水利特色高校土木專業《流體力學》開放性習題初探

石莎　王金輝

關鍵詞：水利特色? ?土木工程? ?流體力學? ?習題改革

《流體力學》是土木工程專業的一門專業基礎課。針對該課程理論性強、公式多、學生難以理解、課時少等問題[1-2]，前人進行了從教學模式設計改革[3]、教學內容針對性改革[4-6]、教學方法和教學手段改革[6-7]等方面的教學改革研究。此外，還有人提出加強緒論課講解，從第一堂課激發學生學習興趣[1];加強習題講解，加強學生對基本概念的掌握[2，5]等改革思路。 前人所進行的教學改革目標主要是提高教師教學水平，提升學生學習興趣，通過各種手段和方法完成教學大綱的教學目的。南昌工程學院是具有水利特色的應用型大學，注重學生理論學習同時，更注重學生對理論應用的深化，鼓勵學生創新創業。而學生創新創業的源頭即來源于社會需求與理論學習的結合。學生自身很少具備獨立解決某個問題的能力，因此，筆者提出一種思路：完成教學大綱規定的教學內容的前提下，授課教師依托現有項目和生活中存在的一些問題，構建相對簡單的基于流體力學基本理論、結合了其他相關課程的綜合性、開放性課后習題。完成教學大綱內作業后，學生自行組建團隊，選擇小組成員感興趣的開放性課后習題，通過一個學期的課后時間，盡力完成。根據學生完成過程的表現和習題的完成情況，授課教師擇優推薦給長期從事科學研究的教師，成立研究團隊，選擇合適的拓展課題，建立創新項目。

一、案例

（一）命題

研究人對南昌工程學院瑤湖學院土木專業精英小班2014、2015和2016屆連續三屆《流體力學》授課對象進行了開放性課后習題嘗試。

2014屆學生7名，分為兩組，選題兩個：（2014-1）教師提供實驗水槽和進行水槽實驗的一切需求，及南京水利科學研究院研制的電子旋槳流速儀，要求設計實驗方案，測量并繪制某一斷面在紊流和層流兩種狀況下流速分布圖，并分析是否與牛頓內摩擦定律吻合，如不吻合，請說明原因。（2014-2）教師提供HK-SWJ-8090型鋼尺水位儀，部分參數參閱文獻，要求設計研究方案，得到校園內河上滾水壩水位-過流能力關系曲線。

2015 屆學生13名，分為兩組，選題兩個：（2015-1）以學校附近瑤湖大橋為研究對象，現場調研橋面的排水設施，查閱相關規范和文獻，對瑤湖大橋排水設施現狀進行評價，并通過參考文獻和規范計算幾種降雨強度下橋面匯流情況，判定瑤湖大橋的排水能力及可能產生淹沒的降雨強度和改進措施，出具研究報告。教師提供材料費、交通費及測量工具。（2015-2）以學校教師公寓一個單元為研究對象，通過實地調研確定用水高峰的生活污水排放量，查閱文獻和規范確定計算依據和需準備的參數，通過確定計算參數，依據參考文獻和規范給定的計算公式，計算一個單元排污高峰期所需的最大排水管徑及三個單元所需的最大排水管徑。

2016屆學生15名，分為三組，選題三個：（2016-1）噴灌技術在農業中有著重要的地位，其中包括噴頭規格與噴灌均勻度是兩項重要指標。其中噴頭規格（工作壓力，管徑等）參考現行市場各類噴頭。噴灌均勻度是決定噴灌系統好壞的決定因素，要求在有風環境下，探究怎樣設計使得噴灌均勻度達到較為滿意的噴灌要求。（2016-2）以學校教師公寓一個單元為研究對象，通過實地調研確定用水高峰時的用水量，同時確定滿足18層樓高用戶同時用水時水壓、水量保證，二次加壓的相關參數。（2016-3）許多城市都應用了中水處理設備進行小區內污水收集、處理并二次利用，以一棟學生宿舍為例進行實地調研，通過查閱相關資料，提出一套應用于學生社區中水利用的相關參數。

