工程流體力學課程教學模式的探索與實踐

李棟

[摘 要]工程流體力學是能源與動力類本科專業(yè)的專業(yè)基礎課程，其教學效果直接影響專業(yè)人才的培養(yǎng)質量。針對現(xiàn)有工程流體力學教學模式的不足，教師在工程流體力學課程教學中可采用 “課堂教學—課后實踐—課題研究”相結合的互助教學模式，并利用網(wǎng)絡互動教學打破課堂傳統(tǒng)教學的時空限制，實現(xiàn)教師與學生之間的實時互動，有助于學生對工程流體力學的深入認知，對學生工科思維的養(yǎng)成和學科體系的建立具有重要意義。

[關鍵詞]工程流體力學；教學模式；案例教學；網(wǎng)絡互動教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）10-0060-03

工程流體力學是能源與動力相關本科專業(yè)的專業(yè)基礎課程，在本科課程體系中占有重要地位，對工程流體力學理論體系的深入理解，有助于學生對后續(xù)傳熱學、鍋爐原理及換熱器設計等一系列課程的學習，因此其教學效果直接影響能源動力類專業(yè)人才的培養(yǎng)質量。[1]近年來，隨著我國高等教育改革的深化，社會對工科人才實踐能力及創(chuàng)新意識的要求越來越高，這就對工程流體力學的教學提出了新的挑戰(zhàn)，課程教學過程中不僅要讓學生全面掌握工程流體力學的相關理論和研究方法，更要培養(yǎng)學生運用知識解決實際工程中具體流動問題的能力，幫助其建立流體力學基礎理論體系，從而為今后從事相關專業(yè)的工作和學習打下堅實基礎。

由于工程流體力學課程本身理論性較強，數(shù)學推理較多，數(shù)學公式較復雜，現(xiàn)有教學主要還是以課堂被動式教學為主，授課方式多為被動填鴨式教學，教學模式較為單一，教學效果相對較差。這種教學方式使得教師在課堂中很難和學生形成良性互動，學生課堂體驗較差；且由于流體力學理論本身相對較抽象，課本中也缺乏直觀案例，使得學生在有限的課堂學習過程中很難形成對流體力學的有效認知，對知識一知半解，不能深入理解、融會貫通，無法領會工程流體力學課程基礎理論體系的要義，從而無法提高學生利用所學知識解決實際工程問題的能力。因此，高校需要重點在教學模式、教學方法和手段上進行改革和突破，提升學生的課堂體驗，提高學生學習工程流體力學課程的興趣，最終提高學生解決實際工程問題的能力。

近年來，網(wǎng)絡教學作為一種便捷、高效且互動性強的教學形式，已在教學實踐中越來越普及，逐漸受到教學管理層面的重視，成為高等教育教學模式的發(fā)展方向。[2]其中，網(wǎng)絡微課堂、網(wǎng)絡公開課、網(wǎng)絡直播教學以及網(wǎng)絡公眾號等網(wǎng)絡教學模式可加強師生之間的實時互動，提高學生參與的熱情，取得了較好的效果，具有很好的借鑒意義。

因此，南京師范大學能源與機械工程學院工程流體力學教學研究課題組針對現(xiàn)有工程流體力學教學的不足，將案例式教學、互動式教學以及研究型教學等教學模式相結合，嘗試在工程流體力學課程教學實踐中采用“課堂教學—課后實踐—課題研究”相結合的互助教學模式，打破傳統(tǒng)單一化的課堂教學模式，有助于學生對知識點的理解，提升學生解決實際問題的能力。同時利用網(wǎng)絡互動教學打破課堂傳統(tǒng)教學的時空限制，實現(xiàn)師生之間的實時互動，可使學生在網(wǎng)絡互動討論中加深對工程流體力學知識點的理解，有助于工程流體力學學科思維的養(yǎng)成和學科體系的建立，對工科教學質量的提高具有重要意義。

一、“課堂教學—課后實踐—課題研究”相結合的互助教學模式的探索和實踐

（一）建立以案例教學為主的課堂教學模式

現(xiàn)有高校工程流體力學課程教學模式主要還是以“課堂書本教學”的傳統(tǒng)教學模式為主，課后布置習題鞏固，這種教學模式使得學生的學習方式不是以理解原理為主，而是背題、背公式，大量學生只停留在“會做題”的初級階段，不懂其物理內涵，更不清楚其實際工程應用；同時“會做題”往往影響任課教師的教學判斷，無法有效客觀地評價教師自身的教學效果。

