新工科背景下流体力学与传热学课程教学改革探讨

王任远　张敏

摘 要：通过分析流体力学与传热学课程在教学中存在的问题，针对这些问题探讨了该课程在教学过程中的一些具体做法，认为可从制订与专业适宜的教学大纲、梳理教学内容、选择合理教学方式、优化考核机制等方面入手，对该课程的教学实践过程有一定的参考价值。

关键词：新工科 流体力学与传热学 教学改革

Discussion on Teaching Reform of Fluid Mechanics and Heat Transfer under the New Engineering Background

Wang Renyuan，Zhangmin

Abstract：The problems existing in teaching the course of fluid mechanics and heat transfer are analyzed， then some specific practices of the course are discussed to solve these problems. The discussion contains revising teaching syllabus to suite for the different majors， organization of teaching content， selecting reasonable teaching methods， optimizing assessment and evaluation， which have certain reference value for the teaching practice in fluid mechanics and heat transfer course.

Key words：new engineering， fluid mechanics and heat transfer， teaching reform

隨着世界科技和经济的发展，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，教育部积极推进“新工科”建设，而建设和发展新工科的基础和核心在于学科体系中具体的课程[1]。流体力学与传热学基础课程是机类、近机类专业开设的学科基础必修课，是后续专业课程的基础课程之一，在课程体系中有重要的地位。然而，流体力学与传热学基础是一门理论性非常强的基础性学科，具有学科交叉、知识融合的特点，专业开设需要强调工程应用背景及解决实际工程问题的能力[2]。因而如何在新工科背景下构建与工程实际结合的教学内容成为该课程改革的首要任务，同时，还要改变教育观念处理好教与学的关系、建立过程性评价贯穿于学习全过程，使课堂教学焕然一新，提高学生学习热情及学习效果。

1 教学中存在的问题分析

流体力学与传热学基础具有理论性强、公式多、物理数学知识运用多，内容抽象不容易掌握特点[3]，学习效果不理想，结合教学中的实际情况，存在以下问题：

1.1 流体力学与传热学相互独立，缺乏联系

流体力学与传热学基础包括流体力学和传热学，流体力学是研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学，传热学是研究热量传递现象和规律的科学，是大学理工科专业的技术基础课，单门具有内容完整、逻辑严密、体系科学的特点，而两门课程作为一门课程时，相互独立，缺乏联系。

1.2 教学内容理论多且难，实践与应用更是难上加难

流体力学与传热学基础虽然研究的是生活中常见的现象和规律，但这些现象和规律难以用简单易总结的理论表述;课程中涉及到的概念、理论抽象不易完全明白，公式难以在脑海中构造出准确的模型，理解起来抽象，导致学生缺乏自主学习的兴趣。即使课堂上通过记忆应对文字题目或者考试，但在实际生产、生活中仍无具体概念，在实践中应用更是难上加难，这与新工科教学目的相违背。

1.3 专业方向多，缺乏针对性

目前，我校开设本课程的专业有：车辆工程、机械电子工程、智能制造工程、机械设计制造及其自动化等，而不同专业方向对本课程知识需求侧重点不同，该如何针对性安排教学内容和课时量是不容易把握好的问题。

流体力学与传热学基础课程迫切需要以专业应用能力培养为主线，按专业特点组合课程内容，设置课程教学内容体系，将理论教学与实际应用进行整合，以培养学生创新能力与工程应用能力，形成新课程教学体系，切实培养学生解决问题能力、加强学生的工程应用能力和创新意识。

2 教学改革方案

为了提高教学质量，使学生达到新工科要求，满足工程需要，结合同类高校教师的教学改革经验[4-8]，从修改教学大纲、梳理教学内容、选择合理教学方式、优化考核机制等方面开展课程改革。

2.1 教学内容改革

2.1.1 修订与专业相适宜的教学大纲

教学大纲是课程的教学纲要，包括教学目的、要求、内容及课时分配等，而与专业相适宜的教学大纲，主要体现在本课程教学内容与后续核心课程的联系。车辆工程后续核心课有发动机原理、汽车制造工艺学等，流体力学在车辆专业上的应用主要体现在流体动力学方面，在传热学上主要体现在发动机冷却系统上和制造过程刀具材料的控温控制。因此，在教学大纲中依据汽车制造外形及内部布置等方面的内容，让学生重点掌握流体静力学中基本概念，流体动力学中的阻力计算;传热学部分介绍传热的基本方式与传热过程等，结合发动机冷却系统进行讲解，突出传热学与车龄工程专业的联系。

