《流體力學》課程教學方法的思考與探討

關暉 魏崗 曾文華 王亮

【摘要】根據流體力學的特點，文章探析了流體力學課程教學改革的一些做法，通過精選授課內容，采用多樣教學方式，利用信息化教學平臺等，以期提高學生學習興趣，提升課堂教學成效，從而推動我校流體力學教學改革向更好的方向發展。

【關鍵詞】教學模式 ?學為主體 ?流體力學 ?教學改革

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）05-0226-02

一、引言

流體力學是力學的一個分支，是我校軍事氣象、軍事海洋、環境工程等專業的一門重要專業基礎課，是力學前續基礎課如高等數學、大學物理等課程和后續專業課如大氣科學、動力氣象、物理海洋學、空間天氣學等課程的橋梁，為繼續學習專業課程、從事工程技術和軍事應用打下基礎。該課程理論性強，公式推導較多，要求學生數學基礎強，物理知識寬泛。針對本課程理論性和應用性都強的特點，在近幾年的教學實踐中，課程教學小組一直在不斷地思考、探索，逐步形成強化理論基礎和注重專業應用的教學新方法。

國內外許多高校在流體力學教學方面都做出了研究探討[1] [2]，針對流體力學課程的內容特點，從教學方法和教學手段等方面，對流體力學課程教學改革進行了初步的探析和摸索[3]。在教材的選擇、理論聯系實際需注意的問題、多媒體和CFD軟件的使用等方面提出了建議[4]，目的是提高學生學習流體力學的熱情，以培養學生分析問題和解決問題的能力[5]。這些探討與嘗試，為我校構建流體力學課程體系建設和進行教學改革提供了寶貴的經驗。

二、創新教學方法和手段

我們針對流體力學課程的學科特點提出的教學思路是：強化理論基礎，注重專業應用，理論聯系實際，達到學研結合的目標。針對這個目標我們從以下幾個方面進行實施：

1.重視緒論課的講述

緒論的講解是老師教學水平的第一次展示，也是學生了解該課程的窗口。通過對生活和工程實際應用中學生比較熟悉的流體力學現象的講述，如大禹治水、都江堰水利工程、銅壺滴漏、古羅馬的供水管道系統等等，讓學生覺得這門課既有趣又有用，讓學生知道生活中的很多現象和流體力學有關，而且應用非常廣泛，從而激發學生的興趣和學習該課程的欲望，為學好流體力學打下基礎。

《流體力學》教科書中有大量以著名科學家命名的公式和定理，如歐拉方程、拉格朗日積分、納維-斯托克斯方程、雷諾公式、普朗特邊界層等等，在緒論課上，我們以這些科學家的生平、主要學術成就和他們的奮斗史為引導，以年代為主線，告訴學生流體力學理論、計算和實驗研究的發展歷程，注重科學精神、人文知識在學生知識體系中的嵌構。

2.重視理論聯系實際

流體力學的特點是概念多、邏輯性強、理論上較難理解，但流體力學的很多現象卻與生活和生產實際密切相關。在講授的過程中要理論聯系實際，在教學內容和教學設計上，要注意設計符合學生思維和心理的相關環節，讓他們在討論中有話想說，有話可說，增加趣味性。同時將生活中的例子和他們熟悉的概念引入流體力學課堂，利用生活中的流體力學引導學生學會思考，進而在課堂上展開討論。比如在講解流體粘性時，比較水的粘性和蜂蜜粘性的區別;在講靜力學知識時，會講一些水庫垮塌事件，討論設計中的缺陷和施工中存在的問題等，使學生感到學習流體力學的重要性。

再比如很多學生喜歡踢足球和打乒乓球，可以借用足球中的香蕉球和乒乓球的旋轉球的例子來講述馬格努斯效應。這些生活中的小常識和原理會激發學生的興趣和思考。除此之外，通過伯努利原理還可以解釋為什么高爾夫球表面是有凹坑的，飛機為什么會飛上天，大雁為什么會排成人字形飛行等等問題。在講解蘭金組合渦時，可以讓學生思考“為什么龍卷風會把物體吸入其中”，“臺風中心地區為什么是風平浪靜的”等問題，進而講解模型的速度和壓力分布來解釋這些現象。此外，例如閥門的設計，空調出風口的設計，沖水馬桶的設計，汽車流線的設計等等，都要運用到流體力學知識。利用這些平時熟悉的知識，使課堂教學更生動，更有意義。

3.靈活多樣的課堂教學形式

我們改變傳統的僅以理論講授為主的教學方法，同時結合教學內容做出調整，將教學內容分為理論教學與實踐教學兩部分。理論教學是流體力學的核心內容，要采用理論精講加課堂研討的教學方法，在每一部分的教學內容中設計討論環節，以加強學生對知識的理解。在采用我校自編的教材《流體力學基礎與應用》的基礎上，選用公開發表的其它高水平流體力學教程和文獻，與教材互相補充。

