新工科背景下船海特色的工程流体力学教学改革

熊骋望 刘云龙 董茜茜

[摘 要] “新工科”这一概念是在新一轮产业变革及科技革命的时代背景下提出的，要求通过调整教育结构培养全方位人才。结合哈尔滨工程大学的船海特色，以及工程流体力学的教学方法与教学内容，以往的工程流体力学教学模式很难满足当下师生的需求，作为以船海专业为特色的工科高校，需要有针对性地进行一些教学改革，从而提高学生的学习兴趣，加强工程流体力学知识与船海特色的结合，方便学生熟练运用基础知识，加强自主创新能力，为船海事业做出更好的贡献。

[关键词] 工程流体力学;船海特色;教学改革

[作者简介] 熊骋望（1990—），男，湖北武汉人，工学博士，哈尔滨工程大学船舶工程学院教授，主要从事高精度计算流体力学方法、流动稳定性与湍流转捩研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）39-0075-04    [收稿日期] 2021-05-21

一、概述

“工程流体力学”是许多工程专业的核心课程，这门课程的成功与否，将直接影响学生今后对基础知识的运用，因此，开展切实可行的工程流体力学教学改革显得尤为重要。本课程是以解决与流体有关的实际工程问题为基础的一门技术基础课，具有系统的理论体系，使学生掌握流体运动和力的基本规律，运用工程流体力学的基本原理及方法分析和解决与流动有关的实际工程问题，理解和掌握工程流体力学最基本的实验技能。与其他课程或学科不同的是，本课程存在现象多、概念模糊、公式参数多等问题，学生难以理解和掌握。此外，本课程的知识内容应用广泛。

目前，“工程流体力学”课程还存在一些不足。由于“工程流体力学”课程理论性强、数学推理多、公式复杂，但教学方法仍然是被动的，甚至是“填鸭式”的教学模式，教学效果相对较差。这种教学方法不利于师生之间形成良好的教学关系，而且由于工程流体力学理论本身比较抽象，教材缺少更多直观的案例，学生很难对物理力学有详细生动的认识，无法透彻理解知识，导致无法提高学生运用所学知识解决实际工程问题的能力[1]。

高校“工程流体力学”课程的教学方法和考试形式相对单一，当今高校教学以教材为基础，讲师照本宣科，学生缺乏思考，即“填鸭式”教学，模式单一，虽然有多媒体教学组件，但基本模式没有改变。而在课程考试中，论文成绩占比较大，学生自然也为了应试而应试，缺乏主动性，没有体现知識的运用。学生没有发现工程流体力学知识与实际生产实践相结合的优势，无法主动学习，解决问题[2]。

针对以上问题，本文改进了工程流体力学的教学，增加了新工科背景下工程流体力学与船海特色的有机结合，对新工科背景下船舶海洋新特征的教学进行了改革和创新，通过丰富的教师线下教学模式和教材，向学生传授比较全面的知识。同时，注重基础，课本内容简化了难度大的知识点，融入学生的学习思维，注重学习方法的介绍，增加学生的学习兴趣。结合本专业的课程特点，将航运与海洋的特点和前沿领域的知识有效地带入教材的相应章节，增加更多的动手实践环节和计算机辅助教学，让学生更好地感受每一个理论、公式和概念所包含的工程流体力学的物理意义。

二、新工科船海特色的教学改革具体措施

（一）重视绪论与比喻授课

工程流体力学绪论课是必要的，绪论课是学生接触工程流体力学的第一堂课，教师要向学生讲好工程流体力学“动、柔、活”的特点，这不仅能让学生了解工程流体力学领域中重要的科学家及其成就（如欧拉的励志故事），还能激发学生的兴趣、主动性和自发性[3]。

工程流体力学的概念往往比较抽象，学生很难理解。在教学中多使用隐喻、联想等手段，教学效果会更好。例如，在解释流体的流动性时，诗句“抽刀断水水更流”生动地描述了流体的特性，让学生更加容易理解。“比喻教学”是描述流体运动基本概念的迹线和流线的好方法。迹线是流体质点在空间中运动时所描绘出的曲线，它可以被比作一颗流星在晚上经过。流线是由不同的流体点同时构成的曲线，诗句“大漠孤烟直，长河落日圆”将此描绘得非常生动。这样，迹线和流线的定义和区别就一目了然了[4]。

为使学生清楚本课程的意义和目的，将难以理解的物理现象与学生生活联系起来，用简洁生动的语言减少他们对“工程流体力学”课程学习的恐惧，增加他们的学习动机和学习兴趣。第一节课必须普及学生能理解的、在日常生活中随处可见的工程流体力学的相关原理，并用工程流体力学解释这些现象产生的原因，有助于学生在课前学习工程流体力学。

（二）建立以学生为中心的教学模式

现有的工程流体力学实践教学主要由实验教学组成，然而大多数学生都是看教师做实验，自己动手操作的机会很少，学生难以理论联系实际，只能按部就班地操作，学生的积极性不高。这样既不能体现学生的主体性，也不能培养学生的创造性。仅通过实验报告中的数据评价实验结果，忽视了过程评价的重要性，这与工程流体力学的教学意义相反[5]。

因为学生是主体，所以教学改革必须紧紧围绕学生，教学应该基于学生掌握的课本知识。因此，教师在教学过程中加强对学生的指导和自主学习是至关重要的，不能只是照本宣科，盲目地主导课堂，还需要分析教学结构，分层次教学。从准备课本到理解知识，再到发现问题、提出问题、解决问题和深入思考，要循序渐进地提高学生的学习能力[6]。

作为教师，必须对课程有一个很好的了解。在这个时候，教师会想当然地认为这门课对学生来说很容易理解，所以直接从公式推导开始授课，没有分析原理和知识结构，从而导致学生很难听懂课上所讲的知识。上课的最终目的是让学生学习知识从而应用于实践，教师可以促使学生实现知识与应用相结合，基础与创新相结合。在新工科的背景下，学生的培养是一个重要的事情，要适应当前工业技术创新改革的要求，了解学生的知识接受程度，借助教材和其他教学材料，引导学生学习知识，从而独立解决相关问题，更加了解课程。“工程流体力学”是船舶工程专业一门非常重要的基础课程，学生在今后的专业学习中离不开流体计算，更重要的是提高学生的实验课程，让学生进实验室自己模拟一些简单的工程流体力学现象，如测总水头，更直观地感受水流。层流是什么、紊流是什么、如何观察相应流体的流速等，让他们更直观地感受科学的魅力，在科学探索中获得成就感。此时，学生对流动物理现象的认知和独立解决相关问题的能力是教师需要培养的重要环节。