為此，南京師范大學能源與機械工程學院工程流體力學教學研究課題組結合本學院本科生培育目標以及動力工程及工程熱物理學科的自身特點，借鑒大量國內外著名《工程流體力學》教材，編制了符合本科生需求的《工程流體力學》教材[3]，制作了標準化工程流體力學多媒體教學PPT課件。標準化教材和課件的制作有助于課堂教學效率的提高，為案例式課堂教學模式的順利開展奠定了基礎。在標準化課件制作過程中，注重根據(jù)工程流體力學基本理論體系，加入更多的工程流體力學工程案例輔助理論教學。同時，教研組組成員根據(jù)教學需要，收集了日常生活中常見的流體力學現(xiàn)象，采用數(shù)值模擬以及實驗研究的手段，制作包括伯努力方程、管內流動的沿程阻力損失、管內局部阻力損失、繞流邊界層、圓柱繞流等典型工程案例，形成工程流體力學工程案例數(shù)據(jù)庫，便于教師在課堂講授過程中調用。此外，教師在每章節(jié)講解過程中，尤其是重點理論講解過程中，均以工程案例為切入點進行講解，有效調動學生的學習興趣，學生在案例學習中更容易理解理論公式的含義，有助于學生養(yǎng)成良好的工科思維方式，提高學生解決實際工程問題的能力。

通過案例式教學模式的運用，可解決目前工程流體力學課堂教學中只重視基本理論的灌輸，不重視對工程流體力學基礎理論體系的建立以及對學生面對具體流動問題的分析解決能力培養(yǎng)的問題。

（二）建立以學生為中心的課后實踐教學模式

現(xiàn)有的工程流體力學實踐教學主要以實驗教學為主，其多采用實驗教師現(xiàn)場演示，學生按照教師演示“復制”的教學方式，沒有以學生為中心，學生并沒有完全得到從理論知識到實踐成果的收獲，更多是一種機械操作，不能發(fā)揮學生的主觀能動性，沒有激發(fā)學生的積極性，沒有體現(xiàn)學生的主體性、不能培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性。[4]實驗的成績也僅僅由實驗報告的數(shù)據(jù)評定，忽略了過程化考核的重要性。而工程流體力學進行實驗教學的目的是通過對實際流體力學現(xiàn)象的直觀認識，進一步增進學生對理論知識的理解?；谝陨辖虒W目標，南京師范大學能源與機械工程學院工程流體力學教學研究課題組開展了以學生為中心的實踐教學模式的探索。在實踐教學環(huán)節(jié)，我們不再拘泥于標準化實驗的教學，而是在學生完成標準化實驗的前提下，鼓勵學生根據(jù)對流體力學基本理論的理解，自己設計實驗，建立興趣小組，充分發(fā)揮學生作為學習主體的創(chuàng)造性，增加學生的主動參與感，激發(fā)學生的興趣，從而更好地完成從理論學習到實際應用的轉換。實踐教學環(huán)節(jié)的考核方式也并非根據(jù)實驗報告進行評定，而是根據(jù)實踐教學過程中學生展現(xiàn)出的創(chuàng)造性，主動參與性，對基本原理的理解等進行綜合評定，既有助于學生對知識的理解，又可以使教師更為客觀地認識自身的教學效果。此外，課題組教師通過設計一些流體力學相關的題目，帶學生參加如“挑戰(zhàn)杯”、“節(jié)能減排大賽”等學科競賽，進一步發(fā)揮學生的主體作用，使得學生能夠更好地理解流體力學學科理論的內涵。endprint

（三）以教師研究課題促進教學效果的提升

研究性教學將科學研究的思路引進教學并注重發(fā)揮學生的主觀能動性，旨在通過教學與研究實踐的結合，引導學生創(chuàng)造性地運用知識自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研究中積累經(jīng)驗、培養(yǎng)能力和鍛煉思維。[5]因此，南京師范大學能源與機械工程學院工程流體力學教學研究課題組依托課題組教師承擔國家、省部級科研項目的獨特優(yōu)勢，注重將課堂教學與科學研究相結合，以教師研究課題促進教學效果的提升，探索與課程學科內容特點相匹配的教學模式，突破傳統(tǒng)課堂教學中“灌輸”式教學形式，鼓勵將科研成果應用到實際工程流體力學教學中，著力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維和運用知識解決實際問題的能力。近年來，我們創(chuàng)造性地將部分課堂引入教師的實驗室中講授，依托實驗室中“微通道流動與傳熱”實驗平臺、“微肋柱繞流”實驗平臺以及“液滴撞擊動力學”實驗平臺等各種實驗平臺進行工程流體力學中動力學部分基本原理的講授，通過教師科研成果對沿程阻力、繞流以及多相流的可視化展示，使學生直觀感受到流體力學理論在實際科研中的應用，便于學生對流體力學基本理論的理解，同時有助于學生對學科前沿的認知。

