流體力學論文范文
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篇1
1.1目標定位不明確,教學內容不完善
物流管理專業屬于新興熱門專業,一些學校為了擴招、抓住發展機遇而開設此專業。而在物流管理專業開設過程中,學校并沒有對市場、社會進行充分調研、論證,專業培養方案制訂缺乏科學依據,從而存在教學目標、專業培養目標不明確、課程體系不科學、實踐教學內容不符合專業發展需求等問題,從而導致學生技能水平、知識結構不能滿足市場需求。同時,在實踐教學中,一般實踐教學包括校內實訓、畢業設計、認識實習、校外實習等環節,但在具體教學中,高職院校存在實踐教學流于形式、實踐教學內容體系設計不合理、實踐課程安排不科學等問題。例如,校內實訓教學中,實訓與理論課相脫離,多在理論課結束后安排2周左右的實訓,且實訓形式多是在機房中簡單操作演示物流軟件,實際動手操作能力得不到培養。此外,高職院校缺少與企業的合作,畢業崗位實習多是學生自己聯系單位、自主實習,實習不統一、缺乏教師跟蹤指導,學生不能很好得從實習中補充知識,實習效果差。
1.2實踐教學管理不到位,教學保障不足
在實踐教學中,項目管理至關重要,通過項目管理豐富實踐內容、制定實踐標準。但是,目前許多高職院校沒有設置專門的實踐實訓項目管理負責機構,不能及時調研市場、社會,不利于與企業良好合作關系的建立,且校內外實訓基地管理制度缺失。例如,在具體的實訓項目中,在學生實訓前,高職院校沒有結合學生情況及合作企業、實訓項目制定可操作性強、任務明確的任務書,學生實訓指導性不足。同時,在實訓開展過程中,沒有及時與學生、與實訓負責人溝通,不能全面了解學生實訓情況,不能及時給予學生指導。在實訓完成后,實訓評價流于形式,實訓考評缺乏依據,無法對以后實踐教學提供參考。此外,在高職院校實踐教學設施投入方面,多數院校資金投入不足,沒有建設專門的與實踐、實訓相配套的硬軟件設備,如校內實訓基地主要是簡單的軟件模擬,校外實訓應用模式單一,基地參差不齊,為學生提供的動手操作機會少。
2利用“一體化”工學結合教學模式開展物理管理專業教學
2.1轉變教學觀念,重構課程結構
在高職院校物流管理專業教學中,實現“一體化”工學結合教學,首先需要教師全面、正確認識“一體化”工學結合教學內涵、意義,從而轉變傳統的教學觀念、轉變教學行為。教師應認識到學生是“一體化”工學結合教學主體,而教師是教學的引導者,引導學生學習、工作。同時,教師還應認識到工學結合不是簡單的“學”多少學時、“工”多少學時,而是兩者的相互融合,應根據具體教學情況合理調整兩者比例,確定何時學、何時工。其次,根據教學目標、學生需求,以課程整體性、實用性為原則,結合服務的經濟區域、學科的內在邏輯重構課程結構,盡可能避免課程內容重復,同一規劃教學環節。例如,一般情況下,可將物流管理專業教學分為三個階段,即第一、二學期為第一階段,第三、四、五學期為第二階段,第六學期為第三階段。其中,第一階段主要開設理論課程,實踐穿插的理論教學中,以基本素質課程學習為主;第二階段等量設置實踐課程,而第三階段學生進行企業。
2.2完善實踐教學體系,豐富教學體系內容
物流管理專業實踐教學體系的基礎是人才培養,要素是能力、知識、素質。同時,實踐教學體系教學環境包括課堂實訓教學環境、校內實訓教學環境、校外實訓教學環境。其中,教學組織的基本方式是課堂教學,教師施教、學生學習的主要場所是教室,因此,課堂教學環境建設至關重要,需要根據不同課型進行不同設計。例如,根據不同課型通過案例分析、角色扮演、項目設計、分組討論等方式開展教學,利用角色道具、多媒體的模擬工作場景,營造真實的職業氛圍,使學生更加真實的認識、了解職業工作,并通過合理教學環境設計,為學生提供一個輕松的學習環境,調動學生的課堂參與性,激發學生主動性,提高教學效率。此外,實踐教學體系內容主要包括教學目標、組織、內容、評價四方面,需要院校、教師結合人才培養目標、學生需求、市場需求確定教學目標,并設計理論課程、實訓課程、企業實訓內容等。而在實踐教學評價監督體系方面,應組建專門的教學評價小組,開展定期的學生自評、學習指導老師評價、企業指導老師評價,動態了解學生,調整教學內容,提高學生綜合素質。
2.3加大實訓教學硬軟件設施投入,全面建設實訓基地
硬軟件設施是物流管理專業實訓課開展基礎保障,因此,在“一體化”工學結合教學開展中,院校應加大硬軟件設施采購資金投入,根據課程需求、專業發展需求配置硬件裝備、完善軟件系統功能,為實訓教學提供良好環境。例如,在校內實訓中心建設中,硬件系統建設主要內容包括配送中心作業、倉儲作業、物流信息技術等,從而實現貨位驗收、分配等。而實訓設備主要包括傳送設備、托盤貨架、超市貨架、輕型貨架等。軟件系統主要包括第三方物流模擬系統、國際貨代與報關管理系統、綜合運輸管理系統等。其中,第三方物流模擬系統需要符合國際慣例操作流程,而業務環節主要包括模擬倉儲、運輸、配送、客戶管理等。此外,在此基礎上,院校還應加強物流綜合實訓室、新建校內物流綜合實訓室、校外實訓基地建設。例如,在現有校內實訓室基礎上,院校整合物流運營中心,結合物流行業具體情況,搭建新的校內實訓平臺,開設TPL項目教學課程,更新電子商務等實訓室,確保學生實訓的高效開展。
3結束語
篇2
[摘要] 目的 探討以問題為基礎的學習(PBL)教學法在留學生腦血管病理論教學中的應用。 方法 在留學生腦血管病理論教學中,引入PBL方法。PBL教學模式在設計上遵循以病例為引導,以問題為基礎,理論與實踐相結合原則。調查PBL教學模式的應用效果。 結果 教學結果調查表明,PBL教學法能很好地調動留學生學習積極性(98.3%),提高綜合分析解決問題能力(95.0%)和理論實踐相結合能力(94.2%),留學生能熟練掌握診治腦血管病內容。 結論 PBL教學法提高了留學生腦血管病理論教學的教學效果,值得推廣應用。
[關鍵詞] 以問題為基礎的學習;腦血管病;理論教學
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] C [文章編號] 1673-7210(2013)11(b)-0147-04
Application of problem-based learning method in cerebrovascular disease theory teaching for foreign students
XUE Shouru HAN Xuefei CAI Xiuying DUAN Xiaoyu DONG Wanli
Department of Neurology, the First Affiliated Hospital of Soochow University, Jiangsu Province, Suzhou 215006, China
[Abstract] Objective To investigate the effect of problem-based learning (PBL) teaching method on cerebrovascular disease (CVD) theory teaching for foreign students. Methods In theory teaching of CVD for foreign students education, the method of problem-based learning (PBL) was introduced to evaluate the teaching quality. PBL teaching mode was designed to follow the case as a guide and the problem as a basement, with the full combination of theory and practice. The application effect of PBL teaching method was investigated. Results PBL teaching method could help to manipulate the primitive of foreign students (98.3%) and improve foreign students' comprehensive ability to analyze and solve problems related to CVD (95.0%, 94.2%). Foreign students could master CVD diagnosis and treatment by using PBL teaching method. Conclusion PBL teaching model has also improved the teaching quality of CVD course, and it is worthy of recommending.
