“工程流體力學(xué)”應(yīng)用型教學(xué)模式的探索與實踐

孫振生+羅雷+朱杰堂+張世英+高雙林

摘要：本文以堅持培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型人才為出發(fā)點，結(jié)合“工程流體力學(xué)”課程的特點，提出了構(gòu)建該課程“一條主線、兩個平臺、三個層次”的應(yīng)用型教學(xué)模式。即以培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才為主線，建設(shè)專業(yè)理論基礎(chǔ)和實踐創(chuàng)新為主要內(nèi)容的教學(xué)平臺，最終實現(xiàn)學(xué)員基礎(chǔ)能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力三個層次能力一起提升的教學(xué)模式。教學(xué)實踐證明，該教學(xué)模式的引入對提高流體力學(xué)課程的實際教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué);教學(xué)模式;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）19-0148-02

一、引言

“工程流體力學(xué)”是航天航空、水利、能源、環(huán)境、機械、土木等學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門既有很強的理論性又有很強的實踐性的課程。該課程是在學(xué)生掌握高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)的基礎(chǔ)上開設(shè)的，目的是使學(xué)生了解流動現(xiàn)象、認識流動機理，為后續(xù)的“發(fā)動機原理”等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅實基礎(chǔ)。該門課程處于學(xué)生從基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)換階段，起著承上啟下的重要作用。因此，學(xué)習(xí)該門課程不僅要讓學(xué)生掌握住流體力學(xué)的基本概念、計算方法等基礎(chǔ)理論，還要注重培養(yǎng)學(xué)員理論聯(lián)系實際，分析、解決問題的能力和技能，為學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及從事工程技術(shù)工作奠定良好的基礎(chǔ)。為此，國內(nèi)外許多院校和教師針對該門課程做了很多的教學(xué)改革與嘗試，如教學(xué)內(nèi)容的改革、教學(xué)方式的改革、創(chuàng)新型實驗室的建立、多媒體教學(xué)課件的引入，等等。這些改革取得了一定的成果，但由于該門課程理論比較抽象，公式繁多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，使得工程流體力學(xué)的教學(xué)仍然存在諸多問題。

二、工程流體力學(xué)教學(xué)存在的主要問題

從筆者調(diào)研的情況來看，該門課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段、實踐教學(xué)以及該門課程與其他課程的融合等方面均不同程度地存在一些問題。

1.理論教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，與工程實際聯(lián)系不夠緊密?，F(xiàn)在工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要包括流體力學(xué)的基本假設(shè)、流體靜力學(xué)、流體力學(xué)基本方程的推導(dǎo)和經(jīng)典流體力學(xué)問題的分析，有的還在此之前補充矢量和張量的基本知識。在課堂講授的過程中，仍然偏重于傳統(tǒng)理論的分析和公式的推導(dǎo)，教學(xué)內(nèi)容比較抽象和單一，信息的表現(xiàn)形式過于靜態(tài)化，不能反映出當(dāng)前流體力學(xué)發(fā)展的最新趨勢。此外，由于課程的專業(yè)性比較強，要舉出與我們?nèi)粘Ｉ钪泻凸こ虒嶋H有密切關(guān)系，又具有一定深度的具體事例來講授，并不是一件容易的事情，需要老師進行大量的課前準備工作，而許多老師比較繁忙，并不愿意花費大量的精力來準備。這樣不僅會對學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生一定的影響還會造成一些抽象的概念只能依靠老師的講述和學(xué)生的想象來完成，這不符合學(xué)生從具體到抽象、從感性認識上升到理性認識的認知過程，進而會影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼心理。

2.實踐環(huán)節(jié)相對薄弱，不能適應(yīng)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求。目前該課程的主要實踐環(huán)節(jié)是實驗課，而現(xiàn)在開設(shè)的實驗課多是讓學(xué)生嚴格按照實驗操作指南的操作規(guī)程測量一些簡單的數(shù)據(jù)，然后把這些實驗數(shù)據(jù)按照實驗報告的要求進行簡單處理，實驗課的開設(shè)開始流于形式。一方面與課程的聯(lián)系不夠緊密，無法發(fā)揮實驗課加深鞏固理論課所學(xué)內(nèi)容的作用;另一方面，學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性發(fā)揮不夠，不能真正起到激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的作用。

