“流體機械”課程的教學現狀及改革

田世祥

摘 要：流體機械課程是理論與工程實踐的課程之一，依賴于現代自動控制理論的發展，具有較強的專業性與實踐性的特點，它是本科工程教育培養計劃中十分重要的一門課程。隨著高等教育教學改革的推進，傳統流體機械的教學方式和內容的也不斷納入改革進程。為提高教學質量，保證學生真正掌握流體機械的工作原理、運行特性及設備選擇等基本知識，文章針對傳統流體機械課程的現狀和存在的一些問題，結合“新工科”等一些概念，從課程教育優化、實驗認知、項目驅動實驗教學、計算機輔助教學等方面提出一些個人的思考和改革方案，旨在使流體機械課程的教學質量與教學水平得到一定的提高。

關鍵詞：教學改革；工程教育；流體機械

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）15-0138-03

Abstract： Fluid Mechanics course， which depends on the development of modern automatic control theory， is one of the courses in theory and engineering practice and is highly professional and practical. It is a very important course in the undergraduate engineering education and training plan. With the development of higher education reform， the teaching methods and contents of traditional fluid machinery have been brought into the reform process. In order to improve the teaching quality and ensure that the students really master the basic knowledge of the working principle， operating characteristics and equipment selection of fluid machinery， this paper aims at the present situation and existing problems of the traditional fluid machinery course. Combining with some concepts， such as "Emerging Engineering Education"， this paper discusses the course education. In order to improve the teaching quality and teaching level of Fluid Machinery course， some personal thinking and reform schemes are put forward in the aspects of optimization， experimental cognition， project-driven experimental teaching and computer-aided teaching.

Keywords： teaching reform； engineering education； fluid machinery

流體機械課程具有較強的專業性和突出的工程背景，課程內容注重理論和工程實踐的有機結合，同時側重培養學生的專業能力和實踐能力。流體機械屬于通用機械，在國民經濟生產中應用極為廣泛。因此掌握這門基礎課程，對工科學生學習后續課程至關重要。為了提高教學效果，培養高層次的應用型人才，需要教師在教學過程中不斷進行課程教學改革，提高學生學習的積極性和主動性，提高學生的動手能力，培養他們的創新意識，從而不斷提高教學效果，適應對本專業人才培養目標的要求，滿足社會對高素質和高層次人才的需求。

一、“流體機械”課程的重要性及特點

工程教育作為我國高等教育中的一個重要組成部分，在緊密結合社會需求和受教育者的發展規律基礎上，在過去的幾十年里不斷為我國的各行各業持續提供高質量工程技術人才。在新時期和新起點上，伴隨國家“中國制造2025”戰略和時代發展需要，一些針對工程技術人才培養的 “新工科”等概念也陸續提出[1-3]。“流體機械”課程作為工程教育專業的核心基礎課程之一，同樣也是安全工程本科課程教學的重要一部分。安全工程作為一門交叉學科，涉及礦山安全、化工安全等子方向，旨在培養技術-理論-管理等方面兼備的綜合型人才。目前流體機械已經廣泛的滲透到礦山機械、化工管道設計等課程學習中，因此在安全工程專業開展流體機械教學是十分有必要的。

在面對新時期新要求背景下，一些原有的傳統教學模式可能已經變得不適應和落后，為了達到工程教育的目的，培養出滿足社會需求的，不但具備豐富的基礎理論知識和實踐動手能力，還具備社會歸屬感、責任心和職業道德素養，更具備全球化市場視野的高精尖的復合型專業人才，因此積極推動教學改革滿足工程教育要求是十分必要的。作為一門專業基礎課程，流體機械課程具有如下特點：

（一）基礎性強，專業涉及面廣

流體機械課程具有基礎性十分強的特點，它涵蓋的基礎知識十分深厚。要想學好流體機械這門課程首先在具備一定的高等數學運算及推導能力同時，必須對一些流體力學、傳熱學、材料力學、機械工程學、機械設計等基礎理論和知識有一定的了解[4]。因為包含的每一學科都是比較高深的課程，每一門課程都不是簡簡單單記憶一下概念，粗略了解一下就可以的，這需要學生付出極大的精力來反復計算推演，識圖制圖等等。這無疑提高了學生的學習門檻和學習難度。這就需要我們在教學過程中把這些晦澀難懂的數字、圖形、各式各樣的公式，各學科如同天書的種種理論概念等等，根據不同學生的不同層次和階段，用更通俗易懂的方法，結合各種實例傳授給學生們，切記生搬硬套，死記硬背。

（二）實踐要求高

流體機械是一門實踐要求較高的課程。生產實際中很多工程現象和生產方式無法完全套用課程理論來解釋。好的理論是學好這門課程的前提，沒有與實際結合的過程往往只能紙上談兵，這也與“新工科”培養目標相悖。因而在課程教學過程中必須結合實際情況，以提高學生的實際運用和工程問題解讀能力。要想好好地掌握這門課程，必須通過不斷地實習實訓，課程設計，計算演練等不斷地實踐。實踐與理論相結合，相驗證才能使學生深入透徹的掌握課程理論，提高實際操作能力。同時，課程教育應當匹配一定的現場實訓，從而讓學生產生更直觀的印象，更深的理解。

