王剛 蘭向軍 馮志華 倪俊芳

摘 要：針對“流體力學(xué)”課程中數(shù)學(xué)和力學(xué)理論知識要求高，較其他課程相對抽象等特點，且學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時理解難度大、學(xué)習(xí)效率低、理論與實踐不能夠充分結(jié)合的問題，經(jīng)由多年的教學(xué)和科研實踐經(jīng)驗，本文從教材選擇、課堂教學(xué)、實驗環(huán)節(jié)與軟件仿真應(yīng)用等方面，對教學(xué)中教與學(xué)和教學(xué)模式等進行了探討和改革，目的是加強課程建設(shè)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生具有扎實的流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)并能夠?qū)W以致用。

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)改革；探索與實踐

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-9132（2019）10-0009-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2019.10.005

一、課程的意義

“流體力學(xué)”課程是各院校機械專業(yè)、航空航海專業(yè)、能源與動力工程專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程，它綜合了高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等學(xué)科知識，與工程實際問題聯(lián)系較為緊密，具備理論性強、實用性高的特點。該課程要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)的流體力學(xué)相關(guān)知識，并能夠采用理論知識，結(jié)合具體工程情況，計算并分析實際問題，同時注重學(xué)生的整體能力培養(yǎng)，使其具備發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，成為兼顧掌握理論知識與解決實際工程問題的新時代復(fù)合人才。由于課程教學(xué)中理論性強、對數(shù)學(xué)和力學(xué)要求較高，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不可避免的產(chǎn)生枯燥、乏味、缺乏興趣并難以掌握相應(yīng)理論。因此，為增強課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，帶動學(xué)生對流體力學(xué)的求知欲，筆者結(jié)合數(shù)年的流體力學(xué)教學(xué)經(jīng)驗，對教學(xué)過程中遇到的各種問題加以分析，包括課程教學(xué)模式、實驗設(shè)置、理論介紹、軟件仿真應(yīng)用方面展開改革探討。

二、教學(xué)實踐與改革

隨著新時代科學(xué)計算的迅速發(fā)展，社會對大學(xué)生的要求越來越高，使得高校應(yīng)結(jié)合社會發(fā)展形勢，開展適用于新時代的高校教育方案，以適應(yīng)時代發(fā)展步伐，保證學(xué)生掌握相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域科技發(fā)展前沿。在掌握基礎(chǔ)理論的前提下，提高學(xué)生解決工程實際問題的能力和創(chuàng)新能力。因此在教學(xué)方案應(yīng)隨著時代的發(fā)展進行相應(yīng)改革，以適應(yīng)時代要求，這就要求高校教師在課堂教學(xué)中保證課堂內(nèi)容的先進性和新穎性，逐漸加入實踐環(huán)節(jié)，并結(jié)合工程問題中常采用的軟件仿真，使學(xué)生具備利用結(jié)合理論知識—先進工具來解決實際問題的能力，提高學(xué)生的社會適應(yīng)力。

（一）教材的選擇

“流體力學(xué)”課程主要講述流體相關(guān)的力學(xué)知識和流體現(xiàn)象，闡述相關(guān)的流體方程及部分解析和數(shù)值解法。通過綜合比較教材并結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的特點，決定選用由高等教育出版社出版，張鳴遠編著的《流體力學(xué)》這本教材，該教材適用于高等學(xué)校工科專業(yè)本科生的基礎(chǔ)流體力學(xué)課程，教材在章節(jié)編排和選材上符合教學(xué)規(guī)律、適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革的需求。全書內(nèi)容包括：流體及其主要物理性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體運動概述、理想流體運動基礎(chǔ)、粘性流體運動基礎(chǔ)、流體動力學(xué)的積分方程分析、量綱分析與動力相似、勢流、管道內(nèi)的流動、繞物體的粘性不可壓縮流動和可壓縮流動基礎(chǔ)，知識層面由淺入深，書中略去了一些繁冗的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和過于抽象的內(nèi)容，盡可能從基本的物理定律和概念出發(fā)推導(dǎo)相關(guān)定理和基本方程；體現(xiàn)工科專業(yè)教材特點，注意理論與工程實際相聯(lián)系，同時對一些容易混淆的概念作了深入辨析；行文深入淺出，增加了例題和練習(xí)題的數(shù)量，具備較強的教材選用性。

（二）課堂教學(xué)