3.工程流體力學(xué)課程與其他課程的融合不夠，不能根據(jù)專業(yè)的特色形成比較完善的課程體系?！肮こ塘黧w力學(xué)”是多個專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，但這些專業(yè)開設(shè)的課程內(nèi)容大同小異，沒有體現(xiàn)相應(yīng)的專業(yè)特色。由于工程流體力學(xué)課程與相應(yīng)的專業(yè)課銜接不夠，使得學(xué)生在工程流體力學(xué)學(xué)習(xí)過程中感到內(nèi)容乏味枯燥，概念抽象;另一方面在專業(yè)課的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生感到流體力學(xué)課的理論基礎(chǔ)不夠扎實，不能利用相應(yīng)的理論解決專業(yè)課過程中所遇到的實際問題。

針對目前流體力學(xué)課程教學(xué)存在的主要問題，筆者以及所在教學(xué)團隊從培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才出發(fā)，結(jié)合部隊實際，深入進行教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容等方面的探索和研究，提出了構(gòu)建該課程“一主線、兩平臺、三層次”的應(yīng)用型教學(xué)模式，以順應(yīng)時代的要求，走出自己的特色。

三、應(yīng)用型教學(xué)模式的主要內(nèi)容

1.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化重組。工程流體力學(xué)是理論性很強的課程，如果沒有相關(guān)理論知識的講解，學(xué)生不可能深入理解各種流動現(xiàn)象的本質(zhì)。同時，工程流體力學(xué)主要面向工業(yè)生產(chǎn)的各個方面，希望學(xué)生能夠用理論指導(dǎo)實踐，因此，又具有相當(dāng)強的應(yīng)用性。因此，我們通過人才方案和課程標(biāo)準的修訂，對課程的內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整。具體做法是：（1）本課程主要面向發(fā)動機專業(yè)的學(xué)員，因此，壓縮了傳統(tǒng)流體力學(xué)中關(guān)于水利、能源方面的內(nèi)容。同時，根據(jù)后續(xù)發(fā)動機相關(guān)課程需要，加強了“相似原理量綱分析”和“粘性流體流動”章節(jié)的講授力度，新增加了流動顯示、典型流動的介紹等內(nèi)容。（2）注重課程的繼承性，加強了與其他相關(guān)課程聯(lián)系較密切部分內(nèi)容的講解。例如，在工程流體力學(xué)之后，要開設(shè)氣體動力學(xué)過程，因此，關(guān)于二者的聯(lián)系與區(qū)別，可以在相關(guān)內(nèi)容的講解中提及，使學(xué)員提前了解后面所學(xué)內(nèi)容。（3）壓縮了“緒論”的講授。前面的課程標(biāo)準中，緒論大約占了3個學(xué)時，在學(xué)時整體壓縮、注重實踐的大背景下，壓縮了緒論的學(xué)時數(shù)。（4）引入了數(shù)值仿真、CFD的概念和應(yīng)用等內(nèi)容。一方面，通過相關(guān)數(shù)值算例的相關(guān)介紹，使學(xué)員了解流體力學(xué)的最新研究成果和發(fā)展方向;另一方面，通過流體力學(xué)最新成就的介紹，激發(fā)了學(xué)員的專業(yè)熱情。（5）瞄準學(xué)員任職的需要，注重與部隊實際的結(jié)合。將已有的科研成果和部隊裝備的應(yīng)用納入教學(xué)內(nèi)容，如液位的測量、壓力表的校驗、負壓失穩(wěn)破壞機理等，豐富了教學(xué)內(nèi)容，突出了工程應(yīng)用。

