“工程流体力学”应用型教学模式的探索与实践

孙振生+罗雷+朱杰堂+张世英+高双林

摘要：本文以坚持培养高素质、复合型人才为出发点，结合“工程流体力学”课程的特点，提出了构建该课程“一条主线、两个平台、三个层次”的应用型教学模式。即以培养具有实践能力和创新精神的高素质人才为主线，建设专业理论基础和实践创新为主要内容的教学平台，最终实现学员基础能力、应用能力和创新能力三个层次能力一起提升的教学模式。教学实践证明，该教学模式的引入对提高流体力学课程的实际教学效果，培养学生的动手能力和激发学生的创造性具有重要的意义。

关键词：工程流体力学;教学模式;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）19-0148-02

一、引言

“工程流体力学”是航天航空、水利、能源、环境、机械、土木等学科的一门专业基础课，是一门既有很强的理论性又有很强的实践性的课程。该课程是在学生掌握高等数学、理论力学的基础上开设的，目的是使学生了解流动现象、认识流动机理，为后续的“发动机原理”等专业课程的学习奠定坚实基础。该门课程处于学生从基础课学习向专业课学习的转换阶段，起着承上启下的重要作用。因此，学习该门课程不仅要让学生掌握住流体力学的基本概念、计算方法等基础理论，还要注重培养学员理论联系实际，分析、解决问题的能力和技能，为学生专业课的学习以及从事工程技术工作奠定良好的基础。为此，国内外许多院校和教师针对该门课程做了很多的教学改革与尝试，如教学内容的改革、教学方式的改革、创新型实验室的建立、多媒体教学课件的引入，等等。这些改革取得了一定的成果，但由于该门课程理论比较抽象，公式繁多，推导过程复杂，使得工程流体力学的教学仍然存在诸多问题。

二、工程流体力学教学存在的主要问题

从笔者调研的情况来看，该门课程在教学内容、教学方法和教学手段、实践教学以及该门课程与其他课程的融合等方面均不同程度地存在一些问题。

1.理论教学内容过于陈旧，与工程实际联系不够紧密。现在工程流体力学教学内容主要包括流体力学的基本假设、流体静力学、流体力学基本方程的推导和经典流体力学问题的分析，有的还在此之前补充矢量和张量的基本知识。在课堂讲授的过程中，仍然偏重于传统理论的分析和公式的推导，教学内容比较抽象和单一，信息的表现形式过于静态化，不能反映出当前流体力学发展的最新趋势。此外，由于课程的专业性比较强，要举出与我们日常生活中和工程实际有密切关系，又具有一定深度的具体事例来讲授，并不是一件容易的事情，需要老师进行大量的课前准备工作，而许多老师比较繁忙，并不愿意花费大量的精力来准备。这样不仅会对学生的学习产生一定的影响还会造成一些抽象的概念只能依靠老师的讲述和学生的想象来完成，这不符合学生从具体到抽象、从感性认识上升到理性认识的认知过程，进而会影响到学生的学习热情，使学生对该课程的学习产生畏惧心理。

2.实践环节相对薄弱，不能适应学生创新能力培养的需求。目前该课程的主要实践环节是实验课，而现在开设的实验课多是让学生严格按照实验操作指南的操作规程测量一些简单的数据，然后把这些实验数据按照实验报告的要求进行简单处理，实验课的开设开始流于形式。一方面与课程的联系不够紧密，无法发挥实验课加深巩固理论课所学内容的作用;另一方面，学生的主动性和创造性发挥不够，不能真正起到激发学生创造性思维的作用。

3.工程流体力学课程与其他课程的融合不够，不能根据专业的特色形成比较完善的课程体系。“工程流体力学”是多个专业的专业基础课程，但这些专业开设的课程内容大同小异，没有体现相应的专业特色。由于工程流体力学课程与相应的专业课衔接不够，使得学生在工程流体力学学习过程中感到内容乏味枯燥，概念抽象;另一方面在专业课的学习过程中，学生感到流体力学课的理论基础不够扎实，不能利用相应的理论解决专业课过程中所遇到的实际问题。

针对目前流体力学课程教学存在的主要问题，笔者以及所在教学团队从培养高素质复合型人才出发，结合部队实际，深入进行教学模式和教学内容等方面的探索和研究，提出了构建该课程“一主线、两平台、三层次”的应用型教学模式，以顺应时代的要求，走出自己的特色。

