工程流體力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

于靖博，張文孝，李廣華

（大連海洋大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 大連 116023）

《工程流體力學(xué)》是我國(guó)高等院校工科各專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，作為研究流體力與運(yùn)動(dòng)的專業(yè)學(xué)科，該課程以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理以及理論力學(xué)等基礎(chǔ)課程為基礎(chǔ)，同時(shí)承擔(dān)著后續(xù)專業(yè)課程的橋梁與紐帶作用。盡管目前國(guó)內(nèi)各院校在該課程的教學(xué)實(shí)踐中，都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)并取得了不少成果，但是一方面由于該課程理論性和抽象性較強(qiáng)，另一方面各院校又在不同程度地削減這門課的教學(xué)學(xué)時(shí)，因此在該課程的教學(xué)過(guò)程中，存在部分教學(xué)內(nèi)容陳舊、理論與實(shí)踐相脫離以及學(xué)生反映該課程難學(xué)的現(xiàn)象仍然普遍存在。

為了能在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，使學(xué)生掌握更多的流體力學(xué)知識(shí)和技能，筆者結(jié)合自身及同行多年來(lái)《工程流體力學(xué)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，深入進(jìn)行教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面的探索實(shí)踐，認(rèn)為應(yīng)該在如下方面進(jìn)行教學(xué)課程改革。

1 改革部分教學(xué)內(nèi)容

《工程流體力學(xué)》作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，多年來(lái)普遍以介紹基本概念、推導(dǎo)基本方程、分析經(jīng)典流體力學(xué)現(xiàn)象及求解流體基本問(wèn)題為主要內(nèi)容。而國(guó)內(nèi)大部分教材也都是遵循這一模式編寫，這就形成了“教師課堂板書推導(dǎo)公式，學(xué)生課后使用公式做題”的傳統(tǒng)教學(xué)模式。

這種教學(xué)模式的弊端，就在于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容缺乏主觀思考，學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性都不高，學(xué)生對(duì)所推導(dǎo)的內(nèi)容理解不深，無(wú)法將其應(yīng)用到后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)中去。而流體力學(xué)又恰恰是一門以公式繁多為特點(diǎn)的課程，所以在傳統(tǒng)的教學(xué)及考核過(guò)程中，無(wú)論是教師還是學(xué)生，往往都在一些數(shù)學(xué)公式和基礎(chǔ)概念上花費(fèi)了大量的時(shí)間，卻忽略了一些與專業(yè)知識(shí)相聯(lián)系的規(guī)律性的內(nèi)容。

美國(guó)心理學(xué)家布魯納指出：“學(xué)習(xí)的最好動(dòng)力，是對(duì)學(xué)習(xí)材料的興趣”。大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，首先來(lái)源于對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)可程度。所以在教學(xué)內(nèi)容的組織上，教師應(yīng)適當(dāng)舍棄一些繁冗枯燥的公式推導(dǎo)，力求遵循先舉實(shí)例現(xiàn)象，然后提出問(wèn)題，最后理論解釋的教學(xué)模式。這樣從“緒論”課一開(kāi)始，就緊緊抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的研究熱情，從而達(dá)到避免學(xué)生對(duì)該課程產(chǎn)生抵觸心理的效果。

例如在“緒論”課上，教師完全可以自主設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，從東方、西方或者古代、近代和現(xiàn)代等多條線索對(duì)比出發(fā)，通過(guò)大量的圖片和直觀的人物事跡，來(lái)展示工程流體力學(xué)的發(fā)展史。通過(guò)對(duì)比講解，不僅使學(xué)生對(duì)整個(gè)流體力學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)有了一個(gè)較為清晰的認(rèn)知，還可以使學(xué)生感受到中國(guó)近代科學(xué)技術(shù)落后的屈辱史，從而進(jìn)一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)報(bào)國(guó)熱情。

同時(shí)還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生了解當(dāng)前工程流體力學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，就是廣泛深入地向邊緣交叉學(xué)科滲透，這使得許多流體力學(xué)問(wèn)題不能再?gòu)默F(xiàn)成的書本中尋找答案，而要求流體力學(xué)工作者具備更強(qiáng)的主動(dòng)進(jìn)取精神和創(chuàng)新思維能力，需要更善于從錯(cuò)綜復(fù)雜的工程實(shí)踐中，獨(dú)立地提出問(wèn)題和解決問(wèn)題。

2 將抽象理論與工程實(shí)踐相結(jié)合

《工程流體力學(xué)》是理論與工程實(shí)際密切結(jié)合的一門學(xué)科。因此專業(yè)課教師在講授抽象理論的同時(shí)，一定盡可能地將相關(guān)專業(yè)知識(shí)和工程實(shí)踐一并講解。在介紹重要概念和重要知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，工程實(shí)踐的舉例一定必不可少。

例如在講解伯努利方程的時(shí)候，教師可以將后續(xù)專業(yè)課中有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)中流體流動(dòng)的問(wèn)題，用能量的概念來(lái)解釋，這樣就可以使學(xué)生理解伯努利方程中位置水頭、壓力水頭和速度水頭的概念及它們之間的關(guān)系，同時(shí)還能提前掌握部分專業(yè)課知識(shí)。還可以將伯努利方程應(yīng)用于皮托管和流量計(jì)、動(dòng)量矩方程應(yīng)用于離心泵和渦輪機(jī)械，以彌補(bǔ)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的欠缺。通過(guò)舉例講解船只如何通過(guò)大壩船閘，學(xué)生可以更好地理解連通器原理。

