高校工程流體力學(xué)課程教學(xué)的探索與實(shí)踐

王亮 薛銳 蔡寧

摘要：結(jié)合現(xiàn)今工程流體力學(xué)課程的實(shí)際，從工程流體力學(xué)課程教學(xué)中課程體系、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)平臺等存在的不足出發(fā)，提出工程流體力學(xué)課程教學(xué)改革措施，加大對青年教師的工程實(shí)踐培養(yǎng)力度，希望對工程流體力學(xué)課程的教學(xué)改革有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；教學(xué)改革；能源與動力工程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）28-0126-02

一、課程教學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)

工程流體力學(xué)既是力學(xué)的一個分支，具有較系統(tǒng)的理論體系，又密切聯(lián)系實(shí)際，具有一定的專業(yè)針對性[2]。本課程根據(jù)流體力學(xué)的內(nèi)容特點(diǎn)，由簡到繁，分為八個部分：流體的基本性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、相似原理及量綱分析、粘性流體在管道中的流動、理想流體的流動、粘性流體動力學(xué)和氣體動力學(xué)等基本知識點(diǎn)。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到下列基本要求：（1）了解學(xué)習(xí)流體力學(xué)的重要性和發(fā)展簡史；（2）能正確理解課程的基本理論知識點(diǎn)；（3）學(xué)會流體問題的基本分析和處理能力；（4）掌握一維流體基本控制方程的推導(dǎo)過程；（5）可以獨(dú)立地使用流體方程和理論，分析和求解已經(jīng)從工程實(shí)際中簡化出來的練習(xí)題和某些與本專業(yè)有關(guān)的流體力學(xué)問題；（6）通過演示和測量實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對流動現(xiàn)象的認(rèn)識，使學(xué)生掌握測量壓力、流速、流量、流程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)等的方法，培養(yǎng)學(xué)生具有分析和整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、編寫實(shí)驗(yàn)報告的初步能力。

工程流體力學(xué)的知識體系經(jīng)過上千年的發(fā)展已經(jīng)相對成熟、固定，邏輯性、系統(tǒng)性、理論性較強(qiáng)，專業(yè)術(shù)語比較抽象[3]。本人在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，就教學(xué)模式進(jìn)行探索和實(shí)踐，旨在讓學(xué)生對生活中這些看似熟悉卻又非常模糊、陌生的現(xiàn)象有清晰的認(rèn)識，在整個教學(xué)活動中，將現(xiàn)代科學(xué)研究方法與內(nèi)容引入課堂，培養(yǎng)學(xué)生敢于實(shí)踐、勇于探索的能力。

二、課程教學(xué)中存在的問題

（一）重理論輕實(shí)踐

傳統(tǒng)教學(xué)更加注重理論，例如方程的演化及論證和相關(guān)專業(yè)銜接不明顯，學(xué)生在理解、掌握的過程中無法形成有專業(yè)特色的工程化思維。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，缺少探索性實(shí)驗(yàn)，也沒有引入與實(shí)際工程直接相關(guān)的內(nèi)容，大多是已使用很多年的設(shè)備，沒有與時俱進(jìn)。學(xué)生多是為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，并沒達(dá)到課程教學(xué)目的。

（二）教學(xué)方法與考查形式單一

在當(dāng)今的高校教學(xué)中，多以課堂書本為基礎(chǔ)，教師在課堂上按照課本內(nèi)容進(jìn)行講述，以教師的講為主，學(xué)生僅僅是聽，即“填鴨式”教學(xué)，模式單一，即使增加了多媒體教學(xué)，但基本模式并沒有改變，課后以做題為主。在課程考查方式上，多采用卷面評分的方式，學(xué)生大多是為了考試而考試，學(xué)習(xí)的自覺性較差。學(xué)以致用并沒得到體現(xiàn)。學(xué)生無法了解流體學(xué)知識與實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的美妙之處。新時代的教師應(yīng)積極探索新的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生為了解決問題而學(xué)。

（三）知識點(diǎn)理論性較強(qiáng)，學(xué)生無法系統(tǒng)掌握

理論性較強(qiáng)是本課程的顯著特色。在教學(xué)過程中，學(xué)生極易由于概念掌握不扎實(shí)而出現(xiàn)混淆，或是習(xí)得新概念忘記舊概念，每個部分的知識較難形成固定的鏈接。在本課程的學(xué)習(xí)過程中，一個新概念的學(xué)習(xí)往往需要多個已學(xué)概念的支持。已學(xué)概念不僅包括本課程的知識，還有可能牽涉其他課程，比如高等數(shù)學(xué)，從字符本身到其所表達(dá)的物理意義，還有一段路要走。所以，為了使學(xué)習(xí)本課程的學(xué)生掌握工程流體力學(xué)課程的知識點(diǎn)，須先講解基本概念，再用專業(yè)知識幫助學(xué)生強(qiáng)化基本概念。

（四）教學(xué)資源嚴(yán)重不足

本課程中，在某些流動的情形下，理論推導(dǎo)無法得到解析，只能基于實(shí)驗(yàn)得到經(jīng)驗(yàn)值。傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法不注重實(shí)驗(yàn)的講解，特別是實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)方法的由來、理論與實(shí)踐的融合。一方面，學(xué)生無法得到很好的鍛煉；另一方面，知識傳承不嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)生沒有獲得知識的深層意義和可用的知識技巧。

