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篇1

論文摘要：根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，分析了該專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課“工程流體力學(xué)”和主干專業(yè)課“水污染控制工程”在教學(xué)中存在的問題，文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出了“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)改革思路。

論文關(guān)鍵詞：環(huán)境工程專業(yè)；工程流體力學(xué)；水污染控制工程；教學(xué)改革

“工程流體力學(xué)”是研究流體（液體、氣體）處于平衡狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的力學(xué)規(guī)律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術(shù)中應(yīng)用的一門科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，有其自身的理論體系，其基礎(chǔ)理論主要由三部分組成：流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)?！八廴究刂乒こ獭笔顷P(guān)于控制水體污染途徑以及各種廢水處理方法（包括物理處理方法、化學(xué)處理方法、生物處理方法等）的基本理論、工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算的一門科學(xué)?！肮こ塘黧w力學(xué)”是環(huán)境工程專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，“水污染控制工程”是環(huán)境工程專業(yè)的核心專業(yè)課，這兩門課程在環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)中有著舉足輕重的作用，同時(shí)兩者之間也存在著重要的相互理論關(guān)系。

“工程流體力學(xué)”是水利、環(huán)境、能源、土木、機(jī)械、動(dòng)力等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)內(nèi)容紛繁豐富，其特點(diǎn)是理論性和綜合性比較強(qiáng)，概念抽象，難于理解?！八廴究刂乒こ獭闭n程內(nèi)容與“工程流體力學(xué)”內(nèi)容結(jié)合相對(duì)比較緊密，如城市排水溝道系統(tǒng)、各種污水處理構(gòu)筑物等的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及在構(gòu)筑物中的生化反應(yīng)、化學(xué)絮凝反應(yīng)中水力條件的控制等均是工程流體力學(xué)理論知識(shí)在水污染控制工程中的實(shí)際應(yīng)用。目前，在環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)方面，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”課程正面臨著比較尷尬的局面：一方面課程內(nèi)容趨于復(fù)雜和廣泛；另一方面在課時(shí)量逐漸壓縮的情況下，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容沒有起到應(yīng)有的相互銜接，教學(xué)內(nèi)容彼此脫離。由此形成環(huán)境工程專業(yè)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)課銜接不夠，在教學(xué)過程中學(xué)生感到內(nèi)容枯燥，概念抽象；而在“水污染控制工程”教學(xué)過程中，學(xué)生感到工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)不扎實(shí)，不能夠熟練應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論解決水污染控制工程方面的實(shí)際問題。

針對(duì)目前環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容的狀況，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出“工程流體力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。

一、改革教學(xué)內(nèi)容

對(duì)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，重構(gòu)環(huán)境工程專業(yè)的“工程流體力學(xué)”課程，對(duì)該課程中的主要內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合后續(xù)專業(yè)課“水污染控制工程”的內(nèi)容進(jìn)行改編，為“水污染控制工程”的講授奠定基礎(chǔ)理論知識(shí)?！肮こ塘黧w力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容主要包括理論教學(xué)和實(shí)踐性教學(xué)兩部分，其中在理論教學(xué)內(nèi)容部分，如“工程流體力學(xué)”中涉及到的流體粘滯性、流體內(nèi)摩擦定律等內(nèi)容，結(jié)合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流態(tài)所需要的雷諾數(shù)內(nèi)容為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體靜力學(xué)”中絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度等概念、理論在水污染控制工程中虹吸濾池、脈沖澄清池以及沉淀池、污泥濃縮池重力式排泥所需要的靜水頭壓力等實(shí)際工程中的應(yīng)用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；流體運(yùn)動(dòng)學(xué)中基本理論對(duì)“水污染控制工程”中的數(shù)學(xué)模式的建立為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體動(dòng)力學(xué)”中壓力損失理論在水污染控制工程中的水力計(jì)算，水射器理論在水污染控制工程中的計(jì)量作用、加藥作用、射流曝氣作用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革等。其次，“工程流體力學(xué)”實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容部分，改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，除驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外，增加工程應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，如文丘里流量計(jì)、三角堰流量計(jì)、巴氏計(jì)量槽、畢托管測速儀、虹吸管、孔口與管嘴的工程應(yīng)用等內(nèi)容，既加強(qiáng)了動(dòng)手操作能力，也培養(yǎng)了學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的綜合分析與應(yīng)用能力，不僅使教學(xué)內(nèi)容豐富，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

對(duì)“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革包括理論教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容改革，強(qiáng)調(diào)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的應(yīng)用。在理論教學(xué)內(nèi)容方面，“水污染控制工程”中的污水溝道系統(tǒng)水力計(jì)算、水處理構(gòu)筑物中水力參數(shù)的確定、污水在構(gòu)筑物中的最佳流態(tài)、各水處理構(gòu)筑物之間高程布置、混合反應(yīng)池中攪拌強(qiáng)度的確定、過濾池中配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其濾速確定等一系列涉及工程流體力學(xué)問題的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行必要教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的工程應(yīng)用有一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)，理解“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的重要性，使學(xué)生既掌握了“水污染控制工程”應(yīng)用設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法等知識(shí)，也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)在水污染控制實(shí)際工程的應(yīng)用。在實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容方面，加強(qiáng)工程性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從不同的工業(yè)企業(yè)和居民生活區(qū)采集不同的廢水水樣，根據(jù)化驗(yàn)所得廢水水質(zhì)，確定所采用的處理技術(shù)和處理工藝，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在各種廢水處理工藝中所選擇的工程流體力學(xué)水力參數(shù)，基于“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)分析廢水處理工藝水力參數(shù)的合理性。

二、改革教學(xué)模式

“工程流體力學(xué)”特點(diǎn)是理論性、綜合性、系統(tǒng)性較強(qiáng)，概念抽象、邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上是教師講、學(xué)生聽，“授—受”型單一模式，盡管在學(xué)的過程中采用了多種形式的多媒體教學(xué)方式，但仍沒有改變學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的被動(dòng)地位，學(xué)生缺乏主動(dòng)性和實(shí)踐性。改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的創(chuàng)新教學(xué)模式，結(jié)合水污染控制工程中的實(shí)際問題，以工程實(shí)例為背景，應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際工程問題，誘導(dǎo)學(xué)生積極思考，在教學(xué)過程中形成教學(xué)互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與性。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容性質(zhì)，“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容可以分為基礎(chǔ)理論和實(shí)際工程應(yīng)用兩個(gè)部分。在流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)三個(gè)基礎(chǔ)理論部分，采用形象化的多媒體演示、軟件模擬、小型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合探究式、啟發(fā)式教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生課堂討論；在實(shí)際工程應(yīng)用教學(xué)部分，如孔口管嘴、有壓管流和明渠流部分，以水污染控制工程中的工程實(shí)例為背景，采用適量的實(shí)際工程圖片，豐富教學(xué)信息量，刺激學(xué)生的感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的思路，開闊學(xué)生的視野，可以使枯燥、乏味的內(nèi)容變得趣味盎然，使抽象、晦澀的內(nèi)容變得直觀生動(dòng)。

“水污染控制工程”特點(diǎn)是實(shí)踐性、工程應(yīng)用性強(qiáng)，因?yàn)椴煌膹U水水質(zhì)達(dá)到處理要求所采用的處理技術(shù)、處理工藝不同；即便相同的廢水水質(zhì)，如果污水量不同，所采用的處理工藝也不同；一個(gè)廢水處理工程，即廢水水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)相同，也可以采用不同的處理技術(shù)和處理工藝，工程流體力學(xué)參數(shù)的選擇是確定不同廢水處理技術(shù)、工藝的主要影響因素之一。因此，在“水污染控制工程”的教學(xué)過程中，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的實(shí)踐教學(xué)模式，以工程實(shí)例為背景，通過開放性的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)正確選擇工程流體力學(xué)參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)參數(shù)的選擇、廢水處理效果等進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。通過工程實(shí)例和實(shí)踐性教學(xué)改革，使學(xué)生既對(duì)廢水處理工程設(shè)計(jì)過程有一個(gè)清晰的思路，又能達(dá)到舉一反三的效果。

三、優(yōu)化師資配置

師資隊(duì)伍優(yōu)化，一靠資源，二靠制度，師資隊(duì)伍優(yōu)化也是一個(gè)相對(duì)的漸進(jìn)過程，優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)和措施與所處時(shí)代、社會(huì)背景及其自身所處發(fā)展階段和學(xué)科特色有關(guān)。環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)要求師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量可靠?！肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”是本專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課和主干專業(yè)課，兩門課程在講授過程中存在著千絲萬縷的必然聯(lián)系，這就對(duì)師資配置和師資隊(duì)伍建設(shè)提出了更高的要求。首先，建立高質(zhì)量的師資隊(duì)伍，定期或不定期對(duì)教師進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和實(shí)踐工程訓(xùn)練，要求講授“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”兩門課程的教師對(duì)兩個(gè)學(xué)科均有一定的研究，或者承擔(dān)一定量研究科研工作，洞悉當(dāng)前“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”發(fā)展的最新前沿理論和技術(shù)；其次，在師資配置方面，要求講授“工程流體力學(xué)”的教師對(duì)“水污染控制工程”有一定的研究或承擔(dān)相關(guān)科研項(xiàng)目，講授“水污染控制工程”的教師對(duì)“工程流體力學(xué)”有扎實(shí)的理論研究或承擔(dān)相關(guān)的科研項(xiàng)目；第三，建立教師研討會(huì)制度，講授“工程流體力學(xué)”的和講授“水污染控制工程”的教師定期或不定期舉行教學(xué)研討會(huì)，避免兩門課程的講授內(nèi)容出現(xiàn)彼此分裂現(xiàn)象。如果在師資配置中，講授“工程流體力學(xué)”的教師畢業(yè)于力學(xué)專業(yè)，即使講授“工程流體力學(xué)”的教師對(duì)力學(xué)有很高的造詣，對(duì)該門課程的講授有聲有色，但如果該教師對(duì)環(huán)境工程專業(yè)“水污染控制工程”專業(yè)理論知識(shí)或?qū)嵺`工程知之甚少，那么在教學(xué)過程中，必然不能夠?qū)ⅰ肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，對(duì)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生來說，這樣的師資配置，必定不是最優(yōu)化的師資配置。

四、改革考核方式

篇2

[論文摘要]論文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，提出了以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主、以現(xiàn)代化教學(xué)手段為輔的教學(xué)方法。結(jié)合實(shí)例講清楚基本概念，夠用為度重點(diǎn)突出理論公式的應(yīng)用是常規(guī)教學(xué)應(yīng)遵循的模式，并與多媒體輔助教學(xué)手段有機(jī)地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，達(dá)到提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

一、前言

《流體力學(xué)》是研究流體所遵循的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué)，它建立在現(xiàn)場觀測、實(shí)驗(yàn)室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撔?、原理的抽象性、概念多、方程推?dǎo)繁雜等特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)知識(shí)及綜合分析與處理問題能力的要求較高，因而大部分學(xué)生覺得該課程抽象、枯燥、難懂，普遍缺乏對(duì)流體力學(xué)理論的感性認(rèn)識(shí)，都有某種程度的畏懼感，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難懂成為較普遍的現(xiàn)象。

我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、過程裝備與控制工程、土木工程、安全工程、采礦工程、環(huán)境工程、礦物加工工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、工程力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生都須具備不同程度的流體力學(xué)知識(shí)和技能，它是各專業(yè)后續(xù)課程如：液壓傳動(dòng)、水力學(xué)、流體機(jī)械、空氣調(diào)節(jié)、傳熱學(xué)等課程的基礎(chǔ)。

為此，作者通過教學(xué)實(shí)踐，就多樣化的教學(xué)方法、更新的教學(xué)內(nèi)容、引入高科技的教學(xué)手段等方面進(jìn)行探討，以期提高《流體力學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量。

