流体力学教学改革创新的探索与实践

刘志明　薛永飞

摘要：指出了流体力学课程是诸多工科专业的专业基础课，扎实的流体力学基础对于进一步的专业课学习和毕业以后的工程实践都非常重要。分析了流体力学课程的特点，并针对教学过程中存在的问题，从增强课堂师生互动、理论联系实际、多媒体和板书有机结合、科学化考核、引入CFD等诸多方面进行了初步的探索与实践。实践证明有助于提升教学效果，增强学生的学习积极性。

关键词：流体力学；教学改革；创新

中图分类号：G642.0

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）21020603

1引言

流体力学作为一门重要的专业基础课，在诸多工科专业人才培养方案中都具有重要的地位。特别是随着“厚基础 宽口径 强能力 高素质” 现代高等学校跨世纪人才培养的基本目标的确定，流体力学出现在越来越多的专人才培养方案中。诸如建筑环境与能源应用工程、土木工程、环境工程、水力工程、燃气、油田开采与储运、采矿工程等专业中均有不同课时的流体力学课程。

流体力学作为一门理论性很强的课程，包含了多个学科的知识，例如流体性质、热力学、高等数学和理论力学等。但是由于课程设置、培养模式、学习基础等方面因素的影响，各专业的基础又不尽相同。流体力学具有与其他力学课程一样的特点， 即描述比较抽象、概念较多、数学基础要求较高。对学生来说，如果不能从中找到学习的乐趣和成就感，是相对枯燥的一门课。

因此，研究流体力学课程的特点，发现现行教学过程中的缺陷和学生学习过程中的问题，探索新形势下的教学改革创新，避免学生学习过程中的畏难情绪，让学生感受到学习的乐趣，去积极主动的学习，成为摆在流体力学教课老师面前的重要课题。

2流体力学课程教学概况

2.1流体力学课程的特点

流体力学主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律，以及其在工程实践中的应用，属于力学的一个分支。课程主要侧重工农业生产和工程实践中常见的流体力学现象及流体力学问题。学习流体力学课程前需要学习掌握的预备课程包括高等数学、理论力学、热力学等。由于前期课程较多，并具有一定难度。所以流体力学的课程基础也高低不一。

流体力学教学内容主要包括基本概念、基本原理和基本方法，突显了“三基”的重要性。主要包括流体的力学相关概念和性质、流体静力学、一元流体动力学基础、流动阻力和能量损失、孔口管嘴管路流动、气体射流、不可压缩流体动力学、绕流运动、一元气体动力学基础和相似性原理和因次分析等内容。课程的内容符合人们认知新事物的规律，由浅入深、循序渐进。流体力学课程的培养目标是为相关专业的工程技术人员提供必要的流体力学理论知识，解决科学研究和工农业生产中遇到的有关流体流动的问题。

2.2流体力学教学中遇到的问题

人类的生产和科技发展至今，很多工农业生产和科学研究中都存在的大量的流体力学问题。因此学习掌握好流体力学对于各开设流体力学专业的学生来说都具有重要的意义。根据近年的教学经验，在实际的流体力学教研活动中遇到的问题主要包括。

学习基础各不相同。开设流体力学的专业涉及面非常多。学习流体力学各人的学习基础不尽相同。从流体力学的期末考试成绩来看，有90多分的，不及格的也有，学生之间的个体差异较大。

2.2.1过度依赖网络

随着校园网络和智能手机的普及，学生几乎可以随时随地获得任何问题的答案。教师课堂启发式的提问，本希望学生可以通过思考，从个人的思考角度获得问题的不同答案。学生却通过智能手机不加思考来获得十分准确的答案。这样就放弃了思考的过程。对于学生探索新问题的能力培养非常不利。教师布置的课后作业本希望帮助学生对课堂上教授内容的复习和进一步巩固。有了网络，学生可以轻易地从网上搜到整门课的课后习题的答案。这对于学生的独立思考、解决问题能力的培养和巩固学习非常不利。

2.2.2很难抓住学生的兴趣点，吸引学生的注意力

特别是近年随着智能手机的普及，学习之外的诱惑越来越多。如果学生感觉到课程枯燥难学，听不懂，就极易出现学生课堂上发呆，或者是干脆玩手机，甚至出现逃课的情况。长此以往，将导致学生不学无术、荒废学业。如果不能从学习中获得成就感，感受到学习的乐趣，就会觉得内容枯燥。虽然教师可以加强课堂教学秩序管理，但是如果不能从根本上解决学生的注意力问题，教学质量则无法提高。

2.2.3部分章节理论性较强

流体力学课程中不可压缩流体动力学基础、绕流运动等章节中的内容理论性较强，偏微分方程学生接受难度大。对这些章节容易失去兴趣，甚至直接放弃这几章的内容。

3流體力学教学方法探索

针对上述流体力学教学过程中发现的问题，必须抛弃传统“灌输式”教育模式，改变传统老师全堂讲，学生全堂听，学生学习效率低下的现状。从老师主动，转变为师生互动，从灌输转变为启发。在教学各环节考虑到学生的实际情况，为学生学习服务。从而可以让学生掌握好流体力学这门专业基础课。流体力学教学改革创新与探索主要从以下几方面入手。

