基于過程控制的“工程流體力學”課程教學改革與實踐

金麗珠　嚴軍　高豪杰　熊永蓮

【摘 要】根據人才培養目標，結合教學實踐，分析我院能源動力工程專業“工程流體力學”課程定位及主要教學內容。從加強過程控制的角度入手，以學生為主體和核心，根據學情因材施教，激發學生學習動力，發揮學生主觀能動性，注重思維引導及學習方法的培養，并提出教學改革的建議。

【關鍵詞】過程控制；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： 2095-2457（2018）23-0171-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.075

【Abstract】According to the talent training goal and combining with teaching practice，the course orientation and main teaching contents of engineering fluid mechanics of energy power engineering specialty in our school were analyzed. Starting from the perspective of strengthening process control，taking students as the subject and core，teaching students according to their aptitude and learning situation，stimulating students' learning motivation，giving full play to students' subjective initiative，paying attention to the cultivation of thinking guidance and learning methods，and putting forward suggestions for teaching reform.

【Key words】Process Control；Engineering Fluid Mechanics；Course Reform

0 引言

流體力學是力學的重要分支，主要研究流體的力學運動規律及應用。該課程運用了高等數學、理論力學、大學物理等課程的知識點作為理論基礎，課程的理論性、抽象性均較強，學習難度較大。對于我院能源與動力工程專業學生，數學推導部分僅要求掌握思路，重要公式要求掌握適用條件、物理意義、使用注意事項等內容，側重于工程實際問題的解決[1]。

1 課程定位及主要內容

《工程流體力學》是能源與動力工程專業的一門專業基礎課，通過本課程的學習，使學生掌握流體平衡、運動、能量轉換的一般規律和有關的基本概念與基本理論，學會必要的流體力學分析計算方法和一定的實驗技能，培養學生分析問題和解決問題的能力及創新能力，為專業課的學習、解決工程中的流體力學問題、獲取新知識和進行科學研究提供必要的理論基礎。教學內容主要包含流體及其物理性質、流體靜力學、流體運動學基礎、流體動力學基礎、量綱分析和相似原理、管內流動的沿程及局部損失、管流的水力計算、理想流體有勢流動、邊界層理論及氣體的一維流動等。

2 教學改革與實踐

傳統的教學模式以教師傳遞、學生接受為主，可使學生在短時間內接受到完整、系統的知識點，但該方式為單向傳遞，不利于學生思維方式和學習方法的培養[2]。

拒絕“滿堂灌”的教授方式，以學生為主體，根據學情因材施教，激發學生學習動力，發揮學生主觀能動性，注重思維引導及學習方法的培養，將達到事半功倍的效果。

2.1 注重細節講解和思維引導

根據學情因材施教，授課過程中注重細節的講解，相關公式推導注重思維引導，要求學生掌握基本推導方法與思路，重點強化學生對公式的理解和應用，對應用時的注意事項逐一說明，重要內容舉例講解，如控制體的選擇、公式的矢量性、方程的聯用等，提高學生工程實踐應用能力和水平。如在恒定總流動量方程的應用中，引導學生從實際問題入手，建立完整的分析體系：1）確定控制體；2）對控制體中和控制面上流體的受力進行分析；3）建立坐標系；4）建立動量方程（有時需聯合連續性方程、伯努利方程）；5）解方程；6）對于未知力，求解后需注意：如果所求未知力為負值，說明與原假設方向相反。另需注意所求的力是否為反作用力。通過思路的分析及應用舉例，使學生快速掌握相關知識點的應用方法。

2.2 教授學生理解記憶的方法

重難點公式的記憶采用理解記憶的方式，教授學生記憶方法，如在工程流體力學三大重要方程的講解中，注重從量綱角度引導學生理解并記憶公式，并掌握基本公式的適用條件、物理意義及幾何意義，為應用打下堅實的理論基礎。

2.3 采用翻轉課堂形式，發揮學生主觀能動性

采用翻轉課堂的形式講解量綱分析法中的π定理：在前期教學過程中，指導學生采用量綱分析法理解并記憶公式，引出幾個問題，請學生自主講解相關知識點，其他同學輔助提問，發揮學生的主觀能動性。最后進行點評和補充講解，幫助學生快速理解相關內容。

