流体力学课程改革研究与实践

王聪民 朱彩霞 马富芹

摘  要 立足于流体力学教学实践，从所采取的教学模式、教学方法、考核方式等方面来探索提高流体力学课程教学质量的方法，调动学生的学习积极性，提高学习效率，促进学生知识内化。

关键词 流体力学;OBE;慕课;网络教学平台;翻转课堂;微课;实验

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）20-0083-03

Abstract Based on the teaching practice of Fluid Mechanics， this paper focuses on exploring and improving the teaching method of Fluid Mechanics according to the current adopted teaching mode， teaching method and assessment method， etc.， so as to arouse stu-dents learning initiative， improve the learning effect and promote students to internalize their knowledge.

Key words fluid mechanics; OBE; MOOCs; network teaching plat-form; flipped classroom; micro lecture; experiment

1 引言

流体力学是很多工科专业如航空、船舶、能源动力、安全工程等的专业核心基础课程，既有很强的理论性，又有很强的工程性，内容抽象，公式推导内容比较多，需要利用到较多的高数和理论力学等知识，内容相对枯燥，是一门多数教师认为难教、学生认为难学的课程[1]。对于这样一门课程应该如何提高学生的学习积极性，增强学生学习效果，促进学生知识内化呢？笔者基于建筑环境与能源应用专业的流体力学教学实践开展了一些探索。

2 基于OBE理念确定教学目标和教学内容

基于OBE理念，以社会需求为导向，由本专业毕业生就业岗位群确定本专业毕业要求，细化毕业要求为各指标点，构建毕业要求和课程关系矩阵，构建课程体系，根据课程在矩阵中承担的任务确定课程的教学目标和教学内容。将复杂的流体力学知识有序地划分为若干单元，每个单元的要素形成知识网络，反映了流体力学的逻辑体系和学生的认识发展规律，使学生比较容易掌握流体力学的规律和三大方程。构建流体力学理论课单元模块化教学模式，使内容庞杂的流体力学知识有序化、网络化，解决了传统教学中教学内容无序、琐碎、难记的弊端。针对不同专业，和同一专业不同培养模式如普通班和卓越班的培养特点，可以引入不同工程实例于教学内容中，深化课堂教学改革，提高学生对知识的综合利用能力，最大限度激发学生的学习积极性。

3 教学模式设计

目前，慕课（MOOCs）作为新兴的教育理念及教学模式在全世界流行，凭借其数字化、富媒体、信息量大、交互性强、覆盖面广等特点，对传统的教学模式产生巨大的冲击。教学模式的改变必將引起教学过程的深刻变革，基于慕课的大学专业课翻转课堂教学模式开始流行起来。基于慕课的翻转课堂教学模式将信息传递过程放在课外，主要借助视频、音频、动画等课件资料，由学生自主完成，课堂上主要是通过多种课堂活动促进学生知识内化[2]。

但是，笔者在教学实践中发现学生成绩存在两极分化情况。通过调查发现，部分学生对网上的微课视频并没有认真观看，拖拽看完或者放着视频一心多用的人大有人在，对于教师在网上布置的作业也是为了完成任务得到平时分而应付完成。对于翻转课堂教师布置的任务，部分学生认为占用自己大量的课外时间，并不乐意参与。但是流体力学不同于其他课程，理论性比较强，需要学生全身心投入来学习并及时对知识进行巩固，如果对课程理论学习仅靠线上凭借学生自觉性来完成是不够的。那么，如何克服这些困难，将传统课堂与新的基于慕课的翻转课堂模式相结合，探索出一个适合本校学生的流体力学教学模式，就是一个亟待解决的重要问题。通过实践，依托建成的课程网站，确定了课前线上预习、课堂重点讲授+个别内容翻转课堂、课下线上答疑的教学模式。

充分利用网络教学平台进行课前预习  在我国高等教育信息化和慕课在高校快速发展的大背景下，充分利用网络教学资源有利于提高流体力学的教学效率。目前，中国慕课大学、学堂在线等平台上面可以搜索到多门名校的流体力学课程，可以申请利用这些资源，也可以自己在超星等平台上面建课，上传视频、课件、习题、实验等资料。利用这些平台课前发布预习任务，要求学生课前观看视频，完成习题，看课件，让学生对教师课堂要讲内容有大致了解，用任务来驱动大家学习，以用促学、学以致用。课堂上根据学生学习情况及重点难点易混淆点，重点讲授或者选取合适内容开展翻转课堂，提高学生的知识综合利用能力。为了检验学生的预习情况可以随机提问，并将回答情况记入平时成绩。

采用多种教学方法提高课堂教学效率  流体力学作为一门重要的专业基础课程，公式偏多，推导过程较复杂，对知识的利用比较灵活。对大学生而言，这门课就成为复杂的课程，课堂上注意力一旦分散，就会影响对知识点的理解掌握，跟不上进度。尤其是流体力学知识的前后连贯性很强，前面的内容学不好又会影响后面知识点的理解。那么，怎么样才能使学生摆脱聊天、手机等外界诱惑，吸引他们的注意力在课堂上呢？教师可以采用多种教学方法来提高理论课的授课效率。

1）启发式教学。用生活中的流体力学现象来引出所用知识，和学生形成共鸣，讨论起来有共同语言，课堂气氛更加活跃，促进学生的感性知识得到理论升华。比如用火车站台问什么要设隔离黄线来引出伯努利方程，用“汽车外形演变”来帮助学生理解绕流阻力，等等。

