基于环境工程专业课程“工程流体力学”教学的调查研究

龚 洁，王 黎

（武汉科技大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉430081）

1 引言

环境工程主要研究由于人类的生产生活而产生的污废水、废气、固体废弃物、物理性污染的控制和污染土壤修复等，以期不超过受纳生态系统的自净容量，从而实现人类社会和大自然的和谐共处。所有这些都是我们通过一系列物理、化学、生物等人工强化的措施来实现的，为了给这些措施提供良好的工作条件，需要建造相应的人工构筑物，构筑物内流体的流态直接影响反应效率，并且还需要管道或明渠等设施进行液态或气态污染物的传输，这些都离不开工程流体力学理论知识的支撑［1］。因此，《工程流体力学》是环境工程学科很重要的一门专业基础课，本课程不仅是后续专业课程必要的衔接基础理论课程，也为从事环境工程相关专业技术人员进行专业技术工作和科学研究提供理论基础。

2 课程教学过程中出现的主要问题

由于多方面的原因导致课程的教学效果不是很理想，教师难“教”、学生难“学”已经成为师生的共识。归纳其原因主要有：《工程流体力学》课程的储备知识较多，涉及到高等数学、大学物理、热力学、工程力学等基础知识，又要求学生对这些知识的掌握程度高。工程流体力学建立在连续介质假设基础上，是通过牛顿经典力学和高等数学知识对流体静止和运动规律进行研究，通过欧拉法或拉格朗日法对流动现象建立数学模型，从而用微积分等高等数学方法解决流体流动问题［2］。另外，本课程的研究对象是流体，理论抽象，公式推导繁琐复杂，理想模型、修正公式、修正系数较多，其物理意义也比较难理解。而学生在课前基本不能保证预习，课中又不能完全理解，学习态度浮躁，自制能力差，课后相关知识点又得不到巩固。

3 课程的教学调研

为了有针对性地了解学生对工程流体力学课程学习过程中的感受，解决教学过程中存在的问题，对本院环境工程专业本科二年级的学生进行了问卷调研。问卷主要从教学方法、教学手段、教学效果、考核方式等方面入手，对教师“教”和学生“学”方面对教学质量的影响进行了调查、分析和总结。

3.1 从老师“教”的方面

从教学方法来看：学生对 “老师讲，学生学”传统的学习方式是不满意的，希望老师能用多种多样的教学方法来活跃课堂，增加学习兴趣；他们愿意参与到老师的教学活动中来，担任部分“教”的角色：63.33%的学生希望能批改课后作业，并总结典型错题的错误原因；76.67%的学生希望能自己收集生活中与“工程流体力学”相关的实例素材，拓展知识点，并讲解；25%的学生希望能进行相关理论的推导讲解。这说明学生认为在师生教与学的过程中，师生的角色分配是以老师为主，学生可以担当部分教学任务，相互教学。

关于教学手段的调查显示：有8.33%的学生希望以传统板书教学；26.67%的学生选择多媒体教学；11.67%的学生认为应当以板书为主，多媒体教学为辅；而68.33%的学生则希望是多媒体教学为主，板书为辅。学生更期望老师能多采用互动式、案例式、启发式的教学方法。

从考核方式的结果来看：同学们对最终成绩由平时成绩同考试成绩共同体现是赞成的。但是有20%的学生认为应当设置期中考试，更能反映知识点的掌握情况与平时的学习态度。27%的学生却认为不应当设置期中考试，觉得会增加学习负担。另外的同学表示无所谓；对开卷与否的问题上，70%的学生认为应采用“半开卷”的方式，提供经验公式。23.33%的学生则认为采用“闭卷”方式更能反映主要基础知识点的掌握情况。5%的学生选择“开卷”方式，考题偏向应用理解。1.67%的学生表示无所谓，哪种都行。

3.2 从学生“学”的方面

通过问卷调查，学生在学习过程中仍延续传统的模式，有83.33%的同学赞同“先预习—再上课—课后复习”的学习流程。而18.33%的同学认同“没预习就上课—课后复习”，还有5%认为“先预习—上课”即可，不用复习。而自主学习的方式基本不太可行，需要老师做硬性的督促。

4 “工程流体力学”教学改革模式的探讨

4.1 激发学生兴趣，奠定学习的信心

爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的教师，而教师则是点燃学生学习兴趣的火炬。”在绪论课时，如何激发学生的学习兴趣是主讲教师首先要面对并仔细考虑的问题。因此，在工程流体力学教学过程中，如何将工程实际问题与教材紧密联系起来，激发学生的学习兴趣是提升教学效果的重要措施之一［3］。比如在第一节课介绍工程流体力学的发展简史，说明这门学科实际是在人们长期的劳动实践中发展的，再通过一些专题片，例如《都江堰》等，说明这些古老的水利工程都凝聚着古人对水力学的认识，增强学生对工程流体力学的感性认识。另外，主讲教师要向学生提出学习《工程流体力学》课程明确的要求。如哪些章节是理论核心内容，需要掌握，哪些章节是工程应用，需要了解，使学生对课程的学习做到心中有数，树立学好这门课程的自信心。

