流体力学课程建设与改革

流体力学课程建设与改革

教学成果总结报告

兰州交通大学
成果完成人：高孟理、曾立云、孙三祥、丁昀、武金明
2004年11月
一、立 项 依 据
当今世界，科技的发展，知识的创新，越来越决定着一个国家的前途和发展。要建设一个经济发达的社会主义强国，首先必须大力发展我国的科学技术，而发展科学技术，需要高素质的人才。这就决定了新时期高等本科教育的培养模式与目标是要培养基础扎实、知识面宽、具有实践能力和创新精神的新型人才。
流体力学课程是给排水工程、环境工程和建筑环境与设备工程等专业的技术基础课，包括课堂教学和实践教学两个环节，对各类人才的实践能力和创新能力的培养具有重要的作用。如何能够在招生规模不断扩大和国家教育体制改革的不断深入的形势下使我校的流体力学教学跟上时代步伐并且有所创新，使我教研室每一位教师都在长期思考的问题。为此我们申请了“流体力学课程建设与改革”项目并获得资助，旨在从课程体系改革、教学内容与手段改革、师资队伍和实验室建设等方面完善我校流体力学课程教学体系，加快教研室、实验室建设和改革的步伐，尽快适应新时期人才培养要求。
二、实施步骤
1  从2000年初至2000年底，进行了前期调研与方案论证，组织全体教师进行认真的讨论，认清形势，更新教育思想，转变教育观念。对课程的内容、教学方法、教学手段、教材的现状进行详细的分析研究。确立出科学的方案。
2  在2001年初至2001年底期间，从外校引进试题库，教学录像和教学课件。探索利用流体力学多媒体手段教学的新方法，并在2000级学生中进行试用。
3  从2001年开始，逐步建立健全各课程的试卷库，并首先在流体力学和水泵与水泵站课程中实行教考分离，以后逐步推广到其他课程。
4  从2001年开始，组织教师对流体力学系列课程教材在全国范围内进行调查，针对给排水、环境工程和建筑环境工程专业的不同特点，修订流体力学教学基本要求、教学大纲和教学计划，并选定了今后几年使用的教材。
5  在2002年期间，加大实验室建设力度，建立健全规章制度，探索将流体力学实验室建设成一流的开放型实验室的新路。
6  研究流体力学系列课程采用多媒体教学的可行性，并组织力量制作流体力学、水泵与泵站等课程电子教案。
7  将流体力学科研成果编制成宣传材料，运用于系列课程的教学中，使教学与科研相结合，提高学生的实践能力和创新能力。
8  将师资队伍建设放在首位。从2001年开始，逐步引进具有高级职称高学历教师1-2名，并配合二级学院实施的246人才计划，鼓励青年教师考取硕士、博士研究生，学成后返回教研室工作。
9  配合学院博士点的申报，积极进行水文与水资源硕士点学科学位建设。
三、基本内容
 “流体力学课程建设与改革”这一课题自2000年立项起，就以培养现代化新型人才为出发点，在师资队伍建设、教材建设、教学方法和教学手段的改革、实践教学环节等方面开始了全面的工作。
1 师资队伍建设
1.1引进具有实践经验和一定学历层次的教师，迅速壮大了师资队伍。现已调入高级讲师一名，硕士研究生一名，博士一名。
1.2提高现有教师的学历层次。配合二级学院246人才计划，鼓励青年教师报考研究生、博士生，毕业后回到教研室工作。截止到2004年8月我教研室又有两名教师分别在本校和外校攻读博士。
1.3更新教师知识结构，以适应现代化教学的要求。知识与信息时代的到来，对教师的知识结构提出了更高的要求。要求教师不仅要有扎实的基础知识、专业知识，而且要有一定的实践经验，掌握计算机这种现代化的教学工具和手段。我教研室在高孟理教授的带领下，经常开展以教学方法、教学手段等为主要内容的教学经验交流活动。教研室要求青年教师多下实验室，以增加实践经验。要求中年教师尽量多用计算机备课、出考题以及从事其他教学活动，尽快掌握与教学有关的计算机应用技能。这些活动的展开，使每一位教师都充分感受到知识更新的紧迫和必要，使教师的教学工作能力有了进一步的提高。
2  教学内容的更新和教材的选择
