專業認證背景下安全工程專業流體力學課程教學改革

易玉枚 董子文 易燦南 黃宏格

摘? 要 為提高學生工程素養，促進畢業要求的達成，基于工程教育專業認證理念及認證要求，提出從采用舉例教學法、啟發式教學法、案例教學法、結合力學歷史背景、增強與安全工程專業的契合度等教學方法及模式上，對安全工程專業流體力學課程進行教學改革。

關鍵詞 專業認證;流體力學;安全工程;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）22-0082-03

Teaching Reform for Fluid Mechanics Course of Safety Engi-

neering Specialty under Background of Professional Certifica-tion//YI Yumei， DONG Ziwen， YI Cannan， HUANG Hongge

Abstract In order to improve the students engineering accomplish-ment and achieve the graduation requirements， based on the concept

of engineering education professional certification and the require-

ments of certification， through using example teaching， heuristic tea-

ching， case teaching method and combining with the fluid mechanics history and safety engineering background， the fluid mechanics course teaching methods and models of safety engineering specialty were explored.

Key words professional certification; fluid mechanics; safety engi-neering; teaching reform

1 引言

專業認證是國際通行的工程教育質量保證制度，同時是實現國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]，隨著我國安全工程專業認證試點工作的開展與深入，對安全工程本科專業教育影響越來越大，湖南工學院安全工程專業于2019年1月通過認證。工程教育專業認證理念的核心是“能力導向、以學生為中心、持續改進”，這就要求每門課程都圍繞學生能力培養來組織。為了達成每門課程對應的畢業要求指標，需要根據課程內容及學生特點，改革教學方法與模式，形成以學生為中心的工程教育模式。

流體力學作為安全工程專業的一門專業基礎課，對后續專業課程的學習非常重要，其知識體系在安全工程領域也有著廣泛的應用。然而目前流體力學這門課程教學中存在諸多問題，如內容本身有一定難度，學生積極性不高;教材為工科通用教材，沒有與安全專業相結合;教學中缺乏對學生工程能力、創新能力的培養等。因此，本文以流體力學課程為例，根據流體力學課程的特點和學生的接受能力，主要從教學方法與模式上對專業認證背景下的該課程教學改革進行探索。

2 采用舉例教學，提高學生興趣

舉例教學一般是在教師講授流體力學的基本概念、基本理論時，從理論聯系實際的角度出發，列舉一些學生身邊的事物、生活中的自然現象等比較熟悉的例子來解釋抽象的概念、難理解的知識，讓學生更容易接受且在愉快的氛圍下學習，從而大大激發學生的興趣，加深學生對知識的理解。根據以往的教學實踐發現，很多學生在上課時對講述的內容都能聽懂，但是對課下布置的習題卻無從下手，其中主要還是因為概念不清。因此，采用舉例教學法鞏固學生對概念等基礎知識的理解是非常重要的。

如在講述流體的黏性這一節內容時，通過舉例“兩片玻璃之間滴幾滴水合在一起后就變得很難分開”引入黏性概念;用河流中流動的水面來解釋黏性概念;用水和膠水說明黏度有大小;用洗碗、炒菜等例子說明黏度隨溫度的變化規律;用寫字用的中性筆筆芯等來說明黏性在日常生活中的應用。這樣可以使晦澀難懂的理論概念表達變得淺顯易懂，避免抽象的說教，學生學習積極性也大大提高。

3 采用啟發式教學，提高發現、分析、解決問題的能力

啟發式教學是在教學過程中根據流體力學課程各章節內容的特點和學生的知識水平及接受能力，注重以學生為主體、教師充分發揮引導作用，為學生創造積極思考的氛圍，注重啟發學生的思維，引導學生帶著問題積極主動學習，從而培養學生發現、分析及解決問題的能力。

如在講授伯努利原理時，通過播放視頻、圖片的方式，先提出問題：刮風下雨時，雨傘為什么容易向上翻？大風吹過走廊時，教室開著門（門往里開）會怎么樣？為什么？乒乓球的旋球是什么原因造成的？如何能打出旋球？足球如何踢出香蕉球？汽車行駛時的阻力主要是來自哪里？飛機為什么能起飛？火車站的站臺上為什么要設置安全線？……通過一系列生活中常見的現象，引發學生思考，讓學生帶著這些問題去學習，伯努利方程不再是枯燥的公式，他們可以深切感受到流體力學的魅力，同時加深對原理的理解及運用。在這一教學過程中，教師要注重引導，從一般常見的現象問題出發，使學生從自己的生活經歷經驗中體驗到探索的樂趣。通過啟發，學生能發現身邊的很多流體力學現象，并能運用所學知識去分析，進而再進一步求解工程實際問題。

4 采用案例教學，提高工程素養

案例教學是一種開放式、互動式的新型教學方式。在流體力學課程中，教師需在課前搜集相關案例資料，對課堂教學進行精心設計，選用經典工程案例為教學素材，引導、組織學生進行討論，結合流體力學知識進行分析，使學生較快地將理論與實踐結合起來，從而提高學生分析和解決工程實際問題的能力。

如通過講述歷史上著名的水利工程（如黃河大堤、京杭大運河、都江堰水利工程、廣西靈渠、陜西鄭國渠、三峽工程、南水北調工程）及西氣東輸工程、京滬高鐵、汽車外形設計等工程項目，重點對某一個或兩個項目利用流體力學知識進行詳細分析。在教學中注重分析思考的過程，將流體力學課程賦予一定工程背景，讓學生在工程實例中綜合運用所學知識分析問題，提高學生的工程能力。

