卓越計劃背景下的流體力學課程教學改革與實踐

劉宏升，朱 泓，張 博

（大連理工大學能源與動力學院，遼寧大連 116024）

卓越計劃背景下的流體力學課程教學改革與實踐

劉宏升，朱 泓，張 博

（大連理工大學能源與動力學院，遼寧大連 116024）

根據教育部提出的 “卓越工程師教育培養計劃”對工程教育的要求，結合大連理工大學能源動力類流體力學課程的教學實踐，進行了面向工程教育的教學內容改革、結合工程需要的立體化教學資源建設、多種形式的研究型教學模式、教學科研緊密結合的教學特色等多方面的教學改革，探索從傳統的知識傳授型教學向研究型教學轉變的途徑，旨在為卓越計劃背景下能源動力類專業基礎課的教學改革提供參考和借鑒。

卓越工程師；流體力學；工程教育；研究型教學

教育部提出的卓越工程師教育培養計劃（卓越計劃）是國家振興工程教育的一項重大舉措［1］，對我國的工程教育改革具有重要意義。如何落實卓越計劃要求、深化教學改革已成為各高校刻不容緩的工作［2］。大連理工大學是首批入圍卓越計劃的試點高校，其熱能與動力工程專業是首批落實卓越計劃的試點專業。為了保證卓越計劃順利實施，熱能與動力工程專業根據工程教育對課程的要求，將專業標準落實到具體課程，對主干課程的教學大綱和教學內容進行了整合，同時在教學改革方面做了大量工作。本文以流體力學課程為例，開展卓越計劃實施過程中專業基礎核心課程改革的探索與實踐。

1 面向工程教育的教學內容改革

流體力學是能源動力學科的專業基礎課，是后續專業課程的核心基礎課程之一，在課程體系中具有重要地位［3］。由于流體力學課程理論性強又具有較強的工程應用背景，在教學中需要同時兼顧知識的繼承性與先進性，教學內容既要涵蓋傳統的經典力學知識，又要涉及大量聯系工程實際的新成果、新知識，如何在卓越計劃背景下構建與工程教育相銜接的課程教學內容、處理好經典與現代的關系已成為課程改革的首要任務［4］。

本課程教學內容改革的根本原則是：

（1）根據學科發展與科技進步的要求優化教學內容，確定傳承什么、怎么傳承，對傳統的經典知識進行取舍與合理組織，保證經典知識的穩定性；

（2）將學科前沿知識、最新科研成果融入教學，促進知識創新，既充實理論知識又開闊學生眼界，保證新增內容的先進性；

（3）教學內容由面向單學科向面向多學科轉變。

在這樣的原則下，課程教學中減少了理想流體的復雜理論知識，增加了實際黏性流體的流動、受力分析。例如：刪減了實際應用很少的漩渦三大定理、誘導速度場等理想流體漩渦理論部分內容；增加了實際管道水力計算的內容，重在解決實際工程問題；適當擴展了后續課程涉及到的基本知識，如量級分析法、渦輪機械基本方程等，旨在為專業課程教學打好基礎；補充了機械類液壓傳動、車身流線型設計等跨學科知識，課程由能源動力類學科逐漸向機械、汽車、環境等學科輻射，逐步形成服務于寬口徑專業教育的專業基礎課教學內容。

2 以工程案例教學法為代表的研究型教學模式

卓越工程師的一個典型特點是具備很強的自主學習、獨立解決問題的能力，因此培養的重點不在于加深學生的專業知識，而在于提高學生的綜合素質［5］，這就要求教師要從知識傳授型教學模式向研究型教學模式轉變，使學生從知識接受者變為知識的探究者，從傳統的重教輕學向“教主于學”轉變［6］。研究型教學模式包括很多方面的內容，我們在教學中探索了包括實施案例教學法、推進學習創新、改革考核方式在內的多種方式：

