缺乏系統的考評體系
(二)培養目標定位不明確
由于物流管理專業是我國高校新興熱門專業,一些高校為了搶抓發展機遇,在物流管理專業培養方案制訂過程中缺乏充分的社會調研和論證,致使專業培養目標及課程的教學目標不夠明確,尤其是實踐環節不足,實踐教學內容與實踐教學條件跟不上專業發展,造成學生知識結構、技能水平不能適應市場需求。
(三)對“雙師型”教師隊伍建設的重視度不夠導致了專業操作技能式教學內容不完善
專業操作技能式教學包括認知實習、校內實訓、校外實習和畢業設計等環節。但通過調研發現,多數高校物流管理專業的實踐教學內容、場地與師資不足,實踐教學內容體系設計不合理,存在“形式主義”現象。缺乏“雙師型”教師導致了校內實訓環節中學生缺少參與機會和被指導的機會;畢業頂崗實習多屬“放羊式”,讓學生自己聯系單位,自主實習,既沒有統一組織,又無跟蹤指導,實踐教學效果差。
綜合上述,當前物流管理專業教學質量保障體系還不完善,并不能很好地鍛煉和培養學生的創新精神和實踐能力,可以說教學質量水平不佳。為此,采取具體方法完善物流管理專業教學質量保障體系,保證本專業教學質量,十分重要。下面就針對以上問題,對如何構建一套完善且行之有效的物流管理專業教學質量保障體系進行探索和研究。
二、如何構建一套完善且行之有效的物流管理專業教學質量保障體系
(一)增強高等職業物流專業教學質量監控體系建設
健全組織結構,完善規章體制由實訓科、督導室、教學與科研室構成三級監控組織,根抓施(實際的行為)質量監控。實訓科是實訓教學的組織機構,根據實訓教學籌劃具體組織安頓學生的實訓內容;督導室是監控執行的中心,履行督促檢查、組織協調、研究、反饋等職能;教學與科研室是實施(實際的行為)教學及辦理的實體,也是實施(實際的行為)教學質量監控最直接、最關鍵的組織機構。并且,要保障實訓教學質量,還一定有一套完善的辦理規章體制。要完善和補充現有的教學質量監控體系的各項規章體制,提升教學質量評價體系在整個教學評價體系中的比重。
(二)完善物流專業及專業群教學評價監督體系建設
物流流管理專業的操作性和實踐性很強,為了保證教學質量,確保教學體系按預定方式運行,必須形成一套完整、科學、實效的評價監督體系。應主要由學院專業實踐教學指導老師和企業的相關專家組成,形成定期地由學生自評、企業指導老師評價、學校指導老師評價的評價體系。同時要注重事前與事中的監控與評價。既要對理論教學和實踐教學過程實行全程督導監控,及時發現問題,又要通過學生的職業技能狀況、企業對學生工作表現,以及學生就業情況的反饋,研究教學管理存在的問題,進而提出解決問題的方案,充分發揮評價監控作用,保證物流管理專業實踐教學考核體系的有效執行,促使物流管理專業實踐教學體系持續健康發展。
(三)加強“雙師型”教師隊伍建設
高職院校物流專業教師對自己教學質量的衡量標準,就是能否將物流專業知識心理學化,能否有恰當的設計、科學的施教,從而形成學生的應用能力,這對高職院校的教師顯得尤為重要。
教學師資隊伍是開展教學的重要保證,也是拓寬實踐教學的基礎。高職物流管理專業的教學質量保障體系要求指導教師既要具有一定的專業理論水平,又要有較強的實踐操作技能,具備“雙師型”素質。沒有高素質的“雙師型”實踐教學師資隊伍,實踐教學的教學質量得不到保證,教學的任務和目標也就不可能完成。在實際工作中,應在以下方面繼續努力:一是堅持教師持證上崗,要求實踐教學物流指導教師必須有相關職業資格證書;二是聘請物流企業經營管理人員擔任實踐指導教師,發揮兼職教師的互補作用;三是選派專業教師定期到物流企業掛職鍛煉,提高教師的創新能力與實踐能力;四是進行人事制度改革,改變傳統的學術型教師考核評價體系,鼓勵專業教師深入物流企業一線,參與經營管理。
(四)制定物流管理實踐教學體系
實踐教學是高職院校培養技術應用型人才的關鍵教學環節,也是衡量一所院校辦學水平的重要因素。物流管理實踐教學體系是圍繞物流管理專業人才培養目標,通過課程和實踐教學環節的合理配置,建立起來的與理論教學體系相輔相成的教學體系,由目標體系、內容體系、管理體系和保障體系等部分有機構成,貫穿于物流人才培養的全過程。它既是培養學生綜合運用所學的物流管理理論知識和技能,分析解決實際工作中各種問題能力的有效方法,也是對學生學習效果進行全面綜合考核的重要方式。現代物流業的快速發展,不僅要求高職院校培養的物流管理人才有很強的技術性,而且也要求有很強的職業性。科學有效的實踐教學體系是高職物流管理人才培養水平提高的有力保證。
總而言之,從增強高等職業物流專業教學質量監控體系建設完善物流專業及專業群教學評價監督體系建設,師資隊伍建設和實踐教學建設等方面入手,建立高職物流專業質量市場調節機制,用市場力保障高職物流專業教學質量。高職物流專業教學質量保障機制,要以市場機制為核心。高職院校要對物流專業畢業生質量進行監控,將人才培養質量作為衡量一所高職院校水平的重要指標,用畢業和就業率、高職院校對社會的服務、社會對高職院校物流專業畢業的歡迎程度等來約束高職院校提高自己的專業優勢、社會聲譽與人才質量。用市場來檢驗高職院校物流專業教學質量,促進物流專業及專業群教學質量保障體系建設。
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關鍵詞:流體力學;教學改革;探討
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A
流體力學是一門研究流體運動基本規律以及流體與物體之間的相互作用力的學科,它作為一門嚴密的且應用面很廣的專業基礎學科,是以數學、物理學為基礎發展起來的,也是土木、機械、動力、水利、環境等學科的一門技術基礎課程。改革開放以來,雖然各院校在該課程教學實踐中都積累了豐富的經驗并取得了不少成果,但是在該課程建設中仍存在著許多問題。論文結合教學現狀,從學生興趣培養、教學方法改革以及師資隊伍建設三方面探討提高流體力學教學水平的方法。
一、 流體力學教學現狀
流體力學是一門主要研究流體平衡和運動規律及其實際應用的技術科學,具有理論性強、工程實際應用廣、概念和方程較多且易混淆、對學生高等數學知識及綜合分析和處理問題能力要求較高等特點。流體力學建立在理論、計算、實驗三大技術手段之上,是化工、土木、機械等眾多學科或專業的基礎學科。另外,流體力學在環境工程設計和實際工程中也有著廣泛的應用,是水處理設備設計與應用的必備知識,以及生態分析的重要理論基礎。同時,流體力學是環境工程與其他學科體系溝通的橋梁,這個橋梁作用是其他基礎課或專業課無法替代的,直接影響到環境工程學科體系的完善性。因此,提高流體力學課教學質量,使學生學好本門課程,培養學生分析問題的能力和創新能力,對流體力學課程教學進行改革以適應學科發展顯得十分必要。
目前國內院校的流體力學課程教學過程大體可歸納為“課前預習、課堂教師講授、實驗室實驗、課后教師評閱”的四段串行模式。實踐證明,這種傳統的教學模式在強化理論教學成果以及動手能力的培養方面效果比較顯著,然而在創新意識培養方面卻收效甚微。原因在于:①理論教學中注重經驗理論與公式的講解,而公式多且乏味,導致教師難教,學生難懂,課堂教學缺乏生動性。另外,本科流體力學理論教學模式多為填鴨式教育,對學生而言,流體力學課缺少客觀體驗,理論抽象,不易理解,而由此帶來了一系列的問題是現在流體力學課程教學的主要障礙;②目前,大部分院校的流體力學實驗教學多采用傳統驗證性實驗,每一學生進行的實驗完全相同,教師由實驗報告的數據評定實驗成績。雖然實驗有利于增進學生對理論知識的理解,但此手段不能激發學生的積極性,無法體現學生的主體性,也不能培養學生的創造性[1]。由于實驗教學內容多數為驗證性實驗,在按既定的理論知識和實驗方案實踐的過程中,學生所得到的主要是從理論知識到實踐成果的收獲,而教師的作用主要是理論知識的傳授,具體實驗的演示、引導與糾錯,甚至有時會耳提面命,因此學生作為學習主體的創造性很難有機會得到展示。
因此,采用一種有效的教學方法進行流體力學理論和實驗教學的改革,激發學生的學習積極性和主動性,以提高流體力學課程教學質量,并對相關專業產生積極的影響,從而促進學生創新性的培養非常有必要。
二、 培養學生對邏輯思維的興趣
學生對任何概念和公式的形成、理解有一個過程,而在流體力學中,這些概念、公式又較為抽象,要求學生具備較強的邏輯思維能力,因此,根據學生掌握知識的快慢,耐心引導學生進行邏輯思維,培養學生對邏輯思維的興趣,使他們產生對邏輯推理的愛好,就成為教學中的關鍵。例如,流體力學中的三大方程――連續性方程、動量方程和能量方程需通過輸運公式逐步推導而來,如此的教學安排便使知識較為系統、連貫、緊湊,并有利于認識各個方程的物理意義。而輸運公式的推導由于邏輯性較強,講授時就需要花費較多的學時和精力來理清邏輯思路,理解每一步推導中的物理含義和數學要領,使學生對輸運公式有一個清晰準確地理解。最后,將輸運公式中的物理量換成質量、動量、能量即可得出連續性方程、動量方程和能量方程,如此便形成了較為完整的邏輯演繹體系。此種方式不僅使理論教學更加清晰明了,而且會使學生對將要學習的知識接受產生極大興趣,具有更加強烈的探索感和求知欲。
三、 教學方法探討
教學方法作為聯結教師和學生的重要紐帶,在提高教學質量方面起著重要的保證作用。為了更好地適應學科發展要求,工科“流體力學”課程方法的改革勢在必行,作者結合自身多年的教學經驗,針對該課程特點,認為應該在以下幾個方面進行課程教學方法改革。
