發(fā)布時間：2023-12-28 11:54:27
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的流體力學(xué)的作用樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；課程體系；創(chuàng)新
Construction and improvement of course system on engineering fluid mechanics
Lan Yamei， Wang Shiming， Song Qiuhong， Liu Shuang
Shanghai Ocean University， Shanghai， 201306， China
Abstract： Combined with the working practice on construction process of engineering fluid mechanics， which is rated as Shanghai elite course， construction and improvement of course system is discussed on engineering fluid mechanics on Shanghai Ocean University. The main contents include teaching content， textbook publishing， improvement of experimental condition， training of innovation ability.
Key words： engineering fluid mechanics； course system； innovation
隨著我國海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我校在海洋學(xué)科和相關(guān)專業(yè)建設(shè)方面發(fā)展迅速，流體力學(xué)知識的應(yīng)用愈來愈廣泛。流體力學(xué)是工科院校普遍開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)科的滲透性很強(qiáng)，與所有基礎(chǔ)和專業(yè)學(xué)科之間都有交叉，在學(xué)生知識能力培養(yǎng)和知識體系結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。2013年，我校流體力學(xué)被評為上海市精品課程。在4年多的建設(shè)過程中，流體力學(xué)課題組先后承擔(dān)了校級、上海市級重點課程建設(shè)及重點教材建設(shè)等多項教改項目，堅持以培養(yǎng)海洋工程創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，在流體力學(xué)教學(xué)體系的建設(shè)方面取得了寶貴的經(jīng)驗。
1 結(jié)合海洋大學(xué)特點，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，完善課程體系
我校流體力學(xué)類課程覆蓋海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、熱能動力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化等專業(yè)，每年選課學(xué)生超過700人。針對各個專業(yè)學(xué)生的不同需求，我們在課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容上都做了相應(yīng)的調(diào)整與完善。本課程在我校的定位是：以海洋學(xué)院的海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、環(huán)境工程專業(yè)為重點的海洋類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程；面向食品學(xué)院和生命學(xué)院的熱能動力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境科學(xué)專業(yè)的工程應(yīng)用類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)平臺課程，滿足工程學(xué)院的機(jī)制專業(yè)培養(yǎng)要求。以工程流體力學(xué)課程為龍頭，以培養(yǎng)海洋人才的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，完善優(yōu)化流體力學(xué)類課程群的配置、學(xué)時安排，并完成所有課程新教學(xué)大綱的編寫工作，逐步形成一個完整的課程體系，重點完成了實驗課和仿真課程軟硬件的配套建設(shè)，突出強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)的應(yīng)用實踐環(huán)節(jié)。根據(jù)工程實際需要，將流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分為三個層次，即流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論、流體力學(xué)知識與進(jìn)展、流體力學(xué)應(yīng)用與實踐。根據(jù)不同專業(yè)對流體力學(xué)知識的需要，設(shè)計了不同的模塊組合。如對海洋相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，增加了水波理論，重點強(qiáng)調(diào)實驗實踐環(huán)節(jié)；針對食品專業(yè)的需要，增加了氣體及熱力學(xué)類內(nèi)容，并編寫了多套相關(guān)自測題供學(xué)生選用；針對水產(chǎn)及生物類專業(yè)的學(xué)生，為讓學(xué)生能夠更好地研究魚類等的動物習(xí)性，增加了數(shù)值仿真模擬，克服了以往過分重視理論知識的介紹，輕視其應(yīng)用的弊端。此外，還相繼開出了流體力學(xué)獨立實驗課、計算流體力學(xué)等。
2 出版多部教材，完善流體力學(xué)課程教材體系完備
2002年，《工程流體力學(xué)》教材被列為上海市教委普通高等學(xué)校教材重點建設(shè)項目，歷經(jīng)3年多的編寫和有關(guān)專家的評審，我校教師編寫的《工程流體力學(xué)》于2006年2月由上海交通大學(xué)出版社出版。該教材的最大特點是考慮到普通工科院校非力學(xué)專業(yè)學(xué)生的情況，尤其是一般工科專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要，盡可能簡化對公式、定理的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，注重對物理概念的闡明、理解和應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)知識的實際應(yīng)用。2007年，《工程流體力學(xué)》教材被上海市教委評為優(yōu)秀教材三等獎，2008年獲上海海洋大學(xué)教學(xué)成果一等獎。2011年，我們對第一版教材部分章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行了更新、充實和修訂，更加注重拓寬知識面和實際工程應(yīng)用。2012年9月，第二版《工程流體力學(xué)》及配套教材《工程流體力學(xué)習(xí)題解析》由上海交通大學(xué)出版社出版發(fā)行。2011年3月，由同濟(jì)大學(xué)出版社出版的《力學(xué)基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)》，其中的流體力學(xué)部分（第三大部分），重點強(qiáng)化課程體系中的實驗環(huán)節(jié)，完善了流體力學(xué)課程的教材體系。我們還完成了流體力學(xué)試題庫建設(shè)工作，提高了試題質(zhì)量，真正做到了教考分離，為相關(guān)師生提供了豐富的教學(xué)資源庫，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。
早在2006年，我們就開始了“流體力學(xué)研究型教學(xué)的改革與實踐”上海水產(chǎn)大學(xué)（2008年更名為上海海洋大學(xué)）一般課題項目的研究工作；為配合新出版的教材，我們還申請了校級一般課程建設(shè)項目“工程流體力學(xué)（CAI課件）建設(shè)”，制作了與教材配套的、有自主知識產(chǎn)權(quán)的課件光盤，課件共有700余張PPT，圖片色彩鮮明，其中插入的20多個原創(chuàng)動畫形象生動逼真，做到了工程流體力學(xué)電子教案光盤版與教材同步發(fā)行。
3 完善實驗教學(xué)條件，形成完整的實驗教學(xué)體系
隨著我國，特別是上海市海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我校海洋學(xué)科發(fā)展迅速。首先，為配合新開設(shè)的獨立實驗課，添置了多種類、多套數(shù)的多功能流體力學(xué)實驗裝置、動量定理實驗儀、空化實驗儀等流體力學(xué)常規(guī)實驗設(shè)備，保證了高質(zhì)量完成流體力學(xué)本科實驗教學(xué)任務(wù)。根據(jù)購置的實驗設(shè)備，自行編寫了實驗指導(dǎo)書，明確了儀器設(shè)備的工作原理、實驗過程的具體步驟、實驗結(jié)果的分析和處理以及實驗中的注意事項等內(nèi)容；為了實現(xiàn)實驗教學(xué)的多樣化，自行編制了工程流體力學(xué)實驗教學(xué)演示軟件，內(nèi)容形象直觀，使學(xué)生一目了然；合作研制了小型循環(huán)水槽及直流式風(fēng)洞，并配備了數(shù)據(jù)測試采集系統(tǒng)，可進(jìn)行圓柱、翼型、浮標(biāo)、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試，使實驗教學(xué)的質(zhì)量和效率得到了提高。針對個別專業(yè)的特殊需要，開設(shè)了流體力學(xué)獨立實驗課。實際的流體運動非常復(fù)雜，而流體力學(xué)實驗是揭示流體運動規(guī)律的一種重要手段，為此，經(jīng)多方籌建，我校海洋環(huán)境專業(yè)于2009年開設(shè)了流體力學(xué)獨立實驗課，幫助學(xué)生加深對所學(xué)理論的理解，更好地用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實際中的問題。實驗課共16學(xué)時，實驗內(nèi)容主要包括：能量方程實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、畢托管測速實驗、管道測流量實驗、流動顯示實驗、虹吸實驗及勢流疊加實驗等。針對食品專業(yè)的需要，開設(shè)了氣體及熱力學(xué)類實驗。
為了滿足海洋學(xué)科對流體力學(xué)實驗的更高要求，我們陸續(xù)建成了大型室內(nèi)動力深水壓力桶，配備了數(shù)據(jù)測試采集系統(tǒng)，可進(jìn)行圓柱、翼型、浮標(biāo)、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試。我校地處臨港，旁臨東海，學(xué)生參加各種海試試驗方便。利用這些實驗平臺，相繼開設(shè)了多種設(shè)計性、綜合性實驗，主要包括湍流、流體數(shù)值模擬計算應(yīng)用、波浪能發(fā)電裝置開發(fā)等，對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用。
4 以科研促進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系