（三）應用領域發展迅速

流體機械是一門應用性很強的課程。隨著科技的發展，各種新技術新工藝不斷地應用，流體機械的應用領域迅速發展。而傳統的流體機械教學基于書本，書本中的內容具有一定的滯后性，相應的內容不能完全滿足實際需求，比如一些新型的壓縮機，如采用乙烯壓縮的超高壓壓縮機[5]。其次，在計算機輔助發展迅速的情況下，很多工程問題在計算輔助軟件上得到了很好的應用。一些簡單的流體機械工程現象可以在計算軟件平臺上更為直觀清楚的展示和解釋。這要求在教學中要結合實際來進行教學，要時刻關注新技術新工藝的出現與應用，以適應新的發展趨勢。

二、“流體機械”課程的教學現狀

流體機械的課程教學現狀就是工科教學的一個縮影，很多高校大多停留在書本理論知識講授的階段，完全違背了工科教學的宗旨。在國家“新工科”概念的推動下，傳統的教學方式也很難再滿足課程教學需求，一些長期積累的問題也完全暴露出來，比如：

（一）教學方式單一

當今社會對人才的要求是“知識”與“技能”并重，這無疑對傳統的教學方式提出了嚴峻的挑戰。在我國灌輸式的教學一直是長期以來貫穿在教育體系中的一個現象，單一的教學方式往往造成學生學習效率低下，很難提起學生對課程學習的興趣[6]。其次，近些年來教學改革的嘗試也影響了課程總體授課時間。一些諸如流體力學、工程熱力學、傳熱學等基礎學科的課時削減或廢除，課時數由于學分制和選修制的普遍推廣而大幅壓縮，這就必然會加大課堂教學的壓力，而且課堂教學與實踐環節亦存在一定程度的脫節，導致學生理論基礎差，學習流體機械更為吃力。

（二）教材選用存在的問題

教師要想取得好的教學效果，學生要想獲取系統的理論知識，前提是一定要有一系列的好的教材。現在各高校流體機械教學中除了采用規劃教材，各個學校還用自編教材。教學中采用的規劃教材、精品教材等確實是有著精確而系統的理論體系架構和詳實具體的結構細節描寫。但是各種教材有著各自的著重點與自身的特點與體系，教材內容差距很大。并且在課改的環境下隨著學時的減少，就影響到了教材的選擇和教學內容的篩選。所以教材的選擇就有所取舍，不能面面俱到。再一個流體機械是一門緊跟市場需求，技術不斷革新的學科。為了跟上形式教材也需要不斷更新。

（三）作業中存在的問題

培養學生的分析能力和綜合能力一直是教學的重要目標，是培養學生創新能力的基礎。多數教科書是通過計算題的形式進行這方面的練習，問答題較少，選擇題、填空題、判斷題等幾乎沒有，教師布置的課后作業通常也是計算題，使學生陷入題海，將大量時間花在了枯燥的演算中，從而導致學生在學習中普遍存在重計算、輕概念，重答案、輕方法的現象。因此我們有必要對培養和提高學生分析、綜合能力的訓練方式進行改革，比如在練習題中增加一些帶有趣味性和工程背景的問答題。

（四）實踐課程教學條件不足

流體機械的學習不僅僅需要扎實的理論基礎，在課程學習過程中工程實踐、實驗、現場實習的補充對于學生充分理解理論是十分重要。但在實際教授中，高校教師更注重理論知識的講解，忽視了知識的實際應用，從而大大阻礙了學生創新能力的培養，造成“高分低能”。各高校基礎條件不一，在實踐教學如實驗室，實習中心，實踐現場教學等方面還存在著差距，不能完全滿足實踐教學需求。面對要求學生必須具有一定實踐經驗的流體機械課程，為了幫助學生能夠更好的解決實際問題，完成畢業創作，需要在學習過程中不能局限于書本，缺乏實際工程問題的分析解決能力可能會導致學生無法滿足企業和社會的實際需求，限制學生的發展。

（五）考核方式

考核方式也是流體機械學習的一大弊病。完備的考核方式應該包含課程理論考核，實踐、實驗操作考核、課程設計考核等方面。這些方式可以相對全面綜合的評價學生的理論和實踐水平，理論考核與實踐考核要相互結合，還應加強實踐考核的占比。[7]而不是僅僅通過單一的一次性考試來決定學生的成績。一單一的考試只能促生更多的應試策略，并不能公平的展現工科學生的真正水準。

