高校工程流體力學課程教學的探索與實踐

王亮 薛銳 蔡寧

摘要：結合現今工程流體力學課程的實際，從工程流體力學課程教學中課程體系、教學方法、實踐教學平臺等存在的不足出發，提出工程流體力學課程教學改革措施，加大對青年教師的工程實踐培養力度，希望對工程流體力學課程的教學改革有一定的借鑒意義。

關鍵詞：工程流體力學；教學改革；能源與動力工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）28-0126-02

一、課程教學的內容和特點

工程流體力學既是力學的一個分支，具有較系統的理論體系，又密切聯系實際，具有一定的專業針對性[2]。本課程根據流體力學的內容特點，由簡到繁，分為八個部分：流體的基本性質、流體靜力學、流體動力學、相似原理及量綱分析、粘性流體在管道中的流動、理想流體的流動、粘性流體動力學和氣體動力學等基本知識點。學生通過本課程的學習，應達到下列基本要求：（1）了解學習流體力學的重要性和發展簡史；（2）能正確理解課程的基本理論知識點；（3）學會流體問題的基本分析和處理能力；（4）掌握一維流體基本控制方程的推導過程；（5）可以獨立地使用流體方程和理論，分析和求解已經從工程實際中簡化出來的練習題和某些與本專業有關的流體力學問題；（6）通過演示和測量實驗，加深學生對流動現象的認識，使學生掌握測量壓力、流速、流量、流程阻力系數和局部阻力系數等的方法，培養學生具有分析和整理實驗數據、編寫實驗報告的初步能力。

工程流體力學的知識體系經過上千年的發展已經相對成熟、固定，邏輯性、系統性、理論性較強，專業術語比較抽象[3]。本人在流體力學的教學過程中，就教學模式進行探索和實踐，旨在讓學生對生活中這些看似熟悉卻又非常模糊、陌生的現象有清晰的認識，在整個教學活動中，將現代科學研究方法與內容引入課堂，培養學生敢于實踐、勇于探索的能力。

二、課程教學中存在的問題

（一）重理論輕實踐

傳統教學更加注重理論，例如方程的演化及論證和相關專業銜接不明顯，學生在理解、掌握的過程中無法形成有專業特色的工程化思維。在實踐環節，缺少探索性實驗，也沒有引入與實際工程直接相關的內容，大多是已使用很多年的設備，沒有與時俱進。學生多是為了實驗而實驗，并沒達到課程教學目的。

（二）教學方法與考查形式單一

在當今的高校教學中，多以課堂書本為基礎，教師在課堂上按照課本內容進行講述，以教師的講為主，學生僅僅是聽，即“填鴨式”教學，模式單一，即使增加了多媒體教學，但基本模式并沒有改變，課后以做題為主。在課程考查方式上，多采用卷面評分的方式，學生大多是為了考試而考試，學習的自覺性較差。學以致用并沒得到體現。學生無法了解流體學知識與實際生產實踐相結合的美妙之處。新時代的教師應積極探索新的教學方法，引導學生為了解決問題而學。

（三）知識點理論性較強，學生無法系統掌握

理論性較強是本課程的顯著特色。在教學過程中，學生極易由于概念掌握不扎實而出現混淆，或是習得新概念忘記舊概念，每個部分的知識較難形成固定的鏈接。在本課程的學習過程中，一個新概念的學習往往需要多個已學概念的支持。已學概念不僅包括本課程的知識，還有可能牽涉其他課程，比如高等數學，從字符本身到其所表達的物理意義，還有一段路要走。所以，為了使學習本課程的學生掌握工程流體力學課程的知識點，須先講解基本概念，再用專業知識幫助學生強化基本概念。

（四）教學資源嚴重不足

本課程中，在某些流動的情形下，理論推導無法得到解析，只能基于實驗得到經驗值。傳統的“填鴨式”教學方法不注重實驗的講解，特別是實驗背景、實驗方法的由來、理論與實踐的融合。一方面，學生無法得到很好的鍛煉；另一方面，知識傳承不嚴謹，學生沒有獲得知識的深層意義和可用的知識技巧。

