卓越計劃背景下的流體力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐

劉宏升，朱 泓，張 博

（大連理工大學(xué)能源與動力學(xué)院，遼寧大連 116024）

卓越計劃背景下的流體力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐

劉宏升，朱 泓，張 博

（大連理工大學(xué)能源與動力學(xué)院，遼寧大連 116024）

根據(jù)教育部提出的 “卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”對工程教育的要求，結(jié)合大連理工大學(xué)能源動力類流體力學(xué)課程的教學(xué)實踐，進行了面向工程教育的教學(xué)內(nèi)容改革、結(jié)合工程需要的立體化教學(xué)資源建設(shè)、多種形式的研究型教學(xué)模式、教學(xué)科研緊密結(jié)合的教學(xué)特色等多方面的教學(xué)改革，探索從傳統(tǒng)的知識傳授型教學(xué)向研究型教學(xué)轉(zhuǎn)變的途徑，旨在為卓越計劃背景下能源動力類專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)改革提供參考和借鑒。

卓越工程師；流體力學(xué)；工程教育；研究型教學(xué)

教育部提出的卓越工程師教育培養(yǎng)計劃（卓越計劃）是國家振興工程教育的一項重大舉措［1］，對我國的工程教育改革具有重要意義。如何落實卓越計劃要求、深化教學(xué)改革已成為各高?？滩蝗菥彽墓ぷ鳎?］。大連理工大學(xué)是首批入圍卓越計劃的試點高校，其熱能與動力工程專業(yè)是首批落實卓越計劃的試點專業(yè)。為了保證卓越計劃順利實施，熱能與動力工程專業(yè)根據(jù)工程教育對課程的要求，將專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)落實到具體課程，對主干課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容進行了整合，同時在教學(xué)改革方面做了大量工作。本文以流體力學(xué)課程為例，開展卓越計劃實施過程中專業(yè)基礎(chǔ)核心課程改革的探索與實踐。

1 面向工程教育的教學(xué)內(nèi)容改革

流體力學(xué)是能源動力學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課程的核心基礎(chǔ)課程之一，在課程體系中具有重要地位［3］。由于流體力學(xué)課程理論性強又具有較強的工程應(yīng)用背景，在教學(xué)中需要同時兼顧知識的繼承性與先進性，教學(xué)內(nèi)容既要涵蓋傳統(tǒng)的經(jīng)典力學(xué)知識，又要涉及大量聯(lián)系工程實際的新成果、新知識，如何在卓越計劃背景下構(gòu)建與工程教育相銜接的課程教學(xué)內(nèi)容、處理好經(jīng)典與現(xiàn)代的關(guān)系已成為課程改革的首要任務(wù)［4］。

本課程教學(xué)內(nèi)容改革的根本原則是：

（1）根據(jù)學(xué)科發(fā)展與科技進步的要求優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，確定傳承什么、怎么傳承，對傳統(tǒng)的經(jīng)典知識進行取舍與合理組織，保證經(jīng)典知識的穩(wěn)定性；

（2）將學(xué)科前沿知識、最新科研成果融入教學(xué)，促進知識創(chuàng)新，既充實理論知識又開闊學(xué)生眼界，保證新增內(nèi)容的先進性；

（3）教學(xué)內(nèi)容由面向單學(xué)科向面向多學(xué)科轉(zhuǎn)變。

在這樣的原則下，課程教學(xué)中減少了理想流體的復(fù)雜理論知識，增加了實際黏性流體的流動、受力分析。例如：刪減了實際應(yīng)用很少的漩渦三大定理、誘導(dǎo)速度場等理想流體漩渦理論部分內(nèi)容；增加了實際管道水力計算的內(nèi)容，重在解決實際工程問題；適當(dāng)擴展了后續(xù)課程涉及到的基本知識，如量級分析法、渦輪機械基本方程等，旨在為專業(yè)課程教學(xué)打好基礎(chǔ)；補充了機械類液壓傳動、車身流線型設(shè)計等跨學(xué)科知識，課程由能源動力類學(xué)科逐漸向機械、汽車、環(huán)境等學(xué)科輻射，逐步形成服務(wù)于寬口徑專業(yè)教育的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)內(nèi)容。

