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工程技術(shù)類課程專創(chuàng)融合教學(xué)改革

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工程技術(shù)類課程專創(chuàng)融合教學(xué)改革

摘要:工程技術(shù)類專業(yè)專創(chuàng)融合教學(xué)符合國家重大人才培養(yǎng)戰(zhàn)略需求,同時也是下一步工科專業(yè)課程教學(xué)改革的重要方向。以“流體力學(xué)與設(shè)備”課程為例,在詳細(xì)分析課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,通過對課程內(nèi)容、教學(xué)方法、創(chuàng)新平臺、考核方式等方面的專創(chuàng)融合改革,得出了合理可行的實施方案。教改方案著重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識,所得到的結(jié)論可為類似工程技術(shù)類課程專創(chuàng)融合提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞:專創(chuàng)融合;工程技術(shù)類課程;流體力學(xué)與設(shè)備;教學(xué)改革

在國家大力提倡大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的大背景下,在現(xiàn)行高等教育體系中,探索基于產(chǎn)教融合、專創(chuàng)融合培養(yǎng)模式已成為應(yīng)用型本科院校重點培養(yǎng)的方向與提升途徑[1]。教育部出臺《關(guān)于大力推進高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和大學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)工作的意見》指出,在高等學(xué)校開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育,是落實以創(chuàng)業(yè)帶動就業(yè)、促進高校畢業(yè)生充分就業(yè)的措施。工程技術(shù)類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課是專創(chuàng)融合的重要載體,而其培育的重點要放在大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)能力與家國情懷等方面[2]。專業(yè)課程尤其是工程技術(shù)類課程需要重點關(guān)注創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的融合,探索如何將專業(yè)知識點融入到工程實踐的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之中,以很好地將基礎(chǔ)理論知識推至市場,轉(zhuǎn)化為為行業(yè)企業(yè)和社會服務(wù)的關(guān)鍵[3]。現(xiàn)行課程教學(xué)體系、課程設(shè)置、教學(xué)方法等與專創(chuàng)融合相去甚遠(yuǎn),需要對它們進行重新優(yōu)化和改革,以達到培養(yǎng)學(xué)生專創(chuàng)意識的目的[4]。論文以工程技術(shù)類高等學(xué)校的“流體力學(xué)與設(shè)備”課程為例,介紹基于專創(chuàng)融合的課程改革的方案,以期為相關(guān)專業(yè)課程改革提供依據(jù)。“流體力學(xué)與設(shè)備”是材料科學(xué)與工程、能源與動力工程、土木建筑工程、水資源工程、冶金工程等工程技術(shù)類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課與必修課。課程主要是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)流體力學(xué)的基本概念、基本理論與基本原理,培養(yǎng)學(xué)生利用流體的理論知識解決實際工程問題的能力,進一步掌握流體設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其在各個行業(yè)中的應(yīng)用,同時培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用所學(xué)知識解決工程實際難題、創(chuàng)新能力及研發(fā)能力,為今后的技術(shù)革新、新產(chǎn)品及相關(guān)測試設(shè)備的開發(fā)打下基礎(chǔ)。

1“流體力學(xué)與設(shè)備”課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1課程內(nèi)容設(shè)置理論性偏強,實踐性偏弱

與工程技術(shù)類專業(yè)課程一樣,“流體力學(xué)與設(shè)備”涉及到大量的理論公式的推導(dǎo),可以說是與數(shù)學(xué)結(jié)合最為緊密的課程之一,其中的續(xù)性方程、歐拉運動方程、N-S方程、伯努利能量方程等,要求學(xué)生具有較強的高等數(shù)學(xué)功底。課程中各類型的知識點零散且繁多,知識點聯(lián)系性偏弱,這就導(dǎo)致課程內(nèi)容非常枯燥,單純地學(xué)習(xí)流體的基本知識與性能,如果不加以與實際相結(jié)合,就很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時學(xué)生對基本的定義、理論理解起來困難,學(xué)習(xí)效果較差。在課程設(shè)置方面,工程技術(shù)類專業(yè)課程一般開設(shè)在大三的上、下學(xué)期,大量的課程集中壓縮至這2個學(xué)期,這就導(dǎo)致這2個學(xué)期需要修的門數(shù)較多,學(xué)生很難對一理論性偏強的課程產(chǎn)生較濃興趣。

