面向工程應用的流體力學課程教學改革探索

摘要：流體力學作為工科極為重要的基礎課程，其教學質量直接關系到學生對復雜工程問題的理解和處理能力。本文構建了面向工程應用的流體力學課程教學體系，在課程理論教學中深化工程教育，注重創新意識和工程意識的訓練；改變傳統實驗、實踐教學思路，多種手段強化能力培養；建立多元考核體系，全面考查學生的計算能力和應用能力。

關鍵詞：工程應用；案例教學；問題驅動式教學

中圖分類號：TB"""""""文獻標識碼：A""""""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.12.081

流體力學是工程科學領域的核心課程之一，它不僅涉及廣泛的理論知識體系，還包括復雜的實際應用背景。隨著工程技術的發展和教育理念的更新，傳統的教學方法已難以滿足現代工程師的培養需求。因此，探索創新教學方法，提高流體力學教學效果，成為當前高等教育改革的重要課題。本文針對流體力學課程教學存在的教學內容與方法單一、實踐環節不足、評價體系不完善及學生參與度不高等問題，結合工程教育認證的要求，從教學方法、教學模式及課程考核等方面對流體力學教學改革進行探索。

1"教學現狀與存在問題分析

流體力學課程覆蓋了基礎理論部分和工程應用部分，其特點是內容繁多，知識點分散，概念抽象，內容跨度大。傳統的課堂教學往往遵循教材章節順序，對知識體系的系統性關注度不高，導致知識點割裂，學生的學習過程和學習成果呈碎片化，對理論知識的應用無法形成體系，很難培養工程素養。目前流體力學的教學方式依舊采用被動填鴨式的教學方法，教學模式較為單一，教學效果也不甚理想。流體力學課程教學目標在于使學生掌握運用流體力學知識的思想方法，并將抽象的流動問題轉化為具體流體力學模型，從而分析和解決。而傳統流體力學教學設計往往存在以下兩個弊端：（1）重理論知識推導，輕力學思維培養；（2）重習題計算及數據結果，輕力學模型搭建過程。現有的教材和習題忽視了知識點相關的工程背景，其往往有固定的解題套路，導致學生即使掌握了課程內容，當碰到復雜的實際工程問題時依舊束手無策。這種“已知模型，求解方程”的教學模式嚴重影響學生思維發展，制約學生創新能力。且流體力學理論性強，公式繁雜且難以理解，學生普遍存在畏難情緒，學習積極性和主動性不夠，有限的課堂時間根本無法對流體力學形成有效的認知，不能深入理解知識點，并融會貫通用于工程實際問題的解決。因此需以培養學生的創新意識和工程能力為著力點，進行教學改革與突破，實現課程教學與人才培養的有機結合，以契合工程教育認證的要求。

2"課程教學改革，全面突出工程應用特點

2.1"強化與專業前沿方向及工程應用相關的教學內容

2.1.1"引入典型案例，強化工程應用色彩

流體力學課程的特點是理論性強、多學科融合、內容抽象難懂，因此對學生的數學基礎要求較高[1]。傳統的照本宣科，平鋪直敘的教學方法往往會使學生感到枯燥甚至喪失學習興趣。典型案例應用于教學，可以提高學生的理論水平和實踐能力。課堂教學過程中，從日常生活或自然現象出發，逐層分析，將理論知識與生活實際結合起來，使枯燥乏味的理論推導轉化為生動有趣的現實問題，增強學生的學習興趣，提升學習信心。如再通過“沖排沙旋流器”引出旋流的概念，通過“螺旋槳上的蜂窩狀坑洞”來解釋空化現象，通過“血壓計的測量原理”來解釋實際流體的兩種流態等。實例的引入可以使晦澀難懂的概念表達變得生動形象，淺顯易懂，避免抽象的說教。另外，流體力學理論知識與工程實際聯系緊密，課程所要解決的大部分問題都具有明確的工程應用背景。根據這一特點，在教學過程中引入典型工程案例，如管道系統設計，流體機械與設備的選擇等等，拉近理論與實踐的距離。另外積極進行教學反思，探索和解決在教學實踐中產生的問題，反復對教學過程進行思考、評價和整改，以總結出更趨合理的教學方法。

