工程流體力學(xué)課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的探索和展望

郭空明　師陽　徐亞蘭

摘 ?要：新時(shí)代背景下，對(duì)工科生實(shí)踐能力的要求不斷提高。在大學(xué)本科課程中加入課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)已成為近年來的重要趨勢(shì)。工程流體力學(xué)課程是許多工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。文章在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，首先指出采用計(jì)算流體力學(xué)實(shí)施工程流體力學(xué)實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，之后結(jié)合作者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同軟件的優(yōu)劣性進(jìn)行了分析，并闡述了作者目前采用的實(shí)踐教學(xué)和考核方式。最后對(duì)未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué);實(shí)踐教學(xué);計(jì)算流體力學(xué);Fluent

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2021）04-0081-04

Abstract： Under the background of the new era， the requirements for the practical ability of engineering students are constantly improving. In recent years， it has become an important trend to join in class practice in undergraduate courses. Engineering Fluid Mechanics is an important basic course for many engineering majors. On the basis of literature review， this paper first points out the advantages of using computational fluid dynamics to carry out engineering fluid mechanics practice teaching， and then analyzes the advantages and disadvantages of different software combined with the author's teaching experience， and expounds the current practice teaching and assessment methods adopted by the author. Finally， the future development is prospected.

Keywords： Engineering Fluid Mechanics; practical teaching; computational fluid dynamics; Fluent

一、背景

我國高等教育規(guī)模早已躍居世界首位，近年來，隨著我國從工程大國到工程強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，對(duì)高校工科生的要求也隨之提高。新形勢(shì)下，不僅要求學(xué)生牢固掌握所需專業(yè)知識(shí)，還需要具備利用所學(xué)知識(shí)解決簡(jiǎn)單工程實(shí)際問題的實(shí)踐能力，甚至解決復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新能力。雖然高校的培養(yǎng)計(jì)劃中包括各門課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以及外出實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，但對(duì)于新形勢(shì)要求下人才的培養(yǎng)而言仍嫌不足。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)一般只是對(duì)所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證，學(xué)生的角色是被動(dòng)的，而實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，由于實(shí)習(xí)時(shí)間較短，學(xué)校經(jīng)費(fèi)有限，再加之接待單位積極性不高等諸多因素影響，學(xué)生往往只是“走馬觀花”，缺少真正的動(dòng)手環(huán)節(jié)和思考環(huán)節(jié)，對(duì)于學(xué)生培養(yǎng)實(shí)踐能力也是不夠的。另一方面，高校課程考核“重結(jié)果輕過程”的缺陷，近年來已引起教育部的重視。在2020年教育部教育督導(dǎo)局委托教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心研制完成的《全國普通高校本科教育教學(xué)質(zhì)量報(bào)告（2018年度）》中，也指出了這一點(diǎn)。因此，考核環(huán)節(jié)多樣化，加大過程類考核成績(jī)占比，減低期末考試成績(jī)占比，已成為重要的趨勢(shì)。

因此，近年來，全國多所高校對(duì)重要主干課程的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)進(jìn)行了壓縮，同時(shí)補(bǔ)充了綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)等，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、協(xié)作能力、表達(dá)能力、創(chuàng)新能力等。在本科畢業(yè)生就業(yè)形勢(shì)不容樂觀的大環(huán)境下，提高學(xué)生實(shí)踐能力，使其更好地適應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)的需要，顯得尤為重要。本文主要圍繞課內(nèi)實(shí)踐這一問題開展探討。

對(duì)于理論性較強(qiáng)的專業(yè)課程，例如理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)、彈性力學(xué)等力學(xué)課程而言，由于其缺少具體對(duì)應(yīng)的工程應(yīng)用領(lǐng)域，課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容設(shè)置和手段的選取，與一些適用于具體領(lǐng)域的課程相比，一方面具有很大的靈活性和自主性，另一方面也帶來了困難。不過，對(duì)于理論課程而言，高質(zhì)量的實(shí)踐教學(xué)，可以使抽象的理論知識(shí)更為形象化，也可以使學(xué)生更加明確所學(xué)知識(shí)的具體應(yīng)用領(lǐng)域，從而與理論教學(xué)產(chǎn)生相輔相成的效果。因此在力學(xué)課程中引入實(shí)踐教學(xué)，確實(shí)具有積極的意義。

