“流体机械”课程的教学现状及改革

田世祥

摘 要：流体机械课程是理论与工程实践的课程之一，依赖于现代自动控制理论的发展，具有较强的专业性与实践性的特点，它是本科工程教育培养计划中十分重要的一门课程。随着高等教育教学改革的推进，传统流体机械的教学方式和内容的也不断纳入改革进程。为提高教学质量，保证学生真正掌握流体机械的工作原理、运行特性及设备选择等基本知识，文章针对传统流体机械课程的现状和存在的一些问题，结合“新工科”等一些概念，从课程教育优化、实验认知、项目驱动实验教学、计算机辅助教学等方面提出一些个人的思考和改革方案，旨在使流体机械课程的教学质量与教学水平得到一定的提高。

关键词：教学改革；工程教育；流体机械

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）15-0138-03

Abstract： Fluid Mechanics course， which depends on the development of modern automatic control theory， is one of the courses in theory and engineering practice and is highly professional and practical. It is a very important course in the undergraduate engineering education and training plan. With the development of higher education reform， the teaching methods and contents of traditional fluid machinery have been brought into the reform process. In order to improve the teaching quality and ensure that the students really master the basic knowledge of the working principle， operating characteristics and equipment selection of fluid machinery， this paper aims at the present situation and existing problems of the traditional fluid machinery course. Combining with some concepts， such as "Emerging Engineering Education"， this paper discusses the course education. In order to improve the teaching quality and teaching level of Fluid Machinery course， some personal thinking and reform schemes are put forward in the aspects of optimization， experimental cognition， project-driven experimental teaching and computer-aided teaching.

Keywords： teaching reform； engineering education； fluid machinery

流體机械课程具有较强的专业性和突出的工程背景，课程内容注重理论和工程实践的有机结合，同时侧重培养学生的专业能力和实践能力。流体机械属于通用机械，在国民经济生产中应用极为广泛。因此掌握这门基础课程，对工科学生学习后续课程至关重要。为了提高教学效果，培养高层次的应用型人才，需要教师在教学过程中不断进行课程教学改革，提高学生学习的积极性和主动性，提高学生的动手能力，培养他们的创新意识，从而不断提高教学效果，适应对本专业人才培养目标的要求，满足社会对高素质和高层次人才的需求。

一、“流体机械”课程的重要性及特点

工程教育作为我国高等教育中的一个重要组成部分，在紧密结合社会需求和受教育者的发展规律基础上，在过去的几十年里不断为我国的各行各业持续提供高质量工程技术人才。在新时期和新起点上，伴随国家“中国制造2025”战略和时代发展需要，一些针对工程技术人才培养的 “新工科”等概念也陆续提出[1-3]。“流体机械”课程作为工程教育专业的核心基础课程之一，同样也是安全工程本科课程教学的重要一部分。安全工程作为一门交叉学科，涉及矿山安全、化工安全等子方向，旨在培养技术-理论-管理等方面兼备的综合型人才。目前流体机械已经广泛的渗透到矿山机械、化工管道设计等课程学习中，因此在安全工程专业开展流体机械教学是十分有必要的。

在面对新时期新要求背景下，一些原有的传统教学模式可能已经变得不适应和落后，为了达到工程教育的目的，培养出满足社会需求的，不但具备丰富的基础理论知识和实践动手能力，还具备社会归属感、责任心和职业道德素养，更具备全球化市场视野的高精尖的复合型专业人才，因此积极推动教学改革满足工程教育要求是十分必要的。作为一门专业基础课程，流体机械课程具有如下特点：

