機制專業(yè)工程流體力學(xué)課程教學(xué)模式探討

王風(fēng)濤 閆淑萍

（1.安徽工程大學(xué)<機械工程學(xué)院>，安徽 蕪湖 241000；2.安徽工程大學(xué)科技處，安徽 蕪湖 241000）

隨著我國加入《華盛頓協(xié)議》，工程專業(yè)認(rèn)證理念已經(jīng)成為各個工科專業(yè)教學(xué)改革的主要依據(jù)，而工程專業(yè)認(rèn)證需要以產(chǎn)出為導(dǎo)向，進(jìn)行教育達(dá)成度評價指標(biāo)構(gòu)建[1]。 同時，為滿足我國正在實施的“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略需要，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，教育部先后發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》和《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實踐項目的通知》， 指出： 以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)等為代表的新型經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，迫切需要工科教育的改革創(chuàng)新， 克服傳統(tǒng)工科教育的缺點，著重加強學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，同樣以產(chǎn)出為導(dǎo)向[2-3]。因此，在工程專業(yè)認(rèn)證和新工科建設(shè)的背景下，只有發(fā)展相適應(yīng)的機械專業(yè)課程教學(xué)模式，才能促進(jìn)教學(xué)效率和教學(xué)效益的提升，培養(yǎng)出符合工程專業(yè)認(rèn)證理念和新工科需要的人才。

作為機制專業(yè)一門理論性較強的專業(yè)理論基礎(chǔ)課程，工程流體力學(xué)以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、大學(xué)物理等通用基礎(chǔ)課程為基礎(chǔ)，為流體傳動及控制、液壓與氣壓傳動、流體機械原理、流體機械結(jié)構(gòu)與強度等專業(yè)基礎(chǔ)課程提供必需的知識支撐，要求學(xué)生深刻理解和掌握流體靜力學(xué)和動力學(xué)的重要含義，培養(yǎng)學(xué)生在動力機械、傳動機械等以流體能量為原動力或者流體為工作介質(zhì)的機械設(shè)計、制造、試驗時應(yīng)用流體力學(xué)理論求解問題的能力，在機械專業(yè)的知識體系中發(fā)揮“承上啟下”的作用[4]。因此，本文針對工程流體力學(xué)的特點及現(xiàn)有的教學(xué)問題，對相對應(yīng)的課程教學(xué)模式改進(jìn)方法進(jìn)行探討，從而構(gòu)建適應(yīng)機械工程專業(yè)認(rèn)證和新工科建設(shè)所需要的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，增強學(xué)生應(yīng)用工程流體力學(xué)知識解決實際工程問題的能力，才能有效保證教學(xué)目標(biāo)的完成，并滿足畢業(yè)要求。

1 工程流體力學(xué)課程的特點及當(dāng)前教學(xué)中的問題

1.1 工程流體力學(xué)課程的特點

工程流體力學(xué)主要研究流體平衡或運動時所遵循的基本規(guī)律及其在實際工程中的應(yīng)用，所研究的流體主要包括液體和氣體，而常見的流體（如水和空氣）無色透明，與固體完全不同，沒有具體的形狀，看不到也摸不著，缺乏直觀的視覺感受，給學(xué)生描述流體的運動形態(tài)及過程較為困難。 同時，工程流體力學(xué)中為便于建模分析問題，通常假定流體由連續(xù)分布的質(zhì)點組成，以流體的主要物理性質(zhì)為基礎(chǔ)，主要通過較為抽象的歐拉法描述流體的運動，以大量的微積分公式進(jìn)行推導(dǎo)，分析外界載荷下流體的靜止?fàn)顟B(tài)、運動狀態(tài)及流體與固體或流體自身之間的作用關(guān)系，十分枯燥乏味，且概念相對晦澀，極易讓學(xué)生感覺課程內(nèi)容學(xué)習(xí)十分困難，難以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)工程流體力學(xué)課程的積極性和主動性。

1.2 工程流體力學(xué)當(dāng)前教學(xué)中的問題

1.2.1 教學(xué)課時短

根據(jù)機制專業(yè)的工程教育認(rèn)證要求，在以往課程體系的基礎(chǔ)上，增加了工程化學(xué)、計算方法、機械有限元法等課程，以致工程流體力學(xué)的課時大大減少。 我校機制專業(yè)采用趙琴、楊小林、嚴(yán)敬主編，重慶大學(xué)出版社出版的《工程流體力學(xué)》（第2 版）[5]。 該教材推薦的理論教學(xué)學(xué)時控制在48 學(xué)時左右， 并配套實驗教學(xué)為8～10 學(xué)時， 但我校機制專業(yè)工程流體力學(xué)課程理論教學(xué)課時分配24 學(xué)時，未安排實驗教學(xué)，教學(xué)課時大為縮短， 若按照教材規(guī)定的步驟開展教學(xué)工作，難以完成教學(xué)任務(wù)。 同時，課時的縮短對教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”提出了較高的要求，如果二者無法進(jìn)行有效的配合，將導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)目標(biāo)難以按照預(yù)期完成，而學(xué)生工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力提升將成為空談。 因此，如何在縮短的教學(xué)課時內(nèi)容安排合理的教學(xué)內(nèi)容就成為工程流體力學(xué)課程教師必須首先要解決的問題。

