面向環(huán)境工程新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的流體力學(xué)教學(xué)模式改革

米鐵 劉延湘 黃芳

摘 要 流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課。學(xué)生常有這樣的反映流體力學(xué)難學(xué)。作為講授流體力學(xué)的教師，認(rèn)為流體力學(xué)的“難”主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是流體力學(xué)涉及的知識(shí)較廣，如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等知識(shí);二是流體力學(xué)比較抽象，理解起來(lái)有難度，加之粉筆+黑板滿堂灌的教學(xué)模式單一，致使學(xué)生感到枯燥難懂，從而厭學(xué)或放棄。2011年，湖北省教育廳批準(zhǔn)江漢大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)施戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)人才（工業(yè)煙塵污染控制）培養(yǎng)計(jì)劃?；诃h(huán)境工程專業(yè)新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，結(jié)合學(xué)校的課程教學(xué)改革精神，實(shí)施流體力學(xué)課程教學(xué)方法與教學(xué)模式改革。在本文中將課程改革實(shí)踐中一些經(jīng)驗(yàn)與心得分享，希望能拋磚引玉，對(duì)同行有所借鑒。

關(guān)鍵詞 流體力學(xué) 教學(xué)改革 教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.01.075

Abstract Fluid mechanics is professional basic course and difficult to learn for students of environmental engineering specialty. The difficulty of learning fluid mechanics is in two ways：? Firstly， fluid mechanics involves a wide range of knowledge， such as advanced mathematics and physics; secondly， some concepts and theories in fluid mechanics is relatively abstract and difficult to be understood. In addition， the Traditional teaching mode such as chalk and blackboard is boring teaching mode， which makes students tire of learning or give up. In 2011， Strategic emerging industry talents training program （Industrial Flue and Dust Pollution Control） in environmental engineering specialty of Jianghan University was approved by Hubei Provincial Department of Education. Based on the requirements of training talents in emerging industries of environmental engineering specialty， combined with the requirements of curriculum teaching reform of Jianghan University， the author shares and experience in the practice of fluid mechanics teaching method and teaching mode reform， hoping to offer some reference.? The reform of teaching methods and modes of fluid mechanics were carried out and some experience were shared to peers in the paper.

Keywords fluid mechanics; teaching reform; teaching mode

1 完善基于環(huán)境工程新興產(chǎn)業(yè)人才能力培養(yǎng)的課程設(shè)置及內(nèi)容體系

江漢大學(xué)自1983年創(chuàng)辦環(huán)境保護(hù)專業(yè)至今已有近40年歷史，在培養(yǎng)環(huán)境工程高素質(zhì)應(yīng)用型人才方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。然而，環(huán)境工程產(chǎn)業(yè)班屬于新興事物，人才培養(yǎng)體系中還缺乏與環(huán)境工程產(chǎn)業(yè)班人才培養(yǎng)目標(biāo)體系相適應(yīng)的課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)體系。新的培養(yǎng)計(jì)劃制定著力強(qiáng)化“全面發(fā)展、整體優(yōu)化、個(gè)性發(fā)展、突出應(yīng)用”等四項(xiàng)原則，課程設(shè)置突出為戰(zhàn)略性新興（支柱）產(chǎn)業(yè)服務(wù)的特色。因此，需對(duì)以培養(yǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)人才為核心的課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)體系做更深層次的探索和完善。

為此，通過(guò)調(diào)研走訪在漢環(huán)境工程類知名企業(yè)，結(jié)合相關(guān)工程專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜易勛稍冎贫藚^(qū)別于學(xué)校現(xiàn)有環(huán)境工程專業(yè)的課程體系與人才培養(yǎng)方案。增設(shè)氣溶膠力學(xué)、工業(yè)煙塵污染防治技術(shù)、脫硫脫硝技術(shù)，安全系統(tǒng)工程、氣體催化凈化、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，電器控制與PLC等課程。

在完善相應(yīng)的課程結(jié)構(gòu)設(shè)置后，基于工業(yè)煙塵污染控制領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)，要求各個(gè)主干課程教材及教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)調(diào)整;主干課程至少拿出50%的教學(xué)學(xué)時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)組織形式等領(lǐng)域深化改革，完善和細(xì)化教學(xué)方案，充分激發(fā)學(xué)生在教學(xué)中的主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