（1）提倡基于工程實際問題的案例式教學法。教師在課堂上根據教學目標和內容的需要，利用工程案例組織學生進行學習、討論，以鍛煉學生的分析、歸納、總結的能力。課程組精心設計了一些習題課與專題討論課來解決與課程基本理論相關的實際問題，提升學生解決問題的能力。例如在學習管道水力計算時，課堂上提出一個相對復雜的管道設計問題，讓學生討論設計方案并完成計算。需要注意的是在案例選取上，教師要精心設計、選擇具有啟發性的討論題，給學生一定的思維空間，才能真正提高學生分析問題和解決問題的能力。

（2）以教師教學創新促進學生學習創新，實現課內與課外有機結合。本課程力求構建一種“寓教于樂、寓學于研”的教學氛圍，從封閉型課堂向開放型課堂轉變，以提升整體教學效果。主要采取2種方式，其一是在教學中引導學生把握流體力學解決問題的思維方式和研究方法，對于特定知識點安排專題作業，鼓勵學生自主學習，例如在介紹量綱原理基本思想之后，給出量綱分析大作業，讓學生必須通過課后大量查閱文獻才能完成相關作業，鍛煉學生獨立解決問題的能力；其二是布置課程論文任務，讓學生在課外完成一篇流體力學知識應用的課程論文，教師可以參與通過解決開放性問題，鍛煉學生自主學習能力，培養學生的創造力。從實踐效果來看，學生參與課后學習的積極性很高，雖然完成專題作業與論文的水平參差不齊，但基本能夠自主完成，達到課外鍛煉的目的。

（3）探索以評價學生“學習成效”為導向的課程考核方式。本課程針對卓越計劃對“卓越”的要求，以學生的能力培養為主線，教學中不是把學生學到了具體的知識點作為目標，而是更注重學生學習到了什么方法、具備了什么能力，在這一原則指導下不斷探索課程考核方式的改革［7］。成績評價不再以記憶性的書本知識為主要內容，即從考核學生學習成績向評價學習成效轉變，引導學生從注重考試結果向注重學習過程轉變，增強學生學習的主動性。在具體做法上，將平時成績由20%增至30%，加大對課后專題作業與課程論文的考核力度，課程作業避免題海訓練，加大綜合性、設計性和開放性題目的數量，對學生在學習過程中所表現出來的情感、學習策略、合作精神等因素進行全面的綜合評價。

3 結合工程需要構建立體化教學資源

課程教學離不開豐富的教學資源，對于卓越工程師培養而言，面向工程需要的教學資源建設成為課程建設的一項重要工作［8］。本課程提出豐富教學資源、實現立體式教學的課程建設方針，重點建設了教材、多媒體教學軟件和網絡教學3種教學資源。

教材是學生學習的主要依據，在教學中占有重要地位。本課程從“工程”的角度出發概念，在原有高等學校理工科力學類規劃教材的基礎上，編寫新版教材《工程流體力學》（第四版），注重了基本理論與工程應用的有機結合，目前被多所高校選作本科教材，在國內具有一定的地位。在實驗教材建設方面，與本課程實驗教學完全匹配的《熱工基礎實驗教程》于2012年出版，2本教程都是根據學院的實際教學情況，并綜合考慮理論教學與工程人才培養需求編寫而成。

在教材建設基礎上，課程組編制了流體力學課程電子教案，該電子教案得到了學生的廣泛認可與好評，曾獲得校優秀多媒體課件一等獎；與教材相配套的習題測試軟件已在教學中使用多年，可以進行教材習題的抽題測試與解答。目前該軟件正在升級，力求進一步完善功能，逐漸形成課程習題庫。

流體力學課程在學校網上學習中心開課已經6年多，學生可以通過校內賬號登錄后進行瀏覽通告、參與討論、下載資料等操作，教師通過學習中心發布課程通知、教學安排、教學重點等信息，并針對難點問題與學生進行討論、交流，同時上傳大量的習題、圖片及學習課件等資料供學生參考，師生之間教與學的結合在這一平臺上得到了充分的體現，起到了很好的教學相長的作用。

