学科教育论文-以社会需求为导向进行近海环境数值模拟课程教学改革探讨.doc

学科教育论文-以社会需求为导向进行近海环境数值模拟课程教学改革探讨【摘要】“近海环境数值模拟”是中国海洋大学环境科学与工程学院面向本科生开设的工作技能层面的课程。该课程需要基础知识较多,学生普遍反映难学。本文以实际应用为导向,探讨该门课程的教学内容和教学方法。教学实践表明,本课程教学方法既提高了学生的基本技能,又加强学生对海洋环境动力过程和物质输运机制的了解,为学生工作和继续学习打下良好的基础。【关键词】近海环境数值模拟教学方法社会需求为导向基本技能随着现代科学技术的发展,计算机技术已广泛应用于各行各业中,现在对一个大学毕业生,不仅要求有坚实的本领域的专业知识,而且有比较扎实的计算机知识1,对海洋环境领域的毕业生而言更是如此。鉴于此,中国海洋大学环境科学与工程学院面向本科生开设了工作技能层面的课程:近海环境数值模拟,该门课程具有鲜明的海洋特色与多学科交叉特点,融合了本学科领域的部分最新科研成果,对培养海洋环保专业人才,具有重要的支撑作用,是我校环境科学专业培养本科生的特色课程之一。该课程要求具有宽厚的海洋动力学基础,扎实的计算机编程的基本技能。国内部分高校根据本校优势学科将计算流体力学等课程纳入本科教学体系3,4,但国内高校,面对本科生开设海洋环境数值模拟的课程很少,教学内容和教学方法都需要探索,对授课教师和学生是个挑战,是学生普遍反映较难的课程。本文以培养学生的数值模拟技能为目标,以解决海洋环保领域的实际问题为导向,探讨近海环境数值模拟课程教学内容及教学方法。1课程教学内容近年来海洋经济快速发展,导致海洋环境问题日益突出,由于海水流动是受多种因素影响的复杂的系统,海洋环境问题的解决需要海洋环境领域的专门人才。为适应海洋环境保护领域对人才的需求,海洋环境数值模拟课程设置的内容以培养学生的基本技能适应社会工作需要为出发点,围绕海洋环境领域实际需求,将教学内容和实际问题密切结合。本课程分上、下两部分,分别在第7和第8学期开设。上部分解决专业基础和数值计算方法基础理论。第一章绪论,论述课程内容、相关研究进展及其学习方法；第2章海洋运动控制方程；第3章海洋环境动力学经典方程；第4章数值计算方法基础；第5章近海水动力学模型；第六章近海物质输运模型；第7章海洋生态系统动力学模型原理。下部分为潮汐、潮流和污染物质迁移扩散的数值模拟。第一章海洋环境问题；第二章近海潮汐潮流数值模拟；第三章污染物在近海的迁移扩散及预测；第四章非保守物质数值模拟；第五章近海环境容量及污染物总量控制技术。2“近海环境数值模拟”课程设置内容的可行性分析教学活动必须因材施教,注重授课对象的基础知识和接受能力,在学生掌握的学科基础上展开。近海环境数值模拟课程是海洋环境动力学方向的特色课程,海洋环境动力学方向的课程体系中若干门课程组成该门课程的基础。中国海洋大学环境科学与工程学院海洋环境动力方向开设的核心课程及课程支撑体系如下:(1)环境学基础:环境科学概论(第一学期)、环境海洋学(第三学期)、生物海洋学(第六学期)等构成该课程海洋环境基础。(2)物理学基础:大学物理(第二学期)、流体力学(第四学期)、物理海洋学(第五学期)等课程构成了该课程的物理、力学基础,为学生了解海洋中各种物质输运的过程和机制打基础。(3)数学基础:高等微积分(第二学期)、数值计算方法(第六学期)、数学物理方法(第四学期)等课程为该门课程提供了算法设计和数值方法基础。(4)计算机基础:大学计算机基础(第一学期)、Fortran程序设计(第三学期)、计算机在环境中的应用(第七学期)等课程提供了语言编程基础。(5)实验及数值计算方法基础:海洋环境调查实习(第六学期)、流体力学实验(第四学期)、数值计算方法上机(第六学期)等课程提供数值试验、海上试验、数据分析等方面的技能。上述课程共同构成了海洋环境数值模拟课程的支撑体系。海洋环境动力学方向的学生在掌握模块核心内容的情况下,是可以接受本课程的教学内容的。3课程教学方法和教学技巧3.1授课内容以社会需求为导向、理论与实践结合由于国内缺少面向本科生的同类教材,教学内容和教学方法必须在教学过程中进行探索,海洋环境动力学方向的骨干教师形成教学团队,紧紧围绕社会需求,理论和实践相结合,教学与科研相结合,并将最新科研成果纳入教学体系。由于课程教学内容和社会需求紧密结合,学生学习过程中具有较大的主观能动性。3.2加强数值试验教学、培养学生动手能力数值模拟也叫计算机模拟或数值试验,通过数值计算和图像显示的方法,达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。对于本课程,结合海洋环境问题建立数值模拟平台是关键环节,目前国内外有许多较为成熟的海洋数值模式,有商业化的软件,如MIKE系列软件,DELT3D软件等,商业化软件费用昂贵,看不见源码,不适合教学。教学团队成员根据自身科研优势,采用开放源程序如POM,ECOM,FVCOM等国际流行的海洋模式为基础,经过适当改进建立起海洋环境领域常用的数值模拟程序,组成程序库,用于海洋环境动力学数值模拟的教学。即增加学生的基本技能,又增加学生编程能力和模拟过程的了解。3.3实现分组学习、强化团队意识本课程需要基础知识较多,学生对知识掌握的程度不同,海洋数值模拟涉及多学科交叉,包括数学、物理、化学、生物、计算机、海洋等学科,对一个本科生,很难独立完成多领域的海洋数值模拟工作。本课程教学过程中进行分组教学,3-5名同学组成一个小组,在学习过程中互相探讨,取长补短,形成浓厚的学习氛围,并避免个别同学知难而退的情况,起到了提高学习,知识互补,增强团队意识的教学效果。3.4课程考核形式课程的考核形式是检验课程教学效果的重要一环。根据本课程的特点近海环境数值模拟(上)以读书报告、平时作业、期末考试相结合。近海环境数值模拟(下)期末考试占50%,数值模拟报告(占50%)。实践表明,注重学习过程中的考核,避免了学生考前突击,减轻了学生考试负担,丰富了学生的知识面,增强了学生的学习兴趣。4结语教学过程是个在探索中不断完善的过程的,通过近海环境数值模拟(上,下)两轮的教学实践,本课程教学内容和教学模式基本成熟,学生学习兴趣浓厚,反映效果良好,收到良好教学效果。在后面的教学中,我们将根据毕业学生在工作和继续学习过程反馈的意见,继续对教学内容和教学方法进行更新和完善,为海洋环境保护事业培养更多高素质专门人才。参考文献1吴耿锋,顾雨民.吸收国内外新技术,创建有特色的课程-开设数值方法与数字仿真课程的几点体会.教育与现代化.1994,1:12-16.2孙文心,江文胜,李磊