基于工程教育專業認證的流體力學課程教學探索與改革

楊新俊+崔政偉+宋春芳??

摘要：本文分析了《流體力學》課程本科教育目前存在的問題，然后從授課內容、學時分配、教學方法、實踐環節等方面進行了分析和探索，提出了一些改善教學效果的具體措施，來進一步提升過程裝備與控制工程專業《流體力學》課程教學質量，應對工程教育專業認證帶來的機遇與挑戰。

關鍵詞：工程教育專業認證；過程裝備與控制工程；流體力學；課程教學改革

一、 引言

《華盛頓協議》（Washington Accord）是普遍認可的本科工程教育專業國際互認協議，是工科畢業生職業能力國際公認的權威要求。為了應對經濟全球化帶來的工程人才國際流動的需求，我國按照華盛頓協議成員國標準，在全國高校全面開展了本科工程教育專業認證工作，并于2016年成為《華盛頓協議》的正式會員國。

過程裝備與控制工程專業成立于上世紀50年代，前身為“化工設備與機械專業”。由于其應用于加工制造流程性材料產品即過程工業，且隨著設備自動化以及控制技術的廣泛應用，后經過教育部批準正式更名為過程裝備與控制工程。

專業培養人才廣泛就業于化工、能源、醫藥、環保、食品等領域。工程認證對我國的本科工程教育提出了新的要求，對于過程裝備與控制工程專業而言，如何應對工程認證帶來的機遇和挑戰，特別是本科教學方面，將對該專業工程教育的改革與發展產生深遠的影響。

由于過程裝備與控制工程專業面對的是流程工業，《流體力學》這門課程在該專業的本科教學中占有十分重要的地位。傳統工科本科《流體力學》的教學，面向專業寬泛，沒有專業針對性，這對于以解決復雜工程問題為導向的工程認證是不利的。

本文根據工程認證的要求，針對過程裝備與控制工程《流體力學》教學存在的問題，結合自身的教學實踐與體會，對工程認證背景下《流體力學》課程的教學改革進行了探討和總結。

二、 工程認證背景下，《流體力學》教學中存在的主要問題

（一） 課時設置與培養目標的矛盾。根據工程認證要求，需要畢業生能夠解決復雜的工程問題。雖然《流體力學》是一門基礎課，但是由于涉及復雜的工程問題，這就需要《流體力學》在授課階段要結合工程實踐、工程應用。

但是我校過程裝備與控制工程專業《流體力學》的本科教學，總課時為32課時。眾所周知，《流體力學》涉及基礎廣，涉及知識點多，原本教學需要的課時數就較為緊張，現在面臨工程實踐的結合，需要更多的學時。在總學時不變的情況下，達到工程認證的培養目標，這將是一個不小的挑戰。

（二） 學生薄弱基礎與課程深度的矛盾。作為基礎三大力學之一，《流體力學》所涉及的知識較為深奧。雖然考慮到面向的是工科學生，在深度上做出了相應的調整，但是相關知識點本身還是具有一定的難度，例如：邊界層理論，湍流，量綱計算等。同時由于學生在本課程學習之前未接觸連續介質力學、張量計算等概念，這加深了學生在概念理解、公式推導、知識點靈活運用上的難度，從而對《流體力學》的教和學都提出了很高的要求。

（三） 課堂學習與工程實踐的矛盾。工程認證要求本科畢業生擁有很強的實踐能力，能夠綜合利用各種知識解決實際工程問題，這就要求在《流體力學》的本科教學中，需要著重強調實驗和實踐環節，當前過程裝備與控制工程的《流體力學》教學過程中，實踐環節缺失，仍然側重于課堂知識的傳授，這對于專業通過工程認證是十分不利的。

三、 教學改革的方法與措施

（一） 改進課程大綱與授課內容。為了解決按照《工程教育認證標準》，進一步修訂和完善教學大綱和教學計劃，優化學時分配。保證《流體力學》基本概念、基本原理以及基本理論的授課時間。例如：流體靜力學、流體動力學（一維層流流動）、紊流與邊界層、流動阻力、量綱計算等知識的講解，從而為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。

壓縮平面流動等拓展知識點的授課。由于過程裝備與控制工程專業主要涉及到過程工業中“三傳一反”（即“傳熱、傳質、動量傳遞以及反應”過程）的加工過程以及與之有關的設備。為了加強學生理論結合時間的能力，滿足工程認證的培養目標。還需要分配學時重點講解流體知識在工程實際問題中的應用。

例如：可將圓柱繞流問題與卡曼渦街以及塔設備或者換熱器換熱管的共振聯系起來進行分析；或可將管內流體的流動與阻力計算與成套裝備管路計算等結合起來講解等。

從而培養學生的工程實踐能力，強化流體力學概念運用，滿足工程認證的培養目標與要求。

（二） 改善授課技巧，提高學生的學習效率?！读黧w力學》所涉及的知識內容包括各種分析問題的方法和技巧，整個課程需要密集使用高等數學的知識，包括微分方程的建立與求解、張量計算、矢量分析與場論等。

（三） 公式的推導和求解貫穿于整個課程的學習。由于不同的學生基礎不同，還有相關數學知識沒有選修學習，這進一步加深了學生學習和熟練掌握知識的難度。這就要求我們在課堂講解中，力求做到深入淺出。

簡化復雜公式的推導，避免簡單羅列推導內容，著重強調重要公式的來龍去脈，強化學生對概念的理解，避免厭學情緒的產生。同時在授課的過程中列舉一些有趣的例子來講解概念，例如：關于拉格朗日參考系和歐拉參考系的區別、優缺點可通過人在靜止和移動狀況下對風的感知來幫助學生理解。

同時，要善于利用多媒體技術來進行教學，通過圖片、視頻使得學生能夠直觀地了解抽象知識點。

另外可通過一些典型流動問題分析，訓練學生在具體工程分析中，如何抽象概括、假設簡化、數學建模直至問題最終的求解。從而培養學生綜合分析能力、知識應用能力以及創新能力。

（四） 針對工程領域，創新實踐能力培養。學生解決復雜工程問題的能力涉及到多種能力培養，其中實踐環節必不可少。為了學生能夠初步運用流體力學的知識，從科學的角度對過程工業相關裝備內特征結構與工業流程的相互作用進行綜合分析，為過程裝備的設計、研發奠定必要的流體力學基礎。這就要求我們在課程的實踐教學過程中，緊密聯系實際生產中的典型設備進行分析，例如動設備可選用泵，靜設備可選塔設備。

（五） 首先分解模型設備使學生對結構有直觀的了解，然后分組模擬實際生產過程中相關設備的設計、加工、檢驗、安裝、操作，維修過程，使得學生了解《流體力學》知識在其中的運用，從而熟練掌握相關知識內容。

（六） 另外可鼓勵學生利用課外時間，運用相關知識，參與科研創新活動從而開闊視野、訓練科學思維，為學生將來進入更高層次的學習以及解決更復雜的工程問題打下堅實的基礎。

四、 結論

本文分析了《流體力學》課程本科教育目前存在的問題，然后從授課內容、學時分配、教學方法、實踐環節等方面進行了分析和探索，提出了一些改善教學效果的具體措施，來進一步提升過程裝備與控制工程專業《流體力學》課程的教學質量，應對工程教育專業認證帶來的機遇與挑戰。

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作者簡介：楊新俊，崔政偉，宋春芳，江蘇省無錫市，江南大學機械工程學院。endprint