應(yīng)用型本科教育視角下的流體力學(xué)教學(xué)方法研究

周　琦（1.銅陵學(xué)院，安徽 銅陵244061；2.河海大學(xué)，江蘇 南京210098）

應(yīng)用型本科教育視角下的流體力學(xué)教學(xué)方法研究

周琦1，2
（1.銅陵學(xué)院，安徽 銅陵244061；2.河海大學(xué)，江蘇 南京210098）

以“應(yīng)用型本科教育”為視角，綜合考慮不同專業(yè)的流體力學(xué)應(yīng)用需求和學(xué)生的流體力學(xué)應(yīng)用深度，在分析課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法兩方面出發(fā)，提出了流體力學(xué)應(yīng)用型教學(xué)方法，課程教學(xué)實(shí)踐表明教學(xué)效果良好。

應(yīng)用型本科教育；流體力學(xué)；應(yīng)用型教學(xué)方法

應(yīng)用型本科教育是以培養(yǎng)知識(shí)能力和素質(zhì)全面而協(xié)調(diào)發(fā)展，面向生產(chǎn)建設(shè)管理服務(wù)一線的高級(jí)應(yīng)用型人才為目標(biāo)定位的高等教育［1］。學(xué)生在校時(shí)要獲得工程師所必要的基本訓(xùn)練，畢業(yè)后主要走向公司、企業(yè)，就職于生產(chǎn)建設(shè)、管理和服務(wù)一線，從事科技含量高、綜合性強(qiáng)的技術(shù)或經(jīng)營管理工作［2］。

流體力學(xué)作為一門針對(duì)土木工程、水利水電工程、給水排水工程、建筑環(huán)境設(shè)備工程、環(huán)境工程等專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在實(shí)際工程應(yīng)用中非常廣泛，如給排水工程管道水力計(jì)算、土木工程施工中基坑降排水設(shè)計(jì)、水利水電工程中水面曲線分析、橋梁工程中小橋孔徑設(shè)計(jì)以及環(huán)境工程中水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)、污染物在水體中擴(kuò)散分析等都涉及到流體力學(xué)的知識(shí)。因此，如何考慮應(yīng)用性特點(diǎn)對(duì)流體力學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行改革與優(yōu)化，以適應(yīng)“應(yīng)用型本科教育”的要求，是應(yīng)用型本科流體力學(xué)教學(xué)中必須面對(duì)的問題。

一、流體力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教材設(shè)計(jì)與應(yīng)用型教育理念的脫節(jié)

目前我國高校使用的各版本的流體力學(xué)教材過于強(qiáng)調(diào)課程的系統(tǒng)性和完整性，著重于理論推導(dǎo)［3，4］，教材的應(yīng)用性設(shè)計(jì)不夠突出，教材中選用的例題偏重于證明流體力學(xué)可以解決工程實(shí)踐問題這一點(diǎn)，但是這些例題的設(shè)計(jì)過于理想化，實(shí)際應(yīng)用中這種理想化的狀態(tài)并不多，造成許多畢業(yè)生工作后剛接觸這些需要流體力學(xué)解決的問題就手足無措，這種情況與應(yīng)用型本科高校的對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)要求不相適應(yīng)。

教材在內(nèi)容設(shè)置方面沒有考慮不同專業(yè)的需求背景。不同專業(yè)對(duì)流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的需求是有所側(cè)重的，如土木工程專業(yè)建筑工程方向，除了要求掌握流體力學(xué)的基本概念和理論外，對(duì)長短管的水力計(jì)算和滲流計(jì)算應(yīng)結(jié)合專業(yè)需求重點(diǎn)講授，而對(duì)于明渠恒定流計(jì)算則可以少講；但對(duì)于水利類專業(yè)來說，明渠恒定流計(jì)算則是重點(diǎn)講授內(nèi)容。而目前我國流體力學(xué)教材在內(nèi)容設(shè)計(jì)上面面俱到，沒有針對(duì)不同專業(yè)需求重點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)內(nèi)容。

（二）課堂教學(xué)效果難以達(dá)到應(yīng)用型教育要求

根據(jù)筆者多年的流體力學(xué)教學(xué)經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)，課程開課初期，教學(xué)效果相對(duì)較好，而隨著授課內(nèi)容難度的加深，學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意愿越來越小。究其原因，其一，流體力學(xué)涉及高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等課程的知識(shí)，而由于擴(kuò)招等因素，學(xué)生自身基礎(chǔ)較差，造成對(duì)這些課程的知識(shí)掌握不盡如意；其二，雖然授課老師強(qiáng)調(diào)了流體力學(xué)的重要性，但由于其理論性較強(qiáng)，教材設(shè)計(jì)方面與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合較弱，導(dǎo)致學(xué)生從心理上并不重視；其三，多媒體課件使用上多有不當(dāng)，對(duì)于基礎(chǔ)的理論推導(dǎo)來說，采用課件形式授課節(jié)奏太快，難以抓住學(xué)生的注意力，教學(xué)效果比板書形式差許多。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式單一