2.教學(xué)模式的改革。在廣泛調(diào)研國內(nèi)外院校流體力學(xué)改革和建設(shè)的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)本單位學(xué)生的特點，依托課程改革的環(huán)境，提出了“一主線、兩平臺、三層次”的應(yīng)用型教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)以致用的復(fù)合型人才。為了培養(yǎng)學(xué)員的“三個層次能力”，使理論和實踐相輔相成，我們將理論授課、實踐教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計和創(chuàng)新研究等多種教學(xué)模式相結(jié)合，形成一個有機整體。課程學(xué)習(xí)以理論授課、實踐教學(xué)為主，并在課程授課過程中啟發(fā)、鼓勵學(xué)員選擇相應(yīng)的知識點和突破點作為畢業(yè)設(shè)計和創(chuàng)新研究的內(nèi)容進行深入研究。通過這種方式的培育，可以使學(xué)員將工程流體力學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)理論與科學(xué)研究、工程實踐結(jié)合起來，既鞏固了基本的理論，又增強了學(xué)生解決實際問題的能力。這樣不但提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維，而且使積累了一定的工作經(jīng)驗。經(jīng)過幾屆學(xué)員畢業(yè)設(shè)計的應(yīng)用和完善，該方法取得了很好的成效。endprint

3.實驗和實踐平臺的搭建。一方面通過軍隊“2110工程”三期建設(shè)等機遇，完成了“流體力學(xué)開放型實驗室”的實驗教學(xué)條件建設(shè)。另一方面通過整合教學(xué)資源，加強與完善實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方式，為學(xué)員搭建實踐平臺，充分發(fā)揮學(xué)員的自主性和創(chuàng)造性，使學(xué)員在實踐中提高應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。有利于學(xué)員素質(zhì)的不斷提升。下一步，將進一步完善相關(guān)的儀器和設(shè)備，并開設(shè)流體力學(xué)創(chuàng)新性實驗，構(gòu)建學(xué)生的創(chuàng)新實踐拓展平臺，鼓勵學(xué)生將自己的新想法、新觀點付諸實踐行動。青年學(xué)生具有求知欲強、好奇心重的特點，通過這種方式的引導(dǎo)，可以激發(fā)他們的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣，并充分發(fā)揮他們的創(chuàng)新能力和實踐能力。

4.科研創(chuàng)新條件的提供。一方面，根據(jù)“滲透融合”的教學(xué)理念，將“工程流體力學(xué)”與其他相關(guān)課程進行融合，為學(xué)員提供較為綜合性的研究課題;另一方面，在科研項目中提取較為簡單的內(nèi)容作為學(xué)員的研究課題，讓學(xué)生直接參與到科研項目中去。并通過學(xué)員自擬和教員制定下發(fā)研究課題等方式，讓學(xué)員在畢業(yè)設(shè)計、模擬工程項目和創(chuàng)新研究中開展相關(guān)研究工作，以培養(yǎng)學(xué)員的科研能力和創(chuàng)新能力。這樣有利于提高學(xué)員的動手能力和創(chuàng)新思維能力。將科學(xué)與教學(xué)相結(jié)合，不僅可以使課程中枯燥的知識點變得生動、鮮活些，還可以使教學(xué)的內(nèi)容與時俱進，富有時代的氣息。

四、結(jié)語

總之，作為工科院校的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，工程流體力學(xué)在專業(yè)培養(yǎng)計劃中占有非常重要的地位。通過“一主線、兩平臺、三層次”的應(yīng)用型教學(xué)模式的構(gòu)建，有效地解決了理論教學(xué)和工程應(yīng)用聯(lián)系不夠緊密的問題，解決了實踐環(huán)節(jié)薄弱、學(xué)員應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力不高，以及“工程流體力學(xué)”課程和實驗與其他課程融合度不高的問題，為革新教學(xué)手段和教學(xué)方法提供了重要的平臺，為提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量以及培養(yǎng)學(xué)員的實踐創(chuàng)新能力奠定了堅實的基礎(chǔ)。同時，該應(yīng)用型教學(xué)模式的實施也可以為學(xué)校其他相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課教學(xué)訓(xùn)練提供有力的借鑒和指導(dǎo)。

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