(1)重視緒論課的作用
部分教師認為緒論課僅是對流體力學的簡單介紹,作用不大,所以對緒論的授課過程照本宣科、枯燥無味。其實緒論課對整個教學活動的成功與否起了至關重要的作用,它不僅是學生了解流體力學課程的窗口,也是教師教學水平的第一次展示。
講授緒論課的較好方法是介紹流體力學的成就、發展方向、廣闊前景及其在國民經濟中的重要作用等。教師要注重講解流體力學知識在工程中的應用,特別是教師自己承擔的科研項目,以展示流體力學在科學和工程技術中所取得的輝煌成就[2]。例如,通過介紹流體力學理論在“神舟號”系列飛船上的廣泛應用,使學生明白流體力學這門相對古老的學科還具有旺盛的生命力;通過介紹美國華盛頓州的塔科馬懸索橋在1940年秋天的大風中倒塌的例子,說明在實際工程中忽視流體力學會造成巨大的災難[3]。另外,流體力學的發展史對于激勵學生的學習熱情也有著非常重要的作用。在上課的同時,要善于借助互聯網,及時的將一些重要理論的發展過程、重要研究成果展現在學生的面前[4]。
(2)從實例中引出教學內容
流體力學雖有概念多、邏輯性強、理論上較難理解的特點,但卻與生活和生產實際密切相關。在具體教學內容的講解過程中,穿插一些生活中的現象,并結合課本中的理論“雙管齊下”,利用學生求趣、求新、求知的心理,引導學生學習并掌握教學內容。例如,在講流體粘性時,比較水的粘性和油的粘性;在講流體靜力學知識時,可講一些水庫垮壩事件,主要是設計時有缺陷和施工存在著質量問題,不能承受水對壁面的靜壓力。另外,還可以進行一些相關事例的延伸,如是否建設三峽工程時流體力學專家的爭論,通過分析得到的建設三峽工程必要性的結論等,使學生切實體會到學好流體力學的重要性[5]。利用這些鮮活的事例,使課堂教學更生動、更有意義。
(3)師生互動,培養良好學風
調動學生主動的學習,培養學生良好的學風,提高學生綜合素質,是加強流體力學教學效果的重要條件。作者在每次講課后都會對本次課程的內容進行總結,然后下次課隨機抽取部分學生回顧上次課的內容,并讓其他學生作出補充和建議。在課堂上,多為學生提供隨堂練習的機會,師生互相之間進行探討和思考,針對練習中的問題講解做題思路和方法,給予糾正和補充。這種授課模式充分調動了學生的主觀能動性,課堂氣氛活躍,有利于拓寬學生的思維深度,查漏補缺。學風對于任何一門課程教學的成功與否都起到了非常關鍵的作用,所以從第一堂課、第一次作業就要嚴格要求學生,對作業的批改做到一絲不茍,指出其作業中的各種問題并要求其修改。例如,要求學生對作業中的每道題,在解答時必須寫出已知、求解,并畫出相應圖示,這些小細節可以幫助學生以簡明的方式加深理解題意,取得了較好的效果。
(4)重視實驗教學
流體力學按研究方法可以分為理論流體力學、實驗流體力學和計算流體力學。實驗流體力學是理論流體力學發展的基礎,是計算流體力學的檢驗依據。因此,實驗教學在流體力學教學中有著極其重要的地位。流體力學中的公式繁多,難以記憶,難以理解,通過實驗可以加強學生對公式的感性認識,有助于學生深刻理解公式和概念的物理意義。例如,在講解伯努利方程意義的時候,單從公式上講解并不形象,通過能量方程實驗,可以使學生非常直觀的理解伯努利方程中每一項對應的意義。對于沒有開的實驗課,通過在網絡上收集照片、視頻等展示給學生,也可提高學生對理論知識的理解[6]。
(5)傳統教學方式和多媒體技術互補
過去,流體力學課程在教學手段上采用板書教學,這種方式能夠在教師的書寫和同步的講解中促進學生的積極思維與參與意識,但對教學內容中比較抽象的概念、復雜的流動現象和流動規律,很難用語言和文字準確、形象地描述。多媒體教學最大的優點是形象、生動、具體、直觀、易于理解且信息量大,但也有不能突出推導過程和思維、學生對知識的掌握比較膚淺的一些弊端。將傳統教學方法和多媒體技術綜合應用于教學過程是一種很好的方法,在講授偏重于推導過程的內容時采用傳統授課方式,而講授直觀形象的內容時采用多媒體教學方法,做到取長補短、優化組合,會獲得較好的教學效果[7]。
四、師資隊伍的建設
為適應素質教育的需要,教師不僅要掌握先進的教學手段,而且要努力研究實施素質教育的教學方法。在實際教學過程中,要靈活應用各種教學方法,并且要善于歸納總結教學經驗,虛心向有經驗的教師請教,同時要高度重視學生的反饋信息,不斷調整自己的教學思路,只有這樣才能逐步提高自己的教學水平。社會發展對教師的自身素質提出了更高的要求,教師要明確教學水平的提高和發展是一個畢生的過程,教師應該不斷開闊視野,更新知識體系,才能形成對流體力學更深層次的理解和認識。
五、 結論
論文結合流體力學教學現狀,從學生興趣培養、教學方法改革及師資隊伍建設三方面論述的教學方法,將教與學有機結合起來,使枯燥的流體力學課堂變得生動活潑,多方面激發學生的主動性、積極性及創造性。將上述方法運用于教學實踐后發現,該方法能夠有效的提高流體力學課程的教學效果。
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關鍵詞:流體力學;課程教學;課程考核;改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)17-0091-03
《流體力學》是我校環境工程專業一門重要的基礎理論課程。流體力學是應用力學的一個分支,它以物理學為基礎,力學為依據,以數學、科學實驗及計算機為工具,研究流體平衡和運動的基本規律,以及流體與固體的相互作用力。作為一門實用的工程科學,流體力學有比較完整的體系,它不但可以獨立解決一些工程實際問題,而且可以為學習多種工程專業課打下必要的基礎。其任務在于使學生掌握流體力學的基本理論、基本計算方法、基本實驗技能以及在工程實際中的初步應用。通過該課程的學習使學生初步具備分析和解決實際流體力學問題的能力,并對后續專業課程的學習以及將來從事相關專業的工作和科研打下良好的基礎。多年來,流體力學的教學內容主要是經典的流體力學理論和傳統的實驗分析方法,偏重于理論分析,教學內容比較抽象和單一,不能反映當前流體力學學科發展的趨勢,不利于拓寬學生的知識面、提高學生的學習能力和創新能力。具體可以概括為以下幾點:
1.流體力學的教學大綱不適應高等教育改革發展的需要,對教學目標和教學基本要求的定位不準,與培養目標的要求不太一致。
2.流體力學教學與環境工程其他專業課程結合不緊,導致許多畢業生在從事環境工程過程中感覺到流體力學對環境工程的指導作用不明顯。
3.流體力學中的部分概念與化工原理中的內容相重復。
4.流體力學教材中缺乏反映近代科技成果的新內容和流體力學的新發展,與現代科學技術的發展聯系不緊密。
5.教學方法和教學手段沒有考慮到學生主體。
6.流體力學教學中沒有引入演示實驗,將其中抽象的物理過程和物理圖像形象化、直觀化,學生不容易深刻理解和掌握。
7.成績評定形式單一,不能全面地考核學生所學知識和綜合運用知識的能力。考核形式基本上是通過學期末的一次性閉卷考試完成,試卷題型也大都為考察課程主要知識內容點的選擇題、填空題、計算題、證明題等,這種考核形式有引導學生死記硬背的傾向,缺乏對學生綜合應用能力與創新能力的考核。
這些問題的存在導致在學生心目中,流體力學似乎沒有其他專業課重要,是一門可學可不學的課程。因此,傳統的教學大綱、教學內容、教學方式、成績評定不能適應流體力學教學的需要,必須進行適當地改革,構建面向工程的教學體系,注重實踐環節訓練,搭建能力培養平臺,建立更科學的考核機制,以適應形勢的變化發展。目前,我國高校所使用的流體力學教材主要有毛根海編著的《應用流體力學》、李玉柱、苑明順編著的《流體力學》、丁祖榮編著的《流體力學》、汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》。我校選用汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》作為指定教材。2012年,在認真梳理流體力學、化工原理及環境工程相關學科教學內容與環境工程專業培養目標的基礎上,對流體力學教學大綱進行了修訂、對教學手段進行改進,制作完成了與汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》相配套的多媒體課件,并在教學中投入使用,取得了良好的教學效果。
一、修訂教學大綱
根據環境工程專業培養目標修訂原有的教學大綱,使教學目標的工科特色更加明顯。
二、改革教學內容
1.刪減與化工原理重復的內容,對這部分知識點,把講授的重點放在深化和提高上。
2.將流體的物理性質、靜力學、動力學、水頭損失和水力計算作為教學的重點。
3.大幅增加適應環境工程實踐需要的內容,引入一些環境工程案例,讓同學們未進入社會就能體會到流體力學對環境工程的指導作用
三、改革教學方法