二、以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主

《流體力學(xué)》的課程體系分為基本理論、基本應(yīng)用和專門課題三大知識(shí)模塊，它要求學(xué)生具備扎實(shí)的微積分知識(shí)、力學(xué)知識(shí)等。學(xué)生在接觸流體力學(xué)課程伊始，對(duì)抽象的理論理解速度慢，對(duì)枯燥的公式及其推導(dǎo)過程容易厭煩，因而《流體力學(xué)》的教學(xué)應(yīng)該以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的課堂教學(xué)中，學(xué)生獲取知識(shí)主要是聽教師講課，通過板書教師細(xì)致耐心地闡述概念、推導(dǎo)公式、突出重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)難點(diǎn)，以學(xué)生容易接受的講課速度，留給學(xué)生更多的思考和消化的時(shí)間，再配合上教師的表情、手勢、師生之間的互動(dòng)，會(huì)達(dá)到很好的教學(xué)效果。

(一)結(jié)合實(shí)例，講清楚基本概念

流體力學(xué)的概念多、現(xiàn)象多，且很多概念和現(xiàn)象比較抽象，難以理解，諸如：拉格朗日法、歐拉法、流線、跡線、邊界層等。因而利用身邊的實(shí)例對(duì)這些抽象的概念進(jìn)行講解，例如在講授描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時(shí)，學(xué)生們很難理解。為了將概念通俗化，上課時(shí)筆者以城市公共交通部門統(tǒng)計(jì)客運(yùn)量所采用兩種方法為例：①在每一輛公交車上安排記錄員，記錄每輛車在不同時(shí)刻（站點(diǎn)）上下車人數(shù)，此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點(diǎn)跟蹤，它與跡線的定義對(duì)應(yīng)；②在每一公交站點(diǎn)安排記錄員，記錄不同時(shí)刻經(jīng)過該站點(diǎn)車輛的上下車人數(shù)，此法等同于歐拉法，與流線的定義對(duì)應(yīng)。

在講解伯努利方程原理的時(shí)候，例舉1912年“豪克”號(hào)鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號(hào)遠(yuǎn)洋輪相撞的船吸現(xiàn)象，讓學(xué)生清楚掌握流體的壓強(qiáng)與它的流速有關(guān)，流速越大，壓強(qiáng)越??；反之亦然。

概念是公式推演的基石，沒有準(zhǔn)確的概念，后續(xù)的公式推演幾乎難以為繼，清晰的概念會(huì)使公式的講解和推演變得更加簡易。利用淺顯易懂的生活實(shí)例來闡述抽象的概念及其之間的內(nèi)部聯(lián)系和區(qū)別，教師易教、學(xué)生易懂，將會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

（二）以用為度，重點(diǎn)突出理論公式的應(yīng)用

伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，是流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，始終貫穿著整篇教材。在講解該理論公式的時(shí)候，先從容易理解的靜力學(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開始，強(qiáng)調(diào)公式所依據(jù)的原理是牛頓第二定律，假設(shè)條件是平衡、理想、靜止的流體，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生如何理解公式各項(xiàng)的幾何意義和物理含義，掌握公式的實(shí)際應(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動(dòng)力學(xué)伯努利方程時(shí)，先易后難、循序漸進(jìn)，學(xué)生就覺得不會(huì)那么深?yuàn)W。在講解相對(duì)平衡的流體壓強(qiáng)分布規(guī)律時(shí)，就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過程，因?yàn)樗诮鉀Q一般平衡流體內(nèi)部的壓強(qiáng)分布規(guī)律及其對(duì)固體壁面的作用力問題時(shí)非常重要。而對(duì)于連續(xù)性方程和動(dòng)量方程的學(xué)習(xí)，只強(qiáng)調(diào)記住結(jié)論和理解公式中各個(gè)物理量的含義。這樣做，有效地避免了大量公式繁瑣的推導(dǎo)給學(xué)生帶來的畏難情緒，也能夠做到以用為度、重點(diǎn)突出。

不可否認(rèn)，依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件、以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)形式單一，教學(xué)手段不先進(jìn)，教學(xué)效率不高，適應(yīng)不了課程教學(xué)學(xué)時(shí)少、受教育學(xué)生數(shù)增加的情況。

三、以現(xiàn)代化的教學(xué)手段為輔

當(dāng)前以計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)為主的現(xiàn)代化教學(xué)手段已經(jīng)普遍地應(yīng)用于高校的教學(xué)中。制作教學(xué)用的視頻、多媒體軟件、電子課件等素材，作為課堂教學(xué)有力的輔助教學(xué)手段，可以在有限的時(shí)間內(nèi)，利用圖文并茂的信息傳播方式，將課程內(nèi)容及有關(guān)背景資料以影像、圖片等形式，直觀地傳播給學(xué)習(xí)者，將流體力學(xué)中抽象的概念和理論具體化、形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能夠從感性認(rèn)識(shí)開始，逐步上升到理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而能夠達(dá)到運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。

結(jié)合流體力學(xué)精品課程的建設(shè)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)制作了流體力學(xué)多媒體電子教案，并在教學(xué)過程中不斷完善，逐步取得了良好的教學(xué)效果。在設(shè)計(jì)與制作多媒體課件時(shí)，遵循課堂教學(xué)的基本規(guī)律，既發(fā)揮傳統(tǒng)板書教學(xué)中容易帶動(dòng)學(xué)生思路、逐條在黑板上書寫的特點(diǎn)，在課件制作中根據(jù)講解的進(jìn)度逐條展現(xiàn)公式條目等內(nèi)容，同時(shí)又將難以理解、難以用語言描述的拉格朗日法和歐拉法、流線、邊界層和紊流等抽象概念和流動(dòng)現(xiàn)象，以多媒體的方式在課堂上直觀地呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生建立清晰的印象。教學(xué)團(tuán)隊(duì)收集、制作了大量的多媒體素材，例如在講解雷諾判據(jù)的時(shí)候，制作了雷諾實(shí)驗(yàn)的FLIASH素材，以動(dòng)畫的形式向?qū)W生展示了流體流動(dòng)的兩種不同狀態(tài)，以及流態(tài)判據(jù)—雷諾數(shù)與流動(dòng)速度、管徑、流體種類有關(guān)系。運(yùn)用多媒體輔助手段表達(dá)后，能夠幫助學(xué)生很好地理解課程的重、難點(diǎn)，提高教學(xué)效率。利用多媒體技術(shù)，還可以制作需占用大量時(shí)間板書和不易通過板書表述的內(nèi)容，提高了教學(xué)效率。

多媒體教學(xué)的內(nèi)容一定要做到提綱挈領(lǐng)、重點(diǎn)突出，有所為有所不為。多媒體技術(shù)沒有好壞之分，只有合理使用與不當(dāng)使用之別。但是實(shí)踐應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)有的教師完全拋棄以往的黑板式教學(xué)模式，離開多媒體手段就上不了課；有的教師將教材內(nèi)容全部照搬到了課件中，自己就成了的幻燈片放映員，“照機(jī)宣科”；有的教師制作的多媒體課件過分追求課件的美觀性，界面過于華麗，淡化了教學(xué)重點(diǎn)；也有的教師忽略學(xué)生對(duì)課件內(nèi)容理解消化的時(shí)間，致使學(xué)生的思維跟不上教師講解的速度，降低了教學(xué)效果。上述現(xiàn)象將會(huì)造成一種新形式的“滿堂灌”，只不過是由“人灌”變成“機(jī)灌”而已。

四、總結(jié)

流體力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)教學(xué)模式能夠?qū)⑶昂笾R(shí)貫通，突出重點(diǎn)，化煩就簡、引入實(shí)例形象闡述概念原理，促進(jìn)知識(shí)的系統(tǒng)化進(jìn)程；多媒體教學(xué)能將難于理解的知識(shí)通過圖文、音像生動(dòng)地顯現(xiàn)出來，幫助學(xué)生理解性記憶。借助于先進(jìn)的教學(xué)手段，將多媒體輔助教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機(jī)地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，才能提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量。以上是筆者在流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的體會(huì)，愿與同行共同切磋。

基金項(xiàng)目：2009年安徽省教育廳《流體力學(xué)》精品課程

[參考文獻(xiàn)]

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篇3

關(guān)鍵詞：行業(yè)類高校；高等流體力學(xué)；電力特色

作者簡介：張莉（1973-），女，河南商丘人，上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院，教授；李永光（1957-），男，湖南長沙人，上海電力學(xué)院科研處處長，教授。（上海 200090）

基金項(xiàng)目：本文系上海電力學(xué)院研究生學(xué)位課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YKJ-2012004）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）04-0086-02

2007年，上海電力學(xué)院（以下簡稱“我校”）熱能工程二級(jí)學(xué)科首次招生，“高等流體力學(xué)”首次開課，授課人數(shù)20余人，隨后幾年間授課人數(shù)逐年增長。2012年我校動(dòng)力工程與工程熱物理一級(jí)學(xué)科又增設(shè)了工程熱物理、動(dòng)力機(jī)械及工程兩個(gè)二級(jí)學(xué)科，“高等流體力學(xué)”授課范圍擴(kuò)大的同時(shí)，授課人數(shù)也增加到60余人。但是鑒于我校研究生數(shù)量較少、研究生培養(yǎng)歷史較短以及師資力量相對(duì)薄弱等方面的原因，課程教學(xué)的教材只能選用已有的教材。在組織教學(xué)內(nèi)容的過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)教材普遍存在一些問題，如過于強(qiáng)調(diào)基本理論、對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的要求偏高、工程應(yīng)用方面涉獵很少，或者有些工程學(xué)科專業(yè)的相關(guān)研究生教材又往往缺乏理論深度，工程應(yīng)用背景針對(duì)性強(qiáng)，有的強(qiáng)調(diào)高速氣動(dòng)、有的強(qiáng)調(diào)水動(dòng)葉柵流動(dòng)、有的強(qiáng)調(diào)渦動(dòng)力學(xué)等等。鑒于此，作為行業(yè)類非重點(diǎn)高校，在“高等流體力學(xué)”課程的教學(xué)中有必要結(jié)合我校電力特色進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的研究和探討。

一、課程教材的調(diào)研

為了能更好地做好此次教學(xué)研究工作，課程組首先對(duì)高校相關(guān)研究生專業(yè)的“高等流體力學(xué)”教材進(jìn)行了調(diào)研，分別對(duì)清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、東北電力大學(xué)等國內(nèi)若干所大學(xué)相關(guān)課程的教材及內(nèi)容做了簡單分析。

從調(diào)研情況看，所有高校都對(duì)流體力學(xué)的基本理論很重視，主要教學(xué)內(nèi)容均包括了流動(dòng)的基本概念和基本方程、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、勢流理論、渦旋流動(dòng)、理想流體流動(dòng)、粘性流體流動(dòng)等，目的是使研究生通過學(xué)習(xí)流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握研究流動(dòng)的方法進(jìn)而分析解決實(shí)際的工程流動(dòng)問題。同時(shí)，各高校的教材和主要教學(xué)參考書還注重與自身學(xué)科研究方向的結(jié)合，課程的某些重點(diǎn)內(nèi)容與培養(yǎng)方向相接軌，突出了自身的特色。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，“高等流體力學(xué)”作為研究生學(xué)位課，其教學(xué)內(nèi)容在注重理論基礎(chǔ)的同時(shí)，還必須要與自身的相關(guān)學(xué)科研究方向相結(jié)合，在注重通用理論的基礎(chǔ)上，形成自己的特色。

二、我校授課對(duì)象的情況分析

做好此次的教學(xué)研究工作，還必須對(duì)我校的授課對(duì)象有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。目前，“高等流體力學(xué)”已列為本校工程熱物理、熱能工程、動(dòng)力機(jī)械及工程三個(gè)二級(jí)學(xué)科的研究生學(xué)位課程。盡管上述三個(gè)二級(jí)學(xué)科涉及能源、動(dòng)力、機(jī)械等寬廣的工程領(lǐng)域，但結(jié)合我校的電力特色，這三個(gè)二級(jí)學(xué)科主要是為電力行業(yè)培養(yǎng)高級(jí)的專業(yè)人才，而在電力行業(yè)中流動(dòng)現(xiàn)象多存在于流體機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、換熱設(shè)備、容器、管道等部件，因此，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)在透徹講解流體力學(xué)微分方程組的基礎(chǔ)上，注重聯(lián)系工程實(shí)際，偏重于講解流體在上述部件中的流動(dòng)以及與這些部件間的相互作用。