近三年，教師發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，SCI收錄4篇；課題組教師主持省部級及以上科研課題共20余項，其中國家自然科學(xué)基金1項，上海市自然科學(xué)基金2項，農(nóng)業(yè)部專項3項，海洋工程國家重點實驗室開放基金2項，國家海洋局重大專項2項，上海市教委創(chuàng)新項目2項。有20余名碩士研究生、多名本科生參與科研項目，學(xué)生創(chuàng)新意識和能力得到了培養(yǎng)與鍛煉。近年來，學(xué)生在科研創(chuàng)新方面熱情很高。在全國“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，2011年，我校羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青的“一種新型海洋波浪能發(fā)電裝置”獲得全國競賽三等獎；2012年，曹星、陳功的“風(fēng)浪發(fā)電轉(zhuǎn)換機(jī)”獲得全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽上海賽區(qū)二等獎。工程學(xué)院學(xué)生孫奇結(jié)合所學(xué)流體力學(xué)知識，自主創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)立了上海鑫靚科技服務(wù)有限公司，開辦節(jié)水高效汽車洗車業(yè)務(wù)服務(wù)師生。2011～2012年，學(xué)生成功申報市、校、院級涉及海洋工程方向的大學(xué)生創(chuàng)新性項目16項。在流體力學(xué)教師指導(dǎo)下，學(xué)生還獲得43項國家實用新型專利，另有多項發(fā)明專利進(jìn)入實審階段。學(xué)生參加教師科研項目19項，均取得了很好的成效。在我校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計題目中，海洋工程類流體力學(xué)相關(guān)研究比例較高，特別是在大學(xué)生科技創(chuàng)新活動中心的組織下，我校成為上海市船舶與海洋工程學(xué)會的團(tuán)體會員單位，并在我校建立了上海市船舶與海洋工程學(xué)會學(xué)生分會，流體力學(xué)的師生參與熱情較高。
5 結(jié)束語
工程流體力學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它具有較強(qiáng)的理論性、抽象性和實踐性。筆者主要介紹了我校工程流體力學(xué)課程體系的建設(shè)與實踐，主要包括：多層次、多專業(yè)的課程體系構(gòu)建；先后出版了《工程流體力學(xué)》《工程流體力學(xué)習(xí)題解析》和《力學(xué)基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料學(xué)、流體力學(xué)》教材，流體力學(xué)課程教材充足；完善實驗教學(xué)條件，形成完整的教學(xué)實驗體系；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系；以科研促進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系，不斷培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程實踐能力，提高創(chuàng)新能力，使學(xué)生真正掌握該課程的核心知識，提高分析問題和解決問題的能力。
參考文獻(xiàn)
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趙立娟
馬亞生
顧 磊
[摘 要] （工程流體力學(xué)）是能源與動力工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，合理的評價體系能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效果。結(jié)合（工程流體力學(xué)）課程教學(xué)特點及現(xiàn)狀，對該課程的多元評價模式進(jìn)行設(shè)計，并在教學(xué)中進(jìn)行探索，結(jié)果表明教學(xué)效果多元評價方案能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。
[
關(guān)鍵詞 ]工程流體力學(xué)；多元評價；教學(xué)改革
中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671-0568(2014)35-0051-03
一、 （工程流體力學(xué)）教學(xué)現(xiàn)狀
《工程流體力學(xué)》是能源與動力工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，有著承上啟下的作用，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有著重要的影響。科學(xué)、全面、合理的評價體系能提高學(xué)習(xí)評價質(zhì)量、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。但目前的評價模式存在一定的局限性，沒能起到評價的導(dǎo)向作用，需要進(jìn)一步改進(jìn)。
1．教學(xué)中存在的問題。 《工程流體力學(xué)》課程要求學(xué)生要具備高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)工程熱力學(xué)等基礎(chǔ)課程的知識，尤其對高等數(shù)學(xué)和力學(xué)知識要求較高。同時也是泵與風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐、制冷、空調(diào)、換熱器、液壓傳動、水力輸送等課程的基礎(chǔ)。 《工程流體力學(xué)》的授課內(nèi)容是學(xué)生將來從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作和科學(xué)研究工作重要的必備知識。流體力學(xué)是力學(xué)的一個分支，研究對象是不具有固定形狀的流體，研究理論比較抽象、一些流體現(xiàn)象不能憑直觀感覺或經(jīng)驗去解釋，且經(jīng)驗公式繁多、推導(dǎo)過程復(fù)雜。目前該課程的教學(xué)效果不是很理想，教師難“教”、學(xué)生難“學(xué)”已經(jīng)成為師生的共識。河海大學(xué)（以下簡稱“我?！保崮芘c動力工程專業(yè)開設(shè)了4學(xué)分，64學(xué)時（含8學(xué)時實驗）的工程流體力學(xué)課程，由于是90人以上的大班，教師無法深入了解學(xué)生。學(xué)生中存在著平時不學(xué)，考前突擊，考完全忘的現(xiàn)象。教學(xué)沒有循序漸進(jìn)，易造成后續(xù)課程學(xué)習(xí)上的困難。 《工程流體力學(xué)》是面向工程技術(shù)中的流體力學(xué)，學(xué)生對大量無規(guī)律的經(jīng)驗公式死記硬背是沒有意義的，能夠綜合運用所學(xué)知識分析解決問題才是教學(xué)的目的和核心。傳統(tǒng)的教學(xué)與評價方式對學(xué)生沒有導(dǎo)向性，學(xué)習(xí)的積極性不高，主觀能動性沒有得到很好地發(fā)揮，對身邊的流體力學(xué)問題無從下手，很難做到學(xué)以致用。
2．評價方式存在的問題。根據(jù)課程教學(xué)、學(xué)生反饋、后續(xù)課程等多方面的調(diào)查分析，目前《工程流體力學(xué)》課程學(xué)習(xí)評價的局限性表現(xiàn)在以下方面：
(1)評價的主體單一?，F(xiàn)有的《工程流體力學(xué)》評價模式主體的是教師。所有環(huán)節(jié)都由教師進(jìn)行評價，過于強(qiáng)調(diào)教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，忽視了學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的地位。學(xué)生被動接受評價信息，存在客觀性缺失的現(xiàn)象。
(2)評價的內(nèi)容片面。傳統(tǒng)的《工程流體力學(xué)》學(xué)習(xí)評價內(nèi)容包括平時成績（書面作業(yè)、出勤、實驗）和期末考試。期末成績占70%，平時成績占30%?？荚嚦煽冏鳛橹饕獌?nèi)容來評價學(xué)生學(xué)習(xí)成效，其最大缺點是側(cè)重于結(jié)果，忽視了過程。不能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和實際能力。工程流體力學(xué)課程學(xué)習(xí)目的是學(xué)以致用，所以既要重視學(xué)習(xí)過程，也要對學(xué)生實踐動手能力、創(chuàng)新能力、科研攻關(guān)力進(jìn)行全面培養(yǎng)。
(3)評價的方式單調(diào)。 《工程流體力學(xué)》課程的評價方式是考試分?jǐn)?shù)。雖然在一定程度上能反映學(xué)生對知識的掌握程度，卻不能客觀地反映學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果及學(xué)以致用的能力?？己说膬H是學(xué)生對知識“復(fù)制”的能力，即評價的是學(xué)生的記憶和保持水平，沒發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動性。在近幾年的教學(xué)中有出現(xiàn)不少高分低能學(xué)生，他們在課程考試中可能會取得較好的成績，但對于課本之外知識的獲取能力較差。部分學(xué)習(xí)成績好的學(xué)生還表現(xiàn)出死鉆牛角尖的特征，缺乏從宏觀上把握問題的主旨及方向。高能低分的情況屢見不鮮。因此，評價的方式應(yīng)有側(cè)重，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)基本理論，重視解決問題能力和創(chuàng)新意識的提升。
二、 （工程流體力學(xué)）課程的多元評價模式的分析
學(xué)生各自有不同的特征，在學(xué)習(xí)過程中能表現(xiàn)出多方面的能力，各種能力的水平是有差異的。學(xué)生的學(xué)習(xí)效果應(yīng)采多元的評價模式來進(jìn)行，多方面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和效果。 四針對《工程流體力學(xué)》課程的特點，多元評價模式包括以下幾方面：
1．評價主體的多元化。授課教師、學(xué)生個人、小組都作為評價主體，在條件允許的情況下后續(xù)課程的教師也可以作為評價的主體。教師由“一家之言”變?yōu)樵u價活動的參與者和組織者。學(xué)生由被動的被評價者變成評價主體的參與者。學(xué)生的能力是多方面的，有各自的優(yōu)點與不足。學(xué)生能參與自己學(xué)習(xí)效果的評價，能使學(xué)生的主動性、自尊心、心理個性得到張揚，發(fā)揮學(xué)生的自主性、探索性和創(chuàng)造性。將3-5名學(xué)生組成小組既可訓(xùn)練學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力也有助于學(xué)生整體素質(zhì)的提高。多元化的評價主體，有利于教師與學(xué)生之間的溝通，以及學(xué)生之間的相互學(xué)習(xí)與合作，提高了評價結(jié)果的客觀性。
2．評價內(nèi)容的多元化。按照工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的可分為概念學(xué)習(xí)、原理學(xué)習(xí)以及解決問題等幾個階段。不同階段評價的內(nèi)容應(yīng)有不同的側(cè)重點。概念及原理階段的學(xué)習(xí)評價應(yīng)以引導(dǎo)學(xué)生掌握基本理論、能獨立思考，培養(yǎng)學(xué)生的思維模式為目的，側(cè)重于啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維。解決問題階段是以引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)觀察、將流體力學(xué)知識與日常生活、水利、水電、能源、環(huán)境、化工等相關(guān)行業(yè)的實際工程有機(jī)結(jié)合。側(cè)重于學(xué)生流體力學(xué)知識的運用能力、理論聯(lián)系實際的創(chuàng)新意識、動手情況、團(tuán)隊合作精神等。
