“雙一流”建設下的本科《流體力學》教學改革

龍天渝 安強 謝安

摘要：《流體力學》課程是水利、土木、環境、機械和能源動力類專業重要的技術基礎課，其教學改革與課程建設在高等工程教育和高水平人才培養中占有重要的地位。圍繞“雙一流”建設下的本科教育，為落實教育部長陳寶生在新時代全國高等學校本科教育工作會議上的講話精神，培養本科生的創新能力和自主學習能力，針對重慶大學城市建設與環境工程學院《流體力學》課程，對“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材《流體力學》第二版的體系和內容進行了修訂，相應的教學體系和內容也進行了調整;將探究式、參與式、翻轉課堂和混合式教學等新型教學模式引入課堂，同時強化課堂教學與科研的深度融合;此外，在作業中增加了一些設計研討類與工程類習題。通過教學改革與課程建設，取得了良好的效果。

關鍵詞：“雙一流”;流體力學;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0064-03

2015年11月國務院正式頒布了《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》，明確了“雙一流”建設的總體要求、建設思路和建設任務。2018年6月教育部長陳寶生在新時代全國高等學校本科教育工作會議上的講話中強調：“一流本科是建設高等教育強國的根基。只有培養出一流人才的高校，才能夠成為世界一流大學，在‘雙一流建設中要加強一流本科教育。”課程是本科教育的基石，建設一流本科，需要建設好每一門課程。

《流體力學》作為工程學科的基礎理論之一，在高等工程教育中占有重要的地位。非力學專業的《流體力學》課程是水利、土木、環境、機械和能源動力類等專業的重要技術基礎課，在諸多工程技術領域中有著廣泛的應用。通過本課程的學習，使學生掌握流體力學的基本概念、基本理論、基本計算方法和基本實驗技能，培養學生建模能力、分析能力、實驗能力、自學能力和創新能力。《流體力學》課程內容涉及了數學、力學、物理學等多學科知識，具有理論分析復雜不易掌握、概念和方程推導較多、多學科知識綜合應用來分析和處理問題能力要求較高等特點，是一門理論性和工程實際都較強的課程。為貫徹教育部部長陳寶生關于“我們要改革傳統的教與學形態，高校教師要把育人水平高超、現代技術方法嫻熟作為自我素質要求的一把標尺，廣泛開展探究式、個性化、參與式教學，推廣翻轉課堂、混合式教學等新型教學模式，把沉默單向的課堂變成碰撞思想、啟迪智慧的互動場所，讓學生主動地‘坐到前排來、把頭抬起來、提出問題來”的指示，依托重慶大學城環學院的學科優勢和學校的優質課程建設項目，對重慶大學城環學院的《流體力學》課程從教材修訂與授課內容、教學模式和課后習題等方面進行了改革，旨在提升大學生的自主學習能力和創新能力。

一、教材修訂與授課內容

“工欲善其事，必先利其器”，教材對教學質量具有重要作用，要想建設一門精品課程，更是離不開優秀的教材。要加快“雙一流”建設，實現高等教育內涵式發展，我們應重視教材建設。“雙一流”建設的研究型大學要求教材在知識水平、傳遞的教育教學理念、知識傳播的方式等三個方面具有獨創性和先進性。為此，在對國內外近期出版的流體力學教材進行分析研究以及汲取有關專家意見的基礎上，對中國建筑工業出版社出版的龍天渝、蔡增基主編的“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材《流體力學》第二版的體系和內容進行了修訂，考慮到原教材中勢流理論的內容偏多，而沒有一點數值計算方面的內容，而現今隨著計算機的快速發展，借助計算機進行數值求解已成為求解流動問題的主要方法之一，在教材修訂中，壓縮了勢流的內容，涉足了一點數值求解的內容，將第二版中的第7章《不可壓縮流體動力學基礎》和第8章《繞流運動》進行了較大幅度調整和增刪。第7章主要闡述不可壓縮流體動力學的基本方程和定解條件，而在第8章中針對第7章中的基本方程，對其求解方法進行闡述。第8章包括解析求解方法;在無法解析求解的情況下，如何針對特定的條件對方程做相應的簡化，簡化后進行解析求解的方法，如對于無旋流動、邊界層流動等的求解;以及數值求解方法等內容。在第8章中增加了數值求解方法的內容。另外，針對“寬基礎”的教學要求，增加第10章《明渠流動與滲流》，目前修訂后的第三版已出版。

