易玉枚 董子文 易燦南 黃宏格

摘? 要 為提高學(xué)生工程素養(yǎng)，促進(jìn)畢業(yè)要求的達(dá)成，基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念及認(rèn)證要求，提出從采用舉例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、案例教學(xué)法、結(jié)合力學(xué)歷史背景、增強(qiáng)與安全工程專業(yè)的契合度等教學(xué)方法及模式上，對(duì)安全工程專業(yè)流體力學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞 專業(yè)認(rèn)證;流體力學(xué);安全工程;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）22-0082-03

Teaching Reform for Fluid Mechanics Course of Safety Engi-

neering Specialty under Background of Professional Certifica-tion//YI Yumei， DONG Ziwen， YI Cannan， HUANG Hongge

Abstract In order to improve the students engineering accomplish-ment and achieve the graduation requirements， based on the concept

of engineering education professional certification and the require-

ments of certification， through using example teaching， heuristic tea-

ching， case teaching method and combining with the fluid mechanics history and safety engineering background， the fluid mechanics course teaching methods and models of safety engineering specialty were explored.

Key words professional certification; fluid mechanics; safety engi-neering; teaching reform

1 引言

專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，同時(shí)是實(shí)現(xiàn)國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]，隨著我國(guó)安全工程專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作的開(kāi)展與深入，對(duì)安全工程本科專業(yè)教育影響越來(lái)越大，湖南工學(xué)院安全工程專業(yè)于2019年1月通過(guò)認(rèn)證。工程教育專業(yè)認(rèn)證理念的核心是“能力導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”，這就要求每門(mén)課程都圍繞學(xué)生能力培養(yǎng)來(lái)組織。為了達(dá)成每門(mén)課程對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)，需要根據(jù)課程內(nèi)容及學(xué)生特點(diǎn)，改革教學(xué)方法與模式，形成以學(xué)生為中心的工程教育模式。

流體力學(xué)作為安全工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)非常重要，其知識(shí)體系在安全工程領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。然而目前流體力學(xué)這門(mén)課程教學(xué)中存在諸多問(wèn)題，如內(nèi)容本身有一定難度，學(xué)生積極性不高;教材為工科通用教材，沒(méi)有與安全專業(yè)相結(jié)合;教學(xué)中缺乏對(duì)學(xué)生工程能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等。因此，本文以流體力學(xué)課程為例，根據(jù)流體力學(xué)課程的特點(diǎn)和學(xué)生的接受能力，主要從教學(xué)方法與模式上對(duì)專業(yè)認(rèn)證背景下的該課程教學(xué)改革進(jìn)行探索。

2 采用舉例教學(xué)，提高學(xué)生興趣

舉例教學(xué)一般是在教師講授流體力學(xué)的基本概念、基本理論時(shí)，從理論聯(lián)系實(shí)際的角度出發(fā)，列舉一些學(xué)生身邊的事物、生活中的自然現(xiàn)象等比較熟悉的例子來(lái)解釋抽象的概念、難理解的知識(shí)，讓學(xué)生更容易接受且在愉快的氛圍下學(xué)習(xí)，從而大大激發(fā)學(xué)生的興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。根據(jù)以往的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在上課時(shí)對(duì)講述的內(nèi)容都能聽(tīng)懂，但是對(duì)課下布置的習(xí)題卻無(wú)從下手，其中主要還是因?yàn)楦拍畈磺?。因此，采用舉例教學(xué)法鞏固學(xué)生對(duì)概念等基礎(chǔ)知識(shí)的理解是非常重要的。

如在講述流體的黏性這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，通過(guò)舉例“兩片玻璃之間滴幾滴水合在一起后就變得很難分開(kāi)”引入黏性概念;用河流中流動(dòng)的水面來(lái)解釋黏性概念;用水和膠水說(shuō)明黏度有大小;用洗碗、炒菜等例子說(shuō)明黏度隨溫度的變化規(guī)律;用寫(xiě)字用的中性筆筆芯等來(lái)說(shuō)明黏性在日常生活中的應(yīng)用。這樣可以使晦澀難懂的理論概念表達(dá)變得淺顯易懂，避免抽象的說(shuō)教，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性也大大提高。

3 采用啟發(fā)式教學(xué)，提高發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力

啟發(fā)式教學(xué)是在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)流體力學(xué)課程各章節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)生的知識(shí)水平及接受能力，注重以學(xué)生為主體、教師充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，為學(xué)生創(chuàng)造積極思考的氛圍，注重啟發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析及解決問(wèn)題的能力。