3．評價方法的多元化。依據(jù)評價內(nèi)容不同，可采用量化評價和質(zhì)量評價兩種方法。這兩種評價方式的各項評價指標(biāo)都要有明確的含義。量化評價各項指標(biāo)要做到規(guī)范，易于操作，利于學(xué)生按照指標(biāo)要求不斷修正自己的努力方向，以達(dá)到良好學(xué)習(xí)效果。質(zhì)量評價是需確定學(xué)生是否積極、方向是否正確而對某些細(xì)節(jié)和小的利弊得失采取模糊評價的方法，包括到課率、課堂表現(xiàn)等。
三、 （工程流體力學(xué)）課程多元評價設(shè)計與實踐
1．《工程流體力學(xué)》課程的多元評價過程。①根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，合理設(shè)定評價內(nèi)容的各項具體指標(biāo)及權(quán)重系數(shù)，并在開始教學(xué)時公布評價的各項具體細(xì)則：②教學(xué)過程評價主體根據(jù)評價指標(biāo)對各項評價內(nèi)容進(jìn)行評價，引導(dǎo)學(xué)生在評價過程中學(xué)習(xí)：③教學(xué)活動后統(tǒng)計分析各項評價數(shù)據(jù)，得出學(xué)生學(xué)習(xí)《工程流體力學(xué)》評價結(jié)果；④根據(jù)需要及時將評價的結(jié)果反饋給學(xué)生本人、授課教師、輔導(dǎo)員、家長及后續(xù)課程的教師。通過以上環(huán)節(jié)，學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)狀況有了客觀的認(rèn)識，授課教師可以在評價的結(jié)果中了解學(xué)生的普遍不足，在今后的教學(xué)中有所側(cè)重，后續(xù)課程的教師可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況來調(diào)整授課安排，能對《工程流體力學(xué)》教學(xué)效果起到很大幫助。
2．《工程流體力學(xué)》課程多元評價體系。 《工程流體力學(xué)》的評價內(nèi)容包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實驗操作、實驗數(shù)據(jù)，實驗報告、小測驗、小組學(xué)習(xí)、課程大作業(yè)和期末考試。 《工程流體力學(xué)》課程多元評價體系見圖1。
評價內(nèi)容的不同評價主體也略有不同。例如，由于整個授課的周期較長（通常為16周）會在期中安排小測驗，目的是幫助學(xué)生鞏固以前學(xué)過的知識，這部分內(nèi)容的評價由教師來完成比較恰當(dāng)，也方便教師根據(jù)學(xué)生的掌握情況來調(diào)整課程的安排。
表1給出了《工程流體力學(xué)》評價內(nèi)容的各項指標(biāo)與權(quán)重。評價主體根據(jù)各項指標(biāo)給出每項評價內(nèi)容相應(yīng)的等級或分?jǐn)?shù)，成績加權(quán)平均得到各項評價內(nèi)容的成績，最后總成績是由各項評價內(nèi)容的分?jǐn)?shù)乘上權(quán)重系數(shù)計算得出。
工程流體力學(xué)多元評價側(cè)重于學(xué)習(xí)獨立分析、解決實際問題的能力的提升，因而對學(xué)生在過程中的能力的體現(xiàn)評價內(nèi)容權(quán)重系數(shù)較高，如大作業(yè)中分工任務(wù)的完成情況占到總成績的10%。質(zhì)量評價的部分內(nèi)容是按等級制來計分的，級別包括A+、A、A-、n+、B、B-等。這些等級在錄入成績管理系統(tǒng)時需換算成百分制，對應(yīng)關(guān)系如表2所示。
筆者在教學(xué)中用多元評價方式對學(xué)生《工程流體力學(xué)》的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行探討。以課內(nèi)大作業(yè)為例，之前的學(xué)生從未做過該項內(nèi)容，在近兩年的教學(xué)中嘗試要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的工程流體力學(xué)的內(nèi)容，聯(lián)系實際工程，以小組的形式完成流體力學(xué)的理論在實際應(yīng)用情況調(diào)查的大作業(yè)。如學(xué)習(xí)了流體靜力學(xué)后，學(xué)生以小組為去調(diào)查研究流體靜力學(xué)在實際工程中應(yīng)用，可以是千斤頂中“帕斯卡原理”，電梯的失重與超重，或者過山車為什么不允許高血壓患者乘坐等，最終用PPT展示給大家。在PPT制作的過程中，有前期資料的準(zhǔn)備，又有中期的編輯，還有后期的展示。學(xué)生能根據(jù)自己的特長在小組承擔(dān)一定的任務(wù)，在完成的過程中，發(fā)現(xiàn)他人的優(yōu)勢和自己的不足，取長補(bǔ)短。同時，每次學(xué)生的展示活動都進(jìn)行現(xiàn)場評價，讓學(xué)生對自己的表現(xiàn)有直接的了解。此外，還對大作業(yè)中創(chuàng)新的內(nèi)容在評價時給予鼓勵和加分。兩年的實踐表明，學(xué)生對流體力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣增加，各項評價內(nèi)容能積極主動完成，對實際生活通到的一些流體現(xiàn)象有理性的認(rèn)識。例如，曾有一組學(xué)生結(jié)合所學(xué)的流體繞流知識，實踐驗證了“打水漂”的技術(shù)要點。這些說明合理的評價方式對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力是有導(dǎo)向作用的。
關(guān)鍵詞：汽車；空氣動力；計算流體力學(xué)
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）20-0180-03
流體力學(xué)是人們在利用流體的過程中逐漸形成的一門學(xué)科，它起源于阿基米德對浮力的研究，由于數(shù)理學(xué)科和流體工程學(xué)科相互推動而得到發(fā)展[1]?，F(xiàn)如今已經(jīng)成為航空航天、車輛、機(jī)械、環(huán)境生物等工程學(xué)科的基礎(chǔ)之一。通過對流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，結(jié)合汽車工況，發(fā)現(xiàn)流體力學(xué)在汽車設(shè)計中具有重要的應(yīng)用。
汽車自19世紀(jì)末誕生至今，汽車工業(yè)以驚人的速度發(fā)展。當(dāng)今21世紀(jì)科技突飛猛進(jìn)，汽車工業(yè)已成為與人類生活息息相關(guān)的時代驕子。近年來，國家加大交通設(shè)施的投資建設(shè)，高速公路、高架橋等交通網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，不僅縮短了城市之間的距離，更極大地改善了人的日常生活。為減少汽車的能耗、汽車的操縱穩(wěn)定性以及改善汽車的動力性，對汽車設(shè)計中的安全性、環(huán)保性提出了更高的要求[2]。為此，本文以流體力學(xué)基本理論，對汽車行駛時的空氣阻力、汽車表面受到的壓力、氣動升力、氣動側(cè)力等不可忽視的關(guān)鍵因素進(jìn)行理論分析，探討流體力學(xué)在汽車研究方面的應(yīng)用。
一、基于流體力學(xué)的汽車空氣阻力分析
汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力?？諝庾枇χ饕譃槟Σ磷枇蛪毫ψ枇Γ谥袎毫ψ枇s占空氣阻力的91%，成為汽車阻力的主要作用。空氣作為流體，具有粘性，根據(jù)牛頓定律，粘性流體在流動過程中層與層之間存在相互作用，空氣在車身表面產(chǎn)生的切向力即為摩擦阻力，這是合力在行駛方向的分力；而作用在汽車車身表面上的法向壓力的合力稱之為壓力阻力，可分為形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力和誘導(dǎo)阻力。其中，形狀阻力是壓力阻力的主要部分，并與車身形狀有直接關(guān)系，是影響空氣阻力的主要因素；干擾阻力是車身表面凸起物引起的氣流干擾而產(chǎn)生的阻力，只占壓力阻力的14%；內(nèi)循環(huán)阻力（12%）是空氣流經(jīng)車體內(nèi)部時構(gòu)成的阻力；誘導(dǎo)阻力（7%）也叫壓差力，是由于流經(jīng)車頂?shù)臍饬魉俣却笥诹鹘?jīng)車底的氣流速度，使得車底的空氣壓力大于車頂，從而空氣作用在車身上的垂直方向的壓力形成壓力差[3，4]，如圖1所示。
空氣阻力是影響燃油消耗的重要因素。最大限度地減小整車空氣阻力是降低油耗的有效方法，降低油耗的同時也能減少排放并降低使用成本[5]。有試驗表明，空氣阻力系數(shù)每降低10%，燃油節(jié)省7%左右。因此，減小空氣阻力主要依賴于空氣阻力系數(shù)的減小[4]。目前，汽車空氣阻力的計算或仿真多以流體仿真為基礎(chǔ)，從動力學(xué)理論出發(fā)，利用相應(yīng)的物理模型，建立相關(guān)流體運動模型。采用的軟件有PowerFLOW、FLUENT、CFD等。多年以來，PowerFLOW分析軟件是汽車行業(yè)中空氣動力學(xué)的重要工具。利用此軟件可以分析整車的總體空氣阻力數(shù)據(jù)外，也可以充分利用流場數(shù)據(jù)，研究環(huán)繞整個車身的空氣流體動力學(xué)行為，研究阻力的細(xì)化、量化等，以此來指導(dǎo)汽車設(shè)計并優(yōu)化[5]。
二、基于流體力學(xué)的汽車表面壓力分析
汽車行駛時，前方氣流首先與車身前部作用，使氣流受阻，降低速度，在氣流壓力作用下，車頭前部形成一個正壓區(qū)，汽車周圍的壓強(qiáng)分布如圖2所示。這部分氣流分為兩股，一部分通過發(fā)動機(jī)罩、前擋風(fēng)玻璃、駕駛室頂向后流去；另一部分，通過車身下部，向車尾流去，如圖2 b）中所示。流向上方的這股氣流在流經(jīng)車頭上緣時，由于緣角半徑相對較小，氣流來不及轉(zhuǎn)折，導(dǎo)致局部分離，所以在上緣角附近存在很大的吸力峰。隨后，氣流又重新附著在發(fā)動機(jī)罩上。
傳統(tǒng)的汽車外形設(shè)計、壓力分析等以風(fēng)洞實驗研究為主，實驗成本極高[4，6]，對汽車外形的氣動特性研究十分困難。計算流體力學(xué)（CFD）是流體力學(xué)的一個重要分支，以計算機(jī)科學(xué)、數(shù)值計算方法的發(fā)展為基礎(chǔ)，是流體力學(xué)理論分析、計算科學(xué)及數(shù)值計算方法共同發(fā)展的產(chǎn)物。伴隨著CFD方法的不斷發(fā)展、進(jìn)步，利用CFD軟件分析汽車氣動性能成為可能。采用這一軟件對空氣動力學(xué)的計算，能夠較為精確地分析汽車三維外流場，準(zhǔn)確的研究汽車表面壓力，可以幫助工程技術(shù)人員直觀、深入地分析汽車氣動特性；更重要的是相對于實驗分析，CFD軟件研究可以縮短汽車設(shè)計研發(fā)周期、降低成本。
三、基于流體力學(xué)在氣動升力分析中的應(yīng)用
汽車氣動升力的來源與機(jī)翼類似，由于汽車是在地面上行駛，地面效應(yīng)是影響汽車氣動升力的重要因素。汽車氣動升力包括壓差升力和粘性升力，其中壓差升力占主要部分。壓差升力一方面是由于汽車上下表面曲率不同，形成上下表面壓差產(chǎn)生；另一方面是由于地面效應(yīng)，汽車底部和地面之間形成了一個類似于漸縮噴管的氣流通道，使得汽車底部形成負(fù)升力。
研究表明，當(dāng)汽車速度超過70km/h，車身所受的氣動力成為影響汽車性能的主要因素之一[7]。汽車在行駛中，氣動升力隨車速的提高，對汽車的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性有一定的影響。氣動升力的存在降低了汽車輪胎對地面的壓力，影響了汽車的動力性和制動性能；同時，氣動升力的存在降低了輪胎的側(cè)向附著力和側(cè)偏剛度，從而影響了汽車的操縱穩(wěn)定性[8]。
當(dāng)汽車高速行駛時，氣動力對汽車各性能的影響占主要地位。隨著汽車速度的增加，汽車的滾動阻力受氣動升力的影響逐漸減?。欢嚨臍鈩幼枇t隨著車速的增加迅速提高。研究表明，當(dāng)汽車車速為70km/h左右時，汽車所受的氣動阻力和滾動阻力幾乎相同。當(dāng)汽車車速大于150km/h后，所受的氣動阻力是滾動阻力的2―3倍。顯然，汽車高速行駛時，氣動升力的影響則更為顯著。所以為了保證安全，對高速行駛時的氣動升力提出了更高的要求[9]。