研究生生源的實(shí)際情況也是教學(xué)過程中需要考慮的因素。到目前為止，我校共招收6屆研究生，通過向歷屆學(xué)生了解發(fā)現(xiàn)有以下情況存在：部分同學(xué)跨專業(yè)（如：數(shù)學(xué)專業(yè)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)、計(jì)算機(jī)與信息專業(yè)等）考入學(xué)校，本科階段沒有學(xué)習(xí)過“工程流體力學(xué)”課程；即使是研究生與本科專業(yè)背景相同的同學(xué)，他們也普遍認(rèn)為”工程流體力學(xué)”較難，碩士入學(xué)考試時(shí)，大都不選考“工程流體力學(xué)”，這也使得他們可能在大三、甚至大二學(xué)完以后，再也沒有系統(tǒng)地梳理過流體力學(xué)知識(shí)。由于各高校專業(yè)方向的側(cè)重點(diǎn)不同，大部分同學(xué)對(duì)電力行業(yè)內(nèi)的流體知識(shí)也不是特別了解；考入學(xué)校的學(xué)生多數(shù)為調(diào)劑生，入學(xué)成績整體不高。這些情況都表明，我校碩士研究生入學(xué)時(shí)的流體力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，需要在授課過程中講授深層次新知識(shí)的同時(shí)，及時(shí)地對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行回顧和提醒。

三、教學(xué)內(nèi)容的組織

基于以上的調(diào)研和分析，課程組首先對(duì)教材進(jìn)行了選取，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了組織。

1.教學(xué)目標(biāo)的明確

“高等流體力學(xué)”是為工程熱物理、熱能工程以及動(dòng)力機(jī)械與工程專業(yè)研究生設(shè)置的專業(yè)學(xué)位課程。根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合長期本科教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，確定了課程的教學(xué)目標(biāo)：通過對(duì)流體力學(xué)的基本概念、基本方程、理想不可壓縮流體的流動(dòng)、粘性不可壓縮流體的流動(dòng)、層流邊界層與紊流流動(dòng)、理想可壓縮流體等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，深化學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基本內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的理論水平，為相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、課題的研究及論文的撰寫打好理論基礎(chǔ)。

2.教材的選用

“高等流體力學(xué)”是動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科的一門傳統(tǒng)課程，有很多課程教材可供選用。通過調(diào)研比較，西安交通大學(xué)有關(guān)電力生產(chǎn)的學(xué)科研究方向與我校的研究方向比較吻合，其在“動(dòng)力工程及工程熱物理”一級(jí)學(xué)科中的學(xué)位課 “高等流體力學(xué)”選擇了西安交通大學(xué)出版社出版、張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》一書作為教材，課程組通過對(duì)該書內(nèi)容的分析，也一致認(rèn)為張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》比較適合我校側(cè)重于電力人才培養(yǎng)的需求，因此決定選用該書作為本?！案叩攘黧w力學(xué)”課程的教材。與此同時(shí)，將調(diào)研中搜尋到的各有特點(diǎn)的教材作為參考書目推薦給學(xué)生供他們參考使用。

3.教學(xué)內(nèi)容的組織

在進(jìn)行“高等流體力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的組織時(shí)，結(jié)合我校研究生培養(yǎng)方案和學(xué)科建設(shè)，既照顧到經(jīng)典流體力學(xué)的通用知識(shí)，又重視課程知識(shí)的針對(duì)性、行業(yè)應(yīng)用的特殊性、學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及與學(xué)校其他研究生課程的關(guān)聯(lián)性。課程內(nèi)容的組織主要從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）奠定扎實(shí)基礎(chǔ)?！案叩攘黧w力學(xué)”是一門系統(tǒng)性、邏輯性較強(qiáng)的課程，作為碩士研究生的學(xué)位課，在加深學(xué)生對(duì)流動(dòng)所伴隨的物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)、概念的建立及規(guī)律分析的同時(shí)，還應(yīng)努力加深學(xué)生學(xué)科知識(shí)分析和研究問題的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解決流體力學(xué)問題的水平及能力。

（2）突出電力生產(chǎn)特色。針對(duì)我校研究生的專業(yè)背景和學(xué)科研究方向，強(qiáng)調(diào)本學(xué)科與電力生產(chǎn)流程和設(shè)備的結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)并解決相關(guān)電力工程問題的能力。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，保持基礎(chǔ)理論知識(shí)與工程應(yīng)用知識(shí)的相對(duì)平衡。

（3）注重課程的關(guān)聯(lián)性和完整性。在關(guān)聯(lián)性方面，首先與本科階段的教學(xué)內(nèi)容要有恰當(dāng)?shù)姆止ず豌暯?，其次要避免與其他相關(guān)課程之間缺乏銜接；在自身內(nèi)容體系的完整性方面，既要注意到對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)回顧和補(bǔ)充的必要性，又要對(duì)工程中不常見的復(fù)雜流動(dòng)概念的介紹有所兼顧。

考慮以上幾個(gè)方面，課程組將教學(xué)內(nèi)容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量運(yùn)算分析”、“場論知識(shí)”的回顧以及曲線坐標(biāo)、張量分析知識(shí)的補(bǔ)充；第二部分“流體力學(xué)的基本方程”主要介紹流體力學(xué)的基本概念，流體力學(xué)的控制方程組以及一些相關(guān)的重要定理；第三部分“理想不可壓縮流體的流動(dòng)”介紹平面勢流，空間軸對(duì)稱勢流和理想流體中的旋渦運(yùn)動(dòng)，其中對(duì)平面勢流里的復(fù)位勢、疊加法、鏡像法和保角變換法做重點(diǎn)講解；第四部分“粘性不可壓縮流體的流動(dòng)”中介紹納維―斯托克斯方程的精確解，小雷諾數(shù)流動(dòng)，層流邊界層流動(dòng)和紊流，其中對(duì)工程中應(yīng)用較多的層流邊界層流動(dòng)和紊流做重點(diǎn)講解；第五部分“理想可壓縮流體的流動(dòng)”分別介紹一維流動(dòng)和平面流動(dòng)，其中對(duì)一維流動(dòng)做重點(diǎn)講解。

四、教學(xué)模式的探討

學(xué)生的學(xué)習(xí)情況在不斷地發(fā)生變化，這就需要教師不斷根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行教學(xué)模式的探討，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使他們?cè)谟邢薜膶W(xué)習(xí)時(shí)間中學(xué)習(xí)好內(nèi)容繁多的“流體力學(xué)”。

1.教學(xué)方法

“高等流體力學(xué)”是一門基礎(chǔ)課，基本概念和基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容較多，涉及的公式推導(dǎo)也比較多，傳統(tǒng)的“黑板板書”的教學(xué)手段對(duì)教學(xué)信息的處理和呈現(xiàn)都比較單一，造成學(xué)生對(duì)于傳熱學(xué)內(nèi)容的理解和掌握有一定的難度。為此，課程組以教材為藍(lán)本編制了電子課件，教學(xué)中采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)模式，突出傳統(tǒng)板書中能夠清晰講解復(fù)雜理論推導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，充分利用多媒體教學(xué)信息量大、圖像清晰生動(dòng)的特點(diǎn)。經(jīng)過一段時(shí)間的嘗試，這種教學(xué)方法既達(dá)到了避免研究生在課堂上因長時(shí)間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞的問題，又有利于他們理解并掌握復(fù)雜的流體力學(xué)基本理論的教學(xué)效果。

2.教學(xué)手段

盡管本課程以課堂講授教學(xué)方式為主，但要避免“填鴨式”的講授，要注重以啟發(fā)式講授為主的多種教學(xué)方法的綜合應(yīng)用，提高課堂教學(xué)的趣味性，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。課程組結(jié)合本科“工程流體力學(xué)”多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)過程中注意做到幾個(gè)注重：注重物理概念與數(shù)學(xué)方法的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)物理含義的數(shù)學(xué)表示以及數(shù)學(xué)內(nèi)容的物理解釋；既注意嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，又注意敘述的深入淺出；注重教學(xué)思路，教學(xué)方法，在引進(jìn)概念介紹方法時(shí)，突出解決問題的思維方法及推理要點(diǎn)；注重從與教材不同的角度或思路來講述同一教材內(nèi)容，以豐富學(xué)生思維和聯(lián)想能力；注重引導(dǎo)學(xué)生圍繞課程內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，同時(shí)再結(jié)合課程組教師的科研積累，搜集并提煉出了大量與電力生產(chǎn)緊密關(guān)聯(lián)的工程案例，通過案例的討論和分析，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣，提升課堂教學(xué)的互動(dòng)效果，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析并解決工程實(shí)際問題的能力。

3.輔助教學(xué)

僅僅通過課堂上對(duì)教材的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須配套地做大量的習(xí)題，才能較好地使學(xué)生掌握具有理論性強(qiáng)、公式多、數(shù)理基礎(chǔ)要求高的“高等流體力學(xué)”課程?？紤]到我校研究生教學(xué)的特點(diǎn)，課程組根據(jù)教材的主要內(nèi)容編寫了典型習(xí)題集。習(xí)題集力圖做到習(xí)題具有典型性，能夠?qū)?yīng)教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過習(xí)題的練習(xí)，能有效地掌握教材中的基本知識(shí)。此外，習(xí)題集中的習(xí)題也盡可能地結(jié)合電力生產(chǎn)中的流動(dòng)問題，幫助學(xué)生對(duì)專業(yè)關(guān)聯(lián)工程問題進(jìn)行認(rèn)識(shí)和思考，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。

4.課程考核

課程考核成績應(yīng)該能夠較為客觀地反映學(xué)生對(duì)課程的整體學(xué)習(xí)情況。為了全面地反映學(xué)生的全程學(xué)習(xí)過程和最終的學(xué)習(xí)效果，課程組經(jīng)討論明確了課程的總評(píng)成績由平時(shí)成績和期末考試成績綜合評(píng)定得出，平時(shí)成績與期末考試成績的分配比例是2∶8。平時(shí)成績包含作業(yè)、考勤、課堂表現(xiàn)等幾部分。期末考試采用筆試形式，考試試卷從建立的試卷庫中隨機(jī)抽取。

期末考試是課程考核的重頭戲，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也為了增強(qiáng)教師的工作責(zé)任心，實(shí)行考、教分離是一個(gè)較好的督促辦法。為此，2012年課程組根據(jù)課程的教學(xué)要求組織編寫了試卷庫。試卷庫中的試題符合教學(xué)大綱的要求，內(nèi)容豐富、形式多樣、題型一致，試題表述清楚，要求明確，無偏題、怪題，難易得當(dāng)，考核的知識(shí)點(diǎn)覆蓋面寬，能考核學(xué)生掌握知識(shí)以及應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行綜合分析能力的情況。此次編寫的試卷庫共包含試卷6份，至少夠三年使用，隨著試卷庫的使用，課程組還擬將對(duì)試卷庫進(jìn)行不斷擴(kuò)充。

五、結(jié)束語

“高等流體力學(xué)”的日常教學(xué)工作一個(gè)任重而道遠(yuǎn)，為了適應(yīng)高等流體力學(xué)服務(wù)于日新月異的學(xué)科發(fā)展的需求，提高該學(xué)位課程的教學(xué)效果，更好地為本校研究生人才培養(yǎng)服務(wù)，課程組將把教學(xué)研究工作不斷地持續(xù)進(jìn)行下去，搜集最新最前沿的相關(guān)信息以補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，探討教學(xué)模式以提高教學(xué)效果，及時(shí)對(duì)習(xí)題庫和試卷題庫進(jìn)行更新。相信只要教師多花一點(diǎn)時(shí)間，多動(dòng)一點(diǎn)腦筋，多找一些教育學(xué)生的切入點(diǎn)，因材施教，一定能取得好的教育效果。

