“工程流體力學”應用型教學模式的探索與實踐

孫振生+羅雷+朱杰堂+張世英+高雙林

摘要：本文以堅持培養高素質、復合型人才為出發點，結合“工程流體力學”課程的特點，提出了構建該課程“一條主線、兩個平臺、三個層次”的應用型教學模式。即以培養具有實踐能力和創新精神的高素質人才為主線，建設專業理論基礎和實踐創新為主要內容的教學平臺，最終實現學員基礎能力、應用能力和創新能力三個層次能力一起提升的教學模式。教學實踐證明，該教學模式的引入對提高流體力學課程的實際教學效果，培養學生的動手能力和激發學生的創造性具有重要的意義。

關鍵詞：工程流體力學;教學模式;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）19-0148-02

一、引言

“工程流體力學”是航天航空、水利、能源、環境、機械、土木等學科的一門專業基礎課，是一門既有很強的理論性又有很強的實踐性的課程。該課程是在學生掌握高等數學、理論力學的基礎上開設的，目的是使學生了解流動現象、認識流動機理，為后續的“發動機原理”等專業課程的學習奠定堅實基礎。該門課程處于學生從基礎課學習向專業課學習的轉換階段，起著承上啟下的重要作用。因此，學習該門課程不僅要讓學生掌握住流體力學的基本概念、計算方法等基礎理論，還要注重培養學員理論聯系實際，分析、解決問題的能力和技能，為學生專業課的學習以及從事工程技術工作奠定良好的基礎。為此，國內外許多院校和教師針對該門課程做了很多的教學改革與嘗試，如教學內容的改革、教學方式的改革、創新型實驗室的建立、多媒體教學課件的引入，等等。這些改革取得了一定的成果，但由于該門課程理論比較抽象，公式繁多，推導過程復雜，使得工程流體力學的教學仍然存在諸多問題。

二、工程流體力學教學存在的主要問題

從筆者調研的情況來看，該門課程在教學內容、教學方法和教學手段、實踐教學以及該門課程與其他課程的融合等方面均不同程度地存在一些問題。

1.理論教學內容過于陳舊，與工程實際聯系不夠緊密。現在工程流體力學教學內容主要包括流體力學的基本假設、流體靜力學、流體力學基本方程的推導和經典流體力學問題的分析，有的還在此之前補充矢量和張量的基本知識。在課堂講授的過程中，仍然偏重于傳統理論的分析和公式的推導，教學內容比較抽象和單一，信息的表現形式過于靜態化，不能反映出當前流體力學發展的最新趨勢。此外，由于課程的專業性比較強，要舉出與我們日常生活中和工程實際有密切關系，又具有一定深度的具體事例來講授，并不是一件容易的事情，需要老師進行大量的課前準備工作，而許多老師比較繁忙，并不愿意花費大量的精力來準備。這樣不僅會對學生的學習產生一定的影響還會造成一些抽象的概念只能依靠老師的講述和學生的想象來完成，這不符合學生從具體到抽象、從感性認識上升到理性認識的認知過程，進而會影響到學生的學習熱情，使學生對該課程的學習產生畏懼心理。

2.實踐環節相對薄弱，不能適應學生創新能力培養的需求。目前該課程的主要實踐環節是實驗課，而現在開設的實驗課多是讓學生嚴格按照實驗操作指南的操作規程測量一些簡單的數據，然后把這些實驗數據按照實驗報告的要求進行簡單處理，實驗課的開設開始流于形式。一方面與課程的聯系不夠緊密，無法發揮實驗課加深鞏固理論課所學內容的作用;另一方面，學生的主動性和創造性發揮不夠，不能真正起到激發學生創造性思維的作用。

3.工程流體力學課程與其他課程的融合不夠，不能根據專業的特色形成比較完善的課程體系。“工程流體力學”是多個專業的專業基礎課程，但這些專業開設的課程內容大同小異，沒有體現相應的專業特色。由于工程流體力學課程與相應的專業課銜接不夠，使得學生在工程流體力學學習過程中感到內容乏味枯燥，概念抽象;另一方面在專業課的學習過程中，學生感到流體力學課的理論基礎不夠扎實，不能利用相應的理論解決專業課過程中所遇到的實際問題。

針對目前流體力學課程教學存在的主要問題，筆者以及所在教學團隊從培養高素質復合型人才出發，結合部隊實際，深入進行教學模式和教學內容等方面的探索和研究，提出了構建該課程“一主線、兩平臺、三層次”的應用型教學模式，以順應時代的要求，走出自己的特色。

