《流體力學(xué)》課程教學(xué)方法的思考與探討

關(guān)暉 魏崗 曾文華 王亮

【摘要】根據(jù)流體力學(xué)的特點(diǎn)，文章探析了流體力學(xué)課程教學(xué)改革的一些做法，通過精選授課內(nèi)容，采用多樣教學(xué)方式，利用信息化教學(xué)平臺等，以期提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)成效，從而推動我校流體力學(xué)教學(xué)改革向更好的方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)模式 ?學(xué)為主體 ?流體力學(xué) ?教學(xué)改革

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）05-0226-02

一、引言

流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，是我校軍事氣象、軍事海洋、環(huán)境工程等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是力學(xué)前續(xù)基礎(chǔ)課如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等課程和后續(xù)專業(yè)課如大氣科學(xué)、動力氣象、物理海洋學(xué)、空間天氣學(xué)等課程的橋梁，為繼續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課程、從事工程技術(shù)和軍事應(yīng)用打下基礎(chǔ)。該課程理論性強(qiáng)，公式推導(dǎo)較多，要求學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)，物理知識寬泛。針對本課程理論性和應(yīng)用性都強(qiáng)的特點(diǎn)，在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，課程教學(xué)小組一直在不斷地思考、探索，逐步形成強(qiáng)化理論基礎(chǔ)和注重專業(yè)應(yīng)用的教學(xué)新方法。

國內(nèi)外許多高校在流體力學(xué)教學(xué)方面都做出了研究探討[1] [2]，針對流體力學(xué)課程的內(nèi)容特點(diǎn)，從教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面，對流體力學(xué)課程教學(xué)改革進(jìn)行了初步的探析和摸索[3]。在教材的選擇、理論聯(lián)系實(shí)際需注意的問題、多媒體和CFD軟件的使用等方面提出了建議[4]，目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)的熱情，以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力[5]。這些探討與嘗試，為我校構(gòu)建流體力學(xué)課程體系建設(shè)和進(jìn)行教學(xué)改革提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

二、創(chuàng)新教學(xué)方法和手段

我們針對流體力學(xué)課程的學(xué)科特點(diǎn)提出的教學(xué)思路是：強(qiáng)化理論基礎(chǔ)，注重專業(yè)應(yīng)用，理論聯(lián)系實(shí)際，達(dá)到學(xué)研結(jié)合的目標(biāo)。針對這個(gè)目標(biāo)我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行實(shí)施：

1.重視緒論課的講述

緒論的講解是老師教學(xué)水平的第一次展示，也是學(xué)生了解該課程的窗口。通過對生活和工程實(shí)際應(yīng)用中學(xué)生比較熟悉的流體力學(xué)現(xiàn)象的講述，如大禹治水、都江堰水利工程、銅壺滴漏、古羅馬的供水管道系統(tǒng)等等，讓學(xué)生覺得這門課既有趣又有用，讓學(xué)生知道生活中的很多現(xiàn)象和流體力學(xué)有關(guān)，而且應(yīng)用非常廣泛，從而激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)該課程的欲望，為學(xué)好流體力學(xué)打下基礎(chǔ)。

《流體力學(xué)》教科書中有大量以著名科學(xué)家命名的公式和定理，如歐拉方程、拉格朗日積分、納維-斯托克斯方程、雷諾公式、普朗特邊界層等等，在緒論課上，我們以這些科學(xué)家的生平、主要學(xué)術(shù)成就和他們的奮斗史為引導(dǎo)，以年代為主線，告訴學(xué)生流體力學(xué)理論、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展歷程，注重科學(xué)精神、人文知識在學(xué)生知識體系中的嵌構(gòu)。

2.重視理論聯(lián)系實(shí)際

流體力學(xué)的特點(diǎn)是概念多、邏輯性強(qiáng)、理論上較難理解，但流體力學(xué)的很多現(xiàn)象卻與生活和生產(chǎn)實(shí)際密切相關(guān)。在講授的過程中要理論聯(lián)系實(shí)際，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)上，要注意設(shè)計(jì)符合學(xué)生思維和心理的相關(guān)環(huán)節(jié)，讓他們在討論中有話想說，有話可說，增加趣味性。同時(shí)將生活中的例子和他們熟悉的概念引入流體力學(xué)課堂，利用生活中的流體力學(xué)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考，進(jìn)而在課堂上展開討論。比如在講解流體粘性時(shí)，比較水的粘性和蜂蜜粘性的區(qū)別;在講靜力學(xué)知識時(shí)，會講一些水庫垮塌事件，討論設(shè)計(jì)中的缺陷和施工中存在的問題等，使學(xué)生感到學(xué)習(xí)流體力學(xué)的重要性。

