“流體動力學”教學內(nèi)容及考核方法研究

[摘 要]流體動力學的發(fā)展動力是生產(chǎn)的發(fā)展和需要，它的任務就是解決科學研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遇到的有關(guān)流體流動的問題。流體動力學教學內(nèi)容及考核方法改革的目標：各高校應該根據(jù)自身辦學等條件，注意優(yōu)化整合教學資源，注重理論教學融入實驗教學的思想，在教學內(nèi)容設計、教學方法手段、考核方式方面，應在一定上程度上突出學生的主體作用，建立良好教學氛圍，提高學生學習的主動性，培養(yǎng)學生熱愛科學、積極創(chuàng)新的思想和素質(zhì)，真正使流體動力學這門課程起到從基礎理論到工程實際應用的橋梁作用，為學生后續(xù)的專業(yè)學習打下良好的基礎。

[關(guān)鍵詞]流體動力學 教學內(nèi)容 考核方式 改革 橋梁作用

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）06-0117-02

流體動力學的發(fā)展動力是生產(chǎn)的發(fā)展和需要，它的任務就是解決科學研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遇到的有關(guān)流體流動的問題。因此，流體動力學涉及的技術(shù)部門較多，除了航空、水利之外，還涉及機械、動力、航海、冶金、建筑、環(huán)境等技術(shù)部門。[1]同樣，流體動力學作為高等學校一門專業(yè)基礎理論課程，所涉及的專業(yè)領域也較多，對各專業(yè)的多門后續(xù)課程的學習都有著重要的影響。流體動力學具有理論不易掌握、概念多而抽象、難以理解、易混淆、對高等數(shù)學知識要求高等特點。如果學生的高等數(shù)學知識薄弱，更容易造成“教師難教，學生難學”的現(xiàn)象。[2] [3]國內(nèi)外學者在流體動力學課程教學方法改革方面做了較多的探討和研究。[4] [5] [6] 而且，流體動力學理論性較強，但并非純理論課程，它與工程實際是息息相關(guān)的?；诖?，筆者根據(jù)流體動力學教學、設計及科研經(jīng)驗，就流體動力學教學內(nèi)容及考核方法方面的改革進行了研究。

針對流體動力學課程的特點以及教學過程中普遍存在的問題，本文首先明確了流體動力學教學內(nèi)容及考核方法改革的目標：各高校應該根據(jù)自身辦學等條件，注意優(yōu)化整合教學資源，注重理論教學融入實驗教學的思想，在教學內(nèi)容設計、教學方法手段、考核方式方面，應在一定程度上突出學生的主體作用，建立良好教學氛圍，提高學生學習的主動性，培養(yǎng)學生熱愛科學、積極創(chuàng)新的思想和素質(zhì)，真正使流體動力學這門課程起到從基礎理論到工程實際應用的橋梁作用，為學生后續(xù)的專業(yè)學習打下良好的基礎。

一、教學內(nèi)容

（一）理論教學內(nèi)容

在理論教學內(nèi)容設計方面，可以將理論教學內(nèi)容分為基本理論模塊、專業(yè)關(guān)聯(lián)模塊、理論拓展模塊、創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)模塊四個模塊。這四個模塊分別具有以下的含義：

（1）基本理論模塊：由流體動力學這門課程中最基本的理論、技能構(gòu)成，具有通識性。

（2）專業(yè)關(guān)聯(lián)模塊：由流體動力學這門課程中與專業(yè)直接關(guān)聯(lián)內(nèi)容，或者與后續(xù)的專業(yè)學習相關(guān)聯(lián)的，利用基礎理論解決實際問題的理念和方法構(gòu)成，是體現(xiàn)流體動力學這門課程，起到從基礎理論到工程應用橋梁作用的主要模塊。

（3）理論拓展模塊：由流體動力學這門課程中與本專業(yè)關(guān)聯(lián)度相對較小，但是概念更抽象、難度更大，有利于拓寬學生知識面、培養(yǎng)學生抽象思維能力的內(nèi)容構(gòu)成。