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篇4

關(guān)鍵詞：流體力學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);改革;探索

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）42-0124-02

實(shí)踐性教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)課，不僅可以幫助學(xué)生鞏固理論知識(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力，以及分析和解決問題的能力。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)過程中的重要組成部分，對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有著舉足輕重的作用。然而，許多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)重要度認(rèn)識(shí)不夠，“重理論輕實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象普遍存在。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和探索求新的愿望，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與預(yù)期目標(biāo)難以一致。因此，為提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，有必要對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行改革。

工程流體力學(xué)是熱能與動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程等專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程的基礎(chǔ)理論和物理概念較為抽象和深?yuàn)W，許多復(fù)雜的流動(dòng)物理圖像難以用語言清晰地描述。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在流體力學(xué)教學(xué)過程中占有特殊的地位，對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證和理解具有無法替代的作用，應(yīng)得到相應(yīng)重視[1]。本項(xiàng)目就流體力學(xué)這門實(shí)驗(yàn)課程，從教學(xué)模式、考核制度、實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材等方面進(jìn)行改革與探索。

一、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一。按傳統(tǒng)的演示教學(xué)模式，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的講解過于詳細(xì)，教學(xué)方法缺乏靈活性。從實(shí)驗(yàn)原理，到實(shí)驗(yàn)步驟，過于詳盡的講解會(huì)抑制學(xué)生主動(dòng)思考、積極探討和敢于創(chuàng)新的能力。

此外，由于高校擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)不斷增加，而配套的人力和資金相對(duì)匱乏，教師不得不增加每組實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)，導(dǎo)致出現(xiàn)少部分學(xué)生動(dòng)手，多數(shù)學(xué)生圍觀的現(xiàn)象，從而限制了每個(gè)學(xué)生參與實(shí)際操作，提高動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)。

2.實(shí)驗(yàn)考核方式片面。在課程體系上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不獨(dú)立設(shè)課時(shí)，從屬于理論教學(xué)[2]，嚴(yán)重制約了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足、儀器陳舊落后等問題。另外，由于實(shí)驗(yàn)成績對(duì)理論課成績影響較小，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重要性認(rèn)識(shí)不夠，積極性不高，“重理論而輕實(shí)驗(yàn)”。

另一方面，實(shí)驗(yàn)成績主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量來進(jìn)行評(píng)定，忽略了學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況，以及實(shí)驗(yàn)操作情況的表現(xiàn)，考核形式單一片面。

3.實(shí)驗(yàn)室教學(xué)流程不規(guī)范。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前，與實(shí)驗(yàn)老師聯(lián)系，臨時(shí)預(yù)約時(shí)間，這種教學(xué)流程使得實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間很短，開放范圍縮小，只面對(duì)部分學(xué)生，嚴(yán)重限制了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材更新慢。很多流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，不能及時(shí)更新?lián)Q代。例如，大多流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)如雷諾實(shí)驗(yàn)，局部阻力損失實(shí)驗(yàn)等都需測量流體的流速。傳統(tǒng)測流速的方法是利用接水稱重的方法，通過測質(zhì)量流量求得，程序煩瑣落后。不僅阻礙學(xué)生接觸了解先進(jìn)儀器設(shè)備的機(jī)會(huì)，還耗費(fèi)了大量的時(shí)間和人力，使得實(shí)驗(yàn)效率下降。相反，若采用電子流量計(jì)，只需學(xué)會(huì)讀數(shù)即可，可以大大縮減實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

另一方面，實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容陳舊，脫離實(shí)際，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)每一步都講解得很清楚，學(xué)生只需要照表填寫即可。這種“照葫蘆畫瓢”的方式會(huì)抑制學(xué)生獨(dú)立思考的空間，無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提高學(xué)生解決問題的能力。

二、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

針對(duì)上述流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題和不足，本文提出以下解決方案對(duì)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革。

1.采用先進(jìn)教學(xué)手段。本著“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則，老師無須進(jìn)行詳細(xì)的講解，只適當(dāng)?shù)蒯屢山饣蟆６?jié)約的實(shí)驗(yàn)時(shí)間可充分利用現(xiàn)代的多媒體教學(xué)，制作教學(xué)課件，介紹與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的工程實(shí)例圖片或動(dòng)畫，激發(fā)學(xué)生興趣。此外，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，可靈活選擇不同的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于基礎(chǔ)較差、動(dòng)手能力較弱的同學(xué)，可選擇一些基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如不可壓縮流體恒定流能量方程實(shí)驗(yàn)等。而對(duì)于悟性高、基礎(chǔ)扎實(shí)的同學(xué)，可鼓勵(lì)他們參照已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件，利用所學(xué)的理論知識(shí)，以合作的形式完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。此外，為保證實(shí)驗(yàn)效果，讓每個(gè)同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中都有機(jī)會(huì)動(dòng)手實(shí)際操作，要嚴(yán)格限制每組實(shí)驗(yàn)的參與人數(shù)在3人以內(nèi)。

2.考核方式改革。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不受重視的問題，可將流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課從理論教學(xué)中分離出來，獨(dú)立設(shè)課，學(xué)分可設(shè)為1―2個(gè)學(xué)分。通過獨(dú)立設(shè)課，單獨(dú)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行考核和評(píng)定，可提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)的最終成績，可結(jié)合三方面進(jìn)行評(píng)定。一是平時(shí)成績，是對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等綜合情況的判定。二是期末考試成績。考試時(shí)，可由學(xué)生隨機(jī)抽取實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并回答老師的提問。老師對(duì)學(xué)生現(xiàn)場回答問題、實(shí)驗(yàn)操作及結(jié)果分析的綜合能力進(jìn)行判定。三是科研創(chuàng)新成績?？筛鶕?jù)學(xué)生自行設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，和撰寫小論文的情況酌情給分。最后，按照規(guī)定的權(quán)重系數(shù)，來評(píng)定學(xué)生的期末最終實(shí)驗(yàn)成績。

3.全方位開放實(shí)驗(yàn)室。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理體系中存在的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用率低的問題，可建立開放式實(shí)驗(yàn)室，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)時(shí)間和教學(xué)內(nèi)容上的全方位開放。開放式實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)可通過建立網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)[3]。網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全校師生對(duì)實(shí)驗(yàn)室資源和信息的共享，大大提高了實(shí)驗(yàn)室管理的先進(jìn)性和便利性。實(shí)驗(yàn)課網(wǎng)上選課系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái)的核心內(nèi)容，學(xué)生可輸入個(gè)人登錄號(hào)和密碼登錄此系統(tǒng)，來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)間和對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)約。同時(shí)，學(xué)生還可以通過登錄此系統(tǒng)查看實(shí)驗(yàn)成績。此外，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可共享包括實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y力量、實(shí)驗(yàn)室簡介、實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹、多媒體課件等相關(guān)方面的信息。

開放式實(shí)驗(yàn)室[4]的建立不僅可以提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，還可以緩解實(shí)驗(yàn)高峰期，設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足而引起每組人數(shù)過多的問題。同時(shí)，通過學(xué)生自己在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的方式，使得學(xué)生可靈活支配課余時(shí)間。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材及時(shí)更新?lián)Q代。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的及時(shí)更新，要求實(shí)驗(yàn)教師多搜集資料，留意最新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，多與兄弟院校之間進(jìn)行交流互動(dòng)，這樣才能及時(shí)淘汰落后的設(shè)備，提高實(shí)驗(yàn)效率。同時(shí)，配套的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金也要及時(shí)預(yù)備和撥出，否則只能是空談。

實(shí)驗(yàn)教材必須要跟設(shè)備同步[5]，及時(shí)刪除不做的實(shí)驗(yàn)，并增加新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，教材內(nèi)容應(yīng)注重流動(dòng)機(jī)理、工程實(shí)際應(yīng)用的講解，而實(shí)驗(yàn)步驟相對(duì)簡單化，以留出學(xué)生自己分析問題、解決問題的空間。教材內(nèi)容應(yīng)力求符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律及便于自學(xué)的原則。

三、結(jié)語

流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是流體力學(xué)這門課程教學(xué)過程中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與理論教學(xué)相輔相成。隨著高等教育改革的不斷深入，流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)考核方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材等方面需要不斷地進(jìn)行改革和探索，使每一個(gè)完成流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生從中得到鍛煉和提高，為培養(yǎng)理論知識(shí)扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)的應(yīng)用型和創(chuàng)新人才奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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Teaching Reform and Exploration of Fluid Mechanics Experiment

WU Qiong，WANG Wen-huan，LIU Hai-long，REN Hong-bo

（College of Energy and Mechanical Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

篇5

“數(shù)學(xué)是透視世間萬象的工具”，用這句話來形容林智對(duì)數(shù)學(xué)的認(rèn)識(shí)，既貼切又恰當(dāng)。

作為一名科研人員，他有著對(duì)埋頭實(shí)驗(yàn)室做科研的癡迷；作為一個(gè)社會(huì)人士，他又充滿著對(duì)世間萬物強(qiáng)烈的好奇。他試圖用鐘愛的數(shù)學(xué)理論去解構(gòu)這個(gè)世界，把枯燥的論理與世間的繁蕪融合起來，化復(fù)雜為簡單。

他把數(shù)學(xué)中的偏微分方程、隨機(jī)過程、漸近方法、變分法、數(shù)值模擬等數(shù)學(xué)理論和工具應(yīng)用于海洋世界、城市污染防控及各項(xiàng)交叉學(xué)科當(dāng)中，取得諸多原創(chuàng)性成果，得到國內(nèi)外認(rèn)可的同時(shí)，他并未停下科研的腳步，仍繼續(xù)把“應(yīng)用數(shù)學(xué)”這一學(xué)科的價(jià)值發(fā)揮到實(shí)處。

他就是浙江大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所副所長林智，一位青年導(dǎo)師。

從數(shù)學(xué)到流體力學(xué)

1998年，林智就來到華南理工大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)系，從此叩開了數(shù)學(xué)世界的大門。2002年，他去美國北卡羅萊納大學(xué)讀博，一次機(jī)遇讓他的科研軌跡開始轉(zhuǎn)向。

“在美國攻讀博士期間，由于二年級(jí)時(shí)進(jìn)入了由Richard McLaughlin和Roberto Camassa兩位教授主持的“應(yīng)用數(shù)學(xué)及海洋科學(xué)聯(lián)合流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室”擔(dān)任助教，主要指導(dǎo)本科生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和整理數(shù)據(jù)，自此對(duì)流場中的各種混合輸運(yùn)問題產(chǎn)生了濃厚的興趣”。

于是，林智選擇了McLaughlin和Camassa兩位教授作為論文導(dǎo)師，并在美國自然科學(xué)基金會(huì)“數(shù)學(xué)與地球科學(xué)協(xié)作”（CMG）項(xiàng)目的資助下進(jìn)行博士階段的學(xué)習(xí)。從此，正式進(jìn)入流體力學(xué)科研領(lǐng)域。

“萬物皆數(shù)”――古希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯的這句話固然過于夸張，但林智始終相信，數(shù)學(xué)的魅力就在于它的抽象理論應(yīng)用能夠揭示各種現(xiàn)象和問題的本質(zhì)，讓人們發(fā)現(xiàn)這個(gè)世界的精彩。

林智在前人研究基礎(chǔ)上，認(rèn)為在流場中“混合輸運(yùn)建模分析能夠幫助我們了解自身所處生存環(huán)境的變化規(guī)律，同時(shí)能夠在實(shí)踐工程中預(yù)測、防控這一類過程，而且在經(jīng)典流體問題――比如刻劃湍流和混沌的特征和形成機(jī)制的研究上，也是常用的數(shù)學(xué)手段”。

從2005年開始，林智就在利用類Sobolev多尺度測度和概率工具刻劃混合輸運(yùn)、建立廣義彌散―擴(kuò)散模型、對(duì)混合輸運(yùn)作變化法優(yōu)化控制等方面積極探索，取得到一些原創(chuàng)性成果。

流場中混合輸運(yùn)方面的系列研究，讓林智建立了全面的數(shù)學(xué)建模思想體系。之后，他開始把眼光轉(zhuǎn)向了更為真實(shí)、復(fù)雜的海洋世界。

