習(xí)題教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中的作用與啟發(fā)

黨鉀濤 岳建芝 馬曉然 李 剛 姚 森

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州450002）

0 前言

流體力學(xué)是能源動(dòng)力、化學(xué)工藝、礦物加工等工科專業(yè)的重要必修課，是本科生在完成物理、無(wú)機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)后，向本專業(yè)基礎(chǔ)課過(guò)渡的重要基礎(chǔ)類課程[1]。該課程主要講授流體的基本概念、流動(dòng)的基本原理、靜力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)等知識(shí)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)完成理論到實(shí)踐、單一知識(shí)到多元應(yīng)用的能力培養(yǎng)，具有進(jìn)行工程案例的初步分析與設(shè)計(jì)的能力[2]。但是對(duì)于剛接觸專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生來(lái)講，初次接觸抽象的流體流動(dòng)與受力分析，新概念、新內(nèi)容、新公式較多，公式推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，往往難以快速入門，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，教學(xué)效果差，影響了教學(xué)質(zhì)量，對(duì)進(jìn)一步理解與學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)造成嚴(yán)重影響[3]。近年來(lái)，針對(duì)課程模式設(shè)計(jì)單一、知識(shí)點(diǎn)難以掌握、課時(shí)縮減等問(wèn)題，廣大流體力學(xué)教學(xué)工作者從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、新技術(shù)應(yīng)用以及課堂思政等多方面[4，5]進(jìn)行了教學(xué)改革探索，提高了流體力學(xué)的教學(xué)效果。作為一門與工程實(shí)際聯(lián)系緊密的課程，習(xí)題教學(xué)是非常重要的環(huán)節(jié)[6]，督促學(xué)生完成課堂與課后習(xí)題，對(duì)學(xué)生理解概念，掌握公式，聯(lián)系實(shí)際有良好的助力，因此需要加強(qiáng)對(duì)習(xí)題課在流體力學(xué)教學(xué)改革中的作用的研究。

1 習(xí)題教學(xué)可促進(jìn)學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基本概念的掌握

流體力學(xué)中的基本概念往往言簡(jiǎn)意賅，定義精準(zhǔn)，卻又具有抽象化的特點(diǎn)，導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生不能對(duì)概念實(shí)現(xiàn)一步到位的理解。通過(guò)老師課堂上的分析與講解，學(xué)生雖然能夠逐步加深對(duì)概念的掌握，但是距離熟練運(yùn)用還有非常遠(yuǎn)的距離。以筆者講解流體力學(xué)中壓力體的問(wèn)題為例，多數(shù)學(xué)生初次面對(duì)教材中給出的壓力體概念“沿著二維曲面邊緣上每一點(diǎn)做自由液面（或自由液面延伸面）的垂線，垂線、二維曲面和自由液面（或自由液面延伸面）圍成的柱體”時(shí)，表示出迷惑與不解。結(jié)合多媒體課件將壓力體具象化之后，學(xué)生就能夠初步理解這個(gè)概念，但是在后續(xù)的提問(wèn)與交流環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生記不住、分不清、不會(huì)用的現(xiàn)象還是非常明顯。在課堂隨堂習(xí)題講解之后，再有針對(duì)性地布置習(xí)題，尤其是強(qiáng)化同一二維曲面，不同自由液面高度情況下對(duì)壓力體變化的剖析，使學(xué)生們逐步熟練掌握有關(guān)壓力體的概念。因此，想讓學(xué)生較好地掌握流體力學(xué)基本概念，離不開(kāi)大量的習(xí)題練習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)流體力學(xué)中靜壓強(qiáng)、固體壁面受力、伯努利方程等基本概念，精心設(shè)計(jì)習(xí)題，做到抽象概念具體化抽象概念，促進(jìn)學(xué)生在習(xí)題的練習(xí)中深化理解知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基本概念的掌握程度。

2 習(xí)題教學(xué)可提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題的理解

在實(shí)踐教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)流體力學(xué)中存在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)、平衡微分方程、定常流動(dòng)以及輸運(yùn)公式等不屬于概念定義，但對(duì)理解與應(yīng)用流體力學(xué)相關(guān)公式至關(guān)重要的基礎(chǔ)概念。在與學(xué)生的課后交流中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)習(xí)反映流體力學(xué)公式多，難以記憶。作為理工科學(xué)生的基礎(chǔ)課，流體力學(xué)中公式偏多，單憑死記硬背是難以保障持久記憶效果的。以流體力學(xué)中靜力學(xué)基本方程的教學(xué)為例，與流體動(dòng)力學(xué)中的諸多公式相比，該公式相對(duì)簡(jiǎn)單，但是學(xué)生記不住、記不準(zhǔn)的問(wèn)題依然存在，究其原因是其對(duì)流體平衡微分方程這一基礎(chǔ)問(wèn)題沒(méi)有吃透。基礎(chǔ)性問(wèn)題相對(duì)應(yīng)的習(xí)題較少，這時(shí)候筆者通過(guò)設(shè)計(jì)針對(duì)基礎(chǔ)問(wèn)題各分解環(huán)節(jié)的習(xí)題，來(lái)加深學(xué)生的理解。如在流體平衡微分方程中，設(shè)計(jì)了概念性習(xí)題“判斷靜壓強(qiáng)大小與方向”、延伸性習(xí)題“矢量微分算子的表達(dá)式”、推導(dǎo)性習(xí)題“微團(tuán)的受力分析方程”、應(yīng)用性習(xí)題“壓強(qiáng)差的計(jì)算”等，通過(guò)“以練習(xí)代背誦、以做題代復(fù)習(xí)”的方式，提高學(xué)生理解和分析基礎(chǔ)問(wèn)題的能力，對(duì)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)公式及其應(yīng)用可以達(dá)到事半功倍的效果。

