《工程流體力學》重點核心課程建設初探

姜未汀 李琦芬 翁建華 劉江 劉方 付在國

摘要：《工程流體力學》是能源與動力工程專業的專業基礎課。由于該課程的傳統教學內容晦澀，推導繁復，因此在教學過程中存在較大難度。作者結合課程建設項目實施情況，提出增加課程思政、豐富教學手段、補充專業英語、介紹專業儀器等手段，取得較為明顯的成效。

關鍵詞：工程流體力學;重點核心課程;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0201-02

《工程流體力學》是能源與動力工程專業的專業基礎課，主要是加強學生對流體力學領域的基礎理論水平，為學生學習《傳熱學》、《泵與風機》、《鍋爐原理》、《汽輪機原理》等課程儲備必要的基礎知識，訓練學生的實驗能力，培養學生的實踐能力。學好該課程是學生從事能源與動力工程相關工作與解決工程應用問題的基礎，它一直受到廣大師生的重視。在上海市教委的支持下，該課程參與了上海市教委重點核心課程建設，不僅取得較好的教學成果，更以教學改革為契機，對教學中存在的諸多問題進行深入研究，取得了寶貴的經驗，具體介紹如下，以期拋磚引玉。

一、增加課程思政

經典的流體力學教學內容形成于18世紀至20世紀上半葉，正是中國科技水平全面落后于西方的時代，相關的理論、模型、方法基本上是由歐美科學家提出的，鮮有關于中國的內容，容易給學生造成中國在該領域始終落后于人的不良印象，不利于學生達到全國高校思想政治工作會議中提出的“正確認識中國特色和國際比較，全面客觀認識當代中國、看待外部世界”的要求。

相關的思想政治教育內容分為三部分。第一部分是中國古代流體力學成就，主要圍繞我國古代水利事業，包括4000多年前“大禹治水”的故事、秦朝在公元前256至公元前210年修建的我國歷史上的三大水利工程等，說明我國古代在流體力學領域雖然沒能建立系統的理論，但工程成就并不亞于他人。

第二部分為中國杰出的科學家，以錢學森為例，通過錢學森的經歷，表明雖然科學沒有國界，但科學家是有祖國的，只有在自己祖國，科學家潛心科學才能有保障。正是憑著科學家的努力，祖國才能強大。

第三部分為中國在流體力學領域的最新成就。講解邊界層控制時，介紹無邊界層隔道進氣道（DSI）技術，該技術由美國最先提出，中國后來者居上，首先在國產FC-1戰斗機上投入使用。FC-1也是世界上第一種服役的帶DSI的飛機。目前，以往的航空大國英法俄德都沒有類似飛機投入使用，FC-1的服役意味著中國在空氣動力學領域的總體水平已經接近世界一流水平。

通過這些內容的介紹，幫助學生對流體力學有更加全面、歷史、客觀的了解，樹立為共產主義遠大理想和中國特色社會主義共同理想而奮斗的信念與信心。

二、豐富教學手段

工程流體力學的特點之一是概念抽象不易被理解，需要在講授過程中結合動畫、圖片、錄像乃至相關科學軟件加深學生的理解，同時緊密聯系工程實際及學科前沿，使枯燥、乏味的內容變得趣味盎然。

我們曾經考慮給學生介紹Fluent等流體力學軟件以輔助教學，但很快發現由于課時緊張，無法讓學生在很短的時間內掌握復雜的CFD軟件。因此，最終選擇一款免費的手機風洞模擬軟件Wind Tunnel Lite。該軟件有安卓與iOS版本，供不同手機用戶選擇，其功能是供用戶在設備上模擬風洞，研究風與物體的互動等。該軟件自帶多個模型，有兩種車輛外形、兩種機翼翼型、河流流動，也有專門教學演示用的圓柱繞流、三角形繞流以及卡門渦街等，還支持導入模型。其默認界面是模擬煙風洞，用戶可自行更改，自定義發煙位置和寬度以及煙的顏色，還可以讓多股不同的煙霧使用不同的顏色，用沿來留方向的一列點、垂直來留方向的點或隨即密布的點表示空氣的繞流特性，支持利用背景顏色疊加演示壓強場、速度場或環量場等情形。在翼型模塊中，還能計算模型的升力、阻力和升阻比。

利用該軟件，學生可以直觀地了解工程流體力學中曲面邊界層的分離現象、繞過圓柱體的流動、卡門渦街、物體升力與阻力等內容，達到課堂教學無法達到的效果。

三、補充專業英語

盡管是本科生教育，我們依然認為開闊學生的學術視野非常重要，有必要強化學生閱讀英文文獻的能力。盡管本科生有專業英語課程，但更多的內容是介紹鍋爐汽輪機等專業知識，對流體力學專業基礎知識的介紹略嫌不足。如果在專業基礎課程中增加本課程的專業英語，無疑對學生畢業論文寫作階段的文獻閱讀有很大的幫助。考慮到學生總體英語水平，開設雙語課程的條件暫時不具備，因此我們嘗試對學有余力的學生推薦閱讀雙語版教材《Fluid Mechanics 流體力學 英語教學版》，引導學生增加對專業英語的學習。

四、介紹專業儀器

近年來，我院在科研領域有了較大發展，添置了一部分先進的實驗設備，如奧地利安東帕公司生產的MCR102流變儀，測量各種流體的流變曲線，其測量原理與工程流體力學教學內容關系密切。

在工程流體力學實驗教學過程中，我們圍繞本院采購的先進儀器，增加流變曲線測量原理與使用的內容。首先，通過課堂教學講授儀器原理與測量范圍，除了介紹已有設備知識外，還分析了市場上同類型儀器的情況，分析采購該儀器的原因，為將來學生參加工作后采購儀器提供幫助與參考。最后，組織學生參觀儀器，并進行樣本實測，加深印象。

五、小結

經過三年的教改實踐，我們進行的重點核心課程建設取得一定的成效，主要特點是增強了思想政治教育，順應當前教育改革趨勢，具有一定現實意義及實際的可操作性，顯著增加學生的學習興趣，提高了解決工程問題的能力與創新能力。

應該指出的是，筆者在《工程流體力學》課程教學改革的嘗試還是初步的，依然存在一些問題，如如何進一步優化教學內容等。為解決這些問題，還需要花費更多的努力，進行更深入的探索與嘗試，也希望得到廣大同行的指導和幫助。

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