機制專業工程流體力學課程教學模式探討

王風濤 閆淑萍

（1.安徽工程大學<機械工程學院>，安徽 蕪湖 241000；2.安徽工程大學科技處，安徽 蕪湖 241000）

隨著我國加入《華盛頓協議》，工程專業認證理念已經成為各個工科專業教學改革的主要依據，而工程專業認證需要以產出為導向，進行教育達成度評價指標構建[1]。 同時，為滿足我國正在實施的“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略需要，支撐服務創新驅動發展，應對新一輪科技革命和產業變革，教育部先后發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》和《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》， 指出： 以新技術、新產業等為代表的新型經濟快速發展，迫切需要工科教育的改革創新， 克服傳統工科教育的缺點，著重加強學生綜合能力的培養，同樣以產出為導向[2-3]。因此，在工程專業認證和新工科建設的背景下，只有發展相適應的機械專業課程教學模式，才能促進教學效率和教學效益的提升，培養出符合工程專業認證理念和新工科需要的人才。

作為機制專業一門理論性較強的專業理論基礎課程，工程流體力學以高等數學、理論力學、材料力學、大學物理等通用基礎課程為基礎，為流體傳動及控制、液壓與氣壓傳動、流體機械原理、流體機械結構與強度等專業基礎課程提供必需的知識支撐，要求學生深刻理解和掌握流體靜力學和動力學的重要含義，培養學生在動力機械、傳動機械等以流體能量為原動力或者流體為工作介質的機械設計、制造、試驗時應用流體力學理論求解問題的能力，在機械專業的知識體系中發揮“承上啟下”的作用[4]。因此，本文針對工程流體力學的特點及現有的教學問題，對相對應的課程教學模式改進方法進行探討，從而構建適應機械工程專業認證和新工科建設所需要的教學模式，激發學生的學習興趣和主動性，增強學生應用工程流體力學知識解決實際工程問題的能力，才能有效保證教學目標的完成，并滿足畢業要求。

1 工程流體力學課程的特點及當前教學中的問題

1.1 工程流體力學課程的特點

工程流體力學主要研究流體平衡或運動時所遵循的基本規律及其在實際工程中的應用，所研究的流體主要包括液體和氣體，而常見的流體（如水和空氣）無色透明，與固體完全不同，沒有具體的形狀，看不到也摸不著，缺乏直觀的視覺感受，給學生描述流體的運動形態及過程較為困難。 同時，工程流體力學中為便于建模分析問題，通常假定流體由連續分布的質點組成，以流體的主要物理性質為基礎，主要通過較為抽象的歐拉法描述流體的運動，以大量的微積分公式進行推導，分析外界載荷下流體的靜止狀態、運動狀態及流體與固體或流體自身之間的作用關系，十分枯燥乏味，且概念相對晦澀，極易讓學生感覺課程內容學習十分困難，難以引發學生的學習興趣，無法調動學生學習工程流體力學課程的積極性和主動性。

1.2 工程流體力學當前教學中的問題

1.2.1 教學課時短

根據機制專業的工程教育認證要求，在以往課程體系的基礎上，增加了工程化學、計算方法、機械有限元法等課程，以致工程流體力學的課時大大減少。 我校機制專業采用趙琴、楊小林、嚴敬主編，重慶大學出版社出版的《工程流體力學》（第2 版）[5]。 該教材推薦的理論教學學時控制在48 學時左右， 并配套實驗教學為8～10 學時， 但我校機制專業工程流體力學課程理論教學課時分配24 學時，未安排實驗教學，教學課時大為縮短， 若按照教材規定的步驟開展教學工作，難以完成教學任務。 同時，課時的縮短對教師的“教”和學生的“學”提出了較高的要求，如果二者無法進行有效的配合，將導致教學質量和教學目標難以按照預期完成，而學生工程流體力學基礎知識的應用能力提升將成為空談。 因此，如何在縮短的教學課時內容安排合理的教學內容就成為工程流體力學課程教師必須首先要解決的問題。

1.2.2 教學方式單一

多媒體技術的出現促進了課堂教學模式的變革，現在課堂教學已經大量使用多媒體技術，但工程流體力學課程自身的理論性較強，建模分析所需的微積分計算公式較多， 以致多數教師仍然以口授與板書為主，而多媒體教學課件的內容主要集中于公式、概念或者與二者相關的計算例子的羅列，只是單純為口授和板書服務，形式過于單一，不夠豐富生動，未充分發揮出多媒體技術自身的優勢，難以有效集中學生的課堂注意力，使得課堂的教學內容只是單向傳輸給學生，而教師準備的課堂問題只能要求學生進行回答， 并不是學生的主動反饋，學生只能單純被動接受，課堂整體的互動性較差，難以充分調動學生學習的主觀能動性，學生為應對作業和考試只是部分記憶了一下課堂上所講的概念及公式，教與學之間相互獨立，直接影響工程流體力學課程的最終教學效果。