2 以工程案例教學(xué)法為代表的研究型教學(xué)模式

卓越工程師的一個典型特點是具備很強的自主學(xué)習(xí)、獨立解決問題的能力，因此培養(yǎng)的重點不在于加深學(xué)生的專業(yè)知識，而在于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)［5］，這就要求教師要從知識傳授型教學(xué)模式向研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，使學(xué)生從知識接受者變?yōu)橹R的探究者，從傳統(tǒng)的重教輕學(xué)向“教主于學(xué)”轉(zhuǎn)變［6］。研究型教學(xué)模式包括很多方面的內(nèi)容，我們在教學(xué)中探索了包括實施案例教學(xué)法、推進學(xué)習(xí)創(chuàng)新、改革考核方式在內(nèi)的多種方式：

（1）提倡基于工程實際問題的案例式教學(xué)法。教師在課堂上根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的需要，利用工程案例組織學(xué)生進行學(xué)習(xí)、討論，以鍛煉學(xué)生的分析、歸納、總結(jié)的能力。課程組精心設(shè)計了一些習(xí)題課與專題討論課來解決與課程基本理論相關(guān)的實際問題，提升學(xué)生解決問題的能力。例如在學(xué)習(xí)管道水力計算時，課堂上提出一個相對復(fù)雜的管道設(shè)計問題，讓學(xué)生討論設(shè)計方案并完成計算。需要注意的是在案例選取上，教師要精心設(shè)計、選擇具有啟發(fā)性的討論題，給學(xué)生一定的思維空間，才能真正提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

（2）以教師教學(xué)創(chuàng)新促進學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新，實現(xiàn)課內(nèi)與課外有機結(jié)合。本課程力求構(gòu)建一種“寓教于樂、寓學(xué)于研”的教學(xué)氛圍，從封閉型課堂向開放型課堂轉(zhuǎn)變，以提升整體教學(xué)效果。主要采取2種方式，其一是在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生把握流體力學(xué)解決問題的思維方式和研究方法，對于特定知識點安排專題作業(yè)，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，例如在介紹量綱原理基本思想之后，給出量綱分析大作業(yè)，讓學(xué)生必須通過課后大量查閱文獻才能完成相關(guān)作業(yè)，鍛煉學(xué)生獨立解決問題的能力；其二是布置課程論文任務(wù)，讓學(xué)生在課外完成一篇流體力學(xué)知識應(yīng)用的課程論文，教師可以參與通過解決開放性問題，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。從實踐效果來看，學(xué)生參與課后學(xué)習(xí)的積極性很高，雖然完成專題作業(yè)與論文的水平參差不齊，但基本能夠自主完成，達到課外鍛煉的目的。

（3）探索以評價學(xué)生“學(xué)習(xí)成效”為導(dǎo)向的課程考核方式。本課程針對卓越計劃對“卓越”的要求，以學(xué)生的能力培養(yǎng)為主線，教學(xué)中不是把學(xué)生學(xué)到了具體的知識點作為目標(biāo)，而是更注重學(xué)生學(xué)習(xí)到了什么方法、具備了什么能力，在這一原則指導(dǎo)下不斷探索課程考核方式的改革［7］。成績評價不再以記憶性的書本知識為主要內(nèi)容，即從考核學(xué)生學(xué)習(xí)成績向評價學(xué)習(xí)成效轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生從注重考試結(jié)果向注重學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。在具體做法上，將平時成績由20%增至30%，加大對課后專題作業(yè)與課程論文的考核力度，課程作業(yè)避免題海訓(xùn)練，加大綜合性、設(shè)計性和開放性題目的數(shù)量，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所表現(xiàn)出來的情感、學(xué)習(xí)策略、合作精神等因素進行全面的綜合評價。

