高校工程流体力学课程教学的探索与实践
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摘要：结合现今工程流体力学课程的实际，从工程流体力学课程教学中课程体系、教学方法、实践教学平台等存在的不足出发，提出工程流体力学课程教学改革措施，加大对青年教师的工程实践培养力度，希望对工程流体力学课程的教学改革有一定的借鉴意义。
关键词：工程流体力学；教学改革；能源与动力工程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）28-0126-02
一、课程教学的内容和特点
工程流体力学既是力学的一个分支，具有较系统的理论体系，又密切联系实际，具有一定的专业针对性[2]。本课程根据流体力学的内容特点，由简到繁，分为八个部分：流体的基本性质、流体静力学、流体动力学、相似原理及量纲分析、粘性流体在管道中的流动、理想流体的流动、粘性流体动力学和气体动力学等基本知识点。学生通过本课程的学习，应达到下列基本要求：（1）了解学习流体力学的重要性和发展简史；（2）能正确理解课程的基本理论知识点；（3）学会流体问题的基本分析和处理能力；（4）掌握一维流体基本控制方程的推导过程；（5）可以独立地使用流体方程和理论，分析和求解已经从工程实际中简化出来的练习题和某些与本专业有关的流体力学问题；（6）通过演示和测量实验，加深学生对流动现象的认识，使学生掌握测量压力、流速、流量、流程阻力系数和局部阻力系数等的方法，培养学生具有分析和整理实验数据、编写实验报告的初步能力。
工程流体力学的知识体系经过上千年的发展已经相对成熟、固定，逻辑性、系统性、理论性较强，专业术语比较抽象[3]。本人在流体力学的教学过程中，就教学模式进行探索和实践，旨在让学生对生活中这些看似熟悉却又非常模糊、陌生的现象有清晰的认识，在整个教学活动中，将现代科学研究方法与内容引入课堂，培养学生敢于实践、勇于探索的能力。
二、课程教学中存在的问题
（一）重理论轻实践
传统教学更加注重理论，例如方程的演化及论证和相关专业衔接不明显，学生在理解、掌握的过程中无法形成有专业特色的工程化思维。在实践环节，缺少探索性实验，也没有引入与实际工程直接相关的内容，大多是已使用很多年的设备，没有与时俱进。学生多是为了实验而实验，并没达到课程教学目的。
（二）教学方法与考查形式单一
在当今的高校教学中，多以课堂书本为基础，教师在课堂上按照课本内容进行讲述，以教师的讲为主，学生仅仅是听，即“填鸭式”教学，模式单一，即使增加了多媒体教学，但基本模式并没有改变，课后以做题为主。在课程考查方式上，多采用卷面评分的方式，学生大多是为了考试而考试，学习的自觉性较差。学以致用并没得到体现。学生无法了解流体学知识与实际生产实践相结合的美妙之处。新时代的教师应积极探索新的教学方法，引导学生为了解决问题而学。
（三）知识点理论性较强，学生无法系统掌握
理论性较强是本课程的显著特色。在教学过程中，学生极易由于概念掌握不扎实而出现混淆，或是习得新概念忘记旧概念，每个部分的知识较难形成固定的链接。在本课程的学习过程中，一个新概念的学习往往需要多个已学概念的支持。已学概念不仅包括本课程的知识，还有可能牵涉其他课程，比如高等数学，从字符本身到其所表达的物理意义，还有一段路要走。所以，为了使学习本课程的学生掌握工程流体力学课程的知识点，须先讲解基本概念，再用专业知识帮助学生强化基本概念。
（四）教学资源严重不足
本课程中，在某些流动的情形下，理论推导无法得到解析，只能基于实验得到经验值。传统的“填鸭式”教学方法不注重实验的讲解，特别是实验背景、实验方法的由来、理论与实践的融合。一方面，学生无法得到很好的锻炼；另一方面，知识传承不严谨，学生没有获得知识的深层意义和可用的知识技巧。
（五）缺乏有工程实践经验的青年教师