1.2.3 考核形式單一

現階段，機制專業的工程流體力學課程考核方式仍然采用30%的平時成績（課堂表現10%，平時作業20%）和70%的考試成績。 課堂表現主要包括上課簽到和課堂問答， 平時作業也主要為使用教材所帶習題，而考試內容主要為課堂習題或課后練習題相同類型的習題，導致學生主要抱著應對考試的心態，只對平時作業與考試內容相關章節中的概念及公式進行學習和記憶，缺乏工程流體力學基礎知識應用能力的培養及引導，更難以對基礎概念形成透徹理解，不可能有效掌握并提升求解工程實際問題的能力，對教學大綱中問題分析內容所形成的支撐相對較弱，無法保障熟練掌握流體力學基礎知識和平衡流體力學規律的理論基礎， 能完成流體機械工程中相關水力計算，用推理演繹方法建立動力學模型， 準確求解工程實例，對分析結果進行討論達到解決復雜工程問題的方法等教學目標的實現。

2 機制專業工程流體力學課程教學模式的改進

針對工程流體力學的課程特點和現有教學模式缺陷，結合工程教育認證和新工科專業的要求，從基于產出的教育達成度評價和學生知識應用能力的提升出發，嘗試進行以下改進。

2.1 課程教學內容精選

根據機制專業工程流體力學的教學課時要求，修訂教學大綱與教學計劃，構建“立足基礎、面向應用、提高能力”的課程內容體系[6]，教學內容需集中于與機械相關的流體靜力學和動力學的基本概念及應用，掌握連續介質假設、流體的物理性質、流體作用外力、流體靜壓特性、 理想流體運動微分方程和平衡微分方程、靜壓強基本方程、作用于平面和曲面上的總壓力、拉格朗日法、歐拉法、連續性方程、伯努利方程、動量方程、 動量矩方程等相關的理論基礎概念和理論公式，了解流體力學作用關系相關分析公式的整個推導過程， 具備流體機械應用所必須具備的基礎知識，并能夠熟練且準確地解決與流體機械相關的實際工程問題，可以研究機械裝備中流體的運動規律及流體與邊界的作用關系，具備機械相關的流體設計、分析和研究能力，從教學內容出發為實現課程目標和完成教學達成度奠定堅實的基礎。

2.2 課程教學方法調整

興趣是調動學生學習積極性和主動性的關鍵，機制專業的工程流體力學課程教學方法需以調動學生興趣為目標，從工程流體力學相關的基礎數學知識出發，對教學方法進行調整。

2.2.1 加強教學內容課前復習及預習

建立工程流體力學課程教學班級群，在開始每節課教學內容之前，通過教學班級群給學生布置必須復習和預習的課程內容及相關的理論知識，要求學生借助新媒體技術復習前面課程的相關教學內容，預習即將講授的教學內容，聲明上課會對所復習及預習的教學內容進行提問，以督促學生完成即將進行教學內容的課前復習及預習， 使學生加深已學知識的掌握程度， 對即將開始的課堂教學內容具有一定程度的了解，有效保障課堂教學能夠較為流暢的進行，盡可能減少理論公式和教學例題的教學用時，強化學生對基礎理論知識的理解，為工程流體力學基礎知識在實際工程問題的應用討論的導入教學提供充足課時，著力鍛煉并培養學生的自學能力，助力實現課程目標和完成教學達成度。

2.2.2 有效使用多媒體工具

改進傳統的板書公式推導教學方式，結合多媒體課件制作工程流體力學課程中的公式推導細節，通過動畫放映方式給學生展示整個公式的推導過程，便于學生掌握工程流體力學中基本公式的由來及應用方向，進一步縮短過去板書教學所用課時，從而能夠安排課時借助視頻形式給學生展示工程流體力學的實際應用場景，介紹工程流體力學課程的重要性及工程流體力學基礎知識應用于實際工程問題的求解方法，從問題導入帶動學生的學習興趣，以問題解決引導學生使用工程流體力學基礎知識解決實際工程問題，進而實現課程目標和完成教學達成度。

2.3 課程考試方式改進

單純通過期末閉卷考試只能判斷學生對工程流體力學基礎知識的記憶程度，無法反映學生應用基礎知識解決實際問題的能力。 因此，在日常教學知識點講解完， 收集與教學知識點相關的實際工程問題，以多媒體講解的工程流體力學知識應用于實際工程問題案例的求解過程為基礎，將學生分組，各小組分配與教學知識點相關的實際工程問題，而實際工程問題的分析與求解與作為考核內容之一，讓學生參考已教授過的求解過程嘗試依靠小組的團隊力量獲得分配問題的答案， 讓學生在求解問題的過程中獲得成就感，形成激發學生自主學習的動力，將整個過程及自己的收獲通過匯報形式與其他學生分享，促使各個小組交流溝通，若有異議由教師進行解答，從而擴展并強化所有學生對工程流體力學基礎知識的掌握及應用能力，督促學生實現課程目標和完成教學達成度。

3 結語

針對機制專業工程專業認證和新工科建設要求的課程目標和畢業達成度要求，從工程流體力學的課程特點及現有教學模式存在的問題出發，精選與機械相關的流體基本物理性質、靜力學、動力學等教學內容，借助多媒體課件、慕課、網絡精品課程視頻等資源強化課前復習和預習，有效使用多媒體技術，通過視頻形式展示工程流體力學基礎理論的重要性，以動畫形式表現計算公式的推導過程，讓學生了解工程流體力學基礎知識與實際工程問題之間的內在聯系，增加以解決實際工程問題為目標的小組討論作為課程考核內容之一， 改進工程流體力學的課程教學模式，力爭在有限的教學課時內實現教學目標，培養滿足社會和國家需要的機制專業人才。