新生入學開始就召開師生見面會,讓學科負責人講解專業培養方案,有經驗的教師教授如何進入大學里的學習狀態,引導新生盡快適應大學的教育環境和人文環境,樹立全面人才培養的理念以及與之對應的教學模式、考核體系等內容。讓新生對自己的大學生活作全局規劃,從獲得知識、提高專業技能的方式方法上不斷開拓思維,尋求自己的努力方向。改變傳統的“注入式”傳授知識的教學方法,采用注重培養實踐能力的教學方法,針對具體教學內容,靈活采用內容講授、課堂討論、雙向交流、問題思考、習題訓練、器材設計與制作、企業觀摩考察等多種形式,使學生能較好地掌握流體力學的基本概念、基本規律,掌握分析解決流體力學問題的方法和思路,并使解決問題的能力得以提高。每次上新的章節時,先提出一些與環境工程實踐密切相關的問題,然后告訴學生這一章節要學習的內容,通過這些內容的學習,就可以運用所學的相關知識解決這些實際問題,讓學生帶著問題學習,就不會盲目地學,激發學習的興趣。如在流體的物理性質一章導入的階段提出“為什么經驗豐富的司機,總是要發動機預熱一段時間后才開始行駛”?在流體靜力學章節以“為什么點滴吊瓶的液體逐漸減少時而藥液的流速卻不變”?流體動力學中以“為什么飛機的頭部有一根長長的針狀物”等來導入。學完一個章節后,再告訴他們由于課堂教學時間有限,還有很多問題的解決需要更多的知識,引導大家自學。特別是課程教學已經過半以后,學生的基本流體力學知識有些儲備后,要鼓勵、啟發、指導有興趣的同學做一些拓展性的學習和思考,參與老師的科研或自己做些發明創造,如教學模具、實驗器具等科技作品,培養學生的創新能力和解決實際問題的能力。這時我會帶些有興趣的同學到污水處理廠、環保科技公司去參觀考察,了解企事業的技術需求和科技難題,和同學們一起思考探索問題的解決方案。針對流體力學中的概念和規律比較抽象和枯燥的特點,采用多媒體輔助教學與傳統教學方式相結合的教學手段,綜合運用圖像、文字、動畫等展現圖文并茂的教學內容,運用視覺效應加強教學效果、擴大知識面。例如,流體動力學章節中講述流線的性質時,我引入草原上的老鼠在夏天躲在洞穴里納涼的圖片。洞穴靠下風口堆了一個土包,外面涼爽的風能吹進洞穴,若下風口沒有土包,涼風進不去。以這種生動的形式展現課程內容,而不是簡單地播放幻燈片。學生不僅學到了知識,而且感受到知識的生動有趣性。對于重點內容,要嚴格進行板書推導,一方面有利于學生理清思路;另一方面,有利于培養學生嚴謹的科學作風,不能簡單地把熱熱鬧鬧當做生動有趣。對一些工程或生活中碰到的案例或常識,也不太容易做課堂實驗時,可以通過一些課件來模擬。將理論知識與視頻、動畫、工程案例、生活常識相結合,調動了同學們的學習激情,使其從被動式聽課轉變為主動式欣賞知識。如在流體動力學章節,我引入了美國南北戰爭時期的彼得斯堡戰役的一段視頻:講述一個叫普萊曾茨的士兵,運用流體力學知識解決地道通風的問題,巧妙地將叛軍的防御陣地炸毀。這些視頻、動畫、案例中的氛圍、情景不僅啟發了他們的思維,更讓他們享受到聽課的樂趣,激發了其學習的積極性。
四、引入演示實驗
整合現有的實驗中心、環境工程實驗室、環境科學實驗室的資源,自行搭建或購置一些演示實驗裝置,將演示實驗引入流體力學課堂,使流體力學中抽象的物理過程和物理圖像變得形象、直觀和可信,使教學內容更有表現力,便于學生深刻理解和掌握。若暫時沒有條件,也要積極引入一些相關實驗或實例的視頻,播放給同學們學習。如伯努利方程式是流體力學教學中的一個難點,非常抽象。因此,在學習這部分內容時,我就在課堂上做些表面上看起來匪夷所思的實驗,但卻可以用伯努利方程式很容易解釋這種現象。例如嘴用力吹一個漏斗,乒乓球而不落地。學生非常驚詫這個現象,立刻想知道為什么會這樣,學習的積極性立刻被調動起來。然后在黑板上畫出示意圖,再用伯努利方程式解釋,學生就會理解透徹、記憶深刻。
五、加強素質拓展
鼓勵學生積極與工程、生活、生產實際相結合,制作小發明小創造,參與科學研究、社會調查等。如在教學過程中,我多次組織學生參與各類科研論文大賽、發明大賽,取得了不錯的成績。通過這些鍛煉,不僅加深了學生對課程的理解,更重要的是培養了學生的能力,增強了學生的自信心。積極組織學生參與本科生創新創業訓練計劃、優秀畢業論文培育計劃、大學生科研論文大賽、大學生專利發明大賽以及環境與健康協會等;參與污水處理廠、環保部門、環保企業及各類生產單位的科研、生產工作。通過創建實習基地、培訓基地、現場調研、技術咨詢、項目合作等形式,獲得與流體力學有關的技術難題。再以這些問題為范例,通過現場考察、技術交流、故障診斷、問題分析、解決方案、實施效果等環節,供學生學習參考。不僅解決了工程實際問題,而且開闊了學生的視野。讓學生預先進入工作角色,以業務需求帶動求知欲望。只有在實際工作中,學生才能對專業知識的應用、交叉學科之間的作用以及教學科研的關系有越來越明晰的認識,對于專業課程的學習重點、專業知識的獲取有更明確的思路。
六、改革考核方法
教學內容、教學方法與教學手段的改革,必須與課程考核方法的改革相配套。為了提升考核環節對于人才培養的支撐度,推動教學理念與內容、方式與方法的變革,切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用,我校于2011年制定了本科生課程考試管理辦法,2013年制定了全面提高本科教學質量的實施意見,2014年學校啟動教學考核改革試點工作,《流體力學》是我校第一批立項的課程考核改革試點課程。在新的考核方案中,我更加注重學生對基本概念、基本規律的理解,學生分析、解決實際問題的能力。實行過程化考核、多種形式的考核。全面考察學生對知識的掌握程度、概括能力和綜合應用水平。可以單元測試時采用開卷考試,期末考試采用半開卷考試,試題有一半是自己出的試題。考核試題中的開發性試題就是用所學流體力學知識解釋、處理日常生活、工程中的現象等。
1.豐富考核方式。緊扣課程目標,選擇能夠全面衡量學生學習效果的考核方式。將筆試、討論、口試、項目設計、調查報告等多種形式相結合,將知識理論識記的考察與分析解決問題能力的檢驗并重,對學生進行系統地評價。
2.強化全程評價。把課程考核貫穿于教學的全過程,將過程評價與終結評價相結合,設計不同階段、不同方式考核的分值比例,對學生的學習效果進行有效評價,改變“一考定成敗”的現象,扭轉“期末突擊死記硬背”的不良學風。過程考核在評定學生綜合素質和能力的同時,加強了對學生學習態度等非智力因素的考察,分課堂表現和課下表現,各占總成績的10%。過程考核成績占總成績的30%,期末考核占總成績的50%。過程考核有章節考核、期中考核和歸納總結考核。章節考核分3次進行,考核形式為開卷,每次5分,滿分為15;期中考核,考核形式為開卷,滿分為10分。每次考核用兩套試題,一半學生用A試題,一半同學用B試題,學生預先不知道自己拿到何種試題;歸納總結能力考核,學生根據自己對課程的把握、見解出一份合適的試卷,教師據此評分,滿分為5分。期末考核的考試形式為半開卷(一張復習紙的開卷考試),試題范圍覆蓋教學大綱,沒有課本中能直接找到的概念性記憶性試題,但又要熟記并靈活運用課本知識,強調知識的綜合應用和實踐運用。題型包括選擇題、計算題、作圖題、項目設計型和開放性試題。建立電子試題庫,實行抽題組卷,實現教考分離。試題庫中有一半是學生出的試題(由教師篩選出優質的試題,或稍作修改),一半為教師出的試題。
3.優化考核內容。以促進學生全面發展為原則,選擇考核內容。在評定學生對基礎知識、基本理論和基本技能的同時,突出對學生分析解決問題、動手能力及綜合素質的考察。采用體現創新特點的考試題型,以適應學科專業與相關行業發展的新要求。堅持合理性原則,考核內容的選擇符合考核課程目標的要求。理論知識考核的重點為課程知識體系中核心要點、基本原理的理解與運用;實踐知識方面突出對操作流程的熟悉程度、實踐結果分析運用能力的檢測;綜合素質方面的考察堅持以能否有效支撐專業發展為標準。課程考核綜合考慮各方面因素,首先是課堂表現,即學習態度,考核實行扣分制,滿分為10分。如上課曠課、玩手機、聽音樂、交頭接耳等,第一次扣1分,第二次扣2分,第三次扣5分,四次以上全扣。其次是作業考核,滿分為10分。作業次數為7,交1次作業得1分,總作業次數分為7;質量分為3,視工整度、正確率給分。
4.暢通信息反饋。考核結果及時上網公布,學生可以查看自己的考核成績,對自己前段時間的學習效果有一個清醒的認識,及時調整學習態度、學習方法,激發學生學習的主動性與積極性。切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用,對教學內容與方式改革的推動作用,對學生學習投入的引導作用,促進本科教學質量的不斷提高。在教學過程中,選擇適當時機向學生征求關于教學方法、考試考核模式等方面的意見或建議,以及前段時間學習的感受,我再根據學生反饋來的信息,及時調整教學方法、手段、進度等,認真處理好教與學的關系。并根據學生的意見、可采納程度、對教學的關注程度進行打分,并計入該門課程的平時成績。
七、結束語
流體力學是一門系統性、理論性很強的應用力學課程,體現了力學、數學、物理等交叉學科在工程中的應用。因此,如何將知識傳授與提高學生應用能力、培養學生科研意識、適應社會需求相兼顧,對于教師自身素質、教學水平和教學方法是一個嚴峻的挑戰。以環境工程專業學生流體力學的工程應用能力及創新能力為目標進行教學改革,并對考核方式、內容、過程和反饋進行配套改革,推動教學理念、方法的變革。加強學生學習的積極性和主動性,對所學知識的理解和應用,真正掌握相關知識,為日后工程,科研和工作打下良好基礎。
參考文獻:
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[2]謝翠麗,倪玲英.工程流體力學本科課程引入CFD教學的探討[J].力學與實踐,2013,35(3):91-93.