目前我國流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要以認(rèn)識(shí)概念型、理論驗(yàn)證型、觀摩型實(shí)驗(yàn)為主［5］，實(shí)驗(yàn)方式以老師演示為主，學(xué)生參與較少，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，與實(shí)際應(yīng)用相距較遠(yuǎn)，這些因素導(dǎo)致學(xué)生積極性較差。并且，部分高校流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)老師和理論教學(xué)老師并非同一人，造成了實(shí)驗(yàn)老師對(duì)學(xué)生流體力學(xué)理論知識(shí)掌握情況不清楚，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果也不能及時(shí)有效反饋給理論教學(xué)老師，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)脫節(jié)。

二、流體力學(xué)應(yīng)用型教學(xué)方法設(shè)計(jì)

針對(duì)上述流體力學(xué)教學(xué)過程中表現(xiàn)出來的問題，筆者在考慮“應(yīng)用型本科教育”的前提下對(duì)流體力學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改良與優(yōu)化。具體可從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)突出“應(yīng)用型教育”，以提高學(xué)生流體力學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用能力為目標(biāo)，同時(shí)應(yīng)考慮不同專業(yè)流體力學(xué)的應(yīng)用需求。將課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)理論教學(xué)和考慮專業(yè)需求的專題教學(xué)。

流體力學(xué)基礎(chǔ)理論包括基本概念、基本原理和流體力學(xué)基本方程，這部分內(nèi)容為工科專業(yè)流體力學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)，應(yīng)要求學(xué)生重點(diǎn)掌握，講授過程中，應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基本概念的理解和基本理論的應(yīng)用，而對(duì)于基本理論的數(shù)學(xué)推導(dǎo)則可相對(duì)弱化，如對(duì)于流體力學(xué)三大基本方程（質(zhì)量守恒、能量守恒、動(dòng)量守恒）的推導(dǎo)過程的講授可少講，但對(duì)于方程的意義、方程的應(yīng)用條件、如何應(yīng)用方程解決實(shí)際問題應(yīng)要求學(xué)生重點(diǎn)掌握，這方面可通過教材中的例題和課后習(xí)題多加練習(xí)掌握。

針對(duì)不同專業(yè)的應(yīng)用背景，以實(shí)際工作中涉及流體力學(xué)應(yīng)用的工程問題為切入點(diǎn)進(jìn)行專題教學(xué)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1　專題教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

以土木工程施工中經(jīng)常遇見的降排水問題為例，其對(duì)于土方基礎(chǔ)施工來說，能夠避免塌方事故出現(xiàn)，保證地基的有效承載力。施工降排水專題設(shè)計(jì)以實(shí)際工程為對(duì)象，從為什么要進(jìn)行降排水為切入點(diǎn)（降低地下水水位，保證土方基礎(chǔ)施工安全和質(zhì)量），引申出降排水方法（井群降水，水泵排水）、方案設(shè)計(jì)的要點(diǎn)（井群設(shè)計(jì)，水泵流量、揚(yáng)程計(jì)算）、涉及的流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)（井群浸潤曲線計(jì)算、長短管水力計(jì)算，水泵流量揚(yáng)程計(jì)算）、涉及的流體力學(xué)理論基礎(chǔ)（滲流模型、裘皮幼公式、伯努利方程、真空度等）。講授中以浸潤曲線計(jì)算、長短管水力計(jì)算和水泵流量揚(yáng)程的計(jì)算為重點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程重點(diǎn)講授上述知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用條件，對(duì)于滲流模型、裘皮幼方程等理論基礎(chǔ)的講授應(yīng)適當(dāng)弱化。同時(shí)，應(yīng)布置類似的實(shí)際工程降排水問題供學(xué)生課后練習(xí)，以加強(qiáng)他們的實(shí)際應(yīng)用能力。

（二）教學(xué)方法設(shè)計(jì)

“應(yīng)用型教育”效果的好壞不僅與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)，課題教學(xué)方法也是重要的影響因素。教與學(xué)的過程應(yīng)該是師生互動(dòng)的過程，教師的長時(shí)間單向傳授易造成學(xué)生的注意力不集中，因此，流體力學(xué)應(yīng)采用教師主講結(jié)合師生互動(dòng)的方式進(jìn)行教學(xué)，如對(duì)于理論教學(xué)中前后內(nèi)容有聯(lián)系的部分可采用講問答結(jié)合的方式，對(duì)于專題教學(xué)的課后練習(xí)，可安排學(xué)生上臺(tái)講授自己的練習(xí)結(jié)果，以培養(yǎng)他們敢于表達(dá)、敢于動(dòng)手實(shí)踐的信心和勇氣，同時(shí)也增強(qiáng)了對(duì)專題教學(xué)內(nèi)容的理解。