在眾多力學(xué)課程中，流體力學(xué)類課程是公認(rèn)學(xué)生較為難學(xué)，教師較為難教的課程。該課程是許多工科專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)必修課程，除了工程力學(xué)專業(yè)之外，航天與宇航工程、飛行器制造、能源與動(dòng)力工程、化工、環(huán)境工程、土木工程、船舶與海洋工程等專業(yè)的學(xué)生也都需要學(xué)習(xí)并牢固掌握該課程的基礎(chǔ)知識(shí)。然而，流體力學(xué)課程不但公式繁多，而且包含納維-斯托克斯方程這種復(fù)雜的偏微分方程，同時(shí)公式中大量采用物理意義不完全明確的無量綱量，導(dǎo)致公式抽象化。即使對(duì)于偏重應(yīng)用的工程流體力學(xué)課程也是如此。因此對(duì)于這門課程而言，除了傳統(tǒng)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以外，課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)也不可或缺。一方面是為了適應(yīng)新形勢(shì)下高等教育的要求，另一方面也可以強(qiáng)化課堂知識(shí)的掌握，提高知識(shí)性學(xué)習(xí)的效果。

近年來在其它力學(xué)課程，以及工程流體力學(xué)課程的課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)方面，已有許多同行進(jìn)行了探索。針對(duì)材料力學(xué)課程的課內(nèi)實(shí)踐，宋向榮等人[1]引入錨鏈環(huán)、桁架、螺旋槳軸系等多個(gè)工程實(shí)際問題，要求學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)化并利用材料力學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析。部分問題還需要學(xué)生進(jìn)行實(shí)物的應(yīng)力測(cè)試，并與理論分析進(jìn)行比較。繆志偉等[2]在土木工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，與理論教學(xué)中的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，使得理論內(nèi)容更為直觀，激發(fā)了學(xué)生的興趣，并引導(dǎo)學(xué)生以仿真平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)一步的深入專業(yè)問題進(jìn)行研究。周雙喜等[3]引進(jìn)國外的CDIO（引導(dǎo)-設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-掌握）工程教育理念， 通過設(shè)計(jì)應(yīng)變片粘貼、新材料測(cè)試、桁架橋等創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以及自主研發(fā)材料力學(xué)綜合型試驗(yàn)平臺(tái)，大大提高了土木工程專業(yè)材料力學(xué)實(shí)踐教學(xué)的效果。在流體力學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)方面，謝翠麗等[4]在課程中引入Gambit和 Fluent軟件，通過編寫軟件指導(dǎo)手冊(cè)，不但可以將原理知識(shí)用軟件的云圖和動(dòng)畫形象地予以驗(yàn)證，還可以使學(xué)生利用軟件進(jìn)行拓展性研究以及對(duì)流體設(shè)備進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)實(shí)踐。尤翔程[5]通過對(duì)美國明尼蘇達(dá)大學(xué)、亞利桑那州立大學(xué)等國外高校進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)對(duì)比了國內(nèi)外本科流體力學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，并指出了國內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的一些缺陷，如理論實(shí)踐教學(xué)銜接存在不足、不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的思考探索性思維、考核方式重結(jié)果輕過程等，因此需要借鑒國外高校的先進(jìn)教學(xué)理念。

二、工程流體力學(xué)課內(nèi)實(shí)踐手段的探索

根據(jù)以上的文獻(xiàn)綜述，可以看出各類力學(xué)課程的課內(nèi)實(shí)踐的具體實(shí)施方式可以大致分為實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)踐手段。其中實(shí)驗(yàn)是在基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，實(shí)驗(yàn)對(duì)象更為復(fù)雜，同時(shí)加入了動(dòng)手環(huán)節(jié)、分析環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等。而虛擬仿真則基于程序或商用軟件，對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行仿真計(jì)算。