空氣作為汽車受力分析中的主要流體，在流過汽車車身的整個過程都受流體質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒等流體力學(xué)的支配。計算流體力學(xué)就是通過這些基本的控制方程來分析汽車周圍流場中空氣的運動。在理論方面，對氣動阻力和氣動升力的研究是根據(jù)伯努利提出的“路徑理論”為基礎(chǔ)進(jìn)行分析[10]，這一理論基礎(chǔ)便是流體動力學(xué)，理論中要充分考慮雷諾數(shù)、流態(tài)等基本流體動力學(xué)要素；在數(shù)值計算上，也主要是基于氣動力學(xué)計算的流體模型進(jìn)行分析。當(dāng)今社會，車輛的設(shè)計速度和公路允許的行車速度越來越快，所以解決高速行駛時發(fā)飄的問題是非常有必要而且是保障駕駛安全的重要舉措。
四、流體力學(xué)在氣動側(cè)力分析中的作用
危險不一定來自背后，危險也會來自側(cè)面。在高速下發(fā)生的交通事故，除了氣動升力的作用外，還有相當(dāng)一部分是由于氣動側(cè)力的作用。當(dāng)氣流與汽車的縱對稱面平行時，是不存在氣動側(cè)向力的。但在汽車實際行駛中，氣流不會總是與汽車的縱對稱面平行，當(dāng)氣流與汽車存在橫偏角時，汽車都會產(chǎn)生氣動側(cè)向力。也就是說側(cè)向力的來源就是由于受到了側(cè)向氣流的作用。在實際h境中側(cè)向來流的來源比較復(fù)雜，如自然界陣風(fēng)、汽車駛過大橋、車輛超車等情況。
氣動側(cè)力對汽車性能影響的研究是一個較廣泛的領(lǐng)域，而且對汽車主要性能有著不可忽略的影響[11]。汽車受側(cè)向風(fēng)時，在車身側(cè)板處就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流。這一氣流的存在不但破壞了駕駛室與車身之間正常的小渦流狀態(tài)，而且還會形成旋渦稠密氣流區(qū)，增大車身正前方的阻力，使汽車相對原直線行駛方向發(fā)生偏移，造成潛在危險[12]，因此，氣動側(cè)力也是汽車設(shè)計中必須分析的一個重要因素之一。
自然界中的側(cè)向風(fēng)變化非常復(fù)雜，側(cè)風(fēng)的方向、波長的變化等都對流場產(chǎn)生重要影響，所以氣動側(cè)力的分析相對更加復(fù)雜。采用復(fù)雜的風(fēng)洞實驗方法可以對側(cè)風(fēng)進(jìn)行研究，但利用風(fēng)洞實驗再現(xiàn)汽車遇到側(cè)風(fēng)的復(fù)雜工況是非常困難的。而采用計算流體動力學(xué)（CFD）方法研究瞬態(tài)側(cè)風(fēng)是非常有效的，且能夠提供更多的瞬態(tài)變化信息，可對實際行駛過程中的汽車氣動性能進(jìn)行更深入的研究[13]。
五、結(jié)語
流體力學(xué)相關(guān)理論及對應(yīng)的軟件在汽車研究設(shè)計中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，不但可以節(jié)約成本、優(yōu)化設(shè)計效果，相關(guān)軟件的使用也使設(shè)計更科學(xué)、安全、環(huán)保和人性化?，F(xiàn)代汽車設(shè)計中，車輛的設(shè)計速度和公路允許的行車速度越來越快，空氣阻力是影響車輛動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性等汽車性能的重要影響因素，汽車的安全性能是當(dāng)今人們高質(zhì)量生活水平能得以保證的前提。充分利用流體力學(xué)在汽車空氣阻力、壓力、氣動力等方面的應(yīng)用來提高車輛各方面的性能。流體力學(xué)與汽車設(shè)計相關(guān)知識的交叉，將對汽車實車造型與分析評價產(chǎn)生重大影響，逐漸成為汽車產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計的主要理論知識。
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關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；制冷與低溫工程；教學(xué)改革
作者簡介：尹雪梅（1979-），女，四川資中人，鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，講師；張文慧（1980-），女，河南焦作人，鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，講師。（河南鄭州450002）
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）10-0098-02
目前，鄭州輕工業(yè)學(xué)院（以下簡稱“我院”）的制冷與低溫工程專業(yè)已被評為國家級特色專業(yè)。為了加強(qiáng)制冷與低溫工程專業(yè)學(xué)生能力的培養(yǎng)，造就人才，有必要對制冷與低溫工程專業(yè)的教學(xué)進(jìn)行全面的改革。
“流體力學(xué)”是制冷與低溫工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要分為流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)，研究流體平衡、運動規(guī)律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實際應(yīng)用的科學(xué)。由于流動現(xiàn)象和流動規(guī)律及其影響因素十分復(fù)雜，故其具有理論性強(qiáng)、概念抽象和公式較多、實際工程應(yīng)用廣、對學(xué)生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點。[1]加上學(xué)生對流體流動機(jī)理普遍缺乏感性認(rèn)識，導(dǎo)致“流體力學(xué)”課程歷來被公認(rèn)為是教師難教、學(xué)生難學(xué)難懂的課程之一。[2]因此，迫切需要進(jìn)行“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革，使學(xué)生學(xué)好本門課程，提高課程教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能更深刻地理解和掌握專業(yè)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，全面提高專業(yè)素質(zhì)。
分析目前我院制冷與低溫工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在以下主要問題：首先，“流體力學(xué)”理論性強(qiáng)，概念多而抽象，難以理解，學(xué)生普遍缺乏對流體力學(xué)問題的感性認(rèn)識，學(xué)習(xí)興趣不高；其次，課程中公式繁多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，且大多涉及到“高等數(shù)學(xué)”的偏微分方程，另還涉及到“大學(xué)物理”、“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”等方面的知識，學(xué)生理解困難；另外，學(xué)生對所學(xué)的知識不能靈活應(yīng)用。因此怎樣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，選擇合適的教學(xué)模式組織教學(xué)，全面實現(xiàn)該課程教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量，是該課程教學(xué)亟待解決的問題。
一、改革教學(xué)方法
學(xué)好“流體力學(xué)”這門課對于制冷與低溫工程專業(yè)的學(xué)生來說至關(guān)重要。讓學(xué)生理解流體靜止和運動的規(guī)律及其影響因素，不僅能為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程提供必要的理論基礎(chǔ)，也能為學(xué)生以后分析解決實際工程中的實際問題提供理論指導(dǎo)。怎樣才能讓學(xué)生學(xué)好這門課，筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗，認(rèn)為可以從以下幾方面著手。
1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，而“流體力學(xué)”又是大家公認(rèn)難學(xué)的課程，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高低決定著“流體力學(xué)”這門課教學(xué)的成敗。
要提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的積極性，首先要上好“緒論”課?！熬w論”課是學(xué)生接觸和了解“流體力學(xué)”這門課的窗口，也是教師的教學(xué)水平和教學(xué)方式的第一次展示，“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學(xué)”課程教學(xué)的成功與否。通過“緒論”課讓學(xué)生對“流體力學(xué)”的發(fā)展及其廣泛的工程實際應(yīng)用有一個大致的了解，使他們充分意識到“流體力學(xué)”知識和我們的生活及國家的建設(shè)密切相關(guān)，深刻理解“流體力學(xué)”知識在今后的學(xué)習(xí)和解決實際工程問題中的重要作用。[3]
教師在講授一些理論知識之前，可先舉出很多貼近生活的有趣實例或者先提一些問題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極地思考。例如在講液體的粘性之前，可以先問學(xué)生：在水中游得快還是在油中游得快？為什么？又如在描述流體運動有兩種方式――拉格朗日法和歐拉法時，可以將在座的學(xué)生和教室里的每個座位作為研究對象來進(jìn)行類比，從而讓學(xué)生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，讓學(xué)生親身感受到參與教學(xué)活動是一件樂事、趣事，由愿學(xué)到愛學(xué)再到樂學(xué)。實踐表明：列舉事例或提問的方式可以避免學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥感，活躍課堂氣氛，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，還可以使學(xué)生充分意識到本課程對今后學(xué)習(xí)和工作的重要意義，并且能加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和記憶，使學(xué)生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外，還應(yīng)充分利用多媒體，通過圖片、動畫讓學(xué)生直觀了解各種流動現(xiàn)象，而不是停留在抽象層面，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動現(xiàn)象和分析流動機(jī)理，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)工具。學(xué)生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要讀懂?dāng)?shù)學(xué)，然而讀懂了數(shù)學(xué)不一定意味著明白了數(shù)學(xué)符號背后所代表的物理意義?！傲黧w力學(xué)”教學(xué)實踐表明，學(xué)生從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動問題的物理本質(zhì)有一個過程。教師的一個重要任務(wù)就是做好各方面的工作，幫助學(xué)生完成從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動的物理本質(zhì)這一過程的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步建立起科學(xué)的思維方式。