3.1增强师生互动环节 注重联系实际

要想吸引学生的注意力，抓住学生的兴趣点，必须改变传统“灌输式”教育模式，让学生真正参与到教学活动中。在师生互动中更扎实、更容易地掌握知识。例如在讲表面张力现象时，首先提问大家生活中有没有遇到过表面张力现象。有部分学生会回忆中学试管中读数平视的问题，有部分学生会说到荷叶上的露珠问题。从而会引起大家的共鸣。然后一起分析产生表面张力现象的原因，再从本质上解释表面张力现象，把知识点揉进与学生的互动当中。进而还要告诉大家表面张力现象在我们专业当中也会出现。比如气液两相流动、液体的自由射流等。再进一步提问中学试管中的液体读数误差具体是多少，引入毛细管现象。通过受力分析，得到毛细管中水的上升高度和水银的下降高度。最后帮大家一起分析表面张力在什么情况下需要考虑，什么情况下可以忽略不计。得到结论：表面张力在一般工程实际中可以忽略不计。在液珠和气泡的运动中、气液两相的流动传热过程中，将不可忽略。还可以引导感兴趣的同学进入两相流动的学习，鼓励更多的学习将来进入研究生学习。endprint

3.2多媒体和板书相结合

随着办学条件的改善、硬件的更新，多媒体教学已经进入了大多数的教学活动中。多媒体技术可以综合视频、动画、文本、声音、图片等多种素材，更全面地给学生展示所教授的知识点，以学生更容易接受的方式，让学生学习知识。同时还可以增加教学活动中的趣味性。

但是多媒体教学也存在弊端。多媒体教学往往让教学变得机械化、程序化，老师照屏宣科，学生照屏笔记，忽略了因材施教。而教学过程总是千变万化，老师应该关注课堂上学生的反映、接受程度、疑难知识点等方面，进行灵活施教。

传统板书具有直观、简洁、趣味、示范、灵活、启发等特点。板书借助文字、符号和图形等来突出课堂各知识点，老师方便强调重点和难点。在教学过程中可以拓展学生的思维，帮助学生形成科学的方法论。传统教学中板书内容一方面具有提纲挈领的作用，另一方面也是是整节课堂教学内容的精华。特别是对于一些分析推导、演绎推理，在板书过程中完成，可以增加启发性，增加学生参与课堂的积极性。

综上，在教学过程中应该把多媒体教学和传统板书教学相结合，扬长避短。利用多媒体的优势，增加抽象概念的直观性，提高课堂教学效率。在一些受力分析和演绎推理过程中，则充分发挥课堂板书的特点，在教学过程中引导学生一起参与，逐步启发。一方面使学生在参与过程中，掌握知识；另一方面还可以培养学生解决问题的能力和方法。

3.3注重考核方式

课程考核是检验教学效果，了解学生掌握程度有效手段之一，属于教学过程的重要环节之一。因此考核方式的科学性、客观性、全面性，至关重要。

在日常教学活动中，课堂发言、课堂习题、课后作业、实验等均纳入了考核范围。.

课堂发言最能显示出学生听课的专心和认真程度。课堂积极发言的学生一方面在跟随老师思路参与教学活动，另一方面也在积极思考老师提出的问题。对于课堂积极发言、回答问题的学生，平时成绩应给予加分。

课堂习题一般针对随堂的重点难点内容，用一道或者两道典型题目，耗时10～15 min进行随堂练习。通过课堂习题可以帮助老师及时了解学生对于理论知识的理解和掌握程度、存在的问题等。由于时间紧，避免了学生之间的相互抄袭。特别是在讲重点知识之前就说明要进行课堂习题测试，这样会进一步增加学生的主动性。实践表明，该方法不论对于了解学生掌握程度，还是对于增加学生学习效果都具有显著的作用。

课后作业，不但看表象，还要看实际。批改作业过程中，对于疑似抄袭的学生，在课堂上针对性的让学生上讲台重复作业题。即使存在抄袭，也不会再是简单的抄袭，而是带有学习的目的。促使学生即使抄不但要抄，并且还要抄会。

实验对于流体力学的学习也至关重要，本身也是流体力学研究方法之一。流体力学的形成和发展过程都与实验具有密切的联系。目前的实验教学大都是教师演示，学生学着做。同时，由于受实验设备的限制，一般分组进行，不能保证每位学生都可以亲自操作，获得切身感受。为了加强实验教学，对实验室的设备进行了完善和购置。减少小组人数，确保每一个学生都真正参与到实验当中。

3.4引入CFD教学

CFD（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术伴随着电子计算机数值计算和图像技术的发展而出现。流体力学的发展过程中出现了CFD技术，CFD技术的成熟和发展进一步促进了流体力学的发展。理论分析、实验研究、CFD方法，三者构成完善的、系统的流体力学研究方法体系。

在教学过程中有意识的向同学介绍CFD的概念、原理、方法，然后当学生产生了好奇心后再向学校介绍相关的商业软件，比如Fluent、CFX等，然后引导学生进行逐步学习。实践发现，当学生得到CFD的计算结果时，都会比较兴奋。因此一般书上、文献上的流速矢量图、压力云图，自己也可以实现，很有成就感，同时还增加了学习流体力学的积极性。学生的学习过程中要由浅入深，绕开难点，减少学习过程中的畏難情绪。先知其然，再知其所以然。对于成绩较好的，可以引导适当参与科研活动，进一步增强学生的实践能力，以及进一步的研究生学习。

4结语

在流体力学的全过程教学活动中进行教学改革的实践探索。理论联系实际让学生感觉到学有所用，增加了学习兴趣和积极性；把多媒体技术和传统板书有机结合，扬长避短，趋利避害；考核方式的科学化使学生建立了更扎实的基础；引入CFD技术，可以增强学生的动手能力，增强了专业学习兴趣。教学实践表明，改革初见成效，师生关系融洽，学生参与课堂的积极性提高，知识的掌握更加牢固扎实。

参考文献：

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