對(duì)于工程流體力學(xué)課程而言，目前絕大多數(shù)國內(nèi)高校的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以管道流動(dòng)實(shí)驗(yàn)為主，此類實(shí)驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較為低廉，占地面積較小，但管道實(shí)驗(yàn)往往使用商家定制的各種綜合試驗(yàn)臺(tái)，雖可以進(jìn)行雷諾實(shí)驗(yàn)、伯努利實(shí)驗(yàn)、沿程阻力實(shí)驗(yàn)、局部損失等多個(gè)管道流動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，但難以擴(kuò)充升級(jí)為綜合性實(shí)驗(yàn)，也覆蓋不到流體力學(xué)中應(yīng)用最廣的物體繞流問題。而且管道實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)不易，長(zhǎng)期使用誤差會(huì)逐漸增加，導(dǎo)致后期只能進(jìn)行定性的驗(yàn)證。由于管道流動(dòng)實(shí)驗(yàn)不需要先進(jìn)的傳感器等設(shè)備，因此原理過于簡(jiǎn)單，不易激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性。

如果要進(jìn)行復(fù)雜的綜合性實(shí)驗(yàn)，則風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是一個(gè)較好的選擇。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用了流體力學(xué)知識(shí)和一些傳感器方面的知識(shí)，隨著三維打印技術(shù)的興起，使得學(xué)生自行設(shè)計(jì)打印三維物體進(jìn)行繞流受力測(cè)量成為可能。但風(fēng)洞價(jià)格較為昂貴，且占地面積較大，對(duì)于資金和場(chǎng)地的要求都比較高。而且風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)如果要對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行形象的觀察，還需要昂貴的粒子圖像測(cè)速等設(shè)備。

與實(shí)驗(yàn)的手段相比，采用虛擬仿真的手段優(yōu)點(diǎn)較為明顯，一是對(duì)于資金和場(chǎng)地的要求較低。二是不需要昂貴的傳感和測(cè)量設(shè)備便可得到任意點(diǎn)的任意物理量。三是可以仿真的對(duì)象極為廣泛，參數(shù)的調(diào)整也非常方便，有助于發(fā)揮學(xué)生的積極能動(dòng)性。四是虛擬仿真更適合線上教學(xué)，可以靈活安排學(xué)生時(shí)間。虛擬仿真手段的缺點(diǎn)是由于不使用實(shí)物和傳感器，學(xué)生在動(dòng)手能力上的鍛煉效果不佳，另外，虛擬仿真的計(jì)算一般是建立在實(shí)際問題的簡(jiǎn)化模型上的，降低了問題的復(fù)雜度。不過總體來看，虛擬仿真相較于實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì)還是很明顯的。

虛擬仿真一般采用計(jì)算流體力學(xué)的方法求解實(shí)際問題。計(jì)算流體力學(xué)是目前流體力學(xué)科學(xué)研究的主流手段，它以有限體積法、有限元法、有限差分法等算法為基礎(chǔ)，通過編寫計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的形象化展示。目前，計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空航天、天氣預(yù)報(bào)、船舶海洋工程、土木工程、機(jī)械工程、車輛工程甚至醫(yī)藥、體育、環(huán)境等領(lǐng)域，可以解決許多理論方法無法處理，又難以進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜實(shí)際問題。從計(jì)算流體力學(xué)實(shí)施的具體手段上，又可以分為自行編程，采用開源代碼，使用商用軟件三種。對(duì)于復(fù)雜問題，由于網(wǎng)格劃分較為復(fù)雜，再加上實(shí)踐課時(shí)有限，因此自行編程的手段并不可行。目前國內(nèi)教學(xué)中主要采用Fluent、COMSOL[6]或者開源代碼OpenFOAM[7]。其中又以Fluent使用最廣泛。

