工程流體力學(xué)的大視角—礦加與過控專業(yè)工程流體力學(xué)教學(xué)體驗(yàn)

胡亞非 張文軍 王啟立 劉 頎

中國礦業(yè)大學(xué)(徐州) 江蘇徐州 221008

工程流體力學(xué)的大視角—礦加與過控專業(yè)工程流體力學(xué)教學(xué)體驗(yàn)

胡亞非 張文軍 王啟立 劉 頎

中國礦業(yè)大學(xué)(徐州) 江蘇徐州 221008

針對中國礦業(yè)大學(xué)礦物加工和過程控制的專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合工程流體力學(xué)的知識體系，運(yùn)用多種教學(xué)媒體和新穎的教學(xué)互動方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，取得良好的教學(xué)效果。

流體力學(xué)；教學(xué)媒體；教學(xué)改革

工程流體力學(xué)是化工類各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。在課程教學(xué)中，針對工程流體力學(xué)的課程特點(diǎn)和礦物加工工程與過程裝備與控制工程的專業(yè)特色，把握工程流體力學(xué)的大視角，以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)，廣教學(xué)媒體，重教學(xué)互動，取得了很好的教學(xué)效果。

1 廣教學(xué)媒體

教學(xué)大綱，課程說明、課程實(shí)施方案和多媒體課件是教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)的載體。工程流體力學(xué)課程除了完善上述剛性載體，還特別重視印刷媒體、網(wǎng)絡(luò)媒體、音像媒體，新聞媒體、實(shí)物媒體的教學(xué)輔導(dǎo)作用，多渠道獲取教學(xué)資源和教學(xué)信息。寓枯燥抽象的流體力學(xué)公式概念于形象直觀的理解和掌握。

1.1 印刷媒體

工程流體力學(xué)參考書，過控專業(yè)的《工程流體力學(xué)》是過程裝備與控制專業(yè)核心課程統(tǒng)編教材，由于難度大，很多高校已經(jīng)放棄使用。我校一直堅持使用，但指定學(xué)生同時使用難度較低的工程流體力學(xué)參考書，教師掌控知識高點(diǎn)但簡化應(yīng)用背景，與低難度教材在靜力學(xué)基本方程、動量定理、伯努力方程、N-S方程等重要的知識點(diǎn)做好教材與參考書的對接。

1.2 網(wǎng)絡(luò)媒體

國家精品課程建設(shè)已經(jīng)為工程流體力學(xué)的教學(xué)創(chuàng)造了非常繁榮的精品網(wǎng)絡(luò)課件群；相比教材，課件的解析性、溝通性、糾偏性和練習(xí)性強(qiáng)，優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)課件是工程流體力學(xué)課程的寶貴教學(xué)資源。

1.3 音像媒體

都江堰、靈渠、三峽等水利工程都已逐漸成為重要的旅游景點(diǎn)，利用這些景點(diǎn)的專題片了解水利工程的流體力學(xué)知識：都江堰的魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶引水口；靈渠的鏵嘴與三七分流；三峽蓄水與沿江生態(tài)；引導(dǎo)學(xué)生們從流體力學(xué)的視角去感受人類水利史上充滿智慧光彩的宏大工程。旅游景點(diǎn)的音像宣傳片也是學(xué)生課后學(xué)習(xí)的有益素材。

1.4 新聞媒體

與流體力學(xué)相關(guān)的大事件新聞報道是流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要點(diǎn)綴。靈芝機(jī)場建在雅魯藏布江的峽谷里，周圍都是海拔4600米以上的山，2006年9月1日靈芝機(jī)場首航是對27m/s風(fēng)流和切變的成功挑戰(zhàn)；2007年2月頂風(fēng)行車的新疆列車傾覆，龍卷風(fēng)新聞報道、因起飛跑道錯誤而導(dǎo)致的墜機(jī)事件、南水北調(diào)、西氣東輸?shù)墓こ踢M(jìn)展等都是流體力學(xué)知識相關(guān)度極高的新聞素材，啟發(fā)學(xué)生們關(guān)注身邊的流體力學(xué)。

1.5 實(shí)物媒體

實(shí)物及模型直觀、可觸，是最好的多媒體。例如對于測壓部分，將壓力表、皮托管等小體積實(shí)物帶進(jìn)課堂，讓學(xué)生課后動手解剖；組織學(xué)生觀察手動壓水井，并利用所學(xué)知識分析其原理、了解其結(jié)構(gòu)；組織學(xué)生利用課余時間觀察實(shí)驗(yàn)室的部分流機(jī)實(shí)物及模型，加深對流機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