為響應(yīng)上述要求，通過(guò)教材篩選，選擇蔡增基，龍?zhí)煊逯骶幍摹傲黧w力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)”（中國(guó)建筑工業(yè)出版社）作為環(huán)境工程產(chǎn)業(yè)班流體力學(xué)課程教材。作為一門有64學(xué)時(shí)的理論基礎(chǔ)課，按照要求，意味著將要拿出32個(gè)課時(shí)，打破以往的教學(xué)常規(guī)來(lái)進(jìn)行課程教學(xué)模式改革。在初聽(tīng)到安排的那瞬間，心里的的確確是十分迷茫與不自信。在接受任務(wù)后一段時(shí)間里，腦子里一直思考的是“從何處改？如何改？”的問(wèn)題。從2005年開(kāi)始講授流體力學(xué)以來(lái)，一直都是按照“流體力學(xué)與流體機(jī)械”課程教學(xué)大綱要求與章節(jié)內(nèi)容組織教學(xué)，也早已習(xí)慣了那種按部就班的教學(xué)方法。因此，也的的確確需要對(duì)以往的這種教學(xué)方法進(jìn)行一次有益的梳理與總結(jié)，即如何從新教學(xué)模式中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我也切切實(shí)實(shí)感受到新的學(xué)期的教學(xué)模式改革是一片從未觸碰的領(lǐng)域，那么一切都得重新構(gòu)思，一切有待精心地再準(zhǔn)備。對(duì)此，我有所期待，期待通過(guò)自己的努力，在新學(xué)期能有更好的教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容以及靚麗的課程教學(xué)改革的成果。

2 改變教學(xué)思維定式，精心組織教學(xué)素材，上好第一堂課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

良好的開(kāi)頭等于成功的一半。課堂教學(xué)何嘗不是如此。一門課程良好的開(kāi)端會(huì)使學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)充滿憧憬與期待。因此，緒論課上得好不好，關(guān)系到能否激發(fā)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣，也是對(duì)整個(gè)課程教學(xué)模式成功與否至關(guān)重要。因此，必須精心準(zhǔn)備第一堂課的教學(xué)，以期通過(guò)第一堂課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的歷史發(fā)展過(guò)程、研究?jī)?nèi)容有大致了解，并希望通過(guò)第一堂課的講授，能使學(xué)生深切感受到流體力學(xué)與我們?nèi)粘５纳?、我們所從事的專業(yè)以及國(guó)家的科技發(fā)展密不可分，進(jìn)而在思想認(rèn)識(shí)上提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的自覺(jué)性、主動(dòng)性與積極性。

為此，期望通過(guò)一些直觀有趣的，身邊隨時(shí)可見(jiàn)的事例來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)視頻等多媒體形式展示現(xiàn)代流體力學(xué)的新發(fā)展及其對(duì)環(huán)境工程領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，使學(xué)生對(duì)該課程有一個(gè)比較全面的了解。利用寒假的時(shí)間，去武漢科技館拍攝了相關(guān)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)演示視頻，去漢陽(yáng)王家灣21世紀(jì)商業(yè)中心大廳里的滾動(dòng)的風(fēng)水球視頻，整理了以前拍攝和搜集相關(guān)流體力學(xué)視頻作為第一堂課中風(fēng)味不同的教學(xué)佐料。

第一次課，從國(guó)家唯一的、設(shè)在江漢大學(xué)的高爾夫?qū)W院，談到高爾夫球運(yùn)動(dòng)及高爾夫球表面凹凸與流體力學(xué)的關(guān)系;從武漢的著名網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員李娜談到表面毛絨的網(wǎng)球、從學(xué)生喜愛(ài)的足球運(yùn)動(dòng)談到馬拉多納的香蕉球、談到兵乓球中的弧圈球，從與環(huán)境保護(hù)相關(guān)的洗云船的構(gòu)思目的，再到滾動(dòng)的風(fēng)水球的視頻，于是，引出了這樣一個(gè)設(shè)問(wèn)：那么在日常所見(jiàn)的這些現(xiàn)象中，誰(shuí)注意到了他們背后內(nèi)在的原理嗎？這些問(wèn)題一提出，學(xué)生們都有所思索，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生參與討論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣。

教學(xué)實(shí)踐表明：通過(guò)喜聞樂(lè)見(jiàn)的視頻形式的列舉不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還活躍了課堂氣氛，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的渴望與期待。

3 突破教材編排內(nèi)容框架，有機(jī)組織相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，處理好經(jīng)典公式推導(dǎo)的邏輯關(guān)系