解構(gòu)海洋世界

海洋，遼闊而又深邃。自古以來，人類從未放棄對(duì)海洋世界的探索。從遠(yuǎn)古時(shí)期的魚鹽之利、舟楫之便，到航海時(shí)代的戰(zhàn)略要塞、運(yùn)輸渠道，再到現(xiàn)代文明的深度利用、服務(wù)社會(huì)，海洋的應(yīng)用價(jià)值被逐漸提升，蘊(yùn)藏在海洋中的豐富資源被逐一發(fā)掘。

近年，隨著海洋經(jīng)濟(jì)步伐的持續(xù)加快，海洋環(huán)境的保護(hù)之聲日漸迭起。因此，更好地了解海洋環(huán)境、利用海洋中數(shù)量龐大的生物資源，就成為新時(shí)代海洋發(fā)展戰(zhàn)略中的關(guān)鍵一環(huán)。

癡迷于流場中混合運(yùn)輸問題的林智認(rèn)為，“微小生物個(gè)體的流動(dòng)產(chǎn)生混合輸運(yùn)，已經(jīng)成為多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜宜P(guān)心的問題”。在這種局面下，要與地球科學(xué)、生化醫(yī)藥和工程控制等交叉學(xué)科科研人員展開聯(lián)合研究。

2010年起，林智就把數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用在了海洋中生物資源模擬上。

他尋找到志同道合的人，共同建立了模擬生物體游動(dòng)產(chǎn)生標(biāo)量混合輸運(yùn)的首個(gè)隨機(jī)流體力學(xué)模型。原創(chuàng)性地刻畫了稀疏生物個(gè)體隨機(jī)游動(dòng)產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)力學(xué)問題，并導(dǎo)出了同時(shí)適用于勢流場和Stokes流場的等效擴(kuò)散系數(shù)公式。

在主持的國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“標(biāo)量混合輸運(yùn)的統(tǒng)一測試分析、仿真及優(yōu)化控制”時(shí)，面對(duì)復(fù)雜流下標(biāo)量的混合輸運(yùn)的混合測試問題，基于混合輸運(yùn)問題的多尺度、多機(jī)制特性，他探索出一種能應(yīng)用在各種尺度和物理圖景、具有廣適性的統(tǒng)一混合測度，并在此基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型和導(dǎo)出優(yōu)化控制策略，揭示了混合輸運(yùn)現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，同時(shí)為標(biāo)量混合的科學(xué)和工程實(shí)踐提出了最大利益化模型。

通過直觀地引入類Sobolev范數(shù)的多尺度混合測度，基于經(jīng)典熱擴(kuò)散方程進(jìn)行的廣義偏微分方程建模，他得到了在混合程度上與精確解等價(jià)的等效標(biāo)量分布……這一系列原創(chuàng)性成果，具備更好的廣適性，在國內(nèi)外引起強(qiáng)烈反響。

回國短短幾年，林智就與浙江大學(xué)海洋科學(xué)和工程系、國家海洋局第二海洋研究所展開合作，建立了長久的合作關(guān)系，開展了穩(wěn)定廣泛的學(xué)術(shù)交流，為今后海洋流體問題的全方位研究，搭建了更加堅(jiān)實(shí)的科研平臺(tái)。

大數(shù)據(jù)下的城市建模

流體，不僅僅只局限于海洋。

隨著城市化建設(shè)的腳步加快，各色污染物大量涌現(xiàn)，對(duì)空氣、土壤產(chǎn)生了極大威脅，嚴(yán)重阻礙了各大城市的良性發(fā)展。

“我希望數(shù)學(xué)能夠突破原有框架，為人類發(fā)展服務(wù)”。2014年，浙江大學(xué)與帝國理工大學(xué)成立“聯(lián)合數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，這為從不拘泥于實(shí)驗(yàn)室做科研的林智帶來了一個(gè)契機(jī)，他開始從反問題的角度，研究考察城市環(huán)境內(nèi)各種污染物的生成、傳播和控制問題。

縱觀我國科研領(lǐng)域近幾十年的發(fā)展，有關(guān)反問題的理論研究、數(shù)值計(jì)算和分析方法一直備受重視，例如在一些國家重大戰(zhàn)略需求的科學(xué)領(lǐng)域和工業(yè)研究中（如工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷、設(shè)備安檢、地質(zhì)勘探等）均廣泛應(yīng)用。尤其是以數(shù)學(xué)為中心，聚集了大量物理、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科、多領(lǐng)域的科學(xué)家，早已開展了深入的交叉合作。

基于此，他積極參與了兩項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目――“應(yīng)用反問題的建模與計(jì)算”和“反問題的數(shù)學(xué)建模、計(jì)算及應(yīng)用”。項(xiàng)目結(jié)合英方的高性能數(shù)值算法和浙大數(shù)學(xué)系團(tuán)隊(duì)的反問題方面的建模成果，展開了研究。一方面，通過對(duì)正問題的研究評(píng)價(jià)和預(yù)測污染物的影響；另一方面，能過反問題的研究反演介質(zhì)參數(shù)、污染源位置和強(qiáng)度等性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)污染進(jìn)行優(yōu)化控制。

篇6

但是令人遺憾的是諾貝爾獎(jiǎng)中沒有設(shè)立與數(shù)學(xué)相關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)。有人猜測說諾貝爾的女友最終嫁給了一位數(shù)學(xué)家米塔-列夫勒，故而諾貝爾一直耿耿于懷，而在設(shè)立該獎(jiǎng)時(shí)把數(shù)學(xué)排斥在外。實(shí)際上這種說法是經(jīng)不住考證的。從諾貝爾的科學(xué)觀來看，諾貝爾成為19世紀(jì)的著名發(fā)明家和實(shí)業(yè)家，其主要原因在于他擁有敏銳的直覺和非凡的創(chuàng)造力，不需要借助于深?yuàn)W的高等數(shù)學(xué)知識(shí)。在諾貝爾所處的19世紀(jì)下半葉，化學(xué)領(lǐng)域的研究跟高等數(shù)學(xué)的結(jié)合并不緊密。因此諾貝爾本人根本無法預(yù)見或想象到數(shù)學(xué)在推動(dòng)科學(xué)發(fā)展上所起的巨大作用，因此忽視了設(shè)立與純粹數(shù)學(xué)及應(yīng)用數(shù)學(xué)有關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)。

這種結(jié)果導(dǎo)致了與數(shù)學(xué)密切相關(guān)的力學(xué)學(xué)科中的很多著名科學(xué)家都未能獲得諾貝爾獎(jiǎng)。例如上個(gè)世紀(jì)的三大力學(xué)家普朗特、杰弗里·泰勒和馮·卡門都沒有得到諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)的青睞。普朗特在邊界層理論、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)、機(jī)翼理論、湍流理論等方面都作出了重要的貢獻(xiàn)，被稱作“空氣動(dòng)力學(xué)之父”。杰弗里·泰勒的研究對(duì)流體和固體力學(xué)及它們?cè)跉庀髮W(xué)、海洋學(xué)、航空學(xué)、水力學(xué)、金屬物理學(xué)、機(jī)械工程和化學(xué)工程的應(yīng)用等方面都具有重要的價(jià)值。他是知名的實(shí)驗(yàn)家和理論家，能夠憑直覺并運(yùn)用最簡單的方法發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。馮·卡門是20世紀(jì)最偉大的美國工程學(xué)家，開創(chuàng)了數(shù)學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)在航空航天和其他技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，被譽(yù)為“航空航天時(shí)代的科學(xué)奇才”。而當(dāng)今健在的哈佛大學(xué)教授賴斯（Rice）由于在斷裂力學(xué)和地震方面的貢獻(xiàn)也曾經(jīng)得到過諾貝爾獎(jiǎng)提名。但是這幾位影響和改變了人類生活面貌的力學(xué)家并沒有得到諾貝爾獎(jiǎng)，這確實(shí)令人扼腕嘆息。

力學(xué)家很難獲得諾貝爾獎(jiǎng)的一個(gè)很大的原因是由其學(xué)科屬性所決定的。力學(xué)或者說應(yīng)用力學(xué)是建立在牛頓力學(xué)基礎(chǔ)上，研究宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和變形的科學(xué)。它是物理學(xué)最早的一個(gè)分支，但是自從流體力學(xué)出現(xiàn)，它與傳統(tǒng)物理就分道揚(yáng)鑣了。此時(shí)的力學(xué)主要傾向于用應(yīng)用數(shù)學(xué)的理論去解決工程實(shí)際問題，而近代物理則更多地注重研究微觀粒子的規(guī)律。力學(xué)也被錢學(xué)森定義為“技術(shù)科學(xué)”，是銜接工程與數(shù)學(xué)、物理的橋梁；在西方，力學(xué)有時(shí)候也指應(yīng)用數(shù)學(xué)。故而與更多關(guān)注原創(chuàng)性成果的物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域相比，力學(xué)家更加關(guān)注應(yīng)用，因而與諾貝爾獎(jiǎng)的初衷有所出入。值得慶幸的是，盡管諾貝爾獎(jiǎng)中沒有數(shù)學(xué)獎(jiǎng)或者力學(xué)獎(jiǎng)，也有幾位力學(xué)家因?yàn)槠溟_創(chuàng)性的研究獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。實(shí)際上，力學(xué)的邏輯和工程思維訓(xùn)練對(duì)于他們的獲獎(jiǎng)也有很大益處。這些幸運(yùn)的力學(xué)家主要有以下幾位。

瑞利——諾貝爾物理獎(jiǎng)得主

瑞利（Rayleigh，1842～1919）是英國物理學(xué)家，1873年被選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1879～1884年任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任，1905～1908年任英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長，1908年起任劍橋大學(xué)校長。他的研究工作幾乎遍及當(dāng)時(shí)經(jīng)典物理學(xué)和力學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，一生共發(fā)表了400多篇論文。瑞利在彈性動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域指出：在地震中應(yīng)當(dāng)存在一種沿自由表面?zhèn)鞑サ钠癫ǎ蟊环Q為瑞利波或者L波。瑞利也提出了直接求解變分問題的瑞利（Rayleigh）近似方法，并應(yīng)用于求解工程振動(dòng)問題的固有頻率。在流體力學(xué)領(lǐng)域，他研究了液體在表面張力作用下的失穩(wěn)，稱之為瑞利失穩(wěn)。

盡管瑞利在力學(xué)上有諸多貢獻(xiàn)，但是他獲得諾貝爾獎(jiǎng)卻是因?yàn)樵?895年發(fā)現(xiàn)了氣體中的一個(gè)稀有元素——?dú)澹ˋr）。當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)從液態(tài)空氣中分餾出來的氮，與從亞硝酸銨中分離出來的氮，有著極小的密度差異。但是他那經(jīng)過嚴(yán)格數(shù)學(xué)邏輯訓(xùn)練的大腦使他具備一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，不輕易把千分之幾的數(shù)據(jù)偏差歸結(jié)于實(shí)驗(yàn)誤差，因而沒有與諾貝爾獎(jiǎng)的桂冠失之交臂。

瑞利一生發(fā)表了許多學(xué)術(shù)論文，他文筆清雅暢達(dá)，所寫文章大多有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，定量十分準(zhǔn)確。后來，他把自己的論文整理為一部五卷本的論文集。論文集的開頭，他寫下了這樣的言詞：偉大精深啊/上帝造物之奇妙！/研究探索吧/求得世界奧秘/樂在其中矣！

布里奇曼——諾貝爾物理獎(jiǎng)得主

布里奇曼（Bridgman，1882～1961）是美國著名的實(shí)驗(yàn)力學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家，是操作主義的創(chuàng)始人。他曾當(dāng)選為美國科學(xué)院院士和英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，并于1942年擔(dān)任美國物理學(xué)會(huì)主席。布里奇曼因發(fā)明產(chǎn)生很高壓力的裝置及利用這一裝置在高壓物理領(lǐng)域內(nèi)所做出的貢獻(xiàn)，而獲得了1946年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