Fluent軟件是國際上較為流行的一種計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件，在國內(nèi)也是使用最為廣泛的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件。該軟件的求解方法是目前主流的有限體積法。軟件功能極為強(qiáng)大，可以求解不同工程領(lǐng)域中的流場(chǎng)、熱傳導(dǎo)、多相流、組分輸運(yùn)、反應(yīng)流等復(fù)雜問題。早期的Fluent只是一個(gè)求解器，并不具備前處理的網(wǎng)格劃分工程，前處理需要采用Gambit軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，但該軟件的使用較為麻煩。2005年Fluent被Ansys公司收購后，可以采用Ansys中的ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，目前ICEM前處理已經(jīng)成為Fluent的主流。而最新版本的Fluent已經(jīng)可以自行劃分網(wǎng)格。Fluent軟件由于在國內(nèi)工業(yè)界廣受認(rèn)可，因此參考資料極多，而且大部分參考書附帶網(wǎng)格文件，自學(xué)較為容易。缺點(diǎn)是絕大部分參考書案例過于豐富，包含了各類復(fù)雜問題，對(duì)于簡(jiǎn)單的流場(chǎng)求解問題的案例反而較少，而流體力學(xué)教學(xué)只需要參考流場(chǎng)分析的案例。另一方面，F(xiàn)luent也缺少官方案例庫，不利于自學(xué)。

COMSOL軟件由MATLAB的偏微分方程工具箱發(fā)展而來，是一類多物理場(chǎng)求解軟件。該軟件采用有限元方法進(jìn)行求解，其功能也是非常強(qiáng)大的。與Fluent相比，COMSOL的優(yōu)點(diǎn)在于：前處理、計(jì)算、后處理在同一環(huán)境下進(jìn)行，操作簡(jiǎn)捷。同時(shí)官方網(wǎng)站具有較多案例，軟件和許多案例都支持中文。缺點(diǎn)在于：COMSOL幾何建模非常繁瑣，因此適合研究理論問題，而非工程問題。該軟件市面上學(xué)習(xí)資源極少，不利于學(xué)生自學(xué)。案例庫雖然有豐富的案例，但純粹流場(chǎng)分析的案例也非常之少，大部分案例都將流場(chǎng)與其它物理場(chǎng)相耦合，不適合流體力學(xué)課程。

OpenFOAM是一個(gè)計(jì)算流體力學(xué)的C++類庫。由于是開源類庫，因此是完全免費(fèi)的，同時(shí)用戶可以接觸到底層算法的代碼，這對(duì)于專門研究和學(xué)習(xí)計(jì)算流體力學(xué)算法的學(xué)生和科研工作人員而言是一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。但OpenFOAM需要在Linux下運(yùn)行，自身也不具備前后處理的功能，而且還要求使用者具備一定的有限體積法知識(shí)，再加上學(xué)習(xí)資料極為匱乏，因此學(xué)習(xí)曲線非常陡峭，雖然國內(nèi)很多高校采用該軟件進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，但對(duì)于流體力學(xué)理論課程而言是不適合的。

因此綜上所述，F(xiàn)luent是較為適合流體力學(xué)課程綜合仿真實(shí)踐的軟件。目前，在作者所在單位的工程流體力學(xué)課程實(shí)踐中采用了Fluent。

實(shí)踐教學(xué)的具體實(shí)施形式為：首先教師通過教學(xué)平臺(tái)上傳學(xué)習(xí)資料，在學(xué)生自學(xué)預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師為學(xué)生講解計(jì)算流體力學(xué)的入門知識(shí)，對(duì)ICEM和Fluent進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并精講2-3個(gè)簡(jiǎn)單的流場(chǎng)案例。為了防止題目重復(fù)，之后學(xué)生進(jìn)行分組，3-4人為一組，通過查閱教師推薦的參考書以及網(wǎng)站視頻資料，每組自選一個(gè)流場(chǎng)分析的問題作為題目，先到先得。組員分工合作，最后每組提交一份實(shí)踐報(bào)告，并制作幻燈片進(jìn)行答辯。最后由教師給出實(shí)踐總成績(jī)。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐的過程中，可以隨時(shí)通過QQ等方式與教師進(jìn)行線上交流，對(duì)于一些共性問題，教師會(huì)通過小視頻等方式統(tǒng)一進(jìn)行講解。