1.2.2 教學(xué)方式單一

多媒體技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了課堂教學(xué)模式的變革，現(xiàn)在課堂教學(xué)已經(jīng)大量使用多媒體技術(shù)，但工程流體力學(xué)課程自身的理論性較強，建模分析所需的微積分計算公式較多， 以致多數(shù)教師仍然以口授與板書為主，而多媒體教學(xué)課件的內(nèi)容主要集中于公式、概念或者與二者相關(guān)的計算例子的羅列，只是單純?yōu)榭谑诤桶鍟?wù)，形式過于單一，不夠豐富生動，未充分發(fā)揮出多媒體技術(shù)自身的優(yōu)勢，難以有效集中學(xué)生的課堂注意力，使得課堂的教學(xué)內(nèi)容只是單向傳輸給學(xué)生，而教師準(zhǔn)備的課堂問題只能要求學(xué)生進(jìn)行回答， 并不是學(xué)生的主動反饋，學(xué)生只能單純被動接受，課堂整體的互動性較差，難以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，學(xué)生為應(yīng)對作業(yè)和考試只是部分記憶了一下課堂上所講的概念及公式，教與學(xué)之間相互獨立，直接影響工程流體力學(xué)課程的最終教學(xué)效果。

1.2.3 考核形式單一

現(xiàn)階段，機制專業(yè)的工程流體力學(xué)課程考核方式仍然采用30%的平時成績（課堂表現(xiàn)10%，平時作業(yè)20%）和70%的考試成績。 課堂表現(xiàn)主要包括上課簽到和課堂問答， 平時作業(yè)也主要為使用教材所帶習(xí)題，而考試內(nèi)容主要為課堂習(xí)題或課后練習(xí)題相同類型的習(xí)題，導(dǎo)致學(xué)生主要抱著應(yīng)對考試的心態(tài)，只對平時作業(yè)與考試內(nèi)容相關(guān)章節(jié)中的概念及公式進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶，缺乏工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識應(yīng)用能力的培養(yǎng)及引導(dǎo)，更難以對基礎(chǔ)概念形成透徹理解，不可能有效掌握并提升求解工程實際問題的能力，對教學(xué)大綱中問題分析內(nèi)容所形成的支撐相對較弱，無法保障熟練掌握流體力學(xué)基礎(chǔ)知識和平衡流體力學(xué)規(guī)律的理論基礎(chǔ)， 能完成流體機械工程中相關(guān)水力計算，用推理演繹方法建立動力學(xué)模型， 準(zhǔn)確求解工程實例，對分析結(jié)果進(jìn)行討論達(dá)到解決復(fù)雜工程問題的方法等教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。

2 機制專業(yè)工程流體力學(xué)課程教學(xué)模式的改進(jìn)

針對工程流體力學(xué)的課程特點和現(xiàn)有教學(xué)模式缺陷，結(jié)合工程教育認(rèn)證和新工科專業(yè)的要求，從基于產(chǎn)出的教育達(dá)成度評價和學(xué)生知識應(yīng)用能力的提升出發(fā)，嘗試進(jìn)行以下改進(jìn)。

2.1 課程教學(xué)內(nèi)容精選

根據(jù)機制專業(yè)工程流體力學(xué)的教學(xué)課時要求，修訂教學(xué)大綱與教學(xué)計劃，構(gòu)建“立足基礎(chǔ)、面向應(yīng)用、提高能力”的課程內(nèi)容體系[6]，教學(xué)內(nèi)容需集中于與機械相關(guān)的流體靜力學(xué)和動力學(xué)的基本概念及應(yīng)用，掌握連續(xù)介質(zhì)假設(shè)、流體的物理性質(zhì)、流體作用外力、流體靜壓特性、 理想流體運動微分方程和平衡微分方程、靜壓強基本方程、作用于平面和曲面上的總壓力、拉格朗日法、歐拉法、連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程、 動量矩方程等相關(guān)的理論基礎(chǔ)概念和理論公式，了解流體力學(xué)作用關(guān)系相關(guān)分析公式的整個推導(dǎo)過程， 具備流體機械應(yīng)用所必須具備的基礎(chǔ)知識，并能夠熟練且準(zhǔn)確地解決與流體機械相關(guān)的實際工程問題，可以研究機械裝備中流體的運動規(guī)律及流體與邊界的作用關(guān)系，具備機械相關(guān)的流體設(shè)計、分析和研究能力，從教學(xué)內(nèi)容出發(fā)為實現(xiàn)課程目標(biāo)和完成教學(xué)達(dá)成度奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.2 課程教學(xué)方法調(diào)整

