習(xí)題教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)過程中的作用與啟發(fā)

黨鉀濤 岳建芝 馬曉然 李 剛 姚 森

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，河南 鄭州450002）

0 前言

流體力學(xué)是能源動力、化學(xué)工藝、礦物加工等工科專業(yè)的重要必修課，是本科生在完成物理、無機化學(xué)等基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)后，向本專業(yè)基礎(chǔ)課過渡的重要基礎(chǔ)類課程[1]。該課程主要講授流體的基本概念、流動的基本原理、靜力學(xué)以及動力學(xué)等知識。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)完成理論到實踐、單一知識到多元應(yīng)用的能力培養(yǎng)，具有進行工程案例的初步分析與設(shè)計的能力[2]。但是對于剛接觸專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)生來講，初次接觸抽象的流體流動與受力分析，新概念、新內(nèi)容、新公式較多，公式推導(dǎo)過程復(fù)雜，往往難以快速入門，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，教學(xué)效果差，影響了教學(xué)質(zhì)量，對進一步理解與學(xué)習(xí)專業(yè)知識造成嚴重影響[3]。近年來，針對課程模式設(shè)計單一、知識點難以掌握、課時縮減等問題，廣大流體力學(xué)教學(xué)工作者從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、新技術(shù)應(yīng)用以及課堂思政等多方面[4，5]進行了教學(xué)改革探索，提高了流體力學(xué)的教學(xué)效果。作為一門與工程實際聯(lián)系緊密的課程，習(xí)題教學(xué)是非常重要的環(huán)節(jié)[6]，督促學(xué)生完成課堂與課后習(xí)題，對學(xué)生理解概念，掌握公式，聯(lián)系實際有良好的助力，因此需要加強對習(xí)題課在流體力學(xué)教學(xué)改革中的作用的研究。

1 習(xí)題教學(xué)可促進學(xué)生對流體力學(xué)基本概念的掌握

流體力學(xué)中的基本概念往往言簡意賅，定義精準(zhǔn)，卻又具有抽象化的特點，導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生不能對概念實現(xiàn)一步到位的理解。通過老師課堂上的分析與講解，學(xué)生雖然能夠逐步加深對概念的掌握，但是距離熟練運用還有非常遠的距離。以筆者講解流體力學(xué)中壓力體的問題為例，多數(shù)學(xué)生初次面對教材中給出的壓力體概念“沿著二維曲面邊緣上每一點做自由液面（或自由液面延伸面）的垂線，垂線、二維曲面和自由液面（或自由液面延伸面）圍成的柱體”時，表示出迷惑與不解。結(jié)合多媒體課件將壓力體具象化之后，學(xué)生就能夠初步理解這個概念，但是在后續(xù)的提問與交流環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生記不住、分不清、不會用的現(xiàn)象還是非常明顯。在課堂隨堂習(xí)題講解之后，再有針對性地布置習(xí)題，尤其是強化同一二維曲面，不同自由液面高度情況下對壓力體變化的剖析，使學(xué)生們逐步熟練掌握有關(guān)壓力體的概念。因此，想讓學(xué)生較好地掌握流體力學(xué)基本概念，離不開大量的習(xí)題練習(xí)。在教學(xué)過程中，針對流體力學(xué)中靜壓強、固體壁面受力、伯努利方程等基本概念，精心設(shè)計習(xí)題，做到抽象概念具體化抽象概念，促進學(xué)生在習(xí)題的練習(xí)中深化理解知識點，提高學(xué)生對流體力學(xué)基本概念的掌握程度。

2 習(xí)題教學(xué)可提高學(xué)生對流體力學(xué)基礎(chǔ)問題的理解

在實踐教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)流體力學(xué)中存在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)、平衡微分方程、定常流動以及輸運公式等不屬于概念定義，但對理解與應(yīng)用流體力學(xué)相關(guān)公式至關(guān)重要的基礎(chǔ)概念。在與學(xué)生的課后交流中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)習(xí)反映流體力學(xué)公式多，難以記憶。作為理工科學(xué)生的基礎(chǔ)課，流體力學(xué)中公式偏多，單憑死記硬背是難以保障持久記憶效果的。以流體力學(xué)中靜力學(xué)基本方程的教學(xué)為例，與流體動力學(xué)中的諸多公式相比，該公式相對簡單，但是學(xué)生記不住、記不準(zhǔn)的問題依然存在，究其原因是其對流體平衡微分方程這一基礎(chǔ)問題沒有吃透?；A(chǔ)性問題相對應(yīng)的習(xí)題較少，這時候筆者通過設(shè)計針對基礎(chǔ)問題各分解環(huán)節(jié)的習(xí)題，來加深學(xué)生的理解。如在流體平衡微分方程中，設(shè)計了概念性習(xí)題“判斷靜壓強大小與方向”、延伸性習(xí)題“矢量微分算子的表達式”、推導(dǎo)性習(xí)題“微團的受力分析方程”、應(yīng)用性習(xí)題“壓強差的計算”等，通過“以練習(xí)代背誦、以做題代復(fù)習(xí)”的方式，提高學(xué)生理解和分析基礎(chǔ)問題的能力，對幫助學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)公式及其應(yīng)用可以達到事半功倍的效果。

