《工程流體力學》課程的立體化教學體系建設

李德玉+李嘉薇+陳更林

摘要：在分析《工程流體力學》課程教學體系及實踐環(huán)節(jié)存在的問題基礎上，論述了立體化教學體系的研究現(xiàn)狀，提出了構(gòu)建《工程流體力學》課程立體化教學體系的方案，從立體化教學資源、多元化教學方法、立體化實踐教學模式等幾個方面進行立體化教學體系的構(gòu)建。實踐表明，該教學體系的構(gòu)建可有效提高教學效果。

關鍵詞：《工程流體力學》；立體化；教學體系；教學資源

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0150-02

一、引言

《工程流體力學》課程是高等工科院校中一門主干專業(yè)基礎課，該課程是聯(lián)系前期高等數(shù)學、理論力學等基礎課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁和紐帶，在學生能力培養(yǎng)和知識體系構(gòu)建過程中起著“承上啟下”的作用。由于很多學生缺乏生活經(jīng)驗，對流體力學現(xiàn)象認識模糊。同時，一些流動現(xiàn)象和流動規(guī)律很難用語言描述清楚。因此，學生普遍感覺流體力學概念抽象，難以理解，對該課程產(chǎn)生畏難情緒和厭學現(xiàn)象，學習積極性不高。本文在分析《工程流體力學》課程教學現(xiàn)狀的基礎上，首先對立體化教學體系的含義進行了深入的探討，然后重點論述《工程流體力學》課程立體化教學體系構(gòu)建的基本方案，最后給出了該立體化教學體系運行后的教學效果。

二、《工程流體力學》教學現(xiàn)狀

《工程流體力學》課程的教學現(xiàn)狀可以從學生的上課缺勤多、作業(yè)抄襲多和教材看的少、師生互動少這“兩多兩少”來體現(xiàn)。一方面，這種現(xiàn)狀與學生的個人因素有關；另一方面，這也反映出當前《工程流體力學》課程教育教學存在的諸多薄弱環(huán)節(jié)，亟待完善。

1.教學資源短缺，教學模式單一。《工程流體力學》課程開設已久，但現(xiàn)有的教學資源比較有限，質(zhì)量不高。數(shù)十年來，盡管國內(nèi)出版的《工程流體力學》教材種類繁多，但內(nèi)容編排上千篇一律，缺乏新意，可閱讀性差。課堂教學盡管采用多媒體方式，但現(xiàn)有的多媒體教學課件形式單一，內(nèi)容不夠豐富，缺乏實戰(zhàn)性，導致教學仍以口授為主，課堂互動性不足，學生學習積極性不高，主動性不夠。

2.實踐教學平臺單一，教學內(nèi)容陳舊，缺乏啟發(fā)性、創(chuàng)新性。實踐教學是《工程流體力學》課程教學體系的重要組成部分，是鍛煉學生科研動手能力，培養(yǎng)學生科學研究素質(zhì)的基本途徑，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。我校的《工程流體力學》實踐環(huán)節(jié)主要以實驗室實驗教學為主。盡管實驗種類較多，但主要是以“演示性”、“驗證性”實驗為主，而且實驗內(nèi)容陳舊，手段老套，測量技術落后，很難激發(fā)學生實驗興趣，更難適應研究型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。此外，實踐教學與課堂教學不同步，配合不緊密，使得實踐教學環(huán)節(jié)在課程教學中所起的作用被大大削弱。

3.缺少有效的師生溝通平臺，師生交流少。“課程答疑”這種教學過程中主要的師生交流方式現(xiàn)已被學生忽視，很少有學生能夠主動地去參加答疑。師生交流少，就容易造成“教”、“學”分離，給課程教學的有效開展構(gòu)成了障礙。

針對現(xiàn)階段教學過程中出現(xiàn)的各種問題，我們力圖改變傳統(tǒng)的教學方法，通過立體化教材建設，立體化理論與實踐教學模式和多元化的輔助教學模式建設，構(gòu)建起工程流體力學立體化教學體系。通過建設使學生更多地了解流動問題的工程背景和實際應用，從而加深感性認識，提高學習興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，使《工程流體力學》課程的教學水平邁上一個新臺階。

三、工程流體力學立體化教學體系建設

隨著現(xiàn)代信息網(wǎng)絡技術的發(fā)展，“立體化教學”模式逐漸發(fā)展起來。2003年，教育部首先提出“立體化教材”（或立體化教學資源）的概念。“立體化教材”是指除了傳統(tǒng)意義上的紙質(zhì)教材外，以網(wǎng)絡存儲為載體，以網(wǎng)絡傳輸為手段的新型出版物，包括電子課本、電子教案、CAI多媒體課件、習題庫、網(wǎng)絡課程和資料庫等。除了要求建設“立體化教學”資源外，“立體化教學”體系的建立還需要形成“立體化教學”模式。“立體化教學”模式強調(diào)的是借助“立體化教學”資源，充分發(fā)揮教師的教學指導作用及學生的主觀能動性，教以學為本，從而達到學生充分掌握理論知識及提高實踐動手能力的目的。基于此，《工程流體力學》課程的立體化教學體系建設應包括立體化教學資源建設和立體化教學模式的構(gòu)建。