三、應用型教學模式的主要內容

1.教學內容的優化重組。工程流體力學是理論性很強的課程，如果沒有相關理論知識的講解，學生不可能深入理解各種流動現象的本質。同時，工程流體力學主要面向工業生產的各個方面，希望學生能夠用理論指導實踐，因此，又具有相當強的應用性。因此，我們通過人才方案和課程標準的修訂，對課程的內容進行優化調整。具體做法是：（1）本課程主要面向發動機專業的學員，因此，壓縮了傳統流體力學中關于水利、能源方面的內容。同時，根據后續發動機相關課程需要，加強了“相似原理量綱分析”和“粘性流體流動”章節的講授力度，新增加了流動顯示、典型流動的介紹等內容。（2）注重課程的繼承性，加強了與其他相關課程聯系較密切部分內容的講解。例如，在工程流體力學之后，要開設氣體動力學過程，因此，關于二者的聯系與區別，可以在相關內容的講解中提及，使學員提前了解后面所學內容。（3）壓縮了“緒論”的講授。前面的課程標準中，緒論大約占了3個學時，在學時整體壓縮、注重實踐的大背景下，壓縮了緒論的學時數。（4）引入了數值仿真、CFD的概念和應用等內容。一方面，通過相關數值算例的相關介紹，使學員了解流體力學的最新研究成果和發展方向;另一方面，通過流體力學最新成就的介紹，激發了學員的專業熱情。（5）瞄準學員任職的需要，注重與部隊實際的結合。將已有的科研成果和部隊裝備的應用納入教學內容，如液位的測量、壓力表的校驗、負壓失穩破壞機理等，豐富了教學內容，突出了工程應用。

2.教學模式的改革。在廣泛調研國內外院校流體力學改革和建設的基礎上，我們根據本單位學生的特點，依托課程改革的環境，提出了“一主線、兩平臺、三層次”的應用型教學模式，培養學以致用的復合型人才。為了培養學員的“三個層次能力”，使理論和實踐相輔相成，我們將理論授課、實踐教學、畢業設計和創新研究等多種教學模式相結合，形成一個有機整體。課程學習以理論授課、實踐教學為主，并在課程授課過程中啟發、鼓勵學員選擇相應的知識點和突破點作為畢業設計和創新研究的內容進行深入研究。通過這種方式的培育，可以使學員將工程流體力學的相關基礎理論與科學研究、工程實踐結合起來，既鞏固了基本的理論，又增強了學生解決實際問題的能力。這樣不但提高了學生的創新思維，而且使積累了一定的工作經驗。經過幾屆學員畢業設計的應用和完善，該方法取得了很好的成效。endprint

3.實驗和實踐平臺的搭建。一方面通過軍隊“2110工程”三期建設等機遇，完成了“流體力學開放型實驗室”的實驗教學條件建設。另一方面通過整合教學資源，加強與完善實踐教學環節等方式，為學員搭建實踐平臺，充分發揮學員的自主性和創造性，使學員在實踐中提高應用能力和創新能力。有利于學員素質的不斷提升。下一步，將進一步完善相關的儀器和設備，并開設流體力學創新性實驗，構建學生的創新實踐拓展平臺，鼓勵學生將自己的新想法、新觀點付諸實踐行動。青年學生具有求知欲強、好奇心重的特點，通過這種方式的引導，可以激發他們的求知欲望和學習興趣，并充分發揮他們的創新能力和實踐能力。

4.科研創新條件的提供。一方面，根據“滲透融合”的教學理念，將“工程流體力學”與其他相關課程進行融合，為學員提供較為綜合性的研究課題;另一方面，在科研項目中提取較為簡單的內容作為學員的研究課題，讓學生直接參與到科研項目中去。并通過學員自擬和教員制定下發研究課題等方式，讓學員在畢業設計、模擬工程項目和創新研究中開展相關研究工作，以培養學員的科研能力和創新能力。這樣有利于提高學員的動手能力和創新思維能力。將科學與教學相結合，不僅可以使課程中枯燥的知識點變得生動、鮮活些，還可以使教學的內容與時俱進，富有時代的氣息。

四、結語

總之，作為工科院校的一門重要的專業基礎課，工程流體力學在專業培養計劃中占有非常重要的地位。通過“一主線、兩平臺、三層次”的應用型教學模式的構建，有效地解決了理論教學和工程應用聯系不夠緊密的問題，解決了實踐環節薄弱、學員應用能力和創新能力不高，以及“工程流體力學”課程和實驗與其他課程融合度不高的問題，為革新教學手段和教學方法提供了重要的平臺，為提高教學水平和教學質量以及培養學員的實踐創新能力奠定了堅實的基礎。同時，該應用型教學模式的實施也可以為學校其他相關專業的專業課教學訓練提供有力的借鑒和指導。

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