興趣是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性的關(guān)鍵，機制專業(yè)的工程流體力學(xué)課程教學(xué)方法需以調(diào)動學(xué)生興趣為目標(biāo)，從工程流體力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識出發(fā)，對教學(xué)方法進(jìn)行調(diào)整。

2.2.1 加強教學(xué)內(nèi)容課前復(fù)習(xí)及預(yù)習(xí)

建立工程流體力學(xué)課程教學(xué)班級群，在開始每節(jié)課教學(xué)內(nèi)容之前，通過教學(xué)班級群給學(xué)生布置必須復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)的課程內(nèi)容及相關(guān)的理論知識，要求學(xué)生借助新媒體技術(shù)復(fù)習(xí)前面課程的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，預(yù)習(xí)即將講授的教學(xué)內(nèi)容，聲明上課會對所復(fù)習(xí)及預(yù)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提問，以督促學(xué)生完成即將進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的課前復(fù)習(xí)及預(yù)習(xí)， 使學(xué)生加深已學(xué)知識的掌握程度， 對即將開始的課堂教學(xué)內(nèi)容具有一定程度的了解，有效保障課堂教學(xué)能夠較為流暢的進(jìn)行，盡可能減少理論公式和教學(xué)例題的教學(xué)用時，強化學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的理解，為工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識在實際工程問題的應(yīng)用討論的導(dǎo)入教學(xué)提供充足課時，著力鍛煉并培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，助力實現(xiàn)課程目標(biāo)和完成教學(xué)達(dá)成度。

2.2.2 有效使用多媒體工具

改進(jìn)傳統(tǒng)的板書公式推導(dǎo)教學(xué)方式，結(jié)合多媒體課件制作工程流體力學(xué)課程中的公式推導(dǎo)細(xì)節(jié)，通過動畫放映方式給學(xué)生展示整個公式的推導(dǎo)過程，便于學(xué)生掌握工程流體力學(xué)中基本公式的由來及應(yīng)用方向，進(jìn)一步縮短過去板書教學(xué)所用課時，從而能夠安排課時借助視頻形式給學(xué)生展示工程流體力學(xué)的實際應(yīng)用場景，介紹工程流體力學(xué)課程的重要性及工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識應(yīng)用于實際工程問題的求解方法，從問題導(dǎo)入帶動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以問題解決引導(dǎo)學(xué)生使用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識解決實際工程問題，進(jìn)而實現(xiàn)課程目標(biāo)和完成教學(xué)達(dá)成度。

2.3 課程考試方式改進(jìn)

單純通過期末閉卷考試只能判斷學(xué)生對工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識的記憶程度，無法反映學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力。 因此，在日常教學(xué)知識點講解完， 收集與教學(xué)知識點相關(guān)的實際工程問題，以多媒體講解的工程流體力學(xué)知識應(yīng)用于實際工程問題案例的求解過程為基礎(chǔ)，將學(xué)生分組，各小組分配與教學(xué)知識點相關(guān)的實際工程問題，而實際工程問題的分析與求解與作為考核內(nèi)容之一，讓學(xué)生參考已教授過的求解過程嘗試依靠小組的團(tuán)隊力量獲得分配問題的答案， 讓學(xué)生在求解問題的過程中獲得成就感，形成激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，將整個過程及自己的收獲通過匯報形式與其他學(xué)生分享，促使各個小組交流溝通，若有異議由教師進(jìn)行解答，從而擴(kuò)展并強化所有學(xué)生對工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握及應(yīng)用能力，督促學(xué)生實現(xiàn)課程目標(biāo)和完成教學(xué)達(dá)成度。

3 結(jié)語

針對機制專業(yè)工程專業(yè)認(rèn)證和新工科建設(shè)要求的課程目標(biāo)和畢業(yè)達(dá)成度要求，從工程流體力學(xué)的課程特點及現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題出發(fā)，精選與機械相關(guān)的流體基本物理性質(zhì)、靜力學(xué)、動力學(xué)等教學(xué)內(nèi)容，借助多媒體課件、慕課、網(wǎng)絡(luò)精品課程視頻等資源強化課前復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，有效使用多媒體技術(shù)，通過視頻形式展示工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論的重要性，以動畫形式表現(xiàn)計算公式的推導(dǎo)過程，讓學(xué)生了解工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識與實際工程問題之間的內(nèi)在聯(lián)系，增加以解決實際工程問題為目標(biāo)的小組討論作為課程考核內(nèi)容之一， 改進(jìn)工程流體力學(xué)的課程教學(xué)模式，力爭在有限的教學(xué)課時內(nèi)實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)滿足社會和國家需要的機制專業(yè)人才。