[Key words] Problem-based learning (PBL); Cerebrovascular disease (CVD); Theory teaching
[基金項目] 蘇州大學校級教改項目(編號2009-sz-027)。
[作者簡介] 薛壽儒(1967.4-),男,醫學博士,主任醫師,博士生導師,蘇州大學附屬第一醫院神經病學教研室副主任;研究方向:腦血管病和神經變性病的基礎和臨床。
國內腦血管病具有發病率高、致殘率高和死亡率高的特點,給人類健康和生命造成極大威脅,同時給家庭和社會帶來沉重的負擔。因此,腦血管病教學內容極其重要,占據臨床神經病學教學的核心地位。在傳統教學中,遵循“灌輸式”教育,即“教師為中心,課堂教學和教材為主”模式,該教育模式培養的學生存在思維不夠活躍、動手創造能力不夠強、探索未知領域意識薄弱等缺點,其特征是理論教學與實踐教學脫鉤。而以問題為基礎的學習(PBL)教學法是一種全新的教學方法,是以病例為先導、以問題為基礎、以學生為主體、教師為導向的小組討論式的教學方法[1-3]。PBL教學方法有效地解決了傳統教學的弊病。其特征是教學效果得到質的飛躍。由于腦血管病教學內容繁多,涉及的各種癥狀體征復雜,采用傳統的灌輸教學,留學生常常感到枯燥難懂,教學效率低,因此,十分有必要應用PBL教學方法改善腦血管病教學內容,提高教學效果。
1 對象與方法
1.1 對象
對接受該教學方法的132名留學生(共4個班)課后隨機發放120份調查內容相同的問卷,并全部回收,回收率為100%。
1.2 PBL教學對象及實施方法
1.2.1 留學生課前預習 上課前2周告知留學生腦血管病課的學習目標,學習內容。通知學生課前認真學習腦血管病課的內容,主講教師通過校內局域網發送腦血管病章節的學習目標和相關問題,讓留學生(每班分5組)圍繞學習內容查閱資料,并鼓勵留學生上互聯網查詢腦血管病最新進展信息。由學生分組討論(每5~6人一組)并制作多媒體課件。課件內容主要有:①如何問診,即詳細的病史詢問應該主要包括哪方面內容?②如何體檢,即針對病史體格檢查主要包括哪方面內容?可能的體征是什么?為什么?③如何輔助檢查,為了進一步明確診斷,按輕重緩急順序,主要安排哪方面實驗室與輔助檢查?實驗室與輔助檢查的可能結果是什么?④如何診斷,腦血管病的的臨床診斷標準為何?應該如何與其他疾病進行鑒別診斷?⑤如何治療,腦血管病的臨床治療原則是什么?每一小組負責制作并講解其中的一部分幻燈片。對小組講者的要求:幻燈片張數適中,每張幻燈數不能超過5張,每張幻燈字數不能超過20個;要求其思維清晰,語言流利,講解完需準確回答聽者提出的問題。對聽者的要求:積極配合提出問題,并可能回答講者不能回答的問題。
1.2.2 教師教學素材的收集和教學課件制作 應用我院神經病學教研室多年來在腦血管病教學研究工作中收集的大量典型病例、腦CT、MRI、MRA、MRV、DSA、CTA、SPECT、PET等典型影像資料,結合既往典型病例的腰穿腦脊液資料作為素材。以PBL教學方式為先導,圍繞腦血管病的兩大要素:主要腦血管分布和腦功能區分布及構造設計學習目標的問題,并圍繞腦血管病的兩類主要問題,即缺血性腦血管病(包括腦血栓和腦栓塞)和出血性腦血管病(包括腦出血和蛛網膜下腔出血)等精心制作多媒體課件。
1.2.3 知識梳理安排 各組分別展示課件,講述有關內容。鼓勵學生提問,教師可針對一些關鍵知識點提出問題,以突出重點,加深印象。例如:有肢體癱瘓的患者一定就是腦血管病嗎?回答問題以學生為主體,對于學生回答不出的問題,教師根據情況決定由自己回答或將問題布置為課下作業,由學生借助各種學習工具獲得答案。教師對學生課件制作的質量、講授水平、課堂提問與回答的踴躍程度等進行簡要小結。
1.3 臨床PBL課實踐
病史詢問:指導1名學生按時間順序,沿邏輯思維進行問診,其余同學傾聽。教師需在病史詢問過程中對學生的病史詢問方法進行必要的引導,如病史詢問所用詞語不能過度專業化,詢問順序不能雜亂無章,不能偏題,不能有重大遺漏等。病史詢問結束后可由其他學生補充。
體格檢查:指定1名學生進行神經系統針對性的體格檢查,注意神經系統體格檢查的前后上下順序、手法以及查體過程中愛傷觀念的體現。查體結束后首先體檢者匯報神經系統體格檢查的陽性結果,然后由其他學生進行神經系統查體部分的補充與糾正。
實驗室及輔助檢查:由指定學生根據前述的病史詢問及神經系統體格檢查結果,提出為確立臨床診斷進一步需要的實驗室及輔助檢查,由學生進行分析。其中,腦CT、MRI、MRA等典型影像資料與腦脊液結果的分析是重要基本功,教師要結合病例,對典型影像資料的臨床意義、腦脊液結果的判斷與臨床價值、腦CT和MRI的閱讀順序及異常表現進行必要的講解。
診斷的提出:指導學生用專業語言精簡總結,并提出臨床診斷及其依據。
鑒別診斷的分析:由指定學生提出主要的臨床鑒別診斷及其依據。
治療原則:由指定學生根據臨床資料,制訂下一步的治療方案,包括用藥原則和一般治療,要求注意觀察判斷病情進展的指標及必要的處理方法。例如:1例腦血管病患者,如考慮缺血性腦血管病,首選的治療措施是什么?如果用藥3 d以后效果不佳,應考慮有哪些惡化的原因?應給予患者哪些檢查?如何調整用藥?對于學生回答不了的問題,教師可布置為課下作業,并推薦主要的參考文獻或網絡資源供學生查閱參考,待下次課由學生做出回答。
討論總結:討論圍繞臨床腦血管病病例引導出來的學習目標進行,留學生和教師一起分析病例的臨床特點,最后提出診療意見。如出血性腦血管病主要臨床表現是頭痛、嘔吐和肢體癱瘓,相應提出如下問題:出血性腦血管病發病原因、癱瘓血管分布特點及如何處理等。留學生圍繞問題運用新學知識綜合分析、判斷,經過討論做出正確的處理。討論過程中注重充分運用教學課件演示腦血管構造及分布。對課堂上尚未解決的學術問題通過局域網進行交流探討,以彌補課堂教學在時間上的不足。
教師對學生表現的評定:對學生的良好表現予以充分肯定和鼓勵,同時對存在的問題做出小結,并指導學生解決問題的方法。
2 結果
PBL教學法在腦血管病理論教學中效果問卷調查結果表明,留學生對PBL教學形式與效果普遍評價較高,大多數留學生認為PBL結合多媒體教學法能很好地調動學習積極性,有助于知識的理解和記憶,提高綜合分析解決問題能力和理論實踐相結合能力。見表1。
3 討論
3.1 我校留學生的教學特點
我校自2006年起開始招收臨床醫學類留學生,我校留學生主要來源于巴基斯坦、印度、尼泊爾、馬來西亞、文萊、印度尼西亞等亞洲國家和極少數歐美國家的應屆高中生,目前在校生400余人。我校留學生的基本情況是:①具備一定的科學文化知識,留學生之間科學文化知識水平差異較大,但其醫學知識相對匱乏;②來自亞洲國家的留學生主要受英聯邦國家語言環境的熏陶,他們的英語水平尤其是英文閱讀和寫作水平普遍較好,雖然大多數留學生入學時能用英語交流,但由于留學生受當地方言的影響,帶有濃重的地域口音,而英語畢竟不是他們的母語,表達相對不夠規范,這在一定程度上影響著師生之間的互動式交流;③這些學生大多信仰印度教或伊斯蘭教,他們的生活、學習和思維深受該文化背景影響;④他們思維活躍,自學能力強,課堂氣氛熱烈,隨時可能會打斷教師授課而提出問題,但組織紀律性較差,上課遲到、早退時有發生;⑤大多數學生畢業后將回國參加本土醫師執業資格或執照考試。盡快熟悉這些情況,使教師在教學中做到心中有數,尤其是在授課前應該熟悉和尊重來華留學生所在國的國體、政體、民族、文化、宗教、歷史等特點,并將這些融入日常教學活動,減少師生間的陌生感,建立師生友誼,為對外醫學專業教學的順利開展營造一個親切和諧的師生氛圍,這是取得留學生信任和認可教師教學權威性的重要途徑,同時也有助于利用有限的高校資源改善留學生的教學效果。因此,對留學生用英語授課,要求任課教師同時具備豐富的專業理論知識和良好的英語溝通能力[4]。目前神經內科留學生的授課教師主要由具有博士研究生學歷和出國留學經歷的中青年教師擔任,這些教師在語言、多媒體課件制作等方面具有較大優勢,較易與留學生溝通,且愿意嘗試新的教學模式。而腦血管病理論教學時間達4課時,占整個神經病學理論教學的1/8。因此,選擇腦血管病內容進行教學模式的探索,其目的是以病案為基礎、問題為核心,培養留學生運用理論和實踐知識的綜合分析能力,達到熟練掌握腦血管病診斷和治療的目的。
3.2 PBL教學法在留學生腦血管病理論教學中的意義
PBL最早始于1969年,1993年在愛丁堡世界醫學教育高峰會議得到推薦,此后在國內各醫學院校開始嘗試,并得到較快發展。與傳統教學方法相比,PBL是以重視能力培養代替重視知識傳授、以綜合課代替以學科為基礎的課程,以學生為中心代替以教師為中心的一種教學方法,PBL教學有利于培養學生獨立思考問題、理論聯系實際、靈活運用知識方面的能力,有助于培養適應生物-心理-社會醫學模式的醫學人才。PBL教學需要教師與學生之間以及學生與學生之間的配合互動,因此密切了他們之間的關系,提高了人際交往和互助共事的交流能力;同時,PBL教學還可以提高組織調查能力、交流合作能力和創造開拓能力等。在腦血管病教學中應用PBL教學,并結合多媒體教學手段,可以充分調動留學生的學習興趣和積極性,提高自主學習能力,使留學生對腦血管病內容產生深刻準確的記憶,加深對腦血管病知識的理解。
3.3 PBL教學法體會
PBL教學的特點是在教師指導下,以學生為主體,小組討論為主要形式,以某一醫學專題或具體病案等問題為核心進行的研究性學習,旨在培養學生的探索意識、創新和實踐能力。它彌補了傳統教學重知識輕能力的弊端,是醫學教育改革的一個重大進步。它推動高等醫學教育理念的變革,成為近年來高等醫學教育教學改革的趨勢和熱點[1,4-5]。留學生由于思維較為自信活躍,敢于發言提出問題等特點,采用PBL教學非常適合留學生的學習特點,有利于激發留學生學習的主動性和積極性。但是神經病學理論教學內容枯燥難懂,尤其腦血管病理論教學更加如此,PBL教學結合多媒體教學匯集了圖片、錄像、動畫等音頻及視頻材料,使抽象、枯燥難懂的腦血管病內容變成生動形象、直觀易懂,有利于學生對腦血管病各類抽象癥狀體征的理解。