三、应用型教学模式的主要内容

1.教学内容的优化重组。工程流体力学是理论性很强的课程，如果没有相关理论知识的讲解，学生不可能深入理解各种流动现象的本质。同时，工程流体力学主要面向工业生产的各个方面，希望学生能够用理论指导实践，因此，又具有相当强的应用性。因此，我们通过人才方案和课程标准的修订，对课程的内容进行优化调整。具体做法是：（1）本课程主要面向发动机专业的学员，因此，压缩了传统流体力学中关于水利、能源方面的内容。同时，根据后续发动机相关课程需要，加强了“相似原理量纲分析”和“粘性流体流动”章节的讲授力度，新增加了流动显示、典型流动的介绍等内容。（2）注重课程的继承性，加强了与其他相关课程联系较密切部分内容的讲解。例如，在工程流体力学之后，要开设气体动力学过程，因此，关于二者的联系与区别，可以在相关内容的讲解中提及，使学员提前了解后面所学内容。（3）压缩了“绪论”的讲授。前面的课程标准中，绪论大约占了3个学时，在学时整体压缩、注重实践的大背景下，压缩了绪论的学时数。（4）引入了数值仿真、CFD的概念和应用等内容。一方面，通过相关数值算例的相关介绍，使学员了解流体力学的最新研究成果和发展方向;另一方面，通过流体力学最新成就的介绍，激发了学员的专业热情。（5）瞄准学员任职的需要，注重与部队实际的结合。将已有的科研成果和部队装备的应用纳入教学内容，如液位的测量、压力表的校验、负压失稳破坏机理等，丰富了教学内容，突出了工程应用。

2.教学模式的改革。在广泛调研国内外院校流体力学改革和建设的基础上，我们根据本单位学生的特点，依托课程改革的环境，提出了“一主线、两平台、三层次”的应用型教学模式，培养学以致用的复合型人才。为了培养学员的“三个层次能力”，使理论和实践相辅相成，我们将理论授课、实践教学、毕业设计和创新研究等多种教学模式相结合，形成一个有机整体。课程学习以理论授课、实践教学为主，并在课程授课过程中启发、鼓励学员选择相应的知识点和突破点作为毕业设计和创新研究的内容进行深入研究。通过这种方式的培育，可以使学员将工程流体力学的相关基础理论与科学研究、工程实践结合起来，既巩固了基本的理论，又增强了学生解决实际问题的能力。这样不但提高了学生的创新思维，而且使积累了一定的工作经验。经过几届学员毕业设计的应用和完善，该方法取得了很好的成效。endprint

3.实验和实践平台的搭建。一方面通过军队“2110工程”三期建设等机遇，完成了“流体力学开放型实验室”的实验教学条件建设。另一方面通过整合教学资源，加强与完善实践教学环节等方式，为学员搭建实践平台，充分发挥学员的自主性和创造性，使学员在实践中提高应用能力和创新能力。有利于学员素质的不断提升。下一步，将进一步完善相关的仪器和设备，并开设流体力学创新性实验，构建学生的创新实践拓展平台，鼓励学生将自己的新想法、新观点付诸实践行动。青年学生具有求知欲强、好奇心重的特点，通过这种方式的引导，可以激发他们的求知欲望和学习兴趣，并充分发挥他们的创新能力和实践能力。

4.科研创新条件的提供。一方面，根据“渗透融合”的教学理念，将“工程流体力学”与其他相关课程进行融合，为学员提供较为综合性的研究课题;另一方面，在科研项目中提取较为简单的内容作为学员的研究课题，让学生直接参与到科研项目中去。并通过学员自拟和教员制定下发研究课题等方式，让学员在毕业设计、模拟工程项目和创新研究中开展相关研究工作，以培养学员的科研能力和创新能力。这样有利于提高学员的动手能力和创新思维能力。将科学与教学相结合，不仅可以使课程中枯燥的知识点变得生动、鲜活些，还可以使教学的内容与时俱进，富有时代的气息。

四、结语

总之，作为工科院校的一门重要的专业基础课，工程流体力学在专业培养计划中占有非常重要的地位。通过“一主线、两平台、三层次”的应用型教学模式的构建，有效地解决了理论教学和工程应用联系不够紧密的问题，解决了实践环节薄弱、学员应用能力和创新能力不高，以及“工程流体力学”课程和实验与其他课程融合度不高的问题，为革新教学手段和教学方法提供了重要的平台，为提高教学水平和教学质量以及培养学员的实践创新能力奠定了坚实的基础。同时，该应用型教学模式的实施也可以为学校其他相关专业的专业课教学训练提供有力的借鉴和指导。

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