2.1.2"革新教學內容，滿足工程案例教學需要

教學過程是教和學相結合的完整系統，"系統中各組成部分的相互關系對教學效果有直接影響[23]。傳統的流體力學課堂教學往往遵循教材章節順序，對知識體系的系統性關注度不高，導致知識點割裂，學生的學習過程和學習成果呈碎片化，對理論知識的應用無法形成體系，很難培養工程素養。革新教學內容主要從以下方面著手，一是調整授課章節順序。為了開展案例專題教學的需要，有些內容需要調整順序，提前講授。比如，把相似原理與因次分析提到流動阻力與能量損失這一章前，以便于學生理解和掌握實驗過程和實驗結果，并開展探究性實驗的思考。二是擴充部分知識點。基于課程內容比較成熟、體系比較完整的現實，有些經典內容的局限需要突破，從而需要擴充一些新的內容。針對專業特點，適當補充專業實用的且融合科技發展前沿的教學內容，作為前置學習，幫助學生完成案例專題任務。此外，合理取舍教學內容，對與專業相關性不強的內容進行刪減，突出教學重點與難點，同時注重基本概念的講解，正確處理公式推導與應用的關系，強調公式建立的基本原理和使用條件，淡化繁瑣的教學推導過程。采用以上方法，恰當地處理了經典教學與案例教學內容的關系，使教學內容更加合理、精煉，更有針對性。

2.1.3"采用任務驅動式教學模式，訓練科學思維和應用能力

任務驅動教學模式使學生通過完成具體的任務，激發學生的學習動機，實現有效的互動，提高學生的學習能力和實踐能力[4]。任務驅動式教學設計圍繞教學目標，整合教材理論知識，選取典型的工程案例，設置問題鏈，引導學生進行自主思考或小組討論，建立相應的流體力學模型，并對結果進行分析、評價和驗證，檢驗學生對知識點的理解程度，訓練工程思維和實際解決問題能力。具體教學思路如圖1。

圖1"任務驅動式教學設計思路

以實際工程問題為出發點，將工程應用的教學主題貫穿于整個教學過程，構建“工程導入與任務、方法探索與實踐、成果展示與互評、總結與深入探究”的教學流程。下面以管道設計優化為例，介紹具體課堂教學實施過程。課前提醒學生回顧伯努利方程、流動阻力及能量損失等相關理論知識，掌握流速、壓強等運動要素的計算方法。課中教師進行知識點梳理并拓展介紹流體機械的工作原理。學生通過學習通觀看任務視頻，了解任務要點。學生自主組隊，并認領相應的任務。小組接到任務后，進行理論和相應技能準備，組內討論并形成優化方案，并通過計算軟件模擬不同管道設計方案的流動情況，分析流場、壓強及能耗變化，探討各運動要素對能量損失的影響，不斷優化設計方案。此時學生為主體，教師積極發揮主導作用，對各小組表現予以鼓勵表揚，幫助和指導。任務完成后，各小組以研究報告形式上傳成果，小組組長課堂匯報成果，進行組內自評和組間互評打分，教師進行總評打分，指出設計的優點與不足，說明流動內部結構變化對阻力的影響，并拓展介紹新型減阻材料，鼓勵學生理實結合，深入探究，提出創新的管道設計理念。通過反饋，學生對該教學模式的認可度很高。

任務驅動式教學強調學生的主動性和合作，在學生完成過程中，需要不斷思考、探索和實踐，促進了深度學習，培養了綜合應用能力。同時增加了學習的實用性和價值性，學習成就感更強。另外改變了傳統“滿堂灌”的教學模式，學生成為學習主體，有助于提高課堂教學的效率和效果，優化課堂教學結構，促進師生互動與合作。總之，通過任務驅動式的教學設計，建立理論知識，思維結構和工程應用的有效鏈接，從而改變“機械學習，被動接受”的現狀，激發學生的內驅力和創造力，實現只會做作業的大學生到解決工程問題的工程師的角色轉化，達到相應的教學目標和畢業要求。