（一）基础性强，专业涉及面广

流体机械课程具有基础性十分强的特点，它涵盖的基础知识十分深厚。要想学好流体机械这门课程首先在具备一定的高等数学运算及推导能力同时，必须对一些流体力学、传热学、材料力学、机械工程学、机械设计等基础理论和知识有一定的了解[4]。因为包含的每一学科都是比较高深的课程，每一门课程都不是简简单单记忆一下概念，粗略了解一下就可以的，这需要学生付出极大的精力来反复计算推演，识图制图等等。这无疑提高了学生的学习门槛和学习难度。这就需要我们在教学过程中把这些晦涩难懂的数字、图形、各式各样的公式，各学科如同天书的种种理论概念等等，根据不同学生的不同层次和阶段，用更通俗易懂的方法，结合各种实例传授给学生们，切记生搬硬套，死记硬背。

（二）实践要求高

流体机械是一门实践要求较高的课程。生产实际中很多工程现象和生产方式无法完全套用课程理论来解释。好的理论是学好这门课程的前提，没有与实际结合的过程往往只能纸上谈兵，这也与“新工科”培养目标相悖。因而在课程教学过程中必须结合实际情况，以提高学生的实际运用和工程问题解读能力。要想好好地掌握这门课程，必须通过不断地实习实训，课程设计，计算演练等不断地实践。实践与理论相结合，相验证才能使学生深入透彻的掌握课程理论，提高实际操作能力。同时，课程教育应当匹配一定的现场实训，从而让学生产生更直观的印象，更深的理解。

（三）应用领域发展迅速

流体机械是一门应用性很强的课程。随着科技的发展，各种新技术新工艺不断地应用，流体机械的应用领域迅速发展。而传统的流体机械教学基于书本，书本中的内容具有一定的滞后性，相应的内容不能完全满足实际需求，比如一些新型的压缩机，如采用乙烯压缩的超高压压缩机[5]。其次，在计算机辅助发展迅速的情况下，很多工程问题在计算辅助软件上得到了很好的应用。一些简单的流体机械工程现象可以在计算软件平台上更为直观清楚的展示和解释。这要求在教学中要结合实际来进行教学，要时刻关注新技术新工艺的出现与应用，以适应新的发展趋势。

二、“流体机械”课程的教学现状

流体机械的课程教学现状就是工科教学的一个缩影，很多高校大多停留在书本理论知识讲授的阶段，完全违背了工科教学的宗旨。在国家“新工科”概念的推动下，传统的教学方式也很难再满足课程教学需求，一些长期积累的问题也完全暴露出来，比如：

（一）教学方式单一

当今社会对人才的要求是“知识”与“技能”并重，这无疑对传统的教学方式提出了严峻的挑战。在我国灌输式的教学一直是长期以来贯穿在教育体系中的一个现象，单一的教学方式往往造成学生学习效率低下，很難提起学生对课程学习的兴趣[6]。其次，近些年来教学改革的尝试也影响了课程总体授课时间。一些诸如流体力学、工程热力学、传热学等基础学科的课时削减或废除，课时数由于学分制和选修制的普遍推广而大幅压缩，这就必然会加大课堂教学的压力，而且课堂教学与实践环节亦存在一定程度的脱节，导致学生理论基础差，学习流体机械更为吃力。

（二）教材选用存在的问题

教师要想取得好的教学效果，学生要想获取系统的理论知识，前提是一定要有一系列的好的教材。现在各高校流体机械教学中除了采用规划教材，各个学校还用自编教材。教学中采用的规划教材、精品教材等确实是有着精确而系统的理论体系架构和详实具体的结构细节描写。但是各种教材有着各自的着重点与自身的特点与体系，教材内容差距很大。并且在课改的环境下随着学时的减少，就影响到了教材的选择和教学内容的筛选。所以教材的选择就有所取舍，不能面面俱到。再一个流体机械是一门紧跟市场需求，技术不断革新的学科。为了跟上形式教材也需要不断更新。

（三）作业中存在的问题

培养学生的分析能力和综合能力一直是教学的重要目标，是培养学生创新能力的基础。多数教科书是通过计算题的形式进行这方面的练习，问答题较少，选择题、填空题、判断题等几乎没有，教师布置的课后作业通常也是计算题，使学生陷入题海，将大量时间花在了枯燥的演算中，从而导致学生在学习中普遍存在重计算、轻概念，重答案、轻方法的现象。因此我们有必要对培养和提高学生分析、综合能力的训练方式进行改革，比如在练习题中增加一些带有趣味性和工程背景的问答题。

