以工程實例為導(dǎo)向的流體力學(xué)教學(xué)模式改革初探

吳迪　宋維源　孫可明

摘要 流體力學(xué)課程內(nèi)容知識點抽象、計算公式較多，致使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中對所學(xué)內(nèi)容理解不夠深刻。針對流體力學(xué)課程授課過程中存在的此類問題，提出以工程實例為導(dǎo)向的課程教學(xué)模式改革，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合工程背景深刻理解所學(xué)知識點，為提高流體力學(xué)課程教學(xué)效果提供一種有效的教學(xué)思路。

關(guān)鍵詞 流體力學(xué) 工程實例 教學(xué)模式改革

0引言

“流體力學(xué)”課程是工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，綜合了張量、場論、復(fù)變函數(shù)、數(shù)值方法等數(shù)學(xué)知識，在水利、土木、建筑和熱能等工程技術(shù)領(lǐng)域中都涉及許多流體力學(xué)問題。目前許多高校教師在講授該門課程時還是采用傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的單向傳授方式，課堂中注重基本概念的講解和公式的推導(dǎo)，課堂教學(xué)與實驗教學(xué)環(huán)節(jié)聯(lián)系較弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)過程中對所學(xué)知識點理解不夠深刻，逐漸失去了學(xué)習(xí)興趣。因此此次教學(xué)模式改革提出以工程實例為導(dǎo)向，在授課中采用工程案例分析、增加實踐環(huán)節(jié)和第二課堂等綜合形式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生積極性，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

1教學(xué)改革思路

第一，由于在流體力學(xué)教學(xué)過程中，知識點比較抽象，學(xué)生難理解。因此，打破以往“滿堂灌”式授課方式，針對某些重要知識點，首先教師課前布置任務(wù)，學(xué)生初步了解課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題和主觀學(xué)習(xí)能力。在授課過程中，教師針對課堂講授的內(nèi)容，運用多媒體教學(xué)方式，向?qū)W生展示圖片、視頻、動畫等信息，比傳統(tǒng)方式更直觀、更容易被學(xué)生接受，與傳統(tǒng)板書教學(xué)方式相結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，尤其對于推導(dǎo)繁瑣公式，教師運用多媒體方式可以強(qiáng)化學(xué)生的理解。并且，教師應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，通過工程案例分析和討論等方法，講授某些特定知識點對應(yīng)的工程問題，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)課程的興趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)的主觀能動性，加深學(xué)生對該課程內(nèi)容的理解和認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生分析流體力學(xué)問題和建立相應(yīng)模型和分析計算的能力。學(xué)生通過工程案例分析，可以理解不同流態(tài)流體所對應(yīng)的工程背景及其理論基礎(chǔ)，利用課堂所學(xué)理論知識總結(jié)其流動規(guī)律。課中針對某重要知識點，教師布置相關(guān)綜合訓(xùn)練內(nèi)容，學(xué)生自主完成綜合報告，在此過程中學(xué)生能夠充分理解相關(guān)知識點，建立知識體系，掌握該知識點在實際工程中應(yīng)用，并能夠在實際生產(chǎn)生活中合理運用該知識點。另外，對于某些特殊的知識點，教師還可以從學(xué)生的生活經(jīng)驗出發(fā)，列舉生活中的流體力學(xué)問題，聯(lián)系生活進(jìn)行講授，具體內(nèi)容為：

第二，通過理論與實踐相結(jié)合的方式，在保證課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，采用多種形式的實踐活動，增加實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)是理論與實踐相結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的重要環(huán)節(jié)，鞏固所學(xué)基礎(chǔ)理論，能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識，培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力。在學(xué)校工科專業(yè)，實驗教學(xué)顯得尤為重要。在實驗的教學(xué)過程中，為使學(xué)生更好地掌握重點和難點，加深學(xué)生對實驗操作技能的掌握，采用“教”、“學(xué)”、“做”相結(jié)合的教學(xué)方法，以精講多練為主。在實驗操作之前，讓學(xué)生理解實驗流程中的每一步驟，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，對知識的重點和難點有進(jìn)一步的理解。此外，在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，重視培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，為學(xué)生提供創(chuàng)新空間。學(xué)生通過工程流體力學(xué)實驗，直觀明了地觀察不同流態(tài)的流動現(xiàn)象，量測不同流態(tài)的流動參數(shù)，分析其流動特點，再與理論相結(jié)合總結(jié)流動規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性與創(chuàng)新性，為學(xué)生將來更好地投入工程實際奠定基礎(chǔ)。

第三，采用工程性質(zhì)形式的試題幫助學(xué)生掌握知識點及其應(yīng)用。同時，授課時增加課堂對話、采用互動式教學(xué)方法，及時了解學(xué)生掌握情況并對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。另外，開設(shè)理論學(xué)習(xí)和實踐操作的第二課堂，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并加大課外作業(yè)量，使學(xué)生通過作業(yè)消化課堂教學(xué)內(nèi)容，每次作業(yè)批改結(jié)束后，通過習(xí)題課幫助學(xué)生辨析原理理解的誤區(qū)、概念混淆之處等習(xí)題中出現(xiàn)的問題。任課教師定期進(jìn)行教學(xué)研討，對教學(xué)中的難點、重點進(jìn)行討論，群策群力，尋求好的解決方法。平時注意收集教學(xué)中的難點、重點問題，組織老師進(jìn)行研究，在教學(xué)研討時集中交流。

