《流體力學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容及方法的改革

漆波　劉琳

【摘要】通過分析《流體力學(xué)》課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合近年來《流體力學(xué)》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，有取舍地調(diào)整流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)不同類型的知識(shí)點(diǎn)采用不同的教學(xué)策略和方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】流體力學(xué)? 教學(xué)內(nèi)容? 教學(xué)方法? 改革

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）11-0242-01

流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，是研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門技術(shù)科學(xué)。作為能源與動(dòng)力工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，《流體力學(xué)》是相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，如泵與風(fēng)機(jī)、鍋爐原理、汽輪機(jī)原理等?！读黧w力學(xué)》既有一定深度的理論基礎(chǔ)，又有較強(qiáng)的工程應(yīng)用背景，其課程內(nèi)容較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、理論推導(dǎo)較多，學(xué)生普遍反應(yīng)學(xué)習(xí)困難。因此，結(jié)合近年來《流體力學(xué)》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理的調(diào)整;對(duì)于不同類型的知識(shí)點(diǎn)，采用相應(yīng)的教學(xué)策略與方法，以改善教學(xué)效果，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

一、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

多年來，《流體力學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容相對(duì)固定，與日新月異的現(xiàn)代工程技術(shù)越來越不相適應(yīng)。經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外流體力學(xué)教學(xué)歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行廣泛深入的調(diào)研分析，以力學(xué)的基本概念和基本原理為主線，重組教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系。

1.傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的精簡(jiǎn)

對(duì)部分教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn)。例如，大部分《流體力學(xué)》最后一章都是主講膨脹波和激波，這是空氣動(dòng)力學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)內(nèi)容。從學(xué)習(xí)空氣動(dòng)力學(xué)來說，這部分知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，另外，從應(yīng)用來說，絕大部分學(xué)生畢業(yè)后基本上不會(huì)接觸激波、膨脹波等。綜合考慮各方面因素，這部分內(nèi)容可以從教學(xué)內(nèi)容中去掉。

另外，流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)的葉輪機(jī)械部分，其內(nèi)容和《泵與風(fēng)機(jī)》重復(fù)，也可以從教學(xué)內(nèi)容中去除掉，精簡(jiǎn)教學(xué)課時(shí)。

2.計(jì)算流體力學(xué)知識(shí)體系的補(bǔ)充

計(jì)算流體力學(xué)部分是我們傳統(tǒng)的《流體力學(xué)》教材中所沒有的。流體力學(xué)是計(jì)算流體力學(xué)的基礎(chǔ)，計(jì)算流體力學(xué)是流體力學(xué)基本理論的拓展和應(yīng)用。目前，計(jì)算流體力學(xué)已經(jīng)作為一種重要的流體力學(xué)力學(xué)研究方法，廣泛應(yīng)用于教學(xué)、研究和工程中。通過教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣得到了較大的提高，教學(xué)效果得到了顯著的改善。

3.前沿知識(shí)的補(bǔ)充

流體力學(xué)作為一門學(xué)科，是持續(xù)發(fā)展的，在理論上、在工程應(yīng)用上的發(fā)展從未停止過。流體力學(xué)研究的問題越來越廣泛，尤其是和其它學(xué)科相互滲透，形成很多交叉學(xué)科，賦予了流體力學(xué)新的生命力。例如：多相流動(dòng)，流體和結(jié)構(gòu)物的相互作用，邊界層流動(dòng)和分離，生物力學(xué)和環(huán)境流體流動(dòng)等問題等。在教學(xué)的內(nèi)容中學(xué)科前沿知識(shí)的補(bǔ)充，既可拓展學(xué)生的視野，又可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

二、教學(xué)方法的改革

知識(shí)是通過一定的方式進(jìn)行傳授的，方式不同，對(duì)知識(shí)掌握的程度也不同。不同類型的知識(shí)點(diǎn)因其具有不同的特點(diǎn)，應(yīng)該采用不同的教學(xué)方法以達(dá)到良好的教學(xué)效果。在教學(xué)實(shí)踐中，我們針對(duì)基礎(chǔ)概念、公式推導(dǎo)、工程應(yīng)用和知識(shí)拓展等不同的教學(xué)內(nèi)容，采用了不同的教學(xué)方法。

1.基礎(chǔ)概念

流體力學(xué)概念較多，從流體靜力學(xué)到流體動(dòng)力學(xué)，從理想流體到黏性流體，從層流到紊流，都有許多的概念知識(shí)，對(duì)這些概念的理解至關(guān)重要，只有掌握了這些概念，才能更好地展開流體力學(xué)的學(xué)習(xí)。

對(duì)于基礎(chǔ)概念部分以講授為主，可采用啟發(fā)式教學(xué)。首先引入自然現(xiàn)象，讓學(xué)生通過一系列的觀察、分析、比較、判斷等思維活動(dòng)理解概念形成過程;然后教師對(duì)概念進(jìn)行總結(jié)與概括時(shí)，抓住事物的本質(zhì)特征，揭示概念內(nèi)涵。例如在講解流體力學(xué)中的“粗糙管”和“光滑管”時(shí)，就不能以簡(jiǎn)單的幾何上的粗糙、光滑去理解其概念，其反映的是邊界層厚度和管道內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度的關(guān)系。

2.公式推導(dǎo)

流體力學(xué)給出了許多公式的推導(dǎo)，每個(gè)公式定理的提出都包含了公式的推導(dǎo)過程。公式推導(dǎo)過程，要求掌握一定的力學(xué)理論知識(shí)、物理知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)，要運(yùn)用一些力學(xué)公式及數(shù)學(xué)公式，因此具有較大的難度。

公式推導(dǎo)需要較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，其教學(xué)方法依然是以講授為主，重在公式推導(dǎo)思路。首先要明確研究對(duì)象，流體力學(xué)的所有推導(dǎo)大都是選取了一個(gè)系統(tǒng)或者控制體;其次，掌握基本概念和基本規(guī)律，理解其物理意義，建立基本方程;然后，余下的推導(dǎo)過程本身是一個(gè)數(shù)學(xué)過程;最后是基本應(yīng)用，將流體力學(xué)公式、定理應(yīng)用到工程實(shí)踐中。

3.工程應(yīng)用

流體力學(xué)具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用背景，流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中包含了較多的工程應(yīng)用知識(shí)，如連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、伯努利方程等的應(yīng)用。

工程應(yīng)用部分可采用案例法進(jìn)行教學(xué)，案例教學(xué)法是一種以工程案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法。將工程實(shí)例引入流體力學(xué)課程教學(xué)中，使流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容形象化、實(shí)用化，增強(qiáng)課程的工程性、應(yīng)用性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)的效果。

4.知識(shí)拓展

前沿知識(shí)的補(bǔ)充，有助于培養(yǎng)學(xué)生開放的分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新精神，為學(xué)生從事專業(yè)工作打下良好的基礎(chǔ)。

對(duì)于前沿知識(shí)，可采用部分翻轉(zhuǎn)的教學(xué)方式。針對(duì)學(xué)科前沿開展專題講座，由學(xué)生收集、整理和分析資料，課堂上重點(diǎn)圍繞典型問題開展分組討論，重在知識(shí)的拓展。

結(jié)束語

綜合考慮《流體力學(xué)》課程的特點(diǎn)、學(xué)生就業(yè)后對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用情況以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)采用不同的教學(xué)方法，能夠合理地安排有限的課堂教學(xué)時(shí)間，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，達(dá)到改善課程的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

漆波（1976.04-），男，漢族，重慶江津區(qū)人，博士，副教授，研究方向：傳熱傳質(zhì)及流體機(jī)械。