青年教师作为学校发展的基石，必须怀有崇高的教书育人的历史使命感。作为一个工科学校的年轻教师，为了培养学生的工程实践意识，其本身要具有较高的工程实践能力，有能力独立指导学生完成与课程相关的实践学习环节。在当今的大多数院校，青年教师多是从学校直接招聘而来，没有实际工程工作经历，缺乏工程实践能力。另外，在工程实践培养中，也可以锻炼青年教师的意志力，加深其对工业发展水平的认识。
三、提高教学质量的方法
对上述教学中普遍存在的问题，本课题组分别提出对应的解决方法，具体措施如下。
（一）引入研究型的教学模式
课程设置中，针对某一授课主题，准备流体及流体运动科学中的一系列生动案例，让学生对生活中某些看似熟悉却又非常模糊、陌生的现象有清晰的了解。教学中，以具体实例为研究对象，引导学生利用所学基础知识，并结合现代研究手段，进行深入的探讨与研究，对研究结果进行合理分析。在工程流体力学课程的研究型教学中，既要照顾到工程流体力学课程的基本原理，又要反映现代计算技术在流体力学中解决实际问题的新发展。
（二）在教学过程中引入互联网
网络作为一种输送知识的有效渠道，越来越为大学教师所重视。将互联网引入教学，是一个值得每位教师研究的教改课题。通过互联网平台，建立讨论组，随时随地都可以发布课程信息，共享新资源。将每个知识点或习题讲解录播为小视频，推送给学生，可以使其随时随地多次观看，教师也可以了解自己的讲课过程，针对不足做出修改。同时，也可通过网络平台实时解决学生的疑惑，批改作业，突破时空限制，更加全面地了解每个学生的学习深度，有效提高教学效果。
（三）实施“整体—局部—整体”三步教学法，实现知识的系统化
传统教学法是指从理论基础到实际应用为主线的教学方法。整体—局部—整体教学法是一种由难到易再到难的过程，首先对整个课程内容做概括性的介绍，然后再对其进行分解，详细讲解本课程的每个知识点，并对知识点进行串联，最后回归课程的整体。该方法以学生为本，强调知识的系统性，将知识点的意义传递作为每节课的关键。
（四）引入CFD工程案例
计算流体力学CFD是一种使用计算机进行计算的方法，计算对象为偏微方程组，计算结果采用图像显示工具展示流场内各个参数的分布图。相对于其他研究方法，该方法资源耗费少，易于操作，可以重复，能得到实际无法测量的物理量分布图。在相关的流体科研中，CFD是一种不可或缺的技术手段。Fluent是现今科学界应用较多的已汇总CFD计算软件。随着大学生计算机水平的提高，使用计算机进行计算可以被学生接受。将Fluent引入工程流体力学教学，已经得到很多教学人员的认可。将工程案例加入课程教学，可以有效提高教学效果。
（五）加大对青年教师工程实践能力的培养力度
根据国家发展需要，培养有工程实践能力的教师是提高人才质量的基础。在师资评级系统中建立科学研究和工程实践相融合的综合性系统，以实践结果激励青年教师，改革原有的评价机制，支持青年与企业进行产学研合作，实时掌握生产实际，并将工程实践与职称评定相结合。通过建立长效机制，调动青年教师参加实践的积极性，构建实践能力培养教育体系，合理确定实践锻炼期间的工作量和相关待遇，支持青年教师获取相关行业的执业（或职业）资格和职称资格，切实建设好实训基地。
四、结论
工程流体力学课程作为能源与动力工程专业教学体系中的重要组成部分，而且是很多专业课程的基础课，内容繁多，体系较为复杂，在专业型人才培养中不可替代。根据本校能源与动力工程专业培养计划，本课程组科学地建立了混合式教学模式，充分发挥每种方法的优势，对课程内容、网络课堂、教学方法等进行改革创新，与时俱进，在实践中不断探索和推进工程流体力学课程的教学改革与优化，形成一套具有地区院校特色的工程流体力学课程教学模式，为培养基础扎实、能力突出的能源与动力工程专业的人才做出贡献。
参考文献：
[1]周欣.工程流体力学[M].中国电力出版社，2007.
[2]段向軍.系统教学法及其在课程改革中的应用[J].职业教育研究，2009，（7）：128-130.
[3]陈庆光，张明辉，朱绪力，等.流体力学课程教学中几个基本概念的教学方法[J].力学与实践，2015，37（1）：138-141.
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