再比如很多學(xué)生喜歡踢足球和打乒乓球，可以借用足球中的香蕉球和乒乓球的旋轉(zhuǎn)球的例子來講述馬格努斯效應(yīng)。這些生活中的小常識和原理會激發(fā)學(xué)生的興趣和思考。除此之外，通過伯努利原理還可以解釋為什么高爾夫球表面是有凹坑的，飛機(jī)為什么會飛上天，大雁為什么會排成人字形飛行等等問題。在講解蘭金組合渦時(shí)，可以讓學(xué)生思考“為什么龍卷風(fēng)會把物體吸入其中”，“臺風(fēng)中心地區(qū)為什么是風(fēng)平浪靜的”等問題，進(jìn)而講解模型的速度和壓力分布來解釋這些現(xiàn)象。此外，例如閥門的設(shè)計(jì)，空調(diào)出風(fēng)口的設(shè)計(jì)，沖水馬桶的設(shè)計(jì)，汽車流線的設(shè)計(jì)等等，都要運(yùn)用到流體力學(xué)知識。利用這些平時(shí)熟悉的知識，使課堂教學(xué)更生動，更有意義。

3.靈活多樣的課堂教學(xué)形式

我們改變傳統(tǒng)的僅以理論講授為主的教學(xué)方法，同時(shí)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容做出調(diào)整，將教學(xué)內(nèi)容分為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩部分。理論教學(xué)是流體力學(xué)的核心內(nèi)容，要采用理論精講加課堂研討的教學(xué)方法，在每一部分的教學(xué)內(nèi)容中設(shè)計(jì)討論環(huán)節(jié)，以加強(qiáng)學(xué)生對知識的理解。在采用我校自編的教材《流體力學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用》的基礎(chǔ)上，選用公開發(fā)表的其它高水平流體力學(xué)教程和文獻(xiàn)，與教材互相補(bǔ)充。

在理論講解部分刪繁就簡，突出重點(diǎn)，不追求講授內(nèi)容多、面面俱到，而是追求內(nèi)容精煉、重點(diǎn)突出，部分內(nèi)容可留給學(xué)生自學(xué)研討。適當(dāng)略去繁難的公式推導(dǎo)，將精力集中在基本概念、公式成立的基本原理、重點(diǎn)公式所包含的物理意義、應(yīng)用條件和各項(xiàng)參數(shù)的介紹上。這樣處理可以讓學(xué)生有了獨(dú)立思考自學(xué)的機(jī)會，老師有了更多的時(shí)間講解重要的概念和原理。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過精心設(shè)計(jì)兩個(gè)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和一個(gè)分層流水槽實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉流體力學(xué)軟件的基本使用方法。在授課的過程中，注意設(shè)計(jì)一些教學(xué)環(huán)節(jié)用于討論并現(xiàn)場由學(xué)生解答，老師負(fù)責(zé)組織、研討、分析和總結(jié)，增加學(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，通過教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)效果很好。另外，在教學(xué)過程中穿插一些結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的學(xué)術(shù)講座，如《流體力學(xué)與現(xiàn)代生活》、《高性能計(jì)算在流體力學(xué)中的應(yīng)用》、《流體力學(xué)與空氣動力學(xué)》等，使學(xué)生了解流體力學(xué)的發(fā)展前沿，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

4.課內(nèi)外學(xué)法指導(dǎo)