3 習(xí)題教學(xué)是學(xué)生將流體力學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐的工具

流體力學(xué)是理工科學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是學(xué)生今后工作中處理復(fù)雜工程問(wèn)題的基礎(chǔ)與方法，增加實(shí)踐教學(xué)比重，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力既是理工科工程教育的要求，也是課程設(shè)置的主要目的。受限于當(dāng)前各學(xué)校的教學(xué)條件與課時(shí)設(shè)置，難以滿足每個(gè)學(xué)生的工程實(shí)踐需求，隨堂實(shí)驗(yàn)數(shù)量也不足，有效的習(xí)題教學(xué)，成為當(dāng)前解決這一問(wèn)題的必要選擇。筆者通過(guò)學(xué)習(xí)前人優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身教學(xué)體驗(yàn)，認(rèn)為流體力學(xué)中的習(xí)題教學(xué)應(yīng)做到：第一，要有針對(duì)性，圍繞學(xué)生反映的難點(diǎn)與重點(diǎn)，如靜力學(xué)中靜壓強(qiáng)的分析計(jì)算、靜止液體對(duì)壁面的壓力、伯努利方程的應(yīng)用等；第二，要貼近工程實(shí)踐，立足解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，設(shè)計(jì)題目的時(shí)候要多引用實(shí)際案例，如鍋爐中壓強(qiáng)的計(jì)算與防爆問(wèn)題、水庫(kù)閘門受力與開(kāi)啟問(wèn)題、消防水閥出水問(wèn)題等；第三，要對(duì)學(xué)生的問(wèn)題及時(shí)講解，學(xué)生的習(xí)題作業(yè)，要批改并總結(jié)，歸納出集中問(wèn)題與分散問(wèn)題，在教學(xué)中穿插習(xí)題課，解答學(xué)生的疑惑。

4 流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中習(xí)題教學(xué)的作用

流體力學(xué)與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密的課程特點(diǎn)，決定其在教學(xué)環(huán)節(jié)必須突出應(yīng)用，以提高學(xué)生實(shí)踐能力為重點(diǎn)，不能僅僅局限于記憶知識(shí)點(diǎn)與公式。學(xué)生只通過(guò)上課或者只靠“死記硬背”知識(shí)點(diǎn)的考前突擊，是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)流體力學(xué)核心思想的理解掌握的，也無(wú)法學(xué)好流體力學(xué)課程。筆者總結(jié)了連續(xù)兩屆學(xué)生的習(xí)題完成情況與考試情況，發(fā)現(xiàn)在習(xí)題教學(xué)中認(rèn)真回答問(wèn)題、獨(dú)立完成習(xí)題、與老師積極交流的學(xué)生，絕大多數(shù)在考試中都可以取得好成績(jī)，也能很好地完成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，甚至有個(gè)別優(yōu)秀的學(xué)生可以利用流體力學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽。優(yōu)異的學(xué)習(xí)成績(jī)可以反過(guò)來(lái)提升學(xué)生更進(jìn)一步學(xué)好流體力學(xué)的動(dòng)力，對(duì)其他同學(xué)也可以起到帶動(dòng)作用，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。因此加大流體力學(xué)中習(xí)題教學(xué)的設(shè)計(jì)與研究力度，保障學(xué)生完成習(xí)題的質(zhì)量，對(duì)提高學(xué)生在流體力學(xué)課程中的學(xué)習(xí)效果是非常必要的。

5 結(jié)語(yǔ)

成功的習(xí)題教學(xué)環(huán)節(jié)可以改變枯燥單一的教學(xué)模式，通過(guò)提高學(xué)生學(xué)習(xí)成就感與自信心，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性與興趣，形成良性循環(huán)，更好地掌握流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)，打牢理論知識(shí)根基，為學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題并將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。習(xí)題教學(xué)不是隨便找?guī)讉€(gè)練習(xí)題，而是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工作，需要做好以下幾點(diǎn)：（1）做好習(xí)題教學(xué)的全局設(shè)計(jì)，合理布局習(xí)題課在教學(xué)環(huán)節(jié)的位置與時(shí)間；（2）突出重點(diǎn)與難點(diǎn)，圍繞核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行習(xí)題設(shè)計(jì)；（3）抓住學(xué)生關(guān)心的重點(diǎn)，習(xí)題貴精不貴多；（4）習(xí)題設(shè)計(jì)貼近工程實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生使用建模與現(xiàn)代技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題；（5）引入多媒體課件、慕課堂、在線實(shí)時(shí)講解、開(kāi)放式習(xí)題教學(xué)等新技術(shù)新手段，激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)的積極性；（6）設(shè)立易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)與題型庫(kù)，及時(shí)總結(jié)，完成查漏補(bǔ)缺。總之，習(xí)題教學(xué)是流體力學(xué)課程中不可缺少的重要一環(huán)，對(duì)流體力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和效果有非常大的影響，廣大師生應(yīng)增強(qiáng)重視，強(qiáng)化習(xí)題教學(xué)，做好流體力學(xué)的教學(xué)工作。