結(jié)合本班學(xué)生學(xué)習(xí)層次，教師在開課之初針對性地選擇講授內(nèi)容和習(xí)題，充分做到因材施教。在教學(xué)方式上，結(jié)合當(dāng)前教學(xué)設(shè)備，及充分利用演示文稿PPT，并加以具有動畫效果的案例和習(xí)題，加強課堂教學(xué)的生動性。在提高學(xué)生對流體力學(xué)重要性認(rèn)知上，選擇汽車外形的進化方案為案例，展實了基于降低汽車流阻的流線型外殼進化模型；結(jié)合高爾夫球的外觀特性，講述高爾夫球外側(cè)凹坑的存在將使得高爾夫球飛行更遠這一令學(xué)生費解的難題，為后續(xù)闡述邊界層分離埋下伏筆；通過播放塔科馬海峽大橋被風(fēng)“刮斷”的視頻，進一步調(diào)動了學(xué)生對流體力學(xué)的學(xué)習(xí)積極性和求知欲。通過一個個生動的生活中的案例，讓學(xué)生對流體力學(xué)學(xué)習(xí)的意義有了充分的了解，為后續(xù)知識點的闡述提供前期基礎(chǔ)。

在講授知識的過程中，充分結(jié)合“以學(xué)生為中心”這一教育理念，調(diào)動學(xué)生的參與度，構(gòu)建具有娛樂氣息的學(xué)習(xí)環(huán)境，提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生結(jié)合生活中的案例，以3-4人為一小組，課程期間，每個小組均有一次上臺講授知識的機會。所講授知識包括生活中的流體小現(xiàn)象，加以理論知識或理論公式的解釋。學(xué)生將以PPT的形式完成課程講述，這不僅能提高學(xué)生對知識的掌握能力，還能鍛煉學(xué)生的團隊協(xié)作能力。通過組織學(xué)生進行小型教學(xué)環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)該模式對于提高學(xué)生的積極性有重要作用，加強了學(xué)生對知識的掌握，鍛煉了學(xué)生的綜合能力。

（三）軟件仿真學(xué)習(xí)

由于流體力學(xué)課堂中所學(xué)的流體模型局限于簡單的管道、平板間流動等簡易模型，此類模型對于基礎(chǔ)知識的掌握具有重要的基礎(chǔ)鋪墊作用，但是生活中或工程應(yīng)用中的實際模型往往較為復(fù)雜。在處理此類問題時，多采用軟件仿真來分析，因此我們有必要向?qū)W生介紹并講解軟件的基本應(yīng)用和操作。

結(jié)合本課程特點，在教學(xué)中采用Ansys Workbench作為仿真軟件向?qū)W生展示軟件分析方法。增強了學(xué)習(xí)的趣味性，并最大限度地提高課程的教學(xué)效率和質(zhì)量，不僅彌補了理論知識枯燥的不足，還更好地培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)興趣和理論與工程實際相結(jié)合的能力。Workbench在處理復(fù)雜工程問題時具有獨特的優(yōu)勢，圖形結(jié)合界面具有較好的親和力，結(jié)合學(xué)生所具備的3D軟件建模能力，利用學(xué)生對流體力學(xué)的理論理解，學(xué)生采用該軟件實現(xiàn)了流線、流體-固體耦合力等相應(yīng)模型的計算。軟件的使用提高了課堂教學(xué)的生動性，各種色彩豐富的圖片、動畫和視頻使得枯燥呆板的專業(yè)課變得具體生動，從而大幅度地提高了課程的教學(xué)效率和質(zhì)量。

（四）實驗和實踐環(huán)節(jié)

利用學(xué)校流體力學(xué)實驗室，學(xué)生可獨立操作雷諾實驗、動量定理實驗、流阻實驗等。通過實驗，學(xué)生對課堂知識有了更加深入的理解。并利用所學(xué)的Workbench軟件，分別從仿真和實驗角度來驗證所學(xué)理論，提高了學(xué)生對問題的驗證能力。

結(jié)合生活中的實例，本課程以實踐作業(yè)的形式結(jié)束，每個學(xué)生均需根據(jù)所學(xué)知識分析生活中的一個實例，并用理論知識加以解釋或利用Workbench輔助驗證，最終撰寫實踐報告，對本課程理論知識和實踐內(nèi)容加以總結(jié)。

三、結(jié)語

本文針對“流體力學(xué)”課程在教學(xué)工作中存在的諸多問題，結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，對教學(xué)中的教學(xué)模式和方法進行了深入的探討并給出了行之有效的改革方案，并取得顯著成小?，F(xiàn)代化的教學(xué)方法和手段充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性，學(xué)生逐漸了解并掌握了本專業(yè)或本課程的國內(nèi)外發(fā)展前沿，通過實踐環(huán)節(jié)和軟件仿真講授環(huán)節(jié)，使學(xué)生做到學(xué)以致用，充分實現(xiàn)了本課程的教授目標(biāo)目的。

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