PBL教學強調“學生主動學習”,學生在主動學習中發現問題并且自己解決問題。每個學生都要積極主動、勇于參與、善于表達、樂于自覺完成學習任務,并分享學習體會。因此,PBL教學能夠提高學生的學習興趣和學習激情,充分調動其交流積極性。研究中有98.3%的學生認為PBL教學能夠提高其自身主動積極學習的能力和學習興趣,可見其調動了其學習的主觀能動性,變被動為主動,充分激活學生的科學思維精神,活躍課堂學生的學習氣氛。在PBL教學中,學生針對提出的問題進行自學,查閱資料并加以歸納整理、分析總結,加深了對所學知識的理解認識和記憶,強化專業知識的吸收,進一步提高了學習效果。研究中,有91.7%的學生認為PBL教學有助于知識的創新和理解記憶。在臨床實踐工作中,對臨床表現不典型的病例,需要全面詳細的病史詢問和完整的體格檢查,合適的實驗室和輔助檢查結果,才能做出正確的臨床診斷。采用PBL教學后,學生需要自己發現臨床疾病的不典型性,并加以鑒別診斷,最后才能形成準確的臨床診斷。95.0%的學生認為PBL教學有助于增強創造性思維和綜合分析能力。雖然在基礎學習階段,學生習慣了課堂上被動聽教師上課的學習方式,但對于充滿激情活力的PBL教學,絕大多數學生還是愿意接受的。研究結果中,有95.8%的學生覺得能夠適應PBL教學。可見,PBL教學在臨床神經病教學中是值得推廣和實踐的。
傳統教學中,整個教學活動的主導是教師,教師是知識的傳授者,學生是知識的被動接受者。而在PBL教學中,教師和學生的作用發生了角色互換,教師的角色轉變成了組織協調和指導幫助學生的主動學習,課堂教學中充分發揮學生學習的積極主動性和開拓創造性,達到使學生有效掌握當前所學知識的目的。縱觀整個教學過程,教師的作用主要體現在PBL教學法的組織設計和有效管理以及對學生積極參與的幫助和激勵促進。因此,PBL教學法對教師的綜合素質提出了更高要求,要求教師不斷學習新理論和新技術,不斷提高理論水平和實踐教學能力。
目前PBL教學雖然在國際上發展較為成熟普遍,但在我國高等醫學教育尚屬起步階段,而且各個醫學院校實施的方法也不同,目前在我國高等醫學教育中普及該方法還有諸多急需解決的問題[5-7],包括:①全才型的優秀教師嚴重缺乏,全才型師資力量薄弱。②缺乏系統有效的PBL教學教材和配套培訓資料。③典型病例難易程度的控制。病例過于簡單,不能激發學生的學習興趣,病例過于復雜,使學生產生畏難情緒。④有些學生對PBL教學法不適應。⑤傳統教學觀念根深蒂固、PBL教學經驗不足等問題。長期以來,學生已經習慣了傳統的灌輸法教學,突然轉變教學方法,有些學生感到學習負擔加重,不能有效適應。
總之,PBL結合多媒體教學應用于腦血管病教學,有利于調動留學生學習積極性,這對解決當前醫療環境下教學資源短缺具有十分重要的意義[8-10]。該教學模式的有效應用依賴于教師素質的提高、PBL教材及配套培訓資料的開發和典型病例難易程度的控制[5,11-13]。該教學模式彌補了目前醫學教育存在的動手能力較差和創造性思維不強的問題,值得在臨床教學中推廣。
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篇3
論文關鍵詞:流體力學;制冷與低溫工程;教學改革
目前,鄭州輕工業學院(以下簡稱“我院”)的制冷與低溫工程專業已被評為國家級特色專業。為了加強制冷與低溫工程專業學生能力的培養,造就人才,有必要對制冷與低溫工程專業的教學進行全面的改革。
“流體力學”是制冷與低溫工程專業的一門重要的專業基礎課,主要分為流體靜力學和流體動力學,研究流體平衡、運動規律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實際應用的科學。由于流動現象和流動規律及其影響因素十分復雜,故其具有理論性強、概念抽象和公式較多、實際工程應用廣、對學生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點。加上學生對流體流動機理普遍缺乏感性認識,導致“流體力學”課程歷來被公認為是教師難教、學生難學難懂的課程之一。因此,迫切需要進行“流體力學”課程教學改革,使學生學好本門課程,提高課程教學質量,使學生能更深刻地理解和掌握專業理論知識,培養學生的綜合分析應用能力和創新能力,全面提高專業素質。
分析目前我院制冷與低溫工程專業“流體力學”課程教學的現狀,發現存在以下主要問題:首先,“流體力學”理論性強,概念多而抽象,難以理解,學生普遍缺乏對流體力學問題的感性認識,學習興趣不高;其次,課程中公式繁多,推導過程復雜,且大多涉及到“高等數學”的偏微分方程,另還涉及到“大學物理”、“理論力學”、“材料力學”等方面的知識,學生理解困難;另外,學生對所學的知識不能靈活應用。因此怎樣激發學生的學習興趣,選擇合適的教學模式組織教學,全面實現該課程教學目標,提高教學質量,是該課程教學亟待解決的問題。
一、改革教學方法
學好“流體力學”這門課對于制冷與低溫工程專業的學生來說至關重要。讓學生理解流體靜止和運動的規律及其影響因素,不僅能為學生學習后續的專業課程提供必要的理論基礎,也能為學生以后分析解決實際工程中的實際問題提供理論指導。怎樣才能讓學生學好這門課,筆者結合自己的教學經驗,認為可以從以下幾方面著手。
1.激發學生學習興趣
學生是學習的主體,而“流體力學”又是大家公認難學的課程,因此學生的學習積極性高低決定著“流體力學”這門課教學的成敗。
要提高學生學習“流體力學”的積極性,首先要上好“緒論”課。“緒論”課是學生接觸和了解“流體力學”這門課的窗口,也是教師的教學水平和教學方式的第一次展示,“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學”課程教學的成功與否。通過“緒論”課讓學生對“流體力學”的發展及其廣泛的工程實際應用有一個大致的了解,使他們充分意識到“流體力學”知識和我們的生活及國家的建設密切相關,深刻理解“流體力學”知識在今后的學習和解決實際工程問題中的重要作用。
教師在講授一些理論知識之前,可先舉出很多貼近生活的有趣實例或者先提一些問題來激發學生的學習興趣,啟發引導學生積極地思考。例如在講液體的粘性之前,可以先問學生:在水中游得快還是在油中游得快?為什么?又如在描述流體運動有兩種方式——拉格朗日法和歐拉法時,可以將在座的學生和教室里的每個座位作為研究對象來進行類比,從而讓學生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式,讓學生帶著問題去學習,讓學生親身感受到參與教學活動是一件樂事、趣事,由愿學到愛學再到樂學。實踐表明:列舉事例或提問的方式可以避免學生學習的枯燥感,活躍課堂氣氛,不僅可以吸引學生的注意力,激發學生學習的主觀能動性,還可以使學生充分意識到本課程對今后學習和工作的重要意義,并且能加深學生對所學知識的理解和記憶,使學生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外,還應充分利用多媒體,通過圖片、動畫讓學生直觀了解各種流動現象,而不是停留在抽象層面,從而提高學生學習“流體力學”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動現象和分析流動機理,需要應用數學工具。學生要真正理解基本概念、重要公式,首先就要讀懂數學,然而讀懂了數學不一定意味著明白了數學符號背后所代表的物理意義。“流體力學”教學實踐表明,學生從讀懂數學到理解流動問題的物理本質有一個過程。教師的一個重要任務就是做好各方面的工作,幫助學生完成從讀懂數學到理解流動的物理本質這一過程的轉變,進一步建立起科學的思維方式。
“流體力學”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運動方程、連續方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時都有大量的公式,這些公式涉及一些高數、物理、力學方面的知識,特別是大量的偏微分方程,加上“流體力學”的公式推導采用歐拉法,與物理及其他力學不同,學生的觀念不易改變,而且推導過程復雜,學生理解掌握很困難。如果過分強調“流體力學”知識的嚴密性和完整性,對每個公式的每個推導細節都逐一介紹,推導過程將會枯燥無味,學生只會被弄得糊里糊涂,興趣全無。而如果直接給出公式,讓學生死記硬背,只能讓學生不知其所以然,當然也就不能真正用所學知識來解決實際問題了。
根據多年的教學經驗,筆者認為:“流體力學”中公式的講解應將重點放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應用限制上。首先對基本概念力爭講透,概念清楚了,公式的講解推演才有意義。然后重點使學生明確公式的物理意義及公式中各項參數的物理意義和幾何意義,只有真正理解了公式的物理意義,才能靈活使用公式解決實際工程問題。最后應強調公式的應用范圍及應用注意事項。由于流動的多樣性,“流體力學”中的很多方程都是在一定的條件下得到的,如伯努利方程就有多種形式(理想流體、實際流體、流體是否可壓等),在具體運用時,要根據具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業
學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。如果基本原理掌握了,接下來就是如何用這個原理去解決實際問題。課后作業是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段,同時也是培養學生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應由學生獨立地完成一定量的課后練習題,這是“流體力學”學習過程的重要組成部分,解題過程實質就是利用“流體力學”的基本原理和基本方程分析和解決實際問題的一個訓練過程,課后習題可以幫助學生加深對基本概念和基本理論知識的理解。