如在講授伯努利原理時(shí)，通過(guò)播放視頻、圖片的方式，先提出問(wèn)題：刮風(fēng)下雨時(shí)，雨傘為什么容易向上翻？大風(fēng)吹過(guò)走廊時(shí)，教室開(kāi)著門(mén)（門(mén)往里開(kāi)）會(huì)怎么樣？為什么？乒乓球的旋球是什么原因造成的？如何能打出旋球？足球如何踢出香蕉球？汽車行駛時(shí)的阻力主要是來(lái)自哪里？飛機(jī)為什么能起飛？火車站的站臺(tái)上為什么要設(shè)置安全線？……通過(guò)一系列生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生帶著這些問(wèn)題去學(xué)習(xí)，伯努利方程不再是枯燥的公式，他們可以深切感受到流體力學(xué)的魅力，同時(shí)加深對(duì)原理的理解及運(yùn)用。在這一教學(xué)過(guò)程中，教師要注重引導(dǎo)，從一般常見(jiàn)的現(xiàn)象問(wèn)題出發(fā)，使學(xué)生從自己的生活經(jīng)歷經(jīng)驗(yàn)中體驗(yàn)到探索的樂(lè)趣。通過(guò)啟發(fā)，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)身邊的很多流體力學(xué)現(xiàn)象，并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析，進(jìn)而再進(jìn)一步求解工程實(shí)際問(wèn)題。

4 采用案例教學(xué)，提高工程素養(yǎng)

案例教學(xué)是一種開(kāi)放式、互動(dòng)式的新型教學(xué)方式。在流體力學(xué)課程中，教師需在課前搜集相關(guān)案例資料，對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，選用經(jīng)典工程案例為教學(xué)素材，引導(dǎo)、組織學(xué)生進(jìn)行討論，結(jié)合流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，使學(xué)生較快地將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，從而提高學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

如通過(guò)講述歷史上著名的水利工程（如黃河大堤、京杭大運(yùn)河、都江堰水利工程、廣西靈渠、陜西鄭國(guó)渠、三峽工程、南水北調(diào)工程）及西氣東輸工程、京滬高鐵、汽車外形設(shè)計(jì)等工程項(xiàng)目，重點(diǎn)對(duì)某一個(gè)或兩個(gè)項(xiàng)目利用流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)分析。在教學(xué)中注重分析思考的過(guò)程，將流體力學(xué)課程賦予一定工程背景，讓學(xué)生在工程實(shí)例中綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題，提高學(xué)生的工程能力。

此外，通過(guò)國(guó)內(nèi)外大壩潰壩事故案例，如1889年美國(guó)約翰斯敦水庫(kù)洪水漫頂垮壩事故（死亡4000～10 000人），1959年法國(guó)Malpasset拱壩潰壩事故（死亡421人），1963年意大利Vajiont拱壩水庫(kù)失事事故（死亡2600人）[2]，

1976年美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州的提頓壩潰壩事故（11人死亡，11億美元左右的經(jīng)濟(jì)損失）[3]，1975年河南駐馬店潰壩事故（2.6萬(wàn)人死亡，1100萬(wàn)人受災(zāi)）[2]，1993年8月27日，由于設(shè)計(jì)缺陷及施工質(zhì)量問(wèn)題，青海省海南藏族自治州溝后水庫(kù)垮壩失事事故（288人死亡，40人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失1.53億元）等，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，作為一名工程人員，其責(zé)任心和專業(yè)技術(shù)素質(zhì)也許會(huì)關(guān)系到千百人的生命安全，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和工程素養(yǎng)。

5 結(jié)合歷史背景教學(xué)，提高創(chuàng)新思維能力

我國(guó)目前的流體力學(xué)教材對(duì)流體力學(xué)的發(fā)展歷史介紹較少，對(duì)基本理論的介紹只是單純的一系列數(shù)學(xué)物理推導(dǎo)過(guò)程或直接列出經(jīng)驗(yàn)公式，與流體力學(xué)的前修課程如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等類似，理論性強(qiáng)，邏輯推理嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)生學(xué)起來(lái)感覺(jué)沉悶。流體力學(xué)作為一門(mén)應(yīng)用力學(xué)，教學(xué)中應(yīng)注重學(xué)生創(chuàng)新思維及能力的培養(yǎng)。結(jié)合流體力學(xué)發(fā)展史進(jìn)行教學(xué)，體現(xiàn)流體力學(xué)中理論的產(chǎn)生、形成和發(fā)展過(guò)程，了解流體力學(xué)科學(xué)家的研究工作、研究思想及科學(xué)方法，從中獲得啟示，進(jìn)而提高創(chuàng)新思維能力。