流體力學(xué)的課程成績一般由平時(shí)成績和期末考試成績構(gòu)成，傳統(tǒng)的平時(shí)成績一般由課堂考勤成績和課后作業(yè)成績構(gòu)成，但這兩個(gè)方面難以準(zhǔn)確反映學(xué)生的課堂和課后學(xué)習(xí)效果，因此，在平時(shí)成績的構(gòu)成上除考勤和課后作業(yè)成績外，筆者還添加了課堂互動(dòng)成績，即對(duì)于課堂教學(xué)過程中學(xué)生的問答情況、學(xué)生對(duì)專題教學(xué)課后練習(xí)的講授情況進(jìn)行打分，這樣能夠有效提高學(xué)生在課堂上與老師互動(dòng)的積極性，推動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)思考，加強(qiáng)了對(duì)講授內(nèi)容的理解。

多媒體課件的使用應(yīng)具有針對(duì)性，應(yīng)當(dāng)利用其形象直觀的特點(diǎn)表現(xiàn)難以用文字和語言描述的流體現(xiàn)象，如層流、紊流用動(dòng)畫描述比單純文字和語言描述要形象和生動(dòng)的多，也更易于理解層流和紊流的異同。課件的制作應(yīng)當(dāng)定位準(zhǔn)確，突出重點(diǎn)，并應(yīng)從學(xué)生的視角出發(fā)，考慮課件的課堂表現(xiàn)效果。

三、教學(xué)效果分析

筆者針對(duì)銅陵學(xué)院建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了土木工程施工用水設(shè)計(jì)、小橋涵過流設(shè)計(jì)、土方施工降排水設(shè)計(jì)三個(gè)專題教學(xué)，并應(yīng)用于2011～2013級(jí)土木工程流體力學(xué)課程教學(xué)中，以教師主講并結(jié)合師生互動(dòng)的方式進(jìn)行教學(xué)，并適時(shí)運(yùn)用多媒體課件講授教學(xué)內(nèi)容。

從課程實(shí)際教學(xué)過程來看，上述兩個(gè)方面的教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)效果反映良好。設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容難易適中、針對(duì)性強(qiáng)，有效彌補(bǔ)了部分專業(yè)課教學(xué)上的不足，如上述施工降排水專題教學(xué)，雖然在土木工程施工課程中也涉及到，但內(nèi)容較片面，沒有長短管和水泵計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)也缺乏理論介紹；課程教學(xué)現(xiàn)場師生互動(dòng)性強(qiáng)，學(xué)生注意力明顯較前幾屆集中，尤其在專題教學(xué)過程中，課后提問積極，學(xué)生解決相關(guān)實(shí)際應(yīng)用問題能力明顯提高。

四、結(jié)語

流體力學(xué)課程應(yīng)用型教學(xué)是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的工作，如何將課程理論性強(qiáng)的特點(diǎn)與應(yīng)用型的教學(xué)定位兩者更好的耦合在一起，是我們每一位流體力學(xué)教學(xué)工作者應(yīng)當(dāng)思考的問題，我們應(yīng)以邊設(shè)計(jì)、邊實(shí)踐、邊完善、邊發(fā)展為理念，加強(qiáng)流體力學(xué)應(yīng)用型教學(xué)體系的建設(shè)，為后續(xù)的專業(yè)課教學(xué)同時(shí)也為學(xué)生畢業(yè)的工作能力夯實(shí)基礎(chǔ)。

［1］史秋衡，王愛萍.應(yīng)用型本科教育的基本特征［J］.教育發(fā)展研究，2008（21）：34-37.

［2］張鳴放.關(guān)于應(yīng)用型本科教育若干基本問題的探討［J］.現(xiàn)代教育科學(xué)，2009（3）：1-4，9.

［3］司春棣，韓會(huì)玲，齊清蘭，等.水力學(xué)教學(xué)中多媒體課件與板書的使用模式優(yōu)化研究［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)林教育版），2009，11（3）：351-357.

［4］裴國霞.水力學(xué)課程教學(xué)模式的改革與實(shí)踐［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，2（3）：39-41.

［5］許強(qiáng)，朱士江.流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討［J］.經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊，2010（17）：254-255.

Primary Study on the Teaching Method of Fluid Mechanics：From the Perspective of Application-oriented Undergraduate Education

Zhou Qi1，2
（1.Tongling University，Tongling Anhui 244061，China；2.Hehai University，Nanjing Jiangsu 210098，China）

Taking into consideration both the application demand of fluid mechanics for different majors and students’application ability，this thesis，from the perspective of application-oriented undergraduate education and on the basis of the analysis of the current teaching situation，proposes an application-oriented teaching method of fluid mechanics，including both the teaching content and teaching method.The relevant teaching experiment shows that the teaching effect is quite good.

application-oriented undergraduate education；fluid mechanics；application-oriented teaching method

G642.4

A

1672-0547（2016）02-0121-03

2016-03-05

安徽省高校優(yōu)秀青年骨干人才國內(nèi)外訪學(xué)研修重點(diǎn)項(xiàng)目（gxfxZD2016244）；安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項(xiàng)目（KJ2016A868）

周琦（1981-），男，安徽銅陵人，銅陵學(xué)院建筑工程學(xué)院講師，河海大學(xué)博士研究生，研究方向：水資源水環(huán)境保護(hù)與規(guī)劃。