1.2課程教學(xué)方法單一,學(xué)生興趣不足

目前,“流體力學(xué)與設(shè)備”課程教學(xué)以課堂教學(xué)為主,教師講,學(xué)生聽。但由于現(xiàn)今學(xué)生獲取信息的手段豐富多樣,關(guān)注點新且注意力集中時間短,學(xué)生課上與課下更多關(guān)注抖音、快手、嗶哩嗶哩等短視頻,在取得快速娛樂的同時獲取相關(guān)信息。而工程技術(shù)類專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以黑板板書、簡單的PPT設(shè)置為主,其形式及內(nèi)容相對單一,缺乏對知識點的重新認(rèn)知,課堂表現(xiàn)形式更新迭代速度慢,導(dǎo)致了現(xiàn)今工科專業(yè)課程已經(jīng)不能很好地吸引學(xué)生的注意力,學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣明顯不足。

1.3創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識與專業(yè)融合不足

專創(chuàng)融合經(jīng)過幾年的普及已經(jīng)被廣大工程技術(shù)專業(yè)的師生所接受,但將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的知識點與專業(yè)知識點融合在一起的工作現(xiàn)在距離國家對高校的要求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。“流體力學(xué)與設(shè)備”課程是與工程技術(shù)實踐結(jié)合最為緊密的課程之一。課程知識在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、科學(xué)研究等均應(yīng)用廣泛,且知識點日新月異,進展迅速,大量新的教學(xué)案例、研究方法等層出不窮,如果不能將新的知識點與技術(shù)輸送給學(xué)生,就會造成學(xué)生所學(xué)知識與工程技術(shù)實踐脫節(jié)嚴(yán)重,培養(yǎng)出來的人才不能很好地適應(yīng)現(xiàn)今社會尤其是行業(yè)的發(fā)展。因此,如何有效解決創(chuàng)新實踐與工程實踐專業(yè)融合的問題成為重要的研究方向。

2“流體力學(xué)與設(shè)備”課程改革措施

2.1重組課程內(nèi)容,融入專創(chuàng)思想

針對目前工業(yè)社會對行業(yè)發(fā)展的多元化需求,結(jié)合課程的內(nèi)容設(shè)置,將課程現(xiàn)有知識點進行模塊化處理,建立認(rèn)知遞次增加的知識模塊,同時無痕融入課程思政內(nèi)容與專創(chuàng)思維,形成以O(shè)BE理念的課程內(nèi)容設(shè)計,以成果導(dǎo)向及專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素融合為引導(dǎo),進而優(yōu)化課程內(nèi)容。具體做法是根據(jù)OBE理念,從知識、能力和育人目標(biāo)重構(gòu)內(nèi)容[3]。學(xué)生在知識層面需要重點掌握流體的力學(xué)定義與性能、流體靜止與流動、流體阻力、流體機械等方面的基本知識與基本理論,學(xué)會基本理論公式的推導(dǎo),掌握每個流體基本定律的應(yīng)用條件。在此基礎(chǔ)上,對流體設(shè)備進行基本參數(shù)的認(rèn)知與把握,可以利用學(xué)過的知識進行參數(shù)的調(diào)節(jié)及檢修。在重組課程內(nèi)容的同時,還需要注重各章節(jié)知識體系的銜接及內(nèi)在邏輯性,幫助學(xué)生形成流體性質(zhì)與分類—流體靜力學(xué)—流體動力學(xué)—流體阻力—相似理論—流體設(shè)備這條知識主線的設(shè)置,同時在每一個知識體系中還要給學(xué)生養(yǎng)成學(xué)習(xí)基本知識點—學(xué)會基本理論點—掌握基本應(yīng)用點—熟練應(yīng)用知識點的邏輯性思維。在這2個邏輯點實施過程中,實現(xiàn)知識點與應(yīng)用的融合。同時,在教學(xué)中增加節(jié)能環(huán)保、設(shè)計開發(fā)、民族自豪感等內(nèi)容來培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及科學(xué)的思維方法,同時塑造學(xué)生為國為民的愛國主義情懷。

