《氣體動(dòng)力學(xué)》教學(xué)改革與實(shí)踐

孫爽　董立輝　付宇

摘 要：針對《氣體動(dòng)力學(xué)》課程理論性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)多特點(diǎn)，本文對課程教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析；從教學(xué)內(nèi)容、方法等方面，對理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了研究與探索；介紹了《氣體動(dòng)力學(xué)》教學(xué)改革的具體組織與實(shí)施過程；通過對課程提供具體真實(shí)的工程背景的教學(xué)改革，在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生分析解決具體工程問題能力和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)方面可發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：氣體動(dòng)力學(xué) 教學(xué)改革 理論教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

引言

《氣體動(dòng)力學(xué)》是流體力學(xué)的一個(gè)重要分支，這是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，同時(shí)也是航空、宇航、能源專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課是以理論分析為基礎(chǔ)，主要培養(yǎng)學(xué)生解決工程中所遇到的復(fù)雜氣體流動(dòng)問題，因此《氣體動(dòng)力學(xué)》以經(jīng)典理論或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容為主，公式多而乏味，學(xué)生理解與記憶課程知識(shí)難度較高。為了改變這一現(xiàn)狀，在學(xué)校和學(xué)院的支持下，開展了《氣體動(dòng)力學(xué)》課程的課程建設(shè)工作，并對課程的教學(xué)方法進(jìn)行了改革。流體力學(xué)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，就是通過各教學(xué)環(huán)節(jié)，運(yùn)用各教學(xué)手段和方法，使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程、從事工程技術(shù)工作和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并達(dá)到更快、更好地滿足新時(shí)期人才培養(yǎng)要求[1，2]。

一、《氣體動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.理論課教學(xué)現(xiàn)狀

理論課在流體力學(xué)教學(xué)中占據(jù)主導(dǎo)地位，目前理論課主要教授方式是通過教師做板書或是演示PPT來完成。《氣體動(dòng)力學(xué)》的公式較多，理論性、邏輯性很強(qiáng)，通過板書逐步演算理論產(chǎn)生的過程對學(xué)生理解知識(shí)、記憶知識(shí)有較大幫助，但過多的板書會(huì)使課堂氣氛枯燥、乏味，同時(shí)大量的知識(shí)在短時(shí)間內(nèi)給學(xué)生逐一推導(dǎo)也不太現(xiàn)實(shí)，因此需要結(jié)合PPT來完成。但大部分教師都無法將兩種教授方式完美的結(jié)合。

2.實(shí)驗(yàn)課教學(xué)現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)氣體動(dòng)力學(xué)是《氣體動(dòng)力學(xué)》發(fā)展的基礎(chǔ)，是學(xué)科的檢驗(yàn)依據(jù)。然而，當(dāng)前學(xué)生進(jìn)行的全部是傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生進(jìn)行完全相同的實(shí)驗(yàn)。雖然實(shí)驗(yàn)有利于增進(jìn)學(xué)生對理論知識(shí)的理解，但在實(shí)驗(yàn)前就知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這不能激發(fā)學(xué)生的積極性，也不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性與主體性。目前，受到教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的約束，理論課與實(shí)驗(yàn)課的綜合優(yōu)化效果沒能體現(xiàn)出來。這是亟待改進(jìn)與加強(qiáng)的教改內(nèi)容。

3.用人單位對畢業(yè)生專業(yè)反饋

中國民航大學(xué)《氣體動(dòng)力學(xué)》的主要授課對象是飛行器動(dòng)力工程與飛行器制造工程兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生，大部分學(xué)生畢業(yè)后將進(jìn)入飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)大修廠及航空公司工作，以上用人單位較多的反饋是：學(xué)生對于《氣體動(dòng)力學(xué)》的理論知識(shí)掌握較好，但將所學(xué)知識(shí)與飛機(jī)飛行及發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的各種氣動(dòng)現(xiàn)象或是氣動(dòng)故障診斷相聯(lián)系，均表現(xiàn)出不好。

二、《氣體動(dòng)力學(xué)》開展教學(xué)改革的必要性

1.提高教學(xué)質(zhì)量的需要

設(shè)高等教育強(qiáng)國必須將高等教育的發(fā)展視為核心任務(wù)。而在大學(xué)教育階段的主要教育形式是課堂教學(xué)，如何保障課堂教學(xué)質(zhì)量一直備受關(guān)注，也是推動(dòng)教學(xué)改革的主要內(nèi)在動(dòng)力[3]。

2.專業(yè)人才培養(yǎng)的需要

由于《氣體動(dòng)力學(xué)》授課對象是大三的學(xué)生，雖然具備了《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》、《流體力學(xué)》等課程的基礎(chǔ)，但還缺少針對《氣體動(dòng)力學(xué)》實(shí)踐環(huán)節(jié)的工程訓(xùn)練，對后續(xù)專業(yè)還不夠了解，而該課程是后續(xù)專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，起著承前啟后的重要作用，加強(qiáng)與后續(xù)專業(yè)課等工程實(shí)例的鏈接，可真正實(shí)現(xiàn)彈性力學(xué)的教學(xué)目的。所以，通過提供與后續(xù)專業(yè)課相關(guān)的具體真實(shí)的工程背景，如飛機(jī)機(jī)翼流動(dòng)、機(jī)身流動(dòng)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)內(nèi)流、航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪內(nèi)流的演示及教學(xué)，能夠幫助學(xué)生提前了解專業(yè)背景，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

