面向環境工程新興產業人才培養的流體力學教學模式改革

米鐵 劉延湘 黃芳

摘 要 流體力學是環境工程專業的一門基礎課。學生常有這樣的反映流體力學難學。作為講授流體力學的教師，認為流體力學的“難”主要體現在兩個方面：一是流體力學涉及的知識較廣，如高等數學、大學物理等知識;二是流體力學比較抽象，理解起來有難度，加之粉筆+黑板滿堂灌的教學模式單一，致使學生感到枯燥難懂，從而厭學或放棄。2011年，湖北省教育廳批準江漢大學環境工程專業實施戰略性新興產業人才（工業煙塵污染控制）培養計劃?；诃h境工程專業新興產業人才培養目標要求，結合學校的課程教學改革精神，實施流體力學課程教學方法與教學模式改革。在本文中將課程改革實踐中一些經驗與心得分享，希望能拋磚引玉，對同行有所借鑒。

關鍵詞 流體力學 教學改革 教學模式

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.01.075

Abstract Fluid mechanics is professional basic course and difficult to learn for students of environmental engineering specialty. The difficulty of learning fluid mechanics is in two ways：? Firstly， fluid mechanics involves a wide range of knowledge， such as advanced mathematics and physics; secondly， some concepts and theories in fluid mechanics is relatively abstract and difficult to be understood. In addition， the Traditional teaching mode such as chalk and blackboard is boring teaching mode， which makes students tire of learning or give up. In 2011， Strategic emerging industry talents training program （Industrial Flue and Dust Pollution Control） in environmental engineering specialty of Jianghan University was approved by Hubei Provincial Department of Education. Based on the requirements of training talents in emerging industries of environmental engineering specialty， combined with the requirements of curriculum teaching reform of Jianghan University， the author shares and experience in the practice of fluid mechanics teaching method and teaching mode reform， hoping to offer some reference.? The reform of teaching methods and modes of fluid mechanics were carried out and some experience were shared to peers in the paper.

Keywords fluid mechanics; teaching reform; teaching mode

1 完善基于環境工程新興產業人才能力培養的課程設置及內容體系

江漢大學自1983年創辦環境保護專業至今已有近40年歷史，在培養環境工程高素質應用型人才方面積累了豐富經驗。然而，環境工程產業班屬于新興事物，人才培養體系中還缺乏與環境工程產業班人才培養目標體系相適應的課程結構與教學體系。新的培養計劃制定著力強化“全面發展、整體優化、個性發展、突出應用”等四項原則，課程設置突出為戰略性新興（支柱）產業服務的特色。因此，需對以培養戰略性新興產業人才為核心的課程結構和教學體系做更深層次的探索和完善。

為此，通過調研走訪在漢環境工程類知名企業，結合相關工程專業領域專家座談咨詢制定了區別于學校現有環境工程專業的課程體系與人才培養方案。增設氣溶膠力學、工業煙塵污染防治技術、脫硫脫硝技術，安全系統工程、氣體催化凈化、機械設計基礎，電器控制與PLC等課程。

在完善相應的課程結構設置后，基于工業煙塵污染控制領域知識結構，要求各個主干課程教材及教學內容相應調整;主干課程至少拿出50%的教學學時，在教學內容、教學手段、教學組織形式等領域深化改革，完善和細化教學方案，充分激發學生在教學中的主體作用，調動學生學習的主觀能動性和創造性，提高學生實踐應用能力和創新能力，增強社會競爭力。

為響應上述要求，通過教材篩選，選擇蔡增基，龍天渝主編的“流體力學泵與風機”（中國建筑工業出版社）作為環境工程產業班流體力學課程教材。作為一門有64學時的理論基礎課，按照要求，意味著將要拿出32個課時，打破以往的教學常規來進行課程教學模式改革。在初聽到安排的那瞬間，心里的的確確是十分迷茫與不自信。在接受任務后一段時間里，腦子里一直思考的是“從何處改？如何改？”的問題。從2005年開始講授流體力學以來，一直都是按照“流體力學與流體機械”課程教學大綱要求與章節內容組織教學，也早已習慣了那種按部就班的教學方法。因此，也的的確確需要對以往的這種教學方法進行一次有益的梳理與總結，即如何從新教學模式中激發學生的學習興趣，我也切切實實感受到新的學期的教學模式改革是一片從未觸碰的領域，那么一切都得重新構思，一切有待精心地再準備。對此，我有所期待，期待通過自己的努力，在新學期能有更好的教學方法、教學手段、教學內容以及靚麗的課程教學改革的成果。

2 改變教學思維定式，精心組織教學素材，上好第一堂課，激發學生學習興趣

良好的開頭等于成功的一半。課堂教學何嘗不是如此。一門課程良好的開端會使學生對課程學習充滿憧憬與期待。因此，緒論課上得好不好，關系到能否激發學生認真學習流體力學的興趣，也是對整個課程教學模式成功與否至關重要。因此，必須精心準備第一堂課的教學，以期通過第一堂課的學習，使學生對所學課程的歷史發展過程、研究內容有大致了解，并希望通過第一堂課的講授，能使學生深切感受到流體力學與我們日常的生活、我們所從事的專業以及國家的科技發展密不可分，進而在思想認識上提高學生學習本課程的自覺性、主動性與積極性。