“流體力學(xué)”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運動方程、連續(xù)方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時都有大量的公式，這些公式涉及一些高數(shù)、物理、力學(xué)方面的知識，特別是大量的偏微分方程，加上“流體力學(xué)”的公式推導(dǎo)采用歐拉法，與物理及其他力學(xué)不同，學(xué)生的觀念不易改變，而且推導(dǎo)過程復(fù)雜，學(xué)生理解掌握很困難。如果過分強(qiáng)調(diào)“流體力學(xué)”知識的嚴(yán)密性和完整性，對每個公式的每個推導(dǎo)細(xì)節(jié)都逐一介紹，推導(dǎo)過程將會枯燥無味，學(xué)生只會被弄得糊里糊涂，興趣全無。而如果直接給出公式，讓學(xué)生死記硬背，只能讓學(xué)生不知其所以然，當(dāng)然也就不能真正用所學(xué)知識來解決實際問題了。
根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，筆者認(rèn)為：“流體力學(xué)”中公式的講解應(yīng)將重點放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應(yīng)用限制上。首先對基本概念力爭講透，概念清楚了，公式的講解推演才有意義。然后重點使學(xué)生明確公式的物理意義及公式中各項參數(shù)的物理意義和幾何意義，只有真正理解了公式的物理意義，才能靈活使用公式解決實際工程問題。最后應(yīng)強(qiáng)調(diào)公式的應(yīng)用范圍及應(yīng)用注意事項。由于流動的多樣性，“流體力學(xué)”中的很多方程都是在一定的條件下得到的，如伯努利方程就有多種形式（理想流體、實際流體、流體是否可壓等），在具體運用時，要根據(jù)具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業(yè)
學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨立自主地解決實際工程問題。如果基本原理掌握了，接下來就是如何用這個原理去解決實際問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對所學(xué)知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應(yīng)由學(xué)生獨立地完成一定量的課后練習(xí)題，這是“流體力學(xué)”學(xué)習(xí)過程的重要組成部分，解題過程實質(zhì)就是利用“流體力學(xué)”的基本原理和基本方程分析和解決實際問題的一個訓(xùn)練過程，課后習(xí)題可以幫助學(xué)生加深對基本概念和基本理論知識的理解。
然后再由教師通過習(xí)題課的方式，利用具有代表性的習(xí)題和一些學(xué)生普遍認(rèn)為困難、出錯多的習(xí)題，講述流體力學(xué)原理在工程實例中的應(yīng)用。在講解習(xí)題時，重在提供條理清晰的解題思路、詳細(xì)具體的解題步驟，使學(xué)生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧，以便在以后的學(xué)習(xí)工作中舉一反三、觸類旁通、學(xué)以致用。這一過程增強(qiáng)了學(xué)生對流動過程物理本質(zhì)的理解，將物理問題與數(shù)學(xué)工具有機(jī)地結(jié)合起來，有助于學(xué)生對與專業(yè)相關(guān)聯(lián)的實際工程問題進(jìn)行認(rèn)真思考，有效的增強(qiáng)了學(xué)生分析并解決實際問題的能力。
二、改革教學(xué)手段
多媒體教學(xué)以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學(xué)特點，豐富的教學(xué)內(nèi)容，被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的歡迎。[4]
多媒體教學(xué)在“流體力學(xué)”教學(xué)過程中發(fā)揮著重要的作用。利用多媒體，可將“流體力學(xué)”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點，如拉格朗日和歐拉法的描述，流線與跡線、層流、湍流等，通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現(xiàn)給學(xué)生，使其從感性認(rèn)識開始建立清晰的物理概念，較容易地掌握相關(guān)內(nèi)容，并使學(xué)生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時間寫板書表述的和不易通過板書表述的內(nèi)容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習(xí)題等。采用多媒體教學(xué)，授課的信息量增多了，教學(xué)內(nèi)容更豐富了，學(xué)生在有限的時間內(nèi)接收的知識更多了，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高了，學(xué)生的思路拓寬了，教學(xué)質(zhì)量也提高了。
多媒體教學(xué)的發(fā)展并不意味著要摒棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)。有很多學(xué)生認(rèn)為板書能讓他們有更多的時間去思考消化一些抽象的東西，更有利于對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。根據(jù)“流體力學(xué)”既有抽象復(fù)雜的流動機(jī)理又有大量的基本概念、基本方程的特點，在教學(xué)過程中應(yīng)將多媒體教學(xué)與板書教學(xué)相結(jié)合，揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，為教學(xué)工作更好地服務(wù)。如對某些特定的流動現(xiàn)象，可以通過多媒體教學(xué)，加深學(xué)生對流動現(xiàn)象和機(jī)理的理解。而對于較重要的公式及一些重點難點內(nèi)容還是采用板書教學(xué)，例如流體力學(xué)基本方程的推導(dǎo)過程依然使用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書，有利于學(xué)生集中注意力，讓學(xué)生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學(xué)生足夠的思考時間，又可加深學(xué)生對重要知識的理解，從而獲得良好的教學(xué)效果。
三、 結(jié)束語
總之，高等教育教學(xué)改革，特別是專業(yè)課程的教學(xué)改革，是一個長期而艱巨的實踐過程。“流體力學(xué)”是制冷與低溫工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中要根據(jù)學(xué)校的具體情況改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，借助現(xiàn)代教育技術(shù)與手段，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合生活、生產(chǎn)、科研中的實際問題，進(jìn)行深入淺出、生動活潑的講解，揭示問題的本質(zhì)，向?qū)W生傳授治學(xué)方法，擴(kuò)大學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，以取得更好的教學(xué)效果。
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關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)方法；應(yīng)用型本科院校
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）12-0033-02
流體力學(xué)是宿遷學(xué)院土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。流體力學(xué)具有基本概念多、公式復(fù)雜、內(nèi)容抽象等特點，是一門既有較強(qiáng)理論性又有較強(qiáng)工程實際意義的課程，因此，該課程既可以培養(yǎng)學(xué)生良好的邏輯思維能力和分析推理能力，又可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。然而學(xué)生的實際情況是由于在大學(xué)前兩年接觸最多的是固體力學(xué)，已形成一定的思維定式，而且由于精簡學(xué)時的原因很多流體力學(xué)課程中需要的高等數(shù)學(xué)知識沒有講解，到了大三一旦遇上流體力學(xué)這個新鮮事物，可能接受起來會碰到許多困難[1]。學(xué)生普遍感覺該課程枯燥乏味、難學(xué)，存在畏難、厭學(xué)情緒，期末考試不及格率較高。在學(xué)校提倡培養(yǎng)應(yīng)用型人才的大背景下，有必要根據(jù)課程性質(zhì)從提高教師教學(xué)水平和提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行探討。
一、引導(dǎo)學(xué)生重視，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
（一）強(qiáng)調(diào)課程的地位和重要性
教師除了說明流體力學(xué)在整個專業(yè)教學(xué)中的地位和作用外，還可補(bǔ)充說明它是注冊結(jié)構(gòu)工程師基礎(chǔ)考試中公共基礎(chǔ)考試科目。此外，還可說明往年期末考試通過率的情況，以給學(xué)生適當(dāng)加壓。當(dāng)然，更重要的是還要說明該課程的學(xué)習(xí)方法，以幫助學(xué)生樹立信心。
（二）通過人物、工程實例及專業(yè)應(yīng)用調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
“興趣是最好的教師，而教師則是點燃學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的火炬”。如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是教師考慮的首要問題。在教學(xué)過程中可以穿插舉出古今中外的科學(xué)家、工程師生平事跡和工程實例以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如大禹采取疏壅導(dǎo)滯的方法治水三過家門而不入；理想流體力學(xué)奠基人歐拉16歲就獲得碩士學(xué)位，雙目失明后仍然從事科學(xué)研究直至去世當(dāng)天還在進(jìn)行科學(xué)研究等[2]。如兩千多年前李冰利用“深淘灘，低作堰”建造的都江堰；大約在同時期，古羅馬人建成了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)等。除此之外，還可以介紹流體力學(xué)在土木專業(yè)及其他專業(yè)的應(yīng)用，如美國華盛頓州塔科馬大橋被大風(fēng)摧毀、汽車“風(fēng)阻”和飛機(jī)“音障”等事例。
（三）將CFD技術(shù)引入課堂調(diào)動學(xué)生興趣
計算流體動力學(xué)（簡稱CFD）技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為研究流體力學(xué)的一種重要方法。在流體力學(xué)教學(xué)過程中引入CFD技術(shù)，不但可以將理論性較強(qiáng)的內(nèi)容形象化，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，而且可以開闊學(xué)生的眼界，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神。如對歐拉法中流線的模擬、圓管中層流和湍流流速的分布、局部阻力損失的流場分析[3]。
二、教學(xué)內(nèi)容的取舍和教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計
（一）教學(xué)內(nèi)容的取舍
流體力學(xué)知識面廣，內(nèi)容繁多，在學(xué)時限制的條件下要結(jié)合專業(yè)教學(xué)要求合理取舍。對土木工程專業(yè)而言需要掌握的內(nèi)容有：（1）流體物理性質(zhì)；（2）流體靜力學(xué)；（3）流體運動學(xué)和流體動力學(xué)；（4）阻力損失；（5）管道流、明渠流及滲流。
