【摘要】工程流體力學是能源動力、機械、水利等專業(yè)本科生的必修基礎(chǔ)課程。本文針對學院在工程流體力學本科教學中存在的問題開展分析，結(jié)合課程特點、授課經(jīng)驗，從教學手段、課后讀物、相關(guān)課程修習以及作業(yè)形式等方面提出了該課程教學的改進和應(yīng)對措施。

【關(guān)鍵詞】工程流體力學 教學 改革

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）32-0223-02

流體力學是力學學科的重要分支，主要研究流體的運動規(guī)律及動力學特性，涉及水利、能源、機械等多個領(lǐng)域。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，流體力學可分為工程流體力學、理論流體力學等分支，其中工程流體力學主要針對能源動力、機械、水利等專業(yè)開設(shè)，是相關(guān)專業(yè)本科生的必修課程。工程流體力學基于流體力學基本理論知識，注重相關(guān)理論在實際工程問題的應(yīng)用，例如管路設(shè)計、流動損失計算等方面，課程本身具有一定難度。針對工程流體力學的教學，很多學者在該課程教學過程及教學手段方面進行了研究[1-3]。

1.工程流體力學課程概況

1.1 課程內(nèi)容

工程流體力學是能源動力等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，主要著眼于實際工程問題中所涉及的流體流動、流體與固體間相互作用等方面。該課程所需預(yù)備知識較多，學生需具備包括高等數(shù)學、場論與矢量分析、以及工程熱力學等方面的理論知識。工程流體力學的研究對象為流體，在大多數(shù)情況下，需要基于歐拉體系，采用控制體分析法對相關(guān)問題開展研究，與學生先前所學的力學課程有明顯區(qū)別。

在筆者工作的上海理工大學，工程流體力學的教學內(nèi)容包括：流體的特點、流體靜力學、流體流動特性、流體動力學、不可壓縮流體的內(nèi)部流動及外部流動，可壓縮流體的一元流動、相似原理及量綱分析等方面，此外還包括4學時上機實踐環(huán)節(jié)。

1.2 教學過程中存在的問題

筆者在擔任工程流體力學課程助教期間，對所授專業(yè)的學生及授課教師進行了調(diào)研，并結(jié)合課堂教學過程的觀察，總結(jié)了目前教學過程中存在的問題。

（1）理論知識點的教學難度較大，學生接受能力有限。工程流體力學課程中含有大量抽象概念，例如拉格朗日描述與歐拉描述、Navier-Stockes方程、雷諾輸運定理以及流體湍流脈動理論等內(nèi)容，具有較強的理論性和抽象性，學生普遍接受效果不理想。筆者分析有以下幾點原因：首先，學生在學習本課程之前，高等數(shù)學、偏微分方程等相關(guān)知識掌握不扎實。工程流體力學課程具有較強的理論性，例如連續(xù)性方程，伯努利方程及動量方程的推導過程，學生需具備扎實的數(shù)學基礎(chǔ)才能較好地理解。其次，相關(guān)課程的設(shè)置有待改進，在學習工程流體力學之前，應(yīng)要求學生預(yù)先修完場論與矢量分析，使得學生能夠更好地理解流體力學的相關(guān)思想。

（2）上機實踐環(huán)節(jié)教學效果不理想。在筆者工作的上海理工大學能源與動力工程學院，工程流體力學的課程教學內(nèi)容中還涵蓋4學時上機實踐環(huán)節(jié)，其內(nèi)容主要包括計算流體力學軟件Fluent的簡易操作，要求學生完成后臺階流動的二維建模及數(shù)值模擬。然而，從4學時上機環(huán)節(jié)觀察，學生對于軟件的操作方式接受效果不佳，甚至無法完成“點—線—面”的建模工作；而在計算環(huán)節(jié)，對于邊界條件設(shè)置，湍流模型選取等工作，學生的接受程度也有待于提升。造成這種現(xiàn)象的原因，筆者歸結(jié)為對于計算流體力學思想的陌生，在之前本科階段的學習中，學生并未接觸到相關(guān)軟件，因此對于“網(wǎng)格”、“前處理”等專業(yè)術(shù)語不熟悉。通過計算流體力學課程的學習，學生或許可以具備操作相關(guān)軟件的能力。

