以工程實例為導向的流體力學教學模式改革初探

吳迪　宋維源　孫可明

摘要 流體力學課程內容知識點抽象、計算公式較多，致使學生在學習的過程中對所學內容理解不夠深刻。針對流體力學課程授課過程中存在的此類問題，提出以工程實例為導向的課程教學模式改革，引導學生結合工程背景深刻理解所學知識點，為提高流體力學課程教學效果提供一種有效的教學思路。

關鍵詞 流體力學 工程實例 教學模式改革

0引言

“流體力學”課程是工科專業的一門重要的專業基礎課，綜合了張量、場論、復變函數、數值方法等數學知識，在水利、土木、建筑和熱能等工程技術領域中都涉及許多流體力學問題。目前許多高校教師在講授該門課程時還是采用傳統的以教師為主導的單向傳授方式，課堂中注重基本概念的講解和公式的推導，課堂教學與實驗教學環節聯系較弱，導致學生學習過程中對所學知識點理解不夠深刻，逐漸失去了學習興趣。因此此次教學模式改革提出以工程實例為導向，在授課中采用工程案例分析、增加實踐環節和第二課堂等綜合形式教學模式，培養學生的學習熱情，調動學生積極性，提高學生分析問題和解決問題的能力。

1教學改革思路

第一，由于在流體力學教學過程中，知識點比較抽象，學生難理解。因此，打破以往“滿堂灌”式授課方式，針對某些重要知識點，首先教師課前布置任務，學生初步了解課堂內容，培養學生的發現問題和主觀學習能力。在授課過程中，教師針對課堂講授的內容，運用多媒體教學方式，向學生展示圖片、視頻、動畫等信息，比傳統方式更直觀、更容易被學生接受，與傳統板書教學方式相結合，優勢互補，尤其對于推導繁瑣公式，教師運用多媒體方式可以強化學生的理解。并且，教師應注重理論聯系實際，通過工程案例分析和討論等方法，講授某些特定知識點對應的工程問題，培養學生學習流體力學課程的興趣，激發了學習的主觀能動性，加深學生對該課程內容的理解和認識，激發學生學習熱情，培養學生分析流體力學問題和建立相應模型和分析計算的能力。學生通過工程案例分析，可以理解不同流態流體所對應的工程背景及其理論基礎，利用課堂所學理論知識總結其流動規律。課中針對某重要知識點，教師布置相關綜合訓練內容，學生自主完成綜合報告，在此過程中學生能夠充分理解相關知識點，建立知識體系，掌握該知識點在實際工程中應用，并能夠在實際生產生活中合理運用該知識點。另外，對于某些特殊的知識點，教師還可以從學生的生活經驗出發，列舉生活中的流體力學問題，聯系生活進行講授，具體內容為：

第二，通過理論與實踐相結合的方式，在保證課堂教學的基礎上，采用多種形式的實踐活動，增加實驗教學環節。實驗教學是理論與實踐相結合，是培養學生創新能力和工程實踐能力的重要環節，鞏固所學基礎理論，能夠幫助學生更好地理解理論知識，培養學生實踐動手能力。在學校工科專業，實驗教學顯得尤為重要。在實驗的教學過程中，為使學生更好地掌握重點和難點，加深學生對實驗操作技能的掌握，采用“教”、“學”、“做”相結合的教學方法，以精講多練為主。在實驗操作之前，讓學生理解實驗流程中的每一步驟，培養學生發現問題和解決問題的能力，對知識的重點和難點有進一步的理解。此外，在實驗教學環節中，重視培養學生創新能力，鼓勵學生創新，為學生提供創新空間。學生通過工程流體力學實驗，直觀明了地觀察不同流態的流動現象，量測不同流態的流動參數，分析其流動特點，再與理論相結合總結流動規律，培養學生的學習興趣，激發學生學習的主觀能動性與創新性，為學生將來更好地投入工程實際奠定基礎。

第三，采用工程性質形式的試題幫助學生掌握知識點及其應用。同時，授課時增加課堂對話、采用互動式教學方法，及時了解學生掌握情況并對課程教學內容進行調整。另外，開設理論學習和實踐操作的第二課堂，充分調動學生學習的積極性，并加大課外作業量，使學生通過作業消化課堂教學內容，每次作業批改結束后，通過習題課幫助學生辨析原理理解的誤區、概念混淆之處等習題中出現的問題。任課教師定期進行教學研討，對教學中的難點、重點進行討論，群策群力，尋求好的解決方法。平時注意收集教學中的難點、重點問題，組織老師進行研究，在教學研討時集中交流。