另外，教師還可以把學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，所觀察到的現(xiàn)象和工程流體力學(xué)的理論知識(shí)相結(jié)合。比如說(shuō)在造船企業(yè)實(shí)習(xí)的時(shí)候，引導(dǎo)學(xué)生考慮如何減小船體行駛中的阻力；在設(shè)計(jì)管系的時(shí)候，如何提高泵浦的效率，怎樣優(yōu)化管路等等。

3 合理使用多媒體

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，多媒體教學(xué)已經(jīng)被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的喜愛(ài)。在《工程流體力學(xué)》教學(xué)中，采用多媒體的最大好處，就是可以將許多復(fù)雜的流動(dòng)物理圖像直觀地展示給學(xué)生。例如歐拉法和拉格朗日法的描述，以及層流和湍流的區(qū)別等等。

采用多媒體技術(shù)，可以使授課方式更加靈活生動(dòng)，縮短學(xué)生對(duì)新知識(shí)的認(rèn)知過(guò)程，提高課堂的教學(xué)效率，還可以幫助學(xué)生理解難點(diǎn)概念，從而保證教學(xué)品質(zhì)的穩(wěn)定。

但就《工程流體力學(xué)》這門課程而言，多媒體技術(shù)并不能完全取代傳統(tǒng)的板書教學(xué)，二者各有利弊，而且應(yīng)用的時(shí)機(jī)和適用的內(nèi)容，也有較大區(qū)別。因此，教師應(yīng)采取多媒體和傳統(tǒng)授課方法有機(jī)結(jié)合的方式，展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)。

例如在進(jìn)行公式推導(dǎo)、習(xí)題講解步驟以及強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，教師在手寫板書及同步闡述講解的過(guò)程中，可以促進(jìn)學(xué)生的積極思維和參與意識(shí)，這樣不僅可以留給學(xué)生足夠的思考時(shí)間，還能夠加深學(xué)生對(duì)公式推導(dǎo)過(guò)程理解，加深學(xué)生的記憶。

而在涉及到工程實(shí)際問(wèn)題，尤其是和能源動(dòng)力類專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，就可引入多媒體技術(shù)進(jìn)行授課。

例如在講解流體靜力學(xué)壁面（平面壁、曲面壁）受力問(wèn)題時(shí)，可插入油輪儲(chǔ)罐以及水箱、油箱和壓力容器等相關(guān)圖片，使學(xué)生更直觀地了解壁面受力計(jì)算問(wèn)題在工程實(shí)際中應(yīng)用的普遍程度；

在講解管路系統(tǒng)阻力損失計(jì)算及有壓管路問(wèn)題時(shí)，則可插入世界最長(zhǎng)輸油管路、船舶供水系統(tǒng)管路及通風(fēng)系統(tǒng)圖片，使學(xué)生對(duì)管路系統(tǒng)建立起感性認(rèn)識(shí)；

對(duì)于局部阻力和沿程阻力計(jì)算問(wèn)題，則可插入局部阻力和沿程阻力產(chǎn)生的FLASH動(dòng)畫，以及管道閥門、三通、彎頭、管路突然擴(kuò)大和突然縮小等局部裝置的多媒體課件，使學(xué)生能透徹理解局部阻力和沿程阻力產(chǎn)生的原因以及如何控制其大小。

4 重視提高學(xué)生的實(shí)踐能力

流體力學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而目前大部分流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)，都屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生依照實(shí)驗(yàn)規(guī)定的操作規(guī)程，完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理即可。這樣是無(wú)法充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)對(duì)課堂所學(xué)理論的鞏固和深化效果的，而且學(xué)生缺乏利用所學(xué)知識(shí)自主參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的鍛煉。因此，創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以外的條件與機(jī)會(huì)，對(duì)于提高學(xué)生實(shí)踐能力是十分必要的。

一方面，因?yàn)椤豆こ塘黧w力學(xué)》這門課程本身就是為現(xiàn)實(shí)世界中的事物服務(wù)的，因此可以讓學(xué)生課后多留意觀察身邊他們感興趣的流體力學(xué)現(xiàn)象，然后結(jié)合課堂所學(xué)知識(shí)和個(gè)人想法，撰寫論文或進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造。本院很多學(xué)生就以大學(xué)生科技活動(dòng)中心為平臺(tái)，發(fā)表多篇論文并申請(qǐng)多項(xiàng)專利，并獲得多次省市級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。

另一方面，為了促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)理論與工程實(shí)踐很好結(jié)合，為他們將來(lái)走向工作崗位盡快適應(yīng)角色打下良好基礎(chǔ)，還應(yīng)采用以科研項(xiàng)目帶動(dòng)實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)模式。通過(guò)吸引學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，將與《工程流體力學(xué)》課程有關(guān)的內(nèi)容讓他們直接參與設(shè)計(jì)和計(jì)算，真正體會(huì)利用理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。而且通過(guò)參與科研項(xiàng)目，學(xué)生可以進(jìn)一步了解專業(yè)知識(shí)和科研技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，加深對(duì)專業(yè)的認(rèn)知程度，并體會(huì)到基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前流體力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程存在的一些主要問(wèn)題，提出了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上的改革措施，強(qiáng)調(diào)“先實(shí)踐、后理論”和突出實(shí)踐環(huán)節(jié)重要性的思想，同時(shí)工科院校更應(yīng)該注重以工程實(shí)例輔助教學(xué)方面的投入，從而達(dá)到提高學(xué)生綜合能力的目的。

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