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基于工程教育认证的“流体力学”课程改革研究
摘要：流体力学在汽车设计、航空航天、内燃机和发动机制造等众多领域具有广泛应用。工程教育专业认证理念及毕业要求标准的引领下，分析了流体力学课程所存在的问题，给出了适应工程教育认证的课程教学设计，主要包括提升学生掌握知识的能力、培养学生对复杂工程问题的分析能力、丰富学生解决工程问题的思维与手段，同时从组织机构、评价方法和周期、流程实施等方面探索了保障工程流体力学课程质量的持续改进机制，对推动工程流体力学课程开展教学改革具有一定的参考价值。
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引言
流体力学作为机械类专业的主干课程，涉及汽车设计、航空航天、内燃机和发动机制造等众多领域。传统的流体力学课程教学，以老师讲授为主，学生被动的学习知识，而目前国际通行的工程教育强调以学生为中心和面向产出的教育，以持续改进机制为保障[1,2]。针对工程类专业，工程教育认证标准对学生的毕业要求、课程体系和师资队伍等方面有明确的规定，但也允许不同院校相同专业的毕业生具有各自的特色[3,4]。在工程教育认证的背景下，必须重新审视专业课程的课程定位和课程目标，转变教学思路，改变教师角色，改善教学模式，建立有效的课程持续改进机制，完成毕业要求规定的学生毕业能力的培养。本文主要结合河北科技大学过程装备与控制工程专业的工程流体力学课程开展关于课程教学设计和课程质量持续改进机制的探讨，促进流体力学课程教学与工程教育专业认证的衔接有一定的意义。
1、流体力学课程简介
1.1流体力学的主要教学内容
流体力学课程主要研究流体平衡和运动规律，是河北科技大学过程装备与控制工程专业的主干工程基础课，它是力学的一个重要分支，与大量的工程实际问题联系密切。
其课程内容包括：流体的物理性质、流体静力学、流体动力学的基本原理、理想不可压缩流体动力学的主要应用、流体在圆管中的流动、孔口出流与相似原理、缝隙流动和可压缩气体的一元流动。学生通过学习本课程，应具备进一步学习流体力学专门知识或着手研究和解决工程及自然界流动问题的基本基础。
1.2课程目标及其对毕业要求的支撑
工程教育认证背景下，学生对课程的学习应紧密围绕毕业要求展开，因此教师对于课程的设计也应以工程教育认证中的毕业要求为中心。通过对工程流体力学课程性质及其在课程体系中的地位分析，认为工程流体力学作为力学的分支，应主要扮演为学生提供基础专业知识的角色，即应支撑毕业要求1———能够将数学、自然科学、工程基础和过程装备与控制工程专业相关知识用于解决过程工业领域复杂工程问题，如表1所示。具体地，该课程应支撑毕业要求指标点1.3———掌握力学、电工学、材料学等工程基础知识，具备应用基本理论表达、分析问题的能力。
2、目标导向的教学设计
2.1提升学生掌握知识的能力
学生对工程流体力学中知识掌握不足的主要原因有两点：一是，工程流体力学对学生的数学知识储备有较高要求，而学生往往缺乏对已学数学知识灵活运用的能力，例如推导流体平衡微分方程时，需要利用中心点的压强表示其左右两侧面的压强，这就应用了泰勒级数展开式，并略去二阶以上小量；二是，缺乏建立知识结构和对其进行再加工的能力。
针对上述问题，在教学过程中，以学生为中心让其复习相关的数学知识，可以利用手机上网搜索功能等实现；通过培养学生的思维能力，建立知识结构和脉络，具体地，教师课前应深入钻研教材，优化组合、构建和选择最佳的知识结构，突出主线，把握重点、难点，课堂中留有学生消化、巩固知识的时间，协助学生建立思维导图。
采用包括多媒体课件、视频、虚拟仿真软件等现代化教学方式提高课堂教学效果。多媒体课件可以用于展示一些文字、图片、动画等信息；视频可以用于展示流体的运动过程和各种流体力学现象，如空气在汽车表面、内燃机内部的运动轨迹，让学生有更直观的认识；虚拟仿真软件可以帮助学生了解文丘里管等零部件的结构和流体工作过程，强化对设备结构的理解。
表1课程目标及其对毕业要求的支撑
现场参观主要解决学生对流体力学现象和流量测量设备制造过程中的一些疑问，通过参观各种流量计的制造、组装、实验、运输等方面的工艺和操作，可以帮助学生更加清楚的了这些设备的制造过程，提升学生对所学知识的掌握程度。
2.2培养学生对复杂工程问题的分析能力
传统的满堂灌式教学缺乏对学生能力的针对性培养，造成毕业后对复杂工程问题的分析能力欠缺，而工程教育认证背景下，课程学习中学生应逐渐具备分析复杂工程问题的能力，这对教师教学提出了更高的要求。采用案例教学为主的课堂教学模式能够最大限度地帮助学生了解工程问题，通过分步剖析复杂工程问题中所包含的流体力学问题，使学生逐渐建立分析工程问题的思维，为今后解决复杂工程问题奠定基础；将启发式教育与生活实践相结合可以激发学生的学习积极性，提升对实际问题的思考和分析能力，可通过设计开放性作业、调查报告等手段实现，例如布置男同学寻找与汽车设计相关的流体力学问题，女同学思考孙杨游泳时涉及哪些流体力学问题。
2.3丰富学生解决工程问题的思维与手段
是否具备解决复杂工程问题的能力是工程教育认证最核心的问题，因此丰富学生解决工程问题的思维与手段成为教学过程的重要环节，这在传统教学模式中往往被忽略。教学前对课程知识的研究进展情况进行充分调研，教学过程中对课本中知识进行拓展，介绍相关问题的科研进展情况，例如以典型案例———汽车车身设计为切入点，学生分组进行相关文献调研，总结出该工程问题的现有解决方案，每组学生对问题解决方案的思路、技术路线及效果等进行分析，总结该解决方案的创新性与特性，并以课堂展示的形式进行分享。