然后再由教師通過習題課的方式,利用具有代表性的習題和一些學生普遍認為困難、出錯多的習題,講述流體力學原理在工程實例中的應用。在講解習題時,重在提供條理清晰的解題思路、詳細具體的解題步驟,使學生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧,以便在以后的學習工作中舉一反三、觸類旁通、學以致用。這一過程增強了學生對流動過程物理本質的理解,將物理問題與數學工具有機地結合起來,有助于學生對與專業相關聯的實際工程問題進行認真思考,有效的增強了學生分析并解決實際問題的能力。
二、改革教學手段
多媒體教學以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學特點,豐富的教學內容,被高等院校廣泛采用,并深受廣大師生的歡迎。
多媒體教學在“流體力學”教學過程中發揮著重要的作用。利用多媒體,可將“流體力學”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點,如拉格朗日和歐拉法的描述,流線與跡線、層流、湍流等,通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現給學生,使其從感性認識開始建立清晰的物理概念,較容易地掌握相關內容,并使學生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時間寫板書表述的和不易通過板書表述的內容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習題等。采用多媒體教學,授課的信息量增多了,教學內容更豐富了,學生在有限的時間內接收的知識更多了,學生的學習興趣提高了,學生的思路拓寬了,教學質量也提高了。
多媒體教學的發展并不意味著要摒棄傳統的板書教學。有很多學生認為板書能讓他們有更多的時間去思考消化一些抽象的東西,更有利于對基礎知識的理解和掌握。根據“流體力學”既有抽象復雜的流動機理又有大量的基本概念、基本方程的特點,在教學過程中應將多媒體教學與板書教學相結合,揚長避短,發揮各自的優勢,為教學工作更好地服務。如對某些特定的流動現象,可以通過多媒體教學,加深學生對流動現象和機理的理解。而對于較重要的公式及一些重點難點內容還是采用板書教學,例如流體力學基本方程的推導過程依然使用傳統教學中的板書,有利于學生集中注意力,讓學生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學生足夠的思考時間,又可加深學生對重要知識的理解,從而獲得良好的教學效果。
篇4
[關鍵詞]工程流體力學 教學方法 改革 工程實踐
一、提煉課程核心思想、調整教學內容
近幾年來,隨著我國及上海市海洋戰略布局和海洋經濟的發展,上海海洋大學作為一所以海洋、水產和食品為特色的高校,在學科和專業建設方面取得了較大進步,《工程流體力學》作為一門專業基礎理論課,其地位愈來愈顯得重要。其中海洋學院、食品學院和工程學院幾十年來在本科和研究生教育中,一直將《工程流體力學》和《高等流體力學》作為一門相當重要的專業基礎課。特別是,工程學院的機制專業將《工程流體力學》作為該專業學生的一門必修課,隨著學校的發展,這門課程必將滲透到生命學院的水產、水生物、設施漁業、水環境等專業和方向中。目前根據已定的教學計劃,每學年有近650名學生學習這門課,由于各專業對其內容眼球的不同,需要結合各專業的特點,提煉課程核心思想、調整教學內容,通過不同的模塊組合,確實提高學生的學習興趣,促進教學質量的提高。
上海海洋大學《工程流體力學》任課教師根據多年的教學大綱及要求編寫了“工程流體力學”教材,同時完成了配套教材的ppt電子教案,要求學生掌握流體力學的基本知識、原理和計算方法,主要包括:靜平衡微分方程、流體對固壁的總壓力、流體運動的描述、伯努利方程、動量(矩)方程、量綱分析、相似原理、繞流阻力等。在弄清概念,掌握理論的基礎上,能夠學會運用基本理論分析解決實際問題,并掌握基本的實驗技能,為從事專業工作、科研和其他專業課的學習打下基礎。為了便于學生的自主學習,又出版了配套教材的“工程流體力學習題解析”一書。同時根據實際工程需要,將《工程流體力學》的教學內容分為3個層次,即流體力學的基礎理論、流體力學知識與進展、流體力學應用與實踐, 克服了以往過分重視理論知識的介紹,輕視其應用的弊端。此外,還相繼開出了流體力學獨立實驗課、計算流體力學等。
同時,根據不同專業的具體需求,在課程設置、教學內容上都作了許多相應的調整。例如在全校新開了“工程流體力學的應用”課程,受到了學生們的歡迎,選修這門課的學生相當多,容量達95%以上。并設計了不同的模塊組合,對機械專業的學生,在已完成《工程流體力學》教材的二版修訂中,在第8章中增加了明渠流動內容,增加了水波理論等內容;針對食品專業的需要,增加了氣體及熱力學類內容,并補充五套自測題供學生選用,確實提高了學生的學習興趣,并促進了教學質量的提高。
二、改進教學手段,優化教學過程,加強教學互動
由流體力學團隊編寫的《工程流體力學》教材,于2006年由上海交通大學出版社出版,同時出版了與之配套的“工程流體力學習題解析”,為了便于教師教學,同時制作了與本教材配套的制作精美、圖文并貌的CAI課件,生動地描述了流體力學的一些理論及現象,大大減輕了流體力學理論的學習難度,提高了學生學習的興趣和效率。這些系列教材的出版,對該課程的建設和質量提升,起到了非常重要的作用。不但受到了本校學生的好評,同時還受到陜西理工大學、中國民航大學、浙江海洋學院及天津城市建設管理職業技術學院等許多學校的歡迎,這些學校對系列教材給予了充分肯定。圖書發行突破2萬本,出版方已無庫存。
充分利用網絡資源,將課堂理論教學教案、主講教師課堂教學的部分錄像進行網上共享,使用錄像片、流體力學演示實驗教學片、電子教材等多媒體教學手段,使學生感到難以接受的流動力學概念變得十分生動具體,加深對教材內容的理解,提高教學質量。使學生能夠隨時復習、預習相應的課堂教學內容。同時充分利用上海海洋大學的E-Class網絡平臺,進行網絡實時習題、例題解答,以及課后答疑網絡資源及軟硬件的建設,形成師生交流的互動平臺,真正提高網絡教學的實用性。強調計算機在流體力學教學中的應用
在充分利用現代教學手段的同時,不能忽視傳統教學方法的作用。本課程采用多媒體與板書相結合的教學模式,充分利用多媒體教學信息量大,圖像清晰生動的特點, 結合傳統板書講解復雜理論推導的優點,不僅直觀清晰,一目了然,而且對重點部分又能反復講解,以達到學生基本理解并具有一定想象能力。例如在講解研究流體運動的兩種方法:質點法和空間點法時,多媒體上會出現公交車客流量觀察方法的動畫,使學生既易于分清這兩種方法的不同,同時又強調一個相同的目的。又如在講到流體的漩渦運動時,有龍卷風作強烈旋轉運動的畫面;講到伯努利方程時,有踢任意球進球門的畫面。理論教學上嚴謹,但是動畫及多媒體生動、形象,使得學生在學習時既不感到枯燥,同時又能加強對基本理論的理解。由于學生數很多,教學上采用大班課的形式(基本上每個教學班有近100名學生),多媒體教學發揮了很大的作用。它使繁冗的公式推導成為一個簡單的講解過程,將復雜的流體運動生動形象地表現出來,同時對重點和難點反復在黑板上演示講解。這兩個方法相輔相承,取得了很好的教學效果。這種授課方式既有利于避免研究生因長時間精力高度集中而產生疲勞,又有利于他們理解并掌握復雜的流體力學基本理論。
2008年“工程流體力學”教材獲上海海洋大學教學成果一等獎。作為普通高校重點教材建設項目之一,2009年被上海市教委評為優秀教材三等獎,2011年獲得上海市教委重點課程建設項目(滬教委高〔2011〕48號),極大地提高了上海海洋大學來在流體力學行業的影響力。
三、完善實驗教學條件,形成完整的教學實驗體系
在注重理論教學的同時,加強實驗教學環節,2011年3月由上海海洋大學主編的《力學基礎實驗指導-理論力學、材料力學、流體力學》,由同濟大學出版社正式出版發行,其中的流體力學部分(第三大部分),從根本上解決了實驗指導書與實驗儀器不配套的問題,有效提高了流體力學實驗教學質量。2009年下半年新添置了多功能流體力學實驗裝置、動量定理實驗儀、流動圖形顯示儀、畢托管測速實驗儀、虹吸管實驗儀、勢流疊加儀、空化實驗儀等流體力學實驗設備,新開設了大量的設計型和創新型流體力學實驗,使學生、教師互動,用實驗數據來驗證理論,來觀察抽象的流體運動;用理論知識解釋一些流體現象,發現新的現象。這種教學手段提高了教學效果。同時在互動中,將有關科研上對于流體力學的一些熱點問題以討論的形式引入教學,充分地調動了學生的學習熱情。通過實驗驗證加強感性認識:在許多重點和難點的地方,基本上有配套的實驗,從實驗中學習,既能培養學生從實踐中發現問題并進行深入分析的思維習慣,激發他們的學習熱情,同時也是加強印象、加深理解、克服難點的手段之一。
針對個別專業的特殊需要,開設了流體力學獨立實驗課。實際的流體運動非常復雜,因此通過流體力學實驗是揭示流體運動規律的一種重要手段,為了幫助學生加深對所學理論的理解,更好的用所學理論解決生產實際中的問題,經過多方籌建,2009年我校海洋環境專業開設流體力學獨立實驗課,共16學時,實驗內容主要包括:能量方程實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、畢托管測速實驗、管道測流量實驗、流動顯示實驗、虹吸實驗及勢流疊加實驗等;針對食品專業的需要,開設了氣體及熱力學類實驗。
四、實現教學和科研的互動