如在講述紊流運(yùn)動(dòng)理論體系的建立時(shí)，通過(guò)講述理論形成的過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，錢學(xué)森的技術(shù)科學(xué)思想，當(dāng)理論研究不能滿足實(shí)際需要時(shí)，提出假設(shè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）發(fā)現(xiàn)規(guī)律，直至最終正確的理論體系的確立。紊流理論的建立經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)與觀察、分析與建模、數(shù)學(xué)求解、實(shí)驗(yàn)修正、工程應(yīng)用等全過(guò)程。

科學(xué)方法的核心是實(shí)踐探索與理論相結(jié)合，由于解決問(wèn)題的方法不止一種，科學(xué)方法對(duì)同一對(duì)象的理論描述也可能有多種[4]，如工業(yè)管道紊流阻力計(jì)算公式有達(dá)西提出的達(dá)西公式、謝才提出的謝才公式，阻力系數(shù)計(jì)算有布拉修斯公式、尼古拉茲公式、柯列勃洛克公式、莫迪公式、阿里特蘇里公式等多種方法。莫迪還根據(jù)管道工程界的需要和習(xí)慣將各種阻力公式組合到一張計(jì)算圖中（莫迪圖），達(dá)到工程應(yīng)用的目的，但他們殊途同歸。結(jié)合歷史背景教學(xué)，使學(xué)生思維方式開(kāi)闊靈活多樣化，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

6 與安全工程專業(yè)契合，提高解決復(fù)雜安全工程問(wèn)題的能力

流體力學(xué)教材內(nèi)容基本上前半部分都詳細(xì)介紹了流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)（工科專業(yè)都必須學(xué)習(xí)和掌握的），包括流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)等知識(shí)，這是深入學(xué)習(xí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)，并且配有大量思考題和習(xí)題供學(xué)生學(xué)習(xí)鞏固;后半部分是流體力學(xué)基礎(chǔ)的應(yīng)用，包括孔口出流、管嘴出流、管中流動(dòng)等內(nèi)容，但這些內(nèi)容都沒(méi)有與安全工程專業(yè)結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，感覺(jué)內(nèi)容枯燥，與自己專業(yè)不相關(guān)，運(yùn)用流體力學(xué)知識(shí)對(duì)安全專業(yè)問(wèn)題進(jìn)行分析能力較差。因此，安全工程專業(yè)流體力學(xué)課程首先應(yīng)該由專業(yè)教師擔(dān)任，教學(xué)中闡述清楚課程內(nèi)容與后續(xù)專業(yè)課程之間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)對(duì)專業(yè)的支撐作用[5]，并對(duì)各知識(shí)點(diǎn)在專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用和拓展。

如將孔口、管嘴出流部分內(nèi)容拓展到事故后果分析，常見(jiàn)的火災(zāi)、爆炸、中毒事故后果分析的基礎(chǔ)就是流體泄漏的計(jì)算;將管中流動(dòng)部分內(nèi)容與工業(yè)通風(fēng)中通風(fēng)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合;將阻力及能量損失計(jì)算與消防工程中消防管路系統(tǒng)水力計(jì)算相結(jié)合;將泵與風(fēng)機(jī)性能部分內(nèi)容應(yīng)用到通風(fēng)及消防中風(fēng)機(jī)與泵的選型中;在專業(yè)領(lǐng)域介紹一些目前流體力學(xué)研究的課題，如火災(zāi)流體力學(xué)，火災(zāi)中煙氣的流動(dòng)、火災(zāi)蔓延、爆炸沖擊波、流體應(yīng)用軟件等。讓學(xué)生明白流體力學(xué)課程內(nèi)容對(duì)于專業(yè)的重要性、對(duì)安全工作的重要性，將專業(yè)基礎(chǔ)課程理論知識(shí)服務(wù)于安全工作實(shí)際，提高解決復(fù)雜安全工程問(wèn)題的能力。

7 結(jié)語(yǔ)

1）課程教學(xué)改革是實(shí)現(xiàn)工程教育專業(yè)認(rèn)證目標(biāo)的關(guān)鍵，對(duì)安全工程專業(yè)基礎(chǔ)課流體力學(xué)課程進(jìn)行改革，可提高學(xué)生的工程能力。

2）教學(xué)改革應(yīng)注重學(xué)生主體作用的發(fā)揮，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生特點(diǎn)以多種教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及綜合素質(zhì)。

3）教學(xué)改革應(yīng)注重與安全工程專業(yè)相契合，提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)知識(shí)在安全工程專業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用能力。

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