机制专业工程流体力学课程教学模式探讨

王风涛 闫淑萍

（1.安徽工程大学<机械工程学院>，安徽 芜湖 241000；2.安徽工程大学科技处，安徽 芜湖 241000）

随着我国加入《华盛顿协议》，工程专业认证理念已经成为各个工科专业教学改革的主要依据，而工程专业认证需要以产出为导向，进行教育达成度评价指标构建[1]。 同时，为满足我国正在实施的“中国制造2025”“互联网+”等重大战略需要，支撑服务创新驱动发展，应对新一轮科技革命和产业变革，教育部先后发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》和《关于推进新工科研究与实践项目的通知》， 指出： 以新技术、新产业等为代表的新型经济快速发展，迫切需要工科教育的改革创新， 克服传统工科教育的缺点，着重加强学生综合能力的培养，同样以产出为导向[2-3]。因此，在工程专业认证和新工科建设的背景下，只有发展相适应的机械专业课程教学模式，才能促进教学效率和教学效益的提升，培养出符合工程专业认证理念和新工科需要的人才。

作为机制专业一门理论性较强的专业理论基础课程，工程流体力学以高等数学、理论力学、材料力学、大学物理等通用基础课程为基础，为流体传动及控制、液压与气压传动、流体机械原理、流体机械结构与强度等专业基础课程提供必需的知识支撑，要求学生深刻理解和掌握流体静力学和动力学的重要含义，培养学生在动力机械、传动机械等以流体能量为原动力或者流体为工作介质的机械设计、制造、试验时应用流体力学理论求解问题的能力，在机械专业的知识体系中发挥“承上启下”的作用[4]。因此，本文针对工程流体力学的特点及现有的教学问题，对相对应的课程教学模式改进方法进行探讨，从而构建适应机械工程专业认证和新工科建设所需要的教学模式，激发学生的学习兴趣和主动性，增强学生应用工程流体力学知识解决实际工程问题的能力，才能有效保证教学目标的完成，并满足毕业要求。

1 工程流体力学课程的特点及当前教学中的问题

1.1 工程流体力学课程的特点

工程流体力学主要研究流体平衡或运动时所遵循的基本规律及其在实际工程中的应用，所研究的流体主要包括液体和气体，而常见的流体（如水和空气）无色透明，与固体完全不同，没有具体的形状，看不到也摸不着，缺乏直观的视觉感受，给学生描述流体的运动形态及过程较为困难。 同时，工程流体力学中为便于建模分析问题，通常假定流体由连续分布的质点组成，以流体的主要物理性质为基础，主要通过较为抽象的欧拉法描述流体的运动，以大量的微积分公式进行推导，分析外界载荷下流体的静止状态、运动状态及流体与固体或流体自身之间的作用关系，十分枯燥乏味，且概念相对晦涩，极易让学生感觉课程内容学习十分困难，难以引发学生的学习兴趣，无法调动学生学习工程流体力学课程的积极性和主动性。

1.2 工程流体力学当前教学中的问题

1.2.1 教学课时短

根据机制专业的工程教育认证要求，在以往课程体系的基础上，增加了工程化学、计算方法、机械有限元法等课程，以致工程流体力学的课时大大减少。 我校机制专业采用赵琴、杨小林、严敬主编，重庆大学出版社出版的《工程流体力学》（第2 版）[5]。 该教材推荐的理论教学学时控制在48 学时左右， 并配套实验教学为8～10 学时， 但我校机制专业工程流体力学课程理论教学课时分配24 学时，未安排实验教学，教学课时大为缩短， 若按照教材规定的步骤开展教学工作，难以完成教学任务。 同时，课时的缩短对教师的“教”和学生的“学”提出了较高的要求，如果二者无法进行有效的配合，将导致教学质量和教学目标难以按照预期完成，而学生工程流体力学基础知识的应用能力提升将成为空谈。 因此，如何在缩短的教学课时内容安排合理的教学内容就成为工程流体力学课程教师必须首先要解决的问题。

1.2.2 教学方式单一

多媒体技术的出现促进了课堂教学模式的变革，现在课堂教学已经大量使用多媒体技术，但工程流体力学课程自身的理论性较强，建模分析所需的微积分计算公式较多， 以致多数教师仍然以口授与板书为主，而多媒体教学课件的内容主要集中于公式、概念或者与二者相关的计算例子的罗列，只是单纯为口授和板书服务，形式过于单一，不够丰富生动，未充分发挥出多媒体技术自身的优势，难以有效集中学生的课堂注意力，使得课堂的教学内容只是单向传输给学生，而教师准备的课堂问题只能要求学生进行回答， 并不是学生的主动反馈，学生只能单纯被动接受，课堂整体的互动性较差，难以充分调动学生学习的主观能动性，学生为应对作业和考试只是部分记忆了一下课堂上所讲的概念及公式，教与学之间相互独立，直接影响工程流体力学课程的最终教学效果。