三、《氣體動(dòng)力學(xué)》的教學(xué)改革

1.課前準(zhǔn)備

《氣體動(dòng)力學(xué)》開展教學(xué)改革時(shí)，教師和學(xué)生必須進(jìn)行周密而細(xì)致的課前準(zhǔn)備工作，課上老師要善于啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，課后要對學(xué)生進(jìn)行考核與評(píng)價(jià)。下面以“一維定常管流”這節(jié)教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)改革為例介紹教學(xué)改革的組織與實(shí)施過程。這一章的某些知識(shí)已在《流體力學(xué)》的先修課程理論力學(xué)涉及到，例如連續(xù)流涕假設(shè)，流體的密度、壓力、溫度的關(guān)系等，這些概念在《氣體動(dòng)力學(xué)》中已經(jīng)有了新的內(nèi)涵，這時(shí)在講解新的內(nèi)容點(diǎn)時(shí)必須注意與以往知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行銜接并引申。

2.改革課堂教學(xué)

理論教學(xué)較為枯燥，飛行器動(dòng)力工程專業(yè)具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，作為專業(yè)基礎(chǔ)課的《氣體動(dòng)力學(xué)》應(yīng)當(dāng)在教學(xué)過程中體現(xiàn)理論知識(shí)能為實(shí)際問題的解決提供指導(dǎo)的作用，這樣才能吸引學(xué)生聽講，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。在教學(xué)中，如果不能有效的使教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐聯(lián)系，學(xué)生的學(xué)習(xí)變得盲目與被動(dòng)，不能明確學(xué)習(xí)的目的，從而產(chǎn)生思想懈怠甚至厭學(xué)的情緒，不利于課程的進(jìn)行，因此必須加強(qiáng)課程與實(shí)踐問題的聯(lián)系，通過初步引入后續(xù)專業(yè)課程里所涉及到的氣動(dòng)現(xiàn)象與氣動(dòng)問題，引導(dǎo)學(xué)生試著解決工程實(shí)際問題，從而使他們對學(xué)習(xí)越來越有興趣。

3.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，除配合理論教學(xué)外，主要是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。學(xué)生在接觸到氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)后，再經(jīng)教師啟發(fā)和講授，學(xué)習(xí)積極性和效果會(huì)明顯提高。我校于今年在原有壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，引入壓氣機(jī)流動(dòng)損失實(shí)驗(yàn)、低速葉柵實(shí)驗(yàn)與變截面管流實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)室設(shè)備機(jī)既具備了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的功能還兼具與航空實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的功能，新引進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備使得《氣體動(dòng)力學(xué)》的教學(xué)更加直觀，通過試驗(yàn)可使學(xué)生的理解能力大大加強(qiáng)。

4.教學(xué)手段的合理運(yùn)用

在以往的材料力學(xué)教學(xué)中，主要采用板書的教學(xué)手段，該種教學(xué)手段的優(yōu)點(diǎn)是可以使學(xué)生的注意力集中，通過帶領(lǐng)學(xué)生在黑板上推導(dǎo)公式，使學(xué)生更加明確公式的由來，便于理解，但是這種教學(xué)手段耗時(shí)較長。使用多媒體如PPT，可以快速完成教學(xué)任務(wù)，但如果在整堂課程的教學(xué)中始終運(yùn)用多媒體課件，因此必須將板書與多媒體這兩種教學(xué)手段相結(jié)合，要以板書為主，多媒體為輔，當(dāng)進(jìn)行公式的導(dǎo)出時(shí)，盡量以板書形式進(jìn)行推導(dǎo)，當(dāng)演示力學(xué)模型及流動(dòng)特點(diǎn)時(shí)，要借助多媒體的教學(xué)手段，從而達(dá)到突出教學(xué)重點(diǎn)，節(jié)省時(shí)間的目的。

5.關(guān)注教材，加強(qiáng)校企合作

由于我國目前的民用客機(jī)絕大部分都是進(jìn)口飛機(jī)，針對民航運(yùn)營方的手冊都是英文版，因此在學(xué)校進(jìn)行專業(yè)知識(shí)教授時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大雙語培訓(xùn)的力度，拓寬外語的學(xué)習(xí)環(huán)境，解決公共外語學(xué)習(xí)與專業(yè)應(yīng)用之間的脫節(jié)，是學(xué)生能夠更快速的融入未來的工作環(huán)境當(dāng)中[3，4]。

結(jié)語

作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，流體力學(xué)既有較強(qiáng)的理論性，同時(shí)又和工程實(shí)際緊密結(jié)合。教學(xué)過程中，應(yīng)做到改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性；理論、實(shí)驗(yàn)并重，互相促進(jìn)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。在改進(jìn)教學(xué)理論與教學(xué)方法的同時(shí)，要積極的與用人單位接觸，聽取用人單位對學(xué)生的意見反饋，進(jìn)而改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容與方式。

參考文獻(xiàn)

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