3、课程教学质量持续改进机制
课程质量持续改进机制是不断提高学生培养质量的保障，流体力学课程成立包括任课教师的3人课程团队，指定1名课程负责人。课程团队作为课程质量评价的主体，负责课程大纲的制定及维护、评价方法制定、调查问卷编制、实施评价和评价结果分析等工作。分别采用直接评价和间接评价两种方法，直接评价法根据课程教学大纲规定学生需要提交的材料、出勤情况、教学活动参与度等对课程目标达成进行评价，其结果作为课程目标及毕业要求指标点达成情况的主要依据；间接评价法采用问卷调查或者学生提交报告，由学生根据自身情况对课程目标的达成情况进行评价。流体力学课程质量评价的周期为1年。
流体力学课程教学质量持续改进的具体实施步骤如下：
(1)任课教师依据教学大纲、教学质量评价方法以及相关教学材料实施课程质量评价。
(2)课程团队并对评价结果的科学性、有效性进行分析，并根据分析结果提出课程改进措施。
(3)课程团队根据课程改进措施，对教学目标、教学内容、教学方法、考核方式等进行修订。
(4)学院教学指导委员会对课程大纲的修订情况进行讨论和审核。
(5)任课教师根据修订后的教学大纲调整教学内容、教学模式、教学进度和考核方式等。
(6)专业负责人对课程改进措施的执行情况进行监控，并根据近2次的课程质量评价报告对课程改进措施的有效性进行评估。
(7)课程团队根据课程改进措施的评估结果及课程质量评价报告，修订课程教学大纲，提请学院教学指导委员会讨论、审核。
4、结语
流体力学作为机械类与能源、动力类专业的重要专业基础课程，在工程教育专业认证的背景下，它是培养学生分析复杂工程问题能力的重要支撑课程，文中主要从面向产出的流体力学课程教学设计和建立课程质量持续改进机制两方面进行了探讨，为适应工程教育专业认证及推动流体力学教学质量的提高具有一定的意义。
参考文献：
[1]李恩田,赵会军,吕晓方,等.专业认证背景下的《流体力学》课程教学改革[J].开封教育学院学报,2019(8):105-106,108.
[2]张雪龄,金听祥,张琦,等.基于工程教育认证的流体力学课程的教学改革[J].科技视界,2019(13):93,109-110.
[3]刘海涛.面向工程教育专业认证的车辆工程流体力学课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备,2019(3):32-34.
[4]郭津津,刘杨,武刚,等.工程教育背景下的流体力学课程改革与实践[J].中国轻工教育,2018(4):36-40.
孙占朋,朱海荣.工程教育认证背景下“流体力学”课程教学改革[J].内燃机与配件,2019(22):276-277.
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反射裂缝泛指公路路面基层施工期间，因水稳碎石材料在温度及湿度影响下发生温度收缩和干燥收缩而开裂，并在外界环境及行车荷载反复作用后，裂缝扩展至沥青表面层的现象。反射裂缝的存在既不利于路面结构稳定，又使水稳碎石结构回弹模量和抗拉强度持续降低，严重影响公路路面的服役性能和使用寿命。
2024-07-05
专业类课程思政建设是全面推进高校课程思政建设的重要抓手。东莞理工学院土木工程专业力学课程群教学团队基于课程内容知识，结合土木工程专业及行业特点，借助恰当的教学方法手段，从课程思政目标、课程内容、课程思政融入点及实施方式等方面着手开展课程思政建设，深入发掘了三大课程思政融入点，将国家发展历史与学科、专业历史融合，辩证唯物主义思想与力学理论融合，职业精神与力学应用融合。在传授专业知识的同时，隐性植入理想信念、责任使命、伦理道德、哲学思想、工作态度、科学精神等思政元素，取得了较好的育人成效。
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基于离散元的颗粒流方法（PFC）能从细观层面对堆石体的力学性质进行研究，在堆石体的模拟上应用日益广泛。近年来，国内外学者运用PFC对堆石体的力学特性展开了大量的研究工作，但这些研究仍存在一定的不足之处。首先，模拟的精度有待进一步提高，PFC将颗粒简化为理想化的刚性圆形，未考虑堆石体的不规则形状和破碎效应。另外，模拟的效率也有待进一步提高，主要表现为建模十分耗时。
2020-12-28
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近年来，离散单元分析方法逐渐发展成为针对非连续介质进行数值试验分析的有力手段，在隧洞工程、边坡治理、大型地下洞室开挖等岩土工程领域已有广泛应用[1,2]。离散单元之间细观力学参数的选取对岩土介质在不同应力状态下的宏观力学变形特性具有较大影响[3,4]。随着图像处理、数值模拟、软件科学及细观结构力学的蓬勃发展，细观力学数值试验方法为揭示宏观力学变形现象与变形破坏内部机理提供有力支持。
2020-11-13
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国际刊号：1006-7043
国内刊号：23-1390/U
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创刊时间：1980年
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2020-07-03
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