针对船舶与海洋工程特点的“流体力学”课程改革

张大朋，严 谨，侯 玲

（广东海洋大学 海洋工程学院，广东 湛江 524088）

0 引言

流体力学是研究流体的宏观平衡和流体的宏观机械运动规律及其在工程中的实际应用的一门学科，它的研究对象是流体，这里的流体包括液体和气体。流体的最基本特征就是流动性，而流动自然会带来系统的紊乱与无序。为了描述这种紊乱与无序，流体力学提出了很多较为抽象的概念与常函数及相关的假定。这就导致了对该学科的学习与研究需要有较为深厚的高等数学和线性代数功底以及一定的物理理解能力。而这些对于像广东海洋大学的一些地方性高校来说，由于生源素质的原因，较高的数学和力学素养很难达标的。导致在“流体力学”课程讲解的过程中会遇到一些非专业因素的困难。

“流体力学”是一门理论性比较强的技术基础课，也是一门应用面非常宽广的适用性通用课程，在船舶与海洋工程、机械设计、土木水利、建筑结构等方面有着广泛的应用[1-6]。例如，航空航天专业中的空气动力学，机械工业与设计中的润滑、冷却，动力装置中的液压传动，水利工程中的泄洪、水资源调动，船舶与海洋工程中的立管涡激振动、风作用下的跨海大桥抖动等，都会涉及到流体力学。也正因为如此，导致了这门课程对于特定专业的工程应用背景针对性不强。在这种情况下，就要结合船舶与海洋工程专业的特点和“流体力学”课程与船舶与海洋工程专业相关知识的融合点与交叉点对该课程的教学方案进行修正与改革，以适应船舶与海洋工程专业对该课程的需要[7-18]。有鉴于此，本文从几个方面考虑，结合当前“流体力学”课程教材的特点与教学现状以及广东海洋大学在船舶与海洋工程专业人才培养的经验，经过综合权衡与分析后，提出了几点关于该课程的课程设计与教学改革的建议，对于相关涉海高校指导该课程的教学有着一定的借鉴意义和参考价值。

1 当前“流体力学”教材的特点与教学现状

1.1 当前“流体力学”教材的特点

对于土木建筑、桥梁涵洞、市政工程和水力学等方向来说，当前的“流体力学”课程教材较为合适的是胡敏良、吴雪茹主编，武汉理工大学出版社出版的，面向土木工程的《流体力学》教材。该教材为中国土木工程学会教育工作委员会审定，是普通高等学校土木工程专业新编系列教材之一。该教材是根据普通高等学校土建类专业流体力学学时较少的特点，在整体上深入浅出、按照大类培养的教学指导思想编写的通用性教材。

而对于机械设计及液压传动专业等方向来说，当前的“流体力学”课程教材较为合适的是张也影主编，高等教材出版设出版的，面向机械类专业的《流体力学》教材。该教材符合工程流体力学课程教学少学时的要求，删除了速度势、流函数及简单势流等抽象概念，对于机械设计专业中涉及到的压强、粘度等概念结合专业需求进行了重新定义与解读。

如果说到理论高度和系统性，由清华大学出版社出版的、张兆顺主编的《流体力学》教材是不可不提的。该本教材，系统、完整地讲述了流体力学的基本原理与方法。该教材的一个非常显著的特点是将严格的数学分析和物理本质的描述相结合，并且内容上涵盖了近现代流体力学的应用方面迫切需要的内容。该教材的目标是培养进一步学习流体力学专门知识或着手研究和解决工程及自然界流动问题的本科生及研究型人才。该教材适用于办学层次较高、学生生源较好、学生数学和物理功底扎实的研究型高校。

而在船舶与海洋工程领域，有2本“流体力学”教材应用比较广泛。一本是由哈尔滨工程大学张亮教授和李云波教授编写，哈尔滨工程大学出版社出版的船舶与海洋工程系列教材——《流体力学》；另一本是由许汉珍主审，王家楣、张志宏、马乾初编著，大连海事大学出版社出版的《流体力学》教材。该书目前有2个版本，当前的版本是在马乾初、王家楣主编的《流体力学》的基础上修订的，在修订的过程中参考了教育部教学指导委员会2009年修订的《流体力学基础课程教学基本要求》中的相关规定。而该教材的第一版又是在原武汉交通科技大学流体力学教研室和海军工程大学力学教研室教研课题的基础上编撰的，编撰完成后该教材成为虎贲省精品课程《流体力学》的配套教材。相比于哈尔滨工程大学出版社的教材，王家楣等主编的教材降低了《流体力学》的门槛，由浅入深，没有对于一些较为复杂的数学公式展开过多的引用和推导；对于一些流体力学中较为抽象和难以理解的概念讲解地更加的朴素和便于理解。这对于广东海洋大学的船舶与海洋工程专业的学生更容易入门。因此，广东海洋大学选用了该本教材作为船舶与海洋工程专业的专业课程教材。从几届学生反馈回来的结果看，该本教材还是相当不错的。