實(shí)踐報(bào)告內(nèi)容包括研究背景、文獻(xiàn)綜述、計(jì)算過程、結(jié)果分析、參考文獻(xiàn)等方面。其中結(jié)果分析所占權(quán)重較高，因?yàn)閷?shí)踐要求學(xué)生不只是具備按流程求解問題的能力，更需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行思考。如果學(xué)生的實(shí)踐報(bào)告有設(shè)計(jì)和改進(jìn)的環(huán)節(jié)，還會(huì)進(jìn)行加分。為了督促組員均參與到實(shí)踐活動(dòng)中，答辯環(huán)節(jié)對(duì)每位學(xué)生都要進(jìn)行提問，不同的組員給出不同的分?jǐn)?shù)。目前這種形式的實(shí)踐教學(xué)已連續(xù)進(jìn)行了三屆。從后續(xù)的反饋來看，這三屆學(xué)生的動(dòng)手能力，表達(dá)能力，寫作能力等較之前幾屆都有明顯的提高。

三、展望

目前采用Fluent進(jìn)行工程流體力學(xué)教學(xué)輔助工作的手段已被國內(nèi)同行大量采用。但虛擬仿真手段運(yùn)用于課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)，尚需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程，具體需要完善的工作，以及未來可能的發(fā)展方向如下：

1. 計(jì)算設(shè)施的完善。對(duì)于具有復(fù)雜邊界形狀的問題，特別是三維流動(dòng)問題，對(duì)網(wǎng)格的劃分和網(wǎng)格數(shù)量具有較高的要求。而網(wǎng)格數(shù)量的增加對(duì)計(jì)算機(jī)的處理器、內(nèi)存、顯卡都具有較高的要求。尤其是非定常流動(dòng)，需要長(zhǎng)時(shí)間的迭代計(jì)算。而現(xiàn)階段高校學(xué)生的個(gè)人計(jì)算機(jī)以筆記本電腦為主，其配置相對(duì)較低。因此高校需要在完善計(jì)算設(shè)置方面進(jìn)行投資，現(xiàn)階段，各學(xué)院可以考慮建立專業(yè)計(jì)算機(jī)房以供學(xué)生進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算。未來可以考慮結(jié)合目前的最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合硬件資源和軟件資源，開發(fā)云計(jì)算平臺(tái)以提高資源的利用率。

2. 編寫實(shí)踐指導(dǎo)書。正如前文所述，目前市面上Fluent的學(xué)習(xí)資料雖然較多，但針對(duì)基本的流場(chǎng)求解問題，算例卻相對(duì)較少。而且大部分教材對(duì)Fluent求解設(shè)置中各選項(xiàng)的物理意義缺少解釋，只是簡(jiǎn)單列出求解的流程。因此需要編寫一本完全為流體力學(xué)課程教學(xué)量身定做的Fluent指導(dǎo)書，該指導(dǎo)書應(yīng)包括計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的簡(jiǎn)單介紹，ICEM軟件前處理劃分網(wǎng)格的簡(jiǎn)單介紹，F(xiàn)luent軟件各求解選項(xiàng)的介紹。同時(shí)對(duì)一些流場(chǎng)的案例進(jìn)行詳細(xì)講解。最后再設(shè)計(jì)大量類似作業(yè)的案例，給出簡(jiǎn)單思路，可供學(xué)生在實(shí)踐時(shí)進(jìn)行選擇。這些案例需要對(duì)設(shè)計(jì)性和拓展性提出要求，而非簡(jiǎn)單的計(jì)算驗(yàn)證。

3. 革新考核體系。這里的考核體系不僅指學(xué)生的最終成績(jī)?cè)u(píng)定，也包括教師的年終考核以及職稱評(píng)定。作者所在單位的工程流體力學(xué)課程成績(jī)?cè)u(píng)定包括期末考試成績(jī)（60%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）、平時(shí)成績(jī)（10%）、實(shí)踐成績(jī)（10%）。從學(xué)生方面來講，由于傳統(tǒng)的期末卷面成績(jī)所占比重仍然很重，因此對(duì)理論知識(shí)和卷面考試成績(jī)?nèi)匀桓鼮橹匾暎趯?shí)踐環(huán)節(jié)投入精力有限。但從教師角度來講，目前還不能盲目增加實(shí)踐成績(jī)的比重。因?yàn)榫砻婵荚嚨某煽?jī)畢竟更能客觀反映學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的理解，而實(shí)踐報(bào)告的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)雖然已經(jīng)力求詳盡，但其打分還是具有一定的主觀性。另外實(shí)踐報(bào)告是分組完成的，而非一人一份，這也造成了評(píng)分不如卷面考試公平公正。因此必須先完善實(shí)踐成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，保證其科學(xué)合理性以及規(guī)則透明化，才能在總成績(jī)中加大實(shí)踐教學(xué)分?jǐn)?shù)的比重。作者認(rèn)為以30%-40%為宜。