1.重要問題的處理。首先，要從力學(xué)角度分析流體的流動性。流體與固體的主要區(qū)別在于流體的流動性，其根本原因是流體和固體對承受剪切力的表現(xiàn)。為了形象說明，可以引用“抽刀斷水水更流”的詩句[4]。當(dāng)然，還需說明無論流體靜止還是運動均不能承受拉力。
其次，要理解連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的概念。微觀上，流體是由大量分子構(gòu)成的，是離散的，不連續(xù)的，這給我們研究流體力學(xué)問題帶來了困難。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)認(rèn)為流體是由內(nèi)部無間隙的連續(xù)流體質(zhì)點構(gòu)成。這里要理解流體質(zhì)點微觀上“充分大”、宏觀上“充分小”的含義。如此流體在空間上就變?yōu)檫B續(xù)的，可以借助高等數(shù)學(xué)的方法來研究。
2.公式推導(dǎo)的處理。流體力學(xué)學(xué)習(xí)過程中會遇到大量復(fù)雜的公式，特別是實際流體伯努力方程的推導(dǎo)讓人很難掌握。筆者在處理公式推導(dǎo)問題時強(qiáng)調(diào)公式推導(dǎo)的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)一種思想，學(xué)習(xí)一種處理問題的方法，將精力集中在公式建立的基本原理和適用條件上，從思路上進(jìn)行分析整理，淡化煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。這樣學(xué)生有了獨立思考的空間，教師也有了更多的時間來講解基本概念和基本方法。需要強(qiáng)調(diào)的是，流體力學(xué)中很多公式都是在一定條件下推導(dǎo)出的，因此其應(yīng)用也是具有一定范圍的，公式的應(yīng)用往往也有一定的技巧，如伯努力方程的“三選一列”。
（二）教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計
1.調(diào)整習(xí)題或考題構(gòu)成，重視習(xí)題課。這里有兩個問題需要注意。一方面，流體力學(xué)習(xí)題歷來存在重計算、輕概念的現(xiàn)象，特別是考題如果全是計算題，就會形成無形的指揮棒。這就不利于學(xué)生從整體上掌握該課程的重點，習(xí)題或考題的題型應(yīng)豐富，除了計算題之外，還應(yīng)有填空、選擇、判斷、作圖、名詞解釋等考查基本概念的題目。另一方面，在精選題目時，要注意將理論教學(xué)和實際應(yīng)用結(jié)合起來，如查找資料的技能培養(yǎng)。在流體力學(xué)的牛頓內(nèi)摩擦定律、能量損失計算和管道流等部分很多數(shù)據(jù)都是要查有關(guān)工程手冊和圖表的[5]。
習(xí)題課是流體力學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，為了能夠在學(xué)時緊張的前提下開展習(xí)題課，教師必須重視習(xí)題選擇和習(xí)題評講兩個方面。一方面，教師應(yīng)選擇具有代表性的題目，另一方面，習(xí)題講評應(yīng)使學(xué)生從解題過程中獲得解決問題的思路、方法和技巧，達(dá)到觸類旁通的效果。
2.重視實驗教學(xué)，強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)是流體力學(xué)教學(xué)中的重要組成部分，通過實驗，不但可以加深學(xué)生對流體力學(xué)基本原理的理解，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨立工作能力和創(chuàng)新能力。如通過水靜壓強(qiáng)試驗，學(xué)生明確了測壓管水頭的含義；通過雷諾實驗，學(xué)生加深了層流、湍流及臨界雷諾數(shù)的理解。當(dāng)然，由于實驗室條件的限制，目前的實驗主要以驗證性居多，在條件許可的情況下應(yīng)進(jìn)行設(shè)計性實驗。
此外，每學(xué)期筆者都會布置一個任務(wù)，讓學(xué)生留意身邊感興趣的流體力學(xué)現(xiàn)象，然后根據(jù)課堂所學(xué)知識和個人理解撰寫論文，以此增強(qiáng)學(xué)生的實踐應(yīng)用能力和培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。
三、教學(xué)方法和手段的改進(jìn)
（一）注重討論法與案例教學(xué)法的運用
1.討論式教學(xué)方法。教學(xué)活動應(yīng)該是雙向的師生互動過程，不應(yīng)是教師的一言堂。教師應(yīng)創(chuàng)造和諧、輕松的課堂氣氛，鼓勵學(xué)生積極發(fā)言，表達(dá)自己的疑問、見解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。如在課堂上通過提問的方式回顧上次課的主要內(nèi)容，通過“自學(xué)―提問―討論―總結(jié)”的方法學(xué)習(xí)新內(nèi)容，在考慮學(xué)生接受能力的前提下，甚至可以讓學(xué)生來講一次課。如通過反證法證明流體靜壓強(qiáng)的方向，通過隔離體分析法證明流體靜壓強(qiáng)的大小。通過討論式的教學(xué)方法不但可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，樹立信心，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
2.案例式教學(xué)方法。通過將生活和工程案例引入課堂，不但可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以加深學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力。生活案例有馬利奧特容器原理應(yīng)用于點滴吊瓶和家用飲水機(jī)[6]、洗衣機(jī)為什么老翻衣服兜[7]、撈面條的學(xué)問等。工程案例如1993年青海省溝后水庫在低于設(shè)計水位0.75m的情況下突然垮壩的事故；三峽工程如何在最大流量10×104m3/s、水頭高達(dá)100m、最高流速高達(dá)45m/s的情況下不會產(chǎn)生巨大的破壞力等[8]。
（二）綜合運用各種教學(xué)手段
流體力學(xué)概念抽象、繁多，僅靠傳統(tǒng)的一塊黑板、一支粉筆不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。借助于多媒體技術(shù)，利用其形象、生動、直觀、易于理解并可加強(qiáng)記憶的優(yōu)點，通過動畫、視頻資料、數(shù)值模擬等手段將復(fù)雜的流動現(xiàn)象展示給學(xué)生，可取得事半功倍的效果。但是，考慮到多媒體技術(shù)授課和傳統(tǒng)的授課方法各自的優(yōu)缺點，結(jié)合流體力學(xué)課程特點，采用取其長而避其短、兩者兼顧而又兩者不棄的原則。
“教學(xué)有法，但無定法，貴在得法”。我們要不斷更新教學(xué)理念，努力提升自身的綜合素質(zhì)，及時總結(jié)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題并加以改進(jìn)，注重教學(xué)過程中的每一個環(huán)節(jié)，多管齊下，才能保證學(xué)生取得良好的教學(xué)效果。
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關(guān)鍵詞：地方高校；流體力學(xué)；理論；實踐
0引言
以航空為特色的濱州學(xué)院的航空專業(yè)學(xué)生，流體力學(xué)是后期學(xué)習(xí)氣體動力學(xué)、航空發(fā)動機(jī)構(gòu)造、航空發(fā)動機(jī)原理等等課程的基礎(chǔ)課程，航空發(fā)動機(jī)分為活塞式和噴氣式，目前大型飛機(jī)多采用噴氣式發(fā)動機(jī)產(chǎn)生飛機(jī)向前運動的推力，其原理是從外部大氣中吸入大量的氣體經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后部分氣體流入燃燒室和燃油充分混合燃燒后形成高溫高壓的熱氣流入渦輪，最后所有吸進(jìn)發(fā)動機(jī)的氣體由尾噴管噴出，吸入前和排除的氣體發(fā)生了變化變?yōu)楦邏焊邷馗咚贇怏w，根據(jù)力的反作用，由尾噴口噴出的氣體可在發(fā)動機(jī)上產(chǎn)生強(qiáng)勁的推力，先進(jìn)的噴氣式發(fā)動機(jī)在設(shè)計階段會根據(jù)相應(yīng)的流體力學(xué)原理設(shè)計不同管徑的流道，設(shè)計壓氣機(jī)和渦輪的葉片，因此理順流體力學(xué)的知識點及學(xué)習(xí)思路至關(guān)重要。流體力學(xué)的研究方法可分為理論方法、實驗方法、數(shù)值方法[1-2]。因此在教學(xué)時，可將3種研究方法貫穿流體力學(xué)的教學(xué)過程中。課程學(xué)習(xí)目標(biāo)有如下4項：①了解流體力學(xué)與其他力學(xué)的本質(zhì)的區(qū)別；②掌握最基本的流體力學(xué)理論知識點，如靜力學(xué)、動力學(xué)、運動學(xué)等；③具有應(yīng)用流體力學(xué)的知識，分析、處理基本流體力學(xué)問題的能力；④利用數(shù)值方法和實驗方法，培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)、撰寫實驗報告的能力。
1理論方法
理論知識的學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)時的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而流體力學(xué)理論知識的學(xué)習(xí)過程中，多注重公式的推導(dǎo)。本文以流體力學(xué)的三大方程之一的連續(xù)性方程為例，講解該公式學(xué)習(xí)的具體的過程，連續(xù)性方程式是質(zhì)量守恒在流體力學(xué)中的表達(dá)式。首先學(xué)習(xí)連續(xù)性微分方程。需要建立流體的模型，在空間坐標(biāo)系下選取一個微小的直角六面體A，并假設(shè)六面體內(nèi)流體的密度ρ有梯度，六面體內(nèi)流體的流動沿著x、y、z軸向，速度為ux、uy、uz，如圖1所示。dt時刻內(nèi)微小的直角六面體A的質(zhì)量流量該變量駐M可分解為在x、y、z方向上質(zhì)量流量的改變量駐Mx、駐My、駐Mz。以x方向為例，dt時間內(nèi)，流進(jìn)六面體A的流體質(zhì)量流量Mx為ρuxdxdydt，流出六面體A的流體質(zhì)量流量Mx′為。因此，dt時刻內(nèi)在x方向上的流出的質(zhì)量流量駐Mx可表示為：根據(jù)上述推導(dǎo)，可知dt時刻內(nèi)在y、z方向上流出的質(zhì)量流量駐My、駐Mz的大小表示為：因此，dt時刻內(nèi)流出微小的直角六面體A的質(zhì)量流量駐M：結(jié)合質(zhì)量守恒定律，可推出dt時刻內(nèi)直角六面體A的質(zhì)量流量的變化量的變化關(guān)系。質(zhì)量流量與密度、體積、速度的變量有關(guān)，又因為體積及速度沒有變化，因此只和密度有關(guān)。控制體內(nèi)密度的減小而減少的質(zhì)量流量：然后學(xué)習(xí)恒定總流的連續(xù)性微分方程對總流的積分。從恒定總流A任意截取出來的細(xì)微的一段管道稱為控制體[3-4]。其控制面如圖2所示。過流斷面截面積為A1、A2，平均流速為u1、u2。在單位時間內(nèi)，經(jīng)控制面流進(jìn)流出控制體積內(nèi)的液體質(zhì)量流量應(yīng)相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面處的速度與面積成反比關(guān)系，截面積越大速度越小，反之亦然。
2實驗操作