（二）結果分析

2014屆的兩組同學同時選擇了習題（2014-1）。因此筆者在水槽中選取了兩個斷面，分別由一組和二組同學測量。期間，兩組同學分別對旋槳流速儀的使用進行了學習，而后設計了測速坐標，最后進行了數據測量。學生實驗操作的整個過程，筆者都在旁觀察、拍照、指導。特別提醒：（1）每個坐標點測量三次求平均;（2）每組同學固定由某一人固定標尺，某一人讀數，某一人記錄;（3）實驗報告要求格式完整內容詳實。由于是恒定均勻流實驗，最后呈現的結果兩組可做互相驗證，而驗證結果較好。

2015屆的兩組同學分別選擇了習題（2015-1）和（2015-2）。由于是室外調研項目，筆者沒有跟從，只是定期檢查他們現場拍攝的照片和調研的數據，最后兩組提交了研究報告。根據研究報告可見，兩組同學確實進行了現場調研，獲取了基本參數和相關數據;此外，兩組同學分別根據自身需要參閱了相關文獻和規范，提出了應用于本研究的公式和目前進行計算仍然缺少的參數。兩組同時反映對開放性課外習題的心理歷程包括抵觸-執行-興趣-創新思維。因此，兩組同學中部分同學重新組合構建了一個污水處理技術相關的研究團隊參與學校相關實踐項目。

2016屆三組同學同時選擇了習題（2016-2）。筆者分析（2016-1）和（2016-3）兩個習題過于拓寬，有些超出同學的承受能力了。由于是室外項目，因此筆者沒有跟從，只進行定期檢查和指導。從三組同學出具的研究報告可見，部分同學對開放性課外習題的認識并不全面，由于片面認識導致了抵觸情緒。但是大部分同學對開放性課外習題興趣濃厚，甚至表示通過進行這種類型的課后作業收獲頗多。因此，筆者也將根據實際情況，在命題和分組的時候進行具體調整，確保課后開放性習題嘗試更加成功。

二、結語

為了提升土木專業同學對《流體力學》課程的認識程度和學習興趣，對南昌工程學院瑤湖學院2014-2016連續三屆中每屆土木專業小班進行分組，提供開放性課后習題，由小組成員選取感興趣的習題作為完成教學大綱規定內容外的訓練項目，達到了以下目標：（1）提升了學生的學習興趣，開拓了學生視野;（2）從這樣的活動中，具有領導能力、研究能力和團隊合作能力的學生脫穎而出;（3）催生了一個創新訓練計劃小組;（4）為下一步研究型教學的進行奠定了實踐基礎。

參考文獻：

[1]肖淑杰.土木專業流體力學課程改革探討[J].科教文匯（上旬刊），2012，（11）：34-35.

[2]甘文舉.基于“大土木”理念的流體力學課程教改研究[J].中國冶金教育，2010，（05）：33-35.

[3]喻萍，袁蘇躍，董羽蕙.土木專業《流體力學》教學模式探討[J].昆明大學學報，2003，（02）：82-83.

[4]王玉敏，余冉.對土木專業《流體力學》教學的幾點體會[J].高教學刊，2016，（02）：69-70.

[5]王偉.土木專業工程流體力學課程教學研究[J].山西建筑，2008，（21）：182-183.

[6]陳明東.流體力學教學改革探討[J].寧夏農林科技，2016，（04）：60，62.

[7]朱俊鋒，梅群，李一帆.淺談土木工程專業工程流體力學課程教學改革[J].山西建筑，2010，（23）：224-225.

（基金項目：本文系瑤湖專項（校級）開放性課后習題在《流體力學》課程教學中的應用研究2016YH001。作者簡介：[1]石莎，南京水利科學研究院，博士，南昌工程學院水利與生態工程學院講師，主要從事城市水力學、環境水力學研究;[2]王金輝，南昌工程學院水利水電工程學士，江蘇大學研究生，機械水力學研究。）