專業(yè)認證背景下安全工程專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)改革

易玉枚 董子文 易燦南 黃宏格

摘? 要 為提高學(xué)生工程素養(yǎng)，促進畢業(yè)要求的達成，基于工程教育專業(yè)認證理念及認證要求，提出從采用舉例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、案例教學(xué)法、結(jié)合力學(xué)歷史背景、增強與安全工程專業(yè)的契合度等教學(xué)方法及模式上，對安全工程專業(yè)流體力學(xué)課程進行教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞 專業(yè)認證;流體力學(xué);安全工程;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）22-0082-03

Teaching Reform for Fluid Mechanics Course of Safety Engi-

neering Specialty under Background of Professional Certifica-tion//YI Yumei， DONG Ziwen， YI Cannan， HUANG Hongge

Abstract In order to improve the students engineering accomplish-ment and achieve the graduation requirements， based on the concept

of engineering education professional certification and the require-

ments of certification， through using example teaching， heuristic tea-

ching， case teaching method and combining with the fluid mechanics history and safety engineering background， the fluid mechanics course teaching methods and models of safety engineering specialty were explored.

Key words professional certification; fluid mechanics; safety engi-neering; teaching reform

1 引言

專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，同時是實現(xiàn)國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)[1]，隨著我國安全工程專業(yè)認證試點工作的開展與深入，對安全工程本科專業(yè)教育影響越來越大，湖南工學(xué)院安全工程專業(yè)于2019年1月通過認證。工程教育專業(yè)認證理念的核心是“能力導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進”，這就要求每門課程都圍繞學(xué)生能力培養(yǎng)來組織。為了達成每門課程對應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)，需要根據(jù)課程內(nèi)容及學(xué)生特點，改革教學(xué)方法與模式，形成以學(xué)生為中心的工程教育模式。

流體力學(xué)作為安全工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)非常重要，其知識體系在安全工程領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。然而目前流體力學(xué)這門課程教學(xué)中存在諸多問題，如內(nèi)容本身有一定難度，學(xué)生積極性不高;教材為工科通用教材，沒有與安全專業(yè)相結(jié)合;教學(xué)中缺乏對學(xué)生工程能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等。因此，本文以流體力學(xué)課程為例，根據(jù)流體力學(xué)課程的特點和學(xué)生的接受能力，主要從教學(xué)方法與模式上對專業(yè)認證背景下的該課程教學(xué)改革進行探索。

2 采用舉例教學(xué)，提高學(xué)生興趣

舉例教學(xué)一般是在教師講授流體力學(xué)的基本概念、基本理論時，從理論聯(lián)系實際的角度出發(fā)，列舉一些學(xué)生身邊的事物、生活中的自然現(xiàn)象等比較熟悉的例子來解釋抽象的概念、難理解的知識，讓學(xué)生更容易接受且在愉快的氛圍下學(xué)習(xí)，從而大大激發(fā)學(xué)生的興趣，加深學(xué)生對知識的理解。根據(jù)以往的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在上課時對講述的內(nèi)容都能聽懂，但是對課下布置的習(xí)題卻無從下手，其中主要還是因為概念不清。因此，采用舉例教學(xué)法鞏固學(xué)生對概念等基礎(chǔ)知識的理解是非常重要的。

如在講述流體的黏性這一節(jié)內(nèi)容時，通過舉例“兩片玻璃之間滴幾滴水合在一起后就變得很難分開”引入黏性概念;用河流中流動的水面來解釋黏性概念;用水和膠水說明黏度有大小;用洗碗、炒菜等例子說明黏度隨溫度的變化規(guī)律;用寫字用的中性筆筆芯等來說明黏性在日常生活中的應(yīng)用。這樣可以使晦澀難懂的理論概念表達變得淺顯易懂，避免抽象的說教，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性也大大提高。

3 采用啟發(fā)式教學(xué)，提高發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力

啟發(fā)式教學(xué)是在教學(xué)過程中根據(jù)流體力學(xué)課程各章節(jié)內(nèi)容的特點和學(xué)生的知識水平及接受能力，注重以學(xué)生為主體、教師充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，為學(xué)生創(chuàng)造積極思考的氛圍，注重啟發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題積極主動學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析及解決問題的能力。