3 結(jié)合工程需要構(gòu)建立體化教學(xué)資源

課程教學(xué)離不開豐富的教學(xué)資源，對于卓越工程師培養(yǎng)而言，面向工程需要的教學(xué)資源建設(shè)成為課程建設(shè)的一項重要工作［8］。本課程提出豐富教學(xué)資源、實現(xiàn)立體式教學(xué)的課程建設(shè)方針，重點建設(shè)了教材、多媒體教學(xué)軟件和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)3種教學(xué)資源。

教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要依據(jù)，在教學(xué)中占有重要地位。本課程從“工程”的角度出發(fā)概念，在原有高等學(xué)校理工科力學(xué)類規(guī)劃教材的基礎(chǔ)上，編寫新版教材《工程流體力學(xué)》（第四版），注重了基本理論與工程應(yīng)用的有機結(jié)合，目前被多所高校選作本科教材，在國內(nèi)具有一定的地位。在實驗教材建設(shè)方面，與本課程實驗教學(xué)完全匹配的《熱工基礎(chǔ)實驗教程》于2012年出版，2本教程都是根據(jù)學(xué)院的實際教學(xué)情況，并綜合考慮理論教學(xué)與工程人才培養(yǎng)需求編寫而成。

在教材建設(shè)基礎(chǔ)上，課程組編制了流體力學(xué)課程電子教案，該電子教案得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)可與好評，曾獲得校優(yōu)秀多媒體課件一等獎；與教材相配套的習(xí)題測試軟件已在教學(xué)中使用多年，可以進行教材習(xí)題的抽題測試與解答。目前該軟件正在升級，力求進一步完善功能，逐漸形成課程習(xí)題庫。

流體力學(xué)課程在學(xué)校網(wǎng)上學(xué)習(xí)中心開課已經(jīng)6年多，學(xué)生可以通過校內(nèi)賬號登錄后進行瀏覽通告、參與討論、下載資料等操作，教師通過學(xué)習(xí)中心發(fā)布課程通知、教學(xué)安排、教學(xué)重點等信息，并針對難點問題與學(xué)生進行討論、交流，同時上傳大量的習(xí)題、圖片及學(xué)習(xí)課件等資料供學(xué)生參考，師生之間教與學(xué)的結(jié)合在這一平臺上得到了充分的體現(xiàn)，起到了很好的教學(xué)相長的作用。

4 教學(xué)與科研相融合，形成鮮明的教學(xué)特色

教學(xué)與科研被譽為高校的2個中心，高水平的科學(xué)研究有利于教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、更新教學(xué)內(nèi)容和改革教學(xué)方法，學(xué)生可以直接從中受益［9］。堅持教學(xué)科研并重，做到教學(xué)科研相長已成為培養(yǎng)卓越人才的必然要求［10］。卓越計劃對教學(xué)中的工程型科研因素提出了更高的要求，本課程努力探索科研與教學(xué)相融合的途徑，力求將最新研究成果有效地凝練為教學(xué)內(nèi)容。一方面注重基礎(chǔ)理論與科技前沿的結(jié)合，及時將目前具有代表性的科技創(chuàng)新、科學(xué)研究和實驗教學(xué)改革成果有機融入到教學(xué)之中，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識；另一方面增加了通用計算流體力學(xué)（CFD）軟件Fulent在課程中的使用［11］，通過合理安排教學(xué)內(nèi)容與形式，充分發(fā)揮CFD軟件在流體力學(xué)教學(xué)中的3種功能：

（1）軟件模擬結(jié)果的演示功能。流體力學(xué)課程中，很多內(nèi)容都可以用Fulent進行模擬、演示，例如：用于模擬管道截面突然擴大的流函數(shù)分布，模擬繞流問題流場變化規(guī)律及各種流動問題的流線演示等，通過形象直觀的演示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進而介紹相關(guān)的理論知識，如圖1所示為截面突然擴大的管流在入口速度分別為0.1m/s和10m/s時的壓力分布對比圖。