4 教學與科研相融合，形成鮮明的教學特色

教學與科研被譽為高校的2個中心，高水平的科學研究有利于教師轉變教學觀念、更新教學內容和改革教學方法，學生可以直接從中受益［9］。堅持教學科研并重，做到教學科研相長已成為培養卓越人才的必然要求［10］。卓越計劃對教學中的工程型科研因素提出了更高的要求，本課程努力探索科研與教學相融合的途徑，力求將最新研究成果有效地凝練為教學內容。一方面注重基礎理論與科技前沿的結合，及時將目前具有代表性的科技創新、科學研究和實驗教學改革成果有機融入到教學之中，注重培養學生的創新意識；另一方面增加了通用計算流體力學（CFD）軟件Fulent在課程中的使用［11］，通過合理安排教學內容與形式，充分發揮CFD軟件在流體力學教學中的3種功能：

（1）軟件模擬結果的演示功能。流體力學課程中，很多內容都可以用Fulent進行模擬、演示，例如：用于模擬管道截面突然擴大的流函數分布，模擬繞流問題流場變化規律及各種流動問題的流線演示等，通過形象直觀的演示激發學生學習的興趣，進而介紹相關的理論知識，如圖1所示為截面突然擴大的管流在入口速度分別為0.1m/s和10m/s時的壓力分布對比圖。

圖1 入口速度對截面擴大管流壓力分布的影響

（2）軟件操作對學生學習興趣的引導功能。教師在課堂上簡單介紹軟件的基本思想、用途及簡單操作等相關知識，使學生對流動計算的相關軟件有所了解，增加學習的興趣。實踐表明，很多學生希望在課后能夠了解、學習相關軟件，并積極參與大學生創新性計劃項目，實踐創新能力得到了很大的提高。

（3）軟件解決科研問題的應用功能。結合教師的科研工作，通過引入CFD軟件解決實際科研問題的應用實例，例如模擬不可壓流體在小球堆積型多孔介質中的流動過程，分析壓力、速度、流函數等重要參數分布規律，如圖2所示為速度分布規律，將以CFD軟件為工具解決實際科研問題的教學案例，有機融合到課堂教學之中。

圖2 小球型多孔介質內流動的速度分布

5 以立德樹人為本，教書育人相結合

大學教學區別于中小學教學的特點之一是教師與學生接觸的時間相對較少，教師注重更多的是學生學習方面的問題，而容易疏忽對學生的思想教育。對于目前個性突出、以獨生子女為主的大學生來講，教師必須具有強烈的責任心和使命感，給予學生足夠的人文關懷，并在思想教育和教學管理方面對學生加以正確的引導與教育，才能達到“教書育人”的目的［12］。

在流體力學的教學過程中采用教育管理兩手抓的方針，一方面加強學生的思想教育工作，從教書育人的角度引導學生自我管理；另一方面強化課程管理，以嚴格的考核制度監督約束學生在課堂、課后及考試中嚴于律己。教師經常跟學生提到的要求是：要誠信、要思考、要尊重他人；不遲到、不抄襲、不輕言放棄。將教育思想落實在具體教學細節上，如針對抄襲作業的問題，對學生進行“誠信”教育；針對上課遲到的問題，對學生進行“守時、守信”教育；針對課堂紀律的問題，進行“尊重老師、尊重他人”的教育；對于個別學生因跟不上學習進度而出現厭學現象，則鼓勵他們面對困難要做到不拋棄、不放棄，以培養學生百折不撓的意志和品質。實踐表明，這種教育與管理相結合的方式有利于建立教學規范化制度，進而形成良好的學習風氣，在潛移默化中起到了立德樹人的作用。

6 結束語

本文在實施卓越工程師培養計劃的背景下，對能源動力類流體力學課程進行了一系列改革實踐。通過調整傳承經典知識、更新現代應用知識的方式，使教學內容由面向單學科向面向多學科轉變；開展了基于工程問題的案例式教學法、以教師教學創新促進學生學習創新、以評價學生學習成效為導向的考核方式為主要內容的研究型教學模式改革；結合工程需要重點建設了教材、多媒體教學軟件和網絡教學3種教學資源；通過引入計算流體力學軟件在課程中的應用，加強了教學與科研相結合；通過強化思想教育與課程管理實現立德樹人的教育目標，為卓越工程師培養過程中的工科課程教學改革提供有益借鑒。

（References）

［1］中華人民共和國教育部.關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見［Z］.教高［2011］1號.

