多层次流体力学系列课程建设的实践

刘全忠 王洪杰 宫汝志

摘要：针对能源与动力工程及相关专业在流体力学理论教学和实践能力培养方面的需要，结合在流体力学系列课程体系教学改革的实践经验，提炼了多层次、进阶式的流体力学系列课程的整体化建设思路和特色，总结了实践教学环节在人才培养和课程建设中的经验和作用，在教学方法改革、教学团队建设和教学成果推广应用方面，归纳了多层次流体力学系列课程建设的方法和实践经验，并对进一步推进课程体系建设提出了方向和规划。

关键词：多层次;流体力学;课程体系建设;实践能力;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）39-0140-03

哈尔滨工业大学流体力学系列课程教学团队具有悠久的历史传承，在老一辈教师许耀铭、苏尔皇、陈卓如、金朝铭等的带领下，逐步形成了一支具有较高教学科研水平的教师队伍。团队教师先后承担了国家精品课程、国家精品资源共享课程、国家工科基础课程力学教学基地、国家级力学实验教学示范中心、国家级工程实践教育中心、全国示范性全日制工程硕士研究生培养基地、工信部实验教学示范中心、黑龙江省虚拟仿真实验教学中心等国家及省部级教学改革研究项目。在长期的教学改革实践中，逐步完善形成了多层次的流体力学系列课程。

一、多层次流体力学系列课程的体系特色

多层次流体力学系列课程以工程流体力学（国家精品资源共享课程）、高等流体力学（哈工大研究生精品课程）、粘性流体力学、多相流体动力学为主，另外建设了气液两相流等专业特色课，流体力学多尺度创新实验课、现代CFD技术在流体机械中的应用创新研修课、复杂多相流及过程强化技术创新研修课。课程体系如图1所示。

在多层次的流体力学系列课程中，工程流体力学为本科生技术基础课，为学生进一步学习专业课和更深层次的流体力学相关课程奠定基础;高等流体力学为研究生公共学位课，进一步深入讲解流体力学理论知识;粘性流体力学、多相流体动力学针对特定流体对象进行深入讲授和分析;流体动力先进测试技术侧重于介绍LDV、PIV等先进测试手段在流体力学的应用;针对本科生又开设了现代CFD技术在流体机械中的应用创新研修课、复杂多相流与过程强化创新研修课、流体力学多尺度创新实验课、气液两相流专业特色课等。通过课程的学习，使学生了解国内外流体力学发展的前沿领域，掌握先进的流体力学分析方法和手段。

图2表示流体力学课程系列中各门课程之间的关系。课程设置体现了从本科生到研究生培养的连贯性，遵循从强化基础、工程实践能力培养，到基础理论提高、科研能力培养的进阶模式，建立了完整的流体力学课程层次体系，并且在国家力学实验教学中心、工信部实验教学示范中心、国家工程实践教育中心、全国示范性全日制工程硕士研究生培养基地的条件支持下，通过基础理论知识学习、工程实践能力培养、知识面拓展提高、创新和科研能力培养等途径，为不同层次的学生构建了完整而精细的培养模式。

二、实践环节对理论教学的有力支撑

实践环节在多层次流体力学课程体系中占有举足轻重的地位，并在学生实践能力培养方面发挥了重要作用。以工信部实验示范教学中心、黑龙江省虚拟仿真实验教学示范中心为依托，教学团队开设了本科生的流体力学基础实验课、流体力学多尺度创新实验课，研究生的先进流体动力学测试技术课程。

针对流体力学系列课程实验教学体系的改革，将实验的教学内容分为基本实验、综合性实验、设计性实验和研究型实验以及前沿性实验。

首先，强化基本实验，加强实验的思考性和启发性，增加学生动手、动脑的机会，增强学生通过实验发现问题、研究问题的能力;要引入现代科学技术成果和新的实验技术，增加基础实验的新颖性和信息量;对学生进行现代测试方法和现代实验技能的基本训练。流体力学基础实验部分共开设9个实验，包含恩氏粘度计测量液体粘度实验、平面静水总压实验、文丘里流量计实验、动量定理实验、临界雷诺数测定实验、孔口管嘴出流实验、沿程阻力测定实验、局部阻力测定实验、气流边界层综合实验，年均培养学生700多人，年均开设实验2000人次。

其次，开设综合性、设计性和研究型实验，培养学生综合能力，如设计实验的能力以及在实验中学习和研究的能力。由学生根据问题的性质自行设计实验方案，拟订实施实验方案的具体步骤。流体力学多尺度创新实验课面向全校大二及大二以上学生开放选课，实验内容的流体流动尺度从常规尺度、介观尺度到微尺度，流体性质从牛顿流体、粘弹性流体，再到气体，培养学生创新思维和动手能力，并同时为学生创新创业及节能减排大赛提供支持。

另外，还培育前沿性教学实验，面向少数优秀学生和在实验方面具有潜能和兴趣的学生，讲授并使用先进流体动力学测试技术，包括粒子成像测速技术（PIV）、激光多普勒测速技术（LDV）以及激光诱导荧光技术（LIF）等，同时已将流动实验尺度从常规尺度拓展到了微尺度。培养学生应用高新技术和发挥创造性的能力，通过引入新材料、新系统形式、新实验技术，努力将学科及与其他学科交叉的科研成果进行转化。

在校企联合方面，教学团队依托企业建立了国家级工程实践教育中心、全国示范性全日制工程硕士研究生培养基地，建立了一整套校企联合的培养模式和体系，为学生实习、毕业设计、研究生实践教育等环节创造了优良的条件，指导学生多次参加全国节能减排科技竞赛并获奖。

