以工程实例为导向的流体力学教学模式改革初探

吴迪　宋维源　孙可明

摘要 流体力学课程内容知识点抽象、计算公式较多，致使学生在学习的过程中对所学内容理解不够深刻。针对流体力学课程授课过程中存在的此类问题，提出以工程实例为导向的课程教学模式改革，引导学生结合工程背景深刻理解所学知识点，为提高流体力学课程教学效果提供一种有效的教学思路。

关键词 流体力学 工程实例 教学模式改革

0引言

“流体力学”课程是工科专业的一门重要的专业基础课，综合了张量、场论、复变函数、数值方法等数学知识，在水利、土木、建筑和热能等工程技术领域中都涉及许多流体力学问题。目前许多高校教师在讲授该门课程时还是采用传统的以教师为主导的单向传授方式，课堂中注重基本概念的讲解和公式的推导，课堂教学与实验教学环节联系较弱，导致学生学习过程中对所学知识点理解不够深刻，逐渐失去了学习兴趣。因此此次教学模式改革提出以工程实例为导向，在授课中采用工程案例分析、增加实践环节和第二课堂等综合形式教学模式，培养学生的学习热情，调动学生积极性，提高学生分析问题和解决问题的能力。

1教学改革思路

第一，由于在流体力学教学过程中，知识点比较抽象，学生难理解。因此，打破以往“满堂灌”式授课方式，针对某些重要知识点，首先教师课前布置任务，学生初步了解课堂内容，培养学生的发现问题和主观学习能力。在授课过程中，教师针对课堂讲授的内容，运用多媒体教学方式，向学生展示图片、视频、动画等信息，比传统方式更直观、更容易被学生接受，与传统板书教学方式相结合，优势互补，尤其对于推导繁琐公式，教师运用多媒体方式可以强化学生的理解。并且，教师应注重理论联系实际，通过工程案例分析和讨论等方法，讲授某些特定知识点对应的工程问题，培养学生学习流体力学课程的兴趣，激发了学习的主观能动性，加深学生对该课程内容的理解和认识，激发学生学习热情，培养学生分析流体力学问题和建立相应模型和分析计算的能力。学生通过工程案例分析，可以理解不同流态流体所对应的工程背景及其理论基础，利用课堂所学理论知识总结其流动规律。课中针对某重要知识点，教师布置相关综合训练内容，学生自主完成综合报告，在此过程中学生能够充分理解相关知识点，建立知识体系，掌握该知识点在实际工程中应用，并能够在实际生产生活中合理运用该知识点。另外，对于某些特殊的知识点，教师还可以从学生的生活经验出发，列举生活中的流体力学问题，联系生活进行讲授，具体内容为：

第二，通过理论与实践相结合的方式，在保证课堂教学的基础上，采用多种形式的实践活动，增加实验教学环节。实验教学是理论与实践相结合，是培养学生创新能力和工程实践能力的重要环节，巩固所学基础理论，能够帮助学生更好地理解理论知识，培养学生实践动手能力。在学校工科专业，实验教学显得尤为重要。在实验的教学过程中，为使学生更好地掌握重点和难点，加深学生对实验操作技能的掌握，采用“教”、“学”、“做”相结合的教学方法，以精讲多练为主。在实验操作之前，让学生理解实验流程中的每一步骤，培养学生发现问题和解决问题的能力，对知识的重点和难点有进一步的理解。此外，在实验教学环节中，重视培养学生创新能力，鼓励学生创新，为学生提供创新空间。学生通过工程流体力学实验，直观明了地观察不同流态的流动现象，量测不同流态的流动参数，分析其流动特点，再与理论相结合总结流动规律，培养学生的学习兴趣，激发学生学习的主观能动性与创新性，为学生将来更好地投入工程实际奠定基礎。

第三，采用工程性质形式的试题帮助学生掌握知识点及其应用。同时，授课时增加课堂对话、采用互动式教学方法，及时了解学生掌握情况并对课程教学内容进行调整。另外，开设理论学习和实践操作的第二课堂，充分调动学生学习的积极性，并加大课外作业量，使学生通过作业消化课堂教学内容，每次作业批改结束后，通过习题课帮助学生辨析原理理解的误区、概念混淆之处等习题中出现的问题。任课教师定期进行教学研讨，对教学中的难点、重点进行讨论，群策群力，寻求好的解决方法。平时注意收集教学中的难点、重点问题，组织老师进行研究，在教学研讨时集中交流。