關鍵詞:液壓傳動;創新精神;工程實際
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)11-0096-02
液壓傳動技術是融合了流體力學、機械設計、機械原理、電工電子和自動控制等多方面知識的綜合性課程。由于液壓傳動具有機械傳動和電力拖動所不可替代的許多特性,目前液壓傳動技術廣泛應用于工程機械、數控加工中心、自動化生產線等工業生產的各個領域,是工業應用最為廣泛的基礎技術之一。為了實現從制造業大國向制造業強國的轉變,大力發展液壓傳動技術以提升我國工業發展水平,已經成為全社會的共識。目前,液壓傳動技術在各個領域的廣泛應用使得相關技術人才的需求急劇增加,開設“液壓傳動”這門課程業已成為社會發展對機械學科的迫切需求。同時,“液壓傳動”課程具有綜合性和工程性高的特點,通過這門課程的學習,有助于學生將機械工程領域理論與實踐相結合,提高學生創新精神和工程實踐能力。[1]
“液壓傳動”課程作為一門機械學科的專業基礎課程,在河南科技大學本科生教學中已有幾十年的開設歷史。然而,由于過去主要采取灌輸式教學方法,教學效果并不理想。另外,過去的教學內容以理論教學為主,與工程實際結合不緊密,特別是對于代表著液壓傳動技術發展趨勢和發展方向新型液壓元件和裝置介紹較少,授課內容落后于液壓傳動技術的快速發展,對學生的創新精神和工程實踐能力的培養和教育不足。這種情況顯然不能滿足新時期國家對液壓技術人才培養的要求,必須對“液壓傳動”課程的教學進行改革。本文從教學內容、教學方法和考核方法三個方面對河南科技大學(以下簡稱“我校”)“液壓傳動”課程的改革方案和實踐做一介紹,意在相互交流,共同提高。
一、課程內容改革
根據我校屬于教學研究型地方院校的定位和培養工業應用型人才的培養目標,筆者制訂的“液壓傳動”課程的教學目標是:使學生掌握液壓傳動的基礎理論知識,培養學生綜合運用所學基礎理論解決液壓系統實際工程問題的能力。根據這一教學目標,筆者提出了“淡化理論推導,注重工程應用”的課程內容改革指導思想。“液壓傳動”課程教學內容可分為三方面:基礎理論部分、液壓元件部分和液壓基本回路和典型系統部分。
作為“液壓傳動”基礎理論的流體力學是液壓傳動課程學習的難點之一。這部分內容涉及眾多液壓傳動的基本概念和原理性知識,理論性深且內容較抽象,學生理解和掌握較困難。根據我校培養應用型液壓技術人才的培養目標,筆者重新設計了這部分教學內容,將教材中液壓傳動流體力學等理論性較強的內容進行壓縮,著重介紹液壓系統的組成原理,液壓系統中壓力、流量、流態、壓力損失等基本概念,液壓油的性質和選用,以及流體動力學三大基本方程等內容。在講解過程中,不過多追求理論公式的推導,而將重心放在理論公式如何進行實際應用上,突出“學以致用”。這樣既能讓學生理解理論的來龍去脈和如何進行工程應用,又避免教學過程中枯燥繁瑣公式推導,提高了學生學習的興趣和效果。[2]
液壓元件部分是本課程的主要教學內容之一,這部分內容主要結合機械制圖、機械原理等已經學過的知識,重點介紹液壓泵、液壓缸、液壓控制閥的工作原理、結構特點、主要參數。教學中注重聯系工程實例介紹液壓元件的使用和常見故障的分析,并通過液壓元件拆裝實驗進一步增強學生對液壓元件的結構、選型、使用、維護能力的培養。教學中對液壓元件設計相關的性能分析、計算等內容進行刪減,但簡單補充電液比例閥、伺服閥等液壓新技術的內容,使學生了解液壓技術最新發展趨勢和方向,開闊視野,培養興趣。
液壓基本回路和典型系統部分是“液壓傳動”課程中綜合性應用內容,授課的重點是方向控制、壓力控制、速度控制三大基本回路的組成、特點和應用,進而以工程中常見的動力滑臺、液壓磨床等典型液壓系統為例,引導學生掌握識讀機電設備液壓系統圖的方法和步驟。通過液壓基本回路實驗,使學生理論與實踐相結合,初步具備分析液壓回路的能力,深入理解液壓基本回路的構成、使用和調整過程。同時,給學生介紹常見液壓設備的使用、常見故障、設備維修方法,培養學生的工程實踐能力。對于液壓系統設計計算等內容則因應用較少而進行刪減。
二、教學方法的改革
1.利用多媒體課件改善教學效果
“液壓傳動”課程中有大量液壓元件的結構、液壓回路工作原理要講解,使用傳統的掛圖、模型等教具不僅不能直觀反映液壓元件具體結構的組成關系,也無法形象描述液壓系統工作時各元件的動作過程,教師授課中費時費力,而學生感覺內容枯燥不形象,教學效果并不理想。當采用多媒體技術制作課件進行教學后,則能夠將課堂教學內容以圖形、文字、聲音、動畫集成的形式生動形象呈現在學生面前,獲得較好的教學效果。[3,4]如對復雜的液壓元件的結構,學生如果只看二維平面圖紙,很難準確理解液壓元件的組成和裝配關系。當通過solidworks等三維機械設計軟件把液壓元件描述后,不僅可以明確展示液壓元件的各個組成部分的結構,而且可以把各個零件的裝配關系直觀地反應出來,學生很容易理解和接受。又如對于液壓回路的工作過程,通過flash 動畫演示,可以將液流方向、各元件的動作和狀態生動、清楚地展現出來,加深學生的理解和記憶,極大地提高了授課的生動性和學生積極性。多媒體課件也便于學生在課后復習時加深理解授課內容,取得了事倍功半的成效。
2.改進實驗教學方式,培養學生工程能力
作為一門實踐性很強的專業基礎課,“液壓傳動”課程實驗的目的是為了鞏固和深化已學的理論知識,增強動手能力,使學生能夠合理選擇液壓元件,掌握液壓系統設計的一般方法,具備一定的處理工程實際中液壓系統的問題、排除故障的能力。因此,從側重培養學生理論聯系實際、增強工程應用能力角度出發,筆者對實驗內容進行了改進,一方面刪減了部分理論驗證和性能測試的實驗,而增加了學生動手操作的液壓元件的拆裝實驗,讓學生直接、全面地認識液壓閥、液壓泵的結構和組成。另一方面,對液壓回路及液壓系統組裝和調試實行開放性實驗,教師只提出實驗內容和要求,由學生根據對所學的知識自行擬定實驗方案,選配液壓元件,連接液壓回路,自行發現問題和解決問題。通過實驗方式的改進,學生激發了學習的興趣,主動思考和主動參與的意識得到了增強,獨立分析問題、解決問題的能力和工程意識得到了提高。
3.豐富教學手段,提高學生學習效果
液壓傳動中的許多概念比較抽象,學生在學習時常常會感到困難,為了幫助學生準確理解液壓傳動的理論,在教學過程中適當地采用“類比法、對照法、研討法”等多種教學方法,可以調動學生的積極性,激發學習興趣,收到事半功倍的效果。例如采用類比法,將液壓系統與學生熟悉的“電工學”基本概念相類比,使得學生將液壓系統中抽象枯燥的知識轉化成易于理解的內容,提高了學習的興趣和效率。又如對于溢流閥、減壓閥、順序閥等職能符號相近但功能迥異的液壓元件,采用列表對照的方法將各自結構原理、職能符號、性能特點、適用場合對應講解,不僅便于學生理解、區分,而且重點突出,條理清晰,便于掌握。在學習過程中,對某些容易出錯的問題組織學生進行專項討論,讓學生談談對所論述問題的見解,提出解決問題的方法和設想等,這種方式不僅能夠促使學生勤于思考,敢于提出獨立見解,又能培養學生的創新意識和創造能力。
三、優化考核方法
考試是評判學生學習效果和教師教學質量的重要手段,考核辦法對學生學習的自覺性有較大影響。為了提高學生主動學習的意識和所學知識的綜合運用能力,筆者從理論知識考試、實驗能力、學習態度等方面對學生成績進行綜合評定,而不是傳統的只進行期末筆試的考核方法。理論知識考試注重考核學生對基礎理論和概念的理解,占課程總成績的70%。實驗能力考核以實驗報告和實驗內容來反映學生對理論知識的掌握程度及綜合運用能力,占課程總成績的20%。學生平時課堂參與狀況、作業完成情況以及出勤率反應出來的學習態度占課程總成績的10%。通過考核方法的優化,既增強了學生學習的主動性,又為提高學生的實踐能力創造了有利的條件。
四、結束語
作為我校機械專業的一門專業基礎課程,“液壓傳動”在培養學生專業知識的綜合應用能力、動手能力和創新能力中占有重要地位。本文根據我校的辦學定位和人才培養目標,就“液壓傳動”課程在教學內容、教學方法和考核方法三個方面提出了一些教學改革的方案和建議,并在教學實踐中取得了良好的效果,受到了同學們的歡迎。下一步將進一步探索如何使學生盡可能多地接觸工程實際,提高工程應用能力。
參考文獻:
[1]許福玲,陳堯明.液壓傳動與氣壓傳動[M].北京:機械工業出版社,2007.
[2]楊雪榮.液壓傳動課程教學探討[J].廣東工業大學學報(社會科學版),2008,(S1):134-135.
