《流体力学》课程教学方法的思考与探讨

关晖 魏岗 曾文华 王亮

【摘要】根据流体力学的特点，文章探析了流体力学课程教学改革的一些做法，通过精选授课内容，采用多样教学方式，利用信息化教学平台等，以期提高学生学习兴趣，提升课堂教学成效，从而推动我校流体力学教学改革向更好的方向发展。

【关键词】教学模式  学为主体  流体力学  教学改革

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）05-0226-02

一、引言

流体力学是力学的一个分支，是我校军事气象、军事海洋、环境工程等专业的一门重要专业基础课，是力学前续基础课如高等数学、大学物理等课程和后续专业课如大气科学、动力气象、物理海洋学、空间天气学等课程的桥梁，为继续学习专业课程、从事工程技术和军事应用打下基础。该课程理论性强，公式推导较多，要求学生数学基础强，物理知识宽泛。针对本课程理论性和应用性都强的特点，在近几年的教学实践中，课程教学小组一直在不断地思考、探索，逐步形成强化理论基础和注重专业应用的教学新方法。

国内外许多高校在流体力学教学方面都做出了研究探讨[1] [2]，针对流体力学课程的内容特点，从教学方法和教学手段等方面，对流体力学课程教学改革进行了初步的探析和摸索[3]。在教材的选择、理论联系实际需注意的问题、多媒体和CFD软件的使用等方面提出了建议[4]，目的是提高学生学习流体力学的热情，以培养学生分析问题和解决问题的能力[5]。这些探讨与尝试，为我校构建流体力学课程体系建设和进行教学改革提供了宝贵的经验。

二、创新教学方法和手段

我们针对流体力学课程的学科特点提出的教学思路是：强化理论基础，注重专业应用，理论联系实际，达到学研结合的目标。针对这个目标我们从以下几个方面进行实施：

1.重视绪论课的讲述

绪论的讲解是老师教学水平的第一次展示，也是学生了解该课程的窗口。通过对生活和工程实际应用中学生比较熟悉的流体力学现象的讲述，如大禹治水、都江堰水利工程、铜壶滴漏、古罗马的供水管道系统等等，让学生觉得这门课既有趣又有用，让学生知道生活中的很多现象和流体力学有关，而且应用非常广泛，从而激发学生的兴趣和学习该课程的欲望，为学好流体力学打下基础。

《流体力学》教科书中有大量以著名科学家命名的公式和定理，如欧拉方程、拉格朗日积分、纳维-斯托克斯方程、雷诺公式、普朗特边界层等等，在绪论课上，我们以这些科学家的生平、主要学术成就和他们的奋斗史为引导，以年代为主线，告诉学生流体力学理论、计算和实验研究的发展历程，注重科学精神、人文知识在学生知识体系中的嵌构。

2.重视理论联系实际

流体力学的特点是概念多、逻辑性强、理论上较难理解，但流体力学的很多现象却与生活和生产实际密切相关。在讲授的过程中要理论联系实际，在教学内容和教学设计上，要注意设计符合学生思维和心理的相关环节，让他们在讨论中有话想说，有话可说，增加趣味性。同时将生活中的例子和他们熟悉的概念引入流体力学课堂，利用生活中的流体力学引导学生学会思考，进而在课堂上展开讨论。比如在讲解流体粘性时，比较水的粘性和蜂蜜粘性的区别;在讲静力学知识时，会讲一些水库垮塌事件，讨论设计中的缺陷和施工中存在的问题等，使学生感到学习流体力学的重要性。

再比如很多学生喜欢踢足球和打乒乓球，可以借用足球中的香蕉球和乒乓球的旋转球的例子来讲述马格努斯效应。这些生活中的小常识和原理会激发学生的兴趣和思考。除此之外，通过伯努利原理还可以解释为什么高尔夫球表面是有凹坑的，飞机为什么会飞上天，大雁为什么会排成人字形飞行等等问题。在讲解兰金组合涡时，可以让学生思考“为什么龙卷风会把物体吸入其中”，“台风中心地区为什么是风平浪静的”等问题，进而讲解模型的速度和压力分布来解释这些现象。此外，例如阀门的设计，空调出风口的设计，冲水马桶的设计，汽车流线的设计等等，都要运用到流体力学知识。利用这些平时熟悉的知识，使课堂教学更生动，更有意义。

3.灵活多样的课堂教学形式

我们改变传统的仅以理论讲授为主的教学方法，同时结合教学内容做出调整，将教学内容分为理论教学与实践教学两部分。理论教学是流体力学的核心内容，要采用理论精讲加课堂研讨的教学方法，在每一部分的教学内容中设计讨论环节，以加强学生对知识的理解。在采用我校自编的教材《流体力学基础与应用》的基础上，选用公开发表的其它高水平流体力学教程和文献，与教材互相补充。

