基于環境工程專業課程“工程流體力學”教學的調查研究

龔 潔，王 黎

（武漢科技大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢430081）

1 引言

環境工程主要研究由于人類的生產生活而產生的污廢水、廢氣、固體廢棄物、物理性污染的控制和污染土壤修復等，以期不超過受納生態系統的自凈容量，從而實現人類社會和大自然的和諧共處。所有這些都是我們通過一系列物理、化學、生物等人工強化的措施來實現的，為了給這些措施提供良好的工作條件，需要建造相應的人工構筑物，構筑物內流體的流態直接影響反應效率，并且還需要管道或明渠等設施進行液態或氣態污染物的傳輸，這些都離不開工程流體力學理論知識的支撐［1］。因此，《工程流體力學》是環境工程學科很重要的一門專業基礎課，本課程不僅是后續專業課程必要的銜接基礎理論課程，也為從事環境工程相關專業技術人員進行專業技術工作和科學研究提供理論基礎。

2 課程教學過程中出現的主要問題

由于多方面的原因導致課程的教學效果不是很理想，教師難“教”、學生難“學”已經成為師生的共識。歸納其原因主要有：《工程流體力學》課程的儲備知識較多，涉及到高等數學、大學物理、熱力學、工程力學等基礎知識，又要求學生對這些知識的掌握程度高。工程流體力學建立在連續介質假設基礎上，是通過牛頓經典力學和高等數學知識對流體靜止和運動規律進行研究，通過歐拉法或拉格朗日法對流動現象建立數學模型，從而用微積分等高等數學方法解決流體流動問題［2］。另外，本課程的研究對象是流體，理論抽象，公式推導繁瑣復雜，理想模型、修正公式、修正系數較多，其物理意義也比較難理解。而學生在課前基本不能保證預習，課中又不能完全理解，學習態度浮躁，自制能力差，課后相關知識點又得不到鞏固。

3 課程的教學調研

為了有針對性地了解學生對工程流體力學課程學習過程中的感受，解決教學過程中存在的問題，對本院環境工程專業本科二年級的學生進行了問卷調研。問卷主要從教學方法、教學手段、教學效果、考核方式等方面入手，對教師“教”和學生“學”方面對教學質量的影響進行了調查、分析和總結。

3.1 從老師“教”的方面

從教學方法來看：學生對 “老師講，學生學”傳統的學習方式是不滿意的，希望老師能用多種多樣的教學方法來活躍課堂，增加學習興趣；他們愿意參與到老師的教學活動中來，擔任部分“教”的角色：63.33%的學生希望能批改課后作業，并總結典型錯題的錯誤原因；76.67%的學生希望能自己收集生活中與“工程流體力學”相關的實例素材，拓展知識點，并講解；25%的學生希望能進行相關理論的推導講解。這說明學生認為在師生教與學的過程中，師生的角色分配是以老師為主，學生可以擔當部分教學任務，相互教學。

關于教學手段的調查顯示：有8.33%的學生希望以傳統板書教學；26.67%的學生選擇多媒體教學；11.67%的學生認為應當以板書為主，多媒體教學為輔；而68.33%的學生則希望是多媒體教學為主，板書為輔。學生更期望老師能多采用互動式、案例式、啟發式的教學方法。

從考核方式的結果來看：同學們對最終成績由平時成績同考試成績共同體現是贊成的。但是有20%的學生認為應當設置期中考試，更能反映知識點的掌握情況與平時的學習態度。27%的學生卻認為不應當設置期中考試，覺得會增加學習負擔。另外的同學表示無所謂；對開卷與否的問題上，70%的學生認為應采用“半開卷”的方式，提供經驗公式。23.33%的學生則認為采用“閉卷”方式更能反映主要基礎知識點的掌握情況。5%的學生選擇“開卷”方式，考題偏向應用理解。1.67%的學生表示無所謂，哪種都行。

3.2 從學生“學”的方面

通過問卷調查，學生在學習過程中仍延續傳統的模式，有83.33%的同學贊同“先預習—再上課—課后復習”的學習流程。而18.33%的同學認同“沒預習就上課—課后復習”，還有5%認為“先預習—上課”即可，不用復習。而自主學習的方式基本不太可行，需要老師做硬性的督促。

4 “工程流體力學”教學改革模式的探討

4.1 激發學生興趣，奠定學習的信心

愛因斯坦曾經說過：“興趣是最好的教師，而教師則是點燃學生學習興趣的火炬。”在緒論課時，如何激發學生的學習興趣是主講教師首先要面對并仔細考慮的問題。因此，在工程流體力學教學過程中，如何將工程實際問題與教材緊密聯系起來，激發學生的學習興趣是提升教學效果的重要措施之一［3］。比如在第一節課介紹工程流體力學的發展簡史，說明這門學科實際是在人們長期的勞動實踐中發展的，再通過一些專題片，例如《都江堰》等，說明這些古老的水利工程都凝聚著古人對水力學的認識，增強學生對工程流體力學的感性認識。另外，主講教師要向學生提出學習《工程流體力學》課程明確的要求。如哪些章節是理論核心內容，需要掌握，哪些章節是工程應用，需要了解，使學生對課程的學習做到心中有數，樹立學好這門課程的自信心。