2教學(xué)組織過程

2.1課堂講授

以學(xué)生為中心，以教師為導(dǎo)學(xué)、助學(xué)為主，利用工程案例分析、生活實例和小組討論等形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)參與熱情與積極性。課前布置工程案例分析，學(xué)生自行查閱資料，課堂上分組討論，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生主動獲取已有知識和創(chuàng)造新知識的能力。以工程問題為主線，提出與之相互對應(yīng)的課程內(nèi)容，進(jìn)而解釋課程內(nèi)容的性質(zhì)、原理以及適用條件，總結(jié)解決此類工程問題的方法和規(guī)律，使得學(xué)生對于知識點內(nèi)容的理解更加生動具體。

2.2增加實踐環(huán)節(jié)

本專業(yè)流體力學(xué)課程共64學(xué)時，此次教學(xué)模式改革準(zhǔn)備通過理論與實踐相結(jié)合的方式，融入實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)體系中實驗環(huán)節(jié)為輔助教學(xué)部分，各實驗互相獨立，綜合性不強(qiáng)，造成學(xué)生被動學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較差。目前學(xué)校擁有兩個流體力學(xué)實驗室，不僅可以開展流體力學(xué)基礎(chǔ)演示實驗，學(xué)生還可以動手參與伯努利方程實驗、畢托管測速實驗等相關(guān)實驗。在實驗操作過程中，結(jié)合工程中流體流動問題，學(xué)生能夠更加直觀明了地觀察到流體處于不同工程問題中所對應(yīng)的流動現(xiàn)象和規(guī)律，量測不同流態(tài)的流動參數(shù)，進(jìn)而結(jié)合課堂講授的內(nèi)容驗證實踐結(jié)果。同時，教師應(yīng)為學(xué)生留有一定空間，學(xué)生可以在充分理解所需知識內(nèi)容的基礎(chǔ)之上，開展創(chuàng)新型實驗設(shè)備的設(shè)計，這一過程充分調(diào)動學(xué)生科學(xué)研究熱情，突出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題并解決問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S及創(chuàng)新能力。

2.3第二課堂

流體力學(xué)課程包括流體靜力學(xué)、流體運動學(xué)和流體動力學(xué)三大部分，課程講述內(nèi)容較多。針對這種知識內(nèi)容多而學(xué)時短的情況，此次課程建設(shè)增加理論第二課堂和實踐第二課堂。對于理論學(xué)習(xí)第二課堂，學(xué)生可通過微信或QQ等網(wǎng)絡(luò)通訊工具，隨時給授課教師留言或在線溝通，說明不懂的知識點，教師可以在網(wǎng)上給予學(xué)生詳細(xì)的解答，既利用了課余時間答疑，又為同學(xué)提供了方便，同時又解決了課程學(xué)時的限制，極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。實踐第二課堂主要體現(xiàn)在實驗室全天開放制度，在保證學(xué)生一定數(shù)量的前提下，學(xué)生可提前預(yù)約做實驗。這樣學(xué)生就有充足的時間來完成實驗過程，既豐富了學(xué)生的課余生活，又充分地培養(yǎng)了學(xué)生自己動手的能力。

2.4增加綜合訓(xùn)練

針對重點章節(jié)知識點，如伯努利方程、N-S方程等，結(jié)合工程案例，教師布置綜合訓(xùn)練任務(wù)。學(xué)生通過上網(wǎng)、借閱相關(guān)書籍，獲取相關(guān)資料并獨立深入學(xué)習(xí)分析，再與小組成員討論，集思廣益，進(jìn)而理解工程案例中方程應(yīng)用原理，并與所學(xué)理論知識相聯(lián)系，掌握相關(guān)知識點及模型建立方法，集中答辯匯報所學(xué)知識內(nèi)容和實驗數(shù)據(jù)。通過綜合訓(xùn)練，學(xué)生可以構(gòu)建相關(guān)知識體系，并聯(lián)系工程實際，將其融會貫通，真正實現(xiàn)“理論聯(lián)系實際”。在此過程中，也培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊合作、人際交往、自主探究、分析問題、解決問題及應(yīng)用實踐的能力。

2.5考核方式改革

對于流體力學(xué)課程考核方式，應(yīng)注重教學(xué)過程中的質(zhì)量控制，主要采取課堂考核、實驗考核和期末考核相結(jié)合的形式，加大平時成績所占比重，課堂考核主要包括工程案例分析大作業(yè)、課堂考試、出勤和課堂提問等形式；實驗考核以培養(yǎng)學(xué)生動手能力為主，重點考核學(xué)生的實踐操作能力和創(chuàng)新能力，如能設(shè)計出工程方面的創(chuàng)新型實驗裝置可以加分；期末考試就是學(xué)生的卷面成績。

3結(jié)語

流體力學(xué)授課過程中結(jié)合工程實例的講解，同時結(jié)合實踐環(huán)節(jié)和第二課堂，有助于學(xué)生對所學(xué)知識點有更深入的理解，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)此門課程的積極性，提高流體力學(xué)教學(xué)效果，為學(xué)生將來從事相關(guān)專業(yè)工作或考研打下良好的基礎(chǔ)。

★基金項目：遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究一般項目（遼教發(fā)[2014]123號，IJPRP20140204）