基于教材的修訂，相應的教學體系和內容也進行了調整。鑒于本科的《流體力學》課程，受課程學時數的限制，不可能較完整地論述計算流體力學的內容，因此，課程中僅涉足一點這方面的內容，增加1—2道習題，供有興趣的學生課后應用軟件自學完成，另外，可指導優秀的學生完成涉及數值計算方面的科技創新項目，滿足不同學生的個性化需求。通過讓學生自己動手利用軟件對流動問題進行數值分析，將流體力學的知識應用于與專業相關的實際問題中，激發了學生主動學習的興趣，培養了學生思考、創新的科研能力。

二、教學模式

在傳統的教育體制下，課程教學模式主要以“課堂書本教學”為主，課后布置習題鞏固，讓學生被動地接受或吸收知識，其創新能力沒有得到有效的培養和鍛煉。為此，我們通過探究式、參與式教學，推廣翻轉課堂、混合式教學等新型教學模式進行教學模式的改革。教師在每章節講解過程中，尤其是在重點理論講解過程中，以探究的方式，以工程案例為切入點，用有趣的應用案例激發學生的學習興趣，用直觀形象的圖形幫助學生理解抽象的概念和理論，用熟悉的、已學的知識引出知識間的關聯和邏輯關系，以及講清每個數學公式背后的來龍去脈，幫助學生對知識的整體把握和遷移。所采用的工程案例主要來自我國一些重大工程中流體力學原理的實際應用，如都江堰水利工程、三峽工程、航空航天工程、港珠澳大橋、京滬高鐵等，這樣不僅激發了學生的創新意識，提高了學生自主學習的動力，而且可以增強學生的愛國熱情和“四個自信”。

著名科學家錢偉長曾指出：“教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育?！笨蒲惺墙虒W的“源頭活水”，如果沒有科研做支撐，大學課堂教學就會失去“靈魂”，課堂教學應與科研深度融合。為此，我們在授課過程中，通過結合專業的研究前沿中的流體力學問題，授課教師承擔的國家、省部級科研項目中的流體力學知識點的應用，對學生進行點撥，激發學生學習流體力學的興趣，讓學生自己去尋找發現科研項目中的流體力學現象，并利用流體力學知識去解釋這些現象，增強學生的參與意識，激發學生的學習潛能，促進了教學效果的提升。我們改變了傳統的“老師在上面講，學生在下面記”的模式，通過引入線上線下學習模式，在課程平臺上提供教學課件、收集的國內外優秀的教學視頻，鏈接國內外優秀慕課，如清華大學的《水力學》、波士頓大學的《流體力學》等翻轉課堂，引入學生課程演講和分組討論，以及查資料、撰寫課程小論文的綜合模式，全方位開展參與式、討論式和互動式教學，引導學生主動探索和研究流體力學問題，培養學生的科研素養和創新能力。

三、課后習題

目前國內非力學專業流體力學教材中，習題多數偏重于某個具體理論或公式的分析與運用，很少引入工程和生活實際中應用流體力學原理解決問題的綜合運用實例，從而未能最大限度地發揮出習題應有的功效，即對于已授知識的綜合與補充作用。而國外的流體力學教材中，大多有一些貼近生活或工程的習題，如在Frank M.White主編的Fluid Mechanics中的習題有關于“淋浴時冷水的流量可能會受到附近廁所沖水的嚴重影響”的習題，關于“起重機起吊貨物時風速對起吊角產生影響”的習題，它們都完全貼近生活或工程。流體力學應用廣泛，在日常生活現象和工程實際中都處處滲透著流體力學知識，因此，習題除包括鞏固教學內容的習題外，應增加一些設計研討類與工程類習題，選擇一些工程案例或日常生活中的流體力學現象形成習題，也可增加一點數值計算的習題。學生可組成學習小組，課后共同完成，并對其進行理論探討與分析，以提高學生的自主學習能力與撰寫研究報告的能力，加深學生對流體力學理論的認識，調動學生的學習積極性。如對于給排水科學與工程專業的學生，我們增加了有關低影響開發、海綿城市、管網節能等的工程類習題;對于建筑環境與能源工程專業的學生，增加了結合數值計算的室內空氣品質的優化等習題。

四、結語

創新人才的培養是擺在教育工作者面前的一項刻不容緩的系統工程，需要我們不斷地努力探索新的思路和舉措。針對“雙一流”建設下本科《流體力學》課程教學，依托重慶大學城環學院的學科優勢和學校的優質課程建設項目，對重慶大學城環學院的《流體力學》課程從教材修訂與授課內容、教學模式和課后習題等方面進行了改革與建設，旨在提升大學生的自主學習能力和創新能力。

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