2教学组织过程

2.1课堂讲授

以学生为中心，以教师为导学、助学为主，利用工程案例分析、生活实例和小组讨论等形式，激发学生学习参与热情与积极性。课前布置工程案例分析，学生自行查阅资料，课堂上分组讨论，引导学生提出问题、分析问题、解决问题，培养学生主动获取已有知识和创造新知识的能力。以工程问题为主线，提出与之相互对应的课程内容，进而解释课程内容的性质、原理以及适用条件，总结解决此类工程问题的方法和规律，使得学生对于知识点内容的理解更加生动具体。

2.2增加实践环节

本专业流体力学课程共64学时，此次教学模式改革准备通过理论与实践相结合的方式，融入实践教学环节。传统体系中实验环节为辅助教学部分，各实验互相独立，综合性不强，造成学生被动学习，学生学习积极性较差。目前学校拥有两个流体力学实验室，不仅可以开展流体力学基础演示实验，学生还可以动手参与伯努利方程实验、毕托管测速实验等相关实验。在实验操作过程中，结合工程中流体流动问题，学生能够更加直观明了地观察到流体处于不同工程问题中所对应的流动现象和规律，量测不同流态的流动参数，进而结合课堂讲授的内容验证实践结果。同时，教师应为学生留有一定空间，学生可以在充分理解所需知识内容的基础之上，开展创新型实验设备的设计，这一过程充分调动学生科学研究热情，突出培养学生创新意识，教师引导学生提出问题并解决问题，培养学生科学严谨的逻辑思维及创新能力。

2.3第二课堂

流体力学课程包括流体静力学、流体运动学和流体动力学三大部分，课程讲述内容较多。针对这种知识内容多而学时短的情况，此次课程建设增加理论第二课堂和实践第二课堂。对于理论学习第二课堂，学生可通过微信或QQ等网络通讯工具，随时给授课教师留言或在线沟通，说明不懂的知识点，教师可以在网上给予学生详细的解答，既利用了课余时间答疑，又为同学提供了方便，同时又解决了课程学时的限制，极大地调动学生学习的积极性。实践第二课堂主要体现在实验室全天开放制度，在保证学生一定数量的前提下，学生可提前预约做实验。这样学生就有充足的时间来完成实验过程，既丰富了学生的课余生活，又充分地培养了学生自己动手的能力。

2.4增加综合训练

针对重点章节知识点，如伯努利方程、N-S方程等，结合工程案例，教师布置综合训练任务。学生通过上网、借阅相关书籍，获取相关资料并独立深入学习分析，再与小组成员讨论，集思广益，进而理解工程案例中方程应用原理，并与所学理论知识相联系，掌握相关知识点及模型建立方法，集中答辩汇报所学知识内容和实验数据。通过综合训练，学生可以构建相关知识体系，并联系工程实际，将其融会贯通，真正实现“理论联系实际”。在此过程中，也培养了学生团队合作、人际交往、自主探究、分析问题、解决问题及应用实践的能力。

2.5考核方式改革

对于流体力学课程考核方式，应注重教学过程中的质量控制，主要采取课堂考核、实验考核和期末考核相结合的形式，加大平时成绩所占比重，课堂考核主要包括工程案例分析大作业、课堂考试、出勤和课堂提问等形式；实验考核以培养学生动手能力为主，重点考核学生的实践操作能力和创新能力，如能设计出工程方面的创新型实验装置可以加分；期末考试就是学生的卷面成绩。

3结语

流体力学授课过程中结合工程实例的讲解，同时结合实践环节和第二课堂，有助于学生对所学知识点有更深入的理解，培养学生的学习热情，调动学生学习此门课程的积极性，提高流体力学教学效果，为学生将来从事相关专业工作或考研打下良好的基础。

★基金项目：辽宁省普通高等教育本科教学改革研究一般项目（辽教发[2014]123号，IJPRP20140204）