二、網(wǎng)絡互動式教學模式的探索與實踐

以上“課堂教學—課后實踐—課題研究”相結合的互助教學模式，能極大彌補傳統(tǒng)單一課堂教學的不足，但對于學生而言，課堂之后，遇到?jīng)]有理解的知識和理論，還是無法及時有效地向教師咨詢，教師和學生之間無法進行實時有效的溝通，教師和學生之間的互動受到時間和空間的極大限制。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡教育已逐漸成為高等教育中非常重要的手段。然而，網(wǎng)絡教學模式如何有效應用于高校課程，尤其是重要的專業(yè)基礎課教育中，目前還處于初步探索階段。南京師范大學能源與機械工程學院工程流體力學教學研究課題組圍繞現(xiàn)代高等教育對大學生綜合素質能力強，富有創(chuàng)新意識的人才培養(yǎng)要求，按照“以學生為中心”的教學理念，根據(jù)學生個性特征多樣性和教學內容多樣性的教學規(guī)律，不斷更新教學觀念，提高自身教學能力和素質；積極研究網(wǎng)絡教學模式，在工程流體力學課程教學中嘗試以“互聯(lián)網(wǎng)公眾平臺實時互動教學”輔助傳統(tǒng)教學；在“課堂教學—課后實踐—課題研究”相結合的互助教學模式的基礎上，利用互聯(lián)網(wǎng)公眾平臺，如微信公眾平臺、QQ等，建立“工程流體力學”討論群組，實時發(fā)布課題信息，進行網(wǎng)絡資源共享，對于學生的困惑、難點，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺進行實時解答。同時，教師也可實時發(fā)布相關知識點討論，使學生能夠實時和教師互動，在知識點討論中了解教學中存在的盲點以及學生難以理解的知識點，形成教師與學生互動，尤其是學生和學生之間互動的良好網(wǎng)絡教學環(huán)境，在學生互動討論的同時加深其對工程流體力學體系的認識，同時也能使教師更好地了解學生知識掌握程度以及自身教學效果，便于在傳統(tǒng)課堂中調整教學內容。此外，要積極建設工程流體力學網(wǎng)絡微課。針對課堂教學以及網(wǎng)絡群組討論中學生存在的共性問題，將知識點一一拆分，針對單一知識點，采用視頻形式進一步講解，發(fā)布于公眾平臺；建立網(wǎng)上發(fā)布作業(yè)和批改作業(yè)的新機制，進行網(wǎng)絡實時習題、例題解答以及課后答疑，突破時空的限制，形成師生實時交流的互動平臺。

三、網(wǎng)絡互動式教學模式的實踐意義

利用“網(wǎng)絡互動式教學模式”是對“課堂教學—課后實踐—課題研究”相結合的互助教學模式的有益補充，可突破教師和學生之間的時空限制，實現(xiàn)教師和學生之間的實時互動，共享教學資源，在師生間構筑起一條不受時間和空間限制的互動交流通道，有助于創(chuàng)建良好的師生互動教學環(huán)境，構建積極和諧的師生關系；同時實時互動也有助于學生加深對工程流體力學知識的深入理解和認知。如在微信公眾平臺、QQ討論群組等互動平臺中，學生可及時針對課堂教授中沒能理解的知識點進行咨詢、討論，教師也可實時進行解答，發(fā)布教學資源，有助于教師實時有效地了解學生學習情況，把握自身教學效果。同時由于網(wǎng)絡平臺的互動性，學生之間也可以共同討論，分享彼此的理解，從而形成教師與學生實時互動，學生與學生之間良性互動的網(wǎng)絡教學新模式，有效發(fā)揮學生在教學中的主體作用，激發(fā)學生學習的積極性和主動性，提高學生主動參與學習的意識和能力。此外，微課視頻也可在網(wǎng)絡公眾平臺實時發(fā)布，進一步解決學生學習過程中的難點問題，從而有效提高學生對工程流體力學這門課程的理解。

四、結語

在工程流體力學中采用“課堂教學—課后實踐—課題研究”相結合的互助教學模式，同時利用網(wǎng)絡互動式教學輔助課堂傳統(tǒng)教學，可有效激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮學生的主體作用，同時可打破教師和學生之間的時空限制，實現(xiàn)教師和學生的實時互動，這是對新型教學模式的有益探索，對工科教學質量的提高具有重要意義。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 孟忠偉.熱能與動力工程專業(yè)課的教學改革探討[J].高等教育研究，2011（28）：59-62.

[2] 謝振華，宋洪慶.多媒體在工程流體力學教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2013（13）：254-255.

[3] 趙孝保主編.工程流體力學[M].南京：東南大學出版社，2012.

[4] 蔡傳國，本科力學實驗教學的互動式方法探索[J].實驗室科學，2008（2）：44-45.

[5] 趙洪.研究性教學與大學教學方法改革[J].高等教育研究，2006（27）：71-75.

[責任編輯：劉鳳華]endprint