2）设疑引入式。通过一个个问题推进课堂进行，用设疑来促进学生思考，加深学生对基本概念、基本理论的理解应用。在这个过程中巧用随机点名软件，调动学生的紧张气氛，促使他们的注意力集中到课堂上来。比如用学生的照片做成随机点名软件，这种点名方式新颖有趣，课堂气氛活跃，学生更乐意参与课堂活动，同时拉近教师和学生的距离。

3）多媒体演示法。注重直观性教学方法，充分利用现代教学手段，结合图像和动画，把抽象的东西变得具体，形象直观，同时不失时机进行流体力学在工程实践和毕业设计中管道布置设计等应用的讲授，使教学既生动又实际，延深了理论性，提高了趣味性，使学生在学习中受到潜移默化的工程熏陶。

4）案例法。通过具体的案例来加强学生对知识的理解及综合应用，从实际工程项目的角度出发，吸引学生挖掘现象背后的本质规律，进而提高学生的学习兴趣，提升课程教学效率。比如讲授流体动力学部分时，以常见的自来水公司要把水送到千家万户为例，把一居民楼的水输送任务编成计算题目，然后进行流量与流速、能量损失计算、各种能量转换等知识点的讲解。

5）实验课有序验证式教学方式。实验教学的目的是延续、巩固和实践流体力学的基本理论。实验教学环节对于培养创新精神、提高动手能力和独立分析思考与解决问题的能力具有重要作用。因此，从教学安排的实验中要做到以下几点。

①确定提高学生动手能力的主题思想是教学实验的根本出发点。

②狠抓理论和实际现象相结合的科学培养方法，帮助学生培养应用知识解决问题的习惯性思维能力。

③突破重点、难点和薄弱点是提高学生综合工程能力的关键：重点是验证对基本理论的深刻理解;难点是应用实验数据分析基本理论问题;薄弱点是理论和现象之间的误差分析等。通过三点突破，切实加强对学生综合素质的培养。

④使学生动手能力、观察能力、分析能力、综合能力得到全面培养与锻炼。

⑤落实预习和现场提问制度。预习报告是要解决实验中要做什么、怎么做和什么时候做的问题。现场提问制度了解学生预习深度，扩大学生的视野与思维空间，加强学生分析能力与综合能力的培养。

选取合适内容开展翻转课堂  流体力学翻转课堂的目的在于让学生参与课堂活动，促使学生掌握流体力学的基本规律，提高学生运用流体力学知识分析解决问题的能力，促进学生知识内化，选取合适的内容开展翻转课堂，有助于提高教学效率。

1）汇报。如针对具体章节内容由学生用板书或者PPT形式进行汇报，教师针对汇报内容进行归纳总结、补充说明。这样不仅可以检查学生的预习情况，而且可以提高学生检索资料、自主学习的能力。

2）讨论。如可以播放一些和课程内容相关的流体现象或者流体力学生活趣事小视频，然后大家一起讨论分析，利用微弹幕、慕课堂等小程序将学生观点以弹幕的形式展示到大屏幕上面，点燃学生的学习激情，当然也会有各种神吐槽，课堂气氛活跃。教师需要加以引导和控制，以防影响正常的教学秩序[2]。

3）小组学习成果展示。将班级学生分为数个小组，针对具体问题，如空调水系统管道的压力确定、热水网络水压图的利用计算等工程常见问题，由小组分析给出答案后进行互评，提高学生利用所学流体力学知识分析问题、解决问题的能力。

这种师生互动、生生互动的授课方式还是比较受学生欢迎的，还需要继续探索适合本专业学生的翻转课堂方法。

利于微助教、慕課堂等小程序开展随堂测试  在实践中发现学生知识听懂了，但是并不一定会利用，教师可以通过举例、习题让学生对知识点融会贯通、灵活利用。教师可以在每次课后增加测试，借助慕课堂、微助教等小程序，让学生提交答案，一是可以及时统计出正确率，了解学生的知识掌握情况，及时调整授课计划;二是可以让学生及时巩固所学知识点，加深对所学知识的理解;三是可以起到点名作用。

4 采用过程性考核对学生学习情况进行综合评价

以期末考试为主向过程化考核转变，注重考核学生获取知识、应用知识的能力，加大平时成绩比例，将线上学习情况、课堂活动参与情况、随堂测验成绩、实验成绩等都纳入考核范围，对学生的学习情况进行综合评价。

5 结语

对于流体力学这种理论性和工程应用性很强的专业基础课程，需要从专业需要出发，发掘教材内容的内在联系，构建知识网络，合理确定教学内容。要提高教学效率，需要采取适合本专业学生学情的教学模式，通过多种教学方法，借助各种网络教学资源和小程序，使课堂生动有趣，充分调动学生的学习积极性，体现学生主体认知作用，促进学生知识内化。

参考文献

[1]王建明，徐让书，王成军，等.流体力学课程的兴趣诱导式教学方法探讨[J].当代教育实践与教学研究，2020（9）：103-104.

[2]王聪民，秦贵棉，张超.基于慕课的大学专业课翻转课堂教学模式研究[J/OL].当代教育实践与教学研究：电子刊，2018（8）：736-737.

[3]陈二云，和铮，杨爱玲.工程流体力学课堂教学方法探讨[J].课程教育，2020（21）：37，39.