论文部分内容阅读
摘要：本文分析了《流体力学》课程本科教育目前存在的问题，然后从授课内容、学时分配、教学方法、实践环节等方面进行了分析和探索，提出了一些改善教学效果的具体措施，来进一步提升过程装备与控制工程专业《流体力学》课程教学质量，应对工程教育专业认证带来的机遇与挑战。
关键词：工程教育专业认证；过程装备与控制工程；流体力学；课程教学改革
一、 引言
《华盛顿协议》（Washington Accord）是普遍认可的本科工程教育专业国际互认协议，是工科毕业生职业能力国际公认的权威要求。为了应对经济全球化带来的工程人才国际流动的需求，我国按照华盛顿协议成员国标准，在全国高校全面开展了本科工程教育专业认证工作，并于2016年成为《华盛顿协议》的正式会员国。
过程装备与控制工程专业成立于上世纪50年代，前身为“化工设备与机械专业”。由于其应用于加工制造流程性材料产品即过程工业，且随着设备自动化以及控制技术的广泛应用，后经过教育部批准正式更名为过程装备与控制工程。
专业培养人才广泛就业于化工、能源、医药、环保、食品等领域。工程认证对我国的本科工程教育提出了新的要求，对于过程装备与控制工程专业而言，如何应对工程认证带来的机遇和挑战，特别是本科教学方面，将对该专业工程教育的改革与发展产生深远的影响。
由于过程装备与控制工程专业面对的是流程工业，《流体力学》这门课程在该专业的本科教学中占有十分重要的地位。传统工科本科《流体力学》的教学，面向专业宽泛，没有专业针对性，这对于以解决复杂工程问题为导向的工程认证是不利的。
本文根据工程认证的要求，针对过程装备与控制工程《流体力学》教学存在的问题，结合自身的教学实践与体会，对工程认证背景下《流体力学》课程的教学改革进行了探讨和总结。
二、 工程认证背景下，《流体力学》教学中存在的主要问题
（一） 课时设置与培养目标的矛盾。根据工程认证要求，需要毕业生能够解决复杂的工程问题。虽然《流体力学》是一门基础课，但是由于涉及复杂的工程问题，这就需要《流体力学》在授课阶段要结合工程实践、工程应用。
但是我校过程装备与控制工程专业《流体力学》的本科教学，总课时为32课时。众所周知，《流体力学》涉及基础广，涉及知识点多，原本教学需要的课时数就较为紧张，现在面临工程实践的结合，需要更多的学时。在总学时不变的情况下，达到工程认证的培养目标，这将是一个不小的挑战。
（二） 学生薄弱基础与课程深度的矛盾。作为基础三大力学之一，《流体力学》所涉及的知识较为深奥。虽然考虑到面向的是工科学生，在深度上做出了相应的调整，但是相关知识点本身还是具有一定的难度，例如：边界层理论，湍流，量纲计算等。同时由于学生在本课程学习之前未接触连续介质力学、张量计算等概念，这加深了学生在概念理解、公式推导、知识点灵活运用上的难度，从而对《流体力学》的教和学都提出了很高的要求。
（三） 课堂学习与工程实践的矛盾。工程认证要求本科毕业生拥有很强的实践能力，能够综合利用各种知识解决实际工程问题，这就要求在《流体力学》的本科教学中，需要着重强调实验和实践环节，当前过程装备与控制工程的《流体力学》教学过程中，实践环节缺失，仍然侧重于课堂知识的传授，这对于专业通过工程认证是十分不利的。
三、 教学改革的方法与措施
（一） 改进课程大纲与授课内容。为了解决按照《工程教育认证标准》，进一步修订和完善教学大纲和教学计划，优化学时分配。保证《流体力学》基本概念、基本原理以及基本理论的授课时间。例如：流体静力学、流体动力学（一维层流流动）、紊流与边界层、流动阻力、量纲计算等知识的讲解，从而为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