理論知識的學(xué)習(xí)，離不開強(qiáng)力的邏輯思維能力，但是地方高校學(xué)生普遍缺乏此能力。而結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備，適當(dāng)?shù)母M(jìn)實驗，便于學(xué)生理解理論知識，及時互動。因此設(shè)計了基于截面積改變，流體流速變化情況的基礎(chǔ)實驗。本實驗室采用了氣體動力學(xué)試驗臺模擬風(fēng)速，斜壓計測量截面處的動壓強(qiáng)，斜壓計顧名思義就是液壓管傾斜放置的測壓儀器，與桌面存在夾角，因壓強(qiáng)變化量相對較小，傾斜放置可比豎直放置的管路讀取的壓強(qiáng)數(shù)值更為精確。如圖3所示。根據(jù)斜壓計的讀值，由下列公式計算流速。試驗前先做好準(zhǔn)備工作，如連接好皮托管與斜壓計的橡膠管，皮托管可感受來流總壓和靜壓，從而得到動壓差，皮托管如圖4所示。把斜壓計根據(jù)基座上的校正氣泡調(diào)成水平放置，在斜壓計內(nèi)適當(dāng)?shù)姆湃氩糠譄o水乙醇，純度為99.7%，它的密度為0.790*103kg/m3。液面和斜壓計0點重合。靜止時斜壓計讀數(shù)為0mm。實驗過程中，可通過調(diào)整出風(fēng)口截面積的大小，觀測斜壓計內(nèi)讀值（流速）與試驗段截面積的關(guān)系，截面形狀示意圖如圖5所示，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。結(jié)合試驗結(jié)果，分析可知，在模擬風(fēng)速不變的情況下，流速與截面積的大小成反比，截面積越大流速越小。而在日常生活中，我們能看到很多的現(xiàn)象和此原理有關(guān)，如河道突然變窄的區(qū)域水流速度很大，山谷里的風(fēng)比平地上的風(fēng)大。
關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；課程建設(shè)；創(chuàng)新能力
作者簡介：李偉鋒（1976-），男，湖北麻城人，華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，副教授；劉海峰（1971-），男，山東文登人，華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，教授。（上海 200237）
基金項目：本文系2011年華東理工大學(xué)本科教育教學(xué)改革重點項目、華東理工大學(xué)《流體力學(xué)》精品課程建設(shè)項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）13-0103-02
“為什么我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才？”這就是著名的“錢學(xué)森之問”?！板X學(xué)森之問”是關(guān)于中國教育事業(yè)發(fā)展的一道艱深命題，需要整個教育界乃至社會各界共同破解。錢老的話一針見血，既對我國高校人才培養(yǎng)中存在的創(chuàng)新性不足問題提出了尖銳批評，又對改革高校人才培養(yǎng)模式提出了殷切希望。[1]
為此，在黨的十報告中明確提出實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，指出科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。那么我國大學(xué)生的創(chuàng)新能力相對歐美發(fā)達(dá)國家為何比較薄弱？相比較而言，中國式教育比較注重學(xué)生掌握的“知識量”和解題能力，歐美發(fā)達(dá)國家教育更注重學(xué)生的獨立思維和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力；中國教育側(cè)重于知識獲取和掌握，歐美發(fā)達(dá)國家教育側(cè)重于創(chuàng)新能力培養(yǎng)。這種教育的結(jié)果導(dǎo)致中國學(xué)生的知識量大、解題能力強(qiáng)，弱點在于不善于“質(zhì)疑”和“提問”，直接導(dǎo)致科技創(chuàng)新能力較差。這個問題的解決除了需要改革高等教育制度之外，也需要每個高校教育工作者共同去面對。
本文以華東理工大學(xué)“流體力學(xué)”課程建設(shè)為例，拋磚引玉，介紹如何通過課程改革，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。就“流體力學(xué)”課程而言，基本任務(wù)和要求是老師完成知識的講授，學(xué)生完成聽講、作業(yè)及考試。但是，這些要求對創(chuàng)新能力培養(yǎng)而言還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為此對華東理工大學(xué)“流體力學(xué)”課程的授課內(nèi)容、授課方式以及創(chuàng)新實踐進(jìn)行了改革和探索。
一、確立以人為本的教學(xué)改革思路
在我國古書中最早明確提出“以人為本”的是春秋時期齊國名相管仲。到了近現(xiàn)代，“以人為本思想”在國家執(zhí)政方略和企業(yè)管理等方面有了新內(nèi)涵和新發(fā)展。高等教育在教學(xué)上是以人為本，還是以知識為本？傳統(tǒng)的大學(xué)教育模式，忽視引導(dǎo)學(xué)生探索新的知識，忽視對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新教育；以教師為中心，沒有充分調(diào)動學(xué)生的積極性。我國目前仍有相當(dāng)多的大學(xué)采用的是“我在上面講，你在下面記”的教學(xué)方式，這沒有把學(xué)生作為主體。因此課程改革的基本指導(dǎo)思想是要把以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，教師是大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主導(dǎo)者，而大學(xué)生則是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主體。[2]
具體到“流體力學(xué)”課程內(nèi)容的改革，以人為本的思想表現(xiàn)為教師設(shè)身處地為學(xué)生著想：當(dāng)今大學(xué)生需要什么樣的知識和能力？華東理工大學(xué)（以下簡稱“我?！保崮芄こ虒I(yè)的本科生，將來一部分成為熱能工程領(lǐng)域的工程師，一部分會進(jìn)一步深造讀研或者攻博，成為科研工作者。對于這兩種學(xué)生，除了強(qiáng)化理論知識的學(xué)習(xí)和掌握之外，前者渴望了解流體力學(xué)在工程實踐中是如何應(yīng)用的，如何讓書本上的流體力學(xué)知識成為將來工作中的工具和技能；后者渴望獲取流體力學(xué)的科學(xué)研究思路及方法，如何利用現(xiàn)有的流體力學(xué)知識開展創(chuàng)新性的科學(xué)研究等。為了解決學(xué)生的需求，依托我校煤氣化及能源化工教育部重點實驗室的科研優(yōu)勢，對“流體力學(xué)”課程的授課內(nèi)容進(jìn)行了改革。授課過程中，除了基本的三大守恒定律（質(zhì)量、動量和能量）以及納維斯托克斯方程的講解外，還著重對流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用和科學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行補(bǔ)充講解。比如，我們加大了對流體力學(xué)的發(fā)展歷史和最新進(jìn)展的講解，讓學(xué)生了解流體力學(xué)學(xué)科中哪些已解決，哪些尚未解決，困難在哪里？哪些老問題有了新進(jìn)展和新思維？在理論性比較強(qiáng)的部分，通過展示本團(tuán)隊在流體力學(xué)方面的研究成果，讓學(xué)生了解流體力學(xué)科學(xué)研究的基本方法和基本思路，引導(dǎo)學(xué)生參與科研和投身科學(xué)；在實踐性比較強(qiáng)的部分，通過展示本團(tuán)隊在技術(shù)開發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓建設(shè)的工業(yè)裝置上各個環(huán)節(jié)中流體力學(xué)知識是如何應(yīng)用的，讓學(xué)生獲得直觀的感受，為他們將來走上工作崗位打下基礎(chǔ)。通過這些教學(xué)內(nèi)容的改革，學(xué)生普遍反映課程容量大、學(xué)有所用。
二、引入探究型授課方式
我國以往的教育體制在一個很長的時間里把人才培養(yǎng)的重點放到知識記憶和應(yīng)試能力上，學(xué)生對知識被動地接受或吸收，因而學(xué)生的創(chuàng)新能力沒有得到有效的培養(yǎng)和鍛煉。因此，我國高等教育的重點應(yīng)該放在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識上，大學(xué)教師在教授已有知識的同時，必須把創(chuàng)新理念傳達(dá)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)新。[3]在“流體力學(xué)”課程授課方式的改革中，重點在以下三個方面對學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行了引導(dǎo)和培養(yǎng)。
1.從教師提問轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生提問
課堂提問是教師檢驗學(xué)生對講課接受程度的一個有效手段，能強(qiáng)迫學(xué)生集中精力進(jìn)行思考，但是對學(xué)生來說是被動的。我們在授課中，鼓勵學(xué)生課堂提問和課間提問，也鼓勵學(xué)生課后采用電話、短信和郵件進(jìn)行提問。提問的內(nèi)容可以是任何和流體力學(xué)相關(guān)的，對于這些提問，我們都給予詳細(xì)的解答。特別需要注意的是，對于學(xué)生的原創(chuàng)思維，哪怕是很幼稚或者明顯是錯誤的，教師也要予以肯定并進(jìn)行委婉的引導(dǎo)。
2.引導(dǎo)發(fā)散性思維
“流體力學(xué)”課程的講授中，注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科交叉和發(fā)散性思維，鼓勵學(xué)生運用流體力學(xué)的基本知識思考身邊的自然現(xiàn)象，比如河流、龍卷風(fēng)、泥石流、沙塵暴和海嘯等，引導(dǎo)學(xué)生思考生物體內(nèi)的生物流體力學(xué)現(xiàn)象等。在講授流體尾流知識時，引導(dǎo)學(xué)生思考汽車、火車和飛機(jī)運動時的阻力形成的原因以及減小阻力的措施；在講到流體輸送機(jī)械和流體阻力時，從微觀角度引導(dǎo)學(xué)生思考我們身體內(nèi)血液和細(xì)胞液的輸送和流動；從宏觀角度引導(dǎo)學(xué)生思考自來水輸水管網(wǎng)的鋪設(shè)方式和阻力分布特點，進(jìn)而讓大家思考我國正在實施的“西氣東輸”和“南水北調(diào)”等大工程的技術(shù)特點和難點。通過諸如此類的引導(dǎo)，學(xué)生深刻領(lǐng)會到流體力學(xué)知識不光是書本上枯燥的公式和推導(dǎo)，而是和自己的身體、生活、生產(chǎn)實踐以及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)的。這些發(fā)散思維的引導(dǎo)，拓展了學(xué)生的視野，激發(fā)了他們學(xué)習(xí)和投身科研的熱情。
3.引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑
大學(xué)生們思維方式中一個最大的問題就是對任何知識都喜歡抱著“非此即彼，非對即錯”以及“教科書中的知識就是真理”的觀念。殊不知，這些觀念是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的大敵，科技創(chuàng)新需要一股質(zhì)疑知識、質(zhì)疑權(quán)威的觀念和勇氣。因此，在授課過程中，我們告訴學(xué)生有些流體力學(xué)知識也是不完善的，也在不斷發(fā)展和完善之中，需要包括在座的各位同學(xué)在內(nèi)的眾多科研工作者去繼承、去發(fā)展、去完善。比如，流體力學(xué)中的湍流是公認(rèn)的世界級難題，在現(xiàn)階段還沒有完善的公式和理論，但是近年來在不斷發(fā)展和完善，通過這種存疑方式的教學(xué)，來引導(dǎo)學(xué)生挑戰(zhàn)權(quán)威和經(jīng)典的意識和勇氣。
三、全面實施創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)