如在講授伯努利原理時，通過播放視頻、圖片的方式，先提出問題：刮風(fēng)下雨時，雨傘為什么容易向上翻？大風(fēng)吹過走廊時，教室開著門（門往里開）會怎么樣？為什么？乒乓球的旋球是什么原因造成的？如何能打出旋球？足球如何踢出香蕉球？汽車行駛時的阻力主要是來自哪里？飛機為什么能起飛？火車站的站臺上為什么要設(shè)置安全線？……通過一系列生活中常見的現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生帶著這些問題去學(xué)習(xí)，伯努利方程不再是枯燥的公式，他們可以深切感受到流體力學(xué)的魅力，同時加深對原理的理解及運用。在這一教學(xué)過程中，教師要注重引導(dǎo)，從一般常見的現(xiàn)象問題出發(fā)，使學(xué)生從自己的生活經(jīng)歷經(jīng)驗中體驗到探索的樂趣。通過啟發(fā)，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)身邊的很多流體力學(xué)現(xiàn)象，并能運用所學(xué)知識去分析，進而再進一步求解工程實際問題。

4 采用案例教學(xué)，提高工程素養(yǎng)

案例教學(xué)是一種開放式、互動式的新型教學(xué)方式。在流體力學(xué)課程中，教師需在課前搜集相關(guān)案例資料，對課堂教學(xué)進行精心設(shè)計，選用經(jīng)典工程案例為教學(xué)素材，引導(dǎo)、組織學(xué)生進行討論，結(jié)合流體力學(xué)知識進行分析，使學(xué)生較快地將理論與實踐結(jié)合起來，從而提高學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力。

如通過講述歷史上著名的水利工程（如黃河大堤、京杭大運河、都江堰水利工程、廣西靈渠、陜西鄭國渠、三峽工程、南水北調(diào)工程）及西氣東輸工程、京滬高鐵、汽車外形設(shè)計等工程項目，重點對某一個或兩個項目利用流體力學(xué)知識進行詳細分析。在教學(xué)中注重分析思考的過程，將流體力學(xué)課程賦予一定工程背景，讓學(xué)生在工程實例中綜合運用所學(xué)知識分析問題，提高學(xué)生的工程能力。

此外，通過國內(nèi)外大壩潰壩事故案例，如1889年美國約翰斯敦水庫洪水漫頂垮壩事故（死亡4000～10 000人），1959年法國Malpasset拱壩潰壩事故（死亡421人），1963年意大利Vajiont拱壩水庫失事事故（死亡2600人）[2]，

1976年美國愛達荷州的提頓壩潰壩事故（11人死亡，11億美元左右的經(jīng)濟損失）[3]，1975年河南駐馬店潰壩事故（2.6萬人死亡，1100萬人受災(zāi)）[2]，1993年8月27日，由于設(shè)計缺陷及施工質(zhì)量問題，青海省海南藏族自治州溝后水庫垮壩失事事故（288人死亡，40人失蹤，直接經(jīng)濟損失1.53億元）等，使學(xué)生認識到，作為一名工程人員，其責(zé)任心和專業(yè)技術(shù)素質(zhì)也許會關(guān)系到千百人的生命安全，提高學(xué)生的社會責(zé)任感和工程素養(yǎng)。

5 結(jié)合歷史背景教學(xué)，提高創(chuàng)新思維能力

我國目前的流體力學(xué)教材對流體力學(xué)的發(fā)展歷史介紹較少，對基本理論的介紹只是單純的一系列數(shù)學(xué)物理推導(dǎo)過程或直接列出經(jīng)驗公式，與流體力學(xué)的前修課程如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等類似，理論性強，邏輯推理嚴(yán)謹，學(xué)生學(xué)起來感覺沉悶。流體力學(xué)作為一門應(yīng)用力學(xué)，教學(xué)中應(yīng)注重學(xué)生創(chuàng)新思維及能力的培養(yǎng)。結(jié)合流體力學(xué)發(fā)展史進行教學(xué)，體現(xiàn)流體力學(xué)中理論的產(chǎn)生、形成和發(fā)展過程，了解流體力學(xué)科學(xué)家的研究工作、研究思想及科學(xué)方法，從中獲得啟示，進而提高創(chuàng)新思維能力。