压缩平面流动等拓展知识点的授课。由于过程装备与控制工程专业主要涉及到过程工业中“三传一反”（即“传热、传质、动量传递以及反应”过程）的加工过程以及与之有关的设备。为了加强学生理论结合时间的能力，满足工程认证的培养目标。还需要分配学时重点讲解流体知识在工程实际问题中的应用。
例如：可将圆柱绕流问题与卡曼涡街以及塔设备或者换热器换热管的共振联系起来进行分析；或可将管内流体的流动与阻力计算与成套装备管路计算等结合起来讲解等。
从而培养学生的工程实践能力，强化流体力学概念运用，满足工程认证的培养目标与要求。
（二） 改善授课技巧，提高学生的学习效率。《流体力学》所涉及的知识内容包括各种分析问题的方法和技巧，整个课程需要密集使用高等数学的知识，包括微分方程的建立与求解、张量计算、矢量分析与场论等。
（三） 公式的推导和求解贯穿于整个课程的学习。由于不同的学生基础不同，还有相关数学知识没有选修学习，这进一步加深了学生学习和熟练掌握知识的难度。这就要求我们在课堂讲解中，力求做到深入浅出。
简化复杂公式的推导，避免简单罗列推导内容，着重强调重要公式的来龙去脉，强化学生对概念的理解，避免厌学情绪的产生。同时在授课的过程中列举一些有趣的例子来讲解概念，例如：关于拉格朗日参考系和欧拉参考系的区别、优缺点可通过人在静止和移动状况下对风的感知来帮助学生理解。
同时，要善于利用多媒体技术来进行教学，通过图片、视频使得学生能够直观地了解抽象知识点。
另外可通过一些典型流动问题分析，训练学生在具体工程分析中，如何抽象概括、假设简化、数学建模直至问题最终的求解。从而培养学生综合分析能力、知识应用能力以及创新能力。
（四） 针对工程领域，创新实践能力培养。学生解决复杂工程问题的能力涉及到多种能力培养，其中实践环节必不可少。为了学生能够初步运用流体力学的知识，从科学的角度对过程工业相关装备内特征结构与工业流程的相互作用进行综合分析，为过程装备的设计、研发奠定必要的流体力学基础。这就要求我们在课程的实践教学过程中，紧密联系实际生产中的典型设备进行分析，例如动设备可选用泵，静设备可选塔设备。
（五） 首先分解模型设备使学生对结构有直观的了解，然后分组模拟实际生产过程中相关设备的设计、加工、检验、安装、操作，维修过程，使得学生了解《流体力学》知识在其中的运用，从而熟练掌握相关知识内容。
（六） 另外可鼓励学生利用课外时间，运用相关知识，参与科研创新活动从而开阔视野、训练科学思维，为学生将来进入更高层次的学习以及解决更复杂的工程问题打下坚实的基础。
四、 结论
本文分析了《流体力学》课程本科教育目前存在的问题，然后从授课内容、学时分配、教学方法、实践环节等方面进行了分析和探索，提出了一些改善教学效果的具体措施，来进一步提升过程装备与控制工程专业《流体力学》课程的教学质量，应对工程教育专业认证带来的机遇与挑战。
参考文献：
[1] 张彭岗，张墨，唐爱坤.工程认证背景下机械类专业“传热学”课程教学的探索与改革[J].教育教学论坛，2016，40：119-120.
[2] 李颖.工程认证背景下大学生工程实践能力培养创新研究与实践[J].河南化工2014，31（8）：59-61.
[3] 孫铜生.过程装备与控制工程专业力学课程教学研究与实践[J].中国电力教育，2014，14（309）：110-112，115.
[4] 王烨，李亚宁.流体力学课程多视角教学方法的探索与实践[J].高等建筑教育，2013，22（4）：41-43.
[5] 黄卫星，肖泽仪，伍勇，魏文韫.过程装备专业工程流体力学课程的地位与教学要求[J].化学高等教育，2010，1（111）：21-24.
