摘要為提高安全工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，提出了基于CDIO教育理念的流體力學(xué)課程教學(xué)改革模式，將CDIO理念融入課程教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化設(shè)計、教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變及實驗教學(xué)改革中。教學(xué)內(nèi)容結(jié)合專業(yè)需求及與后續(xù)專業(yè)課程之間的關(guān)系進行優(yōu)化設(shè)計，增強了與安全工程專業(yè)的契合度；以問題學(xué)習(xí)的形式開展課堂教學(xué)，注重各知識點的銜接及其在專業(yè)中的應(yīng)用與拓展；實驗教學(xué)中通過增加設(shè)計性、綜合性、開放性實驗提高學(xué)生的綜合能力，使學(xué)生在現(xiàn)代工程活動中賴以生存和成長的團隊精神、交流能力及系統(tǒng)掌控能力得到發(fā)展。
關(guān)鍵詞CDIO；流體力學(xué)；能力培養(yǎng)；教學(xué)改革
1引言
“流體力學(xué)”作為理工科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，它的重要性是眾所周知的，作為力學(xué)分支，其在安全工程專業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，與泄漏、火災(zāi)、爆炸、通風(fēng)等有著密切的關(guān)系，是后續(xù)工業(yè)通風(fēng)、消防工程等專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。近年來流體力學(xué)學(xué)科發(fā)生深刻變化，對流體運動認識加深，測量手段更為先進，對流體運動分析和處理的能力空前強大，與工程應(yīng)用結(jié)合更加緊密。然而“流體力學(xué)”這門課程概念抽象、數(shù)學(xué)公式多，在以往課程教學(xué)過程中更多重視理論知識的傳授，人才培養(yǎng)過程中存在著過分偏重理論知識學(xué)習(xí)，缺乏對學(xué)生工程能力的培養(yǎng)等不足之處。因此，本文借鑒國際流行的CDIO工程教育理念，擬對安全工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程進行教學(xué)改革，使理論知識服務(wù)于后續(xù)的安全知識學(xué)習(xí)及工作實際，將知識教育和能力培養(yǎng)有機地結(jié)合起來，增強學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)真正地更好地融入之后的安全工作中。
2CDIO工程教育理念
CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Imple-ment）和運行（Operate）的簡稱。“C”構(gòu)思指系統(tǒng)性的構(gòu)想、思考，明確產(chǎn)業(yè)需求。“D”設(shè)計是把將要被實現(xiàn)的計劃通過視覺的形式描述出來的活動過程；“I”實施是執(zhí)行、施行實際的行為，指把設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程；“O”運行是指產(chǎn)品實現(xiàn)之后（即實施之后）使用其來達到想要的價值的過程。從構(gòu)思、設(shè)計、實施到運行的全過程就是產(chǎn)品的整個生命周期，用它來代表工程的范疇[1]。CDIO教育模式提倡培養(yǎng)具有較高專業(yè)理論水平和符合產(chǎn)業(yè)需求的綜合性應(yīng)用能力并重的高等工程教育專業(yè)學(xué)生，這種模式在安全工程專業(yè)領(lǐng)域具有一定的借鑒意義[2]。CDIO強調(diào)在系統(tǒng)和產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行的真實工程實踐環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，通過引導(dǎo)學(xué)生以主動的、實踐的、知識之間有機聯(lián)系的方式培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，使學(xué)生在創(chuàng)新思維能力、終生學(xué)習(xí)能力、團隊合作能力和工程實踐能力等方面得到全面的訓(xùn)練和提高。
3基于CDIO理念的流體力學(xué)課程實施
3.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
在教學(xué)時，教材的選取是非常重要的，首先要選擇一本好的教材，然后圍繞教材的內(nèi)容，進行全方位的內(nèi)容設(shè)計。湖南工學(xué)院安全工程專業(yè)選用的教材為蔡增基、龍?zhí)煊逯骶幍摹读黧w力學(xué)泵與風(fēng)機》，該教材詳細介紹了流體力學(xué)及泵與風(fēng)機的基礎(chǔ)知識，并配有豐富的習(xí)題供學(xué)生課后練習(xí)鞏固，另圍繞教學(xué)大綱，每章設(shè)置了思考題。但教材內(nèi)容多是從供熱通風(fēng)空調(diào)類專業(yè)角度出發(fā)，內(nèi)容較多。按照安全專業(yè)職業(yè)能力與素質(zhì)需求為導(dǎo)向，結(jié)合我校安全工程專業(yè)對該課程課時安排較少，學(xué)生文科生多，理科基礎(chǔ)薄弱的特點、安全工程專業(yè)需求及其與后續(xù)專業(yè)課程之間的關(guān)系，課程教學(xué)內(nèi)容分為四部分：（1）流體靜力學(xué)。掌握流體平衡的規(guī)律，對其中與安全工程關(guān)系不大的小節(jié)進行刪除。（2）流體動力學(xué)。研究流體在運動狀態(tài)時，作用于流體上的力與運動要素之間的關(guān)系，以及流體的運動特征與能量轉(zhuǎn)換等。（3）有關(guān)流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，如孔口與管嘴恒定流、管道恒定流等。注重與工業(yè)通風(fēng)、消防、安全工程中常見的泄漏等問題相結(jié)合。（4）泵與風(fēng)機工作原理及運行知識，重點掌握如何選擇泵與風(fēng)機。由于課時有限，其他知識可通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)來完成。內(nèi)容設(shè)置注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力和分析解決問題的能力，不因課時少而刪除其物理背景、力學(xué)建模和求解過程等方面的學(xué)習(xí)，只講授結(jié)果、計算公式、圖表等這種短視的做法培養(yǎng)出來的學(xué)生只是現(xiàn)成公式的計算機器，面對新的問題將束手無策，學(xué)生沒有創(chuàng)新能力，沒有利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。只有掌握正確的基本概念和流體運動一般規(guī)律，才能認識特殊規(guī)律，才能有分析實際問題的能力，才能正確應(yīng)用和處理流體力學(xué)商業(yè)軟件。