1.2 教学现状

作为大学本科的“四大天书”之一，“流体力学”课程的挂科率非常高。 即使选用了针对船舶与海洋工程专业的专用教材，挂科率较高还是难以得到根本性地扭转。要破解这个难题，一些地方性的涉海高校必须另辟蹊径、化繁为简，结合办学定位和生源特点制定切实可行的教学方案。

2 “流体力学”课程与船舶与海洋工程专业结合点及课堂教学手段的丰富与改革举措

2.1 “流体力学”课程中涉及到的船舶与海洋工程专业课程的知识概念与融合

“流体力学”课程中，其实有很多知识点与定理被应用到船舶与海洋工程专业的实际工程中。例如，“流体力学”课程中的漩涡理论、势流理论、波浪理论、相似理论和机翼理论。

其中，漩涡理论、势流理论、波浪理论与船舶和海洋平台在海上运行时的六自由度响应有着十分密切的关系，而船舶在海面上航行时又会产生船行兴波，实际海面上存在的波浪会对船舶与海洋平台的运动产生影响。

相似理论对于对大型海洋结构物做水池实验有着非常强的指导作用，这关系到海洋结构物模型缩放过程中动力学特性和运动学特性相似以及几何特性相似的取舍。

而机翼理论对于分析船用螺旋桨的水动力特性起着不可替代的作用。

通过总结归纳，不断发现船舶与海洋工程专业与“流体力学”课程在知识概念上的融合点，在课堂上适时插入，从而提高学生从专业角度理解相关定义、定理的能力，进而增强学生的应用能力和创新能力。

2.2 课堂教学手段的丰富

作为传统的工科课程，“流体力学”课程与数学密不可分，因此也就避免不了推公式。但推公式的目的是让学生不仅知其然，还知其所以然。因此，应结合多媒体手段来进行教学，增加课程的趣味性，以丰富课堂内容，提高学生的学习兴趣，降低学生的理解难度。例如，在讲解伯努利方程之前，可以先介绍瑞士的伯努利家族是世界上久负盛名的科学世家，出了好几个科学家，影响科学界上百年；接着，可以通过多媒体影像带领同学们观看伯努利家族的发展史，讲解伯努利家族几代人不懈努力研究流体力学和数学的故事；再诱导同学们去思考该如何才能学好流体力学，最后再顺势引出“流体力学”课程中的伯努利原理。

2.3 课程教学改革的措施

在课程的总体规划上，要结合专业特点进行改革，具体如下。

1）统筹学科规划，组织精兵强将，打造“流体力学”课程教学专业团队。以学科中理论水平高、业务能力强、学科交叉背景深的青年学术骨干为依托，构建针对船舶与海洋工程专业的“流体力学”特色教研团队。

2）改革课堂教学方式，综合运用多种教学方法和教学器材，使课堂气氛活跃起来。如果课堂改革不正确、不到位、不成功，那么课程建设与实施就难以成功。因此改革课堂，应是课程建设与实施的攻坚战。

3）突出“以生为本”的教学理念和特色化教学方向。课堂教学的本质就应该是“学会与会学”，即首先要让学生“学会”，这是知识目标；但教学的最终目标是让学生“会学”，达到“教是为了不教，学是为了会学”的教学目的。但是，要让学生“会学”必须让学生在学会知识的这个过程中才能获得。也就是说“会学”是不能灌输的， 它必须是一种实践，只有通过“学会”这个不断连续的实践过程，才能慢慢培养起来。需要鼓励教师运用最适合学生需要和最能达到“有效教学”这个目标的方法去教学，而决不拘泥于某一种或几种方法。基于这一点，强调把时间充分让给学生，充分体现“少就是多”、“少教而多学”的原则，强调学法指导。

3 结语

结合“流体力学”课程的特点，针对船舶与海洋工程专业的独特需求，合理选择“流体力学”的课程教材，顺应大船海的发展趋势，注重以学生为中心设计“流体力学”课程的教学教案，积极探索专业方向与大类工科课程的交叉点和融合点，通过理论推演、课堂讨论、案例分析、前沿科技分等方式丰富教学内容、活跃课程气氛，以优良的教学水平和教学激情投入到“流体力学”课程的教学改革中。要把知识点的讲解变成讲“故事”，在无形中将知识点“讲圆讲透”，这样就可以把知识点讲得既深刻，又通俗易懂，同时还很生动，把课堂变成了一个多维度育人的平台。