在任課教師積極參加各類相關的學習與培訓的同時,強化任課教師的科研觀念,以科研帶動教學,以教學促進科研,進行有效的縱、橫向科研聯合。任課教師積極參與各類教學改革和科研項目,如深水網箱水動力研究、漁船螺旋槳軟件系統設計、人工魚礁流場分析、海洋結構物的流固偶合分析、海洋波浪能的研究開發等。通過這些項目的研究,加深了對流體力學在海洋科學中實際應用和最新進展的了解。在畢業設計環節,每年選作以流體力學基礎理論及其工程應用為畢業論文課題的本科學生20余人,研究生10人。取得多項教學改革和教學研究成果,并在生產實踐中得到應用,如流體力學團隊教師編制的“漁船螺旋槳系統設計軟件”獲得2007年上海海洋大學科技成果三等獎,該軟件目前已被濰坊柴油機廠、玉林柴油機廠等國內主要柴油機生產廠家廣泛應用。我校工程學院羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青同學的“一種新型海洋波浪能發電裝置”項目,參加2011年由、中國科協、教育部、全國學聯和地方政府共同主辦的、在大連理工大學舉行的第十二屆“挑戰杯”終審決賽,在全國1935所高校選送的16976件作品中突潁而出,獲得“全國競賽三等獎”。該項目由流體力學老師指導,并突破了波浪及流固耦合理論,極大地激發了學生對本課程的學習熱情。今后,本課程將在大學生科技創新中發揮更大的作用。
五、教學效果的考核
《工程流體力學》課程具有理論性強、公式多、數理基礎要求高的特點,為幫助學生的學習,僅僅通過教材講解還遠遠不夠,需要配套必要的習題。在現有基礎上,更新試題內容,完善試題庫建設,考慮到我校研究生教學的特點, 團隊根據新編著教材的主要內容, 以章節為單位,精心篩選和編寫了典型習題集,力圖做到其中的習題一定要具有典型性。習題的數量不能多,更不能類似和重復,學生通過習題練習,能有效地掌握教材中的基本知識。提高試題質量,真正做到教考分離,促進教學質量的提高。該試題庫具有以下功能:平臺提供自動組卷、手動組卷、互動組卷,條件設定靈活全面;試卷自動轉換成WORD文檔,方便打印輸出;自定義追加試題入庫,采用WORD文檔格式編輯批量入庫。
在考核中,平時成績、實驗課成績和期末成績比例為15%、20%和65%。實踐證明,該考核方法取得了很好的效果。
六、結語
總之,對于《工程流體力學》課程教學內容改革的初步探索分析,可以促進教學觀念的改變,按此目標授課,對教師提出了更高的要求。同時,還可以促進教材建設、實驗室建設及其儀器設備的更新,提高學生的動手能力及科研能力,從而實現“學有所用”,“教學相長”。
高等教育教學改革,特別是專業基礎課程體系及教學內容的改革,是一個系統和長期艱巨的實踐過程,專業教師任重而道遠。只要不斷努力和探索實踐,就可以開拓出一條符合各個專業需求的、更加富有成效的新途徑,取得更好的教改成果。
本文受“2011年度上海市教委重點課程建設項目(滬教委高〔2011〕48號)”資助
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篇5
關鍵詞:工程流體力學;教學改革;第一次課
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)24-0218-02
工程流體力學課程在我校這一工科院校中,長期以來,本科生在未學習之前,已經從他人那里了解到,這門課很難,不好學,不好過關。學生認為流體力學難學的后果,直接反映在多年來很少有人、甚至無人報考我校工科流體力學方向的碩士和博士,致使我校工程流體力學方向后續人才短缺,學科建設出現重重困難。那么作者希望學生在學習這門課程的過程中,是輕松、主動而有興趣地去學習。為了幫助學生克服畏難情緒,對工程流體力學課程學習產生興趣,輕松學好這門課,作者在十幾年的教學過程當中,積累了一些經驗。開好頭,為課程打好良好的第一印象非常關鍵,所以作者非常重視第一次課的講授內容,以增強學生學習信心和培養學習興趣為主要目的,為順利完成該課程的學習奠定基礎。
一、第一次課的教學內容
在第一次課,首先自我介紹,然后點名相互認識,留下聯系方式,介紹教材和參考書,授課的章節和學時安排等常規內容外,講授內容主要分為兩大塊:(1)上課要求;(2)緒論。
1.上課要求。上課要求主要包括課程學習目的和意義、出席和上課紀律要求、作業和實驗報告要求、考核方法等內容。①學習目的和意義。學習目的和意義按照大綱要求,掌握流體力學的基本知識,及其解決問題的基本方法和基本實驗技能。強調“基本”的含義,因為是首次接觸本課程,系統介紹流體力學知識,對大家的要求是“基本”的,同時也強調僅這些即將學的基本知識也能夠解決一些工程應用的問題,并簡單舉例。②出席和上課紀律要求。出席和上課紀律應該遵守學校規定,但是考慮到學生個體的不同。所以有必要讓學生清楚什么樣的行為是被接受的、允許的,不要出現行為困難的問題。③作業和實驗報告要求。作業和實驗報告會出現抄襲現象,回避是沒有用的,所以上課時直接指出來,希望將抄襲現象弱化。指出要借鑒,而不是抄襲。這樣大大降低了學生不經過理解地抄襲作業現象。④考核方法。將考核方式明確地告訴學生,是平時成績和課程結束后的閉卷考試成績各占一定比例,綜合評出成績。并計算出考核通過的最低考試成績。同時強調不存在不通過比例。這樣可以避免兩種不良現象發生,一是學生會盲目認為很難學,不能過關而放棄學習,二是成績差的學生會因為排名總在后面,而放棄學習。
2.緒論。緒論主要包括工程流體力學研究內容、課程特點、研究方法、解題步驟、學習方法和大學生認知階段,等等方面。重點講前三點涉及的內容。①流體力學研究內容。講述工程流體力學研究內容首先展開講解的是研究對象為流體,此時雖然沒有講流體的定義,但是還是提出請學生舉例哪些物質是流體?讓學生從最簡單的問題開始流體力學知識的學習。學生說對了予以肯定。學生會將多相流和塑性物質列進來,也要說清楚與本課程所學流體的區別和聯系,并將學生想不到的流體補充出來,還告訴學生目前最新研究方向在處理流固相互作用時有提出將固體處理為特殊流體,以簡化流固交界面的處理;還有已有研究表明固體顆粒的高速運動遵循流體力學規律,以及當車流量和人流量很大時,被稱為交通流,猶如流體流動一樣,那么在后續課程講解中可將高密度、大流量的人群流動現象用來形象化的闡述流體的運動規律,幫助學生理解抽象的流體運動規律,使問題直觀。還需要指出,最常見的流體是空氣和水,人類無時無刻不處于空氣和水當中,提醒學生在學習的過程中,可以將所學知識放到自己熟悉的環境中去理解,比如池塘或小河中的水、教室里的空氣,等等。將理論知識與生活結合起來,既能幫助理解所學知識,又能將知識應用起來,提高學習興趣。②流體力學課程特點。流體力學課程的特點主要講三點,一是一門技術(專業)基礎性課程;二是用場的觀點研究問題;三是概念多、公式多。它是一門專業基礎課,從實踐中抽象出來,再應用到實踐中去;所以課程知識可用于解決工程實際問題。用場的觀點研究問題。首先提問,說到“場”大家會想到什么?有的同學很高端大氣上檔次地回答重力場、電場、磁場,那我繼續問還有呢?有的學生開玩笑說操場,好像在說操場不夠檔次、不夠科學。而我肯定“操場”,因為是相同的“場”字嘛,而且還有工場、商場、廣場等。然后引導學生思考,既然用相同的“場”字,其中必有共同點,它是什么?學生想出來了,是某某占據的空間。以此類推,流體占據的空間就是“流場”,概念很容易就被理解了。同時還讓學生意識到科學不是高不可攀的,做科學時不要端起架子,它是很貼近生活的。流場的概念出來了,但是其空間的大小呢?這個問題也必須解釋清楚。首先提出兩個問題讓學生思考:海洋是海水占據的空間,是一個流場嗎?大氣層是空氣占據的空間,是一個流場嗎?其實流場的大小與我們要研究的空間范圍有關。比如,我們現在想知道教室內空氣的溫度分布,那么要分析的流場就是教室內空氣占據的空間;如果要預報中國天氣,那么中國上空的大氣層或者更大范圍就是要研究的流場;如果想了解南海海洋環流、潮汐流動等,南海海水占據的空間就是要求解的流場。將抽象概念與實際結合,在易于理解的同時,引起學習興趣。在此基礎上,進一步與物理量場聯系起來,流場中的物理量,比如速度,是時間和空間函數,被稱為速度場,還有壓力場,等等。場是具有連續無窮維自由度的系統,那么流場的速度場、壓力場,等等具有連續性,與第一章中連續介質假設內容一致,在這里提到,為后面學習埋下伏筆。概念多、公式多的原因是因為在以前的學習過程中鮮有接觸與流體力學有關的知識,導致大量的專業術語集中出現。但是這些概念、公式并不是全新的。比如流體質點的概念與以前物理中所學的質點概念是很一致的;多的公式其實是質量守恒定律、牛頓定律、能量守恒定律、動量定理,等等在流體力學中的表達形式,比如連續性方程是質量守恒定律的表達形式,伯努利方程與能量守恒定律相吻合,歐拉方程、Navier-Stokes方程是牛頓運動定律的表現形式,動量方程是動量定理的表達,把要學到的主要方程名稱在此敘述一遍,目的是讓學生有個初步接觸,為后續學習打下鋪墊。③流體力學研究方法。流體力學研究方法主要有三種:解析方法、實驗方法和數值計算方法。本課程主要介紹解析方法,有一章是專門介紹實驗研究方法的,而數值計算方法本課程幾乎不涉及,由計算流體力學講解。并強調,求解的基本方程是連續性方程、歐拉方程或Navier-Stokes方程,那么為什么基本方程一樣,可以求解出各種不同的流動?于是提出邊界條件和初始條件的概念,使邊界條件和初始條件的重要性一目了然;也為后續學習打下基礎,并引起學生的興趣和重視。
二、結論與展望
通過第一次課,使學生對整個課程的要求、特點、內容有一個整體了解,做到心中有數,克服不良情緒,從不同方面讓學生做好學習的心理準備。第一次課,如果是一個良好開端,并為后續學習做了大量鋪墊,使學生獲得了自信,并激發了其學習的興趣,學生后面的學習將會順利很多。工程流體力學是大部分工程專業的重要基礎課程,作者希望學生靈活掌握流體力學知識,并能夠在工作中活學活用。
參考文獻:
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[2]張也影.流體力學[M].北京:高等教育出版社,1999.