2.2"探索多元化教學模式，適應現代高等教育需要

2.2.1"利用現代信息技術輔助教學，鍛煉工程設計能力

傳統流體力學教學模式很少利用現代信息技術輔助教學，數字資源利用率相對較低。其基本理論主要通過數學方程和公式進行表達，而在實際教學中發現大部分學生對很多流動現象的物理概念非常模糊，無法建立清晰的物理數學模型，從而出現理解偏差。利用計算流體力學仿真軟件建立實際物理過程的數值模型，通過展示計算結果的圖像和數據，可以幫助學生直觀地理解流體力學現象，消化難以理解的知識點，如湍流，邊界層流動等。此外，流體力學課程講授往往只針對單一的流動問題，而很少涉及復雜的工程問題的處理。引入計算機仿真模擬軟件，學生可以對具體的工程案例進行模擬計算，不僅能加深理論知識的理解，也可以對接實際工程需要，在實踐的過程中加深對理論知識的理解，激發學生的學習興趣，提高學生的應用能力。同時還可以利用現有的在線課程、多媒體資料拓寬學生視野，幫助其理解和應用。總之，利用現代信息技術和數字資源，可以豐富教學手段和內容，提高學習體驗，優化教學效果，為學生未來的職業生涯打下堅實基礎。

2.2.2"建立多元考核體系，以考促學

流體力學課程考核應是一個綜合評估的過程，旨在全面檢驗學生對基本概念、理論和實踐應用能力，其涵蓋了理論知識、實踐技能和綜合素質等多方面。為了適應培養工程創新型人才的要求，采取了隨堂測試、研究報告撰寫和期末筆試相結合的考核方式，綜合考查學生的應用能力和創新能力。隨堂測試主要考查學生的知識點掌握情況和應變能力，保證教學效果。研究報告主要考查學生的綜合應用能力和科學素養。期末考試從知識層面出發，兼顧能力與工程素養的考查。考核試題確保對“三基”知識點考核的前提下，包含重點，難點和疑點，同時反映梯度、深度和廣度。考核貫穿教學過程，“教”和“考”相結合，在考核的過程中不斷發現問題，并及時進行整改，以考促學，以考促教。

2.3"突出實驗、實踐教學環節，鍛煉動手能力

實驗可以幫助學生樹立系統工程觀，增強工程意識。傳統的流體力學實驗教學往往是課堂教學內容的實驗驗證，幫助學生理解和記憶，增強對理論學習的信心。在此過程中，學生只需在老師的指導下，按部就班地重復實驗，分析數據和撰寫實驗報告，學生學習積極性不高，創新意識和工程素養培養局限性大[5]。本次教學改革采取了一系列改進措施以適應培養工程應用型人才需要。首先，增加實驗室項目的多樣性，引入綜合性、設計性實驗項目，增加工程模擬實驗，培養學生的工程意識。其次，充分發揮學生的主觀能動性，鼓勵學生進行探究性實驗，滿足個性化教學需要。如自主設計實驗方案，自選裝置，自選測點等，"改變傳統教學過程中被動接受的狀態，解決問題的過程中鍛煉學生的系統思考和綜合決策能力。再次，優化實驗成績評價體系，建立以實踐能力和創新能力為核心的評價體系，鼓勵學生積極探索和創新。最后，指導學生參與大學生創業創新項目，參加“華琪杯”“深水杯”等競賽活動，讓學生真正地參與到工程實踐和創新技術活動中來，更好地了解科技發展前沿動態，在實踐中培養學生的工程意識、創新意識和團隊合作意識。

3"結語

本文結合流體力學課程特點及教學需要，通過分析傳統流體力學教學的弊端，進行教學總結與反思。并從教學方法，教學內容，考核方式等方面開展流體力學課程教學模式探索，使整個教學環節都貫穿了工程應用的需要。通過教學實踐，新的教學方式能夠有效地激發學生的學習能動性，提高師生、生生的互動性，改善學生的學習效率，鍛煉學生的工程素養和科學思維，提升工程實踐能力。

參考文獻

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