應用型本科院校環境工程專業流體力學教學的幾點思考

萬蕾

[摘 要]流體力學是環境工程專業的專業基礎課，在整個課程體系中起著舉足輕重的作用。應用型本科院校可以從針對專業特色和課時量，優選教材；豐富教學內容，增加學生的學習積極性；改進教學方法和手段，突出重點；理論和實驗相結合，充分利用有限的課時；加強作業環節，改革考核方式幾個方面進行深入思考，這樣才能夠提高學生各方面的能力，最終實現培養應用型人才的目標。

[關鍵詞]本科院校；環境工程；流體力學；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0038-02

流體力學是環境工程專業的專業基礎課，主要講述工程流體力學的基本概念、基本原理和基本方法，主要內容包括流體靜力學、流體動力學、流動能量損失及有壓管流和明渠流等。由于該課程涉及高等數學、大學物理、工程力學等，基本概念多且抽象，對學生的綜合分析和處理問題的能力要求高，因此學生普遍感覺學習較為困難。流體力學課程一般在第4學期開設，開設在高等數學、工程力學等課程之后。

隨著教學改革的不斷深入，如何針對流體力學抽象概念多、數學分量重、理論性較強的特點，有針對性地對環境工程專業的學生尤其是應用型本科院校的學生進行授課，本文從以下幾個方面進行了探討。

一、針對專業特色和課時量，優選教材

流體力學分為理論流體力學和工程流體力學。前者適用理科專業方向，偏重理論；后者適用工科專業方向，著重于工程應用。對于應用型本科院校來說，應選用偏重于工程應用的工程流體力學作為教學內容。目前，環境工程專業尤其是側重于水處理的環境工程專業，其流體力學的知識主要用于解決污水處理廠設計中的流體力學問題，課時量被壓縮到50個課時左右。因此，要選用適用于較短學時，并且側重于水力學知識的教材。教材要能夠與時俱進，精益求精，注重理論聯系實際，注重內容的系統性與完整性，能夠涵蓋流體靜力學、流體動力學、有壓管流、明渠流等基本內容。教材要有一定的例題和課后思考、復習題，能夠開拓學生的思維，激發學生的學習興趣，最好能附有實驗演示的光盤。

二、豐富教學內容，增加學生學習積極性

學生普遍反映流體力學很難，其中的主要原因在于學生的學習積極性不高，不肯花時間去鉆研。確實，流體力學對于初學者來說，是有一定的難度，這就要求教師在講授緒論課時，要讓學生了解流體力學的任務以及在專業及后續課程中的作用，從而啟發學生思維，激發學生學習興趣。同時，教師要對學生學習流體力學提出明確要求，如哪些內容需要掌握，哪些內容需要了解，使學生對課程的學習做到心中有數，樹立學好這門課程的自信心。[1]

三、改進教學方法和手段，突出重點

流體力學的重點和難點在于公式的推導和理論的理解，以及用理論和公式解決實際問題。例如，在流體靜力學這一章中，關于流體平衡微分方程的推導，就涉及高等數學中的連續函數和泰勒展開式等，這是一個難點，對學生的高數基礎要求比較高。而求解作用在平面上的靜水總壓力有兩種計算方法，一種是解析法，一種是圖解法。解析法要求學生有工程力學的靜力矩和慣性矩的知識以及基本的幾何知識，此法的壓力中心在受壓面的形心的下面，與形心不重合；而在圖解法中，靜水總壓力的壓力中心與壓強分布圖的形心重合。雖然課上教師反復強調兩種方法的區別，但基礎差和理解能力不強的學生仍然一頭霧水，不能很好地解決實際問題。針對這一情況，教師在課堂講解時應盡量利用多媒體課件進行講解，最好還能結合模型進行講解。例如可以借助一塊平板，將其置于水下，標注其形心和壓力中心的位置，再將平板與一棱柱體結合，分析壓強分布圖的形心位置。這種形象地講解，有助于學生更好地理解教學內容。

在教學過程中，多媒體可充分利用圖形、圖像、聲音、錄像將教學內容充分表現出來，從而激發學生的學習興趣，加快教學信息的傳遞速度，提高課堂教學效率，擴大學生知識面。[2]但多媒體也帶來了一系列的問題，如學生在聽課過程中，多媒體課件一晃而過，當時學生感覺很好， 但真正留在腦海里能掌握的內容卻很少，這容易造成學生眼高手低。因此，流體力學的教學要多媒體和板書相結合，在進行公式的推導和例題的講解時，最好使用板書，這樣可以使學生印象深刻，增加記憶的時間；而在講解流線和跡線等比較抽象的內容時，可以采用動畫形式，這樣能夠加深學生的直觀理解， 有助于提高教學效果。

流體力學的學習講究系統性，各章之間又相對獨立。在每次上課之前，教師應對上節課的內容進行回顧復習，并可以采用提問的形式，讓學生了解自己對上節課重點內容的掌握情況。在每一章節開始時，教師應首先向學生介紹本章的主要內容、重點和難點以及與前后章節的聯系，每學完一章后教師要進行歸納總結，以便讓學生將所學知識融會貫通。對于重要的內容，教師在課上講解的時候要明確指出，回顧的時候要對這部分內容進行提問，在一章講完歸納總結的時候，要再次強調這部分內容，相信這樣可以使學生印象比較深刻。

