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摘要:為了進一步提升《水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用》課程教學效果,對教學大綱和教學內(nèi)容進行了修訂,輔以課堂教學方法改革,提高了學生的學習積極性與參與性,與改革前相比,學生的平均成績、優(yōu)秀率、學生評教等均有明顯提高。
關(guān)鍵詞:石油工程;水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用;課程建設(shè);教學改革
一、完善教學內(nèi)容與教學大綱
水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用是本科生的選修課,主要講述水射流基礎(chǔ)理論、水射流切割機理、噴射系統(tǒng)和噴嘴、磨料水射流、空化與自振射流、脈沖和聚能射流、旋轉(zhuǎn)水射流等七章內(nèi)容,共計2學分,32學時,其中實驗教學2學時,課堂討論2學時。課堂最后2學時以講座的形式介紹水射流技術(shù)在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用,拓寬學生的知識面。隨著科技的快速發(fā)展,出現(xiàn)了多種新型射流技術(shù),并在相關(guān)領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用,因此改革后的教學內(nèi)容中增設(shè)了新型射流技術(shù)與應(yīng)用,主要介紹低溫液氮射流技術(shù)、超臨界CO2射流技術(shù)、高溫熱力射流技術(shù)等,使學生對射流技術(shù)領(lǐng)域的最新進展有所了解。此外,在過去幾年的教學過程中,以原理講解為主,實例較少,學生理解起來較為困難。在大量調(diào)研和實驗的基礎(chǔ)上,對原有的七章連續(xù)高壓水射流發(fā)生裝置基礎(chǔ)內(nèi)容進行了更新,增加了最新的理論與發(fā)現(xiàn),同時增加了大量的實例應(yīng)用,通過視頻、圖片等流媒體形式展示,通俗易懂。使學生在學習基礎(chǔ)理論的同時,對現(xiàn)場應(yīng)用有了更深的了解。
二、教學方法改革
從教學實踐中發(fā)現(xiàn),學生對水射流技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用了解甚少,難以建立起感性認識,導致課堂教學時學生參與意識不強、大多時間是被動聽講,缺乏互動交流的基礎(chǔ)和研討式教學過程。為了提高學生課堂學習的積極性,提高石油工程本科生的實踐能力和創(chuàng)新能力,對課堂教學模式進行了改革,從原有的“填鴨式”講解教學,轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、小組討論教學模式,同時輔助了課堂實驗,提高了教學效果。
(一)啟發(fā)式教學
教學屬于師生雙邊活動,調(diào)動師生的積極性,使之在教學活動中發(fā)生有效互動,才能提高教學質(zhì)量與效果。本門課程主要采用懸念情境的創(chuàng)設(shè)方法提高學生的學習積極性。課前進行充分的教學素材準備,如相關(guān)的動畫、圖片等,同時對教學內(nèi)容進行精心安排,第一步講什么、第二步講什么都要進行精心策劃,逐步引導學生,吸引學生的注意力。以第一章水射流基礎(chǔ)理論為例,課下需準備日常生活中常見的水射流現(xiàn)象及其相關(guān)工業(yè)應(yīng)用圖片以及動畫視頻,先以動畫開場讓學生們了解什么是水射流,在日常生活中存在哪些水射流現(xiàn)象,相關(guān)的工業(yè)應(yīng)用有哪些。隨后提出問題:水射流是如何產(chǎn)生的?給學生充足的思考時間,并引導學生積極回答問題,讓學生對水射流有了基本認識之后,再進行相關(guān)基礎(chǔ)理論的講解,以此提高教學效果。對積極參與討論的學生予以記錄,在期末評定中的平時成績中加分,進一步激發(fā)學生的學習動力。
(二)小組討論式教學
啟發(fā)式教學過程中并不能完全調(diào)動所有學生的學習積極性,為此還需要配合小組討論式教學模式,強化學生參與。將學生分為5—8人的討論小組,每個小組推選一名組長。根據(jù)相關(guān)教學內(nèi)容設(shè)置不同的討論問題,均以工程項目的形式提出,自主選題并組織實施,同時根據(jù)難易程度賦予相應(yīng)分值(該分數(shù)將與期末考試成績掛鉤),通常給學生4周時間,最終選派一名學生以多媒體講解的形式答辯,并由老師和各小組組長打分。經(jīng)過三個學期的實踐和完善,共設(shè)置了5個討論題:①消防噴嘴種類及結(jié)構(gòu),如何提高消防水槍射程?舉例說明(70分);②自然界中的空化現(xiàn)象有哪些?工業(yè)生產(chǎn)中如何減小空化破壞作用?又如何利用空化作用?舉例說明(80分);③影響磨料射流切割的因素有哪些?如何提高磨料射流切割效果?