3.2轉(zhuǎn)變教學(xué)方法
在課堂教學(xué)中注重學(xué)生綜合思維、系統(tǒng)思維和工程能力的培養(yǎng)。結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法，采用以問題學(xué)習(xí)的形式，要求學(xué)生基于問題學(xué)習(xí)。（1）首先要講授該門課程的性質(zhì)及作用，讓學(xué)生掌握該課程在整個專業(yè)培養(yǎng)中的作用以及工程實踐中的具體應(yīng)用價值，以及該課程與其他課程之間的關(guān)系，從而在學(xué)生的整體知識架構(gòu)中建立起清晰的課程邏輯聯(lián)系[3]，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維能力。（2）各知識點的教學(xué)過程采用啟發(fā)式教學(xué)法，先由老師設(shè)置問題，讓學(xué)生帶著問題進行學(xué)習(xí)；學(xué)完之后讓學(xué)生思考學(xué)了什么，有什么用；除了基本的教學(xué)過程外，在課程中設(shè)置一些小專題討論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。（3）傳統(tǒng)的教學(xué)模式由于缺乏對知識的應(yīng)用，學(xué)生通常將通過考試作為學(xué)習(xí)目標而專注于記憶考試內(nèi)容。因此在教學(xué)中注重相應(yīng)知識點的講解的同時，注重對各知識點的應(yīng)用和拓展，各知識點多方面地與安全工程專業(yè)相結(jié)合（如在講述孔口管嘴出留時與危險化學(xué)品物質(zhì)泄漏進而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒事故相結(jié)合；講述流動阻力時與工業(yè)通風(fēng)管道設(shè)計、消防水管道設(shè)計相結(jié)合），強調(diào)其對專業(yè)的支撐作用，要求理論知識必須服務(wù)于安全工作實際，將知識教育和工程能力培養(yǎng)有機地結(jié)合起來。
3.3實驗教學(xué)改革
實驗環(huán)節(jié)是CDIO模式下教學(xué)環(huán)節(jié)的非常重要的組成部分，學(xué)生工程能力的培養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力的提高，有賴于此環(huán)節(jié)[4]。實驗教學(xué)方面通過建設(shè)流體力學(xué)實驗室，將實踐教學(xué)貫穿于學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程，實現(xiàn)對學(xué)生的動手實踐能力、技術(shù)應(yīng)用能力、研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實驗?zāi)K分為基礎(chǔ)驗證類實驗?zāi)K、綜合性實驗?zāi)K和開放性實驗?zāi)K�；A(chǔ)驗證類實驗主要包括雷諾實驗、能量守恒驗證實驗、沿程阻力實驗、局部阻力實驗、文丘里管實驗、流量計實驗、離心泵實驗等[5]。這些實驗過程簡單，能幫助學(xué)生更好地理解流體力學(xué)的基本原理和定律，但缺乏創(chuàng)造性，沒有與安全工程專業(yè)實際相結(jié)合。綜合性實驗如與工業(yè)通風(fēng)課程相結(jié)合，設(shè)計一個通風(fēng)除塵管道模型，學(xué)生通過流體力學(xué)知識制定實驗方案，使用儀器測量風(fēng)速、壓強等相關(guān)參數(shù)計算通風(fēng)阻力。讓學(xué)生把流體力學(xué)知識更好地與安全工程專業(yè)相結(jié)合，解決專業(yè)實際問題。綜合類型的實驗相對較復(fù)雜，采用團隊協(xié)作的方式，通過互相交流討論解決實驗過程中遇到的問題，發(fā)散思維，實驗結(jié)束后進行匯報，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力和溝通能力。開放性實驗?zāi)K通過建設(shè)開放性實驗室，為學(xué)生參加各類學(xué)科競賽、科技創(chuàng)新活動、自主實驗、參與大學(xué)生研究性與創(chuàng)新性實驗項目、參與教師科研項目提供實踐平臺。如學(xué)生可進行計算機虛擬流體力學(xué)實驗、利用flunet軟件模擬火災(zāi)發(fā)生時煙氣流動過程。開放性實驗可鍛煉學(xué)生創(chuàng)新能力。
4結(jié)論
1）安全工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程作為一門學(xué)科基礎(chǔ)課，其教學(xué)改革應(yīng)以專業(yè)能力需求為導(dǎo)向、學(xué)生能力培養(yǎng)為目標，引入CDIO理念進行教學(xué)改革，可提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力、系統(tǒng)思維能力、和工程能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的工程意識及大工程觀。2）基于CDIO理念的“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革應(yīng)注重學(xué)生主體作用的發(fā)揮，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，采用問題學(xué)習(xí)的形式進行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生用基礎(chǔ)理論分析、解決實際問題的能力。3）在“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革中，應(yīng)注重實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)除了基本的基礎(chǔ)驗證類實驗外，組織學(xué)生做一些綜合性、設(shè)計性、開放性實驗，教學(xué)中注重學(xué)生團隊協(xié)作能力，人際交往能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
參考文獻
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