作者简介：杨新俊，崔政伟，宋春芳，江苏省无锡市，江南大学机械工程学院。
关键词：工程教育专业认证；过程装备与控制工程；流体力学；课程教学改革
一、 引言
《华盛顿协议》（Washington Accord）是普遍认可的本科工程教育专业国际互认协议，是工科毕业生职业能力国际公认的权威要求。为了应对经济全球化带来的工程人才国际流动的需求，我国按照华盛顿协议成员国标准，在全国高校全面开展了本科工程教育专业认证工作，并于2016年成为《华盛顿协议》的正式会员国。
过程装备与控制工程专业成立于上世纪50年代，前身为“化工设备与机械专业”。由于其应用于加工制造流程性材料产品即过程工业，且随着设备自动化以及控制技术的广泛应用，后经过教育部批准正式更名为过程装备与控制工程。
专业培养人才广泛就业于化工、能源、医药、环保、食品等领域。工程认证对我国的本科工程教育提出了新的要求，对于过程装备与控制工程专业而言，如何应对工程认证带来的机遇和挑战，特别是本科教学方面，将对该专业工程教育的改革与发展产生深远的影响。
由于过程装备与控制工程专业面对的是流程工业，《流体力学》这门课程在该专业的本科教学中占有十分重要的地位。传统工科本科《流体力学》的教学，面向专业宽泛，没有专业针对性，这对于以解决复杂工程问题为导向的工程认证是不利的。
本文根据工程认证的要求，针对过程装备与控制工程《流体力学》教学存在的问题，结合自身的教学实践与体会，对工程认证背景下《流体力学》课程的教学改革进行了探讨和总结。
二、 工程认证背景下，《流体力学》教学中存在的主要问题
（一） 课时设置与培养目标的矛盾。根据工程认证要求，需要毕业生能够解决复杂的工程问题。虽然《流体力学》是一门基础课，但是由于涉及复杂的工程问题，这就需要《流体力学》在授课阶段要结合工程实践、工程应用。
但是我校过程装备与控制工程专业《流体力学》的本科教学，总课时为32课时。众所周知，《流体力学》涉及基础广，涉及知识点多，原本教学需要的课时数就较为紧张，现在面临工程实践的结合，需要更多的学时。在总学时不变的情况下，达到工程认证的培养目标，这将是一个不小的挑战。
（二） 学生薄弱基础与课程深度的矛盾。作为基础三大力学之一，《流体力学》所涉及的知识较为深奥。虽然考虑到面向的是工科学生，在深度上做出了相应的调整，但是相关知识点本身还是具有一定的难度，例如：边界层理论，湍流，量纲计算等。同时由于学生在本课程学习之前未接触连续介质力学、张量计算等概念，这加深了学生在概念理解、公式推导、知识点灵活运用上的难度，从而对《流体力学》的教和学都提出了很高的要求。
（三） 课堂学习与工程实践的矛盾。工程认证要求本科毕业生拥有很强的实践能力，能够综合利用各种知识解决实际工程问题，这就要求在《流体力学》的本科教学中，需要着重强调实验和实践环节，当前过程装备与控制工程的《流体力学》教学过程中，实践环节缺失，仍然侧重于课堂知识的传授，这对于专业通过工程认证是十分不利的。
三、 教学改革的方法与措施
（一） 改进课程大纲与授课内容。为了解决按照《工程教育认证标准》，进一步修订和完善教学大纲和教学计划，优化学时分配。保证《流体力学》基本概念、基本原理以及基本理论的授课时间。例如：流体静力学、流体动力学（一维层流流动）、紊流与边界层、流动阻力、量纲计算等知识的讲解，从而为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