在理論講解部分刪繁就簡，突出重點，不追求講授內容多、面面俱到，而是追求內容精煉、重點突出，部分內容可留給學生自學研討。適當略去繁難的公式推導，將精力集中在基本概念、公式成立的基本原理、重點公式所包含的物理意義、應用條件和各項參數的介紹上。這樣處理可以讓學生有了獨立思考自學的機會，老師有了更多的時間講解重要的概念和原理。在實踐教學環節中，通過精心設計兩個數值模擬實驗和一個分層流水槽實驗，使學生熟悉流體力學軟件的基本使用方法。在授課的過程中，注意設計一些教學環節用于討論并現場由學生解答，老師負責組織、研討、分析和總結，增加學生的參與度，激發學習興趣，通過教學實踐，發現效果很好。另外，在教學過程中穿插一些結合教學內容的學術講座，如《流體力學與現代生活》、《高性能計算在流體力學中的應用》、《流體力學與空氣動力學》等，使學生了解流體力學的發展前沿，激發學習興趣。

4.課內外學法指導

學前準備是實施個性化教育的前提，在開課之前，老師就組織教學聯席會，了解每個學生的學習成績和性格特點，以便在教學過程中做到心中有數，給予針對性指導;指導學生開展課前預習是成功教學的關鍵，每次課程開始時的上節內容的回顧和復習，都由學生上講臺自行組織和講授，這與課前指導密不可分;每次課程教學結束前的本次課程內容小結，也由學生上來總結和梳理。同時結合課程布置一些主題明確，難度適中的思考題，也有利于學生拓展思路，培養自主學習精神;課外輔導答疑也是教學的關鍵步驟，在每章教學結束后會我們都會安排兩次答疑課對知識進行梳理和總結，解答學生疑問。由于課內教學的課時很緊，我們在最后數值模擬階段又安排了3-4次課外輔導，指導學生學習計算流體力學軟件，解決他們在數值模擬時遇到的問題，使他們盡快掌握并熟練運用。

5.多媒體和板書的配合

流體力學教學內容中有許多的公式和方程，其推導的過程用板書的形式來講授更加符合人們的邏輯思維習慣，也比較易于被學生接受。而流體力學中的很多自然現象和實際問題又需要用動畫和視頻來展現，所以我們采用板書和多媒體課件相結合的教學手段。

在講解原理、公式和方程時，我們多以板書為主，多媒體為輔。我們首先用PPT給出所講公式或方程的條件和示意圖，這樣可以省去寫板書的時間，然后涉及到公式推導時，就使用板書的形式進行講解，同時提出一些問題讓學生思考。通過這種方式，學生可以跟著老師的思路和板書一同進行思考和消化，更有利于學生對所學公式的理解和掌握。同樣在講解試題的時候，我們也是先用PPT給出題目和示意圖，然后再板書求解，最后的結論和分析又可以用PPT給出，這種板書和PPT相結合的方法會使學生印象深刻，便于理解。

在講到工程應用和實例現象時，我們多采用PPT放映動畫和視頻的形式，這比用語言描述流動現象更生動，更便于理解。流體力學的課程特點就是抽象難懂，如果是公式和原理的直白講授，學生對知識點就沒有直觀的感性認識，很難達到教學目的。因此當課堂上講到各種實例的時候，采用動畫、視頻和多媒體教學課件等輔助教學手段，不僅減少了教師的工作量，而且可以形象逼真重現各種現象。教師用最簡單的語言，就可以把復雜的流動現象和原理解釋清楚了。

6.信息化手段的應用

我們以流體力學學科專業網站為平臺，建立并正在完善網絡教學應用系統，包括教學公告、課程標準、教學計劃、學習方法、學習重點、參考資料和一系列微課等信息資源，學生可以在該網站上了解流體力學最新研究動向和研究熱點問題，作為知識的拓展和延伸。同時擬進一步完善和學生討論交流的相關板塊，給學生營造一個全方位、直觀的信息空間。教學與網絡技術的完美結合是現代信息社會中教學手段的根本性改革。通過網絡進行教與學的互動，不受空間和時間的限制，是一種社會性、全民性的學習形式，為加強學生的自主學習提供了現實可能。

三、結束語

對流體力學這門課教學方法和教學手段的不斷探索和創新，是培養知識型高技能人才的必然要求，也是軍隊綜合性大學人才培養轉型的迫切需要。只有不斷完善和更新自己的教學方法，充分利用各種教學手段，取長補短，教學相長，才能更好的上好這門課。

參考文獻：

[1]吳益華，謝洪勇.流體力學教學方法與教學手段初探，《陜西教育》， 2009年，Vol.08：65-66

[2]武桂芝，李冬桂.流體力學教學方法的改革探索，《遼寧教育》，2013年，Vol.21：39-40

[3]周沙溆.引導自學式《流體力學》教學方法研究，《考試周刊》， 2014年Vol.33：179-180

[4]蘭自志.基于工程應用的流體力學教學探討，《課程教育研究》， 2014年，Vol.34：261-262

[5]陳霞.流體力學教學方法的探討和研究，《科教文匯》， 2011年9月，Vol.25：116-120