應用型本科教育視角下的流體力學教學方法研究

周　琦（1.銅陵學院，安徽 銅陵244061；2.河海大學，江蘇 南京210098）

應用型本科教育視角下的流體力學教學方法研究

周琦1，2
（1.銅陵學院，安徽 銅陵244061；2.河海大學，江蘇 南京210098）

以“應用型本科教育”為視角，綜合考慮不同專業(yè)的流體力學應用需求和學生的流體力學應用深度，在分析課程教學現(xiàn)狀的基礎上，從教學內(nèi)容、教學方法兩方面出發(fā)，提出了流體力學應用型教學方法，課程教學實踐表明教學效果良好。

應用型本科教育；流體力學；應用型教學方法

應用型本科教育是以培養(yǎng)知識能力和素質(zhì)全面而協(xié)調(diào)發(fā)展，面向生產(chǎn)建設管理服務一線的高級應用型人才為目標定位的高等教育［1］。學生在校時要獲得工程師所必要的基本訓練，畢業(yè)后主要走向公司、企業(yè)，就職于生產(chǎn)建設、管理和服務一線，從事科技含量高、綜合性強的技術(shù)或經(jīng)營管理工作［2］。

流體力學作為一門針對土木工程、水利水電工程、給水排水工程、建筑環(huán)境設備工程、環(huán)境工程等專業(yè)開設的專業(yè)基礎課程，在實際工程應用中非常廣泛，如給排水工程管道水力計算、土木工程施工中基坑降排水設計、水利水電工程中水面曲線分析、橋梁工程中小橋孔徑設計以及環(huán)境工程中水處理構(gòu)筑物設計、污染物在水體中擴散分析等都涉及到流體力學的知識。因此，如何考慮應用性特點對流體力學教學方法進行改革與優(yōu)化，以適應“應用型本科教育”的要求，是應用型本科流體力學教學中必須面對的問題。

一、流體力學課程教學現(xiàn)狀

（一）教材設計與應用型教育理念的脫節(jié)

目前我國高校使用的各版本的流體力學教材過于強調(diào)課程的系統(tǒng)性和完整性，著重于理論推導［3，4］，教材的應用性設計不夠突出，教材中選用的例題偏重于證明流體力學可以解決工程實踐問題這一點，但是這些例題的設計過于理想化，實際應用中這種理想化的狀態(tài)并不多，造成許多畢業(yè)生工作后剛接觸這些需要流體力學解決的問題就手足無措，這種情況與應用型本科高校的對學生的培養(yǎng)要求不相適應。

教材在內(nèi)容設置方面沒有考慮不同專業(yè)的需求背景。不同專業(yè)對流體力學知識點的需求是有所側(cè)重的，如土木工程專業(yè)建筑工程方向，除了要求掌握流體力學的基本概念和理論外，對長短管的水力計算和滲流計算應結(jié)合專業(yè)需求重點講授，而對于明渠恒定流計算則可以少講；但對于水利類專業(yè)來說，明渠恒定流計算則是重點講授內(nèi)容。而目前我國流體力學教材在內(nèi)容設計上面面俱到，沒有針對不同專業(yè)需求重點設置相應內(nèi)容。

（二）課堂教學效果難以達到應用型教育要求

根據(jù)筆者多年的流體力學教學經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)，課程開課初期，教學效果相對較好，而隨著授課內(nèi)容難度的加深，學生的主動學習意愿越來越小。究其原因，其一，流體力學涉及高等數(shù)學、理論力學等課程的知識，而由于擴招等因素，學生自身基礎較差，造成對這些課程的知識掌握不盡如意；其二，雖然授課老師強調(diào)了流體力學的重要性，但由于其理論性較強，教材設計方面與實際應用結(jié)合較弱，導致學生從心理上并不重視；其三，多媒體課件使用上多有不當，對于基礎的理論推導來說，采用課件形式授課節(jié)奏太快，難以抓住學生的注意力，教學效果比板書形式差許多。