2教學組織過程

2.1課堂講授

以學生為中心，以教師為導學、助學為主，利用工程案例分析、生活實例和小組討論等形式，激發學生學習參與熱情與積極性。課前布置工程案例分析，學生自行查閱資料，課堂上分組討論，引導學生提出問題、分析問題、解決問題，培養學生主動獲取已有知識和創造新知識的能力。以工程問題為主線，提出與之相互對應的課程內容，進而解釋課程內容的性質、原理以及適用條件，總結解決此類工程問題的方法和規律，使得學生對于知識點內容的理解更加生動具體。

2.2增加實踐環節

本專業流體力學課程共64學時，此次教學模式改革準備通過理論與實踐相結合的方式，融入實踐教學環節。傳統體系中實驗環節為輔助教學部分，各實驗互相獨立，綜合性不強，造成學生被動學習，學生學習積極性較差。目前學校擁有兩個流體力學實驗室，不僅可以開展流體力學基礎演示實驗，學生還可以動手參與伯努利方程實驗、畢托管測速實驗等相關實驗。在實驗操作過程中，結合工程中流體流動問題，學生能夠更加直觀明了地觀察到流體處于不同工程問題中所對應的流動現象和規律，量測不同流態的流動參數，進而結合課堂講授的內容驗證實踐結果。同時，教師應為學生留有一定空間，學生可以在充分理解所需知識內容的基礎之上，開展創新型實驗設備的設計，這一過程充分調動學生科學研究熱情，突出培養學生創新意識，教師引導學生提出問題并解決問題，培養學生科學嚴謹的邏輯思維及創新能力。

2.3第二課堂

流體力學課程包括流體靜力學、流體運動學和流體動力學三大部分，課程講述內容較多。針對這種知識內容多而學時短的情況，此次課程建設增加理論第二課堂和實踐第二課堂。對于理論學習第二課堂，學生可通過微信或QQ等網絡通訊工具，隨時給授課教師留言或在線溝通，說明不懂的知識點，教師可以在網上給予學生詳細的解答，既利用了課余時間答疑，又為同學提供了方便，同時又解決了課程學時的限制，極大地調動學生學習的積極性。實踐第二課堂主要體現在實驗室全天開放制度，在保證學生一定數量的前提下，學生可提前預約做實驗。這樣學生就有充足的時間來完成實驗過程，既豐富了學生的課余生活，又充分地培養了學生自己動手的能力。

2.4增加綜合訓練

針對重點章節知識點，如伯努利方程、N-S方程等，結合工程案例，教師布置綜合訓練任務。學生通過上網、借閱相關書籍，獲取相關資料并獨立深入學習分析，再與小組成員討論，集思廣益，進而理解工程案例中方程應用原理，并與所學理論知識相聯系，掌握相關知識點及模型建立方法，集中答辯匯報所學知識內容和實驗數據。通過綜合訓練，學生可以構建相關知識體系，并聯系工程實際，將其融會貫通，真正實現“理論聯系實際”。在此過程中，也培養了學生團隊合作、人際交往、自主探究、分析問題、解決問題及應用實踐的能力。

2.5考核方式改革

對于流體力學課程考核方式，應注重教學過程中的質量控制，主要采取課堂考核、實驗考核和期末考核相結合的形式，加大平時成績所占比重，課堂考核主要包括工程案例分析大作業、課堂考試、出勤和課堂提問等形式；實驗考核以培養學生動手能力為主，重點考核學生的實踐操作能力和創新能力，如能設計出工程方面的創新型實驗裝置可以加分；期末考試就是學生的卷面成績。

3結語

流體力學授課過程中結合工程實例的講解，同時結合實踐環節和第二課堂，有助于學生對所學知識點有更深入的理解，培養學生的學習熱情，調動學生學習此門課程的積極性，提高流體力學教學效果，為學生將來從事相關專業工作或考研打下良好的基礎。

★基金項目：遼寧省普通高等教育本科教學改革研究一般項目（遼教發[2014]123號，IJPRP20140204）