篇6
【關鍵詞】 水力學;土建類;現狀;改革
《水力學》(或《工程流體力學》)課程是土建類專業培養方案和大綱中規定必須開設的一門專業基礎課程,相比該專業的其他力學基礎課程而言,該門課程學時數少,對結構課程的支撐性較弱,課程教學多是為了滿足培養方案的要求,教學效果不甚理想。作為一名長期從事土建類專業水力學學課程教學的老師,有必要對水力學教學的現狀進行反思,提出合理的解決辦法。
1 土建類專業水力學教學現狀
1.1 課程地位不高。本校的土建類專業以工業民用建筑為主要方向,在課程設置中固體力學占據著非常重要的基礎地位,流體力學與水力學課程基本上處于可學可不學,學好學壞一個樣的地位。在專業培養中也較少重視流體力學或水力學的應用,學生學習以應付考試為主。授課和學習的積極性都不高,課程整體上來說不受重視,據了解很多學校建筑類專業的水力學課程基本上都面臨著這樣的窘迫地位。
1.2 教師隊伍建設不足。大多學校土建類專業不一定同時具有水利類專業,水力學教學主要是為了滿足專業培養目標中單獨一門課程的需要,一般該課程的師資力量一般不強,數量較少,教學科研和實驗教學環境較差,大多數流體力學或水力學專業的碩士研究生或者博士研究生基本不原意來校做教師,因此該類專業的流體力學老師一般專業出身的少,很多學校的流體力學老師是建筑專業或其他專業通過培訓后任教該門課程的。在土建專業中,流體力學課程的老師隊伍建設嚴重不足且整體素質和同專業的其他教師相比不同步。
1.3 學生學習積極性不高。土建類專業學生畢業主要從事工業與民用建筑的設計和施工等方面的工作,老是認為水力學課程與這些工作聯系不大,應用不廣,認為一般應用沒有必要單獨學習水力學,只需要按照規范來做就可以了,相比其他幾門力學課程而言,學生學習積極性不高,水力學學習基本上是在臨近考試的時候才進行。學生的積極性不高,教學效果肯定大打折扣。
1.4 課時較少,內容較多。土建類專業開設的水力學課程在一般院校中課時不高,一般在40-60 之間,由于教學改革的要求,課程門數增加,重點課程的學時比例增大,水力學課程的學時數有降低的趨勢。在比較少的課時中,水力學教授內容包括水靜力學,動力學,流動阻力和能量損失,孔口管嘴出流和管路流動,明渠流動,堰流和滲流等內容,有些專業還需要學習氣體射流等內容。分理論和工程應用兩大部分,內容較多,涉及的基礎知識較廣,有些數學知識還需要在課程中進行補充,學時顯得緊迫。
1.5 教材建設沒有特點。如上所述目前水力學教學內容主要包括理論部分與工程應用部分,目前各個學校所使用的教材內容基本上按照上面列舉的內容來布局,采用的教學順序也是先理論(靜力學,動力學,能量損失)后應用(孔口管嘴出流和管路流動,明渠流動,堰流和滲流等)的順序。這個順序和內容的布置是所有的非流體力學專業的水力學課程采用的一般方式。沒有針對土建專業課程進行專門的布局,在理論部分的習題中基本上仍舊以水力工程的例子為主,在應用部分,沒有結合土建類專業,比如給排水,通風,防滲,供暖改革課程內容。采用的基本上的水利類專業的課程體系和教材體系。
1.6 課程理論抽象,實驗教學困難,教學方式比較單一。 水力學基本理論建立在復雜的物理分析和數學推導的基礎之上,講解起來比較抽象,數學基礎比較差的同學較難接受,加上通過理論推導的結論和規律與現實的實際例子有一定的差異,對于同學們接受起來非常抽象,因此水力學課程往往成為土建類專業同學不以為然而又敬畏的課程之一。多數結論需要通過實驗過程來進行驗證,而水的運動過程受實際的條件約束較多,不同的工程條件會形成不同的結果,常規水力學實驗主要用來驗證流體力學基本理論以及一些典型的工程例子(如基本方程,能量損失,堰流等),驗證一個規律需要較大的實驗投入和準備工作,加上土建類專業實驗中水力學的地位問題,實驗教師的配置問題,水力學實驗課程一般很難開全。實驗過程中由于學生人數眾多,實驗分組一般都是5人-10 人一組,實驗過程中動手能力以及實驗效果均較差。
水力學教學過程一般采用理論教學和實驗教學相結合的方式進行,理論教學一般采用介紹概念,提出問題,分析推導得出結論的步驟進行,這個步驟過程中采用傳統的板書推導的方式是常用的教學方法,近年來許多學校的課堂教學過程也在嘗試使用多媒體教學過程,但從效果來看不甚理想。
2 教學改革與探索
上述水力學教學過程中存在的問題說明,土建類專業的水力學教學目前已經處于一個比較困難和尷尬的地步。在教學過程中必須采用多方面的手段,改變教學思路,改進教學手段,更新教學內容,改善教學條件,提高教學質量。
2.1 課程內容改革和教材建設探討。目前的水力學( 工程流體力學)課程基本以水利類專業為背景,介紹和研究的主要對象為水這種液體,對于土建類專業而言,筆者以為,水只是其專業背景下的一種流動工質,和建筑相關的流體種類還有很多,比如空氣,燃氣等,這些流體的流動過程本身與水運動的基本規律差別不大,應該能夠在水力學課程中加以輔助介紹,在實際的教學過程中,我們在介紹水動力學基礎中加入了氣體運動規律(如可壓縮流動的連續性方程,氣體流動的能量方程以及壓強線的概念等);在介紹流動阻力和能量損失的時候補充了通風管道的阻力和能量損失的計算方法,在介紹孔口的時候聯系到窗戶等通風口的淹沒出流問題,介紹管道流動計算的時候與建筑給水排水系統聯系,在介紹滲流的時候結合建筑井和基坑的排水問題。并且在例題和作業中有意識的和建筑物中的流動問題相結合,通過這種調整使學生在學習的時候,不再覺得水力學是一門與建筑行業無關的課程,同時了解了建筑中的流動過程,而這些內容是他們可能在其他課程中無法了解的,認識了流體力學與建筑以及人類的生產生活過程息息相關之后,逐漸培養出學習流體力學(水力學)課程的積極性。
關于教材建設的問題,筆者長期以來使用兩種教材,一種是以建筑設備工程專業使用的流體力學與流體機械類(多種流體,以空氣主);另一種是以水力工程,土木工程為代表專業使用的水力學或工程流體力學教材,這類教材一般以不可壓縮水流為研究對象,水力工程應用比較豐富。通過長期的使用來看,應該以水力學(工程流體力學)為基本教材內容,適當的加入前者中關于氣流運動,建筑工程中流動問題,并在二者結合的基礎之上增加適當的工程問題作為例題和習題。建設土建類專業普遍實用的一本教材。目前的教學中內容已經進行了改變,但教材的編寫和建設比較滯后。
2.2 教學手段的改革。關于多媒體教學在邏輯性強的含有較多的數學公式的推導內容的課程教學中的應用與效果問題,歷來在高校中頗有爭議,但不管怎樣,為了適應學生的厭倦傳統教學方式的要求,為了適應課堂教學時間縮短而內容增加的形勢,傳統的黑板教學方式必將被新型的教學手段所代替,這好象不值得討論了,事實上并不是幻燈片方式不適用于公式推導的教學過程,問題在于我們的多媒體手段是不是能夠解決和克服這樣的問題。也就是說就是如何利用多媒體技術,以及應用怎樣的多媒體技術。
水力學和流體力學研究的對象是流動的物質,研究的是流體的流動規律和狀態,動畫和錄象是在教學中必不可少的元素,使用動畫軟件可以形象的描述出流體在壓力變化的時候的體積變化,流動的跡線和流線,層流和紊流的特征和現象。使用PPT自帶的動畫功能也可以將每一步推導過程按照順序播放和演示出來,這種變化的動態效果和流動的特征在本性上是相容的,從這個意義上講流體力學是最適合使用多媒體技術講授的。
對流體力學的抽象認識甚至可能因為多媒體的應用而改變,在沒有多媒體技術之前,抽象的理論要被消化,往往是需要在實驗過程中才有可能變的具體一些,而有了圖象動畫之后,在課堂上也可以一目了然,提高了教學效率,同時也吸引了大部分同學的積極性。在有了盡可能多的感性認識之后,對于數學推導以及原理的應用也比較容易接受了。
網絡和信息技術的發展,為流體力學的教學提供了一個新的平臺,筆者通過使多年的水力學教學過程中同時發現了不是課程本身的問題,許多同學不會主動的和老師溝通關于學習的問題,近年來我主動公布了自己的電子郵箱地址,QQ號碼,個人博客和網站。意外的發現和同學的聯系不斷的增加,課程教學的問題也更多的通過網絡來解決和消化了,當然更好的利用網絡是建立網絡課程,但筆者現在仍舊堅持采用這些一對一的網絡方式。
多媒體技術與網絡教學是流體力學教學手段進步的一種標志,除此之外借助于流體力學自身發展的技術來促進課程教學也不可忽略,計算流體力學的飛速發展和應用,使得在計算機上模擬流動的過程和結果變的非常容易,盡管在本科教學中,不必講解計算流體力學,但使用它可以直接顯示出一個具體流動的特征和規律。在多媒體的制作過程中這也是一個不可忽略的途徑。
2.3 實驗實踐環節改革。水力學實驗,所需場地面積大,設備投資高,單個實驗時間長,土建類專業水力學課程實驗環節一般比較少,實驗個數少,實驗參與度低,一般一臺實驗設備進行實驗時往往有5、6人之多。很多同學實驗過程中基本上是看其他同學做,實驗效果較差,在實驗條件受限的條件下,筆者認為可以采取以下的一些手段改善實驗效果。
增加實驗組數,我校的實驗室有10臺綜合實驗臺,如果50個人一起做實驗,5人一組,分成兩組,就2-3人一個小組了,有了實驗條件參與度自然提高,有些實驗儀器只有2臺套,這就要合理的組合了,將幾種實驗放在同一個時間段里進行,不同的小組進行不同的實驗,然后依次進行輪換,這樣的過程既防止了多人做一個實驗,又避免了實驗過程變成演示實驗,提高了設備的利用率 。當然這樣的結果帶來的后果就是增加了實驗老師的工作量,同時要求學生在課前的準備要足夠的充分。
采用多媒體實驗教學,有些實驗儀器實驗室中沒有,我們就借鑒其他學校的實驗錄象或者自己使用動畫制作了一些實驗過程,在課堂上演示并講解。達到實驗目的明了,原理清楚,熟悉過程,知道結論的目的。
采用計算流體力學計算,根據工程的流動現象,自己設計流動過程的邊界,條件,流體種類。通過計算機計算和數圖顯示,掌握流動規律,獲得流動結論,由于計算機模擬是實質上的計算機實驗,這一過程可以很好的代替實際的實驗,可以模擬任意復雜的實驗環境。同時也便于同學們自己設計實驗,達到開拓視野,提高創新能力的目的。