（三）實驗教學形式單一

目前我國流體力學實驗主要以認識概念型、理論驗證型、觀摩型實驗為主［5］，實驗方式以老師演示為主，學生參與較少，同時，實驗內(nèi)容陳舊，與實際應用相距較遠，這些因素導致學生積極性較差。并且，部分高校流體力學實驗老師和理論教學老師并非同一人，造成了實驗老師對學生流體力學理論知識掌握情況不清楚，實驗教學效果也不能及時有效反饋給理論教學老師，實驗教學與理論教學脫節(jié)。

二、流體力學應用型教學方法設計

針對上述流體力學教學過程中表現(xiàn)出來的問題，筆者在考慮“應用型本科教育”的前提下對流體力學課程教學進行改良與優(yōu)化。具體可從課程教學內(nèi)容、教學方法等方面進行設計。

（一）教學內(nèi)容設計

課程教學內(nèi)容設計應突出“應用型教育”，以提高學生流體力學的實踐應用能力為目標，同時應考慮不同專業(yè)流體力學的應用需求。將課程教學內(nèi)容設計為基礎理論教學和考慮專業(yè)需求的專題教學。

流體力學基礎理論包括基本概念、基本原理和流體力學基本方程，這部分內(nèi)容為工科專業(yè)流體力學應用的基礎，應要求學生重點掌握，講授過程中，應重點強化學生對基本概念的理解和基本理論的應用，而對于基本理論的數(shù)學推導則可相對弱化，如對于流體力學三大基本方程（質(zhì)量守恒、能量守恒、動量守恒）的推導過程的講授可少講，但對于方程的意義、方程的應用條件、如何應用方程解決實際問題應要求學生重點掌握，這方面可通過教材中的例題和課后習題多加練習掌握。

針對不同專業(yè)的應用背景，以實際工作中涉及流體力學應用的工程問題為切入點進行專題教學設計，具體設計流程如圖1所示。

圖1　專題教學設計流程圖

以土木工程施工中經(jīng)常遇見的降排水問題為例，其對于土方基礎施工來說，能夠避免塌方事故出現(xiàn)，保證地基的有效承載力。施工降排水專題設計以實際工程為對象，從為什么要進行降排水為切入點（降低地下水水位，保證土方基礎施工安全和質(zhì)量），引申出降排水方法（井群降水，水泵排水）、方案設計的要點（井群設計，水泵流量、揚程計算）、涉及的流體力學知識點（井群浸潤曲線計算、長短管水力計算，水泵流量揚程計算）、涉及的流體力學理論基礎（滲流模型、裘皮幼公式、伯努利方程、真空度等）。講授中以浸潤曲線計算、長短管水力計算和水泵流量揚程的計算為重點，結(jié)合實際工程重點講授上述知識點的應用條件，對于滲流模型、裘皮幼方程等理論基礎的講授應適當弱化。同時，應布置類似的實際工程降排水問題供學生課后練習，以加強他們的實際應用能力。

（二）教學方法設計

“應用型教育”效果的好壞不僅與教學內(nèi)容有關(guān)，課題教學方法也是重要的影響因素。教與學的過程應該是師生互動的過程，教師的長時間單向傳授易造成學生的注意力不集中，因此，流體力學應采用教師主講結(jié)合師生互動的方式進行教學，如對于理論教學中前后內(nèi)容有聯(lián)系的部分可采用講問答結(jié)合的方式，對于專題教學的課后練習，可安排學生上臺講授自己的練習結(jié)果，以培養(yǎng)他們敢于表達、敢于動手實踐的信心和勇氣，同時也增強了對專題教學內(nèi)容的理解。

流體力學的課程成績一般由平時成績和期末考試成績構(gòu)成，傳統(tǒng)的平時成績一般由課堂考勤成績和課后作業(yè)成績構(gòu)成，但這兩個方面難以準確反映學生的課堂和課后學習效果，因此，在平時成績的構(gòu)成上除考勤和課后作業(yè)成績外，筆者還添加了課堂互動成績，即對于課堂教學過程中學生的問答情況、學生對專題教學課后練習的講授情況進行打分，這樣能夠有效提高學生在課堂上與老師互動的積極性，推動了學生的主動思考，加強了對講授內(nèi)容的理解。