1.立體化教學資源建設。通過完善主教材、輔助教材和電子課件內(nèi)容，制作網(wǎng)絡教材、教學視頻庫、教學網(wǎng)站，構(gòu)成立體化教學資源，同時借鑒國外優(yōu)秀教材編寫經(jīng)驗，通過增加重要流體力學事件、工程實例和重要人物介紹，豐富教材內(nèi)容，提高教材知識性、趣味性，增強教材可閱讀性。此外，要豐富教學課件內(nèi)容，引入“案例式教學”模式，采用“啟發(fā)式”和“參與式”的多元化課堂教學方法，增強課堂教學的互動性，將《工程流體力學》課程中的重點、難點內(nèi)容制作成教學視頻，便于學生鞏固課堂所學知識。

2.構(gòu)建立體化理論教學模式。《工程流體力學》的教學內(nèi)容理論性較強，學生容易感到枯燥，從而失去學習的興趣，理想的教學效果很難保障。經(jīng)過教學實踐的不斷積累，發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的講授課堂教學模式中適時引入“對比式”、“案例式”、“專題式”和“參與式”等多元化課堂教學方法，能很好地激發(fā)學生的學習興趣，增強學生學習的自覺性。例如：在緒論課的講授中，采用“案例式”和“專題式”相結(jié)合的教學方法，設置流體力學發(fā)展歷史，推動流體力學理論前進的代表性人物及主要成就等專題講座，結(jié)合具體實例講述流體力學的基本概念和基本方法，從而使學生對流體力學原理有一個整體的了解，并增強學生學習流體力學的熱情；在講述流體動力學時，將系統(tǒng)和控制體、定常與非定常、可壓縮與不可壓縮等流動基本概念放到一起進行對比講述，使學生有一個清晰的認識，加深對所學知識的印象；在講述理想流體勢流理論時，通過CFD數(shù)值模擬實驗進行探究，讓學生充分參與，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)問題的能力。重視師生互動，課堂上采用“提問+討論”的方式；讓學生充分參與，從而培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。

3.基礎實驗與研究型實驗相結(jié)合，構(gòu)建有層次、立體化的實踐教學模式。將工程流體力學實驗分為以“演示性”、“驗證性”傳統(tǒng)實驗為主的基礎實驗部分和結(jié)合大學生實踐創(chuàng)新項目開發(fā)的研究型實驗部分。基礎實驗包括用于輔助實踐教學的虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)和實驗教學視頻庫的建設。學生可以通過虛擬實驗系統(tǒng)進行虛擬實驗以熟悉實驗基本內(nèi)容、基本方法和基本操作。借助簡易實驗或?qū)嶒灲虒W視頻，將實驗室搬進教室，實現(xiàn)實踐教學與課堂教學的同步，使學生獲得對流體及其運動規(guī)律的感性認識，幫助學生加深對基本定理和公式的理解，完成從理論到實踐再上升為理論的認識過程。研究型實驗是對基礎實驗的延伸和提高。結(jié)合我院多年來大學生實踐創(chuàng)新項目所取得的成果，開發(fā)一定數(shù)量具有“啟發(fā)性”的流體力學實驗，并引入熱線測速、高速攝像、流場顯示等現(xiàn)代化流場測試技術，能夠開拓學生的視野，提高其學習興趣并培養(yǎng)其科學研究基本素質(zhì)和創(chuàng)新精神。

4.以網(wǎng)絡教學平臺建設為核心，構(gòu)建多元化的輔助教學模式。除了傳統(tǒng)教學網(wǎng)站內(nèi)容的建設外，重點建設學生作業(yè)網(wǎng)絡發(fā)布平臺和師生交流平臺，使學生的課程作業(yè)做到人手一題，杜絕作業(yè)抄襲現(xiàn)象。借助師生交流平臺，將“課程答疑”搬上網(wǎng)絡。學生可以在平臺上留言提問，與教師進行在線交流。教師則可以查閱學生提問內(nèi)容，了解學生學習過程中的熱點、難點，及時獲取教學的反饋信息，從而起到良好的輔助教學作用。

四、立體化教學體系建設成效

《工程流體力學》立體化教學體系建設，完成了包括多媒體輔助教學課件、電子教案、網(wǎng)絡在線課程、習題輔導網(wǎng)站及習題在線測試等一大批教學資源，促進了工程流體力學教學教師隊伍的發(fā)展，提高了教師業(yè)務水平，調(diào)動了學生學習的積極性、自主性，極大地改善了工程流體力學的教學條件，收到了良好的教學效果，并在實際教學中取得了一系列的成績。自項目實施以來，共獲得學校各項教學競賽類特等獎3項、成果類二等獎3項。

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