（五）缺乏有工程實踐經驗的青年教師

青年教師作為學校發展的基石，必須懷有崇高的教書育人的歷史使命感。作為一個工科學校的年輕教師，為了培養學生的工程實踐意識，其本身要具有較高的工程實踐能力，有能力獨立指導學生完成與課程相關的實踐學習環節。在當今的大多數院校，青年教師多是從學校直接招聘而來，沒有實際工程工作經歷，缺乏工程實踐能力。另外，在工程實踐培養中，也可以鍛煉青年教師的意志力，加深其對工業發展水平的認識。

三、提高教學質量的方法

對上述教學中普遍存在的問題，本課題組分別提出對應的解決方法，具體措施如下。

（一）引入研究型的教學模式

課程設置中，針對某一授課主題，準備流體及流體運動科學中的一系列生動案例，讓學生對生活中某些看似熟悉卻又非常模糊、陌生的現象有清晰的了解。教學中，以具體實例為研究對象，引導學生利用所學基礎知識，并結合現代研究手段，進行深入的探討與研究，對研究結果進行合理分析。在工程流體力學課程的研究型教學中，既要照顧到工程流體力學課程的基本原理，又要反映現代計算技術在流體力學中解決實際問題的新發展。

（二）在教學過程中引入互聯網

網絡作為一種輸送知識的有效渠道，越來越為大學教師所重視。將互聯網引入教學，是一個值得每位教師研究的教改課題。通過互聯網平臺，建立討論組，隨時隨地都可以發布課程信息，共享新資源。將每個知識點或習題講解錄播為小視頻，推送給學生，可以使其隨時隨地多次觀看，教師也可以了解自己的講課過程，針對不足做出修改。同時，也可通過網絡平臺實時解決學生的疑惑，批改作業，突破時空限制，更加全面地了解每個學生的學習深度，有效提高教學效果。

（三）實施“整體—局部—整體”三步教學法，實現知識的系統化

傳統教學法是指從理論基礎到實際應用為主線的教學方法。整體—局部—整體教學法是一種由難到易再到難的過程，首先對整個課程內容做概括性的介紹，然后再對其進行分解，詳細講解本課程的每個知識點，并對知識點進行串聯，最后回歸課程的整體。該方法以學生為本，強調知識的系統性，將知識點的意義傳遞作為每節課的關鍵。

（四）引入CFD工程案例

計算流體力學CFD是一種使用計算機進行計算的方法，計算對象為偏微方程組，計算結果采用圖像顯示工具展示流場內各個參數的分布圖。相對于其他研究方法，該方法資源耗費少，易于操作，可以重復，能得到實際無法測量的物理量分布圖。在相關的流體科研中，CFD是一種不可或缺的技術手段。Fluent是現今科學界應用較多的已匯總CFD計算軟件。隨著大學生計算機水平的提高，使用計算機進行計算可以被學生接受。將Fluent引入工程流體力學教學，已經得到很多教學人員的認可。將工程案例加入課程教學，可以有效提高教學效果。

（五）加大對青年教師工程實踐能力的培養力度

根據國家發展需要，培養有工程實踐能力的教師是提高人才質量的基礎。在師資評級系統中建立科學研究和工程實踐相融合的綜合性系統，以實踐結果激勵青年教師，改革原有的評價機制，支持青年與企業進行產學研合作，實時掌握生產實際，并將工程實踐與職稱評定相結合。通過建立長效機制，調動青年教師參加實踐的積極性，構建實踐能力培養教育體系，合理確定實踐鍛煉期間的工作量和相關待遇，支持青年教師獲取相關行業的執業（或職業）資格和職稱資格，切實建設好實訓基地。

四、結論

工程流體力學課程作為能源與動力工程專業教學體系中的重要組成部分，而且是很多專業課程的基礎課，內容繁多，體系較為復雜，在專業型人才培養中不可替代。根據本校能源與動力工程專業培養計劃，本課程組科學地建立了混合式教學模式，充分發揮每種方法的優勢，對課程內容、網絡課堂、教學方法等進行改革創新，與時俱進，在實踐中不斷探索和推進工程流體力學課程的教學改革與優化，形成一套具有地區院校特色的工程流體力學課程教學模式，為培養基礎扎實、能力突出的能源與動力工程專業的人才做出貢獻。

參考文獻：

[1]周欣.工程流體力學[M].中國電力出版社，2007.

[2]段向軍.系統教學法及其在課程改革中的應用[J].職業教育研究，2009，（7）：128-130.

[3]陳慶光，張明輝，朱緒力，等.流體力學課程教學中幾個基本概念的教學方法[J].力學與實踐，2015，37（1）：138-141.