4.2 采用合适的教学手段

4.2.1 对比教学法的应用

在工程流体力学教学中应注意到课程前后知识的连贯性，把相关知识进行类比，帮助学生记忆理解，可获得更好的教学效果。比如在推导流体伯努利方程时，首先要把实际流体与理想流体的运动微分方程进行比较，实际流体因为存在黏性，所以运动微分方程中存在黏性项。然后在特定条件下进行积分分别得到理想流体与实际流体微元流束的伯努利方程，再推导出实际流体总流的伯努利方程。将这些伯努利方程进行对比（表1），揭示出理想流体与实际流体伯努利方程的不同之处在于实际流体流动存在着黏性力的影响，而实际流体的总流伯努利方程实际上是实际流体微元流束进行的适当修正。这样的对比总结，让学生更加深入地理解流体运动状态下能量的变化规律。

表1 流体伯努利方程推导

4.2.2 传统与现代教学手段相结合

现在多媒体技术在教学中已经得到了广泛的应用，并且越来越多的课堂采用了以教学课件为主的模式，节约了大量板书的时间，课件中又可以插入图像、动画、录像等多种媒介。但是，在学生的调研中也发现，对“工程流体力学”教学过程中，公式推导以及习题讲解如仍采用多媒体方式，学生普遍反映推导的逻辑性较差，讲课速度偏快，接受起来比较困难。因此，根据不同教学内容，选择合理的结合方式，可以达到取长补短的效果。比如，涉及概念、理论较晦涩难理解的内容多采用多媒体课件，列举一些工程实例，通过丰富的图例素材、逼真的动画以及实验录像，使抽象、难理解的内容变得直观生动。而以传统的板书形式来进行公式推导和讲解例题，使学生更容易接受。

4.2.3 探究式教学模式的初探

探究式教学理念是主张从学科领域或实际社会生活中选择和确定研究主题，在教学中创设一种类似于学术或科学研究的情境，通过学生自主、独立地发现问题，开展实验操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动，获得知识、技能、情感与态度的发展［4］。教师在课堂上为主导的教学方式已经不能适应《工程流体力学》课程的教学实际，因此笔者对探究式教学进行了探索。首先，对于课程内容，可以采用座谈、讨论、课堂提问、学生上台讲解等授课方式，主讲教师要指导和鼓励学生主动探究，形成师生双方的“教与学”的良性互动。比如，在课堂讲授中，安排讨论环节，一般5～10min，由老师主导提出与所学知识相关的题目，学生发言表达自己的看法，再由老师点评，老师需要指出解答的方法与重要知识点。还可以提出一些当前的热点话题、学科前沿鼓励学生自己思考、检索资料，去自主地学习尝试解决问题，这样才能真正激励学生学习动机，增强学习兴趣，并通过资料的收集、整理及分析，提高独立思考、解决问题及批判性思考的能力。

4.3 考核方式的改革

由于《工程流体力学》的课程性质，课本中有大量无规律的经验公式，这些公式死记硬背是没有任何意义的，学生是否掌握重要知识点的概念、并能运用其分析解决问题才是考核的目的。因此，应当建立合理的考核机制，客观公正地对学生学习情况进行综合评定。为此，对考核方式改革的思路大致是：

（1）综合考虑平时学习情况，由课堂讨论、出勤情况、平时作业等综合来评价平时成绩；

（2）期末考试采用“开卷＋闭卷”的形式，将经验公式提供给学生。这样可以省去学生大量的时间去记忆一些复杂公式，而能好好梳理一下课程的各知识点，并运用它们来解决具体的问题。

当前，“以学生为本”的教学理论已经贯穿到大学教育中来，当代大学教师应当结合自己的课程实际，与时俱进地在教学改革中做一些有益的尝试。《工程流体力学》是环境工程专业的基础课之一，这门课程起着承上启下的关键作用。如何教好、让学生学好这门课程，协调好师生之间“教与学”的角色互动，还需要在教学内容、教学方法、教学手段等方面做更深入的探讨与实践。

［1］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（21）：112～113.

［2］齐旭东，李志会.工程流体力学的教学难点与教学方法衔接技巧探析［J］.中国电力教育，2013（34）：130～133.

［3］李小川，黄庠永.工程流体力学教学改革模式的探索与实践［J］.中国现代教育装备，2012（19）：61～63.

［4］顾 红.对探究式教学的几点认识［J］.成人教育，2009（1）：77～78.