（四）实践课程教学条件不足

流体机械的学习不仅仅需要扎实的理论基础，在课程学习过程中工程实践、实验、现场实习的补充对于学生充分理解理论是十分重要。但在实际教授中，高校教师更注重理论知识的讲解，忽视了知识的实际应用，从而大大阻碍了学生创新能力的培养，造成“高分低能”。各高校基础条件不一，在实践教学如实验室，实习中心，实践现场教学等方面还存在着差距，不能完全满足实践教学需求。面对要求学生必须具有一定实践经验的流体机械课程，为了帮助学生能够更好的解决实际问题，完成毕业创作，需要在学习过程中不能局限于书本，缺乏实际工程问题的分析解决能力可能会导致学生无法满足企业和社会的实际需求，限制学生的发展。

（五）考核方式

考核方式也是流体机械学习的一大弊病。完备的考核方式应该包含课程理论考核，实践、实验操作考核、课程设计考核等方面。这些方式可以相对全面综合的评价学生的理论和实践水平，理论考核与实践考核要相互结合，还应加强实践考核的占比。[7]而不是仅仅通过单一的一次性考试来决定学生的成绩。一单一的考试只能促生更多的应试策略，并不能公平的展现工科学生的真正水准。

三、“流体机械”课程的改革

教学的方式是跟随科学技术水平的进步和社会需求来改变的，固定的教学模式无法为社会提供相适应的人才。传统的流体机械课程和其他工程类课程一样已经越来越不能满足社会的需要，必须进行相对应的改革和调整。流体机械课程开设的目的是为了让学生能够在掌握流体机械理论基础知识的前提下，参与实践当中去，将理论与实践结合，形成一定的解决和分析流体机械工程中实际问题的能力。文章结合自身的学习经验、流体机械教学过程以及学生的教学反馈等方面作为依据针对流体机械这一课程的改革提出了四点方案：

（一）课程教育优化

流体机械作为工程类学生核心基础课程之一，其开设是符合工科课程学习需求的，掌握牢固的课程基础理论知识是流体机械课程教育的首要任务。课程开课前，应该先期规划安排学生进行流体力学，材料力学以及机械工程、机械设计等课程的学习，保证学生有足够的学习流体机械理论基础。课程授课当中教师扮演着十分关键的引导角色，教师应提前做好课程规划，在教授理论知识的同时不断结合实际工程案例，提高学生对课程的参与度。

为了学生高质量的获得课堂知识，也要引导学生进行课外学习，课外复习，要及时的针对学生提出的疑问及时解答。搭建精品课程平台，让学生们积极参与进来，进行网络学习。课内课外相结合，理论学习与实践操作相结。[8]

（二）实验认知

实验认知是课程教学的重要补充，课堂学习过程只能满足理论的需求。流体机械作为实践性较强的一门课程，应当配有相关的实验设备以及足够的实验次数。

实验是一个实际操作过程，学生针对课堂的存在的问题结合实验设备提出可行可操作的实验方案，让学生真正参与到实验中。实验过程可以很好的加深对理论知识的理解，提高学生学习课程的兴趣。

实验要做到以学生为中心，教师做好引导，让每一个学生都要真正的动手动脑的参与进来，使实验时他们能动手，敢动手，想动手积极主动的进行实验操作。一个是培养他们的实际操作能力，再一个通过实验操作就更能发现自己的欠缺，从而在课堂学习中去弥补加深这方面的理论支撑。

（三）项目驱动实验教学[9]