提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力，創(chuàng)新實踐是重要的一環(huán)，是創(chuàng)新能力培養(yǎng)從理論走向?qū)嵺`的關(guān)鍵。為了提高大學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，我校每年開展各種級別（校級、上海市級和國家級）大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃項目，并進(jìn)行一定的經(jīng)費資助和跟蹤管理。為此，我們每年開展多項流體力學(xué)相關(guān)的各種級別的大學(xué)生創(chuàng)新實驗課題。這些課題分成兩種類型，一種是修完“流體力學(xué)”的學(xué)生根據(jù)興趣，通過查閱相關(guān)資料后自擬的課題；另一類是教師從承擔(dān)的各種科研項目中挑選流體力學(xué)相關(guān)的小課題來供學(xué)生進(jìn)行雙向選擇。在整個項目的實施過程中，從資料的查閱到課題的立項，從項目組成員的組建到經(jīng)費的管理，從實驗裝置的搭建、實施到數(shù)據(jù)處理，從撰寫創(chuàng)新實踐論文到項目檢查和答辯，都是由學(xué)生來實施完成的，教師只起到指導(dǎo)和協(xié)助的作用。學(xué)校在項目的執(zhí)行過程中，主要起到監(jiān)督和管理的作用，比如項目的立項答辯和篩選、中期檢查和結(jié)題驗收答辯以及經(jīng)費使用的監(jiān)督等。在項目立項、中期檢查和結(jié)題驗收幾個環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的淘汰制，防止有的學(xué)生走過場、片面追求創(chuàng)新學(xué)分而不注重實效。通過實施這些創(chuàng)新實驗項目，學(xué)生鞏固了書本知識，更重要的是完成教學(xué)和科研的互動以及理論和實踐的結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，創(chuàng)新能力得到了較大提高。
四、結(jié)語
創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是擺在教育工作者面前的一項刻不容緩的系統(tǒng)工程，需要努力探索新的思路和舉措。在課程建設(shè)中，應(yīng)貫徹學(xué)生是主體、教師是主導(dǎo)的教育思想，樹立知識、能力和創(chuàng)新三位一體的教育理念，構(gòu)建注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、實踐能力和創(chuàng)新能力的新教學(xué)模式。教學(xué)過程中，應(yīng)引入探究型學(xué)習(xí)模式，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑和提問，并使學(xué)生積極參與創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)。通過這些課程和教學(xué)方式的改革來綜合提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，以培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)我國現(xiàn)代化建設(shè)需要的具有創(chuàng)新精神、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的高素質(zhì)人才。
參考文獻(xiàn)：
[1]馬德秀.尋找人才培養(yǎng)模式突破 致力培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].中國高等教育，2006，（11）：19-21
關(guān)鍵詞：卓越工程師培養(yǎng)計劃 工程流體力學(xué) 教學(xué)改革
中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.03.019
教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實國家教育改革和人才發(fā)展規(guī)劃綱要的重大改革項目，主要目標(biāo)是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量型工程技術(shù)人才。天津工業(yè)大學(xué)是天津市“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的首批實施高校，環(huán)境工程專業(yè)是我校的重點學(xué)科方向之一，而工程流體力學(xué)是本專業(yè)本科教學(xué)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，為強(qiáng)化學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)行業(yè)通用的工程型人才，針對“卓越計劃”開展的教學(xué)改革勢在必行。
流體力學(xué)是力學(xué)的一個分支，它主要研究流體靜止和運動的力學(xué)規(guī)律及在工程實踐中的應(yīng)用。環(huán)境專業(yè)中討論的各類問題，例如流體在管路中的運輸、氣體和液體中顆粒物的分離等均離不開流體力學(xué)的基本知識，因此學(xué)好工程流體力學(xué)有助于后續(xù)專業(yè)課的理解和掌握，為培養(yǎng)工程型人才打下堅實的基礎(chǔ)。
1 教學(xué)中存在的問題
目前，工程流體力學(xué)的教學(xué)過程中存在很多問題。首先，課堂授課時間長，內(nèi)容抽象、枯燥，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。工程流體力學(xué)課的主要研究對象是流體，流體本身沒有固定的形狀，進(jìn)行研究討論的時候缺少固定的客觀形象，難于理解和掌握，并且公式推導(dǎo)較多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，對學(xué)生的數(shù)學(xué)功底、邏輯思維能力和理解能力要求較高，因此導(dǎo)致教學(xué)過程中存在老師難教，學(xué)生難學(xué)的問題[1]。其次，授課方法單一，主要是教師在上面講，學(xué)生在下面聽，忽視教學(xué)中的互動性，理論知識與實際應(yīng)用聯(lián)系不夠緊密，教學(xué)效果不理想。第三，課程成績由最終期末考試的卷面成績決定。學(xué)生考試都是依靠老師劃重點和考前突擊復(fù)習(xí)的方式通過，死記硬背的定義、公式在考試結(jié)束后馬上被遺忘，對課程知識沒有消化理解，就不可能有綜合運用的能力[2]。
2 教學(xué)改革的內(nèi)容
2.1 課程內(nèi)容的優(yōu)化改革
減少理論教學(xué)學(xué)時，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用。將環(huán)境工程專業(yè)的特點與“卓越計劃”的目標(biāo)相結(jié)合，為增加學(xué)生參與工程、實踐的時間，對本科教學(xué)課程的教學(xué)時間進(jìn)行調(diào)整，課堂講授課時由76學(xué)時減少至60學(xué)時。教學(xué)內(nèi)容上相應(yīng)減少繁瑣的理論公式推導(dǎo)部分，特別復(fù)雜的公式或結(jié)論不需要死記硬背，只要求學(xué)生重點掌握基本概念、公式的物理意義、應(yīng)用范圍和各項參數(shù)的含義等。同時，增加了泵與風(fēng)機(jī)（即流體機(jī)械）部分內(nèi)容，將前面的基礎(chǔ)理論與實際應(yīng)用相結(jié)合，要求學(xué)生了解流體機(jī)械的基本構(gòu)造及工作原理，掌握計算運行參數(shù)及設(shè)備選型的方法。例如增加了葉片式泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)內(nèi)容，主要掌握離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理、工況分析及選擇和安裝的方法，其他類型的往復(fù)泵、真空泵等也會做介紹，拓寬學(xué)生的知識面。
2.2 教學(xué)方式的改革
完善教學(xué)手段，增設(shè)實踐討論課，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。多媒體教學(xué)手段會增加授課內(nèi)容，提高講課速度，但會使教師忽略學(xué)生對課件內(nèi)容的理解消化需要時間，導(dǎo)致學(xué)生的思維跟不上教師的講課速度。因此，在教學(xué)過程中，需要將多媒體技術(shù)和傳統(tǒng)板書有機(jī)結(jié)合起來[3]。利用ppt課件中的視頻、聲音、動畫等直觀的表現(xiàn)方式展示流體流動的狀態(tài)、流體機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理等難于用語言和文字描述的內(nèi)容，幫助學(xué)生理解書本中抽象的文字和圖片。而公式推導(dǎo)過程、各參數(shù)意義及計算方法等則采用板書書寫的形式，這樣能更好地引導(dǎo)學(xué)生的思維，使學(xué)生對課程內(nèi)容有足夠的時間消化吸收。為充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，授課方式由單純的教師講，學(xué)生聽，改為教師、學(xué)生一起講。增加實踐討論課，讓學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容與實際相結(jié)合，舉出各種流體力學(xué)中的原理在實際生活中應(yīng)用的例子，并制作ppt課件對實例加以解釋，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。課后作業(yè)做到少而精，并增加與生活中密切相關(guān)的問題，提高學(xué)生完成作業(yè)的積極性。作業(yè)的內(nèi)容既包括上節(jié)課重點又能引出下節(jié)課的難點，起到“承上啟下”的作用。遇到不懂的地方，鼓勵學(xué)生們自己查資料解決，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。
2.3 考核方式的改革
提高平時成績的比例，豐富試題內(nèi)容，綜合考查學(xué)生能力。課程的結(jié)課成績由平時成績和期末卷面考試成績綜合決定，平時成績所占份額由原來的10%增大到30%以上，期末試卷成績比例由原來的90%降到70%以下。平時成績的考核內(nèi)容除包含出勤率外，還包括課堂聽講情況、回答問題情況、作業(yè)完成情況、實踐討論課參與情況等。這種綜合考核方式可以減少考前突擊現(xiàn)象和考試抄襲現(xiàn)象，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)起到督促和幫助的作用。同時，調(diào)整期末考試試題內(nèi)容，對于選擇、填空等客觀題量減少，主觀發(fā)揮題量增加，并且主觀題不局限于教材后習(xí)題，而是選擇更貼近日常生活的各種常見問題。
以“卓越計劃”的目標(biāo)為前提，我校進(jìn)行了上述方面的改革，達(dá)到了較滿意的教學(xué)效果。選擇合適的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨自分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是教學(xué)工作者的最終目的。“教學(xué)有法，教無定法，貴在得法?！辈煌慕虒W(xué)方法適用于不同的范圍和條件，尋找一種適合“卓業(yè)計劃”的教學(xué)方式仍是工程流體力學(xué)教學(xué)改革的一項艱巨的任務(wù)。
參考文獻(xiàn)：
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[3]張春桃，王海蓉.基于“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)的化工原理精品課程改革探索與實踐[J].化工高等教育，2012，（128）：15-17.
作者簡介：劉瑩，天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300387
