专业认证背景下安全工程专业流体力学课程教学改革

来源:用户上传      作者:易玉枚 董子文 易灿南 黄宏格

　　摘  要 为提高学生工程素养，促进毕业要求的达成，基于工程教育专业认证理念及认证要求，提出从采用举例教学法、启发式教学法、案例教学法、结合力学历史背景、增强与安全工程专业的契合度等教学方法及模式上，对安全工程专业流体力学课程进行教学改革。
　　关键词 专业认证;流体力学;安全工程;教学改革
　　中图分类号：G642.0    文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2019）22-0082-03
　　Teaching Reform for Fluid Mechanics Course of Safety Engi-
　　neering Specialty under Background of Professional Certifica-tion//YI Yumei， DONG Ziwen， YI Cannan， HUANG Hongge
　　Abstract In order to improve the students’ engineering accomplish-ment and achieve the graduation requirements， based on the concept
　　of engineering education professional certification and the require-
　　ments of certification， through using example teaching， heuristic tea-
　　ching， case teaching method and combining with the fluid mechanics history and safety engineering background， the fluid mechanics course teaching methods and models of safety engineering specialty were explored.
　　Key words professional certification; fluid mechanics; safety engi-neering; teaching reform
　　1 引言
　　專业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，同时是实现国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]，随着我国安全工程专业认证试点工作的开展与深入，对安全工程本科专业教育影响越来越大，湖南工学院安全工程专业于2019年1月通过认证。工程教育专业认证理念的核心是“能力导向、以学生为中心、持续改进”，这就要求每门课程都围绕学生能力培养来组织。为了达成每门课程对应的毕业要求指标，需要根据课程内容及学生特点，改革教学方法与模式，形成以学生为中心的工程教育模式。
　　流体力学作为安全工程专业的一门专业基础课，对后续专业课程的学习非常重要，其知识体系在安全工程领域也有着广泛的应用。然而目前流体力学这门课程教学中存在诸多问题，如内容本身有一定难度，学生积极性不高;教材为工科通用教材，没有与安全专业相结合;教学中缺乏对学生工程能力、创新能力的培养等。因此，本文以流体力学课程为例，根据流体力学课程的特点和学生的接受能力，主要从教学方法与模式上对专业认证背景下的该课程教学改革进行探索。
　　2 采用举例教学，提高学生兴趣
　　举例教学一般是在教师讲授流体力学的基本概念、基本理论时，从理论联系实际的角度出发，列举一些学生身边的事物、生活中的自然现象等比较熟悉的例子来解释抽象的概念、难理解的知识，让学生更容易接受且在愉快的氛围下学习，从而大大激发学生的兴趣，加深学生对知识的理解。根据以往的教学实践发现，很多学生在上课时对讲述的内容都能听懂，但是对课下布置的习题却无从下手，其中主要还是因为概念不清。因此，采用举例教学法巩固学生对概念等基础知识的理解是非常重要的。
　　如在讲述流体的黏性这一节内容时，通过举例“两片玻璃之间滴几滴水合在一起后就变得很难分开”引入黏性概念;用河流中流动的水面来解释黏性概念;用水和胶水说明黏度有大小;用洗碗、炒菜等例子说明黏度随温度的变化规律;用写字用的中性笔笔芯等来说明黏性在日常生活中的应用。这样可以使晦涩难懂的理论概念表达变得浅显易懂，避免抽象的说教，学生学习积极性也大大提高。
　　3 采用启发式教学，提高发现、分析、解决问题的能力
　　启发式教学是在教学过程中根据流体力学课程各章节内容的特点和学生的知识水平及接受能力，注重以学生为主体、教师充分发挥引导作用，为学生创造积极思考的氛围，注重启发学生的思维，引导学生带着问题积极主动学习，从而培养学生发现、分析及解决问题的能力。
　　如在讲授伯努利原理时，通过播放视频、图片的方式，先提出问题：刮风下雨时，雨伞为什么容易向上翻？大风吹过走廊时，教室开着门（门往里开）会怎么样？为什么？乒乓球的旋球是什么原因造成的？如何能打出旋球？足球如何踢出香蕉球？汽车行驶时的阻力主要是来自哪里？飞机为什么能起飞？火车站的站台上为什么要设置安全线？……通过一系列生活中常见的现象，引发学生思考，让学生带着这些问题去学习，伯努利方程不再是枯燥的公式，他们可以深切感受到流体力学的魅力，同时加深对原理的理解及运用。在这一教学过程中，教师要注重引导，从一般常见的现象问题出发，使学生从自己的生活经历经验中体验到探索的乐趣。通过启发，学生能发现身边的很多流体力学现象，并能运用所学知识去分析，进而再进一步求解工程实际问题。
