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工程流体力学课程体系的建设与完善
编辑:admin   时间:2018-06-28 13:26

随着我国海洋战略布局和海洋经济的发展,我校在海洋学科和相关专业建设方面发展迅速,流体力学知识的应用愈来愈广泛。流体力学是工科院校普遍开设的专业基础课程,学科的渗透性很强,与所有基础和专业学科之间都有交叉,在学生知识能力培养和知识体系结构中起着承上启下的作用。2013年,我校流体力学被评为上海市精品课程。在4年多的建设过程中,流体力学课题组先后承担了校级、上海市级重点课程建设及重点教材建设等多项教改项目,坚持以培养海洋工程创新型人才为目标,在流体力学教学体系的建设方面取得了宝贵的经验。
1 结合海洋大学特点,调整教学内容,完善课程体系
我校流体力学类课程覆盖海洋渔业科学与技术、海洋环境、海洋技术、热能动力工程、建筑环境与设备工程、环境工程、环境科学、机械设计制造及其自动化等专业,每年选课学生超过700人。针对各个专业学生的不同需求,我们在课程设置、教学内容上都做了相应的调整与完善。本课程在我校的定位是:以海洋学院的海洋渔业科学与技术、海洋环境、海洋技术、环境工程专业为重点的海洋类本科生的专业基础主干课程;面向食品学院和生命学院的热能动力工程、建筑环境与设备工程、环境科学专业的工程应用类本科生的专业基础平台课程,满足工程学院的机制专业培养要求。以工程流体力学课程为龙头,以培养海洋人才的创新能力为目标,完善优化流体力学类课程群的配置、学时安排,并完成所有课程新教学大纲的编写工作,逐步形成一个完整的课程体系,重点完成了实验课和仿真课程软硬件的配套建设,突出强调流体力学的应用实践环节。根据工程实际需要,将流体力学的教学内容分为三个层次,即流体力学的基础理论、流体力学知识与进展、流体力学应用与实践。根据不同专业对流体力学知识的需要,设计了不同的模块组合。如对海洋相关专业的学生,增加了水波理论,重点强调实验实践环节;针对食品专业的需要,增加了气体及热力学类内容,并编写了多套相关自测题供学生选用;针对水产及生物类专业的学生,为让学生能够更好地研究鱼类等的动物习性,增加了数值仿真模拟,克服了以往过分重视理论知识的介绍,轻视其应用的弊端。此外,还相继开出了流体力学独立实验课、计算流体力学等。
2 出版多部教材,完善流体力学课程教材体系完备
2002年,《工程流体力学》教材被列为上海市教委普通高等学校教材重点建设项目,历经3年多的编写和有关专家的评审,我校教师编写的《工程流体力学》于2006年2月由上海交通大学出版社出版。该教材的最大特点是考虑到普通工科院校非力学专业学生的情况,尤其是一般工科专业学生的基础和专业需要,尽可能简化对公式、定理的数学推导,注重对物理概念的阐明、理解和应用,特别强调知识的实际应用。2007年,《工程流体力学》教材被上海市教委评为优秀教材三等奖,2008年获上海海洋大学教学成果一等奖。2011年,我们对第一版教材部分章节的内容进行了更新、充实和修订,更加注重拓宽知识面和实际工程应用。2012年9月,第二版《工程流体力学》及配套教材《工程流体力学习题解析》由上海交通大学出版社出版发行。2011年3月,由同济大学出版社出版的《力学基础实验指导—理论力学、材料力学、流体力学》,其中的流体力学部分(第三大部分),重点强化课程体系中的实验环节,完善了流体力学课程的教材体系。我们还完成了流体力学试题库建设工作,提高了试题质量,真正做到了教考分离,为相关师生提供了丰富的教学资源库,促进了教学质量的提高。
早在2006年,我们就开始了“流体力学研究型教学的改革与实践”上海水产大学(2008年更名为上海海洋大学)一般课题项目的研究工作;为配合新出版的教材,我们还申请了校级一般课程建设项目“工程流体力学(CAI课件)建设”,制作了与教材配套的、有自主知识产权的课件光盘,课件共有700余张PPT,图片色彩鲜明,其中插入的20多个原创动画形象生动逼真,做到了工程流体力学电子教案光盘版与教材同步发行。
3 完善实验教学条件,形成完整的实验教学体系