多媒體課件的使用應具有針對性，應當利用其形象直觀的特點表現(xiàn)難以用文字和語言描述的流體現(xiàn)象，如層流、紊流用動畫描述比單純文字和語言描述要形象和生動的多，也更易于理解層流和紊流的異同。課件的制作應當定位準確，突出重點，并應從學生的視角出發(fā)，考慮課件的課堂表現(xiàn)效果。

三、教學效果分析

筆者針對銅陵學院建筑工程學院土木工程專業(yè)特點，設計了土木工程施工用水設計、小橋涵過流設計、土方施工降排水設計三個專題教學，并應用于2011～2013級土木工程流體力學課程教學中，以教師主講并結(jié)合師生互動的方式進行教學，并適時運用多媒體課件講授教學內(nèi)容。

從課程實際教學過程來看，上述兩個方面的教學設計教學效果反映良好。設計的教學內(nèi)容難易適中、針對性強，有效彌補了部分專業(yè)課教學上的不足，如上述施工降排水專題教學，雖然在土木工程施工課程中也涉及到，但內(nèi)容較片面，沒有長短管和水泵計算的相關(guān)內(nèi)容，同時也缺乏理論介紹；課程教學現(xiàn)場師生互動性強，學生注意力明顯較前幾屆集中，尤其在專題教學過程中，課后提問積極，學生解決相關(guān)實際應用問題能力明顯提高。

四、結(jié)語

流體力學課程應用型教學是一項任重而道遠的工作，如何將課程理論性強的特點與應用型的教學定位兩者更好的耦合在一起，是我們每一位流體力學教學工作者應當思考的問題，我們應以邊設計、邊實踐、邊完善、邊發(fā)展為理念，加強流體力學應用型教學體系的建設，為后續(xù)的專業(yè)課教學同時也為學生畢業(yè)的工作能力夯實基礎。

［1］史秋衡，王愛萍.應用型本科教育的基本特征［J］.教育發(fā)展研究，2008（21）：34-37.

［2］張鳴放.關(guān)于應用型本科教育若干基本問題的探討［J］.現(xiàn)代教育科學，2009（3）：1-4，9.

［3］司春棣，韓會玲，齊清蘭，等.水力學教學中多媒體課件與板書的使用模式優(yōu)化研究［J］.河北農(nóng)業(yè)大學學報（農(nóng)林教育版），2009，11（3）：351-357.

［4］裴國霞.水力學課程教學模式的改革與實踐［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報，2009，2（3）：39-41.

［5］許強，朱士江.流體力學實驗教學改革探討［J］.經(jīng)濟研究導刊，2010（17）：254-255.

Primary Study on the Teaching Method of Fluid Mechanics：From the Perspective of Application-oriented Undergraduate Education

Zhou Qi1，2
（1.Tongling University，Tongling Anhui 244061，China；2.Hehai University，Nanjing Jiangsu 210098，China）

Taking into consideration both the application demand of fluid mechanics for different majors and students’application ability，this thesis，from the perspective of application-oriented undergraduate education and on the basis of the analysis of the current teaching situation，proposes an application-oriented teaching method of fluid mechanics，including both the teaching content and teaching method.The relevant teaching experiment shows that the teaching effect is quite good.

application-oriented undergraduate education；fluid mechanics；application-oriented teaching method

G642.4

A

1672-0547（2016）02-0121-03

2016-03-05

安徽省高校優(yōu)秀青年骨干人才國內(nèi)外訪學研修重點項目（gxfxZD2016244）；安徽省高等學校自然科學研究項目（KJ2016A868）

周琦（1981-），男，安徽銅陵人，銅陵學院建筑工程學院講師，河海大學博士研究生，研究方向：水資源水環(huán)境保護與規(guī)劃。