（4）創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)模塊：由流體動力學這門課程中有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新的思維、創(chuàng)新的技能、創(chuàng)新的理論研究方法，甚至有利于人文素質(zhì)教育的內(nèi)容構(gòu)成。

模塊的劃分應細化到每一個章節(jié)，并且明確在每個章節(jié)的權(quán)重，這樣可使教師明確地把握每一個章節(jié)的教學目標和培養(yǎng)目標。同時，學生也能夠掌握每一個章節(jié)的學習目標。如果學生在某一章節(jié)學習上出現(xiàn)問題，教師和學生能夠及時發(fā)現(xiàn)是在哪個模塊上出現(xiàn)了問題，這有利于教師及時改進教學方法，學生及時改進學習方法，及時解決問題，不至于出現(xiàn)問題堆積，影響學生對課程的學習的情況。而且，我們也應注意到，針對教材而言，每一章節(jié)的內(nèi)容與內(nèi)容之間都有著承上啟下、相互關(guān)聯(lián)的特點，當然，各章節(jié)之間也有一定聯(lián)系，在理論以及涉及的概念的深度方面也是逐步遞增的。因此，在講授過程中，還應注意同一內(nèi)容多模塊化，以及模塊與模塊之間的關(guān)聯(lián)性，明確模塊之間的關(guān)聯(lián)點，而不能將模塊孤立化，往往造成只見樹木、不見森林的不良后果，使學生對每一部分的內(nèi)容都了解得透徹，但由于不了解相互之間的關(guān)系，從而限制本課程學習過程中的理論拓展。例如：在講授“描述流體運動的兩種方法”的過程中，涉及兩個內(nèi)容：拉格朗日法和歐拉法?；诒疚牡慕虒W內(nèi)容模塊化思想，其模塊化形式如圖1所示：

圖1 ? 模塊構(gòu)建示意圖

從圖中可以看到，“拉格朗日法”內(nèi)容構(gòu)成基本理論模塊，而“歐拉法”內(nèi)容具有兩種模塊形式：基本理論模塊和創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)模塊。其構(gòu)成的原因有：（1） “歐拉法”不研究個別質(zhì)點的運動規(guī)律，而對流場進行分析和計算，它是流體動力學理論研究和工程應用的基礎;（2） “歐拉法”的提出是創(chuàng)新思想的體現(xiàn)，因為它超越了常規(guī)的描述固體運動的思維方法，“歐拉法”是基于“拉格朗日法”的換位思考，而它的意義卻遠遠超過了“拉格朗日法”。在這部分內(nèi)容的講授中，要注意模塊與模塊之間的關(guān)聯(lián)性，明確“拉格朗日法”與 “歐拉法”的關(guān)系，使學生能深入地理解“歐拉法”的思想以及相關(guān)的概念，為課程后續(xù)的學習打下良好的基礎。另一方面，可以針對學生的特點，借助“歐拉法”的換位思考法，起到培養(yǎng)學生人文素質(zhì)的作用，引導學生采用換位思考方法，正確地面對人生的問題，使自己的人生觀和道德觀得到升華。

（二）實驗教學內(nèi)容

由于流體動力學的研究方法主要有理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬三種，其中實驗是學生應用理論解決實際問題，進一步加深對概念理解的重要環(huán)節(jié)。因此，在流體動力學的理論教學中，應注意融入實驗教學的思想?；诖耍瑢嶒灲虒W內(nèi)容分為必做實驗模塊、選做實驗模塊、自行設計實驗模塊三個模塊。這三個模塊分別具有以下的含義：

（1）必做實驗模塊：由傳統(tǒng)驗證實驗構(gòu)成。

（2）選做實驗模塊：由教師設計的實驗，或者與流體動力學課程相關(guān)的科研實驗構(gòu)成。

（3）自行設計實驗模塊：由學生自行設計的實驗構(gòu)成。

其中，在選做實驗模塊的實施過程中，關(guān)鍵是注意了解學校與流體動力學課程相關(guān)的科研實驗臺架和主要的科研實驗內(nèi)容，優(yōu)化整合實驗教學資源。針對大部分高?，F(xiàn)有的條件，在自行設計實驗模塊的實施過程中具有一定的難度，但是可考慮利用先進的計算機技術(shù)，實現(xiàn)“虛擬實驗”，或者采用針對個別學生實施這部分實驗，然后再增加學生人數(shù)，逐步實現(xiàn)這一實驗模塊的教學。