流体机械课程实验具有一定的局限性，一些设备所能呈现的实验是有限的，在学生数量较多的情况可参与进去的学生数量有限。在实验室的实验与实际还是存在一定差距，很多设备功能、尺寸、运行方式与现场相差甚远。在实验过程中往往也是根据经验机械性的操作，容易出现知其然不知其所以然的问题。目前国内高校很多与企业有密切的联系，一些工程问题也依托高校进行解决。虽然本科教学距离研究型教学有差距，但是仍然是本科教学很好的一个切入点。流体机械课程设计中可以依托现有的工程项目，让学生参与进来。分组式的让学生参与到解决实际工程问题当中去，同时学生可以到企业现场参与实践性教学，做到真正与现场无缝结合，这也是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的一种教学活动，属于“行为导向”教学法。项目开始和结束的时间都是预先计划好并且是固定的，原则上是要求有一件较完整的作品。教师与学生要通路合作，学生利用学来的知识服务于这个项目，推动项目的顺利实施和完成，了解项目的各个环节以及项目中蕴藏地重难点。由于整个过程中教师只是扮演一个领导者的角色，学生认真投入，身体力行，从而促进学生的责任意识的形成。

（四）计算机辅助教学

计算机辅助教学是一个很好的教学模式，现在也在不断发展完善[10]。目前，工程领域的基于计算机辅助的设计、仿真已经日趋成熟。流体机械问题也已经很好的拟合到很多工程仿真软件中，比如在Ansys旗下的CFX以及Fluent已经能较好的模拟流体机械中的许多問题。仿真软件不但可以模拟现象，还能实现从设计、装配、验证一体化。从未来教学来看，仿真模拟软件加入到课程中将会是一个趋势。学生通过教师对课程内容的仿真解释可以较为直观的学习流体机械中一些较为较难解释的工程现象。运用仿真软件参与到流体机械课程教学中过程中有利于新型工程人才的培养，提高学生的软件应用水平，符合未来工程人员的发展要求。

四、结束语

“新工科”的提出反映了我国工程教育需求的变化以及社会需求的转变，“中国制造2025”也提出了对未来新型全面发展的高级工程技术人员的要求。本文针对流体机械课程教学改革这一实例，贴合时代发展趋势对课程的内容优化、教学方式等一些内容进行了讨论和探索，以期形成一种全新的符合现实需求的流体机械教学模式。新的教学方式需要无数奋斗在教学一线的教师们共同努力去完成，只有不断改革，才能优化完善流体机械课程教学内容，保证教学质量和提高学生的课堂参与感与收获度，培养出适应时代和未来的发展性人才。

参考文献：

[1]林国庆，时黛，王海波，等.基于卓越计划背景下“过程流体机械”课程改革的探索与实践[J].吉林化工学院学报，2017，34（04）：58-61.

[2]倾明，魏宗琴.“流体机械”课程的教学改革与实践[J].自动化与仪器仪表，2015（05）：135-137.

[3]庞明军，高光藩，张琳.工程教育背景下过程流体机械课程教学方法的探索与改革[J].中国教育技术装备，2015（02）：105-107+113.

[4]庞明军，高光藩.过程流体机械课程教学条件现状分析[J].化工高等教育，2013，30（04）：28-32+103.

[5]陈建义.基于“新工科”的“过程流体机械”教学方法研究[J].教育教学论坛，2017（48）：154-156.

[6]王维慧，周敏，曾涛，等.《过程流体机械》课程的改革探索[J].四川理工学院学报（社会科学版），2007（S1）：113-114.

[7]陈飞.应用型本科教育课程调整与改革研究[D].华东师范大学，2014.

[8]李立，王辉.高校精品课程建设述评[J].黑龙江高教研究，2013，31（07）：12-14.

[9]李强，许伟伟，曲燕，等.“项目驱动”实践教学法在流体机械教学中的应用[J].化工高等教育，2016，33（02）：36-41.

[10]康灿，杨敏官.计算机辅助一体化技术在卓越工程师培养中的作用[J].中国电力教育，2011（24）：13-14+17.