此外，通過國內外大壩潰壩事故案例，如1889年美國約翰斯敦水庫洪水漫頂垮壩事故（死亡4000～10 000人），1959年法國Malpasset拱壩潰壩事故（死亡421人），1963年意大利Vajiont拱壩水庫失事事故（死亡2600人）[2]，

1976年美國愛達荷州的提頓壩潰壩事故（11人死亡，11億美元左右的經濟損失）[3]，1975年河南駐馬店潰壩事故（2.6萬人死亡，1100萬人受災）[2]，1993年8月27日，由于設計缺陷及施工質量問題，青海省海南藏族自治州溝后水庫垮壩失事事故（288人死亡，40人失蹤，直接經濟損失1.53億元）等，使學生認識到，作為一名工程人員，其責任心和專業技術素質也許會關系到千百人的生命安全，提高學生的社會責任感和工程素養。

5 結合歷史背景教學，提高創新思維能力

我國目前的流體力學教材對流體力學的發展歷史介紹較少，對基本理論的介紹只是單純的一系列數學物理推導過程或直接列出經驗公式，與流體力學的前修課程如高等數學、大學物理等類似，理論性強，邏輯推理嚴謹，學生學起來感覺沉悶。流體力學作為一門應用力學，教學中應注重學生創新思維及能力的培養。結合流體力學發展史進行教學，體現流體力學中理論的產生、形成和發展過程，了解流體力學科學家的研究工作、研究思想及科學方法，從中獲得啟示，進而提高創新思維能力。

如在講述紊流運動理論體系的建立時，通過講述理論形成的過程，讓學生體會到理論與實踐相結合的研究方法，錢學森的技術科學思想，當理論研究不能滿足實際需要時，提出假設，通過實驗（實踐）發現規律，直至最終正確的理論體系的確立。紊流理論的建立經歷了實驗與觀察、分析與建模、數學求解、實驗修正、工程應用等全過程。

科學方法的核心是實踐探索與理論相結合，由于解決問題的方法不止一種，科學方法對同一對象的理論描述也可能有多種[4]，如工業管道紊流阻力計算公式有達西提出的達西公式、謝才提出的謝才公式，阻力系數計算有布拉修斯公式、尼古拉茲公式、柯列勃洛克公式、莫迪公式、阿里特蘇里公式等多種方法。莫迪還根據管道工程界的需要和習慣將各種阻力公式組合到一張計算圖中（莫迪圖），達到工程應用的目的，但他們殊途同歸。結合歷史背景教學，使學生思維方式開闊靈活多樣化，從而達到培養學生創新能力的目的。

6 與安全工程專業契合，提高解決復雜安全工程問題的能力

流體力學教材內容基本上前半部分都詳細介紹了流體力學的基礎知識（工科專業都必須學習和掌握的），包括流體靜力學、流體動力學等知識，這是深入學習流體力學的基礎，并且配有大量思考題和習題供學生學習鞏固;后半部分是流體力學基礎的應用，包括孔口出流、管嘴出流、管中流動等內容，但這些內容都沒有與安全工程專業結合，學生學習積極性不高，感覺內容枯燥，與自己專業不相關，運用流體力學知識對安全專業問題進行分析能力較差。因此，安全工程專業流體力學課程首先應該由專業教師擔任，教學中闡述清楚課程內容與后續專業課程之間的關系，強調對專業的支撐作用[5]，并對各知識點在專業領域進行應用和拓展。

如將孔口、管嘴出流部分內容拓展到事故后果分析，常見的火災、爆炸、中毒事故后果分析的基礎就是流體泄漏的計算;將管中流動部分內容與工業通風中通風管路系統設計相結合;將阻力及能量損失計算與消防工程中消防管路系統水力計算相結合;將泵與風機性能部分內容應用到通風及消防中風機與泵的選型中;在專業領域介紹一些目前流體力學研究的課題，如火災流體力學，火災中煙氣的流動、火災蔓延、爆炸沖擊波、流體應用軟件等。讓學生明白流體力學課程內容對于專業的重要性、對安全工作的重要性，將專業基礎課程理論知識服務于安全工作實際，提高解決復雜安全工程問題的能力。

7 結語

1）課程教學改革是實現工程教育專業認證目標的關鍵，對安全工程專業基礎課流體力學課程進行改革，可提高學生的工程能力。

2）教學改革應注重學生主體作用的發揮，結合教學內容及學生特點以多種教學方式進行教學，提高學生的學習興趣及綜合素質。

3）教學改革應注重與安全工程專業相契合，提高學生對流體力學知識在安全工程專業領域的運用能力。

參考文獻

[1]于巖.基于工程教育專業認證要求的材料制備與加工實驗課程改革[J].化工高等教育，2017（2）：16-19.

[2]解家畢，孫東亞.全國水庫潰壩統計及潰壩原因分析[J].水利水電技術，2009，40（12）：124-128.

[3]劉宇利.工科專業課堂從教學中融入“課程思政”理念：以《工程地質與土力學》為例[J].中小企業管理與科技，2018（10）：94-95.

[4]武繼江.量子力學課程思政教育教學探索[J].教育現代化，2019（25）：178-181.

[5]譚波，等.關于改善流體力學課程與安全工程專業契合度的教學改革探討[M]//第27屆全國高校安全工程專業學術年會論文集.北京：煤炭工業出版社，2015：225-228.