2.4 注重習題強化

習題課的實施方法：1）布置相關章節的習題，采用隨堂測試并請學生自主講解的方式。實踐表明，經過學生的思考，解題方法和思路均有所拓寬。2）隨堂測試并批改，成績計入平時成績，督促學生提高學習效率和效果。

2.5 采用獎勵機制激發學生學習動力

獎勵機制主要體現在平時成績方面，上課主動回答問題，回答正確加5分，回答錯誤加3分，平時成績最終不高于100分，鼓勵學生主動發言，積極思考。

2.6 輔助提問

在教學過程中發現，輔助提問式的教學方法可以提高學生上課的注意力；將重難點內容通過課堂提問的方式進行強化，督促學生及時復習，有利于學生清晰掌握重難點，激發學生的學習熱情。

2.7 及時處理疑難點

及時講解作業和習題課中存在的問題，批改作業時針對性進行批注，對作業做的好的同學進行課堂表揚，樹立典型和榜樣，激發其他學生的學習動力。

2.8 注重實踐環節，加強理論與實踐的結合

實驗過程中，通過講解和演示加強學生對相關知識點和設備的熟悉程度，繼而分組進行實驗，過程中及時幫助學生解決實驗中的問題，要求每位學生查看過實驗數據，基本無誤后方可完成實驗離開。

2.9 課后輔導答疑

輔導答疑主要采用網絡答疑及課后答疑相結合的形式，效果較好。針對平時掌握情況較差的學生進行集中輔導，梳理基本知識點，將課堂上講過的重難點再進行羅列和重復講解，以期實現每位學生對重難點知識基本掌握到位。

2.10 引導學生主動了解學科前沿及工程實踐應用案例

課程講授過程中，除主要內容的講解及案例分析外，輔助參考文獻供學生課后閱讀學習。如講解伯努利方程方程時，除工程實際案例的分析和講解外，推薦學生閱讀楊中華等[3]的文獻“伯努利方程在燃油供給系統中的應用”，該案例與學院能源與動力工程專業的培養方向緊密結合，講解了有/無回油燃油系統中伯努利方程的實際應用，既幫助學生了解了學科前沿發展現狀，又鞏固了理論知識，且增加趣味性，培養學生的科研思維，挖掘學生的科研能力。

3 實踐效果及反思

本課程的教學注重教與學的過程，從學生的平時表現看，學生學習的積極性較高，主動回答問題且平時提問的同學較多。從考試的結果中反映出，所帶班級卷面成績的平均分分別為75.68和77.40，標準差分別為10.44和8.53，教學、考試狀態良好。

現有的考核方式中，實驗成績占10%，課堂成績占90%，課堂成績中平時成績占30%，期末成績占70%。今后可在合理范圍內，適當提高平時成績的占比，以學促考，營造良好的學風，發揮過程控制的積極作用。

目前我院《工程流體力學》實驗課程開設的主要實驗項目有：雷諾實驗、管路沿程阻力及局部阻力實驗等。由于實驗設備及指導教師人數等方面的限制，現有實驗均為驗證性實驗，無法開設相關設計性實驗項目，不能培養學生的創新意識和能力[4]。

課程建設方面，目前我院《工程流體力學》課程開設班級較少，未能形成較系統的課程研究體系，今后將努力創建課程團隊，加強精品課程及特色教材建設，增加工程實踐案例，提高課程教學質量。

大學生除了學習知識，更重要的是找到適合自己的學習方法，因此，授課過程中的思維引導至關重要，加強過程控制，可以幫助學生注重學習過程中的思維方式、學習方法、學習能力的培養，不論是知識抑或學習方法的高效應用，均可為成為高水平應用型人才奠定基礎。

【參考文獻】

[1]朱智瑩.《工程流體力學》教學方法探討[J].教育教學論壇，2017，（2）：150-151.

[2]朱兵，孫曉晶，黃典貴."工程流體力學"的課堂教學模式思考[J].高教學刊，2016，（21）：86-87.

[3]楊中華，李懷軍，梁濤，等.伯努利方程在燃油供給系統中的應用[J].裝備制造技術，2017，（10）：132-135.

[4]陳俊俊，龐赟佶，王曉彤，等.建筑環境與能源應用工程專業《流體力學》課程實驗改革研究[J].教育教學論壇，2016， （16）：225-226.