机械制造工程、机械电子工程等专业后续的核心课有液压与气压传动、机械制造工艺学等。流体力学在机类专业上的应用主要体现在流体机械方面，在传热学上主要在传热过程和典型换热设备上，因此，在教学大纲中依据典型流体机械的内容，让学生重点掌握流体静力学中基本概念及计算，流体动力学中的能量转换;传热学部分除了介绍传热的基本方式与传热过程等，还应结合典型换热设备进行讲解，突出传热学与机械专业的联系。

2.1.2 梳理教学内容

为突出课程与专业的联系，让学生系统地掌握课程知识在专业中的应用，进而对课程和专业有更深入准确的认识，将流体力学与传热学课程的教学内容根据知识点进行如下整合：流体力学基本知识，流体静力学，流体流动基本知识，流体动力学，传热学基础，流体流动传热软件介绍及案例分析六部分。前五部分是基础理论，使学生通过学习了解“流体力学和传热学”的有关概念和基本理论，获得必要的有关流体静力学、动力学及热量传递的基本知识和基本技能，培养学生分析和解决实际工程问题的能力，最后一部分是用工程软件直观的分析专业工程案例，实现先理论后实践的贯通。

2.1.3 引入案例提高工程应用

由于课程理论性强，课程内容多概念和公式推导，学生在学习过程中很难体会工程案例中的用处，因而，通过课堂的导入，强化课程的工程背景，如在流体力学基础部分引入大禹治水、都江堰建设到课堂，即增强学生的民族自豪感，把课程思政融入课堂，又可以让学生用专业概念、专业知识分析问题，解决问题。

在静力学部分引入液力传动装置连接一根软管传递动力的案例，分析液体力的传递;动力学部分引入空气沿行驶汽车的扰流对汽车外形的影响，分析空气流动过程中能量变化。这些工程应用有着深刻的流体力学原理，引出这些案例可以吸引学生的注意，增强学习的兴趣。

传热学基础部分引入汽车发动机、液压装置的冷却系统，分析传热过程，引入淬火工艺讲解非稳态导热问题。

2.2 教学方法和手段改革

由于课程课时少，仅靠课堂时间完成教学大纲课程内容很难实现。为此，运用互联网，形成线上线下混合式教学模式。利用线上学习通，导入问题，引导学生课前预习，课中利用在线上提出问题，及时反馈学生掌握情况，课后布置作业并上传，以便后期学习回顾，基于线上与线下有效对接，将有限的课堂教学与无限的课外学习合理衔接。

2.3 课程评价与考核的改革

从以往学生学习情况来看，由于只采用期末一次性考核，使部分学生平时缺乏学习动力，积极性不高，还有部分学生考前突击，成绩考核很难反映学生平时学习情况。因此，平时加入过程性考核，变期末一次考试为教学过程性考核与期末考试相结合，实现教学全过程及时反馈，避免学生学习时前松后紧和期末一次性定成败的局面。

结合本课程的实际情况，过程性考核方式有：课前自学、课堂讨论、章节作业、小论文等。（1）课前通过学习通上传课件，抛出问题，让学生带着问题自学，并在线记录自学情况及及时评定;（2）课堂分组讨论，根据讨论参与程度及发言质量，评定成绩;（4）在每章节后布置一些经典作业，巩固学习的内容.（3）结合专业方向，流体力学在液压与气压传动中的具体应用，传热学在制造学中的应用，让学生查阅资料进一步了解专业，结合学习的内容和专业后续建立起联系，写出小论文，结合学生提交的小论文质量予以评定。

3 结语

通过近年来的课程改革与实践，以新工科要求为背景，以加强与专业联系为切入点，围绕学科交叉、知识融合的特点，以激发学生学习积极性、主动性为目标，积极转变教学思想，改革教学方式和方法，提高教学质量和效率，培养了学生的解决实际工程问题的能力，达到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]刘海涛，卢毓俊等.浅谈新工科背景下车辆工程专业流体力学课程教学改革实践[J].学周刊，2018（9）：6-8.

[2]闫洁，戴秋莲，沈剑云.“流体力学与传热学基础”课程教学改革探索[J].中国电力教育，2010（9）：68-69.

[3]馬秀勤，晋芳伟.基于OBE的流体力学与传热学教学研究与实践[J].贵州工程应用技术学院学报2020（3）：130-135.

[4]马秀勤，晋芳伟.基于OBE理念的流体力学与传热学教学改革[J].内燃机与配件2019（19）：278-279.

[5]郑坤灿，庞润芳等.流体力学混合式教学改革[J].中国冶金教育.2020（4）：54-56.

[6]洪锋，胡涛.基于 CFD 辅助的工程流体力学课程教学改革与实践[J].科学导刊.2020（4）：54-56.

[7]谢元华，杨岱恩等.国内高校热工学课程教学改革进展分析[J].中国现代教育装备.2020（23）：77-79.

[8]吴世风.案例教学法在传热学课程中的应用与优化[J].教育教学论坛.2021（6）：149-152.