為此，期望通過一些直觀有趣的，身邊隨時可見的事例來激發學生的學習興趣。通過視頻等多媒體形式展示現代流體力學的新發展及其對環境工程領域的貢獻，使學生對該課程有一個比較全面的了解。利用寒假的時間，去武漢科技館拍攝了相關流體力學實驗演示視頻，去漢陽王家灣21世紀商業中心大廳里的滾動的風水球視頻，整理了以前拍攝和搜集相關流體力學視頻作為第一堂課中風味不同的教學佐料。

第一次課，從國家唯一的、設在江漢大學的高爾夫學院，談到高爾夫球運動及高爾夫球表面凹凸與流體力學的關系;從武漢的著名網球運動員李娜談到表面毛絨的網球、從學生喜愛的足球運動談到馬拉多納的香蕉球、談到兵乓球中的弧圈球，從與環境保護相關的洗云船的構思目的，再到滾動的風水球的視頻，于是，引出了這樣一個設問：那么在日常所見的這些現象中，誰注意到了他們背后內在的原理嗎？這些問題一提出，學生們都有所思索，進而引導學生參與討論，激發了學生學習流體力學的興趣。

教學實踐表明：通過喜聞樂見的視頻形式的列舉不僅激發了學生的學習興趣，還活躍了課堂氣氛，強化了學生對所學知識的渴望與期待。

3 突破教材編排內容框架，有機組織相關教學內容，處理好經典公式推導的邏輯關系

“流體力學”這門課涉及到高等數學、大學物理、材料力學等方面的知識。然而，以往的流體力學教學強調為專業服務，對流體力學基本理論與基本方法介紹不夠。因此，為加強對學生基本理論的教育與創新能力的培養，在基本理論教學方面需要遵循繁簡恰當，突出基本概念與基本原理的教學原則，既能讓學生在學習流體力學的同時，重溫高等數學教學中的多元函數微積分與向量微積分的知識，又能適當略去一些細枝末節，進而加深學生對基本公式建立的基本原理及其適用條件的理解與掌握。

在介紹流體靜止平衡微分方程與流體靜力學方程，流體運動微分方程與伯努利方程時，按照上述方程的內在聯系，將教材中的知識點有機結合。例如，在講授流體靜力學基本方程時，打破教材中的章節安排，將教材編排與第七節的流體靜止平衡微分方程[3]推導提前講授，在闡述該方程的物理意義的基礎上，通過功與能關系，推導流體靜力學基本方程。在講授伯努利方程之前，將理想流體運動微分方程提前講授，同樣通過功與能量的關系，推導伯努利方程。這種方法不但強化了流體力學知識的邏輯性、嚴密性與完整性，而且還提高了學生對能量方程的物理意義的掌握程度。

在講授第五章孔口、管嘴和管路流動時，針對以前所學內容，略講基本推導，進而強調學生對作用水頭概念的理解與掌握。使得學生在理解作用水頭概念的基礎上，去掌握它們的流量公式。在講授虹吸現象時，從沖水馬桶、病人洗胃等日常所見去理解虹吸現象，并通過設問“如果不考慮阻力，在通常狀況下，虹吸管的最大安裝高度是多少”來進一步理解虹吸管的正常工作條件。

4 優化習題結構與內容，拓寬部分教學內容，提高重要概念雙語化水平

典型、適量的例題講解與習題訓練也是檢驗流體力學教學改革是否成功的關鍵因素。對此，在課程教學改革中，不僅在課堂上講授了與重要知識點相關的典型例題，而且還在構思與收集了諸如填空、選擇、判斷、問答及計算題提供給學生進行課后訓練，進而提高學生對流體力學重要知識點的掌握。

針對國家戰略產業與合作企業對工業煙塵污染控制知識結構的要求，拓寬教學內容，講授與氣溶膠物理學等相關的流體力學基礎理論（選用教材第八章勢流理論），以氣溶膠氣固分離的過濾技術為例講授其中的基本理論，將簡單的工程應用實例穿插于教學內容之中，使得學生學到解決相應環境工程問題的能力，進一步提升學生對流體力學基礎理論在專業領域應用的重要性。

流體力學中涉及的概念術語很多，對課程講授中所涉及的概念全部采用雙語教學。尤其是在講授教材第七章，第八章時，所講授內容采用雙語講授。使學生對流體力學的基本概念的英語描述也有了一定程度的提高。

5 結語

契合戰略性新興人才培養計劃的要求，從教學內容、教學手段與形式等方面實施流體力學課程教學改革實踐，使我體會到教改帶給我的教學相長的自豪。雖然，有初時的抵觸與迷茫，也有獲得一些成效的喜悅，但也有很多的不足之處需要在以后的教學實踐中逐漸彌補。總之，課程教學改革的實踐探索是可取的，對于發揮學生在教學中的主體作用，調動學生學習的主觀能動性和創造性，著力提高學生實踐應用能力和創新能力具有很好的促進作用。

參考文獻

[1] 國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定.國務院〔2010〕32號文.

[2] 湖北省教育廳關于申報第二批湖北省高等學校戰略性新興（支柱）產業人才培養計劃項目的通知，鄂教高函〔2011〕14號文.

[3] 蔡增基，龍天渝.流體力學、泵與風機.中國建筑工業出版社，2009.

[4] K.W.Lee and Y.H.Liu.Theoretical study of aerosol filtration by fibrous filters， Aerosol Science and Technology， 1982.1：2，147-161.