随着我国,特别是上海市海洋战略布局和海洋经济的发展,我校海洋学科发展迅速。首先,为配合新开设的独立实验课,添置了多种类、多套数的多功能流体力学实验装置、动量定理实验仪、空化实验仪等流体力学常规实验设备,保证了高质量完成流体力学本科实验教学任务。根据购置的实验设备,自行编写了实验指导书,明确了仪器设备的工作原理、实验过程的具体步骤、实验结果的分析和处理以及实验中的注意事项等内容;为了实现实验教学的多样化,自行编制了工程流体力学实验教学演示软件,内容形象直观,使学生一目了然;合作研制了小型循环水槽及直流式风洞,并配备了数据测试采集系统,可进行圆柱、翼型、浮标、波能装置等模型的流场显示及水动性能测试,使实验教学的质量和效率得到了提高。
针对个别专业的特殊需要,开设了流体力学独立实验课。实际的流体运动非常复杂,而流体力学实验是揭示流体运动规律的一种重要手段,为此,经多方筹建,我校海洋环境专业于2009年开设了流体力学独立实验课,帮助学生加深对所学理论的理解,更好地用所学理论解决生产实际中的问题。实验课共16学时,实验内容主要包括:能量方程实验、雷诺实验、动量定律实验、沿程水头损失实验、局部水头损失实验、毕托管测速实验、管道测流量实验、流动显示实验、虹吸实验及势流叠加实验等。针对食品专业的需要,开设了气体及热力学类实验。
为了满足海洋学科对流体力学实验的更高要求,我们陆续建成了大型室内动力深水压力桶,配备了数据测试采集系统,可进行圆柱、翼型、浮标、波能装置等模型的流场显示及水动性能测试。我校地处临港,旁临东海,学生参加各种海试试验方便。利用这些实验平台,相继开设了多种设计性、综合性实验,主要包括湍流、流体数值模拟计算应用、波浪能发电装置开发等,对于学生创新能力的培养起到了至关重要的作用。
4 以科研促进教学,培养学生的创新能力,构建创新型培养体系
近三年,教师发表学术论文40余篇,SCI收录4篇;课题组教师主持省部级及以上科研课题共20余项,其中国家自然科学基金1项,上海市自然科学基金2项,农业部专项3项,海洋工程国家重点实验室开放基金2项,国家海洋局重大专项2项,上海市教委创新项目2项。有20余名硕士研究生、多名本科生参与科研项目,学生创新意识和能力得到了培养与锻炼。
近年来,学生在科研创新方面热情很高。在全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中,2011年,我校羊晓晟、侯淑荣、马利娜、沈小青的“一种新型海洋波浪能发电装置”获得全国竞赛三等奖;2012年,曹星、陈功的“风浪发电转换机”获得全国三维数字化创新设计大赛上海赛区二等奖。工程学学生孙奇结合所学流体力学知识,自主创业,创立了上海鑫靓科技服务有限公司,开办节水高效汽车洗车业务服务师生。2011~2012年,学生成功申报市、校、院级涉及海洋工程方向的大学生创新性项目16项。在流体力学教师指导下,学生还获得43项国家实用新型专利,另有多项发明专利进入实审阶段。学生参加教师科研项目19项,均取得了很好的成效。在我校机械设计制造及其自动化专业本科学生的毕业设计题目中,海洋工程类流体力学相关研究比例较高,特别是在大学生科技创新活动中心的组织下,我校成为上海市船舶与海洋工程学会的团体会员单位,并在我校建立了上海市船舶与海洋工程学会学生分会,流体力学的师生参与热情较高。
5 结束语
工程流体力学是一门非常重要的专业基础课程,它具有较强的理论性、抽象性和实践性。笔者主要介绍了我校工程流体力学课程体系的建设与实践,主要包括:多层次、多专业的课程体系构建;先后出版了《工程流体力学》《工程流体力学习题解析》和《力学基础实验指导—理论力学、材料学、流体力学》教材,流体力学课程教材充足;完善实验教学条件,形成完整的教学实验体系;培养学生创新能力,构建创新型培养体系;以科研促进教学,培养学生创新能力,构建创新型培养体系,不断培养学生的工程意识和工程实践能力,提高创新能力,使学生真正掌握该课程的核心知识,提高分析问题和解决问题的能力。


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