如在講述紊流運動理論體系的建立時，通過講述理論形成的過程，讓學(xué)生體會到理論與實踐相結(jié)合的研究方法，錢學(xué)森的技術(shù)科學(xué)思想，當(dāng)理論研究不能滿足實際需要時，提出假設(shè)，通過實驗（實踐）發(fā)現(xiàn)規(guī)律，直至最終正確的理論體系的確立。紊流理論的建立經(jīng)歷了實驗與觀察、分析與建模、數(shù)學(xué)求解、實驗修正、工程應(yīng)用等全過程。

科學(xué)方法的核心是實踐探索與理論相結(jié)合，由于解決問題的方法不止一種，科學(xué)方法對同一對象的理論描述也可能有多種[4]，如工業(yè)管道紊流阻力計算公式有達西提出的達西公式、謝才提出的謝才公式，阻力系數(shù)計算有布拉修斯公式、尼古拉茲公式、柯列勃洛克公式、莫迪公式、阿里特蘇里公式等多種方法。莫迪還根據(jù)管道工程界的需要和習(xí)慣將各種阻力公式組合到一張計算圖中（莫迪圖），達到工程應(yīng)用的目的，但他們殊途同歸。結(jié)合歷史背景教學(xué)，使學(xué)生思維方式開闊靈活多樣化，從而達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

6 與安全工程專業(yè)契合，提高解決復(fù)雜安全工程問題的能力

流體力學(xué)教材內(nèi)容基本上前半部分都詳細介紹了流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識（工科專業(yè)都必須學(xué)習(xí)和掌握的），包括流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)等知識，這是深入學(xué)習(xí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)，并且配有大量思考題和習(xí)題供學(xué)生學(xué)習(xí)鞏固;后半部分是流體力學(xué)基礎(chǔ)的應(yīng)用，包括孔口出流、管嘴出流、管中流動等內(nèi)容，但這些內(nèi)容都沒有與安全工程專業(yè)結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，感覺內(nèi)容枯燥，與自己專業(yè)不相關(guān)，運用流體力學(xué)知識對安全專業(yè)問題進行分析能力較差。因此，安全工程專業(yè)流體力學(xué)課程首先應(yīng)該由專業(yè)教師擔(dān)任，教學(xué)中闡述清楚課程內(nèi)容與后續(xù)專業(yè)課程之間的關(guān)系，強調(diào)對專業(yè)的支撐作用[5]，并對各知識點在專業(yè)領(lǐng)域進行應(yīng)用和拓展。

如將孔口、管嘴出流部分內(nèi)容拓展到事故后果分析，常見的火災(zāi)、爆炸、中毒事故后果分析的基礎(chǔ)就是流體泄漏的計算;將管中流動部分內(nèi)容與工業(yè)通風(fēng)中通風(fēng)管路系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合;將阻力及能量損失計算與消防工程中消防管路系統(tǒng)水力計算相結(jié)合;將泵與風(fēng)機性能部分內(nèi)容應(yīng)用到通風(fēng)及消防中風(fēng)機與泵的選型中;在專業(yè)領(lǐng)域介紹一些目前流體力學(xué)研究的課題，如火災(zāi)流體力學(xué)，火災(zāi)中煙氣的流動、火災(zāi)蔓延、爆炸沖擊波、流體應(yīng)用軟件等。讓學(xué)生明白流體力學(xué)課程內(nèi)容對于專業(yè)的重要性、對安全工作的重要性，將專業(yè)基礎(chǔ)課程理論知識服務(wù)于安全工作實際，提高解決復(fù)雜安全工程問題的能力。

7 結(jié)語

1）課程教學(xué)改革是實現(xiàn)工程教育專業(yè)認證目標(biāo)的關(guān)鍵，對安全工程專業(yè)基礎(chǔ)課流體力學(xué)課程進行改革，可提高學(xué)生的工程能力。

2）教學(xué)改革應(yīng)注重學(xué)生主體作用的發(fā)揮，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生特點以多種教學(xué)方式進行教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及綜合素質(zhì)。

3）教學(xué)改革應(yīng)注重與安全工程專業(yè)相契合，提高學(xué)生對流體力學(xué)知識在安全工程專業(yè)領(lǐng)域的運用能力。

參考文獻

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