《工程流體力學(xué)》重點(diǎn)核心課程建設(shè)初探

姜未汀 李琦芬 翁建華 劉江 劉方 付在國(guó)

摘要：《工程流體力學(xué)》是能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。由于該課程的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容晦澀，推導(dǎo)繁復(fù)，因此在教學(xué)過(guò)程中存在較大難度。作者結(jié)合課程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施情況，提出增加課程思政、豐富教學(xué)手段、補(bǔ)充專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)、介紹專(zhuān)業(yè)儀器等手段，取得較為明顯的成效。

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué);重點(diǎn)核心課程;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）52-0201-02

《工程流體力學(xué)》是能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，主要是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)流體力學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論水平，為學(xué)生學(xué)習(xí)《傳熱學(xué)》、《泵與風(fēng)機(jī)》、《鍋爐原理》、《汽輪機(jī)原理》等課程儲(chǔ)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。學(xué)好該課程是學(xué)生從事能源與動(dòng)力工程相關(guān)工作與解決工程應(yīng)用問(wèn)題的基礎(chǔ)，它一直受到廣大師生的重視。在上海市教委的支持下，該課程參與了上海市教委重點(diǎn)核心課程建設(shè)，不僅取得較好的教學(xué)成果，更以教學(xué)改革為契機(jī)，對(duì)教學(xué)中存在的諸多問(wèn)題進(jìn)行深入研究，取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具體介紹如下，以期拋磚引玉。

一、增加課程思政

經(jīng)典的流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容形成于18世紀(jì)至20世紀(jì)上半葉，正是中國(guó)科技水平全面落后于西方的時(shí)代，相關(guān)的理論、模型、方法基本上是由歐美科學(xué)家提出的，鮮有關(guān)于中國(guó)的內(nèi)容，容易給學(xué)生造成中國(guó)在該領(lǐng)域始終落后于人的不良印象，不利于學(xué)生達(dá)到全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議中提出的“正確認(rèn)識(shí)中國(guó)特色和國(guó)際比較，全面客觀認(rèn)識(shí)當(dāng)代中國(guó)、看待外部世界”的要求。

相關(guān)的思想政治教育內(nèi)容分為三部分。第一部分是中國(guó)古代流體力學(xué)成就，主要圍繞我國(guó)古代水利事業(yè)，包括4000多年前“大禹治水”的故事、秦朝在公元前256至公元前210年修建的我國(guó)歷史上的三大水利工程等，說(shuō)明我國(guó)古代在流體力學(xué)領(lǐng)域雖然沒(méi)能建立系統(tǒng)的理論，但工程成就并不亞于他人。

第二部分為中國(guó)杰出的科學(xué)家，以錢(qián)學(xué)森為例，通過(guò)錢(qián)學(xué)森的經(jīng)歷，表明雖然科學(xué)沒(méi)有國(guó)界，但科學(xué)家是有祖國(guó)的，只有在自己祖國(guó)，科學(xué)家潛心科學(xué)才能有保障。正是憑著科學(xué)家的努力，祖國(guó)才能強(qiáng)大。

第三部分為中國(guó)在流體力學(xué)領(lǐng)域的最新成就。講解邊界層控制時(shí)，介紹無(wú)邊界層隔道進(jìn)氣道（DSI）技術(shù)，該技術(shù)由美國(guó)最先提出，中國(guó)后來(lái)者居上，首先在國(guó)產(chǎn)FC-1戰(zhàn)斗機(jī)上投入使用。FC-1也是世界上第一種服役的帶DSI的飛機(jī)。目前，以往的航空大國(guó)英法俄德都沒(méi)有類(lèi)似飛機(jī)投入使用，F(xiàn)C-1的服役意味著中國(guó)在空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的總體水平已經(jīng)接近世界一流水平。

通過(guò)這些內(nèi)容的介紹，幫助學(xué)生對(duì)流體力學(xué)有更加全面、歷史、客觀的了解，樹(shù)立為共產(chǎn)主義遠(yuǎn)大理想和中國(guó)特色社會(huì)主義共同理想而奮斗的信念與信心。

二、豐富教學(xué)手段

工程流體力學(xué)的特點(diǎn)之一是概念抽象不易被理解，需要在講授過(guò)程中結(jié)合動(dòng)畫(huà)、圖片、錄像乃至相關(guān)科學(xué)軟件加深學(xué)生的理解，同時(shí)緊密聯(lián)系工程實(shí)際及學(xué)科前沿，使枯燥、乏味的內(nèi)容變得趣味盎然。