圖1 入口速度對截面擴大管流壓力分布的影響

（2）軟件操作對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的引導(dǎo)功能。教師在課堂上簡單介紹軟件的基本思想、用途及簡單操作等相關(guān)知識，使學(xué)生對流動計算的相關(guān)軟件有所了解，增加學(xué)習(xí)的興趣。實踐表明，很多學(xué)生希望在課后能夠了解、學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，并積極參與大學(xué)生創(chuàng)新性計劃項目，實踐創(chuàng)新能力得到了很大的提高。

（3）軟件解決科研問題的應(yīng)用功能。結(jié)合教師的科研工作，通過引入CFD軟件解決實際科研問題的應(yīng)用實例，例如模擬不可壓流體在小球堆積型多孔介質(zhì)中的流動過程，分析壓力、速度、流函數(shù)等重要參數(shù)分布規(guī)律，如圖2所示為速度分布規(guī)律，將以CFD軟件為工具解決實際科研問題的教學(xué)案例，有機融合到課堂教學(xué)之中。

圖2 小球型多孔介質(zhì)內(nèi)流動的速度分布

5 以立德樹人為本，教書育人相結(jié)合

大學(xué)教學(xué)區(qū)別于中小學(xué)教學(xué)的特點之一是教師與學(xué)生接觸的時間相對較少，教師注重更多的是學(xué)生學(xué)習(xí)方面的問題，而容易疏忽對學(xué)生的思想教育。對于目前個性突出、以獨生子女為主的大學(xué)生來講，教師必須具有強烈的責(zé)任心和使命感，給予學(xué)生足夠的人文關(guān)懷，并在思想教育和教學(xué)管理方面對學(xué)生加以正確的引導(dǎo)與教育，才能達到“教書育人”的目的［12］。

在流體力學(xué)的教學(xué)過程中采用教育管理兩手抓的方針，一方面加強學(xué)生的思想教育工作，從教書育人的角度引導(dǎo)學(xué)生自我管理；另一方面強化課程管理，以嚴(yán)格的考核制度監(jiān)督約束學(xué)生在課堂、課后及考試中嚴(yán)于律己。教師經(jīng)常跟學(xué)生提到的要求是：要誠信、要思考、要尊重他人；不遲到、不抄襲、不輕言放棄。將教育思想落實在具體教學(xué)細(xì)節(jié)上，如針對抄襲作業(yè)的問題，對學(xué)生進行“誠信”教育；針對上課遲到的問題，對學(xué)生進行“守時、守信”教育；針對課堂紀(jì)律的問題，進行“尊重老師、尊重他人”的教育；對于個別學(xué)生因跟不上學(xué)習(xí)進度而出現(xiàn)厭學(xué)現(xiàn)象，則鼓勵他們面對困難要做到不拋棄、不放棄，以培養(yǎng)學(xué)生百折不撓的意志和品質(zhì)。實踐表明，這種教育與管理相結(jié)合的方式有利于建立教學(xué)規(guī)范化制度，進而形成良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣，在潛移默化中起到了立德樹人的作用。

6 結(jié)束語

本文在實施卓越工程師培養(yǎng)計劃的背景下，對能源動力類流體力學(xué)課程進行了一系列改革實踐。通過調(diào)整傳承經(jīng)典知識、更新現(xiàn)代應(yīng)用知識的方式，使教學(xué)內(nèi)容由面向單學(xué)科向面向多學(xué)科轉(zhuǎn)變；開展了基于工程問題的案例式教學(xué)法、以教師教學(xué)創(chuàng)新促進學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新、以評價學(xué)生學(xué)習(xí)成效為導(dǎo)向的考核方式為主要內(nèi)容的研究型教學(xué)模式改革；結(jié)合工程需要重點建設(shè)了教材、多媒體教學(xué)軟件和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)3種教學(xué)資源；通過引入計算流體力學(xué)軟件在課程中的應(yīng)用，加強了教學(xué)與科研相結(jié)合；通過強化思想教育與課程管理實現(xiàn)立德樹人的教育目標(biāo)，為卓越工程師培養(yǎng)過程中的工科課程教學(xué)改革提供有益借鑒。

（References）

［1］中華人民共和國教育部.關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見［Z］.教高［2011］1號.