2.2豐富知識與專創(chuàng)融合內(nèi)容,優(yōu)化教學(xué)方法

現(xiàn)行工程實踐類課程教學(xué)內(nèi)容理論性偏強,這需要教師針對學(xué)生的知識架構(gòu)與認(rèn)識特點有針對性地設(shè)計知識與內(nèi)容,建立知識與專創(chuàng)內(nèi)容融合的案例庫,同時根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容探索不同的教學(xué)方法,提升學(xué)生求知欲與教學(xué)效果。首先,在大學(xué)生慕課網(wǎng)、超星學(xué)習(xí)通等學(xué)習(xí)平臺選取與專創(chuàng)融合相關(guān)的線上視頻或資源發(fā)布給學(xué)生進行預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí),根據(jù)固定的知識模塊內(nèi)容,結(jié)合工程技術(shù)實例給定相應(yīng)的工程能力測驗題,讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識點進行創(chuàng)新思路的設(shè)計與工作,并付諸實施,達到鍛煉學(xué)生動手能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的目的。例如,在介紹虹吸現(xiàn)象時,首先讓學(xué)生通過伯努利方程對虹吸管的基本構(gòu)造、工作原理進行深入了解,在此基礎(chǔ)上,通過分組進行專項實驗設(shè)計,確定設(shè)計管道內(nèi)徑的大小、直管長度、彎管形狀及個數(shù),完成一個魚缸抽水的虹吸體系,進一步激發(fā)學(xué)生設(shè)計開發(fā)相關(guān)類似設(shè)備的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。其次,在實際工程實踐課程實施過程中,采用項目驅(qū)動教學(xué)方法,結(jié)合教師的科研課題或者行業(yè)發(fā)展前沿,將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)難題、企業(yè)實際問題、工程實踐作為案例進行研討與實施,從理論思想到實驗設(shè)計到歸納總結(jié),提高學(xué)生的總結(jié)知識點、理論聯(lián)系實際、團隊意識及創(chuàng)新意識。比如,通過講解皮托管的工作原理,結(jié)合伯努利方程的應(yīng)用條件,結(jié)合流體實踐中流體速度、壓力測量的原理,讓同學(xué)們進行獨立設(shè)計、思考,完成簡單的流速、壓力等參數(shù)的測試工具設(shè)計與制作。再次,在每一次課程結(jié)束后,給學(xué)生布置工程案例或者科研項目課題,引導(dǎo)學(xué)生通過查閱大量文獻,了解行業(yè)發(fā)展最新進展及所面臨的問題,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新思維。比如通過引入水切割的工作原理,讓學(xué)生深入了解流體與固體壁面作用力的問題,同時,也能夠使學(xué)生了解到如果流體速度過高,極易在流動過程中導(dǎo)致液體流動的空化現(xiàn)象。目前這類現(xiàn)象已經(jīng)在實際過程中得到了廣泛應(yīng)用,引導(dǎo)學(xué)生通過查閱文獻等手段,了解空化現(xiàn)象在核潛艇打擊過程中的應(yīng)用及在震蕩、清洗污染物中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢;結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)置,引導(dǎo)學(xué)生掌握空化現(xiàn)象在流體機械中產(chǎn)生的機理,進而引出汽蝕現(xiàn)象,通過工程技術(shù)實際案例說明其對大型船舶設(shè)備螺旋槳的損害,引導(dǎo)學(xué)生得出預(yù)防措施,鍛煉學(xué)生的敢于面對科學(xué)技術(shù)難題、勇于創(chuàng)新的精神。最后,鼓勵學(xué)生通過參加大學(xué)生挑戰(zhàn)杯創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽,結(jié)合自己所學(xué)知識進行創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練。例如,以流體力學(xué)中的測試設(shè)備文丘里流量計為例,從基本理論講起,使學(xué)生了解其基本結(jié)構(gòu)、工作性能,進而在此基礎(chǔ)上鼓勵學(xué)生查閱文獻或?qū)@瑔l(fā)他們進行自主思考與探究,充分發(fā)揮他們的主觀能動性與自主性,擴大學(xué)生對課程的專業(yè)認(rèn)知與視野。在教學(xué)方法方面,采用線上+線下教學(xué)相結(jié)合方法。線上教學(xué)方面主要為學(xué)生提供基本基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí),增加虛擬仿真的部分內(nèi)容,通過CFD技術(shù)將虛擬的流體力學(xué)問題采用喜聞樂見的形式表現(xiàn)出來,使復(fù)雜的流體力學(xué)難題形象化。同時將更多的工程技術(shù)類問題研討、學(xué)習(xí)時間留給線下教學(xué)。線下教學(xué)中采用討論法、項目驅(qū)動法、問題導(dǎo)向法等方式,通過設(shè)置興趣小組最大限度地提高學(xué)生的參與度,提高他們的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效果。注重理論知識與實踐教學(xué)的相互融合,將知識點模塊化后根據(jù)實際內(nèi)容設(shè)計專題實驗。例如,在流體性質(zhì)中設(shè)置流體粘性的測試,要求學(xué)生根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦實驗進行方案設(shè)計;在流體靜力學(xué)模塊,根據(jù)等壓面的原理要求學(xué)生設(shè)計出正壓與負(fù)壓大小的測定以及未知流體密度的測試實驗;在流體的動力學(xué)部分,根據(jù)畢托管工作原理設(shè)計管道內(nèi)流速的測試儀器;在流體的阻力部分,設(shè)計漸縮管、漸擴管及彎管的阻力損失測試;在流體相似理論部分,要求學(xué)生查閱文獻設(shè)計火箭模型;在流體設(shè)備方面,要求學(xué)生設(shè)計一整套風(fēng)機性能測試系統(tǒng)等。這些實踐內(nèi)容可有效鍛煉學(xué)生的動手能力、思考能力與創(chuàng)新理念。

