基于过程控制的“工程流体力学”课程教学改革与实践

金丽珠　严军　高豪杰　熊永莲

【摘 要】根据人才培养目标，结合教学实践，分析我院能源动力工程专业“工程流体力学”课程定位及主要教学内容。从加强过程控制的角度入手，以学生为主体和核心，根据学情因材施教，激发学生学习动力，发挥学生主观能动性，注重思维引导及学习方法的培养，并提出教学改革的建议。

【关键词】过程控制；工程流体力学；教学改革

中图分类号： G642.0 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0171-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.075

【Abstract】According to the talent training goal and combining with teaching practice，the course orientation and main teaching contents of engineering fluid mechanics of energy power engineering specialty in our school were analyzed. Starting from the perspective of strengthening process control，taking students as the subject and core，teaching students according to their aptitude and learning situation，stimulating students' learning motivation，giving full play to students' subjective initiative，paying attention to the cultivation of thinking guidance and learning methods，and putting forward suggestions for teaching reform.

【Key words】Process Control；Engineering Fluid Mechanics；Course Reform

0 引言

流体力学是力学的重要分支，主要研究流体的力学运动规律及应用。该课程运用了高等数学、理论力学、大学物理等课程的知识点作为理论基础，课程的理论性、抽象性均较强，学习难度较大。对于我院能源与动力工程专业学生，数学推导部分仅要求掌握思路，重要公式要求掌握适用条件、物理意义、使用注意事项等内容，侧重于工程实际问题的解决[1]。

1 课程定位及主要内容

《工程流体力学》是能源与动力工程专业的一门专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握流体平衡、运动、能量转换的一般规律和有关的基本概念与基本理论，学会必要的流体力学分析计算方法和一定的实验技能，培养学生分析问题和解决问题的能力及创新能力，为专业课的学习、解决工程中的流体力学问题、获取新知识和进行科学研究提供必要的理论基础。教学内容主要包含流体及其物理性质、流体静力学、流体运动学基础、流体动力学基础、量纲分析和相似原理、管内流动的沿程及局部损失、管流的水力计算、理想流体有势流动、边界层理论及气体的一维流动等。

2 教学改革与实践

传统的教学模式以教师传递、学生接受为主，可使学生在短时间内接受到完整、系统的知识点，但该方式为单向传递，不利于学生思维方式和学习方法的培养[2]。

拒绝“满堂灌”的教授方式，以学生为主体，根据学情因材施教，激发学生学习动力，发挥学生主观能动性，注重思维引导及学习方法的培养，将达到事半功倍的效果。

2.1 注重细节讲解和思维引导

根据学情因材施教，授课过程中注重细节的讲解，相关公式推导注重思维引导，要求学生掌握基本推导方法与思路，重点强化学生对公式的理解和应用，对应用时的注意事项逐一说明，重要内容举例讲解，如控制体的选择、公式的矢量性、方程的联用等，提高学生工程实践应用能力和水平。如在恒定总流动量方程的应用中，引导学生从实际问题入手，建立完整的分析体系：1）确定控制体；2）对控制体中和控制面上流体的受力进行分析；3）建立坐标系；4）建立动量方程（有时需联合连续性方程、伯努利方程）；5）解方程；6）对于未知力，求解后需注意：如果所求未知力为负值，说明与原假设方向相反。另需注意所求的力是否为反作用力。通过思路的分析及应用举例，使学生快速掌握相关知识点的应用方法。

2.2 教授学生理解记忆的方法

重难点公式的记忆采用理解记忆的方式，教授学生记忆方法，如在工程流体力学三大重要方程的讲解中，注重從量纲角度引导学生理解并记忆公式，并掌握基本公式的适用条件、物理意义及几何意义，为应用打下坚实的理论基础。

2.3 采用翻转课堂形式，发挥学生主观能动性

采用翻转课堂的形式讲解量纲分析法中的π定理：在前期教学过程中，指导学生采用量纲分析法理解并记忆公式，引出几个问题，请学生自主讲解相关知识点，其他同学辅助提问，发挥学生的主观能动性。最后进行点评和补充讲解，帮助学生快速理解相关内容。