一位美國學(xué)者評(píng)價(jià)布里奇曼的工作時(shí)說到：“幾乎沒有任何其他物理學(xué)領(lǐng)域能夠與高壓物理學(xué)相比，高壓物理學(xué)主要是一個(gè)人的工作?！睆?905年開始，布里奇曼就研究了物質(zhì)在高壓下的力學(xué)性能。他創(chuàng)建了一種新的高壓裝置，可產(chǎn)生10 GPa（十億帕斯卡）的壓力。他利用該裝置，廣泛地研究了100多種化合物在高壓下的物理性能，如壓縮性、電導(dǎo)、熱導(dǎo)、拉伸強(qiáng)度和粘度等。在金屬材料的力學(xué)性能方面，他發(fā)現(xiàn)金屬的塑性變形與施加的靜水壓力關(guān)系不大，而受剪應(yīng)力的影響較大。這些結(jié)論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑性加工、機(jī)械、材料、土木、水利、航空航天等領(lǐng)域。

篇7

關(guān)鍵詞：InP；HEMT；流體力學(xué)模型；特性仿真

1 前言

InP基高電子遷移率晶體管（HEMT），相比與于傳統(tǒng)的晶體管器件，以其獨(dú)特的高遷移率、低噪聲、高增益特性，在國防航天、毫米波通信、衛(wèi)星遙感以及雷達(dá)等軍民用領(lǐng)域，擁有非常廣闊的應(yīng)用前景[3，4]。本文通過模擬仿真研究 InP基 HEMT 器件的基本特性，包括直流特性，交流特性等，對(duì)器件的工藝設(shè)計(jì)有著重要的意義。目前，國內(nèi)外對(duì) InP 基 HEMT 進(jìn)行了制備上的大量研究，但是對(duì)器件模型以及仿真平臺(tái)的研究還有大量的工作，以及其他技術(shù)和基礎(chǔ)科學(xué)上的研究有待進(jìn)一步進(jìn)行。

本文的工程中，采用 Sentaurus TCAD 半導(dǎo)體器件模擬仿真軟件，針對(duì) InP 基HEMT 建立流體力學(xué)模型的模擬仿真平臺(tái)，通過觀察分析仿真的結(jié)果，為化合物半導(dǎo)體器件的進(jìn)一步研究提供了理論支持。

2 InP 基 HEMT 仿真模型分析

半導(dǎo)體器件在仿真的時(shí)候使用的物理模型包括傳統(tǒng)的蒙特卡羅模型、傳統(tǒng)的漂移擴(kuò)散模型和適合深亞微米器件的流體力學(xué)模型。出于計(jì)算效率的原因，本文主要使用了流體力學(xué)模型模擬仿真了 InP 基 HEMT 的轉(zhuǎn)移特性、輸出特性和頻率特性。并對(duì)其進(jìn)行了分析研究。

3 In P基HEMT器件仿真特性研究

用Sentaurus TCAD 軟件進(jìn)行InP基InGaAs/InAlAs 材料HEMT 器件的仿真，主要研究分析了其直流特性和交流特性，結(jié)果顯示該模型能夠很好的對(duì)目標(biāo)器件進(jìn)行特性上的仿真。

本論文所建工程中，器件上層為高摻雜帽層，以減小接觸電阻。中間為T型柵，其次為12nm厚InAlAs厚勢壘層，再加上Si材料delt 摻雜層，提供溝道層的二維電子氣。下面是 3nm 厚 In Al As 材料的隔離層。溝道層材料為InGaAs材料，厚度為15nm。下層為緩沖層和InP材料襯底。

3.1 直流特性分析

圖2和圖3分別表示不同柵槽深度器件的轉(zhuǎn)移特性，跨導(dǎo)，和輸出特性。從仿真結(jié)果中可以看出，柵槽越深，閾值電壓越大，而跨導(dǎo)值也會(huì)變大，輸出特性的值會(huì)減小。因此，柵槽深度對(duì)器件直流特性的影響相當(dāng)重要，要得到較好的器件特性，應(yīng)綜合考慮柵槽深度對(duì)各種參數(shù)的影響，從而在器件的實(shí)際制作中結(jié)合工藝制作相應(yīng)的尺寸。

不同柵槽寬度對(duì)器件特性的影響可由圖 4 和圖5 顯示。根據(jù)仿真過程發(fā)現(xiàn)，柵槽寬度對(duì)器件的轉(zhuǎn)移特性和跨導(dǎo)有很大影響。沒有合適的柵槽寬度，會(huì)得到很不理想的特性曲線。經(jīng)過不斷的嘗試，最終得到合適的柵槽寬度。由仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，柵槽寬度對(duì)輸出特性的影響并沒有跨導(dǎo)那么大。仿真結(jié)果符合實(shí)際。在實(shí)際柵槽腐蝕中，柵槽寬度很難控制，往往材料在橫向上是相同的，腐蝕液很容易擴(kuò)散，因此實(shí)際的腐蝕寬度很難把握，而縱向是異種材料，通過選擇腐蝕比較容易控制柵槽的縱向深度。

如圖6 所示，柵極勢壘值對(duì)轉(zhuǎn)移特性和跨導(dǎo)的影響僅限于增大減小閾值電壓，對(duì)跨導(dǎo)的大小并沒有影響。從圖7可以看出，對(duì)于輸出特性，不同勢壘值影響了其輸出值的大小，隨著Vd的增大，曲線先增大后趨于穩(wěn)定。從器件結(jié)構(gòu)可知，勢壘的不同使柵極電壓對(duì)二維電子氣的濃度的影響有所變化，因此導(dǎo)致了輸出Id的不同。

3.2 交流特性分析

結(jié)合實(shí)際工藝中的柵槽腐蝕，定義了不同柵槽深度，主要仿真了不同柵槽深度下的fmax和fT，分析了柵槽深度對(duì)器件交流特性的影響。

HEMT交流特性中，我們主要關(guān)注器件的頻率特性，其中最重要的兩個(gè)指標(biāo)分別為截止頻率fT以及最高振蕩頻率fmax，截止頻率指的是漏極電流的增益h21下降為1時(shí)的頻率。最高振蕩頻率fmax時(shí)的是晶體管的單向化功率增益為1時(shí)的器件工作頻率，也是器件所能進(jìn)行功率放大作用的最高工作頻率[5]。

從圖8和圖9仿真結(jié)果可以看出，深槽深度在3nm時(shí)的fmax和ft均大于1nm和5nm時(shí)，即表明，柵槽深度在一個(gè)合適值的時(shí)候，fmax和ft才會(huì)達(dá)到最大值，而且柵槽深度不應(yīng)該過小，也不應(yīng)該過大，應(yīng)處于一個(gè)合適的區(qū)間。這一仿真結(jié)果對(duì)實(shí)際器件研發(fā)有直到性的意義，應(yīng)綜合分析器件各特性，尋找最合適的柵槽深度。據(jù)調(diào)研，目前數(shù)字腐g這一方法可以精確刻蝕柵槽深度，因此對(duì)制造理想柵槽深度的器件很有意義。

4 結(jié)論

從仿真結(jié)果來看，所建立的InP基HEMT器件模型具有良好的半導(dǎo)體器件特性，適用于高頻電路。但仍需不斷優(yōu)化改良，后續(xù)的工作可進(jìn)一步放在 HEMT的柵槽。應(yīng)進(jìn)一步完善柵槽腐蝕的工藝，確保柵槽腐蝕更為精確，以免與實(shí)際要求差異太大而影響器件的應(yīng)用。在仿真工作中，所模擬的摻雜情況與實(shí)際器件可能有一定差異，為更精確的模擬器件，還應(yīng)該進(jìn)一步研究所建立的器件模型中的摻雜分布情況，并完善SDE中的模型。

參考文獻(xiàn)

[1]姚立華.國外InPHEMT和InPHBT的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2009，11：1053-1057.

[2]高勇.半導(dǎo)體材料科學(xué)中的漂移擴(kuò)散模型和流體動(dòng)力學(xué)模型分析[D].河南大學(xué)，2004.

篇8

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新；能源動(dòng)力工程；改革

作者簡介：代元軍（1978-），男，河南正陽人，新疆工程學(xué)院電力工程系，副教授；孫玉新（1982-），女，吉林蛟河人，新疆工程學(xué)院電力工程系，講師。（新疆 烏魯木齊 830091）

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）29-0102-02

能源是世界發(fā)展的重要資源和動(dòng)力，能源的科學(xué)開發(fā)和優(yōu)化配置，是當(dāng)今各國現(xiàn)代工業(yè)以及國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展乃至富民強(qiáng)國的必由之路。新疆有著極為豐富的能源資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新疆的石油、天然氣和煤炭預(yù)測資源量，分別占全國陸地預(yù)測資源量的30%、34%和40%，光、熱、風(fēng)等資源也在全國占有較大份額，這為新疆建設(shè)國家能源戰(zhàn)略基地奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在新疆如此豐富的特色資源下，新疆本科院校能源與動(dòng)力本科專業(yè)如何在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中結(jié)合新疆特色和學(xué)校特色，改革和創(chuàng)新層次分明、知識(shí)和能力逐級(jí)遞增的實(shí)踐教學(xué)體系，是擺在能源與動(dòng)力工程教育工作者面前的難題。

一、分層次建立能源與動(dòng)力工程專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心

分層次建立能源與動(dòng)力工程專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，將“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”三門能源與動(dòng)力工程專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)組合起來，并提出把“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”課程所涉及的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)置成四個(gè)層次的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案。

第一層次實(shí)驗(yàn)：基礎(chǔ)性教學(xué)實(shí)驗(yàn)。主要是指與課堂教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)），其中包括實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本訓(xùn)練。例如在“工程流體力學(xué)”課程中設(shè)置了兩個(gè)專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：雷諾實(shí)驗(yàn)、伯努利能量方程實(shí)驗(yàn)。在雷諾實(shí)驗(yàn)中，主要讓學(xué)生觀察水流的流態(tài)，即層流和紊流現(xiàn)象，然后測定上、下臨界雷諾數(shù)，最終使學(xué)生了解流態(tài)與雷諾數(shù)的關(guān)系。在伯努利能量方程實(shí)驗(yàn)中，主要是觀察流體流經(jīng)能量實(shí)驗(yàn)管時(shí)的情況，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，從而加深對(duì)能量方程的理解，并最終掌握測量流體流速的原理。在“工程熱力學(xué)”課程中，設(shè)置CO2臨界狀態(tài)觀測及P-V-T關(guān)系測定實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)了解CO2臨界狀態(tài)的觀測方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)，以及對(duì)課堂所講的工質(zhì)熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解，掌握CO2的P-V-T關(guān)系的測定方法，學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)測定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。

第二層次實(shí)驗(yàn)：“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”中所涉及主要物理參數(shù)的測試手段和方法的實(shí)驗(yàn)。主要是指溫度、壓力、流量、比熱、流速、傳熱系數(shù)、傳熱溫差及數(shù)據(jù)采集等測試手段和方法的訓(xùn)練。例如在“工程熱力學(xué)”課程中，設(shè)置氣體定壓比熱測定實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構(gòu)思，熟悉本實(shí)驗(yàn)中測溫、測壓、測熱、測流量的方法，掌握由基本數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱值和求得比熱公式的方法，分析本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。在“傳熱學(xué)”課程中，設(shè)置綜合傳熱性能實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通過測定不同表面狀態(tài)及氣流條件下管道的綜合傳熱系數(shù)，觀察和分析影響傳熱的各種因素，從而對(duì)傳熱過程有一個(gè)直觀的了解。

第三層次實(shí)驗(yàn)：實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的綜合性實(shí)驗(yàn)。主要是指以實(shí)現(xiàn)某一功能為目的，構(gòu)建工程性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)想、設(shè)計(jì)、解決問題的能力。例如換熱器結(jié)構(gòu)改造的傳熱性能對(duì)比測試實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的測試對(duì)象為學(xué)生設(shè)計(jì)的換熱器外表面不同形狀的肋片，通過實(shí)驗(yàn)測試其傳熱系數(shù)，找到最佳的肋片形狀。