我們?cè)?jīng)考慮給學(xué)生介紹Fluent等流體力學(xué)軟件以輔助教學(xué)，但很快發(fā)現(xiàn)由于課時(shí)緊張，無(wú)法讓學(xué)生在很短的時(shí)間內(nèi)掌握復(fù)雜的CFD軟件。因此，最終選擇一款免費(fèi)的手機(jī)風(fēng)洞模擬軟件Wind Tunnel Lite。該軟件有安卓與iOS版本，供不同手機(jī)用戶選擇，其功能是供用戶在設(shè)備上模擬風(fēng)洞，研究風(fēng)與物體的互動(dòng)等。該軟件自帶多個(gè)模型，有兩種車(chē)輛外形、兩種機(jī)翼翼型、河流流動(dòng)，也有專(zhuān)門(mén)教學(xué)演示用的圓柱繞流、三角形繞流以及卡門(mén)渦街等，還支持導(dǎo)入模型。其默認(rèn)界面是模擬煙風(fēng)洞，用戶可自行更改，自定義發(fā)煙位置和寬度以及煙的顏色，還可以讓多股不同的煙霧使用不同的顏色，用沿來(lái)留方向的一列點(diǎn)、垂直來(lái)留方向的點(diǎn)或隨即密布的點(diǎn)表示空氣的繞流特性，支持利用背景顏色疊加演示壓強(qiáng)場(chǎng)、速度場(chǎng)或環(huán)量場(chǎng)等情形。在翼型模塊中，還能計(jì)算模型的升力、阻力和升阻比。

利用該軟件，學(xué)生可以直觀地了解工程流體力學(xué)中曲面邊界層的分離現(xiàn)象、繞過(guò)圓柱體的流動(dòng)、卡門(mén)渦街、物體升力與阻力等內(nèi)容，達(dá)到課堂教學(xué)無(wú)法達(dá)到的效果。

三、補(bǔ)充專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)

盡管是本科生教育，我們依然認(rèn)為開(kāi)闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野非常重要，有必要強(qiáng)化學(xué)生閱讀英文文獻(xiàn)的能力。盡管本科生有專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)課程，但更多的內(nèi)容是介紹鍋爐汽輪機(jī)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)流體力學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹略嫌不足。如果在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程中增加本課程的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)，無(wú)疑對(duì)學(xué)生畢業(yè)論文寫(xiě)作階段的文獻(xiàn)閱讀有很大的幫助。考慮到學(xué)生總體英語(yǔ)水平，開(kāi)設(shè)雙語(yǔ)課程的條件暫時(shí)不具備，因此我們嘗試對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生推薦閱讀雙語(yǔ)版教材《Fluid Mechanics 流體力學(xué) 英語(yǔ)教學(xué)版》，引導(dǎo)學(xué)生增加對(duì)專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)的學(xué)習(xí)。

四、介紹專(zhuān)業(yè)儀器

近年來(lái)，我院在科研領(lǐng)域有了較大發(fā)展，添置了一部分先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如奧地利安東帕公司生產(chǎn)的MCR102流變儀，測(cè)量各種流體的流變曲線，其測(cè)量原理與工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容關(guān)系密切。

在工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，我們圍繞本院采購(gòu)的先進(jìn)儀器，增加流變曲線測(cè)量原理與使用的內(nèi)容。首先，通過(guò)課堂教學(xué)講授儀器原理與測(cè)量范圍，除了介紹已有設(shè)備知識(shí)外，還分析了市場(chǎng)上同類(lèi)型儀器的情況，分析采購(gòu)該儀器的原因，為將來(lái)學(xué)生參加工作后采購(gòu)儀器提供幫助與參考。最后，組織學(xué)生參觀儀器，并進(jìn)行樣本實(shí)測(cè)，加深印象。

五、小結(jié)

經(jīng)過(guò)三年的教改實(shí)踐，我們進(jìn)行的重點(diǎn)核心課程建設(shè)取得一定的成效，主要特點(diǎn)是增強(qiáng)了思想政治教育，順應(yīng)當(dāng)前教育改革趨勢(shì)，具有一定現(xiàn)實(shí)意義及實(shí)際的可操作性，顯著增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了解決工程問(wèn)題的能力與創(chuàng)新能力。

應(yīng)該指出的是，筆者在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)改革的嘗試還是初步的，依然存在一些問(wèn)題，如如何進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容等。為解決這些問(wèn)題，還需要花費(fèi)更多的努力，進(jìn)行更深入的探索與嘗試，也希望得到廣大同行的指導(dǎo)和幫助。

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