關鍵詞:巖體力學;教學內容;試驗教學;數值仿真;教學方法
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)47-0088-02
巖體力學是土木工程、石油工程、地下工程、水利水電工程、地質工程、采礦工程、勘查技術與工程等專業本科生的重要專業基礎課之一,是研究巖體在外界因素(荷載、水、溫度等)作用下的應力、變形、破壞、穩定性與加固的學科,理論基礎廣泛,涉及地質學、固體力學、流體力學、計算數學、地球物理學等學科知識[1,2]。通過這門課程的學習,學生能夠建立起有關巖體力學的基本理論體系以及相應的工程概念(如強度理論、工程巖體分類、穩定性分析),為后面的相關專業課(如基礎工程、鉆探工藝學、計算巖土力學、礦山壓力與巖層控制)提供必要的知識儲備,也為畢業后從事建筑、勘探、采礦、采油等相關工作奠定必備的理論基礎。隨著我國社會經濟的快速發展,大量的巖土工程廣泛興起,復雜的巖體力學問題不斷涌現,從而對高校培養的相關專業人才的綜合能力提出了更高的要求:不僅要具有扎實的專業基礎知識,還要有一定的分析和解決現場實際問題的能力[3]。
作為人才培育的主要基地,高校在巖土工程人才培養過程中,在培養模式以及相關的各類軟硬件條件等方面已經遠遠跟不上社會發展的步伐及社會對復合型人才的需求[4]。因此,針對當今社會的實際需求,如何安排好巖體力學教學,培養合格的本科生,成為擺在各大高校相關教師面前的重要問題。
一、巖體力學教學改革的必要性
巖體在形成與存在過程中,長期遭受著復雜的建造與改造地質作用,最終變成一種被大量不同類型與規模的斷層、節理、層理、片理、裂隙等結構面切割包圍而成的材料,具有非均質、非連續、各向異性的特點。同時,巖體還賦存于復雜的天然應力狀態和地下水中。這些使工程巖體的力學行為極其復雜,通常呈高度非線性。巖體力學問題大多是病態的、不確定的、多尺度的,很難找到一種解析或數值算法進行精確地求解[5]。從而,依托于巖體上的各類工程(如地下空間與地下隧道工程、巖質邊坡工程、巖石地基與壩基工程、采礦工程以及鉆井工程)的設計計算分析極為復雜,目前實際工作中,仍通過以工程經驗、現場試驗與監測為主,理論指導為輔來完成。可以說,巖體力學還很年輕,知識體系還不夠完善,許多理論尚不成熟,自身發展速度遠遠落后于工程實踐的要求。
隨著中國能源、交通、水利、國防、城市建設等事業的發展,巖體工程建設越來越多,規模也越來越大,這些給巖體力學帶來了新的機遇與挑戰,也對相關從業人員提出了更高的要求。然而,作為培養高級人才的搖籃,高校在巖體力學本科教學方面還存在很多問題,比如教材陳舊、內容落后、試驗教學不足、理論與實際脫節嚴重、課堂教學方法落后、教學手段單一,在很大程度上影響了本科生在實際工作中解決復雜問題的能力和創新能力。因此,開展巖體力學本科教學改革是十分必要的。通過教學改革,旨在既提高相關從業人員的基本素質與實踐能力,又為培養高層次復合型人才打下堅實的理論基礎。
二、巖體力學本科教學改革的主要內容
筆者認為巖體力學本科教學改革應從多方面著手:與時俱進地優化教學內容,以實際工程為教學案例密切聯系實際,增加室內試驗與數值仿真等試驗教學環節,改革教學方法,從而探索滿足當今社會快速發展條件下的巖體工程建設需求的復合型人才培育的教學方法。
(一)優化教學內容
目前國內高校巖體力學本科課程無材,教學內容由任課教師自己掌握。相關教材也比較多,如沈明榮與陳建峰主編的《巖體力學》(2006),劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學》(2009),陳海波等主編的《巖體力學》(第2版,2013)以及陽軍生與陽生權主編的《巖體力學》(2008)。各教材在基礎理論方面的表述基本上是一致的,只是在工程應用方面側重點有所不同。筆者認為各任課教師應根據其校本專業特點,依據教學大綱與學時安排,以一本教材為主、多本教材為輔的方針授課,在講授巖體力學基本原理與知識的基礎上,以實際工程進行案例教學,并適當向學生介紹當前的新概念、新技術、新方法等發展動態與學科前沿,提升學生的學習興趣,拓寬學生的知識面。
本校地質工程專業(巖土鉆掘方向)的巖體力學本科課程,根據國家學科組指定的教學大綱,編制授課計劃,結合本專業的特色與發展需要,對大綱進行了適當調整與修改。教材以教育部地質工程教學指導分委會推薦的劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學》為主,以《Fundamentals of rock mechanics》、《巖石力學與工程》、《巖石力學與石油工程》、《鉆井巖石力學》、《礦山巖石力學》等相關教材為輔,刪除其他相關課程的重復性內容,同時補充隧道鉆掘、地下工程支護、工民建勘察、大陸科學鉆探以及石油鉆井等方面的工程實例,根據本校本專業本科教學計劃40學時左右的內容進行編輯,在滿足本專業學生對巖體力學認知與掌握的需求的同時,實現專業基礎知識扎實、知識面寬的復合型人才培養要求。
(二)增加試驗教學環節
試驗是巖體力學教學的重要環節,但是限于學時、設備、經費等原因,在本科教學過程中一般只能有選擇地讓學生動手做幾種相關室內試驗,難以很好地培養學生的動手能力,因此,增加試驗教學環節勢在必行。筆者認為可以從如下三個方面來解決這個問題:
1.通過與相關試驗室相關人員協調,在課余時間借用試驗,開展相關巖體力學試驗,從而盡可能多地鍛煉學生的實際動手能力;在不影響試驗室正常運行的前提下,將學生劃分多批次,參觀有關科研項目的巖體力學試驗過程,以實現盡可能多地感性認識巖體力學課堂上講授的理論知識。
2.通過鼓勵和指導本科生積極參與所在院系教師的相關科研項目、科技報告會項目、大學生創新基金項目等活動,在項目中實際運用巖體力學知識,進一步鍛煉學生認識、分析與處理巖體力學問題的能力。
3.充分利用計算機仿真技術[6],采用數值仿真手段彌補試驗場地和設備的不足[7,8],并初步培養學生運用數值模擬與理論相結合的方法,分析邊坡穩定性、地下隧道與礦山開采圍巖變形、地基巖體穩定性、井壁穩定性等實際工程問題。
通過以上措施實現室內試驗與數值仿真試驗教學環節的增加,使本科生在實踐中體會所學知識,找到自己的不足,增強對巖體力學的理解與掌握,鍛煉動手能力,提高分析問題、解決問題的能力與創新能力。
(三)改革教學方法
目前以多媒體電子課件為主、黑板板書為輔的教學方式已被廣泛應用于高校教學中。巖體力學是一門理論性與實踐性均很強的學科,教師應針對此特點開展教學活動。但是,限于學時、安全等原因,任課教師通常無法帶學生到現場進行實地參觀講解。為了加強理論與實踐的相接軌,就需要充分利用電子課件能夠圖文并茂、聲像俱佳的優勢,形象生動地向學生傳遞工程現場信息,從而彌補實踐的不足。
對于理論方面,采用傳統的板書教學方法補充多媒體教學,對重點、難點公式用板書一步步推導,便于學生理解與記憶。增加課上與學生互動環節,如讓學生回憶上堂課內容,多多就知識點提問,增加課堂作業環節,添加學生分組演講報告環節。增加課下與學生互動,如建立QQ群、微信朋友圈,在上面經常行業最新動態的圖片、新聞、視頻,發表小課題引導學生討論,以及邀請學生參加自己的科研項目。改革考核方式,總成績既包括期末閉卷考試成績,又包括平時表現、試驗報告、文獻綜述報告等。
通過以上種種手段,更好地調動學生的學習積極性,更好地培養學生的學習能力與解決問題的能力,更加公平地評價學生的課業表現。
三、結語
巖體力學內容豐富、知識復雜,給本科教學帶來了挑戰與機遇。筆者針對目前巖體力學本科教學方面的不足,從教學內容、試驗環節、教學方法等方面提出了初步的改革措施。以期通過這些改革,既能促進學生更好地掌握巖體力學的基礎知識與技能,又能培養學生的創新能力與實踐能力,為國家培養滿足行業需求的復合型人才。
參考文獻:
[1]劉佑榮,唐輝明.巖體力學[M].北京工業出版社,2008.
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[4]黃明奎.巖石力學課程教學改革與思考[J].高等建筑教育,2008,17(4).
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關鍵詞 演示實驗 物理演示實驗教學 物理探索演示廳
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A
0 引言
大學物理是一門培養和提高學生科學思維方法、科學研究能力和創新意識的重要基礎課程,演示實驗是大學物理教學中最具活力的內容,隨著教學改革的深入,演示實驗越來越被人們重視,理論和實踐并重、相輔相成、有機融合是大學物理教學的新模式。①為更好地配合大學物理教學,我們在加強課堂演示實驗、建設物理探索演示廳和開設物理探索演示實驗課等方面進行了探索與實踐,建立課堂演示與課外實踐相結合、演示性實驗與探索性實驗相結合的演示實驗教學模式,從而充分發揮大學物理演示實驗應有的作用。
1 大學物理演示實驗教學模式的改革與實踐
1.1 強化課堂演示實驗,將實物演示與多媒體演示有機結合
增設多項演示實驗項目,豐富課堂演示教學內容,演示實驗緊密配合講課的重點和難點。例如,在力學部分,中學沒有學習角動量的概念,我們利用“茹可夫斯基椅”、“直升飛機模型”、“進動儀”等多個裝置來演示角動量守恒、進動現象;在振動與波部分,駐波的特點、反射點形成波節、波腹往往難于理解,利用駐波演示器、弦線駐波等進行演示,使學生直觀地觀察到這些現象,從而輕松地突破難點。實物演示能夠給學生真實的感受,同時進行講解,學生印象深刻,教學效果很好。
對于一些不適合實物演示的特殊物理過程和現象,可利用多媒體動畫和計算機模擬來進行演示,生動形象地展現物理過程,如:可以模擬微觀粒子的無規則運動,小球的運動軌跡、熱機的工作過程等。講授駐波時,先用弦線駐波演示儀進行演示,使學生對駐波的波腹與波節有直觀認識,而學生對駐波形成的過程很難理解,可以用計算機模擬演示。在講解光的干涉和衍射時,可以利用動畫演示光波干涉和衍射的形成過程。在大學物理教學中將實物演示與多媒體演示有機結合,一方面能夠克服演示儀器數量不足、現象不明顯、可觀察范圍小的局限性,另一方面可互為補充,使學生能夠深刻理解物理規律,激發學生的學習興趣,加深對理論知識的理解。
1.2 建設物理探索演示廳,創建課外學習探索的環境
為使大學物理演示實驗在時間和空間上得到進一步延展,為大學生創造良好的課外學習物理的環境,我校于2007年建成物理探索演示廳,該廳整體為橢圓形復式結構,使用面積約600m2,廳內凈高11.5m。目前擁有設備100余臺件,設備總值70多萬元。演示實驗覆蓋了力學、熱學、光學、電磁學、近代物理以及物理原理在高新技術中的應用等內容。物理探索演示廳中既注重物理圖像和物理概念的定性展示,又突出物理原理,集展示性、探索性和趣味性于一體,每項實驗都力求以簡單的形式來揭示復雜的科學原理。課外學生進入物理探索演示廳學習、參觀,使學生能夠接受更多課堂所接觸不到的物理現象和趣味性的物理實驗,從而激發學生的學習興趣和創新精神。物理探索演示廳已對全校本科生長期開放,也為其他院校學生、全市中小學生及社會團體定期或預約開放,為學生提供一個開放的學習環境,可以很好地配合大學物理理論教學,突破課堂演示實驗的局限。經過多年建設,物理探索演示廳2010年被評為“黑龍江省科普基地”,2012年已被評為“全國科普教育基地”。
1.3 開設物理演示實驗課,豐富物理教學體系
為彌補大學物理課堂演示的教師操作為主、學生參與少、課內學時有限等不足,我校利用物理探索演示廳為學生開設演示實驗選修課程,將課堂演示實驗與課外實踐性實驗結合,豐富了大學物理教學體系。學生可以通過親自動手操作演示實驗,不僅能對所學知識加深理解,而且能夠提高實際操作能力、實驗設計能力和觀察探索能力,比僅僅觀察教師演示印象更深、收獲更大。②我校利用建成的物理探索演示廳,面向理工科學生開設“物理探索演示實驗”全校選修課(16學時),5年有2400余名學生選修了這門課程。在 “文科物理”課程(文科專業)和“人文物理”課程(全校選修)中均開設8學時的演示實驗。
物理演示實驗課采用分組實驗的方式進行,將學生分為10~15人左右的小組。在指導教師集中講解相關理論知識、明確實驗要點及操作注意事項后,由學生自行動手操作,觀察物理現象、做出解釋并對一些實驗儀器提出改進意見。我們將演示實驗項目按力學、熱學、電磁學、振動和波、光學和近代物理等知識結構劃分為6個系列實驗。力學實驗包括角動量守恒定律、機械能守恒定律、進動、液體的表面張力、風阻、舉力等。熱學實驗包括概率分布、麥克斯韋速率分布、熱機與制冷機原理等。電磁學實驗包括尖端放電、靜電現象、平行板電場分布、高壓放電及渦流效應、平行線圈間的磁場分布、電磁感應等。振動與波動實驗包括共振、弦線駐波、簡諧振動合成等。光學實驗包括視錯覺、光的反射、干涉、衍射和偏振、光通信現象等。近代物理實驗包括低溫超導體的邁斯納效應、新能源、激光無線通信、全息照相的特點等。
1.4 建立演示性與探索性實驗相結合的實驗教學模式
在原有的演示性實驗項目的基礎上,開設一些探索性的實驗項目,建立學生充分參與、體現個性化學習的演示性實驗與探索性實驗相結合的教學模式。探索性實驗主要以教師引導為主,采用靈活的輔導方式,要求學生細致觀察實驗現象,定性或定量測量實驗結果,課后查找資料,探究實驗原理,做出相應的軟件設計或改進的儀器,并寫出研究報告或論文。③如:可以利用熱機實驗進行熱機及致冷機的P-V曲線的研究;利用空氣動力儀驗證流體力學的伯努利方程,研究各種結構的流體力學性質等。許多學生對探索性實驗充滿好奇,能夠對一些項目進行深入的研究和探討,取得了較好的效果,如:劉鵬利用傅科擺實驗裝置詳細研究了傅科擺運動規律,對傅科擺運動軌跡進行數值模擬,并撰寫了研究報告;何江濤利用a調制實驗儀完成《a調制的原理及實驗》1項,自行采用雙光束干涉的方式自制了a片。
2 結束語
理論教學與實踐教學并重是我們一貫堅持的教學理念,在大學物理教學中配合物理演示實驗,將實物演示與多媒體演示有機結合,建成物理探索演示廳,突破課堂演示實驗的局限,開設物理演示實驗課,進一步豐富物理教學體系,建立課堂演示與課外實踐相結合、演示性實驗與探索性實驗相結合的大學物理演示實驗教學模式。演示實驗現象直觀、操作簡單,受到學生普遍歡迎,通過實驗,加深了學生對物理知識的理解和記憶,也激發了他們和學習熱情,拓寬學生的視野,有效地提高學生的科學素質和創新能力的培養。
注釋
① 梁法庫,路峻嶺,汪榮寶.演示實驗在大學物理教學中的積極作用[J].物理與工程,2002.12(2):28-30.