第四層次實(shí)驗(yàn)：知識(shí)延展性實(shí)驗(yàn)。主要是指通過互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、可視化技術(shù)介紹新知識(shí)、新技術(shù)、新發(fā)展，以期延伸和拓展學(xué)生知識(shí)視野和相關(guān)專業(yè)知識(shí)面。

通過以上四個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，能夠培養(yǎng)能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生的流體及熱工實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，為進(jìn)一步開展專業(yè)課學(xué)習(xí)和專業(yè)性實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、分級(jí)建立能源與動(dòng)力工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)基地及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心

1.初級(jí)為專業(yè)基本實(shí)驗(yàn)

主要培養(yǎng)學(xué)生掌握能源動(dòng)力工程領(lǐng)域常用的實(shí)驗(yàn)方法，使用常用儀器、儀表，學(xué)會(huì)處理數(shù)據(jù)，具有規(guī)范、熟練、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)操作技能，重在學(xué)知識(shí)、練技能，屬于專業(yè)學(xué)習(xí)中的初級(jí)水平。專業(yè)基本實(shí)驗(yàn)主要包括“公差與金屬材料”組建2個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)位，“自動(dòng)控制原理”組建2個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)位，“熱工過程檢測技術(shù)”組建2個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)位。

2.中級(jí)為專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)

以專業(yè)方向課程設(shè)置為主線分別以熱電工程模塊、制冷空調(diào)工程模塊、新能源工程模塊三部分構(gòu)建專業(yè)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)。

熱電工程模塊包括鍋爐實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、汽輪機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、熱工過程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；制冷空調(diào)工程模塊包括制冷原理及設(shè)備實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、空氣調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、供熱工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、食品冷凍冷藏原理與設(shè)備實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；新能源工程模塊包括風(fēng)能利用與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、太陽能利用與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.高級(jí)為設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在三大專業(yè)方向模塊綜合實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)自主專業(yè)創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，組織大三、大四學(xué)生參加專業(yè)大賽或者參與教師科研項(xiàng)目。教師擬定實(shí)驗(yàn)大綱、提出問題讓學(xué)生自行思考、分析、設(shè)計(jì)、優(yōu)選，重在鍛煉科學(xué)思維，發(fā)展創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、大膽創(chuàng)新的學(xué)習(xí)習(xí)慣。這種設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是基于專業(yè)教學(xué)和科學(xué)研究之間的實(shí)驗(yàn)，主要結(jié)合專業(yè)大賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)來進(jìn)行。

三、建立能源與動(dòng)力工程專業(yè)校內(nèi)仿真實(shí)習(xí)基地，改革傳統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式

生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)是為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)理論課程的理解、增強(qiáng)對(duì)所學(xué)專業(yè)的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。在這一重要實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施過程中存在諸多問題，實(shí)習(xí)質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)期。以能源與動(dòng)力工程專業(yè)方向之一的熱電工程為例，能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生在電廠實(shí)習(xí)花費(fèi)較大；電廠企業(yè)出于安全和經(jīng)濟(jì)效益的考慮，和學(xué)校很難建立起長期穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地。由于電廠崗位工作的資質(zhì)要求，實(shí)習(xí)學(xué)生不能上崗操作，生產(chǎn)實(shí)習(xí)只能是走馬觀花，流于形式，實(shí)習(xí)效果得不到保證。

為了解決以上問題，在自治區(qū)煤炭煤電煤化工實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)工程的不斷推進(jìn)下，新疆工程學(xué)院能源與動(dòng)力工程專業(yè)將傳統(tǒng)的單純的在電廠企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式改為校內(nèi)仿真實(shí)習(xí)與校外實(shí)習(xí)相結(jié)合，并逐步過渡到以校內(nèi)仿真實(shí)習(xí)基地為主的生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式。能源與動(dòng)力工程專業(yè)的學(xué)生在新疆工程學(xué)院的300/600MW火電廠仿真實(shí)驗(yàn)室開展與實(shí)際電廠 1∶1仿真的運(yùn)行操作和故障處理的訓(xùn)練。

在仿真實(shí)習(xí)中，學(xué)生主要熟悉、掌握鍋爐機(jī)組及其主要附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理和運(yùn)行特性；熟悉鍋爐機(jī)組各系統(tǒng)，如煤粉制備系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、疏水排污系統(tǒng)等的運(yùn)行方式，運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)概況；熟悉鍋爐機(jī)組正常運(yùn)行中監(jiān)視、調(diào)節(jié)的主要內(nèi)容（參數(shù)）及其調(diào)節(jié)方法，如負(fù)荷、給水、燃燒、汽溫等的調(diào)節(jié)和監(jiān)視；熟悉鍋爐機(jī)組起動(dòng)前的準(zhǔn)備內(nèi)容，起動(dòng)程序及起動(dòng)過程中的有關(guān)注意事項(xiàng)；對(duì)鍋爐機(jī)組的幾種停運(yùn)方式、停爐程序、停爐后的冷卻和養(yǎng)護(hù)等熟練操作；掌握鍋爐機(jī)組的事故預(yù)防和處理方法，學(xué)會(huì)分析有關(guān)事故，如給水、汽溫、管子爆破、煤粉爆炸、熄火等，以及事故發(fā)生原因、預(yù)防處理的方法；熟悉考核鍋爐運(yùn)行的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式的改革改進(jìn)了學(xué)生的思維模式，強(qiáng)化了學(xué)生的工程意識(shí)，提高了學(xué)生參與實(shí)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，強(qiáng)化了學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合能力，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

四、改進(jìn)能源與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

畢業(yè)設(shè)計(jì)是能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前關(guān)鍵性的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是在教師的指導(dǎo)下學(xué)生獨(dú)立完成的工程設(shè)計(jì)或者論文。通過該綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的鍛煉，復(fù)習(xí)和鞏固本專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)和未學(xué)知識(shí)的綜合學(xué)習(xí)與運(yùn)用能力。改進(jìn)能源與動(dòng)力工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和適應(yīng)社會(huì)要求的能力具有重要意義。

畢業(yè)設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容，專業(yè)課程的任課教師應(yīng)該在授課過程中加強(qiáng)講授和訓(xùn)練，讓學(xué)生盡早掌握畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)。要根據(jù)專業(yè)方向和現(xiàn)有的新技術(shù)和新方法提出貼近生產(chǎn)一線的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，并且要保證題目的多樣化，使得學(xué)生能盡量根據(jù)畢業(yè)后的工作方向確定題目，以便畢業(yè)后能夠盡快適應(yīng)工作崗位的專業(yè)要求。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該加強(qiáng)檢查指導(dǎo)工作，保證學(xué)生能夠按時(shí)按質(zhì)的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。嚴(yán)格對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行考核，通過考核評(píng)定出不同的等級(jí)，表彰設(shè)計(jì)過程中的優(yōu)秀學(xué)生，以此來督促和提高學(xué)生做好畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。

五、結(jié)束語

在新疆經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的推動(dòng)下，新疆工程學(xué)院熱能與動(dòng)力工程教研室通過積極調(diào)研和深入思考，對(duì)能源與動(dòng)力工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革，并在實(shí)施過程中加以修訂和調(diào)整，最終取得了較好的效果。

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篇9

【論文摘要】針對(duì)目前液壓傳動(dòng)課程教學(xué)過程中存在的主要問題，本文試圖從學(xué)生心理、社會(huì)需求這一視角出發(fā)，大膽進(jìn)行課程教學(xué)改革，尋找一條適合現(xiàn)代教學(xué)理念的教學(xué)新路子。

液壓傳動(dòng)課程是機(jī)電一體化類、機(jī)械制造、數(shù)控技術(shù)等機(jī)械相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。也是機(jī)械類各專業(yè)課中難度較大的課程之一。對(duì)該專業(yè)學(xué)生而言，動(dòng)手能力的培養(yǎng)非常重要。如何開展教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)真正去做，是全面實(shí)施素質(zhì)教育對(duì)教學(xué)改革提出的要求。因此，本文針對(duì)液壓傳動(dòng)課程自身特點(diǎn)和教學(xué)過程中存在的問題，為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，從學(xué)生心理、社會(huì)需求出發(fā)，對(duì)教學(xué)改革作了一些有益的探討。

一、目前液壓課程教學(xué)存在的問題

(一)內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少

使學(xué)生能夠閱讀、設(shè)計(jì)一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是“液壓傳動(dòng)”課程的教學(xué)目的。要達(dá)到這一教學(xué)目標(biāo)，應(yīng)對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行講解:流體動(dòng)力學(xué)的基本理論、液壓元件的結(jié)構(gòu)原理、液壓基本回路及液壓系統(tǒng)。這些內(nèi)容前后相關(guān)，在教學(xué)過程中需通盤考慮，缺一不可。傳統(tǒng)教學(xué)計(jì)劃中總教學(xué)課時(shí)在100學(xué)時(shí)以上，現(xiàn)在隨著教學(xué)計(jì)劃的改革，教學(xué)學(xué)時(shí)已縮減至50學(xué)時(shí)左右。如何處理好教學(xué)學(xué)時(shí)與教學(xué)目標(biāo)這一矛盾，是該課程教改面臨的首要問題。

(二)學(xué)習(xí)困難

液壓傳動(dòng)以流體力學(xué)為理論基礎(chǔ)，概念、原理較抽象，各類元件及傳動(dòng)的原理非常不直觀，學(xué)生較難理解和掌握。同時(shí)，該門課程實(shí)踐性也較強(qiáng)，教學(xué)過程中安排的四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，絕大多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課上很多學(xué)生是“看”實(shí)驗(yàn)，而不是“做”實(shí)驗(yàn)，即便動(dòng)手做，也只是動(dòng)手不動(dòng)腦，很少去思考為什么要這樣做。由此導(dǎo)致學(xué)生理論學(xué)習(xí)困難、應(yīng)用基本不會(huì)的局面。

二、教學(xué)方法探討

針對(duì)以上液壓傳動(dòng)學(xué)習(xí)過程中存在的問題，如何改變傳統(tǒng)的理論授課、集中實(shí)驗(yàn)、期終考試的教學(xué)方式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，可進(jìn)行以下教學(xué)改革。

(一)依據(jù)必需、夠用原則安排教學(xué)內(nèi)容

液壓傳動(dòng)課程主要由三部分內(nèi)容組成:流體動(dòng)力學(xué)、液壓元件、液壓回路。這三部分內(nèi)容既有自身的特點(diǎn)和知識(shí)體系，彼此之間又有一定的內(nèi)在聯(lián)系。這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課時(shí)產(chǎn)生一種“內(nèi)容繁雜、知識(shí)散亂”的迷茫感覺，課程的知識(shí)要領(lǐng)很難把握。如何使學(xué)生抓住學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這是教師在教學(xué)中需要面對(duì)的難題之一。對(duì)此，在課程的理論教學(xué)過程中，應(yīng)堅(jiān)決貫徹“必需、夠用”的原則，在闡述基本概念和基本理論的同時(shí)，重點(diǎn)突出其技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)用，大量刪減理論偏深、偏多的推導(dǎo)及證明。在教學(xué)內(nèi)容安排上，一是應(yīng)打破原有的編排順序，將流體力學(xué)和液壓元件基本原理、液壓元件原理和液壓回路分析等有關(guān)內(nèi)容結(jié)合起來講授，加強(qiáng)知識(shí)的連貫性，以利于學(xué)生的理解、接受和記憶。二是應(yīng)重點(diǎn)介紹液壓元件作用、基本回路的特性、整機(jī)系統(tǒng)的分析等。三是應(yīng)簡要介紹目前新型液壓技術(shù)。 (二)依據(jù)學(xué)生主體原則采取教學(xué)措施