3 習(xí)題教學(xué)是學(xué)生將流體力學(xué)知識運用到實踐的工具

流體力學(xué)是理工科學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是學(xué)生今后工作中處理復(fù)雜工程問題的基礎(chǔ)與方法，增加實踐教學(xué)比重，增強學(xué)生的實踐能力既是理工科工程教育的要求，也是課程設(shè)置的主要目的。受限于當(dāng)前各學(xué)校的教學(xué)條件與課時設(shè)置，難以滿足每個學(xué)生的工程實踐需求，隨堂實驗數(shù)量也不足，有效的習(xí)題教學(xué)，成為當(dāng)前解決這一問題的必要選擇。筆者通過學(xué)習(xí)前人優(yōu)秀經(jīng)驗，結(jié)合自身教學(xué)體驗，認為流體力學(xué)中的習(xí)題教學(xué)應(yīng)做到：第一，要有針對性，圍繞學(xué)生反映的難點與重點，如靜力學(xué)中靜壓強的分析計算、靜止液體對壁面的壓力、伯努利方程的應(yīng)用等；第二，要貼近工程實踐，立足解決實際生產(chǎn)中遇到的問題，設(shè)計題目的時候要多引用實際案例，如鍋爐中壓強的計算與防爆問題、水庫閘門受力與開啟問題、消防水閥出水問題等；第三，要對學(xué)生的問題及時講解，學(xué)生的習(xí)題作業(yè)，要批改并總結(jié)，歸納出集中問題與分散問題，在教學(xué)中穿插習(xí)題課，解答學(xué)生的疑惑。

4 流體力學(xué)教學(xué)過程中習(xí)題教學(xué)的作用

流體力學(xué)與工程實踐聯(lián)系緊密的課程特點，決定其在教學(xué)環(huán)節(jié)必須突出應(yīng)用，以提高學(xué)生實踐能力為重點，不能僅僅局限于記憶知識點與公式。學(xué)生只通過上課或者只靠“死記硬背”知識點的考前突擊，是不能實現(xiàn)對流體力學(xué)核心思想的理解掌握的，也無法學(xué)好流體力學(xué)課程。筆者總結(jié)了連續(xù)兩屆學(xué)生的習(xí)題完成情況與考試情況，發(fā)現(xiàn)在習(xí)題教學(xué)中認真回答問題、獨立完成習(xí)題、與老師積極交流的學(xué)生，絕大多數(shù)在考試中都可以取得好成績，也能很好地完成實驗環(huán)節(jié)，甚至有個別優(yōu)秀的學(xué)生可以利用流體力學(xué)知識設(shè)計產(chǎn)品，參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽。優(yōu)異的學(xué)習(xí)成績可以反過來提升學(xué)生更進一步學(xué)好流體力學(xué)的動力，對其他同學(xué)也可以起到帶動作用，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。因此加大流體力學(xué)中習(xí)題教學(xué)的設(shè)計與研究力度，保障學(xué)生完成習(xí)題的質(zhì)量，對提高學(xué)生在流體力學(xué)課程中的學(xué)習(xí)效果是非常必要的。

5 結(jié)語

成功的習(xí)題教學(xué)環(huán)節(jié)可以改變枯燥單一的教學(xué)模式，通過提高學(xué)生學(xué)習(xí)成就感與自信心，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性與興趣，形成良性循環(huán)，更好地掌握流體力學(xué)相關(guān)知識，打牢理論知識根基，為學(xué)生分析問題、解決問題并將知識應(yīng)用于實踐環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。習(xí)題教學(xué)不是隨便找?guī)讉€練習(xí)題，而是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工作，需要做好以下幾點：（1）做好習(xí)題教學(xué)的全局設(shè)計，合理布局習(xí)題課在教學(xué)環(huán)節(jié)的位置與時間；（2）突出重點與難點，圍繞核心知識點進行習(xí)題設(shè)計；（3）抓住學(xué)生關(guān)心的重點，習(xí)題貴精不貴多；（4）習(xí)題設(shè)計貼近工程實踐，鼓勵學(xué)生使用建模與現(xiàn)代技術(shù)解決實際問題；（5）引入多媒體課件、慕課堂、在線實時講解、開放式習(xí)題教學(xué)等新技術(shù)新手段，激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)的積極性；（6）設(shè)立易錯知識點與題型庫，及時總結(jié)，完成查漏補缺?？傊?，習(xí)題教學(xué)是流體力學(xué)課程中不可缺少的重要一環(huán)，對流體力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和效果有非常大的影響，廣大師生應(yīng)增強重視，強化習(xí)題教學(xué)，做好流體力學(xué)的教學(xué)工作。