2.4 考核方式和效果評價。傳統的水力學教學方式基本上都是采用閉卷考試來評定學生成績以及衡量學生是否結業,現行的水力學教材上基本上只有問答和計算兩種形式,考試中一般多采用這兩種題型。筆者在教學中結合本課程在專業中的地位問題,做如下的嘗試:
考核不僅僅由考試來決定,在每章甚至在有些比較重要的小節或一個知識點介紹完之后,不定時的給學生布置小論文任務。要求學生就該內容去找日常生活或工程中有關的例子并進行說明,作為平時最重要的成績。
考試的題型不限于計算和問答,采用更多的方式要求學生掌握基本規律,計算題在結業考試中的比重低于30%。但一定要是需要綜合能力才可做的。前面的一些諸如選擇,判斷,作圖,分析的體型考察基本規律和概念,既考查基本知識又考察應用能力。
考試的內容不全由教師決定,在每章作業之后布置一個特殊的任務,自己出一些本章內容有關的考題并上交,考試的時候一部分內容就是學生自己出的考題。這個過程由于學生比較重視,也很認真,同時也刺激了進一步學習的興趣。
總評成績的評定根據學校的規定,考試、實驗和平時成績各居一定比例。綜合平定效果,這個問題我想大多數教師都是采用相同的方法來進行的。其實撇開教育的規范性來看,筆者認為,學習成績的評定中應淡化考試成績,而注重平時的學習和應用能力。
3 結語
水力學(流體力學)課程作為土建類專業的一門基礎課程,在結構專業中的地位較弱,同時課程在教師隊伍,教材建設,教學內容,教學方法,以及同工程實際相聯系的過程中,也還存在諸多問題。作為該門課程的一名普通教師,筆者認為,當前應該改革課程內容,土建工程實踐緊密結合,加快教材建設改革;改進教學方法,提高多媒體教學效果,使用網絡教學平臺;利用計算流體力學的成果促進課堂教學和實驗教學;改變成績評定和考核方式,使考核過程更加科學與合理。
參考文獻
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篇7
隨著世界世界飯店業的發展,飯店行業對高素質員工非常需求。現在大學生是飯店提高競爭力必不缺少的元素,然而現在大學生(實習生和畢業生)的流失率越來越高。針對藍海大飯店出現這一嚴重流失現象,會給藍海大飯店帶來不利的因素,進而影響員工的積極性。力求酒店良好發展,分析一下原因和解決措施。
一、藍海李滄大飯店大學生員工流失現狀
藍海李滄大飯店是一家以“美食+美居”為特色的四星級美食酒店,藍海大飯店以培養大學生為目標,大量招納全國各地的大學生.來到這里工作的大學生是很多,但是幾個月來,好多大學生選擇離開飯店,從事其他的工作。就以客房部為例,共有二十六人,但是幾個月下來,就有七大學生畢業生走了,而在這里實習的幾個實習生,沒到實習的截止日期就有好多實習生不想在這里繼續工作,還一致表示畢業后也不會再回來工作,流失率達到42%。藍海李滄大飯店的餐飲部也同樣出現很高的流失率。
二、大學生員工流失對飯店的不利影響
(一)大學生員工的流失會給飯店帶來成本損失
飯店培養一名大學生需要成本的,但是隨著這名大學生流失,飯店的成本也會流出的。但是為了維持飯店正常營業,飯店必須需要招聘新員工,又要需要經濟成本。由于藍海李滄大飯店的大學生流失率高,飯店的流失成本不斷升高。
(二)大學生員工的流失會影響飯店的服務質量和積極性
當大學生在決定要離開這家飯店時,大學生不會像以前那樣認真地工作,給飯店帶來不好的影響。在這名大學生離開后,就會出現位置的空缺,而藍海飯店管理層又不能及時找到應聘的員工頂上去,只能讓從事這個工作崗位的員工頂替上來,從而加大了員工的工作量,會導致員工身心疲憊。長期的話,出現不同程度的抱怨和身體的疲勞,必然會影響飯店的服務質量。大學生的流失會會影響其他員工積極性,會動搖其他員工的信心。特別是看到這流失的大學生有更好的發展的時候,留在工作崗位的人員就會心動,特別是大家一起來并且都是大學生,感到心里不平衡,促使其他的大學生工尋找更好的發展,從而選擇離開飯店。
(三)大學生員工的流失會造成飯店的客源流失
因為現在一般的大學生的素質相對都是比較高的,他們長期與顧客打交道必然產生深厚的感情,客人習慣讓這名大學生服務,這名大學生的流失迫使飯店會安排其他人員提供服務,這時客人會不習慣,必然使顧客對飯店印象大打折扣,進而使飯店的客源流失。
三、藍海李滄大飯店大學生員工流失的原因
(一)在藍海李滄大飯店管理存在的問題
(1)發展空間小,薪酬福利差
大學生選擇職業首先考慮的就是發展空間和薪金福利,雖然藍海李滄酒店的門檻很低,同時相對應薪金也是很低的。從事酒店行業任何人都要從基層做起,大學生也不例外。開始進入飯店,大多數大學生薪金福利不理想,特別是在飯店實習的實習生,他們在飯店創造的價值比老員工高但是工資卻比老員工低,不合理的薪酬制度會使這些員工產生不公平感,從而對飯店失去信心。在飯店呆好長時間,飯店對待大學生和其他的員工一樣,只是每天讓他們干著機械式的工作,很長時間沒調整崗位,這樣會使大學生覺得發展空間非常渺茫。所以大學生員工一但發現有升職空間和薪水高的公司,他們會選擇對自己有利的事業。
(2)管理制度不完善
藍海李滄飯店管理制度存在嚴重的弊端。在飯店里,當上級吩咐一個任務給下級時,通過經理傳達給員工,員工在執行的過程中發現這種方法不恰當特別是大學生他們會有更好的方法,往往飯店都不會采納,還堅持一定要聽上級的命令。在實施的時候,發現了錯誤,上級反而會怪員工。飯店管理分工不明確會造成彼此協作上的欠缺,很多時候飯店需要多部門的合作。一旦出現問題,各部門就會相互推卸責任。這樣的制度使大學生認為將來晉升無望、發展前景渺茫。
(3)缺少對大學生員工的關心和溝通
剛畢業的大學生,對自己的事業抱有很高的期望。剛到飯店時,大學生什么都不懂,對基層工作難免有無用武之地的感覺。而社會上會給大學生一種信息“自己就是天之驕子”,來到這里工作很屈才。就在這時,往往飯店領導忽視與這些大學生之間的溝通,尤其是一線的服務員,工作量大且辛苦,有時還遭到客人的侮辱,領導不懂得關心還理所當然埋怨員工,讓他們在這個過渡期適應不了,致使讓他們感覺領導不重視他們,工作的積極性受挫,從而對飯店產業產生失望感。
(二)大學生員工自身存在的一些問題
(1)對自己選擇的職業抱太高的期望值
大學生在選擇自己的職業時,特別是讀旅游管理專業的大學生總是對飯店總抱有很高的的幻想,以為自己在學校學了好多知識,懂得很多,希望自己能在飯店大展宏圖。但是進入飯店之后,理想和現實差距很多。來到藍海,首先就是要從基層干起,和普通的員工一樣,不像自己想的那樣,整天機械地干著工作,一切似乎并沒有給飯店增添光彩,有時還不如老員工,這樣下去對飯店只有失望了。
(2)沒有做好心理準備
大學生在畢業前沒有做好職業規劃和心里準備。當飯店出現逆規律的工作時間、經常性地加班,給他們的唯一的感覺就是累,導致他們對所從事行業沒有信心,遇到困難就退縮。由于學歷的原因,他們夢想會很快升上去,但是由于飯店是非常特殊,每位管理者都是從基層管理者干起的,這些大學生必須需要經過這些煎熬,這些大學生又不占優勢,從而影響他們參加工作的積極性。
針對以上分析,我們知道導致大學生流失的原因存在三方面,飯店、大學生自身,如果不及時解決,這樣大學生大量的流失會給飯店帶來嚴重的后果。針對以上問題,我們提出相應的方案。
四、藍海李滄大飯店大學生員工流失的對策
(一)飯店方面做好大學生員工的管理工作
具體而言,應做好以下三個方面。
(1)要制定合理科學的薪酬待遇
首先藍海大飯必須要有一個完整的薪酬體系,在針對新員工入職時,應給予公平的對待。在新員工熟練掌握技能,應給予和老員工公平性的薪資待遇。這樣就會大大降低大學生的流失。還有對于額外的獎勵,藍海大飯店應該給與實質性的幫助。個性化物品應該配備完整,給大學生充分發揮自己的優勢,會給飯店帶來利潤,給員工帶來獎勵。
(2)實行人性化管理
當大學生來到大飯店店一段時間時,會出現一定程度的厭煩,飯店可以考慮讓大學生嘗試見習管理者,首先會充分調動大學生的積極性,還可以讓大學生在不同崗位的嘗試,可以讓他們在實習期間了解他們自己的能力及未來發展的方向,便于自己發現自身的不足,及時得到改正,有利于大學生自身能力的提高和肯定這份工作。
(3)加強與員工的溝通
藍海飯店管理層應該及時與大學生溝通,積極聽取他們對飯店的經營管理等建議。對于剛踏入飯店的大學生來說,他們都是服務于一線,他們能從不一樣的角度去了解顧客,發現飯存在一些管理與制度的問題。所以管理者必須加強與員工特別是大學生的溝通,善于傾聽員工的心聲與意見,才會更有利于飯店的發展。
(二)大學生員工應做好心理準備,從實際出發
具體而言,應做好以下兩個方面。
(1)大學生需要腳踏實地和從實際出發
大學生剛接觸社會,沒有實踐經驗,做基層工作那是必要的。所以大學生首先要擺正好自己的心態,應該腳踏實地。自己改變不了社會,那就自己改變自己。自己從實際出發,從基層干起,了解基層的工作,才會知道怎樣管理員工的。同時要有一個好學的心態,積極學習老員工的服務技巧,使自己的技能提高。
(2)端正大學生就業思想和提高心理素質
首先,在學校要在沒監督的情況下嚴格要求自己。其次,加強本專業的文化知識同時擴展自己的知識面。最后,最重要的是培養溝通能力、適應能力等。除此之外,大學生應該提高自身心理承受力、抗挫力。克服飯店的復雜環境,盡量快速熟悉環境做好心理準備。
篇8
【關鍵詞】中央空調 風口 數值計算 舒適度
隨著生活水平的提高,中央空調漸漸的取代了柜式空調和掛式空調在日常生活中的地位。人們也不只是需要簡單的制冷與制熱效果,更需要是處在一個相當舒適的環境,所以中央空調的舒適性具有十分重要的理論意義。話說中央空調三分質量,七分安裝,可見空調的安裝是很講究的,安裝位置很大程度上決定了房間的舒適性。目前的中央空調的安裝位置主要取決于安裝工人的一些經驗,缺乏合理的分析。
本論文以某一客廳中央空調風口為分析對象,選取不同的風口位置,得到不同的速度和溫度場數據,分析對比其舒適度找出最佳風口位置。
一、計算流體力學理論