2 重教學(xué)互動

課堂是教師授課的舞臺，但是全程講解缺少互動，教學(xué)效果不好。教師的精講和梳理應(yīng)當(dāng)輔以學(xué)生的互動訓(xùn)練。因此，設(shè)計了2～3次教學(xué)互動主題活動。一是在課程進(jìn)行到中期，學(xué)生們已經(jīng)具備流體力學(xué)基礎(chǔ)知識時，讓學(xué)生們用“流力眼”過濾身邊的流體力學(xué)現(xiàn)象，特別是以流程性材料的加工與制造為工業(yè)背景的流體力學(xué)現(xiàn)象。學(xué)生們會驚奇地發(fā)現(xiàn)生活中、工程上流體力學(xué)現(xiàn)象一直伴隨我們左右。因?yàn)槊芮?，因?yàn)橛杏?，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主體地位得以確立，獨(dú)立思考，主動求知，使學(xué)生從知識的被動接受者變?yōu)橹R的主動構(gòu)建者，從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)化為“我想學(xué)”“我要學(xué)”。二是選擇章節(jié)轉(zhuǎn)承有難度的新內(nèi)容開始，以“為新章節(jié)寫導(dǎo)語”為互動主題，啟發(fā)學(xué)生挖掘知識結(jié)構(gòu)的聯(lián)接與發(fā)展。靈活學(xué)習(xí)，動態(tài)學(xué)習(xí)。

嘗試設(shè)計部分題目，讓學(xué)生課后以3～4人成組查資料、交流、探討，并形成文本或PPT；鼓勵電腦好的同學(xué)以組為單位，設(shè)計動畫，對部分流體力學(xué)的原理以及實(shí)物、模型的原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行模擬、演示。擇機(jī)當(dāng)眾宣講和展示，既調(diào)動學(xué)生課后學(xué)習(xí)的主動性，又培養(yǎng)觀察、思考的好習(xí)慣，同時對學(xué)生的交流、協(xié)作能力的培養(yǎng)很有意義。

3 走近科學(xué)家的科學(xué)實(shí)踐

繞流與輸運(yùn)是本科流體動力學(xué)的兩大部分。流體輸運(yùn)是過控專業(yè)學(xué)生非常愿意了解和掌握的，因?yàn)閷I(yè)相關(guān)度高。過控專業(yè)的成套過程裝置是組成過程工業(yè)的工作母機(jī)群，通常是由一系列的過程機(jī)械和過程設(shè)備，按一定的流程方式用管道、閥門等連接起來的獨(dú)立的密閉連續(xù)系統(tǒng)，流程性材料在其中經(jīng)歷的流動和輸運(yùn)，學(xué)生們有自主學(xué)習(xí)的需求和動力。繞流(包括勢流與邊界層)內(nèi)容在礦物加工的很多問題中都是基礎(chǔ)，具有重要影響，在本科流體力學(xué)中內(nèi)容篇幅較少，很多規(guī)律都是半經(jīng)驗(yàn)公式，相比流體輸運(yùn)的連續(xù)性方程、動量定理和伯努力方程，講起來枯燥，學(xué)生們困惑。為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在繞流與邊界層等難度較大的章節(jié)，以“普朗特、馮-卡門和錢學(xué)森三代師徒與現(xiàn)代航天科技”為題，引導(dǎo)同學(xué)們走近科學(xué)家的科學(xué)實(shí)踐。當(dāng)講到壁面摩擦阻力系數(shù)、斯托克斯阻力系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)公式時，我們介紹了卡門-錢阻力系數(shù)公式，首先建立學(xué)生們對經(jīng)驗(yàn)公式的崇敬，經(jīng)驗(yàn)不是“大概”更不是“隨便”，每一個經(jīng)驗(yàn)公式都是科學(xué)大師心血和智慧的結(jié)晶。然后引導(dǎo)學(xué)生們理解流體是通過邊界層對被繞流物體施力，邊界層的形態(tài)決定被繞流物體受力的大小和方向，因此也決定了繞流物體的軌跡。

4 教學(xué)效果

工程流體力學(xué)歷來被認(rèn)為是很難講授的課程，概念抽象、公式多、枯燥無味是大部分學(xué)生對這門課程的反映，我?；W(xué)院礦物加工和過控兩個專業(yè)在工程流體力學(xué)的教學(xué)中，改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，充分利用現(xiàn)有的各類教學(xué)媒體和手段，以學(xué)生為教學(xué)主體，采用新穎的教學(xué)互動方式，提高了學(xué)生對工程流體力學(xué)的興趣，變被動接受為主動吸收，課程結(jié)束后學(xué)生的反映不再是枯燥無味，而是有趣、有用，取得了良好的教學(xué)效果。

[1]李文科.流體力學(xué)與流體機(jī)械課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2009，23(4)：113～114

[2]盛偉，衛(wèi)運(yùn)鋼，李敬.工程流體力學(xué)精品課建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].中國電力教育，2008，1：100～101

[3]董慶偉.工程流體力學(xué)課程教學(xué)改革的實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，12：78～80

[4]陳曉珊，洪文鵬，張玲，等.工程流體力學(xué)課程改革的思考[J].東北電力學(xué)院學(xué)報，2006，26(3)：54～56

Abstract: According to the specialty characteristics of mineral processing and process equipment & control engineering, combining with the knowledge system of engineering fluid mechanics, the authors use various teaching media and novel interactive teaching method to inspirit the students’ learning initiative. Consequently, good teaching effect has been obtained.

Key words: fluid mechanics; teaching media; teaching reform

The wide view of engineering fl uid mechanics

Hu Yafei, Zhang Wenjun, Wang Qili, Liu Qi
China university of mining and technology, Xuzhou, 221008, China

2010-07-25

胡亞非，教授。

國家特色專業(yè)(礦物加工工程)建設(shè)基金。