工程流體力學(xué)模塊化教學(xué)模式的研究與實(shí)踐

雒婧 李輝

［摘要］本文提出了“內(nèi)容模塊化，方法啟發(fā)式，手段多樣化”的教學(xué)模式。在工程流體力學(xué)的教學(xué)中，針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生采用模塊化教學(xué)內(nèi)容的不同組合方式，保證課程教學(xué)內(nèi)容的有效性和先進(jìn)性。通過(guò)舉例、提問(wèn)、討論使各種相關(guān)于流體力學(xué)的實(shí)際問(wèn)題融合在教學(xué)之中，增強(qiáng)了學(xué)生以后在面臨工作實(shí)際問(wèn)題中解決問(wèn)題的能力。

［關(guān)鍵詞］工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容模塊化

［中圖分類號(hào)］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2014）12-0124-02課程教學(xué)模式改革是推行應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的關(guān)鍵。工程流體力學(xué)是能源動(dòng)力專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程的學(xué)習(xí)為能源動(dòng)力專業(yè)的學(xué)生提供基礎(chǔ)理論知識(shí)，也為從事相關(guān)工作的人員提供重要的理論基礎(chǔ)并培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本文以工程流體力學(xué)的教學(xué)改革為例，針對(duì)熱能專業(yè)、建環(huán)專業(yè)等不同專業(yè)的學(xué)生，采用 “內(nèi)容模塊化，方法啟發(fā)式，手段多樣化”的教學(xué)模式。

一、工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

工程流體力學(xué)課程是能源動(dòng)力專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。針對(duì)課程內(nèi)容的設(shè)置，本著培養(yǎng)實(shí)際應(yīng)用型人才的目的，針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生構(gòu)建不同內(nèi)容的模塊化課程體系。在教學(xué)內(nèi)容上，將理論知識(shí)與學(xué)生今后可能遇到的實(shí)際工程問(wèn)題緊密結(jié)合，突出應(yīng)用性。工程流體力學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)分支，是研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及相互作用力及其應(yīng)用的學(xué)科。在本課程的教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)，以及處理工程問(wèn)題的一般方法，同時(shí)注重拓展流體力學(xué)知識(shí)涉及面。基于工學(xué)結(jié)合的思想，本課程劃分為五個(gè)主學(xué)習(xí)模塊，如表1所示。第一模塊是本課程的基礎(chǔ)理論，二、三、四模塊分別是流體靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)，且這三個(gè)模塊由淺入深，將流體力學(xué)知識(shí)逐步推進(jìn)。其中，第四模塊是流體力學(xué)的重要內(nèi)容。第五模塊相對(duì)獨(dú)立，但對(duì)于工程實(shí)際又非常重要。

以第四個(gè)主模塊為例，下設(shè)六個(gè)子模塊，如表2所示。 其中第一個(gè)子模塊是動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，其余五個(gè)子模塊為工程實(shí)際的具體應(yīng)用。根據(jù)學(xué)生的不同專業(yè)及不同的學(xué)時(shí)要求，可以優(yōu)化組合不同的子模塊。

表2

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（二）不同專業(yè)的重難點(diǎn)分析

仍以第四個(gè)主模塊為例，對(duì)于熱能專業(yè)的學(xué)生，有壓管流和外部繞流是熱能動(dòng)力專業(yè)的基礎(chǔ)，教師應(yīng)該著重講解各種管網(wǎng)的計(jì)算分析，而且掌握繞流運(yùn)動(dòng)的壓差阻力對(duì)于熱能學(xué)生今后進(jìn)行阻力分析也是非常重要的，還有部分熱能專業(yè)的學(xué)生可能從事空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究，那么氣體流動(dòng)的內(nèi)容在這門課中也必須講解。即教師可以著重講解子模塊中的a，b，c，f。

對(duì)于環(huán)境專業(yè)的學(xué)生，孔口管嘴出流和有壓管流以及明渠流與環(huán)境工程學(xué)科息息相關(guān)，廢水、廢氣、固體廢棄物治理中的流體輸配和反應(yīng)器組成部件是環(huán)保設(shè)備研制或設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)，教師在仔細(xì)研究孔口管嘴出流和有壓管流以及明渠流的基礎(chǔ)上，還可以簡(jiǎn)單總結(jié)涉及到的水力學(xué)典型部件，故在子模塊的優(yōu)化組合中可以著重講解a，b，d，e。

對(duì)于建環(huán)專業(yè)的學(xué)生，在供熱或制冷的系統(tǒng)中，各種管路的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，教師可以著重講解子模塊中的a，b，c，d。對(duì)于土木專業(yè)的學(xué)生，孔口管嘴出流及明渠流內(nèi)容的基礎(chǔ)知識(shí)為優(yōu)良反應(yīng)器或土建構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、調(diào)試、穩(wěn)定運(yùn)行提供了支撐作用，故教師可以著重講解子模塊中的a，b，c，e。