三、教学团队建设与教学方法改革

教学团队的建设是多层次流体力学课程体系高效运行的基本保障，不仅要建设一支结构合理的主力和后备教学队伍，还要通过教学方法改革和提高，充分发挥教师的主观能动性，使课程体系在人才培养方面发挥积极作用。课程教学团队主要通过以下几个方面的举措来促进课程团队教学能力的提高。

1.努力创造一个民主、严谨、和谐的学术气氛。教学团队既是教学组又是课题组，成员们经常在一起对教学中遇到的一些難点、疑点，对授课方式进行讨论，相互启发，拓宽思路。

2.聘请老教师作为青年教师的教学指导教师，对青年教师上讲台进行专门的培训和指导，经常就流体力学教学中的具体问题，向教学组青年教师介绍讲授要点与体会，提供教案讲义。

3.作为国家工科基础课程教学基地、国家级实验教学示范中心所在单位，教学团队参加了有关全国基础力学实验教学改革成果研讨会、全国力学基地建设成果交流会和其他教指委组织的有关教改会议并做了报告。为了提高教学质量，团队先后邀请多名国内外专家学者进行讲学和交流，促进了流体力学课程建设和教学水平的提高。

4.在课程建设期间，邀请国际著名学者前来进行讲学活动。团队已经邀请了美国爱荷华州立大学胡晖教授、东京理科大学川口靖夫教授、美国南卡罗来纳大学王归仁教授、挪威科技大学水能实验室主任Nielsen教授、莫斯科航空学院的火箭发动机研究所所长Timouchev教授等进行学术报告，为科研成果转化教学内容提供了新的思路。

5.实验教学体系的改革受到了校内外有关单位的重视。近年来，国内外高校先后有几十人次（如台湾新竹交通大学、清华大学博士团队、韩国汉阳大学团队）来实验教学中心参观。

四、教学改革成果的应用推广

教学资源的建设与共享、兄弟院校及同行之间的合作与交流是保证多层次流体力学课程体系持续完善和进步的有利条件，同时教学团队也十分重视教学改革成果的应用与推广，总结起来主要有以下几个方面：

1.国家重点教材《工程流体力学》1995年开始，历经三次修订，得到国内知名同行专家的一致好评，已被全国多所高校使用;《高等流体力学》入选十二五国家重点图书出版规划项目，目前应用于哈工大校本部及深圳分校的课程教学，并被国内多所高校选为研究生教材。

2.以教学团队教师为主要成员承办了第四届全国大学生节能减排竞赛，目前该项赛事已成为全国各高校普遍认同的国家级主题竞赛之一，并在全社会形成了较为广泛的影响。近五年，教学团队成员指导学生参加全国大学生节能减排大赛获奖50余项。

3.工程流体力学国家精品资源共享课程的全程教学录像、教学课件、知识点解析、例题习题、试题库、网络教学平台等资源全部通过爱课程网站实现资源共享，目前已有7万余人通过网络进行了学习，学生评价良好。教学团队还组织青年教师成立了专门的课程资源更新维护团队，及时更新课程资源，回复学生所提出的问题。

4.作为国家工科基础课程教学基地、国家级实验教学示范中心所在单位，团队在全国基础力学实验教学改革成果研讨会、全国力学基地建设成果交流会、基础力学实验教学示范中心建设研讨会和其他教指委组织的有关教改会议上做了发言，接待了包括清华大学、河海大学、浙江大学、西安交通大学、山东大学等多所兄弟院校的参观、交流。

5.深度参与全国示范性全日制工程硕士研究生培养基地建设工作，与哈尔滨大电机研究所建立了紧密联系，并每年选派研究生进入哈尔滨大电机研究所完成学位论文。联合培养研究生教育实践基地还先后接待浙江大学、兰州理工大学、哈尔滨工程大学、中国农业大学等高校的研究生。

五、结语

多层次流体力学课程体系在能源与动力工程等相关专业的基础教学与实践能力培养方面发挥了重要作用，未来还要继续在整体上提高教学团队的水平和素质，紧密结合学科发展，围绕国际化、创新型的人才培养理念，在课程体系、教材体系、教学支撑条件、教师队伍方面将与国际高水平大学接轨，进一步提高学生的培养质量。进一步深化课程体系和教学内容改革，建设精品化教材和教学资源库，强化教学方法研究，探索创新型人才培养教学模式，全面加强教师与学生的课堂交流和探讨，使多层次流体力学系列课程建设达到国际一流大学的要求，成为学生专业课程学习、工程实践和科研能力提升的助推器。

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Practice of Multi-level Fluid Dynamics Series Course Construction

LIU Quan-zhong，WANG Hong-jie，GONG Ru-zhi

（School of Energy Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin，Heilongjiang 150001，China）

Abstract：Based on the needs of energy and power engineering and related specialties in fluid mechanics theory teaching and practical ability training，and combined with the practical experience in the teaching reform of fluid mechanics course system，this paper refines the ideas and characteristics of integrated construction of multi-level and advanced fluid mechanics course series，and summarizes the experience and role of practical teaching link in personnel training and course construction.In the aspects of teaching method reform，teaching team building and popularization and application of teaching achievements，this paper summarizes the methods and practical experience of multi-level fluid mechanics course construction，and puts forward the direction and plan for further promoting the course system construction.

Key words：multi-level;Fluid Mechanics;course system construction;practical ability;teaching reform