　　4 采用案例教学，提高工程素养
　　案例教学是一种开放式、互动式的新型教学方式。在流体力学课程中，教师需在课前搜集相关案例资料，对课堂教学进行精心设计，选用经典工程案例为教学素材，引导、组织学生进行讨论，结合流体力学知识进行分析，使学生较快地将理论与实践结合起来，从而提高学生分析和解决工程实际问题的能力。 　　如通过讲述历史上著名的水利工程（如黄河大堤、京杭大运河、都江堰水利工程、广西灵渠、陕西郑国渠、三峡工程、南水北调工程）及西气东输工程、京沪高铁、汽车外形设计等工程项目，重点对某一个或两个项目利用流体力学知识进行详细分析。在教学中注重分析思考的过程，将流体力学课程赋予一定工程背景，让学生在工程实例中综合运用所学知识分析问题，提高学生的工程能力。
　　此外，通过国内外大坝溃坝事故案例，如1889年美国约翰斯敦水库洪水漫顶垮坝事故（死亡4000～10 000人），1959年法国Malpasset拱坝溃坝事故（死亡421人），1963年意大利Vajiont拱坝水库失事事故（死亡2600人）[2]，
　　1976年美国爱达荷州的提顿坝溃坝事故（11人死亡，11亿美元左右的经济损失）[3]，1975年河南驻马店溃坝事故（2.6万人死亡，1100万人受灾）[2]，1993年8月27日，由于设计缺陷及施工质量问题，青海省海南藏族自治州沟后水库垮坝失事事故（288人死亡，40人失踪，直接经济损失1.53亿元）等，使学生认识到，作为一名工程人员，其责任心和专业技术素质也许会关系到千百人的生命安全，提高学生的社会责任感和工程素养。
　　5 结合历史背景教学，提高创新思维能力
　　我国目前的流体力学教材对流体力学的发展历史介绍较少，对基本理论的介绍只是单纯的一系列数学物理推导过程或直接列出经验公式，与流体力学的前修课程如高等数学、大学物理等类似，理论性强，逻辑推理严谨，学生学起来感觉沉闷。流体力学作为一门应用力学，教学中应注重学生创新思维及能力的培养。结合流体力学发展史进行教学，体现流体力学中理论的产生、形成和发展过程，了解流體力学科学家的研究工作、研究思想及科学方法，从中获得启示，进而提高创新思维能力。
　　如在讲述紊流运动理论体系的建立时，通过讲述理论形成的过程，让学生体会到理论与实践相结合的研究方法，钱学森的技术科学思想，当理论研究不能满足实际需要时，提出假设，通过实验（实践）发现规律，直至最终正确的理论体系的确立。紊流理论的建立经历了实验与观察、分析与建模、数学求解、实验修正、工程应用等全过程。
　　科学方法的核心是实践探索与理论相结合，由于解决问题的方法不止一种，科学方法对同一对象的理论描述也可能有多种[4]，如工业管道紊流阻力计算公式有达西提出的达西公式、谢才提出的谢才公式，阻力系数计算有布拉修斯公式、尼古拉兹公式、柯列勃洛克公式、莫迪公式、阿里特苏里公式等多种方法。莫迪还根据管道工程界的需要和习惯将各种阻力公式组合到一张计算图中（莫迪图），达到工程应用的目的，但他们殊途同归。结合历史背景教学，使学生思维方式开阔灵活多样化，从而达到培养学生创新能力的目的。
　　6 与安全工程专业契合，提高解决复杂安全工程问题的能力
　　流体力学教材内容基本上前半部分都详细介绍了流体力学的基础知识（工科专业都必须学习和掌握的），包括流体静力学、流体动力学等知识，这是深入学习流体力学的基础，并且配有大量思考题和习题供学生学习巩固;后半部分是流体力学基础的应用，包括孔口出流、管嘴出流、管中流动等内容，但这些内容都没有与安全工程专业结合，学生学习积极性不高，感觉内容枯燥，与自己专业不相关，运用流体力学知识对安全专业问题进行分析能力较差。因此，安全工程专业流体力学课程首先应该由专业教师担任，教学中阐述清楚课程内容与后续专业课程之间的关系，强调对专业的支撑作用[5]，并对各知识点在专业领域进行应用和拓展。
　　如将孔口、管嘴出流部分内容拓展到事故后果分析，常见的火灾、爆炸、中毒事故后果分析的基础就是流体泄漏的计算;将管中流动部分内容与工业通风中通风管路系统设计相结合;将阻力及能量损失计算与消防工程中消防管路系统水力计算相结合;将泵与风机性能部分内容应用到通风及消防中风机与泵的选型中;在专业领域介绍一些目前流体力学研究的课题，如火灾流体力学，火灾中烟气的流动、火灾蔓延、爆炸冲击波、流体应用软件等。让学生明白流体力学课程内容对于专业的重要性、对安全工作的重要性，将专业基础课程理论知识服务于安全工作实际，提高解决复杂安全工程问题的能力。
　　7 结语
　　1）课程教学改革是实现工程教育专业认证目标的关键，对安全工程专业基础课流体力学课程进行改革，可提高学生的工程能力。
　　2）教学改革应注重学生主体作用的发挥，结合教学内容及学生特点以多种教学方式进行教学，提高学生的学习兴趣及综合素质。
　　3）教学改革应注重与安全工程专业相契合，提高学生对流体力学知识在安全工程专业领域的运用能力。
　　参考文献
　　[1]于岩.基于工程教育专业认证要求的材料制备与加工实验课程改革[J].化工高等教育，2017（2）：16-19.
　　[2]解家毕，孙东亚.全国水库溃坝统计及溃坝原因分析[J].水利水电技术，2009，40（12）：124-128.
　　[3]刘宇利.工科专业课堂从教学中融入“课程思政”理念：以《工程地质与土力学》为例[J].中小企业管理与科技，2018（10）：94-95.
　　[4]武继江.量子力学课程思政教育教学探索[J].教育现代化，2019（25）：178-181.
　　[5]谭波，等.关于改善流体力学课程与安全工程专业契合度的教学改革探讨[M]//第27届全国高校安全工程专业学术年会论文集.北京：煤炭工业出版社，2015：225-228.
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