國內外流體力學課程實踐教學內容的對比分析

尤翔程

摘要：對美國明尼蘇達大學、亞利桑那州立大學的本科生的“流體力學”課程實踐教學內容進行了調研，對于實踐教學內容、教學安排進行了分析，結合教學實踐，對國內相關院校本科生《流體力學》課程實踐內容進行了分析，最后對實踐教學當前存在的問題進行了總結，并初步提出了解決問題的對策。

關鍵詞：流體力學;課程實踐教學;教學模式

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）38-0148-02

一、前言

流體力學是國內理工科高校的本科專業基礎課程之一，該課程涉及的基礎理論對理工科專業課的學習具有重要的理論支撐和指導意義，是完成理工科專業培養目標的重要基礎課程。流體力學屬于力學范疇，課程教學分為理論教學和實踐教學。流體力學課程理論教學抽象性較強，涉及很多公式的推導過程和計算，難度較大。流體力學實驗起到了由抽象知識到感官認識、由理論到實際轉化的作用。流體力學實驗是流體力學課程的重要組成部分，學生通過流體力學實驗實踐操作，除了了解流體特性以外，還應該能夠識別實驗室中的物理設備并解釋設備的基本操作原理。通過實驗教學環節，學生可以學習如何正確安全地操作設備，發展和加強測量、記錄觀察等技能，并撰寫實驗報告等。本文通過對美國明尼蘇達大學、亞利桑那州立大學的主干課程《流體力學》的實踐教學內容進行了調研，并在實踐教學內容安排等方面與國內高校的相應課程進行了對比分析，為提高國內流體力學實踐教學提供借鑒。

二、國外《流體力學》實踐教學內容

在流體力學實踐教學的安排上，調研的兩所大學一般都設立三個環節：實驗前，應研讀實驗手冊，了解實驗流程和操作要點，對理論問題完成推導、計算，提前思考實驗中可能出現的問題，提高實驗數據采集的成功率;實驗中，分組實驗，分工配合，完成實驗操作和數據的收集;實驗后，分析處理數據，撰寫實驗報告。教學評價上基于項目合作得分和個人貢獻得分兩個方面開展，每個實驗得分由兩部分加權產生：教師通過各組實驗報告，從實驗的效果、問題分析等角度給出分值;學生完成每個實驗以后，所有人將對本小組成員的表現、貢獻進行書面評價，包括對自己的評價，并將書面評價通過電子郵件等方式發給教師，教師將這些書面評價作為個人得分的參考。

根據學科的特點，學校會有針對性地設定實踐課程的內容，明尼蘇達大學流體力學實踐教學內容包括流體特性評估、壓力和速度測量、伯努利方程的應用、動量定理的應用、湍流和邊界層演示、管道摩擦的測量、計算泵在不同流速下的效率并生成泵的效率曲線等等。亞利桑那州立大學流體力學實踐教學內容包括流體特性、伯努利方程、密閉管道流量、明渠水流以及水擊現象等等。通過比較發現，兩個學校之間的實驗課程設計不盡相同，但都包括了流體特性研究、基本原理驗證（伯努利方程），管道問題求解等基本問題。每個實驗課程都與流體力學理論課程緊密關聯，體現了學科的側重點，明尼蘇達大學更強調流體力學基本知識的完備性（課程側重于流體力學理論基礎課），亞利桑那州立大學更強調工程實踐（課程內容定位于工程流體力學方向）。

三、國內《流體力學》實踐教學內容

國內《流體力學》側重于理論教學，實驗課一直處于輔助地位。在教學組織上主要采取兩種方式，一種是院系內結合專業特點開設實驗課，設定實踐教學內容，任課老師一般同時承擔流體力學理論教學工作;另一種是在學校層面上開設實驗課，針對流體力學的基礎理論設定教學實踐內容，任課老師為專職實驗老師。前者考慮了專業需求，教學管理更為精細化，后者更側重于基礎教育，強調實驗要求。作者所在的中國石油大學（北京），綜合了兩種教學組織的特點，結合院系專業特點開設實驗課，但是由專職實驗教師授課。同國外實驗課相比，教學內容覆蓋面廣，包括靜水壓強實驗、能量方程實驗、動量定律實驗、雷諾實驗、皮托管測速實驗、局部水頭損失實驗、文丘里管測流量實驗、沿程水頭損失實驗以及孔口管嘴實驗等等，但在實驗學時上嚴格限制（總共10學時）。專職實驗教師更側重于實驗的操作和流程，實驗課的重點放在概念和基本方法的掌握上，未突出“研究式”教學的理念，學生的創造性、分析問題的能力未得到充分鍛煉。