2.4 注重习题强化

习题课的实施方法：1）布置相关章节的习题，采用随堂测试并请学生自主讲解的方式。实践表明，经过学生的思考，解题方法和思路均有所拓宽。2）随堂测试并批改，成绩计入平时成绩，督促学生提高学习效率和效果。

2.5 采用奖励机制激发学生学习动力

奖励机制主要体现在平时成绩方面，上课主动回答问题，回答正确加5分，回答错误加3分，平时成绩最终不高于100分，鼓励学生主动发言，积极思考。

2.6 辅助提问

在教学过程中发现，辅助提问式的教学方法可以提高学生上课的注意力；将重难点内容通过课堂提问的方式进行强化，督促学生及时复习，有利于学生清晰掌握重难点，激发学生的学习热情。

2.7 及时处理疑难点

及时讲解作业和习题课中存在的问题，批改作业时针对性进行批注，对作业做的好的同学进行课堂表扬，树立典型和榜样，激发其他学生的学习动力。

2.8 注重实践环节，加强理论与实践的结合

实验过程中，通过讲解和演示加强学生对相关知识点和设备的熟悉程度，继而分组进行实验，过程中及时帮助学生解决實验中的问题，要求每位学生查看过实验数据，基本无误后方可完成实验离开。

2.9 课后辅导答疑

辅导答疑主要采用网络答疑及课后答疑相结合的形式，效果较好。针对平时掌握情况较差的学生进行集中辅导，梳理基本知识点，将课堂上讲过的重难点再进行罗列和重复讲解，以期实现每位学生对重难点知识基本掌握到位。

2.10 引导学生主动了解学科前沿及工程实践应用案例

课程讲授过程中，除主要内容的讲解及案例分析外，辅助参考文献供学生课后阅读学习。如讲解伯努利方程方程时，除工程实际案例的分析和讲解外，推荐学生阅读杨中华等[3]的文献“伯努利方程在燃油供给系统中的应用”，该案例与学院能源与动力工程专业的培养方向紧密结合，讲解了有/无回油燃油系统中伯努利方程的实际应用，既帮助学生了解了学科前沿发展现状，又巩固了理论知识，且增加趣味性，培养学生的科研思维，挖掘学生的科研能力。

3 实践效果及反思

本课程的教学注重教与学的过程，从学生的平时表现看，学生学习的积极性较高，主动回答问题且平时提问的同学较多。从考试的结果中反映出，所带班级卷面成绩的平均分分别为75.68和77.40，标准差分别为10.44和8.53，教学、考试状态良好。

现有的考核方式中，实验成绩占10%，课堂成绩占90%，课堂成绩中平时成绩占30%，期末成绩占70%。今后可在合理范围内，适当提高平时成绩的占比，以学促考，营造良好的学风，发挥过程控制的积极作用。

目前我院《工程流体力学》实验课程开设的主要实验项目有：雷诺实验、管路沿程阻力及局部阻力实验等。由于实验设备及指导教师人数等方面的限制，现有实验均为验证性实验，无法开设相关设计性实验项目，不能培养学生的创新意识和能力[4]。

课程建设方面，目前我院《工程流体力学》课程开设班级较少，未能形成较系统的课程研究体系，今后将努力创建课程团队，加强精品课程及特色教材建设，增加工程实践案例，提高课程教学质量。

大学生除了学习知识，更重要的是找到适合自己的学习方法，因此，授课过程中的思维引导至关重要，加强过程控制，可以帮助学生注重学习过程中的思维方式、学习方法、学习能力的培养，不论是知识抑或学习方法的高效应用，均可为成为高水平应用型人才奠定基础。

【参考文献】

[1]朱智莹.《工程流体力学》教学方法探讨[J].教育教学论坛，2017，（2）：150-151.

[2]朱兵，孙晓晶，黄典贵."工程流体力学"的课堂教学模式思考[J].高教学刊，2016，（21）：86-87.

[3]杨中华，李怀军，梁涛，等.伯努利方程在燃油供给系统中的应用[J].装备制造技术，2017，（10）：132-135.

[4]陈俊俊，庞赟佶，王晓彤，等.建筑环境与能源应用工程专业《流体力学》课程实验改革研究[J].教育教学论坛，2016， （16）：225-226.