压缩平面流动等拓展知识点的授课。由于过程装备与控制工程专业主要涉及到过程工业中“三传一反”（即“传热、传质、动量传递以及反应”过程）的加工过程以及与之有关的设备。为了加强学生理论结合时间的能力，满足工程认证的培养目标。还需要分配学时重点讲解流体知识在工程实际问题中的应用。
例如：可将圆柱绕流问题与卡曼涡街以及塔设备或者换热器换热管的共振联系起来进行分析；或可将管内流体的流动与阻力计算与成套装备管路计算等结合起来讲解等。
从而培养学生的工程实践能力，强化流体力学概念运用，满足工程认证的培养目标与要求。
（二） 改善授课技巧，提高学生的学习效率。《流体力学》所涉及的知识内容包括各种分析问题的方法和技巧，整个课程需要密集使用高等数学的知识，包括微分方程的建立与求解、张量计算、矢量分析与场论等。
（三） 公式的推导和求解贯穿于整个课程的学习。由于不同的学生基础不同，还有相关数学知识没有选修学习，这进一步加深了学生学习和熟练掌握知识的难度。这就要求我们在课堂讲解中，力求做到深入浅出。
简化复杂公式的推导，避免简单罗列推导内容，着重强调重要公式的来龙去脉，强化学生对概念的理解，避免厌学情绪的产生。同时在授课的过程中列举一些有趣的例子来讲解概念，例如：关于拉格朗日参考系和欧拉参考系的区别、优缺点可通过人在静止和移动状况下对风的感知来帮助学生理解。
同时，要善于利用多媒体技术来进行教学，通过图片、视频使得学生能够直观地了解抽象知识点。
另外可通过一些典型流动问题分析，训练学生在具体工程分析中，如何抽象概括、假设简化、数学建模直至问题最终的求解。从而培养学生综合分析能力、知识应用能力以及创新能力。
（四） 针对工程领域，创新实践能力培养。学生解决复杂工程问题的能力涉及到多种能力培养，其中实践环节必不可少。为了学生能够初步运用流体力学的知识，从科学的角度对过程工业相关装备内特征结构与工业流程的相互作用进行综合分析，为过程装备的设计、研发奠定必要的流体力学基础。这就要求我们在课程的实践教学过程中，紧密联系实际生产中的典型设备进行分析，例如动设备可选用泵，静设备可选塔设备。
（五） 首先分解模型设备使学生对结构有直观的了解，然后分组模拟实际生产过程中相关设备的设计、加工、检验、安装、操作，维修过程，使得学生了解《流体力学》知识在其中的运用，从而熟练掌握相关知识内容。
（六） 另外可鼓励学生利用课外时间，运用相关知识，参与科研创新活动从而开阔视野、训练科学思维，为学生将来进入更高层次的学习以及解决更复杂的工程问题打下坚实的基础。
四、 结论
本文分析了《流体力学》课程本科教育目前存在的问题，然后从授课内容、学时分配、教学方法、实践环节等方面进行了分析和探索，提出了一些改善教学效果的具体措施，来进一步提升过程装备与控制工程专业《流体力学》课程的教学质量，应对工程教育专业认证带来的机遇与挑战。
参考文献：
[1] 张彭岗，张墨，唐爱坤.工程认证背景下机械类专业“传热学”课程教学的探索与改革[J].教育教学论坛，2016，40：119-120.
[2] 李颖.工程认证背景下大学生工程实践能力培养创新研究与实践[J].河南化工2014，31（8）：59-61.
[3] 孫铜生.过程装备与控制工程专业力学课程教学研究与实践[J].中国电力教育，2014，14（309）：110-112，115.
[4] 王烨，李亚宁.流体力学课程多视角教学方法的探索与实践[J].高等建筑教育，2013，22（4）：41-43.
[5] 黄卫星，肖泽仪，伍勇，魏文韫.过程装备专业工程流体力学课程的地位与教学要求[J].化学高等教育，2010，1（111）：21-24.
作者简介：杨新俊，崔政伟，宋春芳，江苏省无锡市，江南大学机械工程学院。