四、國內實踐教學存在的問題及對策

《流體力學》一般都為實驗教學單獨設課，構建了較為完善的教學內容及項目體系，教學質量得到了明顯提升。同國外高水平大學開設的《流體力學》實踐課相比，在教學內容的覆蓋面上，國內外大學沒有明顯差異，但是在教學組織、考核方式、教學理念等方面還需深入開展教學改革研究，達到實驗課程設置的目標。

1.教學組織做好理論和實踐的銜接。流體力學理論教學與實驗教學還未能有機結合，流體力學理論課程和實驗課程分別由不同的老師擔任，溝通不充分，流體力學課堂教學與實驗教學不同步。專職實驗教師更多地將精力放在教學任務的完成上，關注點放在如何讓學生順利完成實驗、掌握儀器使用以及如何進行數據處理上，造成流體力學實驗教學脫離理論的支撐，學生往往消化困難，由此影響了學生的實驗積極性，也影響了教學效果。

探索并實踐任課教師、課程設置“兩個一體化”為目標的實施方案，是解決理論課和實驗課“脫節”的有效途徑。“兩個一體化”即流體力學理論授課和實驗教學由同一老師擔任，流體力學理論課和實驗課同期開設。實驗課是對理論知識點的印證和深化，授課教師可結合理論問題對實驗原理、影響因素等內容進行更為深入的講解，及時解答實驗中的問題，同時也為學生考核的全面性、實驗報告的多樣性奠定基礎。

2.教學理念由強調程序的操作型向強調思考的探索型轉變。實驗課的重要教學目標是要培養學生分析問題、解決問題的能力以及綜合運用學科知識的能力，使學生能夠主動思考，形成對問題的洞察力和判斷力，啟發創新思維。國內高校的實驗課多數還停留在流程操作層面，更側重于讓學生嚴格按照操作步驟和要點獲得精準的數據，忽略了對“失真”實驗數據的原因分析和修正處理，往往會因為實驗報告中數據“測不準”全盤否定學生的實驗能力。學生在實驗課中，更強調“趨同”的個體行為，即一個學生獲得了教師設定的目標數據，其他學生模仿或“編寫”類似的數據。在“兩個一體化”方案的基礎上，任課教師可以對實驗報告有更為精準的判斷，允許出現“錯誤數據”的報告，更側重于學生分析存在的失真數據出現的原因，對誤差數據的處理及正確方法的總結上，鼓勵學生追求誠實、科學的實驗精神。

3.考核方式由結果導向型向過程導向型轉變。國內大學的實驗課程教學往往面對幾十名學生，采用什么樣的組織方式和考核評價模式才能解決實驗“流于形式”的問題，使學生積極地、獨立地、誠信地參與并完成實驗內容是當前面臨的重要課題。《流體力學》實踐課考核指標并不應限定在實驗數據測量的精準度、實驗報告和標準模式的匹配上，而是包括實驗技能、數據處理，發現和解決問題的能力，組織和協作能力等綜合能力。借鑒國外高校“教師評測”和“學生自我管理”相結合的辦法，即教師主要結合提交的實驗報告進行考核，實驗小組內的學生對每個組員的表現書面反饋教師，作為最終成績的組成部分，為“結果導向”向“過程導向”的考核方式的建立提供了參考。

五、總結

《流體力學》實踐教學是學生實現知識向能力轉化的重要紐帶，是理論與實踐結合的關鍵環節。國內院校應充分借鑒國外高水平大學相關課程的先進教學理念，優化教學組織，轉換思想觀念，加強過程考核，突出學生的主體地位，逐漸實現實驗課由“操作型”向“研究型”的過渡，為培養創新型人才、提高學科的國際化水平奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]樊艷紅，李興莉.淺談流體力學實驗教學的改革[J].教學改革與探索，2018，（7）：78-79.

[2]侯保林，李志.提升高校水力學實驗教學質量的思考[J].教育教學論壇，2018，（9）：271-272.

Comparative Analysis of Practical Teaching Contents of Fluid Mechanics Course at Home and Abroad

YOU Xiang-cheng

（College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract：This paper investigates the practical teaching content of the undergraduate course "Fluid Mechanics" at the University of Minnesota and Arizona State University in the United States，analyzes the practical teaching content and teaching arrangement，and points out the practical content of the course "Fluid Mechanics" for the undergraduate students in the relevant colleges and universities in China based on the teaching practice.At last，it summarizes the existing problems in practical teaching and puts forward some countermeasures to solve them.

Key words：Fluid Mechanics;curriculum practice teaching;teaching mode