【關鍵詞】 數字化塑形鈦板; 顱骨缺損; 修復; 臨床效果
Evaluate the Application and Effect of Digital Ahaping Titanium Plate in the Repair of Skull Defect/LIN Li-chao,YANG Jian-xiong,ZHANG Jian-wei.//Medical Innovation of China,2017,14(09):103-105
【Abstract】 Objective:To discuss and analyze the clinical effect of digital shaping titanium plate used in the repair of skull defect.Method:60 skull defect patients in our hospital from November 2012 to November 2016 were treated as the research objects,they were divided into control group and observation group,30 cases in each group.The control group took the traditional manual shaping operation,the observation group used digital moulding titanium plate,the clinical effect of the two groups were compared.Result:The operation time,the amount of titanium nails,shaping the satisfaction and the incidence of postoperative complications of observation group were significantly better than those in control group,the differences were statistically significant(P
【Key words】 Digital shaping titanium plate; Skull defect; Repair; Clinical effect
First-author’s address:The People’s Hospital of Heyuan,Heyuan 517000,China
doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2017.09.029
顱骨缺損一般是由于顱腦手術或者顱骨粉碎性骨折導致的醫源性缺損,其中顱骨修補手術不僅可以改善患者外貌,對去骨減壓以后形成的顱骨缺損進行彌補,恢復顱骨防御能力,還可以避免早期恢復過程中顱骨缺損引發的皮層血液灌注與腦脊液流體力學的紊亂,有助于降低并發癥發生率,且促進患者神經功能盡早恢復健康[1-2]。本研究中選擇2012年11月-2016年11月本院收治的60例B骨缺損患者作為研究對象,其目的在于分析討論數字化塑型鈦板應用于顱骨缺損修復中的臨床效果,現將研究結果匯報如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料 選擇2012年11月-2016年11月本院收治的60例顱骨缺損患者作為研究對象,所有患者均于術前接受頭顱CT斷層掃描,且三維重建顱骨二維圖像。其中男38例,女22例,年齡24~68歲,平均(36.2±3.2)歲。按照隨機數字表法將其分為對照組和觀察組,每組30例。兩組患者的一般資料比較,差異無統計學意義(P>0.05),具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 對照組 采取傳統術中手工塑形,具體操作步驟如下:手術前需測量患者骨缺損大小,并選擇稍大于缺損面積的鈦網備用。采用全身麻醉,順著原切口入路分離皮瓣,將硬腦膜間隙和顳肌分離,認真分離防止切開硬膜層,由此避免發生腦脊液外漏現象[3-4]。若硬膜破口小則可以直接縫合,若硬膜破口大則需采用筋膜進行修補,充分地暴露缺損區域骨緣。
1.2.2 觀察組 采取數字化塑形鈦板,具體操作步驟如下:手術前需要將完成塑形的鈦板和患者缺損區嵌對,在確認無誤且經患者認可以后,送往消毒供應科接受高壓高溫滅菌處理后備用[5-6]。患者均采用全身麻醉,順著原頭皮切口入路分離皮瓣,將硬腦膜間隙和顳肌分離,認真分離防止切穿硬膜層,由此避免發生腦脊液外漏現象。翻起皮瓣,充分地暴露缺損區骨緣,距離骨緣大約1 cm部位切開骨膜,且適當的將骨膜剝離,充分地暴露顱骨。手術中需做到徹底止血,及時的將顯露線頭異物清除,采用清潔生理鹽水對創面進行反復清洗[7-8]。在缺損區覆蓋完成塑形的鈦板,調整位置,待嵌合滿意以后,選擇配套自攻螺釘對鈦板進行固定,手術中選擇4號絲線懸吊硬腦膜在鈦網孔,在皮瓣下放置橡膠管引流,連接負壓,對頭皮全層縫合,且通過彈力繃帶對傷口進行包扎[9-10]。
1.3 觀察指標 對兩組患者的手術時間、鈦釘用量、塑形滿意度及術后并發癥發生情況進行評價。
1.4 統計學處理 將全部數據納入到SPSS 18.0統計學軟件中進行處理,計量資料用(x±s)表示,比較采用t檢驗;計數資料以率(%)表示,比較采用 字2檢驗,P
2 結果
觀察組患者的手術時間、鈦釘用量、塑形滿意度及術后并發癥發生情況均明顯優于對照組,差異均有統計學意義(P
3 討論
顱骨缺損是一種神經外科中常見的損傷,一般是由于腦出血及創傷等原因進行開顱手術時,術中顱內壓升高需要去骨瓣減壓而引發,還有一部分患者是由于顱骨腫瘤切除以及凹陷性顱骨骨折手術而造成[11-12]。患者發生顱骨缺損后,其局部腦組織則會失去保護,若一些外力剛好著力在顱骨缺損區,可引發腦損傷等較為嚴重的后果。若環境溫度發生較大變化,因為缺乏局部顱骨的調節及防御功能,患者會出現明顯的不適感[13-14]。此外,顱骨缺損患者在移動頭部位置時,特別是低頭時會出現酸脹不適感。其中顱骨修補手術不僅可以改善患者外貌,對去骨減壓以后形成的顱骨缺損進行彌補,恢復顱骨防御能力,還可以避免早期恢復過程中顱骨缺損引發的皮層血液灌注與腦脊液流體力學的紊亂,有助于降低并發癥發生率,且促進患者神經功能盡早恢復健康[15-16]。數字化塑型鈦板在與患者的顱骨鑲接方面更加吻合,且手術后不易移動與翹起,可牢固固定,由此有效的降低了手術的風險及難度,減少了螺釘使用量,從而有效的縮短了手術時間及麻醉時間,且降低了術后并發癥發生率[17-18]。相關研究證實,同傳統術中手工塑形進行比較,數字化塑型鈦板可以最大限度的對患者顱腦外形進行修復,更加安全有效的保護腦組織,降低并發癥發生率以及手術難度,確保患者生活質量以及臨床滿意度得到提升,從而促使患者能夠更好的融入到社會中[19-20]。
本研究結果顯示,觀察組患者的手術時間、鈦釘用量、塑形滿意度及術后并發癥發生情況均明顯優于對照組,差異均有統計學意義(P
C上所述,同傳統術中手工塑形比較,數字化塑型鈦板可以最大限度的對患者顱腦外形進行修復,更加安全有效的保護腦組織,降低并發癥發生率以及手術難度,確保患者生活質量以及臨床滿意度得到提升,從而促使患者能夠更好的融入到社會中,值得在臨床中廣泛的關注與應用。
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關鍵詞:明渠流;實驗裝置;創新性實驗;實驗平臺;旋轉式;水槽
中圖分類號:G642.423 文獻標志碼:A 文章編號:16721683(2015)05100803
Development and application of comprehensive experiment platform for rotatable open channel flow
RONG Guiwen,YUAN Yue,XIAO Baiqing,XU Guangquan
(College of Earth and Environment,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China)
Abstract:In order to cultivate the innovative ability of college students and overcome the disadvantages in the experiment device of single open channel flow,such as simple experiment content,occupation of large area,and high cost,a comprehensive experiment platform for rotatable open channel flow was developed based on the conventional hydraulic experiment apparatus and basic principle of fluid flow.The experiment platform used the rotatable method to integrate different open channel flow experiments,which can meet the demand of conducting various conventional open channel flow experiments in the same platform,and the demand of modern teaching including the comprehensive,designed,and innovative training plans.The platform has the advantages of perfect design,complete function,and convenient reestablishment,which is of important significance for the cultivation of innovative talents with water conservancy major.