4.2 采用合適的教學手段

4.2.1 對比教學法的應用

在工程流體力學教學中應注意到課程前后知識的連貫性，把相關知識進行類比，幫助學生記憶理解，可獲得更好的教學效果。比如在推導流體伯努利方程時，首先要把實際流體與理想流體的運動微分方程進行比較，實際流體因為存在黏性，所以運動微分方程中存在黏性項。然后在特定條件下進行積分分別得到理想流體與實際流體微元流束的伯努利方程，再推導出實際流體總流的伯努利方程。將這些伯努利方程進行對比（表1），揭示出理想流體與實際流體伯努利方程的不同之處在于實際流體流動存在著黏性力的影響，而實際流體的總流伯努利方程實際上是實際流體微元流束進行的適當修正。這樣的對比總結，讓學生更加深入地理解流體運動狀態下能量的變化規律。

表1 流體伯努利方程推導

4.2.2 傳統與現代教學手段相結合

現在多媒體技術在教學中已經得到了廣泛的應用，并且越來越多的課堂采用了以教學課件為主的模式，節約了大量板書的時間，課件中又可以插入圖像、動畫、錄像等多種媒介。但是，在學生的調研中也發現，對“工程流體力學”教學過程中，公式推導以及習題講解如仍采用多媒體方式，學生普遍反映推導的邏輯性較差，講課速度偏快，接受起來比較困難。因此，根據不同教學內容，選擇合理的結合方式，可以達到取長補短的效果。比如，涉及概念、理論較晦澀難理解的內容多采用多媒體課件，列舉一些工程實例，通過豐富的圖例素材、逼真的動畫以及實驗錄像，使抽象、難理解的內容變得直觀生動。而以傳統的板書形式來進行公式推導和講解例題，使學生更容易接受。

4.2.3 探究式教學模式的初探

探究式教學理念是主張從學科領域或實際社會生活中選擇和確定研究主題，在教學中創設一種類似于學術或科學研究的情境，通過學生自主、獨立地發現問題，開展實驗操作、調查、信息搜集與處理、表達與交流等探索活動，獲得知識、技能、情感與態度的發展［4］。教師在課堂上為主導的教學方式已經不能適應《工程流體力學》課程的教學實際，因此筆者對探究式教學進行了探索。首先，對于課程內容，可以采用座談、討論、課堂提問、學生上臺講解等授課方式，主講教師要指導和鼓勵學生主動探究，形成師生雙方的“教與學”的良性互動。比如，在課堂講授中，安排討論環節，一般5～10min，由老師主導提出與所學知識相關的題目，學生發言表達自己的看法，再由老師點評，老師需要指出解答的方法與重要知識點。還可以提出一些當前的熱點話題、學科前沿鼓勵學生自己思考、檢索資料，去自主地學習嘗試解決問題，這樣才能真正激勵學生學習動機，增強學習興趣，并通過資料的收集、整理及分析，提高獨立思考、解決問題及批判性思考的能力。

4.3 考核方式的改革

由于《工程流體力學》的課程性質，課本中有大量無規律的經驗公式，這些公式死記硬背是沒有任何意義的，學生是否掌握重要知識點的概念、并能運用其分析解決問題才是考核的目的。因此，應當建立合理的考核機制，客觀公正地對學生學習情況進行綜合評定。為此，對考核方式改革的思路大致是：

（1）綜合考慮平時學習情況，由課堂討論、出勤情況、平時作業等綜合來評價平時成績；

（2）期末考試采用“開卷＋閉卷”的形式，將經驗公式提供給學生。這樣可以省去學生大量的時間去記憶一些復雜公式，而能好好梳理一下課程的各知識點，并運用它們來解決具體的問題。

當前，“以學生為本”的教學理論已經貫穿到大學教育中來，當代大學教師應當結合自己的課程實際，與時俱進地在教學改革中做一些有益的嘗試。《工程流體力學》是環境工程專業的基礎課之一，這門課程起著承上啟下的關鍵作用。如何教好、讓學生學好這門課程，協調好師生之間“教與學”的角色互動，還需要在教學內容、教學方法、教學手段等方面做更深入的探討與實踐。

［1］齊旭東，李志會，黃 超.“工程流體力學”在環境工程學科中的作用淺析［J］.中國電力教育，2010（21）：112～113.

［2］齊旭東，李志會.工程流體力學的教學難點與教學方法銜接技巧探析［J］.中國電力教育，2013（34）：130～133.

［3］李小川，黃庠永.工程流體力學教學改革模式的探索與實踐［J］.中國現代教育裝備，2012（19）：61～63.

［4］顧 紅.對探究式教學的幾點認識［J］.成人教育，2009（1）：77～78.