［2］林健.形成具備競爭優勢的卓越工程師培養特色［J］.高等工程教育研究，2012（6）：7－21.

［3］陳卓，周乃君.問題引導法視域下專業基礎課程教學改革的思考：以能源動力類《流體力學》課程為例［J］.現代大學教育，2012（5）：104－107.

［4］林健.面向“卓越工程師”培養的課程體系和教學內容改革［J］.高等工程教育研究，2011（5）：1－9.

［5］扶慧娟，辛勇.推行卓越工程師計劃培養實踐型工程人才［J］.實驗技術與管理，2011，28（11）：154－158.

［6］李志義.我國工程教育改革的若干思考［J］.中國高等教育，2012（20）：30－33.

［7］劉海燕.關注學生學習成效：美國大學學院聯合會本科教學改革思想探析［J］.教育發展研究，2011（9）：15－18.

［8］孫榮，孟凡立，張慰.論數字校園環境下高校教學資源的整合運行策略［J］.現代教育技術，2012，22（5）：46－51.

［9］扈旻，鄧北星，馬曉紅，等.科研成果轉化為實驗教學內容的探索與實踐［J］.實驗技術與管理，2012，29（10）：21－23.

［10］李志義.推進十個轉變實現大學教學改革新突破［J］.中國高等教育，2012（17）：25－29.

［11］趙琴，楊小林，嚴敬.CFD技術在工程流體力學教學中的應用［J］.高等教育研究，2008，25（1）：28－29.

［12］黃旺生.關于提升大學教師教書育人能力的幾點思考［J］.中國電力教育，2011（14）：26－28.

公 告

按照《中國學術期（光盤版）》電子雜志社中國科學文獻計量評價研究中心的要求，本刊自2014年1月開始，用“學術不端文獻檢測系統”，對向本刊投稿的文章進行檢測，凡“文字復制比”超過40%的文章，本刊將不予錄用，以防止“一稿多投”、“自抄”、“抄襲”等學術不端的文章在本刊發表。請各位作者自行注意，嚴把文章的學術質量關。特此公告。

《實驗技術與管理》編輯部

2014年1月

Teaching reform and practice of Fluid Mechanics course under background of remarkable plan

Liu Hongsheng，Zhu Hong，Zhang Bo
（School of Energy and Power Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）

According to the requirements for“Remarkable Engineer Training Plan”proposed by the Ministry of Education，this paper introduces the research work on the transform from the traditional knowledge teaching to the research teaching.Several measures for the course reform are discussed by combining the course reform of energy and power engineering category of Dalian University of Technology（DUT），which include the reform of teaching contents for engineering education，construction of three－dimensional teaching resources combined with the engineering needs，various research－oriented teaching modes，the teaching characteristics of the combination of teaching and research and so on.The goat is to provide reference for the reform of professional basic course on energy and power engineering category under the background of remarkable engineer training plan.

remarkable engineer；fluid mechanics；engineering education；research－oriented teaching

G423.07

A

1002－4956（2014）1－0194－03

2013－05－22

遼寧省校企協同創新工程人才培養體制機制研究與實踐試點項目“‘大工—中廣核’核電學院的建設與核電工程人才培養機制的實踐”；大連理工大學教學改革基金項目“基于立體化教學資源建設的流體力學研究型教學改革與實踐”（MS201354）

劉宏升（1978—），男，遼寧大連，博士，副教授，教學實驗中心副主任，從事“流體力學”教學及多孔介質燃燒技術的研究.

E－mail：lhsh＠dlut.edu.cn