工程流体力学模块化教学模式的研究与实践

雒婧 李辉

［摘要］本文提出了“内容模块化，方法启发式，手段多样化”的教学模式。在工程流体力学的教学中，针对不同专业的学生采用模块化教学内容的不同组合方式，保证课程教学内容的有效性和先进性。通过举例、提问、讨论使各种相关于流体力学的实际问题融合在教学之中，增强了学生以后在面临工作实际问题中解决问题的能力。

［关键词］工程流体力学教学内容模块化

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）12-0124-02课程教学模式改革是推行应用型人才培养模式的关键。工程流体力学是能源动力专业学生的专业基础课，本课程的学习为能源动力专业的学生提供基础理论知识，也为从事相关工作的人员提供重要的理论基础并培养解决实际问题的能力。本文以工程流体力学的教学改革为例，针对热能专业、建环专业等不同专业的学生，采用 “内容模块化，方法启发式，手段多样化”的教学模式。

一、工程流体力学教学内容的模块化设计

（一）教学内容设计

工程流体力学课程是能源动力专业的专业基础课。针对课程内容的设置，本着培养实际应用型人才的目的，针对不同专业的学生构建不同内容的模块化课程体系。在教学内容上，将理论知识与学生今后可能遇到的实际工程问题紧密结合，突出应用性。工程流体力学作为力学的一个分支，是研究流体运动规律以及相互作用力及其应用的学科。在本课程的教学过程中应注重学生逻辑思维能力的培养，以及处理工程问题的一般方法，同时注重拓展流体力学知识涉及面。基于工学结合的思想，本课程划分为五个主学习模块，如表1所示。第一模块是本课程的基础理论，二、三、四模块分别是流体静力学、运动学以及动力学基本知识，且这三个模块由浅入深，将流体力学知识逐步推进。其中，第四模块是流体力学的重要内容。第五模块相对独立，但对于工程实际又非常重要。

以第四个主模块为例，下设六个子模块，如表2所示。 其中第一个子模块是动力学的基础，其余五个子模块为工程实际的具体应用。根据学生的不同专业及不同的学时要求，可以优化组合不同的子模块。

表2

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（二）不同专业的重难点分析

仍以第四个主模块为例，对于热能专业的学生，有压管流和外部绕流是热能动力专业的基础，教师应该着重讲解各种管网的计算分析，而且掌握绕流运动的压差阻力对于热能学生今后进行阻力分析也是非常重要的，还有部分热能专业的学生可能从事空气动力学方面的研究，那么气体流动的内容在这门课中也必须讲解。即教师可以着重讲解子模块中的a，b，c，f。

对于环境专业的学生，孔口管嘴出流和有压管流以及明渠流与环境工程学科息息相关，废水、废气、固体废弃物治理中的流体输配和反应器组成部件是环保设备研制或设计的必要环节，教师在仔细研究孔口管嘴出流和有压管流以及明渠流的基础上，还可以简单总结涉及到的水力学典型部件，故在子模块的优化组合中可以着重讲解a，b，d，e。

对于建环专业的学生，在供热或制冷的系统中，各种管路的设计显得尤为重要，教师可以着重讲解子模块中的a，b，c，d。对于土木专业的学生，孔口管嘴出流及明渠流内容的基础知识为优良反应器或土建构筑物的设计、调试、稳定运行提供了支撑作用，故教师可以着重讲解子模块中的a，b，c，e。

二、模块化教学模式的辅助措施

（一）教学方法

让学生自己主动思考一些自然现象以及与流体力学相关的工程实际等，如让他们思考高尔夫球表面做成凹坑的科学原理、车辆外形趋于流线型变化趋势的科学依据、美国Tacoma吊桥坍塌的原因等问题。教师在教学中通过问题的层层递进，把知识变成教学问题进行研究性学习，培养学生的研究能力；通过问题的延伸，拓展了学生的视野，让学生对所研究问题全面深入地了解。

在课堂教学中教师运用生动的举例，来形象描述学生不容易理解的问题，会使学生更加容易理解掌握该知识难点。例如，在讲述描述流体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法时，由于这两种方法数学表达非常抽象，学生不容易理解，这时作者可以给同学举这个例子：“如果要研究我们学校晚上有多少同学在教室上自习，可以有什么样的研究方法呢？一种是去跟踪每个学生，一种是去观察每个教室。”这样，这两种抽象的数学语言就生动地展现在学生们的面前，使学生非常容易理解了。

特别强调的是针对不同专业的学生，要举不同的工程实例，这些实例应该是和其专业息息相关的。对于热能专业的学生来说，就以煤粉炉炉膛内煤粉颗粒的直径要求为例，这会使学生不仅很好地理解自由沉降这个概念，而且他们学习的知识在今后的工作中会用到。对于建环专业的学生，就以中央空调出风口的设计为例，很多建环同学今后的工作就涉及这部分内容。

（二）教学手段

针对工程流体力学这门工科基础课，作者认为应该采取多媒体PPT展示与板书书写相结合的教学手段。多媒体PPT教学可以展现出生动形象的一面，使实际工程应用中的图像资料、结构图、原理图非常清楚快速地进行教学演示；同时可以利用动画手段直接模拟难于用实验演示的物理现象，节省教学成本，使同学更容易理解掌握复杂的科学原理。

然而多媒体输出的信息量太快，没有提供学生和老师一起思考的时间，有明显的不足，需要补充手段。教师在使用多媒体PPT教学时还应该同时使用板书进行讲解，在黑板上板书每个关键公式的推导过程，逐步演算复杂问题的求解过程。这对学生理解该知识点是十分有帮助的。高质量的课堂教学效果取决于教与学的和谐统一，教师必须站在学生的角度上思考问题，重视课程教学的设计与准备；重视课堂教学的管理、反馈、跟踪与控制。

三、结语

针对不同专业的学生采用模块化教学内容的不同组合方式，让本学科领域的最新科技成果及时渗入教学内容中，保证课程教学内容的先进性。这对于培养工科学生解决实际工程问题是大有帮助的。在此基础上，采用启发式的教学方法，多样化的教学手段，通过举例、提问、讨论使各种工程实例贯穿于教学之中，这样学生分析问题解决问题的能力会不断增强，从而有助于工科应用型人才的培养。

［参考文献］

［1］张培红,王晓华．《流体力学》课程分层次教学模式研究［J］．沈阳建筑大学学报（社会科学版）,2007,9（2）.

［2］齐旭东,李志会,黄超.“工程流体力学”在环境工程学科中的作用浅析［J］.中国电力教育,2010,172（21）.

［3］王冲,顾建农,鄢红春.问题链教学模式在流体力学教学中的应用［J］.力学与实践,2012,34（3）.

［4］唐晓雯,任艳荣.《理论力学课程提纲》的编写与应用［J］.中国大学教学,2009,（9）.

［责任编辑：碧瑶］