四、理論和實驗相結合，充分利用有限的課時

流體力學往往有0.5個學分的實驗課。實驗的主要目的是通過實驗加深學生對理論知識的理解，提高學生的實踐操作能力，更好地運用所學理論解決生產中的實際問題。實驗結束后，應讓學生整理實驗數據，總結物理量之間的相互關系，以便發現其中的規律，這非常重要。[3]很多教師的做法是理論課全部講完了，再集中上實驗課，這種做法有利有弊。優點是學生在上完理論課后，在實驗課上教師再講解一遍實驗原理，可以加深其對知識的理解和記憶。弊端是上理論課時，教師不能形象地講解，學生不能很好地掌握；上實驗課時，教師再講解一遍，費時費力。對于應用型本科院校來說，其培養的是應用型人才，實驗教學是人才培養最基本的工作。尤其在總課時量被壓縮的情況下，充分利用實驗課的時間，將理論和實驗相結合，就成為一種行之有效的手段。流體力學中的很多內容，例如雷諾實驗，沿程水頭損失和局部水頭損失的計算都可以在實驗室進行講解，一邊講解，一邊實驗演示。還可以在流體力學實驗室中增加多媒體設備或者其他可視化設備，課前讓學生預習，課上講解完理論，直接就讓學生動手做實驗，課后處理實驗數據。這樣既能充分利用有限的課時，又能使學生更好地掌握所學知識，還能鍛煉學生的動手能力和歸納總結的能力，一舉數得。

五、加強作業環節，改革考核方式

學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。課后作業是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養學生分析、解決問題能力的一種方法。[4]當然，布置作業不等于搞題海戰術。例如，關于典型的三大方程，即連續性方程、能量方程、動量方程的應用，有三種類型的典型題目，即彎管內水流對管壁的作用力，水流對建筑物的作用力和射流對平面壁的沖擊力，每種類型的題目可以布置1～2道作業題。而關于求解作用在平面上和曲面上靜水總壓力的計算，題目形式多樣，壓力體的形狀靈活多變，可以適當多布置作業題，讓學生盡可能多掌握各種類型的題目。同時教師可以在課堂上專門安排習題課。這樣一方面可對學生所做作業進行點評，剖析典型例題，啟發學生舉一反三；另一方面，這也可給學生提供了課堂討論的機會，引導學生掌握發現問題、解決問題的思路、方法和技巧，能對學生思維進行鍛煉，讓學生觸類旁通。[5]除了典型的計算題以外，習題課上還可以設置選擇題、填空題和判斷題等，避免學生重計算，輕概念。

目前，在考核方式上，一般是平時成績占20%，實驗成績占20%，期末成績占60%。這種考核方式雖然兼顧了期末考試和平時表現，但也存在弊端。筆者在教學過程中發現，很多學生平時作業做得不錯，但期末卷面成績非常不理想。究其原因，可能是平常作業存在抄襲現象，上課雖然出勤率高，但課上聽講不認真。如何改變這一現狀？一方面，可以適當減少平時成績所占的比重，例如平時成績占10%，期末成績占70%，實驗成績占20%；另一方面，實驗成績單獨計算，而在理論考試中，平時成績占20%，期末成績占80%。當然，更為重要的是教師要練就“火眼金睛”，要具有高度的責任心：一是對作業雷同的現象，一律給予當次作業不及格；二是要加強課堂紀律的管理，對于回答問題的情況、課上表現等都要作為平時成績的重要方面進行考核。只有這樣，才能真正體現出考核的公正性和合理性。

總之，針對應用型本科院校，流體力學的教學應與學校的辦學特色、辦學定位相結合。應在總課時量不增加的前提下，優選教材；激發學生的學習興趣，注重學生分析問題、解決問題能力的培養；加強理論與實驗相結合，增加綜合性、設計性實驗項目，鼓勵學生自己動手研發、設計小型實驗裝置，培養學生的動手能力與創造能力，這樣才能夠提高學生各方面的能力，最終實現培養“厚基礎、善實踐、能創新、高素質”的應用型人才的目標。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張羽，張仙娥.環境工程專業《流體力學》的教學探討[J]. 華北水利水電學院學報（社科版），2010（4）：156-157.

[2] 宿程遠，張建昆，陳孟林.師范學院環境工程專業流體力學課程改革初探[J].中國電力教育，2008（12）：117-118.

[3] 王偉.土木專業工程流體力學課程教學研究[J].山西建筑，2008（21）：182-183.

[4] 尹雪梅，張文慧.制冷與低溫工程專業“流體力學”教學改革探索[J].中國電力教育，2012（10）：98-99.

[5] 楊小林，楊開明，嚴敬，趙琴.流體力學課程教學改革探析[J].高等教育研究，2006（2）：47-48.

[責任編輯：陳 明]