（3）學生主動學習的態(tài)度有待提高。從課堂教學過程觀察，參與本課程學習的學生在主動學習方面存在不足，對于課程中較難理解和掌握的知識點未能做到及時復習，與授課教師之間也缺乏反饋交流。這其實是一個較為普遍的現(xiàn)象，大部分學生在經(jīng)歷十二年應(yīng)試教育后通過高考進入高校，無法適應(yīng)高校教學與初等學校教學之間的差異，無法做到主動學習相關(guān)專業(yè)知識。事實上，高校教學要求授課教師與學生之間的相互配合，在教授講授知識點的同時，學生也需要自主學習相關(guān)知識點，對于工程流體力學這類理論性與應(yīng)用性均較強的課程，尤其如此。

2.教學方法改進及應(yīng)對措施

在工程流體力學教學過程中，可以對教學方法做出適當調(diào)整，以激發(fā)學生學習的積極性。在目前課堂教學高度信息化、多媒體化的大背景下，如何運用現(xiàn)代化的教學手段取得理想的教學效果，對于工程流體力學的課堂教學，具有極其重要的意義。

首先，采用多元化的教學手段，活躍課堂氣氛。如前所述，工程流體力學具有較強的理論性和抽象性，如果采用傳統(tǒng)的課堂教學方法，雖然可以完成教學大綱規(guī)定的內(nèi)容，然而教學效果難以保證，而學生對于純理論性的解釋，公式推導等內(nèi)容的接受度相對有限。如果能用多媒體技術(shù)豐富教學內(nèi)容，則可以使學生的注意力集中時間延長。此外，如條件允許，可以在課堂教學環(huán)節(jié)穿插一些簡易實驗，以便引出課程相應(yīng)的知識點。例如，在講解層流及湍流問題時，可以搭建簡易的雷諾實驗系統(tǒng)，或直接讓學生操作，使其更直觀地觀察到不同條件下流體的流動狀態(tài)。

其次，采用多形式的課外讀物。在工科專業(yè)課程的學習中，僅憑對課程教材的閱讀較難掌握該門課程的知識點，還需要在課外閱讀相關(guān)的書籍。對于工程流體力學而言，課本知識本身具有較強的理論性，對于學生而言較難理解，如果能夠提供較為通俗性的課外讀物，可以幫助學生更好地理解較抽象的知識點。文獻[4]以漫畫的形式介紹了流體力學的基本概念，對于本科階段工程流體力學的教學而言，或許是較為合適的課外讀物。

第三，對流體力學相關(guān)的課程修習順序進行一定調(diào)整。如前所述，工程流體力學具有較強的理論性，部分知識點較為抽象，例如粘性應(yīng)力張量等概念，需要結(jié)合場論與矢量分析課程的學習才能較好地掌握。因此，對于工程流體力學相關(guān)課程的修習計劃需進行調(diào)整，將場論與矢量分析、計算流體力學等課程與工程流體力學在同一時間開設(shè)，通過結(jié)合相關(guān)課程，使學生能夠較全面地理解工程流體力學課程的相關(guān)知識點。

第四，豐富課后作業(yè)的形式。對于相關(guān)專業(yè)的本科學生，工程流體力學是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，僅僅掌握課后習題的解答不利于今后在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。因此，在課后習題之外，教師可分配一些思考類的作業(yè)，使學生在課后能夠主動回顧相關(guān)知識點，而不僅局限于解題及應(yīng)試。

3.結(jié)束語

工程流體力學是大多數(shù)工科專業(yè)本科生的必修課，從目前學生對流體力學相關(guān)知識的掌握情況以及課堂教學過程觀察，工程流體力學的教學效果不理想。本文在總結(jié)工程流體力學教學過程中存在的，從教學手段、課外讀物、課程休息計劃以及課后作業(yè)形式四個方面提出了針對性的教學方法與應(yīng)對措施，使得學生通過該課程的學習，能夠扎實地掌握工程流體力學的相關(guān)知識，并能熟練運用相關(guān)理論解決實際工程應(yīng)用中的相關(guān)問題。

參考文獻：

[1]李小川，黃庠永. 工程流體力學教學改革模式的探索與實踐[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備，2012，（19）：61-62+67.

[2]李小川，田萌. “工程流體力學”教學調(diào)查研究與改革探索[J]. 中國電力教育，2012，（23）：47+55.

[3]龐赟佶，陳俊俊，陳義勝等. 關(guān)于工程流體力學教學過程中的幾點思考[J]. 教育教學論壇，2015，（45）：143-144.

[4]武居昌宏. 漫畫流體力學[M]. 北京：科學出版社，2010.

作者簡介：

方奕棟（1986-），男，博士，上海理工大學講師，目前擔任本科課程工程流體力學的教學工作，研究方向：新能源汽車熱管理。endprint