“雙一流”建設(shè)下的本科《流體力學(xué)》教學(xué)改革

龍?zhí)煊? 安強 謝安

摘要：《流體力學(xué)》課程是水利、土木、環(huán)境、機械和能源動力類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學(xué)改革與課程建設(shè)在高等工程教育和高水平人才培養(yǎng)中占有重要的地位。圍繞“雙一流”建設(shè)下的本科教育，為落實教育部長陳寶生在新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上的講話精神，培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力，針對重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院《流體力學(xué)》課程，對“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材《流體力學(xué)》第二版的體系和內(nèi)容進(jìn)行了修訂，相應(yīng)的教學(xué)體系和內(nèi)容也進(jìn)行了調(diào)整;將探究式、參與式、翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)等新型教學(xué)模式引入課堂，同時強化課堂教學(xué)與科研的深度融合;此外，在作業(yè)中增加了一些設(shè)計研討類與工程類習(xí)題。通過教學(xué)改革與課程建設(shè)，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：“雙一流”;流體力學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0064-03

2015年11月國務(wù)院正式頒布了《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》，明確了“雙一流”建設(shè)的總體要求、建設(shè)思路和建設(shè)任務(wù)。2018年6月教育部長陳寶生在新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上的講話中強調(diào)：“一流本科是建設(shè)高等教育強國的根基。只有培養(yǎng)出一流人才的高校，才能夠成為世界一流大學(xué)，在‘雙一流建設(shè)中要加強一流本科教育。”課程是本科教育的基石，建設(shè)一流本科，需要建設(shè)好每一門課程。

《流體力學(xué)》作為工程學(xué)科的基礎(chǔ)理論之一，在高等工程教育中占有重要的地位。非力學(xué)專業(yè)的《流體力學(xué)》課程是水利、土木、環(huán)境、機械和能源動力類等專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，在諸多工程技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本概念、基本理論、基本計算方法和基本實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生建模能力、分析能力、實驗?zāi)芰?、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。《流體力學(xué)》課程內(nèi)容涉及了數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)等多學(xué)科知識，具有理論分析復(fù)雜不易掌握、概念和方程推導(dǎo)較多、多學(xué)科知識綜合應(yīng)用來分析和處理問題能力要求較高等特點，是一門理論性和工程實際都較強的課程。為貫徹教育部部長陳寶生關(guān)于“我們要改革傳統(tǒng)的教與學(xué)形態(tài)，高校教師要把育人水平高超、現(xiàn)代技術(shù)方法嫻熟作為自我素質(zhì)要求的一把標(biāo)尺，廣泛開展探究式、個性化、參與式教學(xué)，推廣翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)等新型教學(xué)模式，把沉默單向的課堂變成碰撞思想、啟迪智慧的互動場所，讓學(xué)生主動地‘坐到前排來、把頭抬起來、提出問題來”的指示，依托重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院的學(xué)科優(yōu)勢和學(xué)校的優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項目，對重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院的《流體力學(xué)》課程從教材修訂與授課內(nèi)容、教學(xué)模式和課后習(xí)題等方面進(jìn)行了改革，旨在提升大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

一、教材修訂與授課內(nèi)容

“工欲善其事，必先利其器”，教材對教學(xué)質(zhì)量具有重要作用，要想建設(shè)一門精品課程，更是離不開優(yōu)秀的教材。要加快“雙一流”建設(shè)，實現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展，我們應(yīng)重視教材建設(shè)?！半p一流”建設(shè)的研究型大學(xué)要求教材在知識水平、傳遞的教育教學(xué)理念、知識傳播的方式等三個方面具有獨創(chuàng)性和先進(jìn)性。為此，在對國內(nèi)外近期出版的流體力學(xué)教材進(jìn)行分析研究以及汲取有關(guān)專家意見的基礎(chǔ)上，對中國建筑工業(yè)出版社出版的龍?zhí)煊濉⒉淘龌骶幍摹笆濉逼胀ǜ叩冉逃究茋壹壱?guī)劃教材《流體力學(xué)》第二版的體系和內(nèi)容進(jìn)行了修訂，考慮到原教材中勢流理論的內(nèi)容偏多，而沒有一點數(shù)值計算方面的內(nèi)容，而現(xiàn)今隨著計算機的快速發(fā)展，借助計算機進(jìn)行數(shù)值求解已成為求解流動問題的主要方法之一，在教材修訂中，壓縮了勢流的內(nèi)容，涉足了一點數(shù)值求解的內(nèi)容，將第二版中的第7章《不可壓縮流體動力學(xué)基礎(chǔ)》和第8章《繞流運動》進(jìn)行了較大幅度調(diào)整和增刪。第7章主要闡述不可壓縮流體動力學(xué)的基本方程和定解條件，而在第8章中針對第7章中的基本方程，對其求解方法進(jìn)行闡述。第8章包括解析求解方法;在無法解析求解的情況下，如何針對特定的條件對方程做相應(yīng)的簡化，簡化后進(jìn)行解析求解的方法，如對于無旋流動、邊界層流動等的求解;以及數(shù)值求解方法等內(nèi)容。在第8章中增加了數(shù)值求解方法的內(nèi)容。另外，針對“寬基礎(chǔ)”的教學(xué)要求，增加第10章《明渠流動與滲流》，目前修訂后的第三版已出版。