二、模塊化教學(xué)模式的輔助措施

（一）教學(xué)方法

讓學(xué)生自己主動(dòng)思考一些自然現(xiàn)象以及與流體力學(xué)相關(guān)的工程實(shí)際等，如讓他們思考高爾夫球表面做成凹坑的科學(xué)原理、車輛外形趨于流線型變化趨勢(shì)的科學(xué)依據(jù)、美國(guó)Tacoma吊橋坍塌的原因等問(wèn)題。教師在教學(xué)中通過(guò)問(wèn)題的層層遞進(jìn)，把知識(shí)變成教學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的研究能力；通過(guò)問(wèn)題的延伸，拓展了學(xué)生的視野，讓學(xué)生對(duì)所研究問(wèn)題全面深入地了解。

在課堂教學(xué)中教師運(yùn)用生動(dòng)的舉例，來(lái)形象描述學(xué)生不容易理解的問(wèn)題，會(huì)使學(xué)生更加容易理解掌握該知識(shí)難點(diǎn)。例如，在講述描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時(shí)，由于這兩種方法數(shù)學(xué)表達(dá)非常抽象，學(xué)生不容易理解，這時(shí)作者可以給同學(xué)舉這個(gè)例子：“如果要研究我們學(xué)校晚上有多少同學(xué)在教室上自習(xí)，可以有什么樣的研究方法呢？一種是去跟蹤每個(gè)學(xué)生，一種是去觀察每個(gè)教室。”這樣，這兩種抽象的數(shù)學(xué)語(yǔ)言就生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生們的面前，使學(xué)生非常容易理解了。

特別強(qiáng)調(diào)的是針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，要舉不同的工程實(shí)例，這些實(shí)例應(yīng)該是和其專業(yè)息息相關(guān)的。對(duì)于熱能專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，就以煤粉爐爐膛內(nèi)煤粉顆粒的直徑要求為例，這會(huì)使學(xué)生不僅很好地理解自由沉降這個(gè)概念，而且他們學(xué)習(xí)的知識(shí)在今后的工作中會(huì)用到。對(duì)于建環(huán)專業(yè)的學(xué)生，就以中央空調(diào)出風(fēng)口的設(shè)計(jì)為例，很多建環(huán)同學(xué)今后的工作就涉及這部分內(nèi)容。

（二）教學(xué)手段

針對(duì)工程流體力學(xué)這門工科基礎(chǔ)課，作者認(rèn)為應(yīng)該采取多媒體PPT展示與板書書寫相結(jié)合的教學(xué)手段。多媒體PPT教學(xué)可以展現(xiàn)出生動(dòng)形象的一面，使實(shí)際工程應(yīng)用中的圖像資料、結(jié)構(gòu)圖、原理圖非常清楚快速地進(jìn)行教學(xué)演示；同時(shí)可以利用動(dòng)畫手段直接模擬難于用實(shí)驗(yàn)演示的物理現(xiàn)象，節(jié)省教學(xué)成本，使同學(xué)更容易理解掌握復(fù)雜的科學(xué)原理。

然而多媒體輸出的信息量太快，沒有提供學(xué)生和老師一起思考的時(shí)間，有明顯的不足，需要補(bǔ)充手段。教師在使用多媒體PPT教學(xué)時(shí)還應(yīng)該同時(shí)使用板書進(jìn)行講解，在黑板上板書每個(gè)關(guān)鍵公式的推導(dǎo)過(guò)程，逐步演算復(fù)雜問(wèn)題的求解過(guò)程。這對(duì)學(xué)生理解該知識(shí)點(diǎn)是十分有幫助的。高質(zhì)量的課堂教學(xué)效果取決于教與學(xué)的和諧統(tǒng)一，教師必須站在學(xué)生的角度上思考問(wèn)題，重視課程教學(xué)的設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備；重視課堂教學(xué)的管理、反饋、跟蹤與控制。

三、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生采用模塊化教學(xué)內(nèi)容的不同組合方式，讓本學(xué)科領(lǐng)域的最新科技成果及時(shí)滲入教學(xué)內(nèi)容中，保證課程教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。這對(duì)于培養(yǎng)工科學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題是大有幫助的。在此基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，多樣化的教學(xué)手段，通過(guò)舉例、提問(wèn)、討論使各種工程實(shí)例貫穿于教學(xué)之中，這樣學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力會(huì)不斷增強(qiáng)，從而有助于工科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

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［責(zé)任編輯：碧瑤］