目前，大學(xué)液壓傳動(dòng)課程教學(xué)過程主要以教師授課為主導(dǎo)，而學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高，這與培養(yǎng)實(shí)用型人才的目標(biāo)相悖。激發(fā)學(xué)生主體意識(shí)的重要手段是激發(fā)學(xué)生的興趣，興趣是推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在力量。因此，課程教學(xué)改革應(yīng)充分考慮學(xué)生及社會(huì)實(shí)際需求，從學(xué)生心理需求出發(fā)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性，始終貫穿著學(xué)生主體原則，改變過去那種“我講你聽”的“滿堂灌”的填鴨式教學(xué)方法，探討新的教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量與效果。首先，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，應(yīng)先給學(xué)生提出些問題及要求，讓學(xué)生帶著問題和要求去自學(xué)，培養(yǎng)大學(xué)生從書本中獲取知識(shí)的能力。教師應(yīng)通過多種途徑引導(dǎo)學(xué)生從被動(dòng)地接受中走出來，強(qiáng)化學(xué)生的主體意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。教師應(yīng)讓學(xué)生懂得教師只是他們的疏導(dǎo)者和助學(xué)者。其次，應(yīng)進(jìn)行多種方式的理論講授。在學(xué)生自學(xué)基礎(chǔ)上，教師對(duì)課程中每一章節(jié)，都應(yīng)開展重點(diǎn)、難點(diǎn)部分的理論講授。教師可根據(jù)每一章節(jié)自身特點(diǎn)，采用多種方式，如液壓元件部分采用直觀性教學(xué)方法，讓學(xué)生對(duì)照實(shí)物，學(xué)習(xí)元件工作原理，組織學(xué)生討論;鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表意見，最后由教師總結(jié)歸納。這樣教師可減少繁瑣的簡單說教，學(xué)生也可得到必要的鍛煉。回路部分采用多媒體教學(xué)方法，用動(dòng)畫形象生動(dòng)地表現(xiàn)回路的中液壓油的流動(dòng)方向，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)等，控制過程一目了然，加上講解，可收到事半功倍的教學(xué)效果。最后，學(xué)生自擬實(shí)驗(yàn)。液壓傳動(dòng)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生能否實(shí)際運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法有關(guān)。因此，應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，刪除部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)增加動(dòng)手型、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。教師在此類實(shí)驗(yàn)中只對(duì)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求，提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備，由學(xué)生根據(jù)所學(xué)的液壓基本理論知識(shí)，自己擬定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟，選配相應(yīng)液壓元件，連接液壓回路，并獨(dú)立操作，自行發(fā)現(xiàn)并解決問題。這樣，就能為學(xué)生創(chuàng)造主動(dòng)思考和主動(dòng)參與的機(jī)會(huì)，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

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關(guān)鍵詞：MEMS設(shè)計(jì)；教學(xué)方法；多媒體教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）12-0186-02

一、引言

微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)也Q為微機(jī)械（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System），是融合硅微加工、非硅微加工和精密機(jī)械加工等技術(shù)設(shè)計(jì)和制作特征尺寸在微米量級(jí)的電子機(jī)械器件。微機(jī)電系統(tǒng)是集傳感、執(zhí)行、信號(hào)處理和控制電路、接口等于一體的微型器件或系統(tǒng)。常見的產(chǎn)品包括微加速度計(jì)、微流控芯片、微馬達(dá)等。目前，全球制造技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展環(huán)境正發(fā)生深刻變化，中國制造面臨著新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，而MEMS技術(shù)能服務(wù)于航空航天等諸多領(lǐng)域，具有巨大的經(jīng)濟(jì)前景和積極社會(huì)意義。近年來，針對(duì)MEMS領(lǐng)域的巨大人才需求，高等院校陸續(xù)開設(shè)了適合高年級(jí)本科生和研究生學(xué)習(xí)的MEMS專業(yè)課程，MEMS設(shè)計(jì)教學(xué)是其中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，目標(biāo)是使學(xué)生掌握與MEMS設(shè)計(jì)相關(guān)的理論、版圖設(shè)計(jì)、有限元計(jì)算、數(shù)據(jù)分析等，能應(yīng)用理論與方法獨(dú)立開展設(shè)計(jì)工作，培養(yǎng)符合現(xiàn)代MEMS設(shè)計(jì)所需的應(yīng)用與創(chuàng)新能力。

二、問題分析

以往的MEMS課程對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)亦有一些介紹，但實(shí)踐環(huán)節(jié)較為薄弱。我國僅少數(shù)院校設(shè)有正規(guī)的MEMS專業(yè)，可借鑒的成熟教學(xué)模式少，我們?cè)趯?shí)踐中也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些問題：

1.教學(xué)重點(diǎn)確定。MEMS設(shè)計(jì)涉及知識(shí)點(diǎn)多，例如微流體力學(xué)、有限元等，都可以擴(kuò)展為獨(dú)立課程。如何確定教學(xué)重點(diǎn)，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)將基本點(diǎn)講透徹，讓學(xué)生能確實(shí)掌握重點(diǎn)知識(shí)和有效開展實(shí)踐，是亟待解決的問題。

2.教材選擇。教材是教學(xué)過程中必不可少的工具，也是學(xué)生獲取知識(shí)的主要源泉，MEMS設(shè)計(jì)既涉及到多領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論，同時(shí)也具有很強(qiáng)的實(shí)踐特征，需要學(xué)生能借助有限元等將理論應(yīng)用到器件設(shè)計(jì)中，而目前國內(nèi)的書籍或偏重概念和原理性的介紹，或是類似軟件使用說明書，難以找到能貫穿符合現(xiàn)代工程需要的由理論至實(shí)踐的設(shè)計(jì)類教材。

3.軟件實(shí)踐環(huán)節(jié)的具體實(shí)施。軟件實(shí)踐是開展MEMS設(shè)計(jì)教學(xué)不可或缺的環(huán)節(jié)，由于MEMS設(shè)計(jì)中往往涉及到多個(gè)物理場的耦合計(jì)算，需要選擇合適的教學(xué)軟件和教學(xué)實(shí)例，難度和工作量要適中，便于學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)熟悉基本操作，同時(shí)也要反映MEMS器件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，讓學(xué)生感覺到利用教學(xué)軟件逐步探究的樂趣。

三、教學(xué)方法改進(jìn)

1.教學(xué)計(jì)劃和教案的構(gòu)建。針對(duì)目前缺少合適教材的情況，教研組自行編制了適合高年級(jí)本科生和研究生的教案，如圖1所示，從種類繁多的MEMS器件中選擇了具有代表性的撓性微加速度計(jì)、微流控芯片、薄膜泵三類器件為對(duì)象。以器件的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為牽引，建立科學(xué)的授課體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，逐步引入理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、分析方法等。這三類器件的共性特點(diǎn)是：（1）能承載靜電學(xué)、流體力學(xué)、彈性力學(xué)、熱力學(xué)等基本理論；（2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，利用不太密集的網(wǎng)格劃分就可以得到相對(duì)滿意的結(jié)果，學(xué)生能夠在有限時(shí)間內(nèi)切實(shí)體會(huì)到多場耦合構(gòu)建、網(wǎng)格劃分、計(jì)算格式、后處理等技巧，提高了學(xué)習(xí)效率；（3）便于逐次推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程，有助于提高學(xué)生興趣，降低學(xué)習(xí)難度。

2.軟件平臺(tái)的選擇。目前，市場上有許多能夠用于MEMS設(shè)計(jì)的軟件，其中一些功能非常強(qiáng)大，包括了版圖設(shè)計(jì)、工藝仿真與優(yōu)化等前后端模塊?？紤]到實(shí)際需求，最終選擇Comsol軟件為工具，與其他軟件相比，雖然它在計(jì)算精度上略顯不足，但其具有適合于教學(xué)的獨(dú)有優(yōu)勢：（1）提供靈活便捷的多場耦合平臺(tái)，多場耦合是MEMS器件的重要特點(diǎn)，而Comsol在提供了強(qiáng)大的耦合模塊的同時(shí)，也提供了從基礎(chǔ)模塊自行構(gòu)建架構(gòu)的方法；（2）軟件運(yùn)行速度快、對(duì)硬件平臺(tái)要求不高，這使得借用公共機(jī)房就可以開展軟件實(shí)踐，并能在課堂有限時(shí)間內(nèi)完成授課―實(shí)踐―答疑―總結(jié)的過程。（3）提供了大量案例庫，為課后學(xué)習(xí)提供了參考。我們還引入了AutoCAD等輔助軟件，以彌補(bǔ)單一軟件的不足。

3.互動(dòng)的上機(jī)實(shí)踐教學(xué)模式。以往的授課中，教師在理論分析上耗費(fèi)時(shí)間較多，雖然能夠從基礎(chǔ)理論到器件分析的各層面進(jìn)行描繪。但受體裁制約，講授時(shí)間冗長，單元之間的前后關(guān)聯(lián)性過強(qiáng)，學(xué)生參與感差，教師則很難營造出活潑的互動(dòng)教學(xué)氣氛。近年來，我們建立了多媒體互動(dòng)教學(xué)的條件，以器件分類為根據(jù)，將教學(xué)內(nèi)容聚焦為既有關(guān)聯(lián)又獨(dú)立的若干單元，每單元均包含理論簡介、案例講解、答疑、實(shí)踐操作等，而將冗長的理論推導(dǎo)過程舍棄或留給學(xué)生課下自學(xué)。下面以低濃度物質(zhì)在微流道混合為例說明單元授課的具體實(shí)施方法：首先，簡要介紹微混合的應(yīng)用背景和定量指標(biāo)需求，解讀非穩(wěn)態(tài)對(duì)流―擴(kuò)散方程；然后借助Comsol軟件具體講解模型帶入、與流動(dòng)模型的耦合、高階格式與低階格式的區(qū)別、Pe數(shù)約束條件，以及借助濃度分布圖等來分析結(jié)果等；再給出空白的幾何模型，讓學(xué)生根據(jù)要求獨(dú)立實(shí)踐；最后留出時(shí)間對(duì)共性問題答疑，并簡要介紹最新動(dòng)態(tài)，提供文獻(xiàn)給學(xué)生課后擴(kuò)展學(xué)習(xí)。

四、教學(xué)效果評(píng)估

1.通過學(xué)習(xí)后，學(xué)生普遍能夠?qū)⑽锢?、化學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)理論和軟件工具相結(jié)合，獨(dú)立解決MEMS器件耦合問題。以課后作業(yè)之一：“微混合器設(shè)計(jì)”為例：研究生經(jīng)學(xué)習(xí)后，能獨(dú)立構(gòu)思微混合器的結(jié)構(gòu)，完成模型設(shè)計(jì)和網(wǎng)格劃分，然后將電場―流場―溶質(zhì)分布結(jié)合進(jìn)行耦合計(jì)算，實(shí)現(xiàn)性能評(píng)估等，最后提交設(shè)計(jì)報(bào)告，有些設(shè)計(jì)體現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膭?chuàng)意。

2.學(xué)生能夠在后續(xù)的畢業(yè)論文或創(chuàng)新實(shí)踐中自覺綜合Comsol軟件及其他工具，解決實(shí)際微機(jī)電工程設(shè)計(jì)問題，包括慣性組件散熱、點(diǎn)膠控制、微射流等問題，并在后續(xù)實(shí)踐中與教師保持長期互動(dòng)。其中部分方案體現(xiàn)出很強(qiáng)的多場耦合特色，教師也能從相關(guān)領(lǐng)域汲取營養(yǎng)，對(duì)具體需求有更深入了解。不僅達(dá)到了學(xué)以致用的目標(biāo)，也實(shí)現(xiàn)了“教學(xué)相長”。

3.課堂氣氛活躍，學(xué)生勇于提問、勤于思考和動(dòng)手，向教師反映學(xué)習(xí)MEMS設(shè)計(jì)“很有趣”、“學(xué)到了知識(shí)”、“原來如此！”等，并從自身感受出發(fā)，提出改進(jìn)教學(xué)的意見。

五、結(jié)語

在教學(xué)改革實(shí)施的過程中我們明顯感到，合理和科學(xué)的教學(xué)計(jì)劃和實(shí)施方法，既能引導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)習(xí)理論知識(shí)和掌握實(shí)踐方法，也能給他們充分發(fā)揮思維和想象力的空間，通過教學(xué)改革舉措，使教學(xué)質(zhì)量得到明顯改善，有效提升了學(xué)生微機(jī)電工程設(shè)計(jì)方面的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。