给排水工程、环境工程和建筑环境与设备工程是兰州交通大学具有一定特色的学科专业，其培养的学生在专业知识、实践能力等方面较大的优势，因此在全路乃至全国高校都有一定的影响。教材的选择对发扬我校的办学特色非常重要，多年来我们一直在寻求解决现用教材不能完全满足专业需求、内容陈旧、与工程实际结合不够紧密等问题。高孟理教授曾编写了“可压缩流体的一维定常流动”和“泵与风机”两部教学讲义暂时弥补了现用教材的不足。另外，针对学院各专业不同特点，对教学内容进行了调整，如建筑环境工程专业将可压缩部分作为重点内容，而取消明渠流动内容；给排水工程专业将明渠均匀流作为重点，而非均匀流主要介绍常用堰和三角堰等。经过几年的考察和调研，我们选定了较适合于我院各专业需求的教育部面向21世纪流体力学教材。
3  教学方法创新
提高教学质量是学校教学工作的永恒主题，教学方法的改革和创新是提高教学质量的关键。组织教师认真学习和研讨现代教育思想，转变教育观念，明确教学方法在培养学生创新能力方面所起的重要作用。要以学生为主体，启发思维为主导，调动学生的积极性。
3.1加强课堂讲解、开辟想象空间
在课堂教学中重视基本概念、基本理论、基本方法的讲解，多举与基本概念有关的例子，引导学生去思考，加强学生举一反三的能力。这样可以将学生带到无限探索与想象的空间，便于激发学生的学习积极性和创造性。
3.2改革习题构成、增加概念题内容
概念性习题一般包括问答题、选择题、填空题、判断题等。由于现用教材中概念题很少，特别是选择、填空、判断类型的概念题几乎没有。教师在课后一般也只布置计算题作业。学生当中普遍存在重计算，轻概念；重答案，轻解答方法等现象。为了增加概念题内容，我们查阅了大量流体力学教材和习题集，收集并整理了部分概念性习题，编制成复习材料供学生使用。
3.3改革试题组成、扩大试题覆盖面
以前的流体力学试卷普遍以计算题为主，占分约为80—100%，其余是问答题，而选择题、填空题，是非判断题很少，试题的覆盖面不广。另外，计算题一般较大，每题占的分值较多，会造成学生在考试时一步作错步步都错的情况。为此，我们改革了期终试题的组成，增加了选择题、填空题，是非判断题等内容，扩大了试题覆盖面。
3.4 联系工程实际教学，增强学生的学习兴趣和实际工作能力
流体力学、工程热力学、水泵与水泵站等课程都具有与工程实际联系紧密的特点。而学生一般都没有工程实际经验，对教材中一些结合工程实际的内容难以理解。我们采取了从实例中引入概念；提出问题、分析问题和解决问题；摆观点、讲体会、谈经验等方法，加强了课堂教学与工程实际的联系。
在流体力学教学中让学生观看结合工程实际的教学录相，不仅有利于学生了解流体力学在工程实际中的应用，而且也能增强学生的学习兴趣。
3.5 针对不同专业进行侧重教学
在保证学生掌握课程基本内容的基础上，针对各专业的特点，对教学内容进行适当的调整，以适应专业需求。如给排水专业除重点讲解有压管道和管网外，明渠流动亦作为必讲内容。环境工程专业则删减了明渠非均匀流而增加可压缩流体流动。
4 教学手段改革
充分利用现代化教学手段，努力提高教学的质量和效率，加大课堂信息量。在流体力学教学中，我们针对工程流体力学与工程实际结合紧密而学生又没有工程实际经验，对流体力学的一些内容不宜理解等情况，从北京大学引进了流体力学教学光盘一套（三张CD供150分钟），在2000~2002级给排水专业、环境工程专业和建筑环境工程专业的18个班的1000多名学生中进行了试用，在实验教学中，我们从浙江大学引入了多媒体流体力学实验教学课件，在99~02级各班使用后，均收到了良好的效果。教研室教师编写和制作的流体力学各系列课程的电子教案和课件已基本完成，在2003年投入试用。
5 加快实验室建设，强化实践教学环节
新的世纪，对大学生实施素质教育和创新教育已成为高等教育的一项重要课题。实践教学是培养学生分析问题和解决问题能力的一种重要途径，是巩固理论知识、开发创造力以及检验学生是否具备综合运用理论知识能力的重要环节。
5.1实验室建设高起点、高标准
流体力学新实验室的建设规划始自1999年初，本着高起点、高标准的原则，向国内一流大学的先进实验室看齐，经过充分的调研论证，选定了浙江大学流体力学实验室作为我校流体力学实验室的建设样板。在4年多的实验室建设中，我们完成了实验设备的调试、实验报告的编制、管理规章制度的制定和修改等工作。现已建设成为具有演示型、测试型和设计型实验教学功能并与多媒体教学手段相结合的开放型实验室。