（五）缺乏有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的青年教師

青年教師作為學(xué)校發(fā)展的基石，必須懷有崇高的教書育人的歷史使命感。作為一個工科學(xué)校的年輕教師，為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識，其本身要具有較高的工程實(shí)踐能力，有能力獨(dú)立指導(dǎo)學(xué)生完成與課程相關(guān)的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。在當(dāng)今的大多數(shù)院校，青年教師多是從學(xué)校直接招聘而來，沒有實(shí)際工程工作經(jīng)歷，缺乏工程實(shí)踐能力。另外，在工程實(shí)踐培養(yǎng)中，也可以鍛煉青年教師的意志力，加深其對工業(yè)發(fā)展水平的認(rèn)識。

三、提高教學(xué)質(zhì)量的方法

對上述教學(xué)中普遍存在的問題，本課題組分別提出對應(yīng)的解決方法，具體措施如下。

（一）引入研究型的教學(xué)模式

課程設(shè)置中，針對某一授課主題，準(zhǔn)備流體及流體運(yùn)動科學(xué)中的一系列生動案例，讓學(xué)生對生活中某些看似熟悉卻又非常模糊、陌生的現(xiàn)象有清晰的了解。教學(xué)中，以具體實(shí)例為研究對象，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)基礎(chǔ)知識，并結(jié)合現(xiàn)代研究手段，進(jìn)行深入的探討與研究，對研究結(jié)果進(jìn)行合理分析。在工程流體力學(xué)課程的研究型教學(xué)中，既要照顧到工程流體力學(xué)課程的基本原理，又要反映現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)在流體力學(xué)中解決實(shí)際問題的新發(fā)展。

（二）在教學(xué)過程中引入互聯(lián)網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)作為一種輸送知識的有效渠道，越來越為大學(xué)教師所重視。將互聯(lián)網(wǎng)引入教學(xué)，是一個值得每位教師研究的教改課題。通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，建立討論組，隨時隨地都可以發(fā)布課程信息，共享新資源。將每個知識點(diǎn)或習(xí)題講解錄播為小視頻，推送給學(xué)生，可以使其隨時隨地多次觀看，教師也可以了解自己的講課過程，針對不足做出修改。同時，也可通過網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)時解決學(xué)生的疑惑，批改作業(yè)，突破時空限制，更加全面地了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)深度，有效提高教學(xué)效果。

（三）實(shí)施“整體—局部—整體”三步教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)知識的系統(tǒng)化

傳統(tǒng)教學(xué)法是指從理論基礎(chǔ)到實(shí)際應(yīng)用為主線的教學(xué)方法。整體—局部—整體教學(xué)法是一種由難到易再到難的過程，首先對整個課程內(nèi)容做概括性的介紹，然后再對其進(jìn)行分解，詳細(xì)講解本課程的每個知識點(diǎn)，并對知識點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，最后回歸課程的整體。該方法以學(xué)生為本，強(qiáng)調(diào)知識的系統(tǒng)性，將知識點(diǎn)的意義傳遞作為每節(jié)課的關(guān)鍵。

（四）引入CFD工程案例

計(jì)算流體力學(xué)CFD是一種使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算的方法，計(jì)算對象為偏微方程組，計(jì)算結(jié)果采用圖像顯示工具展示流場內(nèi)各個參數(shù)的分布圖。相對于其他研究方法，該方法資源耗費(fèi)少，易于操作，可以重復(fù)，能得到實(shí)際無法測量的物理量分布圖。在相關(guān)的流體科研中，CFD是一種不可或缺的技術(shù)手段。Fluent是現(xiàn)今科學(xué)界應(yīng)用較多的已匯總CFD計(jì)算軟件。隨著大學(xué)生計(jì)算機(jī)水平的提高，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算可以被學(xué)生接受。將Fluent引入工程流體力學(xué)教學(xué)，已經(jīng)得到很多教學(xué)人員的認(rèn)可。將工程案例加入課程教學(xué)，可以有效提高教學(xué)效果。

（五）加大對青年教師工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)力度

根據(jù)國家發(fā)展需要，培養(yǎng)有工程實(shí)踐能力的教師是提高人才質(zhì)量的基礎(chǔ)。在師資評級系統(tǒng)中建立科學(xué)研究和工程實(shí)踐相融合的綜合性系統(tǒng)，以實(shí)踐結(jié)果激勵青年教師，改革原有的評價機(jī)制，支持青年與企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，實(shí)時掌握生產(chǎn)實(shí)際，并將工程實(shí)踐與職稱評定相結(jié)合。通過建立長效機(jī)制，調(diào)動青年教師參加實(shí)踐的積極性，構(gòu)建實(shí)踐能力培養(yǎng)教育體系，合理確定實(shí)踐鍛煉期間的工作量和相關(guān)待遇，支持青年教師獲取相關(guān)行業(yè)的執(zhí)業(yè)（或職業(yè)）資格和職稱資格，切實(shí)建設(shè)好實(shí)訓(xùn)基地。

四、結(jié)論

工程流體力學(xué)課程作為能源與動力工程專業(yè)教學(xué)體系中的重要組成部分，而且是很多專業(yè)課程的基礎(chǔ)課，內(nèi)容繁多，體系較為復(fù)雜，在專業(yè)型人才培養(yǎng)中不可替代。根據(jù)本校能源與動力工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，本課程組科學(xué)地建立了混合式教學(xué)模式，充分發(fā)揮每種方法的優(yōu)勢，對課程內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)課堂、教學(xué)方法等進(jìn)行改革創(chuàng)新，與時俱進(jìn)，在實(shí)踐中不斷探索和推進(jìn)工程流體力學(xué)課程的教學(xué)改革與優(yōu)化，形成一套具有地區(qū)院校特色的工程流體力學(xué)課程教學(xué)模式，為培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、能力突出的能源與動力工程專業(yè)的人才做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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