三、“流體機械”課程的改革

教學的方式是跟隨科學技術水平的進步和社會需求來改變的，固定的教學模式無法為社會提供相適應的人才。傳統的流體機械課程和其他工程類課程一樣已經越來越不能滿足社會的需要，必須進行相對應的改革和調整。流體機械課程開設的目的是為了讓學生能夠在掌握流體機械理論基礎知識的前提下，參與實踐當中去，將理論與實踐結合，形成一定的解決和分析流體機械工程中實際問題的能力。文章結合自身的學習經驗、流體機械教學過程以及學生的教學反饋等方面作為依據針對流體機械這一課程的改革提出了四點方案：

（一）課程教育優化

流體機械作為工程類學生核心基礎課程之一，其開設是符合工科課程學習需求的，掌握牢固的課程基礎理論知識是流體機械課程教育的首要任務。課程開課前，應該先期規劃安排學生進行流體力學，材料力學以及機械工程、機械設計等課程的學習，保證學生有足夠的學習流體機械理論基礎。課程授課當中教師扮演著十分關鍵的引導角色，教師應提前做好課程規劃，在教授理論知識的同時不斷結合實際工程案例，提高學生對課程的參與度。

為了學生高質量的獲得課堂知識，也要引導學生進行課外學習，課外復習，要及時的針對學生提出的疑問及時解答。搭建精品課程平臺，讓學生們積極參與進來，進行網絡學習。課內課外相結合，理論學習與實踐操作相結。[8]

（二）實驗認知

實驗認知是課程教學的重要補充，課堂學習過程只能滿足理論的需求。流體機械作為實踐性較強的一門課程，應當配有相關的實驗設備以及足夠的實驗次數。

實驗是一個實際操作過程，學生針對課堂的存在的問題結合實驗設備提出可行可操作的實驗方案，讓學生真正參與到實驗中。實驗過程可以很好的加深對理論知識的理解，提高學生學習課程的興趣。

實驗要做到以學生為中心，教師做好引導，讓每一個學生都要真正的動手動腦的參與進來，使實驗時他們能動手，敢動手，想動手積極主動的進行實驗操作。一個是培養他們的實際操作能力，再一個通過實驗操作就更能發現自己的欠缺，從而在課堂學習中去彌補加深這方面的理論支撐。

（三）項目驅動實驗教學[9]

流體機械課程實驗具有一定的局限性，一些設備所能呈現的實驗是有限的，在學生數量較多的情況可參與進去的學生數量有限。在實驗室的實驗與實際還是存在一定差距，很多設備功能、尺寸、運行方式與現場相差甚遠。在實驗過程中往往也是根據經驗機械性的操作，容易出現知其然不知其所以然的問題。目前國內高校很多與企業有密切的聯系，一些工程問題也依托高校進行解決。雖然本科教學距離研究型教學有差距，但是仍然是本科教學很好的一個切入點。流體機械課程設計中可以依托現有的工程項目，讓學生參與進來。分組式的讓學生參與到解決實際工程問題當中去，同時學生可以到企業現場參與實踐性教學，做到真正與現場無縫結合，這也是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的一種教學活動，屬于“行為導向”教學法。項目開始和結束的時間都是預先計劃好并且是固定的，原則上是要求有一件較完整的作品。教師與學生要通路合作，學生利用學來的知識服務于這個項目，推動項目的順利實施和完成，了解項目的各個環節以及項目中蘊藏地重難點。由于整個過程中教師只是扮演一個領導者的角色，學生認真投入，身體力行，從而促進學生的責任意識的形成。

（四）計算機輔助教學

計算機輔助教學是一個很好的教學模式，現在也在不斷發展完善[10]。目前，工程領域的基于計算機輔助的設計、仿真已經日趨成熟。流體機械問題也已經很好的擬合到很多工程仿真軟件中，比如在Ansys旗下的CFX以及Fluent已經能較好的模擬流體機械中的許多問題。仿真軟件不但可以模擬現象，還能實現從設計、裝配、驗證一體化。從未來教學來看，仿真模擬軟件加入到課程中將會是一個趨勢。學生通過教師對課程內容的仿真解釋可以較為直觀的學習流體機械中一些較為較難解釋的工程現象。運用仿真軟件參與到流體機械課程教學中過程中有利于新型工程人才的培養，提高學生的軟件應用水平，符合未來工程人員的發展要求。

四、結束語

“新工科”的提出反映了我國工程教育需求的變化以及社會需求的轉變，“中國制造2025”也提出了對未來新型全面發展的高級工程技術人員的要求。本文針對流體機械課程教學改革這一實例，貼合時代發展趨勢對課程的內容優化、教學方式等一些內容進行了討論和探索，以期形成一種全新的符合現實需求的流體機械教學模式。新的教學方式需要無數奮斗在教學一線的教師們共同努力去完成，只有不斷改革，才能優化完善流體機械課程教學內容，保證教學質量和提高學生的課堂參與感與收獲度，培養出適應時代和未來的發展性人才。

參考文獻：

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[10]康燦，楊敏官.計算機輔助一體化技術在卓越工程師培養中的作用[J].中國電力教育，2011（24）：13-14+17.