新工科背景下船海特色的工程流體力學教學改革

熊騁望 劉云龍 董茜茜

[摘 要] “新工科”這一概念是在新一輪產業變革及科技革命的時代背景下提出的，要求通過調整教育結構培養全方位人才。結合哈爾濱工程大學的船海特色，以及工程流體力學的教學方法與教學內容，以往的工程流體力學教學模式很難滿足當下師生的需求，作為以船海專業為特色的工科高校，需要有針對性地進行一些教學改革，從而提高學生的學習興趣，加強工程流體力學知識與船海特色的結合，方便學生熟練運用基礎知識，加強自主創新能力，為船海事業做出更好的貢獻。

[關鍵詞] 工程流體力學;船海特色;教學改革

[作者簡介] 熊騁望（1990—），男，湖北武漢人，工學博士，哈爾濱工程大學船舶工程學院教授，主要從事高精度計算流體力學方法、流動穩定性與湍流轉捩研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）39-0075-04? ? [收稿日期] 2021-05-21

一、概述

“工程流體力學”是許多工程專業的核心課程，這門課程的成功與否，將直接影響學生今后對基礎知識的運用，因此，開展切實可行的工程流體力學教學改革顯得尤為重要。本課程是以解決與流體有關的實際工程問題為基礎的一門技術基礎課，具有系統的理論體系，使學生掌握流體運動和力的基本規律，運用工程流體力學的基本原理及方法分析和解決與流動有關的實際工程問題，理解和掌握工程流體力學最基本的實驗技能。與其他課程或學科不同的是，本課程存在現象多、概念模糊、公式參數多等問題，學生難以理解和掌握。此外，本課程的知識內容應用廣泛。

目前，“工程流體力學”課程還存在一些不足。由于“工程流體力學”課程理論性強、數學推理多、公式復雜，但教學方法仍然是被動的，甚至是“填鴨式”的教學模式，教學效果相對較差。這種教學方法不利于師生之間形成良好的教學關系，而且由于工程流體力學理論本身比較抽象，教材缺少更多直觀的案例，學生很難對物理力學有詳細生動的認識，無法透徹理解知識，導致無法提高學生運用所學知識解決實際工程問題的能力[1]。

高校“工程流體力學”課程的教學方法和考試形式相對單一，當今高校教學以教材為基礎，講師照本宣科，學生缺乏思考，即“填鴨式”教學，模式單一，雖然有多媒體教學組件，但基本模式沒有改變。而在課程考試中，論文成績占比較大，學生自然也為了應試而應試，缺乏主動性，沒有體現知識的運用。學生沒有發現工程流體力學知識與實際生產實踐相結合的優勢，無法主動學習，解決問題[2]。

針對以上問題，本文改進了工程流體力學的教學，增加了新工科背景下工程流體力學與船海特色的有機結合，對新工科背景下船舶海洋新特征的教學進行了改革和創新，通過豐富的教師線下教學模式和教材，向學生傳授比較全面的知識。同時，注重基礎，課本內容簡化了難度大的知識點，融入學生的學習思維，注重學習方法的介紹，增加學生的學習興趣。結合本專業的課程特點，將航運與海洋的特點和前沿領域的知識有效地帶入教材的相應章節，增加更多的動手實踐環節和計算機輔助教學，讓學生更好地感受每一個理論、公式和概念所包含的工程流體力學的物理意義。

二、新工科船海特色的教學改革具體措施

（一）重視緒論與比喻授課

工程流體力學緒論課是必要的，緒論課是學生接觸工程流體力學的第一堂課，教師要向學生講好工程流體力學“動、柔、活”的特點，這不僅能讓學生了解工程流體力學領域中重要的科學家及其成就（如歐拉的勵志故事），還能激發學生的興趣、主動性和自發性[3]。

工程流體力學的概念往往比較抽象，學生很難理解。在教學中多使用隱喻、聯想等手段，教學效果會更好。例如，在解釋流體的流動性時，詩句“抽刀斷水水更流”生動地描述了流體的特性，讓學生更加容易理解。“比喻教學”是描述流體運動基本概念的跡線和流線的好方法。跡線是流體質點在空間中運動時所描繪出的曲線，它可以被比作一顆流星在晚上經過。流線是由不同的流體點同時構成的曲線，詩句“大漠孤煙直，長河落日圓”將此描繪得非常生動。這樣，跡線和流線的定義和區別就一目了然了[4]。

為使學生清楚本課程的意義和目的，將難以理解的物理現象與學生生活聯系起來，用簡潔生動的語言減少他們對“工程流體力學”課程學習的恐懼，增加他們的學習動機和學習興趣。第一節課必須普及學生能理解的、在日常生活中隨處可見的工程流體力學的相關原理，并用工程流體力學解釋這些現象產生的原因，有助于學生在課前學習工程流體力學。

（二）建立以學生為中心的教學模式

現有的工程流體力學實踐教學主要由實驗教學組成，然而大多數學生都是看教師做實驗，自己動手操作的機會很少，學生難以理論聯系實際，只能按部就班地操作，學生的積極性不高。這樣既不能體現學生的主體性，也不能培養學生的創造性。僅通過實驗報告中的數據評價實驗結果，忽視了過程評價的重要性，這與工程流體力學的教學意義相反[5]。

因為學生是主體，所以教學改革必須緊緊圍繞學生，教學應該基于學生掌握的課本知識。因此，教師在教學過程中加強對學生的指導和自主學習是至關重要的，不能只是照本宣科，盲目地主導課堂，還需要分析教學結構，分層次教學。從準備課本到理解知識，再到發現問題、提出問題、解決問題和深入思考，要循序漸進地提高學生的學習能力[6]。

作為教師，必須對課程有一個很好的了解。在這個時候，教師會想當然地認為這門課對學生來說很容易理解，所以直接從公式推導開始授課，沒有分析原理和知識結構，從而導致學生很難聽懂課上所講的知識。上課的最終目的是讓學生學習知識從而應用于實踐，教師可以促使學生實現知識與應用相結合，基礎與創新相結合。在新工科的背景下，學生的培養是一個重要的事情，要適應當前工業技術創新改革的要求，了解學生的知識接受程度，借助教材和其他教學材料，引導學生學習知識，從而獨立解決相關問題，更加了解課程。“工程流體力學”是船舶工程專業一門非常重要的基礎課程，學生在今后的專業學習中離不開流體計算，更重要的是提高學生的實驗課程，讓學生進實驗室自己模擬一些簡單的工程流體力學現象，如測總水頭，更直觀地感受水流。層流是什么、紊流是什么、如何觀察相應流體的流速等，讓他們更直觀地感受科學的魅力，在科學探索中獲得成就感。此時，學生對流動物理現象的認知和獨立解決相關問題的能力是教師需要培養的重要環節。