2.3開設(shè)課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動平臺

整合校院兩級的實驗實踐資源,建成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動平臺。充分利用現(xiàn)有設(shè)置的流體粘性測試平臺、流體靜力學(xué)平臺、流體流動平臺、雷諾測試平臺、沿程阻力與局部阻力測試平臺、大型風(fēng)機測試平臺等鍛煉學(xué)生設(shè)計實驗、引導(dǎo)實驗及創(chuàng)造實驗的能力;通過設(shè)置實驗超市的形式,讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識自主組裝實驗臺與實驗測試設(shè)備,設(shè)計實驗步驟,鍛煉學(xué)生的協(xié)同合作、勇于創(chuàng)新的能力及思維。利用認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)機會,讓更多學(xué)生走進工程、走進企業(yè),認(rèn)知流體力學(xué)現(xiàn)象,了解流體設(shè)備的工作狀況,進而為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ),比如,通過在水泥生產(chǎn)企業(yè)的實習(xí),讓學(xué)生走近流體設(shè)備,關(guān)注設(shè)備的運行參數(shù)及運行機理,再通過中控室內(nèi)運行過程及一體化建設(shè)的認(rèn)知,了解現(xiàn)有成套系統(tǒng)的運行規(guī)則,厚植學(xué)生們的大局觀、創(chuàng)新意識。建設(shè)校企合作創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺,在此平臺上通過學(xué)科競賽、挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生科技訓(xùn)練計劃、創(chuàng)新實驗室、夏令營活動等鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。結(jié)合課程單元知識點建立基于工程技術(shù)方案的復(fù)合型專創(chuàng)融合課程案例庫,充分利用現(xiàn)有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化資源,搭建流體力學(xué)與設(shè)備的仿真實驗室,實現(xiàn)課程基礎(chǔ)知識與工程實踐的結(jié)合。