Key words:open channel flow;experiment device;innovative experiment;experiment platform;rotatable mode;flume
天然河道、人工渠道以及水流未充滿全斷面的管道中的水流都屬于明渠流[1],明渠流是水力學研究的重要內容。水力學實驗在水力學學科發展中占有很重要的地位,是整個水力學理論教學不可替代的環節[23]。然而目前高等學校的水力學實驗教學仍存在諸多與現代高等教育理念不相適應之處,例如實驗平臺不完善、功能單一,一個實驗裝置只能滿足一類實驗需要,實驗多為演示性、驗證性實驗,缺乏新意,很難激發學生自主學習與創新的興趣,不利于培養學生的創新意識和創新能力[4]。同時,現有的明渠流實驗裝置存在設備體積大、占用實驗室面積多、成本高的不足,致使配置的實驗裝置臺套數都較少,尤其是高校擴招后,傳統的明渠實驗裝置難以滿足實驗教學和創新能力培養的需要,嚴重影響工科高校水力學的實驗教學和創新驅動[5]。
本文在研究傳統水力學實驗裝置和流體運動基本原理的基礎上,采用旋轉方式創造性地將多種水力學明渠試驗集為一身,自主研發了一套旋轉式明渠流綜合實驗平臺。該實驗平臺能夠滿足學生在同一實驗平臺上進行多種常規水力學和流體力學實驗的需求,能夠滿足高校創新創業訓練計劃等現代教學的要求。
1 綜合實驗平臺
1.1 實驗平臺設計思路
長期以來,受傳統觀念等方面的限制,水力學實驗大多以單一的驗證性實驗為主,綜合設計性實驗幾乎沒有,實驗教學缺乏靈活性[6]。為了促進高等學校轉變教育思想觀念,改革人才培養模式,強化創新創業能力訓練,增強高校學生的創新能力和在創新基礎上的創業能力,培養適應創新型國家建設需要的高水平創新人才,高校要高度重視大學生創新創業訓練計劃對推動人才培養模式改革的重要意義,重視大學生創新創業訓練計劃實施的條件建設[7]。本文設計了一種旋轉式明渠流綜合實驗平臺,將傳統的多種實驗明渠水槽和回水槽通過旋轉軸和弧形固定翼連接構成平臺的旋轉明渠系統,旋轉軸通過兩端支架支撐,旋轉明渠系統主體為四個對稱的旋轉明渠水槽和四個對稱的旋轉明渠回水槽,旋轉明渠回水槽設置在槽底與旋轉軸之間。同時,綜合實驗平臺設計有水箱和固定明渠系統。裝置的特殊設計能夠實現了在一個水箱、一個固定明渠系統和一個旋轉明渠系統組成的實驗平臺上開展多種明渠流實驗的目的,不僅節約水泵和水箱,而且節省實驗占地面積和空間,符合我國資源節約型社會建設要求。
1.2 實驗平臺結構
旋轉式明渠流綜合實驗平臺由水箱、固定明渠系統和旋轉明渠系統三部分組成,見圖1。
1旋轉明渠水槽;2明渠水槽底床;3水槽固定翼;4明渠回水槽進口;4明渠回水槽出口(三角量水堰);5旋轉軸;6升降閥;7支架;8水泵;9壓力管道;10刻度尺;11儲水箱;12消能罩;13溢水回流管;14溢水過渡箱;15支架;16螺紋桿;17擋板滑動槽;18有機玻璃擋板;19穩水箱(源頭);20梯形水流出口;21固定明渠水槽;22水槽銜接縫(卡槽);23活動水位測針;24測針滑動架。
圖1 實驗平臺結構立體圖
Fig.1 Stereogram of experiment platform
水箱為兩層、三箱結構,包括下層的儲水箱、上層的穩水箱和溢流箱,在儲水箱靠近固定明渠水槽一側的壁面上設有三角量水堰,三角量水堰與固定明渠回水槽出水口連通,在穩水箱靠近固定明渠水槽一側的壁面上設有梯形出水口,儲水箱和穩水箱通過壓力管連通,壓力管上設有抽水泵,儲水箱和溢流箱通過溢水回流孔連通,穩水箱和溢流箱之間通過在擋板活動槽中活動的溢流板分隔,明渠中的流量通過旋轉螺紋桿調節溢流板高度來控制。
固定明渠系統位于水箱和旋轉明渠水槽之間,由固定明渠水槽、固定明渠回水槽構成,固定明渠水槽位于固定明渠回水槽正上方,固定明渠水槽截面為梯形,固定明渠回水槽截面為弧形,固定明渠水槽的進水口一端連接固定在穩水箱的梯形出水口,固定明渠回水槽出水口與儲水箱上的三角量水堰連通。
旋轉明渠系統主體為四個對稱的旋轉明渠水槽和四個對稱的旋轉明渠回水槽。如圖2所示,相鄰的明渠水槽和明渠回水槽之間通過30°弧形固定翼和旋轉軸連接,旋轉明渠回水槽設置在槽底與旋轉軸之間,旋轉軸兩端通過支架支撐。明渠水槽和明渠回水槽之間是明渠試驗水槽底床,每個明渠水槽的槽底末端均設置有許多出水孔,出水孔與明渠回水槽進口相通,在明渠水槽和明渠回水槽右端設有擋水板。在旋轉明渠系統靠近固定明渠系統的一端設有用于密封銜接的橡皮圈和卡扣。旋轉明渠系統每次旋轉90°后,其中一個旋轉明渠水槽恰好與固定明渠水槽完全吻合,明渠通過橡皮圈和卡扣密封銜接后連接為一個整體,相應的回水槽也連接為一整體,并與水箱相通組成一個可循環系統。旋轉明渠水槽底坡可調節1°~5°,不同的旋轉明渠水槽中設置不同類型的水工建筑物。旋轉明渠上的活動水位測針用來測量明渠中的水位。通過儲水箱外壁的刻度尺讀數和三角量水堰流公式[8]計算明渠水流流量。
圖2 旋轉明渠橫截面
Fig.2 Cross section of rotatable open channel
1.3 實驗平臺功能
1.3.1 開展常規明渠流實驗
利用該綜合實驗平臺提供的水箱、固定明渠系統和旋轉明渠系統,學生在此實驗平臺上進行簡單改裝,即可完成常規性明渠流實驗和測量實驗[5,911]。
在水力學中,把頂部溢流的泄水建筑物稱為堰,過堰的水流,當沒有受到閘門控制時為堰流。堰流的特點是水流的上方為僅受重力作用而降落的連續變化的光滑曲面,水流的下方受到堰體型的控制。堰流的過流能力與堰的體型有很大的關系,不同體型的堰,其堰上水流的形態也不同。在某一條旋轉明渠水槽中分批設置不同體型的薄壁堰、實用堰和寬頂堰,能夠開展矩形薄壁堰流實驗、三角形薄壁堰流實驗、曲線型實用堰流實驗、折線型實用堰流實驗、寬頂堰流實驗以及寬頂堰的堰頂水深實驗。
在水利工程中,為控制過堰流量,常在堰頂安裝閘門,當過堰的水流受到閘門控制時為閘孔出流。閘孔出流的特點是水流上方受閘門控制形成不連續變化的曲面,水流下方受到堰體型的控制。影響閘孔過流能力的主要因素不僅有堰的體型,還有閘門的型式和控制方式。為了觀察閘孔出流現象,可以在另一條旋轉明渠水槽中分批設置平板閘門和弧形閘門,開展平板閘門流量實驗、弧形閘門流量實驗。
圓柱繞流問題是研究流體繞物體流動的典型水動力學問題。通過實驗測量實際流體繞圓柱流動時的表面壓強分布規律,能夠更好地幫助學生理解圓柱繞流中的前后駐點、最小壓強點、壓強系數特征,觀察圓柱后部發生的流動分離現象。在第三條旋轉明渠水槽中設置不同數量、不同布局的圓柱,可以開展圓柱繞流實驗。
水躍和水跌是明渠非均勻流中常見的急流與緩流過度的急變流。當明渠中的水流由急流過渡到緩流時,會產生一種水面突然躍起、劇烈旋滾的水躍現象,常發生于泄水建筑物的下游;當處于緩流狀態的明渠水流遇到陡坡或突然擴大的渠道斷面時,水面會迅速降落產生一種由緩流向急流過渡的水跌現象。在第四條旋轉明渠水槽設置潛壩或跌坎,觀察明渠的水躍和水跌現象。
1.3.2 開展設計性明渠流實驗
實驗設計訓練是培養學生創新精神、創新能力和創新思維的有效手段,該綜合實驗平臺具有開展水力學相關的設計性、創新性明渠流實驗的功能。如,在旋轉明渠系統中,布置模型沙進行泥沙推移(跳躍、滾動、滑動)運動和懸移運動等觀察實驗和量測實驗[12],設置丁壩、順壩或鎖壩開展水工整治建筑物附近流場、自由水面變化和紊動現象等觀察實驗[13],布置水草開展植被水流運動特性實驗[14,15],增加消能工開展底流消能、挑流消能和面流消能等消能演示實驗[16],修改溢流堰剖面形狀開展壩體優化等探索性實驗,在明渠水槽中布置彎道開展彎道水流運動綜合實驗 [17]。學生通過自行設計、改造和加工模型,能夠激發自身的主動性、積極性和創造性,能夠從自身所長與興趣出發,積極參與實驗實踐活動,在探索、研究、創新的實踐訓練過程中,提出自己的觀點與見解。
2 實驗平臺使用模式與實踐
2.1 實驗平臺使用模式
在綜合實驗平臺的使用過程中,堅持“開放式、啟發式”實驗模式,最大限度地發揮學生的主動性、能動性和創造性,促進學生主動探索性學習,提高學生的學習興趣。實驗平臺的使用模式可歸納如下。(1)使用前,教師提出實驗目的和要求,學生自行擬定實驗方案、設計實驗思路。這一階段注重培養學生的獨立思考能力和創新設計能力。(2)使用中,學生獨立摸索實驗平臺水箱、固定明渠系統和旋轉明渠系統各組成部件的功能和使用方法,根據擬定的實驗方案、實驗思路親自動手實施,必要時,允許學生自己制作、改裝相應的部件進行探索性實驗。這一階段注重培養學生的動手能力和實踐能力。(3) 使用后,學生獨立從實驗數據和實驗現象中分析相關實驗的水動力特性,查閱國內外相關實驗資料,撰寫實驗報告,并做實驗成果匯報。這一階段注重培養學生的分析能力和表達能力。對有創新性的實驗成果,教師鼓勵和指導學生撰寫學術論文,在學術刊物上發表或在學術會議上交流。
2.2 實驗平臺應用實踐
綜合實驗平臺建成以來,先后開展了一系列的綜合性、設計性和創新性實驗研究,取得了非常理想的教學成果。許多師生在此實驗平臺上進行了“曲線型實用堰剖面設計實驗”、“折線型實用堰剖面設計實驗”、“平板閘門流量實驗”、“弧形閘門流量實驗”和“明渠水躍和水跌實驗”等自主創新性實驗,完成了多篇畢業設計和畢業論文。目前,學生正在該實驗平臺上進行智能化操作的探索研究。
3 結語