另一方面，需要將實(shí)踐教學(xué)工作量及效果納入教師考核體系甚至職稱評(píng)定體系。雖然目前一些高校在基礎(chǔ)課和專業(yè)核心課程中開展了實(shí)踐教學(xué)，但許多課程的實(shí)踐教學(xué)只是走過場(chǎng)，有些課程只是布置了綜合性的作業(yè)作為實(shí)踐環(huán)節(jié)。究其原因是因?yàn)槟壳暗目己梭w系。由于科研指標(biāo)容易客觀量化，因此造成了絕大多數(shù)高校重科研輕教學(xué)的局面。對(duì)于年終考核而言，教學(xué)考核只是簡(jiǎn)單地統(tǒng)計(jì)工作量。而成功的實(shí)踐教學(xué)需要大量的前期調(diào)研和準(zhǔn)備，由于這些隱性工作無法記入工作量的，造成一些教師實(shí)踐教學(xué)敷衍了事的局面。而具有職稱壓力的青年教師更不會(huì)投入太多精力。當(dāng)然，教學(xué)效果難以量化是高校多年來的未解難題，目前并沒有太好的方案。作者認(rèn)為，可以細(xì)化和強(qiáng)化學(xué)生評(píng)教反饋的實(shí)際效果。一方面，可以將學(xué)生評(píng)教細(xì)化為理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等幾個(gè)方面，以便教師更具體地掌握自身的不足，另一方面可以將評(píng)教分?jǐn)?shù)作為權(quán)系數(shù)與教學(xué)工作量進(jìn)行運(yùn)算，以督促教師在教學(xué)方面進(jìn)行精進(jìn)。

4. 開發(fā)適合于流體力學(xué)教學(xué)的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算流體力學(xué)軟件。目前國內(nèi)部分高校已被禁用MATLAB軟件，可以看出，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工程軟件，逐步去除對(duì)國外大型工程軟件的依賴性，已是非常緊迫的問題。雖然開發(fā)類似Fluent的大型工程軟件難度極高，非朝夕之功，但開發(fā)適用于流體力學(xué)教學(xué)的小型流場(chǎng)求解軟件并非特別困難。當(dāng)然這一點(diǎn)需要廣大具備理論知識(shí)能力的科研工作者、具備軟件開發(fā)知識(shí)的工程師以及廣大一線教學(xué)工作者的共同努力。

四、結(jié)束語

本文在目前社會(huì)對(duì)高校畢業(yè)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力具有更高要求的大背景下，圍繞近年來國內(nèi)高校新增的課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)，結(jié)合工程流體力學(xué)課程，對(duì)課內(nèi)實(shí)踐的形式進(jìn)行了探討，指出采用Fluent進(jìn)行虛擬仿真的實(shí)踐方法更適于國內(nèi)大多數(shù)高校，之后對(duì)作者目前所負(fù)責(zé)課程的實(shí)踐實(shí)施方式和考核方式進(jìn)行了闡述。最后指出了對(duì)于工程流體力學(xué)課程，虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展面臨的幾大問題，如計(jì)算資源、實(shí)踐指導(dǎo)教材、考核體系、軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)等問題，并嘗試給出了解決方案。目前課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)在國內(nèi)高校尚屬于新興事物，本文雖然是針對(duì)工程流體力學(xué)一門特定課程，但希望本文的探討可以拋磚引玉，為廣大教學(xué)工作者的實(shí)踐教學(xué)提供一些思路和啟發(fā)。

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基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃“多鐵性微納復(fù)合材料與器件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究”（編號(hào)：2019JQ-473，起止時(shí)間：2019/01/01-2020/12/31）資助

作者簡(jiǎn)介：郭空明（1985-），男，漢族，河南舞陽人，博士，講師，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：非線性動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)控制。