二、教學方法手段

理論教學過程中以多媒體教學手段為主，多媒體課件的制作應結(jié)合本課程的教學規(guī)律，符合實際需要，將理論問題形象化，并注意將理論教學融入實驗教學和數(shù)值模擬的思想。

例如，“雷諾實驗”這部分內(nèi)容的理論教學中，多媒體的制作可采用動畫的形式演示實驗的基本過程和結(jié)果，將層流和紊流兩種流態(tài)形象地表現(xiàn)出來。同時，可以借助實際工程中的數(shù)值模擬結(jié)果，更形象地反映這兩種流態(tài)的特點和工程實際的應用。這樣既說明了實驗和數(shù)值模擬之間相輔相成，又將實驗教學和數(shù)值模擬的思想融入理論教學中，由此起到培養(yǎng)學生科學研究能力的作用。

三、考核方式方法

由于考核的目的在于助學和改進教學方法。因此，本課程的考核應在一定程度能夠發(fā)揮學生的主體作用，這樣有利于良好教學氛圍的營造，有利于師生雙向的交流。具體的考核方式有多種，綜合的考核方式應該更合理，但操作起來也更復雜，可以采用先試點后鋪開的途徑。目前，大多數(shù)高校主要采用平時成績和期末成績綜合考核的方法。平時成績通常包括考勤、作業(yè)、實驗。平時成績的考核應是考核中最重要的內(nèi)容，它是教師及時了解學生對該課程學習狀況、把握教學目標的關(guān)鍵。其中作業(yè)內(nèi)容的設計和要求是不可忽視的，例如，可以采用必做題、選做題，不是盲目地采用題海戰(zhàn)術(shù)，這有利于調(diào)動學生學習的主動性，同時使學生對每一章節(jié)的學習有的放矢。對作業(yè)中的解題步驟和圖的繪制都應該有明確的要求，這樣有利于工程師卓越素質(zhì)的培養(yǎng)?？傊?，平時成績的考核注重調(diào)動學生學習的主動性，培養(yǎng)工程師卓越素質(zhì)，同時培養(yǎng)學生利用知識分析問題的能力和創(chuàng)新能力，在考核內(nèi)容設計方面應該是考核目的的體現(xiàn)。

四、結(jié)語

流體動力學的學習對于學生后續(xù)專業(yè)基礎和專業(yè)課程的學習是非常重要的，作為一名優(yōu)秀的教師，應該在教學實踐過程中，不斷地總結(jié)、反思所授的課程，而且要注意針對學生的特點，不斷改進和完善教學方法，幫助學生學好課程，同時還應起到育人的作用。

[ 注 釋 ]

[1] 莫乃榕.工程流體力學[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.

[2] 閔春華.流體力學教學中學生學習興趣的培養(yǎng)[J].消費導刊，2009（18）：199.

[3] 吳光林.《流體力學》課程教學改革的思考[J].科技信息（科技教研），2008（14）：172-173.

[4] 于靖博，張文孝，李廣華.工程流體力學課程教學改革與實踐[J].裝備與制造技術(shù)，2011（11）：205-207.

[5] 王峰，王宏燕.建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)《流體力學》課程的教學改革[J].中國建設教育，2008（10）：12-12.

[6] 周滔.熱能動力專業(yè)《流體力學泵與風機》課程改革的基本思路[J].電力職業(yè)技術(shù)學刊，2009（4）：41-42.

[責任編輯：覃侶冰]

[收稿時間]2014-12-28

[基金項目]中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助（No.2011-IV-123）;校教研項目（No.2014409021）。

[作者簡介]歐陽莉（1967-），女，湖南長沙人，博士研究生，副教授，研究方向：傳熱與流動教學和研究。