应用型本科教育视角下的流体力学教学方法研究

周　琦（1.铜陵学院，安徽 铜陵244061；2.河海大学，江苏 南京210098）

应用型本科教育视角下的流体力学教学方法研究

周琦1，2
（1.铜陵学院，安徽 铜陵244061；2.河海大学，江苏 南京210098）

以“应用型本科教育”为视角，综合考虑不同专业的流体力学应用需求和学生的流体力学应用深度，在分析课程教学现状的基础上，从教学内容、教学方法两方面出发，提出了流体力学应用型教学方法，课程教学实践表明教学效果良好。

应用型本科教育；流体力学；应用型教学方法

应用型本科教育是以培养知识能力和素质全面而协调发展，面向生产建设管理服务一线的高级应用型人才为目标定位的高等教育［1］。学生在校时要获得工程师所必要的基本训练，毕业后主要走向公司、企业，就职于生产建设、管理和服务一线，从事科技含量高、综合性强的技术或经营管理工作［2］。

流体力学作为一门针对土木工程、水利水电工程、给水排水工程、建筑环境设备工程、环境工程等专业开设的专业基础课程，在实际工程应用中非常广泛，如给排水工程管道水力计算、土木工程施工中基坑降排水设计、水利水电工程中水面曲线分析、桥梁工程中小桥孔径设计以及环境工程中水处理构筑物设计、污染物在水体中扩散分析等都涉及到流体力学的知识。因此，如何考虑应用性特点对流体力学教学方法进行改革与优化，以适应“应用型本科教育”的要求，是应用型本科流体力学教学中必须面对的问题。

一、流体力学课程教学现状

（一）教材设计与应用型教育理念的脱节

目前我国高校使用的各版本的流体力学教材过于强调课程的系统性和完整性，着重于理论推导［3，4］，教材的应用性设计不够突出，教材中选用的例题偏重于证明流体力学可以解决工程实践问题这一点，但是这些例题的设计过于理想化，实际应用中这种理想化的状态并不多，造成许多毕业生工作后刚接触这些需要流体力学解决的问题就手足无措，这种情况与应用型本科高校的对学生的培养要求不相适应。

教材在内容设置方面没有考虑不同专业的需求背景。不同专业对流体力学知识点的需求是有所侧重的，如土木工程专业建筑工程方向，除了要求掌握流体力学的基本概念和理论外，对长短管的水力计算和渗流计算应结合专业需求重点讲授，而对于明渠恒定流计算则可以少讲；但对于水利类专业来说，明渠恒定流计算则是重点讲授内容。而目前我国流体力学教材在内容设计上面面俱到，没有针对不同专业需求重点设置相应内容。

（二）课堂教学效果难以达到应用型教育要求

根据笔者多年的流体力学教学经历发现，课程开课初期，教学效果相对较好，而随着授课内容难度的加深，学生的主动学习意愿越来越小。究其原因，其一，流体力学涉及高等数学、理论力学等课程的知识，而由于扩招等因素，学生自身基础较差，造成对这些课程的知识掌握不尽如意；其二，虽然授课老师强调了流体力学的重要性，但由于其理论性较强，教材设计方面与实际应用结合较弱，导致学生从心理上并不重视；其三，多媒体课件使用上多有不当，对于基础的理论推导来说，采用课件形式授课节奏太快，难以抓住学生的注意力，教学效果比板书形式差许多。

（三）实验教学形式单一

目前我国流体力学实验主要以认识概念型、理论验证型、观摩型实验为主［5］，实验方式以老师演示为主，学生参与较少，同时，实验内容陈旧，与实际应用相距较远，这些因素导致学生积极性较差。并且，部分高校流体力学实验老师和理论教学老师并非同一人，造成了实验老师对学生流体力学理论知识掌握情况不清楚，实验教学效果也不能及时有效反馈给理论教学老师，实验教学与理论教学脱节。

二、流体力学应用型教学方法设计

针对上述流体力学教学过程中表现出来的问题，笔者在考虑“应用型本科教育”的前提下对流体力学课程教学进行改良与优化。具体可从课程教学内容、教学方法等方面进行设计。

（一）教学内容设计

课程教学内容设计应突出“应用型教育”，以提高学生流体力学的实践应用能力为目标，同时应考虑不同专业流体力学的应用需求。将课程教学内容设计为基础理论教学和考虑专业需求的专题教学。

流体力学基础理论包括基本概念、基本原理和流体力学基本方程，这部分内容为工科专业流体力学应用的基础，应要求学生重点掌握，讲授过程中，应重点强化学生对基本概念的理解和基本理论的应用，而对于基本理论的数学推导则可相对弱化，如对于流体力学三大基本方程（质量守恒、能量守恒、动量守恒）的推导过程的讲授可少讲，但对于方程的意义、方程的应用条件、如何应用方程解决实际问题应要求学生重点掌握，这方面可通过教材中的例题和课后习题多加练习掌握。