在近几年的教学实践中，充分发挥了实验教学在技术基础课教学中的重要作用，使学生的动手能力与创新意识得到进一步的增强。
5.2实验教学与多媒体相结合
从浙江大学引进的实验教学软件，具有交互性强、与实验设备配套好等特点和具有实验原理讲解、过程模拟、实验操作指南、实验数据计算、实验成果分析等功能。
学生可通过计算机对每一实验项目进行模拟预习，也可将实验所得数据输入计算机进行计算，当输入的实验数据有误时，计算机将给予提示，以便能及时发现问题。当输入的实验数据正确后，可立即输出计算结果和相应的图表，学生还可通过计算机观看流体力学教学录像。实验教学软件的使用，弥补了教师讲解实验时内容不够全面和教师数量少而不能对每个学生进行详细指导等问题，大大丰富了实验教学的内容，提高了学生实验的兴趣和自己动手的积极性，为实验室的开放式教学创造了条件。
6 进行试题库、试卷库建设，实行教考分离
根据学校“教学质量年”活动的要求，我教研室加紧进行了试题库和试卷库的建设工作，现已从清华大学引进流体力学试题库光盘一套。另外，我教研室还组织教师编制了流体力学系列课程试卷库。在试卷库的建设中注意适当加入实践教学内容，如将流体力学实验过程中学生容易忽视的问题作为考试题，这样既可促使学生进一步重视实验教学环节，又可检验学生的实际动手能力。由于各专业对流体力学课程教学侧重点不同，因此流体力学试题库和试卷库还须进一步的发展和完善。
试卷库的建立，为实行教考分离创造了条件。我教研室流体力学和水泵与水泵站课程已成功地实现了教考分离。
四、实践效果
经过近几年的努力，流体力学重点系列课程建设取得了良好的实践效果，主要表现在以下几个方面：
1 师资队伍建设明显的提高了教师的教学工作能力和敬业精神，增强了教研室的教学实力。现已有博士一名，在读博士二名、硕士二名。几年来在学校教学工作量不断增加的情况下，保证了教学质量不下降而且还有明显提高。教研室有三位教师分别获得学校教学名师、教学优秀奖，优秀青年教师和优秀班主任称号，2003年教研室获学校先进教研室称号。
2 教学方法的创新和教学手段的改革，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的创新能力。2000级学生在观看完流体力学教学录相后，深有感触地说：真没想到，流体力学的应用范围这么广泛，这两个多小时的录相，使我们对流体力学有了一个全新的认识。
3加强实践教学环节，实验室建设跨上了新的台阶。流体力学实验室经过这几年的建设，实验设施更加完善，实验内容更加丰富，并配备了多媒体实验教学软件，已成为学校重点实验室，2002年4月在土木工程专业评估中受到专家的一致好评。
4试题库、试卷库建设，实行教考分离，教学质量明显提高。建立了流体力学试题库（CD三张，包括8000多道试题），水泵与水泵站、流体力学与机械、流体力学泵与风机、工程热力学、水文学等课程试卷库，使我教研室的教学行为更加规范。
五、理论水平
“流体力学课程建设与改革”的内容和实践效果体现出了“教育要面向世界、面向未来、面向现代化”的教育改革主导思想。本课题与学校人才培养方案、创新教育方案紧密结合，指导思想明确，实施计划详细，研究内容全面，成果突出。流体力学教研室、实验室曾多次接待省、部级专家、院士和外国学者参观评估，得到了有关部门和专家的高度评价。
自2001年到现在，各位教师积极进行教学研究与实践，已写出教学研究论文近八篇，其中有三篇已在有关学术刊物上发表。
六、推广价值
 “重点课程建设”是我校教学改革的一次创新。而“流体力学课程建设与改革”更具有新颖性和实用性。近两年已有一些兄弟院校对我们进行课程建设的思路和做法表示了肯定和赞赏。
2002年“教育部高等学校水力学及流体力学课程教学指导小组”扩大会议于2004年7月在内蒙古大学召开。兰州交通大学流体力学课程建设成果得到了与会代表的肯定。流体力学重点课程建设的一些创新思路和做法若能在学校其它课程推广，必将对我校教学质量的提高起到很大的推动作用。


                                       兰州交通大学流体力学教研室


                                                 2004年11月