學(xué)前準(zhǔn)備是實(shí)施個(gè)性化教育的前提，在開課之前，老師就組織教學(xué)聯(lián)席會，了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和性格特點(diǎn)，以便在教學(xué)過程中做到心中有數(shù)，給予針對性指導(dǎo);指導(dǎo)學(xué)生開展課前預(yù)習(xí)是成功教學(xué)的關(guān)鍵，每次課程開始時(shí)的上節(jié)內(nèi)容的回顧和復(fù)習(xí)，都由學(xué)生上講臺自行組織和講授，這與課前指導(dǎo)密不可分;每次課程教學(xué)結(jié)束前的本次課程內(nèi)容小結(jié)，也由學(xué)生上來總結(jié)和梳理。同時(shí)結(jié)合課程布置一些主題明確，難度適中的思考題，也有利于學(xué)生拓展思路，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)精神;課外輔導(dǎo)答疑也是教學(xué)的關(guān)鍵步驟，在每章教學(xué)結(jié)束后會我們都會安排兩次答疑課對知識進(jìn)行梳理和總結(jié)，解答學(xué)生疑問。由于課內(nèi)教學(xué)的課時(shí)很緊，我們在最后數(shù)值模擬階段又安排了3-4次課外輔導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算流體力學(xué)軟件，解決他們在數(shù)值模擬時(shí)遇到的問題，使他們盡快掌握并熟練運(yùn)用。

5.多媒體和板書的配合

流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容中有許多的公式和方程，其推導(dǎo)的過程用板書的形式來講授更加符合人們的邏輯思維習(xí)慣，也比較易于被學(xué)生接受。而流體力學(xué)中的很多自然現(xiàn)象和實(shí)際問題又需要用動畫和視頻來展現(xiàn)，所以我們采用板書和多媒體課件相結(jié)合的教學(xué)手段。

在講解原理、公式和方程時(shí)，我們多以板書為主，多媒體為輔。我們首先用PPT給出所講公式或方程的條件和示意圖，這樣可以省去寫板書的時(shí)間，然后涉及到公式推導(dǎo)時(shí)，就使用板書的形式進(jìn)行講解，同時(shí)提出一些問題讓學(xué)生思考。通過這種方式，學(xué)生可以跟著老師的思路和板書一同進(jìn)行思考和消化，更有利于學(xué)生對所學(xué)公式的理解和掌握。同樣在講解試題的時(shí)候，我們也是先用PPT給出題目和示意圖，然后再板書求解，最后的結(jié)論和分析又可以用PPT給出，這種板書和PPT相結(jié)合的方法會使學(xué)生印象深刻，便于理解。

在講到工程應(yīng)用和實(shí)例現(xiàn)象時(shí)，我們多采用PPT放映動畫和視頻的形式，這比用語言描述流動現(xiàn)象更生動，更便于理解。流體力學(xué)的課程特點(diǎn)就是抽象難懂，如果是公式和原理的直白講授，學(xué)生對知識點(diǎn)就沒有直觀的感性認(rèn)識，很難達(dá)到教學(xué)目的。因此當(dāng)課堂上講到各種實(shí)例的時(shí)候，采用動畫、視頻和多媒體教學(xué)課件等輔助教學(xué)手段，不僅減少了教師的工作量，而且可以形象逼真重現(xiàn)各種現(xiàn)象。教師用最簡單的語言，就可以把復(fù)雜的流動現(xiàn)象和原理解釋清楚了。

6.信息化手段的應(yīng)用

我們以流體力學(xué)學(xué)科專業(yè)網(wǎng)站為平臺，建立并正在完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，包括教學(xué)公告、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)計(jì)劃、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)重點(diǎn)、參考資料和一系列微課等信息資源，學(xué)生可以在該網(wǎng)站上了解流體力學(xué)最新研究動向和研究熱點(diǎn)問題，作為知識的拓展和延伸。同時(shí)擬進(jìn)一步完善和學(xué)生討論交流的相關(guān)板塊，給學(xué)生營造一個(gè)全方位、直觀的信息空間。教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完美結(jié)合是現(xiàn)代信息社會中教學(xué)手段的根本性改革。通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教與學(xué)的互動，不受空間和時(shí)間的限制，是一種社會性、全民性的學(xué)習(xí)形式，為加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了現(xiàn)實(shí)可能。

三、結(jié)束語

對流體力學(xué)這門課教學(xué)方法和教學(xué)手段的不斷探索和創(chuàng)新，是培養(yǎng)知識型高技能人才的必然要求，也是軍隊(duì)綜合性大學(xué)人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型的迫切需要。只有不斷完善和更新自己的教學(xué)方法，充分利用各種教學(xué)手段，取長補(bǔ)短，教學(xué)相長，才能更好的上好這門課。

參考文獻(xiàn)：

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