“流體力學(xué)”這門課涉及到高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、材料力學(xué)等方面的知識(shí)。然而，以往的流體力學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)為專業(yè)服務(wù)，對(duì)流體力學(xué)基本理論與基本方法介紹不夠。因此，為加強(qiáng)對(duì)學(xué)生基本理論的教育與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在基本理論教學(xué)方面需要遵循繁簡(jiǎn)恰當(dāng)，突出基本概念與基本原理的教學(xué)原則，既能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)流體力學(xué)的同時(shí)，重溫高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的多元函數(shù)微積分與向量微積分的知識(shí)，又能適當(dāng)略去一些細(xì)枝末節(jié)，進(jìn)而加深學(xué)生對(duì)基本公式建立的基本原理及其適用條件的理解與掌握。

在介紹流體靜止平衡微分方程與流體靜力學(xué)方程，流體運(yùn)動(dòng)微分方程與伯努利方程時(shí)，按照上述方程的內(nèi)在聯(lián)系，將教材中的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合。例如，在講授流體靜力學(xué)基本方程時(shí)，打破教材中的章節(jié)安排，將教材編排與第七節(jié)的流體靜止平衡微分方程[3]推導(dǎo)提前講授，在闡述該方程的物理意義的基礎(chǔ)上，通過(guò)功與能關(guān)系，推導(dǎo)流體靜力學(xué)基本方程。在講授伯努利方程之前，將理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程提前講授，同樣通過(guò)功與能量的關(guān)系，推導(dǎo)伯努利方程。這種方法不但強(qiáng)化了流體力學(xué)知識(shí)的邏輯性、嚴(yán)密性與完整性，而且還提高了學(xué)生對(duì)能量方程的物理意義的掌握程度。

在講授第五章孔口、管嘴和管路流動(dòng)時(shí)，針對(duì)以前所學(xué)內(nèi)容，略講基本推導(dǎo)，進(jìn)而強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)作用水頭概念的理解與掌握。使得學(xué)生在理解作用水頭概念的基礎(chǔ)上，去掌握它們的流量公式。在講授虹吸現(xiàn)象時(shí)，從沖水馬桶、病人洗胃等日常所見(jiàn)去理解虹吸現(xiàn)象，并通過(guò)設(shè)問(wèn)“如果不考慮阻力，在通常狀況下，虹吸管的最大安裝高度是多少”來(lái)進(jìn)一步理解虹吸管的正常工作條件。

4 優(yōu)化習(xí)題結(jié)構(gòu)與內(nèi)容，拓寬部分教學(xué)內(nèi)容，提高重要概念雙語(yǔ)化水平

典型、適量的例題講解與習(xí)題訓(xùn)練也是檢驗(yàn)流體力學(xué)教學(xué)改革是否成功的關(guān)鍵因素。對(duì)此，在課程教學(xué)改革中，不僅在課堂上講授了與重要知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的典型例題，而且還在構(gòu)思與收集了諸如填空、選擇、判斷、問(wèn)答及計(jì)算題提供給學(xué)生進(jìn)行課后訓(xùn)練，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)重要知識(shí)點(diǎn)的掌握。

針對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)與合作企業(yè)對(duì)工業(yè)煙塵污染控制知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求，拓寬教學(xué)內(nèi)容，講授與氣溶膠物理學(xué)等相關(guān)的流體力學(xué)基礎(chǔ)理論（選用教材第八章勢(shì)流理論），以氣溶膠氣固分離的過(guò)濾技術(shù)為例講授其中的基本理論，將簡(jiǎn)單的工程應(yīng)用實(shí)例穿插于教學(xué)內(nèi)容之中，使得學(xué)生學(xué)到解決相應(yīng)環(huán)境工程問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提升學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基礎(chǔ)理論在專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的重要性。

流體力學(xué)中涉及的概念術(shù)語(yǔ)很多，對(duì)課程講授中所涉及的概念全部采用雙語(yǔ)教學(xué)。尤其是在講授教材第七章，第八章時(shí)，所講授內(nèi)容采用雙語(yǔ)講授。使學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的基本概念的英語(yǔ)描述也有了一定程度的提高。

5 結(jié)語(yǔ)

契合戰(zhàn)略性新興人才培養(yǎng)計(jì)劃的要求，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與形式等方面實(shí)施流體力學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐，使我體會(huì)到教改帶給我的教學(xué)相長(zhǎng)的自豪。雖然，有初時(shí)的抵觸與迷茫，也有獲得一些成效的喜悅，但也有很多的不足之處需要在以后的教學(xué)實(shí)踐中逐漸彌補(bǔ)?？傊?，課程教學(xué)改革的實(shí)踐探索是可取的，對(duì)于發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，著力提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力具有很好的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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