新工科背景下流體力學課程項目式教學與考核評價體系研究

王燕 鄭健

摘? 要：流體力學是高等學校能源與動力類專業的學科基礎課，計算流體力學軟件是流體力學相關研究開展的重要工具。文章首先探討了新工科背景下流體力學開展項目式教學的意義、優勢與不足，進而提出了流體力學進行項目式教學的改革思路與實踐，探討了將CFD模擬技術引入流體力學項目式教學中的教學方法和考核評價。

關鍵詞：流體力學;項目式教學;CFD技術;考核評價

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）28-0009-04

Abstract： As the basic curriculum and backbone of the majors of energy and power， Fluid Mechanics is an essential and fundamental course for the future development of students. Computational fluid dynamics（CFD） softwareis an important and effective tool in conducting the correlation research of fluid mechanics. In present study， the significance， advantages and disadvantages of project-based learning of flow mechanics in the new engineering background were firstly discussed， and then the paper put forward the reform ideas and practice of the project-based learning method of fluid mechanics， finally probed into the measures of teaching and assessment of introducing CFD simulation technology into the project-based learning of fluid mechanics.

Keywords： fluid mechanics; project-based learning; CFD technology; inspects appraisal system

一、新工科背景下流體力學課程開展項目式教學的意義

（一）新的人才需求對傳統專業基礎課程教育提出了新要求

新工科建設是國際工程教育認證下我國高等教育的主要改革方向，是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的[1]。新工科教育理念的提出，工程類專業的國際工程教育認證，以及以企業需求為導向的人才培養教育，都對高等院校的專業建設和人才培養模式提出了新要求[2-3]。因此，在新時期、新理念、新需求下，高校作為人才培養基地應及時調整培養目標、創新培養模式、改革課程體系與方法、更新教學內容、引進先進手段、提升教育質量，使培養的人才始終滿足當前和未來產業發展需要，甚至引領產業的未來發展。

項目式教學法（Project-Based Learning， PBL）是近年來國際工程教育改革的研究熱點[4]，是一種以學生為中心、培養學生的基礎理論、個人技能以及團隊協作等能力的方法。該方法要求學生通過一系列個人或團隊合作完成項目任務，利用必要的學習資料，解決現實中的問題，從而獲取知識和技能。在項目驅動下，融入CDIO理念，即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）四步驟[5]，將學生從“被動接受”變為“主動參與”，從項目的構思到設計、實施，都由學生團隊和老師一起探討完成，綜合培養學生的工程基礎知識、個人、團隊協作和工程系統能力四個層次的能力，以培養出具有組織、協調、團隊協作、決策與創新和工程意識的復合型人才。

（二）項目式教學是流體力學課程理論與實際聯系的橋梁

流體力學是力學的一個分支，它是研究流體運動的基本規律及其應用的學科，具有較強的理論性，同時又密切聯系實際，是水利、航空、航天、大氣、能源、環保、土木、化工和石油等領域的重要專業基礎課程，是學理基礎知識與專業課程聯系的橋梁[6]。多年以來，流體力學本科教學內容主要聚焦于經典的流體力學理論和傳統的實驗分析方法，偏重于理論分析和一些驗證性實驗講解，教學內容比較艱澀、抽象和單一，沒有將現代先進的流體力學發展成果應用于流體力學課程教學，不能反映當前流體力學學科發展的趨勢，不利于培養學生的創新能力和自學能力[7]。同時，整個流體力學課程在建立靜止與運動的基本控制方程后，就開始針對一些特殊的流動進行分析，比如不可壓縮無旋與有旋流動、N-S方程、邊界層理論等，這種“支離破碎”的知識加之深奧復雜的理論，容易使學生產生流體力學遠離生活、流體力學學不懂、學懂了無法用的念頭，缺乏理論與實際聯系的橋梁，影響流體力學課程的教學效果和知識的吸收轉化利用[8]。

同時，流體力學又是一個充滿活力的學科，在實踐中與社會生產力一起不斷發展。當前，流體力學進入了一個新的發展時期：分析手段更加先進，與各類工程專業的結合更加緊密，與其他學科的交叉滲透更加廣泛深入[9]。為了有效地實施素質教育，增強學生對流體力學知識的深入認識，激發學生的創新思維能力，提高學生解決實際問題的能力，先進的教學方法和手段不可或缺。如果能在流體力學的教學過程中，通過項目的形式，采用CFD方法，讓學生應用流體力學的理論知識去求解實際的流動問題，比如在講液體靜壓力的時候引入十幾種不同安裝位置、不同形狀、不同功能的閘門的求解;在講定常與非定常流動時讓學生去計算翼型在定常與非定常狀態下的氣動性能和流場結構等;在講層流與湍流的時候可以通過項目計算槽道流和管道流動的層流與湍流流體質點的運動特征;在講邊界層理論時讓學生體會不同的邊界層厚度對風力機二維翼型氣動力計算的影響等……會使得學生對方程描述的重要性有很好的認識，融會貫通流體力學課程所講的枯燥理論知識。同時，在項目研究過程中，還可以借助一些先進的技術手段，通過圖片、動畫等來展示流場結構與受壓面的受力，有利于激發學生的學習積極性，開闊本科生視野，提高學生的科研創新能力，更好地適應新工科教育和創新復合型人才的培養。