在理论讲解部分删繁就简，突出重点，不追求讲授内容多、面面俱到，而是追求内容精炼、重点突出，部分内容可留给学生自学研讨。适当略去繁难的公式推导，将精力集中在基本概念、公式成立的基本原理、重点公式所包含的物理意义、应用条件和各项参数的介绍上。这样处理可以让学生有了独立思考自学的机会，老师有了更多的时间讲解重要的概念和原理。在实践教学环节中，通过精心设计两个数值模拟实验和一个分层流水槽实验，使学生熟悉流体力学软件的基本使用方法。在授课的过程中，注意设计一些教学环节用于讨论并现场由学生解答，老师负责组织、研讨、分析和总结，增加学生的参与度，激发学习兴趣，通过教学实践，发现效果很好。另外，在教学过程中穿插一些结合教学内容的学术讲座，如《流体力学与现代生活》、《高性能计算在流体力学中的应用》、《流体力学与空气动力学》等，使学生了解流体力学的发展前沿，激发学习兴趣。

4.课内外学法指导

学前准备是实施个性化教育的前提，在开课之前，老师就组织教学联席会，了解每个学生的学习成绩和性格特点，以便在教学过程中做到心中有数，给予针对性指导;指导学生开展课前预习是成功教学的关键，每次课程开始时的上节内容的回顾和复习，都由学生上讲台自行组织和讲授，这与课前指导密不可分;每次课程教学结束前的本次课程内容小结，也由学生上来总结和梳理。同时结合课程布置一些主题明确，难度适中的思考题，也有利于学生拓展思路，培养自主学习精神;课外辅导答疑也是教学的关键步骤，在每章教学结束后会我们都会安排两次答疑课对知识进行梳理和总结，解答学生疑问。由于课内教学的课时很紧，我们在最后数值模拟阶段又安排了3-4次课外辅导，指导学生学习计算流体力学软件，解决他们在数值模拟时遇到的问题，使他们尽快掌握并熟练运用。

5.多媒体和板书的配合

流体力学教学内容中有许多的公式和方程，其推导的过程用板书的形式来讲授更加符合人们的逻辑思维习惯，也比较易于被学生接受。而流体力学中的很多自然现象和实际问题又需要用动画和视频来展现，所以我们采用板书和多媒体课件相结合的教学手段。

在讲解原理、公式和方程时，我们多以板书为主，多媒体为辅。我们首先用PPT给出所讲公式或方程的条件和示意图，这样可以省去写板书的时间，然后涉及到公式推导时，就使用板书的形式进行讲解，同时提出一些问题让学生思考。通过这种方式，学生可以跟着老师的思路和板书一同进行思考和消化，更有利于学生对所学公式的理解和掌握。同样在讲解试题的时候，我们也是先用PPT给出题目和示意图，然后再板书求解，最后的结论和分析又可以用PPT给出，这种板书和PPT相结合的方法会使学生印象深刻，便于理解。

在讲到工程应用和实例现象时，我们多采用PPT放映动画和视频的形式，这比用语言描述流动现象更生动，更便于理解。流体力学的课程特点就是抽象难懂，如果是公式和原理的直白讲授，学生对知识点就没有直观的感性认识，很难达到教学目的。因此当课堂上讲到各种实例的时候，采用动画、视频和多媒体教学课件等辅助教学手段，不仅减少了教师的工作量，而且可以形象逼真重现各种现象。教师用最简单的语言，就可以把复杂的流动现象和原理解释清楚了。

6.信息化手段的应用

我们以流体力学学科专业网站为平台，建立并正在完善网络教学应用系统，包括教学公告、课程标准、教学计划、学习方法、学习重点、参考资料和一系列微课等信息资源，学生可以在该网站上了解流体力学最新研究动向和研究热点问题，作为知识的拓展和延伸。同时拟进一步完善和学生讨论交流的相关板块，给学生营造一个全方位、直观的信息空间。教学与网络技术的完美结合是现代信息社会中教学手段的根本性改革。通过网络进行教与学的互动，不受空间和时间的限制，是一种社会性、全民性的学习形式，为加强学生的自主学习提供了现实可能。

三、结束语

对流体力学这门课教学方法和教学手段的不断探索和创新，是培养知识型高技能人才的必然要求，也是军队综合性大学人才培养转型的迫切需要。只有不断完善和更新自己的教学方法，充分利用各种教学手段，取长补短，教学相长，才能更好的上好这门课。

参考文献：

[1]吴益华，谢洪勇.流体力学教学方法与教学手段初探，《陕西教育》， 2009年，Vol.08：65-66

[2]武桂芝，李冬桂.流体力学教学方法的改革探索，《辽宁教育》，2013年，Vol.21：39-40

[3]周沙溆.引导自学式《流体力学》教学方法研究，《考试周刊》， 2014年Vol.33：179-180

[4]兰自志.基于工程应用的流体力学教学探讨，《课程教育研究》， 2014年，Vol.34：261-262

[5]陈霞.流体力学教学方法的探讨和研究，《科教文汇》， 2011年9月，Vol.25：116-120