本文介紹了由水箱、固定明渠系統和旋轉明渠系統組成的旋轉式明渠流綜合實驗平臺,通過旋轉和對接方式將不同的明渠水槽及相應的明渠回水槽與同一個固定明渠系統貫通,實現了僅在一個水箱、一個水泵提供水源的前提下進行一系列明渠水流自主創新設計實驗研究的目的,克服了傳統明渠流實驗裝置功能單一、占地面積大、建設成本高等缺點,為水力學傳統基礎實驗教學向綜合設計性實驗教學轉變提供了新思路。具有系統靈活、改造方便、水資源節約、功能強大和適應性強等特點,有重要的實用價值及推廣應用前景。
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[關鍵詞]有限元分析 課程研究 實踐教學 應用型本科
[中圖分類號]G642.4 [文獻標識碼]A
一、引言
隨著科技的飛速發展,我國對工科應用型人才的需求與日俱增,金陵科技學院將學校定位為應用型本科院校,正是適應了國家的這一需求現狀。學校以培養具有一定知識、能力和綜合素質,具有可持續發展潛力的高等應用型專門人才為目標[1]。但由于學生的學習能力以及學習基礎差別較大,為了發揮學生的特長,也為了實現強能力、有專長的培養目標。在教學上,學院鼓勵教師在傳授理論知識的同時,偏重現場教學和實踐教學[2]。有限元方法是當前工程技術領域最常用、最有效的數值計算方法,其應用范圍幾乎涵蓋了各個工程領域,有固體力學,流體力學,聲場問題,電磁場問題,熱傳導等問題的分析、設計等[3]。由于其在工程應用上的地位,有限元分析課程是許多工科專業的主要專業基礎課,但同時,有限元分析是一門理論性較強的課程,需要有扎實的數學基礎和力學基礎,甚至還要有一定的編程能力。鑒于我院是培養應用型專門人才為主要任務的特點,要使學生學到的知識能盡快地融入到實際工作中,該課程需進一步完善教學內容,調整教學方法,提高教學效果以適應實際需求。
二、有限元分析課程教學內容的研究與實踐
金陵科技學院主要生源為二類本科,生源差異性較大,既有一批學習成績優異的尖子生,也有一大批特點各異的普通學生。目前,其教育定位是應用型本科教育,旨在培養直接從事解決實際問題、維持工作正常運行的高等技術應用型人才。這就決定了其教學模式必須以能力培養為核心[4]。有限元分析作為機械專業、車輛工程專業的重要專業基礎課,對其進行應用本科人才培養模式下的實踐教學方式方法的研究和改革勢在必行。
(一)合理安排教學內容,降低難度
有限元分析的前期基礎課程包括線性代數,彈性力學等相對有難度的課程,很多同學甚至沒有學過彈性力學,因此講述應力、應變、推導應力應變和位移之間關系的幾何方程,以及將空間問題簡化為平面問題等問題時就感到難以理解,甚至造成學生“知難而退”的想法。因此在教學過程中應優選課程內容,重視理論中相關結論的應用而淡化部分理論的推導過程。一個正確的理論擺出來,把它說清楚,讓學生能夠掌握這個理論。至于這個理論的來龍去脈等適可而止。例如,在講解什么樣的結構可以做為平面應力問題進行簡化分析時,強化基于基本概念的直觀判斷,培養學生運用有限元的知識分析、處理工程實際問題的能力。
(二)結合專業特點,增加實用性
有限元分析的基本思想是借助于數學和力學知識,利用計算機技術解決工程技術問題。因此就決定了這門學科的特點是理論知識難度較大,實際應用相對簡單。因此在教學過程中應注重工程運用觀念的培養,結合工程實際問題對學生進行如何建立有限元模型,如何采用合適的單元類型,如何劃分網格、如何設定約束條件、如何進行分析求解、如何處理數據等解決實際工程問題的探索研究與實踐。例如,將汽車中連桿用作示例,從模型建立開始,帶領學生設定單元類型、材料屬性、模型的網格劃分、連桿的約束情況,初始受力情況,從而進行強度,剛度或者振動分析。啟發學生在畢業設計階段也可以對自己設計的零部件基于有限元進行力學分析。這樣一來,不僅激發了學生學習有限元分析的熱情,而且進一步加強了學生理論聯系實踐的能力,鞏固了所學的知識。
(三)精選例題習題,提高課堂效率
課堂學習只是學生對知識的感性認識和初步的理性認識階段,對知識的真正理解并達到應用自如的程度,必須加強課上習題和課后復習以及有針對性地練習與總結。因此,在精心組織課堂理論教學內容的基礎上,安排圍繞知識點并盡量結合專業實際的典型例題,。例如,講授桿單元問題時,給出一個一端固定,一端受拉的桿件,讓學生從桿單元的位移函數設定出發,首先推導桿單元的形函數,進而推導應力和應變矩陣,以及桿單元的剛度矩陣,并進行整體剛度矩陣的組裝,最后利用平衡方程求解端點支反力。讓學生在推導簡單單元的過程中理解有限單元法的原理,掌握利用有限單元法解題的一般方法,步驟和要領,達到對章節基本概念,基本原理的深入理解的目的。
(四)改革實驗教學內容,理論聯系實際
實驗教學是理論聯系實際的重要環節,針對有限元分析課程,實驗教學內容主要是有限元分析工具即有限元軟件的應用。有限元軟件的種類很多,目前應用較廣的有限元軟件主要有:ANSYS和NASTRAN等。根據各專業側重點不同,合理制定適合本專業的實驗教學大綱,安排實驗內容,例如,針對車輛工程專業,選定的問題是汽車變速器推桿的建模以及受力分析。通過實際操作有限元軟件,計算分析,整理和完成實驗報告,加深對課堂講授的基本概念,基本原理的理解和掌握。培養學生歸納整理的能力及運用所學知識和方法建立新方案的能力。
為了滿足學生的需要,實驗室制定了開放制度,學生可以利用具體實驗驗證仿真效果,這些措施不僅有效地提高了實驗室設備的使用效率,同時也為培養學生理論應用于實際的能力與創新能力提供了良好的展示空間。實踐課的設計既要為學生理解理論知識服務,又要為學生掌握基本技術和畢業后就業提供服務。
三、有限元分析課程教學方法的研究與實踐
(一)啟發式教學,引導學生積極思維
有限元分析課程看似繁復,其實整個課程體系是相互聯系、相互依賴的。因此,通過優化教學內容,使其各部分相互之間聯系緊密,脈絡清晰,形成一個有機的整體。在教學過程中,引導學生洞察問題的共性,抓住問題的本質,揭示問題的內在聯系。有限單元方法的核心就是單元形函數的推導。圍繞單元形函數,把握問題的規律,表面上完全不同的問題遵循的是同樣的原理,舉一反三,例如,通過桿單元的推導,在教師提示性講解指導下,學生自行推導三角形三節點單元的形函數,激發學生的學習興趣,加深對理論公式的理解。培養學生自學能力和主動性學習的能力。
(二)理論與興趣相結合,調動學生積極性
“興趣是最好的老師。”因此在授課過程中,注意有限元理論與實際工程相聯系,以提高并引發學生的學習興趣。例如,通過動畫演示飛機機翼的振動,汽車傳動系齒輪嚙合過程中的受力以及變形。在講述有限元分析時,以汽車直接的碰撞分析為例,分別討論汽車的耐撞性及駕駛員的安全性情況,建立了學生認識有限元在實際工程應用中的具體分析方法及分析步驟,幫助學生對抽象的理論有一個直觀的認識,這樣很容易立刻抓住學生的注意力,并且可以激發學生的求知欲。
(三)調整考核方式,減少應付作業的現象
計算機技術的應用已廣泛地深入到工程設計的各個領域,有限元分析的主要工具也是計算機,為提高學生應用計算機軟件的水平,又考慮到計算機文件容易被復制和粘貼。我們采用的考核方式為:利用計算機建立實際的汽車零件模型,并給出關鍵部位的變形情況云圖。但需要強調的是學生不僅要把精力放在利用計算機建模,仿真即計算機軟件的操作上,而是要把精力投入到為什么進行如此操作上,要求學生要“知其然,且知其所以然”。這樣的考核方式明顯減少了抄襲和應付作業現象,也緩解了基礎課作業量大的難題,受到了學生的歡迎。
(四)加強工程觀念,與畢業設計相聯系
有限元方法在汽車產品研發過程中的應用越來越廣泛,汽車結構的有限元分析富有工程性。對于培養學生的辯證思維能力和創新能力具有重要的意義,非常適合作為畢業設計的題目。對于車輛工程專業,可以擬定設計題目為汽車傳動系統中的主減速器或變速器設計,并對主要零部件進行有限元分析。采取分組設計,多人一組,分工合作等方法設計、分析整個變速器,既可以使學生鞏固和熟練專業知識,又可以加強團隊協作精神。
(五)培養應用能力,鼓勵學生參與教師的科研課題
參與實際課題可以讓學生學到很多書本以外的知識,提高科研創新能力。教師將自己從事科研工作的經驗和體會融入課堂教學,通過言傳身教調動學生的學習主動性。如我院參加節能小車比賽時,就注意吸納感興趣的優秀本科生,通過興趣小組的形式,進行獨立地資料搜集、方案制定、系統設計和整車試驗。學生選擇系統方案后,應用有限元方法進行部分零部件的振動分析,撰寫相關實驗報告,真正鍛煉了學生的工程應用能力。
四、結論
應用型本科院校在培養人才時要按照應用型人才的要求來設計培養方案,并落到實處,才能培養出高質量的人才[5]。這就要求教師結合課程內容,采用靈活多變的教學方式,對學生進行發現問題、研究問題、解決問題的能力培養。激發學生樂于求學并能科學地分析和創造性地解決工程實際問題的能力,為后續畢業設計乃至今后的參加工作打下良好的基礎。
基金項目:金陵科技學院科研基金資助(JIT-B-201219)
[參考文獻]
[1]陳小虎.“應用型本科教育”:內涵解析及其人才培養體系構建[J].江蘇高教,2008,(1):68,78,88.
[2]徐國華.應用型本科人才培養模式及其運行條件探討[J].高教探索,2007,(2):57-60.
[3]曾攀.有限元分析及應用[M].北京:清華大學出版社,2005.
[4]張德江.應用型人才培養的定位問題及模式探析[J].中國高等教育.2011(18):24-26.