针对不同专业的应用背景，以实际工作中涉及流体力学应用的工程问题为切入点进行专题教学设计，具体设计流程如图1所示。

图1　专题教学设计流程图

以土木工程施工中经常遇见的降排水问题为例，其对于土方基础施工来说，能够避免塌方事故出现，保证地基的有效承载力。施工降排水专题设计以实际工程为对象，从为什么要进行降排水为切入点（降低地下水水位，保证土方基础施工安全和质量），引申出降排水方法（井群降水，水泵排水）、方案设计的要点（井群设计，水泵流量、扬程计算）、涉及的流体力学知识点（井群浸润曲线计算、长短管水力计算，水泵流量扬程计算）、涉及的流体力学理论基础（渗流模型、裘皮幼公式、伯努利方程、真空度等）。讲授中以浸润曲线计算、长短管水力计算和水泵流量扬程的计算为重点，结合实际工程重点讲授上述知识点的应用条件，对于渗流模型、裘皮幼方程等理论基础的讲授应适当弱化。同时，应布置类似的实际工程降排水问题供学生课后练习，以加强他们的实际应用能力。

（二）教学方法设计

“应用型教育”效果的好坏不仅与教学内容有关，课题教学方法也是重要的影响因素。教与学的过程应该是师生互动的过程，教师的长时间单向传授易造成学生的注意力不集中，因此，流体力学应采用教师主讲结合师生互动的方式进行教学，如对于理论教学中前后内容有联系的部分可采用讲问答结合的方式，对于专题教学的课后练习，可安排学生上台讲授自己的练习结果，以培养他们敢于表达、敢于动手实践的信心和勇气，同时也增强了对专题教学内容的理解。

流体力学的课程成绩一般由平时成绩和期末考试成绩构成，传统的平时成绩一般由课堂考勤成绩和课后作业成绩构成，但这两个方面难以准确反映学生的课堂和课后学习效果，因此，在平时成绩的构成上除考勤和课后作业成绩外，笔者还添加了课堂互动成绩，即对于课堂教学过程中学生的问答情况、学生对专题教学课后练习的讲授情况进行打分，这样能够有效提高学生在课堂上与老师互动的积极性，推动了学生的主动思考，加强了对讲授内容的理解。

多媒体课件的使用应具有针对性，应当利用其形象直观的特点表现难以用文字和语言描述的流体现象，如层流、紊流用动画描述比单纯文字和语言描述要形象和生动的多，也更易于理解层流和紊流的异同。课件的制作应当定位准确，突出重点，并应从学生的视角出发，考虑课件的课堂表现效果。

三、教学效果分析

笔者针对铜陵学院建筑工程学院土木工程专业特点，设计了土木工程施工用水设计、小桥涵过流设计、土方施工降排水设计三个专题教学，并应用于2011～2013级土木工程流体力学课程教学中，以教师主讲并结合师生互动的方式进行教学，并适时运用多媒体课件讲授教学内容。

从课程实际教学过程来看，上述两个方面的教学设计教学效果反映良好。设计的教学内容难易适中、针对性强，有效弥补了部分专业课教学上的不足，如上述施工降排水专题教学，虽然在土木工程施工课程中也涉及到，但内容较片面，没有长短管和水泵计算的相关内容，同时也缺乏理论介绍；课程教学现场师生互动性强，学生注意力明显较前几届集中，尤其在专题教学过程中，课后提问积极，学生解决相关实际应用问题能力明显提高。

四、结语

流体力学课程应用型教学是一项任重而道远的工作，如何将课程理论性强的特点与应用型的教学定位两者更好的耦合在一起，是我们每一位流体力学教学工作者应当思考的问题，我们应以边设计、边实践、边完善、边发展为理念，加强流体力学应用型教学体系的建设，为后续的专业课教学同时也为学生毕业的工作能力夯实基础。

［1］史秋衡，王爱萍.应用型本科教育的基本特征［J］.教育发展研究，2008（21）：34-37.

［2］张鸣放.关于应用型本科教育若干基本问题的探讨［J］.现代教育科学，2009（3）：1-4，9.

［3］司春棣，韩会玲，齐清兰，等.水力学教学中多媒体课件与板书的使用模式优化研究［J］.河北农业大学学报（农林教育版），2009，11（3）：351-357.

［4］裴国霞.水力学课程教学模式的改革与实践［J］.内蒙古农业大学学报，2009，2（3）：39-41.

［5］许强，朱士江.流体力学实验教学改革探讨［J］.经济研究导刊，2010（17）：254-255.

Primary Study on the Teaching Method of Fluid Mechanics：From the Perspective of Application-oriented Undergraduate Education

Zhou Qi1，2
（1.Tongling University，Tongling Anhui 244061，China；2.Hehai University，Nanjing Jiangsu 210098，China）

Taking into consideration both the application demand of fluid mechanics for different majors and students’application ability，this thesis，from the perspective of application-oriented undergraduate education and on the basis of the analysis of the current teaching situation，proposes an application-oriented teaching method of fluid mechanics，including both the teaching content and teaching method.The relevant teaching experiment shows that the teaching effect is quite good.

application-oriented undergraduate education；fluid mechanics；application-oriented teaching method

G642.4

A

1672-0547（2016）02-0121-03

2016-03-05

安徽省高校优秀青年骨干人才国内外访学研修重点项目（gxfxZD2016244）；安徽省高等学校自然科学研究项目（KJ2016A868）

周琦（1981-），男，安徽铜陵人，铜陵学院建筑工程学院讲师，河海大学博士研究生，研究方向：水资源水环境保护与规划。