舉例說明(70分);④利用fluent軟件模擬錐形噴嘴射流,得到其速度場、壓力場分布,并給出提高錐形噴嘴射流效率的意見和建議(100分);⑤實驗或數(shù)值模擬對比研究薄壁出流及厚壁出流不同,得到其各自初始時刻的出流軌跡(公式),保存視頻、圖片等資料(100分)。經(jīng)過實踐,發(fā)現(xiàn)大部分學生選擇了分值較高的④、⑤兩題,并且在答辯過程中進行了很好的展示,有的學生甚至將簡單的模擬實驗器材拿到現(xiàn)場進行演示,表現(xiàn)出了很高的積極性。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),90%以上的學生參與了小組討論,學生的自主學習意愿較強;學生講解完畢后,進行提問和解答,深入討論,最后老師進行講解,對項目實施的效果、講解表達能力、多媒體制作能力等進行詳細點評和講解,使學生通過訓練提高其項目組織實施能力、團隊協(xié)作能力、講解表達能力等,同時強化其工程意識,為學生走向工作崗位奠定基礎(chǔ)。
(三)完善課堂實驗
水射流基礎(chǔ)理論主要來源于現(xiàn)場實踐與實驗,為此水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用課程也無法脫離實驗。針對小孔口出流理論與空化射流兩部分重要內(nèi)容,設(shè)置了課堂演示實驗,利用塑料瓶和吸管,自制小孔口出流實驗裝置;利用亞克力管和注射器組合,自制空化發(fā)生裝置,通過課堂演示和學生體驗操作,極大地激發(fā)了學生的興趣和學習的積極性。此外,結(jié)合課程主體內(nèi)容和中國石油大學(北京)高壓水射流實驗室的實驗基礎(chǔ),設(shè)置了超高壓磨料水射流切割以及超臨界CO2噴射破巖兩組實驗。由于實驗過程中均有高壓流體,存在一定的危險性,因此兩個實驗均采用觀摩的方式進行。實驗前向?qū)W生全面介紹實驗裝置的結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵零部件的組成和功能,同時對學生說明今后從事該實踐活動過程中應(yīng)注意的事項,尤其是安全教育方面。實驗過程中,學生積極踴躍地提問,大大地激發(fā)了學生的學習興趣。通過室內(nèi)觀摩實驗,使學生對高壓水射流技術(shù)及其應(yīng)用有了更加深入的了解,促進了其課堂理論學習的積極性和主動性,同時還能增強學生的安全生產(chǎn)意識。
(四)成績評價標準改革
以往的學生成績評價標準大多是以期末成績?yōu)橹鲗В鲆暺綍r成績。如期末考試成績占總分數(shù)的80%,平時作業(yè)和考勤成績占20%。這種考核模式忽視了對學生學習過程的考核,造成了部分學生平時不認真學,期末考試前突擊復(fù)習即可拿高分的現(xiàn)象,實際上這類學生并未學到真正的知識點,考試結(jié)束后很快就會遺忘所學知識。為了減少高分低能現(xiàn)象,需加強學習過程考核。為此,該課程將考勤、課后作業(yè)、討論課成績、實驗課成績等四項過程考核成績比例提高到40%,降低期末考試成績的比重。此舉可進一步提高學生學習的主動性和積極性,促使學生積極參與小組討論與實驗課,提高動手能力,為培養(yǎng)科研與實踐高素質(zhì)人才奠定基礎(chǔ)。
三、教學效果分析
通過2014年到2016年三個學期的不斷改革,學生平均成績和優(yōu)秀率均穩(wěn)步提高,此外學生對教師的教學評價得分也逐年升高,同時從學生問卷調(diào)查的反饋來看,大部分學生認為課堂教學生動,輔以視頻教學、課堂討論、課堂實驗等方式,提高了學生參與的積極性,激發(fā)了學生的學習熱情。
四、結(jié)論
通過近四年的水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用教學改革,促進和完善了教學課程體系,達到了課程建設(shè)的總體目標:(1)以創(chuàng)新能力培養(yǎng)和提高綜合素質(zhì)為目標,完善了水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用課程教學內(nèi)容和教學大綱,增設(shè)了新型射流技術(shù)與應(yīng)用內(nèi)容,使學生了解最新射流理論與技術(shù)的發(fā)展動向;(2)對課堂教學模式進行了改革,從原有的“填鴨式”講解教學,轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、小組討論式教學模式,輔助了課堂實驗,提高了教學效果。此外,通過學生成績評價標準改革,將學生培養(yǎng)目標從重視結(jié)果培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾曔^程培養(yǎng),提高了學生教學活動參與的積極性;(3)通過三個學期的不斷深化改革,學生的學習成績和優(yōu)秀率均穩(wěn)步提高,學生的反饋意見也更加積極,對教師的滿意度也逐年提升。
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作者:王海柱 田守嶒 李根生 黃中偉 盛茂 張逸群 楊睿月 李敬彬 單位:中國石油大學(北京)石油工程學院