基于教材的修訂，相應(yīng)的教學(xué)體系和內(nèi)容也進(jìn)行了調(diào)整。鑒于本科的《流體力學(xué)》課程，受課程學(xué)時數(shù)的限制，不可能較完整地論述計算流體力學(xué)的內(nèi)容，因此，課程中僅涉足一點這方面的內(nèi)容，增加1—2道習(xí)題，供有興趣的學(xué)生課后應(yīng)用軟件自學(xué)完成，另外，可指導(dǎo)優(yōu)秀的學(xué)生完成涉及數(shù)值計算方面的科技創(chuàng)新項目，滿足不同學(xué)生的個性化需求。通過讓學(xué)生自己動手利用軟件對流動問題進(jìn)行數(shù)值分析，將流體力學(xué)的知識應(yīng)用于與專業(yè)相關(guān)的實際問題中，激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生思考、創(chuàng)新的科研能力。

二、教學(xué)模式

在傳統(tǒng)的教育體制下，課程教學(xué)模式主要以“課堂書本教學(xué)”為主，課后布置習(xí)題鞏固，讓學(xué)生被動地接受或吸收知識，其創(chuàng)新能力沒有得到有效的培養(yǎng)和鍛煉。為此，我們通過探究式、參與式教學(xué)，推廣翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)等新型教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)模式的改革。教師在每章節(jié)講解過程中，尤其是在重點理論講解過程中，以探究的方式，以工程案例為切入點，用有趣的應(yīng)用案例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，用直觀形象的圖形幫助學(xué)生理解抽象的概念和理論，用熟悉的、已學(xué)的知識引出知識間的關(guān)聯(lián)和邏輯關(guān)系，以及講清每個數(shù)學(xué)公式背后的來龍去脈，幫助學(xué)生對知識的整體把握和遷移。所采用的工程案例主要來自我國一些重大工程中流體力學(xué)原理的實際應(yīng)用，如都江堰水利工程、三峽工程、航空航天工程、港珠澳大橋、京滬高鐵等，這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，而且可以增強學(xué)生的愛國熱情和“四個自信”。

著名科學(xué)家錢偉長曾指出：“教學(xué)沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育。”科研是教學(xué)的“源頭活水”，如果沒有科研做支撐，大學(xué)課堂教學(xué)就會失去“靈魂”，課堂教學(xué)應(yīng)與科研深度融合。為此，我們在授課過程中，通過結(jié)合專業(yè)的研究前沿中的流體力學(xué)問題，授課教師承擔(dān)的國家、省部級科研項目中的流體力學(xué)知識點的應(yīng)用，對學(xué)生進(jìn)行點撥，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣，讓學(xué)生自己去尋找發(fā)現(xiàn)科研項目中的流體力學(xué)現(xiàn)象，并利用流體力學(xué)知識去解釋這些現(xiàn)象，增強學(xué)生的參與意識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，促進(jìn)了教學(xué)效果的提升。我們改變了傳統(tǒng)的“老師在上面講，學(xué)生在下面記”的模式，通過引入線上線下學(xué)習(xí)模式，在課程平臺上提供教學(xué)課件、收集的國內(nèi)外優(yōu)秀的教學(xué)視頻，鏈接國內(nèi)外優(yōu)秀慕課，如清華大學(xué)的《水力學(xué)》、波士頓大學(xué)的《流體力學(xué)》等翻轉(zhuǎn)課堂，引入學(xué)生課程演講和分組討論，以及查資料、撰寫課程小論文的綜合模式，全方位開展參與式、討論式和互動式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動探索和研究流體力學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

三、課后習(xí)題

目前國內(nèi)非力學(xué)專業(yè)流體力學(xué)教材中，習(xí)題多數(shù)偏重于某個具體理論或公式的分析與運用，很少引入工程和生活實際中應(yīng)用流體力學(xué)原理解決問題的綜合運用實例，從而未能最大限度地發(fā)揮出習(xí)題應(yīng)有的功效，即對于已授知識的綜合與補充作用。而國外的流體力學(xué)教材中，大多有一些貼近生活或工程的習(xí)題，如在Frank M.White主編的Fluid Mechanics中的習(xí)題有關(guān)于“淋浴時冷水的流量可能會受到附近廁所沖水的嚴(yán)重影響”的習(xí)題，關(guān)于“起重機起吊貨物時風(fēng)速對起吊角產(chǎn)生影響”的習(xí)題，它們都完全貼近生活或工程。流體力學(xué)應(yīng)用廣泛，在日常生活現(xiàn)象和工程實際中都處處滲透著流體力學(xué)知識，因此，習(xí)題除包括鞏固教學(xué)內(nèi)容的習(xí)題外，應(yīng)增加一些設(shè)計研討類與工程類習(xí)題，選擇一些工程案例或日常生活中的流體力學(xué)現(xiàn)象形成習(xí)題，也可增加一點數(shù)值計算的習(xí)題。學(xué)生可組成學(xué)習(xí)小組，課后共同完成，并對其進(jìn)行理論探討與分析，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與撰寫研究報告的能力，加深學(xué)生對流體力學(xué)理論的認(rèn)識，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如對于給排水科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生，我們增加了有關(guān)低影響開發(fā)、海綿城市、管網(wǎng)節(jié)能等的工程類習(xí)題;對于建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)的學(xué)生，增加了結(jié)合數(shù)值計算的室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)化等習(xí)題。

四、結(jié)語

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是擺在教育工作者面前的一項刻不容緩的系統(tǒng)工程，需要我們不斷地努力探索新的思路和舉措。針對“雙一流”建設(shè)下本科《流體力學(xué)》課程教學(xué)，依托重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院的學(xué)科優(yōu)勢和學(xué)校的優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項目，對重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院的《流體力學(xué)》課程從教材修訂與授課內(nèi)容、教學(xué)模式和課后習(xí)題等方面進(jìn)行了改革與建設(shè)，旨在提升大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

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