1.2.3 考核形式单一

现阶段，机制专业的工程流体力学课程考核方式仍然采用30%的平时成绩（课堂表现10%，平时作业20%）和70%的考试成绩。 课堂表现主要包括上课签到和课堂问答， 平时作业也主要为使用教材所带习题，而考试内容主要为课堂习题或课后练习题相同类型的习题，导致学生主要抱着应对考试的心态，只对平时作业与考试内容相关章节中的概念及公式进行学习和记忆，缺乏工程流体力学基础知识应用能力的培养及引导，更难以对基础概念形成透彻理解，不可能有效掌握并提升求解工程实际问题的能力，对教学大纲中问题分析内容所形成的支撑相对较弱，无法保障熟练掌握流体力学基础知识和平衡流体力学规律的理论基础， 能完成流体机械工程中相关水力计算，用推理演绎方法建立动力学模型， 准确求解工程实例，对分析结果进行讨论达到解决复杂工程问题的方法等教学目标的实现。

2 机制专业工程流体力学课程教学模式的改进

针对工程流体力学的课程特点和现有教学模式缺陷，结合工程教育认证和新工科专业的要求，从基于产出的教育达成度评价和学生知识应用能力的提升出发，尝试进行以下改进。

2.1 课程教学内容精选

根据机制专业工程流体力学的教学课时要求，修订教学大纲与教学计划，构建“立足基础、面向应用、提高能力”的课程内容体系[6]，教学内容需集中于与机械相关的流体静力学和动力学的基本概念及应用，掌握连续介质假设、流体的物理性质、流体作用外力、流体静压特性、 理想流体运动微分方程和平衡微分方程、静压强基本方程、作用于平面和曲面上的总压力、拉格朗日法、欧拉法、连续性方程、伯努利方程、动量方程、 动量矩方程等相关的理论基础概念和理论公式，了解流体力学作用关系相关分析公式的整个推导过程， 具备流体机械应用所必须具备的基础知识，并能够熟练且准确地解决与流体机械相关的实际工程问题，可以研究机械装备中流体的运动规律及流体与边界的作用关系，具备机械相关的流体设计、分析和研究能力，从教学内容出发为实现课程目标和完成教学达成度奠定坚实的基础。

2.2 课程教学方法调整

兴趣是调动学生学习积极性和主动性的关键，机制专业的工程流体力学课程教学方法需以调动学生兴趣为目标，从工程流体力学相关的基础数学知识出发，对教学方法进行调整。

2.2.1 加强教学内容课前复习及预习

建立工程流体力学课程教学班级群，在开始每节课教学内容之前，通过教学班级群给学生布置必须复习和预习的课程内容及相关的理论知识，要求学生借助新媒体技术复习前面课程的相关教学内容，预习即将讲授的教学内容，声明上课会对所复习及预习的教学内容进行提问，以督促学生完成即将进行教学内容的课前复习及预习， 使学生加深已学知识的掌握程度， 对即将开始的课堂教学内容具有一定程度的了解，有效保障课堂教学能够较为流畅的进行，尽可能减少理论公式和教学例题的教学用时，强化学生对基础理论知识的理解，为工程流体力学基础知识在实际工程问题的应用讨论的导入教学提供充足课时，着力锻炼并培养学生的自学能力，助力实现课程目标和完成教学达成度。

2.2.2 有效使用多媒体工具

改进传统的板书公式推导教学方式，结合多媒体课件制作工程流体力学课程中的公式推导细节，通过动画放映方式给学生展示整个公式的推导过程，便于学生掌握工程流体力学中基本公式的由来及应用方向，进一步缩短过去板书教学所用课时，从而能够安排课时借助视频形式给学生展示工程流体力学的实际应用场景，介绍工程流体力学课程的重要性及工程流体力学基础知识应用于实际工程问题的求解方法，从问题导入带动学生的学习兴趣，以问题解决引导学生使用工程流体力学基础知识解决实际工程问题，进而实现课程目标和完成教学达成度。

2.3 课程考试方式改进

单纯通过期末闭卷考试只能判断学生对工程流体力学基础知识的记忆程度，无法反映学生应用基础知识解决实际问题的能力。 因此，在日常教学知识点讲解完， 收集与教学知识点相关的实际工程问题，以多媒体讲解的工程流体力学知识应用于实际工程问题案例的求解过程为基础，将学生分组，各小组分配与教学知识点相关的实际工程问题，而实际工程问题的分析与求解与作为考核内容之一，让学生参考已教授过的求解过程尝试依靠小组的团队力量获得分配问题的答案， 让学生在求解问题的过程中获得成就感，形成激发学生自主学习的动力，将整个过程及自己的收获通过汇报形式与其他学生分享，促使各个小组交流沟通，若有异议由教师进行解答，从而扩展并强化所有学生对工程流体力学基础知识的掌握及应用能力，督促学生实现课程目标和完成教学达成度。

3 结语

针对机制专业工程专业认证和新工科建设要求的课程目标和毕业达成度要求，从工程流体力学的课程特点及现有教学模式存在的问题出发，精选与机械相关的流体基本物理性质、静力学、动力学等教学内容，借助多媒体课件、慕课、网络精品课程视频等资源强化课前复习和预习，有效使用多媒体技术，通过视频形式展示工程流体力学基础理论的重要性，以动画形式表现计算公式的推导过程，让学生了解工程流体力学基础知识与实际工程问题之间的内在联系，增加以解决实际工程问题为目标的小组讨论作为课程考核内容之一， 改进工程流体力学的课程教学模式，力争在有限的教学课时内实现教学目标，培养满足社会和国家需要的机制专业人才。