2.4改變考核方式

修正原有期末考試作為終結(jié)性考核的傳統(tǒng)方法,采用過程化考核與終結(jié)性考核相結(jié)合的模式。加大過程化考核在最終成績評定時的比例,同時著力建成過程化考核與評價體系,根據(jù)不同知識點有針對性地設(shè)計考核指標(biāo)。在具體實施過程中,過程化考核主要包含學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)及學(xué)習(xí)效果表現(xiàn)。學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)可以分為出勤情況、討論表現(xiàn)情況、線上學(xué)習(xí)情況、課下查閱文獻、大論文書寫、實驗實踐過程中組織協(xié)作情況、實驗實踐交流情況等,學(xué)習(xí)效果評價包括課堂測試、課下作業(yè)、讀書報告完成、實驗實踐成品等方面。過程化考核要注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及素養(yǎng)方面的考核,并且根據(jù)考核指標(biāo)得出的結(jié)論,有針對性地提出反饋及改進措施,進一步提升學(xué)生素養(yǎng)。比如在流體粘度測試方面,在完成牛頓內(nèi)摩擦實驗基本知識的學(xué)習(xí)后,鼓勵學(xué)生利用該原理進行實驗設(shè)計,由牛頓第三運動定律聯(lián)想到力矩,再根據(jù)力矩的測試想到旋轉(zhuǎn)的形式,進而讓學(xué)生設(shè)計開發(fā)出類似布氏粘度計的設(shè)備,完成對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的設(shè)計與考核,根據(jù)學(xué)生在完成任務(wù)過程中的表現(xiàn)與最終產(chǎn)品給定過程化考核的分?jǐn)?shù)。在終結(jié)性考核方面,仍以最終的考試試卷為基礎(chǔ),在內(nèi)容方面減少絕對基礎(chǔ)理論及知識的考核,刪除大量的公式推導(dǎo),同時大大增加開放性課題或與工程實踐緊密結(jié)合的行業(yè)問題,并在其中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、素質(zhì)培養(yǎng)的等因素。這樣通過OBE閉環(huán)反饋機制可進一步激發(fā)學(xué)生求知欲,助力提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,比如在流體動力學(xué)考核方面,修正原有直接考核伯努利方程公式的做法,采用水塔供水的工程實例進行考核,這樣既可以考核基礎(chǔ)知識,又能增加對流體設(shè)備方面的認(rèn)知,達到知識和能力共同考核的目標(biāo)。

3結(jié)束語

本文基于國家與社會對大學(xué)生綜合素質(zhì)的需求,針對現(xiàn)有工程技術(shù)類課程專業(yè)知識與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融合不足的現(xiàn)狀,以“流體力學(xué)與設(shè)備”課程為例,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、平臺建設(shè)及考核方式等方面論述了專業(yè)教育與雙創(chuàng)教育融合方案,以期實現(xiàn)二者取長補短,使學(xué)生既掌握基礎(chǔ)知識,又具有學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維,走入社會后能夠成為具有扎實基本功、廣闊視野和能敏銳把握機會的工程人才。同時,通過本研究的實施,也可為在校學(xué)生打造創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺、提高專創(chuàng)融合機制進而提升培養(yǎng)高校人才水平提供依據(jù)。

作者:段廣彬 劉宗明 趙蔚琳 姜媛媛 許瀟雨 單位:濟南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

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