任何流動問題都必須滿足質量守恒定律。
其中:ρ代表了流場中流體的密度;
t代表了時間;
μ、υ、ω分別代表x、y、z三個方向上的速度矢量。
動量定理是能滿足一切流動系統的基本定理,它的基本原理來源于牛頓第二定律也就是受力與速度之間的關系。流體的動量對時間的變化率等于外界作用在該微元體上的各種力之和。公式的推導也是建立在一個微小的立方體流體單元上的,完整表達如下:
其中:P表示流體微元體上的壓力;
μ是動力粘度;
Su、Sv、Sw是廣義源項。
能量守恒定律是包含有熱交換的流動系統必須滿足的基本定律。
以溫度T為變量的能量守恒方程為:
式中:Cp為比熱容。
二、客廳模型及風口布局
室內空氣分布數值模擬以及對其影響因素的分析過程中,更應該結合空調房間的實際情況,這樣通過數值模擬獲得分析結果才有很強的指導意義。但是考慮到各個空調房間內熱源有所不同,不可能對各個空調房間進行數值模擬,所以只能選擇具有某些共性因素來考慮,如護結構等,希望能獲得具有一定普遍適應性的分析結果。本文以圖1所示的房間為模擬對象,模型房間空間尺寸為:長×寬×高(XYZ)=6m×3m×3m,。地板作絕熱面處理,東、西、北、南四面外墻以及屋頂則均要考率到外界環境影響。送風口尺寸為:長×寬=1m×0.3m,回風口尺寸為:長×寬=1m×0.4m。
圖1 客廳模型及風口位置
三、客廳的速度場、溫度場及舒適度分析
影響人體熱舒適的因素包括吹風感,垂直溫差,空氣濕度,輻射不均勻性等。其中吹風感和垂直溫差是兩種典型的影響人員熱舒適的情況。本文主要是分析客廳速度場和溫度場,從而找到對人體較為舒適的風口位置。
在室內空間,風速大小對人體的舒適性有一定的影響,當風速超過0.25m/s時,人就會感到有明顯的吹風感。在較涼的環境條件下,吹風會強化冷感覺,對人體的熱平衡有破壞作用,因此吹風感相當于冷感覺。空調送風設計不合理的時候,還容易形成溫度梯度,從而極大的影響人員的舒適度。本文在不同風口位置的情況下,送風速度為0.6m/s和送風溫度為18℃時,得到了客廳的速度及溫度場如下圖所示:
圖2 不同送風口下的速度場分布
圖3 不同送風口下的溫度場分布
從圖2可見,當風口位置在沙發對面頂上和沙發側面頂上時,沙發上的空氣流速在0.3m/s左右,坐在沙發上的人將會有明顯的吹風感;而當風口在沙發頂上時,沙發周圍的空氣流速較小,滿足人體舒適要求;從圖3可知,在三種不同的風口布局下,當室內溫度達到恒定時,室內的溫差效果不是很明顯,沙發的溫差都在1℃以內,滿足人體舒適度要求。
四、結論
采用計算流體力學的數值計算方法,某客廳中央空調的風口位置進行模擬。對比分析三種不同風口位置下沙發周圍的速度場和溫度場結果:
(1)中央中條風口的位置,將直接影響到室內人體的舒適度,合理的選擇和安裝空調風口十分必要。
篇9
關鍵詞:InP;HEMT;流體力學模型;特性仿真
1 前言
InP基高電子遷移率晶體管(HEMT),相比與于傳統的晶體管器件,以其獨特的高遷移率、低噪聲、高增益特性,在國防航天、毫米波通信、衛星遙感以及雷達等軍民用領域,擁有非常廣闊的應用前景[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,對器件的工藝設計有著重要的意義。目前,國內外對 InP 基 HEMT 進行了制備上的大量研究,但是對器件模型以及仿真平臺的研究還有大量的工作,以及其他技術和基礎科學上的研究有待進一步進行。
本文的工程中,采用 Sentaurus TCAD 半導體器件模擬仿真軟件,針對 InP 基HEMT 建立流體力學模型的模擬仿真平臺,通過觀察分析仿真的結果,為化合物半導體器件的進一步研究提供了理論支持。
2 InP 基 HEMT 仿真模型分析
半導體器件在仿真的時候使用的物理模型包括傳統的蒙特卡羅模型、傳統的漂移擴散模型和適合深亞微米器件的流體力學模型。出于計算效率的原因,本文主要使用了流體力學模型模擬仿真了 InP 基 HEMT 的轉移特性、輸出特性和頻率特性。并對其進行了分析研究。
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,結果顯示該模型能夠很好的對目標器件進行特性上的仿真。
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移特性,跨導,和輸出特性。從仿真結果中可以看出,柵槽越深,閾值電壓越大,而跨導值也會變大,輸出特性的值會減小。因此,柵槽深度對器件直流特性的影響相當重要,要得到較好的器件特性,應綜合考慮柵槽深度對各種參數的影響,從而在器件的實際制作中結合工藝制作相應的尺寸。
不同柵槽寬度對器件特性的影響可由圖 4 和圖5 顯示。根據仿真過程發現,柵槽寬度對器件的轉移特性和跨導有很大影響。沒有合適的柵槽寬度,會得到很不理想的特性曲線。經過不斷的嘗試,最終得到合適的柵槽寬度。由仿真結果可發現,柵槽寬度對輸出特性的影響并沒有跨導那么大。仿真結果符合實際。在實際柵槽腐蝕中,柵槽寬度很難控制,往往材料在橫向上是相同的,腐蝕液很容易擴散,因此實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,柵極勢壘值對轉移特性和跨導的影響僅限于增大減小閾值電壓,對跨導的大小并沒有影響。從圖7可以看出,對于輸出特性,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定。從器件結構可知,勢壘的不同使柵極電壓對二維電子氣的濃度的影響有所變化,因此導致了輸出Id的不同。
3.2 交流特性分析
結合實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,分析了柵槽深度對器件交流特性的影響。
HEMT交流特性中,我們主要關注器件的頻率特性,其中最重要的兩個指標分別為截止頻率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時的頻率。最高振蕩頻率fmax時的是晶體管的單向化功率增益為1時的器件工作頻率,也是器件所能進行功率放大作用的最高工作頻率[5]。
從圖8和圖9仿真結果可以看出,深槽深度在3nm時的fmax和ft均大于1nm和5nm時,即表明,柵槽深度在一個合適值的時候,fmax和ft才會達到最大值,而且柵槽深度不應該過小,也不應該過大,應處于一個合適的區間。這一仿真結果對實際器件研發有直到性的意義,應綜合分析器件各特性,尋找最合適的柵槽深度。據調研,目前數字腐g這一方法可以精確刻蝕柵槽深度,因此對制造理想柵槽深度的器件很有意義。
4 結論
從仿真結果來看,所建立的InP基HEMT器件模型具有良好的半導體器件特性,適用于高頻電路。但仍需不斷優化改良,后續的工作可進一步放在 HEMT的柵槽。應進一步完善柵槽腐蝕的工藝,確保柵槽腐蝕更為精確,以免與實際要求差異太大而影響器件的應用。在仿真工作中,所模擬的摻雜情況與實際器件可能有一定差異,為更精確的模擬器件,還應該進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
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篇10
回國時正值震驚中外的“”爆發,周培源此時做出了他一生最大的決定,即放棄相對論的研究,轉而研究流體力學。面對人們的疑惑,他的回答得很簡單:“作為一個科學家,大敵當前,必須以科學挽救祖國,所以我選擇流體力學。”其實,同時研究過相對論和湍流的物理學家海森堡,在臨終時曾說過“我要問上帝兩個問題,為什么有相對性?為什么要有湍流?我相信上帝只能回答第一個問題”。在學術上深受海森堡影響的周培源,從此和這個世紀難題結下了不解之緣,并從1940年發表了《關于雷諾求似應力方法的推廣和湍流的性質》論文開始,五十多年不斷在湍流領域取得許多國際公認的開創性成果。
周培源的愛情和他的科學成果一樣精彩。在他漫長的科學歲月里,他得到了夫人的終生鼎力支持。1930年的一個星期日,周培源到一位同學家中做客,無意中發現一張女子照片,形象靚麗動人,使他眼睛為之一亮。他原以為是這位同學的妻子劉孝錦,當得知不是時,心中不由暗喜。同學夫婦看出他的心思,決定撮合這門親事。照片上的女子叫王蒂激,吉林扶馀人,是劉孝錦在北平女子師范大學的同學。她天生麗質,曾是揚名北平高校的“女師大八美”的“頭美”。兩人第一次見面是在劉孝錦安排的宴會上。當周培源見到王蒂瀲時十分激動,頻頻向心儀的人碗里夾菜,殊不知王蒂瀲心里覺得這個人太笨,她不喜歡吃韭菜還一直往她碗里夾。此后,周培源的身影就經常出現在女師大宿舍的樓下。每逢傳達在門口叫,“王蒂澂,王小姐,有人找”,王蒂澂的好友們都會十分八卦地搶先沖出去,看看這位癡心的男子長得怎么樣,弄得周培源每次都十分臉紅。有一次周培源拿了一堆手帕在樓下等,要送給王蒂激,可是最后交到王蒂澂手里的手帕只剩一塊了。
對愛情的羞澀無法掩蓋兩人對對方的欽慕,王蒂澂漸漸也對這位既帥氣又滿腹學識的小伙子產生了愛慕之情。相識兩年后,兩個年輕人于1932年6月18日在北平的歐美同學會上舉行了婚禮,清華大學校長梅貽琦親自主持了婚禮。婚禮上,梅貽琦宣布:“今日是王蒂澂先生和周培源女士的婚禮,啊啊不是,是周培源先生和王蒂澂女士的婚禮。”全場哄堂大笑。事后,覺得很同的周培源認為梅先生是“老糊涂”了,而王蒂瀲則認為這是梅先生的一種幽默。
此后,這對夫婦雙雙出入清華園,成為校園中一道引人注目的風景。直到數十年之后,還對周培源的四女兒如蘋說道:“當年,你媽媽可真是個美人,你爸爸也真叫瀟灑。那時,只要他們出門,我們這些青年學生就追著看。”
周培源夫婦一生共育有四朵金花,在女兒眼中,父母一直就像一對恩愛的戀人。兩人一同出門出差或旅行,還沒出發,先生就把手臂高高舉起,王蒂激挽著先生形影不離。行李多時,女兒只好說:“對不起!麻煩你們兩位分開一會兒,幫我照看一下東西。”