［2］林健.形成具備競爭優(yōu)勢的卓越工程師培養(yǎng)特色［J］.高等工程教育研究，2012（6）：7－21.

［3］陳卓，周乃君.問題引導(dǎo)法視域下專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的思考：以能源動力類《流體力學(xué)》課程為例［J］.現(xiàn)代大學(xué)教育，2012（5）：104－107.

［4］林健.面向“卓越工程師”培養(yǎng)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革［J］.高等工程教育研究，2011（5）：1－9.

［5］扶慧娟，辛勇.推行卓越工程師計劃培養(yǎng)實踐型工程人才［J］.實驗技術(shù)與管理，2011，28（11）：154－158.

［6］李志義.我國工程教育改革的若干思考［J］.中國高等教育，2012（20）：30－33.

［7］劉海燕.關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成效：美國大學(xué)學(xué)院聯(lián)合會本科教學(xué)改革思想探析［J］.教育發(fā)展研究，2011（9）：15－18.

［8］孫榮，孟凡立，張慰.論數(shù)字校園環(huán)境下高校教學(xué)資源的整合運行策略［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2012，22（5）：46－51.

［9］扈旻，鄧北星，馬曉紅，等.科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容的探索與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2012，29（10）：21－23.

［10］李志義.推進十個轉(zhuǎn)變實現(xiàn)大學(xué)教學(xué)改革新突破［J］.中國高等教育，2012（17）：25－29.

［11］趙琴，楊小林，嚴(yán)敬.CFD技術(shù)在工程流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.高等教育研究，2008，25（1）：28－29.

［12］黃旺生.關(guān)于提升大學(xué)教師教書育人能力的幾點思考［J］.中國電力教育，2011（14）：26－28.

公 告

按照《中國學(xué)術(shù)期（光盤版）》電子雜志社中國科學(xué)文獻計量評價研究中心的要求，本刊自2014年1月開始，用“學(xué)術(shù)不端文獻檢測系統(tǒng)”，對向本刊投稿的文章進行檢測，凡“文字復(fù)制比”超過40%的文章，本刊將不予錄用，以防止“一稿多投”、“自抄”、“抄襲”等學(xué)術(shù)不端的文章在本刊發(fā)表。請各位作者自行注意，嚴(yán)把文章的學(xué)術(shù)質(zhì)量關(guān)。特此公告。

《實驗技術(shù)與管理》編輯部

2014年1月

Teaching reform and practice of Fluid Mechanics course under background of remarkable plan

Liu Hongsheng，Zhu Hong，Zhang Bo
（School of Energy and Power Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）

According to the requirements for“Remarkable Engineer Training Plan”proposed by the Ministry of Education，this paper introduces the research work on the transform from the traditional knowledge teaching to the research teaching.Several measures for the course reform are discussed by combining the course reform of energy and power engineering category of Dalian University of Technology（DUT），which include the reform of teaching contents for engineering education，construction of three－dimensional teaching resources combined with the engineering needs，various research－oriented teaching modes，the teaching characteristics of the combination of teaching and research and so on.The goat is to provide reference for the reform of professional basic course on energy and power engineering category under the background of remarkable engineer training plan.

remarkable engineer；fluid mechanics；engineering education；research－oriented teaching

G423.07

A

1002－4956（2014）1－0194－03

2013－05－22

遼寧省校企協(xié)同創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)體制機制研究與實踐試點項目“‘大工—中廣核’核電學(xué)院的建設(shè)與核電工程人才培養(yǎng)機制的實踐”；大連理工大學(xué)教學(xué)改革基金項目“基于立體化教學(xué)資源建設(shè)的流體力學(xué)研究型教學(xué)改革與實踐”（MS201354）

劉宏升（1978—），男，遼寧大連，博士，副教授，教學(xué)實驗中心副主任，從事“流體力學(xué)”教學(xué)及多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)的研究.

E－mail：lhsh＠dlut.edu.cn