工程流體力學在輪機工程專業的分塊化教學模式探索與應用

顧叢匯 杜軍

（江蘇科技大學能源與動力學院，江蘇鎮江 212003）

自然界中的三相可簡單地劃分為：固相、液相和氣相，其中液體和氣體統稱為流體。流體力學，顧名思義就是研究液體和氣體的力學特性、運動規律及其應用的一門自然科學，也是力學的一個重要分支。我們生活與工業生產過程中的種種現象均與流體力學密切相關，如虹吸現象、高爾夫球的凹坑表面、足球比賽中以及漂亮的“香蕉球”、核潛艇、高鐵、汽車的外型設計等等。正因如此，工程流體力學應運而生，其更加側重實際應用，目標在于解決工程中出現的問題。

1 工程流體力學在輪機工程專業中的作用

輪機工程專業屬于交通方向的重點專業之一，培養的學生能夠在海洋運輸等企事業單位從事船舶領域中涉及機械原理和輪機系統操縱等相關工作。工程流體力學作為輪機工程專業最重要的核心專業基礎課之一，其邏輯性強、數學嚴密性高，對學生的數學基礎要求非常高。加之，該課程各章節的知識點相互滲透、交叉，環環相扣緊密相連，是一門在“教”和“學”兩個方面都極具難度的課程。

工程流體力學的課程目標旨在讓學生熟悉流體運動的基本概念、基本原理、計算方法，掌握一定的分析、解決工程實際中流體力學問題的能力和流體力學實驗技術，為解決工作中可能遇到的流體力學問題提供堅實的基礎。使學生掌握流體特性、靜力學、動力學、粘性不可壓縮流體、管內流動、層流紊流、繞流特性、邊界層等基本知識，并受到基本技能的訓練，為學習專業課程做好理論準備，還為學生以后解決生產實際問題和從事科學研究工作打下理論基礎。學完本課程后，應能牢固地掌握流體質量、動量、能量方程、流體的特性等理論知識；如何利用相似原理將理論與工程現象相結合，并且合理設計流體實驗方法；能熟練地運用伯努利方程、N-S 方程及圖表進行流體流動問題的計算，初步具有把實際問題抽象為理論模型，并運用所學理論知識來分析和解決實際問題的能力。

2 分塊化教學模式的探索

分塊化教學模式可分為內容分塊化和教學手段分塊化[1-3]。部分高校根據不同專業的需求和學生的發展，將工程流體力學課程按照核心基礎知識點和專業應用方向分為“專業板塊”和“基礎板塊”。使得學生能夠在掌握“基礎板塊”知識點的基礎上，充分結合自身專業需求選修不同方向的“專業板塊”，提高學生基本專業素養和綜合應用技能。從目前的教學手段來看，主要還是采用新媒體+板書的教學模式，尤其是針對抽象性概念，生動的工程實例能夠在最大程度上幫助學生理解概念，并且加深印象，提高學習效率。

由于工程流體力學的課程性質和難度，因此，在教學過程中，更加需要注意教學方法。甚至有的高校結合民間的“順口溜”應用于流體力學的教學[4]，把枯燥、抽象的知識點匯總編撰成朗朗上口的順口溜，使得整個課堂的氣氛得以活躍，增加學生學習的主動性，這樣學生也更愿意接受。巧妙地選擇生活中常見的流動現象作為案例，采用“虛實結合”的手段，將抽象概念與理論相結合，使學生能較好又容易地理解教學內容。專業基礎課更重要的是培養學生的科學素質和科學思維方式，提高他們分析問題和解決問題的能力。在教學中需要介紹工程流體力學在工業、民用及高新技術領域的一些應用實例，尤其是在輪機工程中的應用，加深學生對基礎知識的理解，使學生充分認識本門課程的重要性，提高學習的興趣和積極性，同時掌握學習方法。

結合往屆學生課后反饋與調查分析，發現輪機工程屬于典型的工科，學生的動手應用能力較強，但是往往容易忽略理論知識點銜接的連續性和重要性，尤其是在公式推導方面，若課前沒有做好預習，課堂上容易顧此失彼。從而出現“會用”公式，卻不知其來龍去脈的情況。因此，采用分塊化教學模式，將理論講解、習題討論與案例分析相結合，可以很好地解決上述問題。

3 分塊化教學在工程流體力學教學中的應用

現以江蘇科技大學能動學院輪機工程專業大三學生為例，利用分塊化教學模式在工程流體力學教學中的應用進行分析。課程為大三上學期，前期學習課程包括高等數學、線性代數、大學物理、工程熱力學等基礎課程。

工程流體力學課程采用分塊化教學模式，“課堂講授為主-習題輔導為輔-案例分析穿插”的授課方式。即在課堂上以教師授課為主，結合經典例題對各章節重點和難點的知識進行輔導；課后習題以學生為核心，進行分組討論；期中分階段布置綜合應用性較強的案例，提高學生的綜合分析和創新能力，真正意義上做到活學活用。

教師和學生是課堂的主角，學生進課堂學習，而教師素質和專業素養在一定程度上決定了高等教育教學的質量。聯合國教科文組織總結了教學質量的各個關鍵性因素[5-6]，包含：學生、教師、教學環境、教材、教學方法。可見，教師素質的影響不容小覷。在課堂講授方面，工程流體力學的授課教師均有博士學位，并且長期從事流體流動方向的科研工作。教師按照學校規定，課前查找資料、認真備課，積極投入到課程教學中，結合自身研究方向跟同學們介紹現階段涉及流體力學應用的前沿動態，拓展學生的知識面，提高學生對流體力學的學習熱情，培養其對科學研究的興趣。例如，在介紹管內流動產生時，結合輪機工程專業中的減振降噪方向描述流致噪聲產生的原因，引導學生從本質上解決分析工程應用中的流體力學問題。

在理論知識點講授方面，為了激發學生的學習熱情、培養其自主學習積極性，鼓勵學生在參考教材案例的基礎上拓展思維。例如，在介紹靜壓強特點時，教材大部分都采用典型的四面體作為研究對象，然而四面體對流體力學初學者來說，其中涉及的角度變換次數較多。既然是推導公式，那么選擇任何形狀為研究對象均可得出結論。因此，教師可選取六面體沿對角線切割后的碶形為研究對象，分析矩形的切割面上壓強特性。此方法可減少角度變換次數，降低公式推導難度，提高學生對難點和重點的接受程度。即便在將來的應用中忘記了具體的結論，也能夠自主去推導和分析。對于基礎較好的學生，采用此種啟發性教學方式，幫助其在掌握簡單知識點的基礎上去學習難度更大的知識點，層層遞進、循序漸進。

在習題輔導方面，教師定期開展課后現場輔導和答疑，與此同時，合理利用QQ/微信等現代網絡手段不間斷答疑。該方式不僅可以提高學生“學”的效果，而且教師能夠根據學生學習情況及時調整“教”的方法。授課結束后，從學生學的情況、教師授課建議、學生對流體力學的學習態度等方面展開問卷調查。課后反饋統計結果顯示：78%的學生認為工程流體力學難度不大，通過理論講解和課后習題討論可以掌握教學大綱的重點和難點。22%的學生則認為該課程內容的理論部分比較抽象，尤其是在公式的推導方面理解起來比較吃力。然而，理論公式推導部分對學生自主的綜合分析能力培養非常重要，學生在理論推導過程中能對知識點的掌握更透徹，做到知其所以然。大部分學生認為教師在課堂上結合動畫與板書能夠非常細致地將知識點描述清楚，結合部分網課能夠提高對重點和難點的掌握。與此同時，學生表示實踐非常重要，習題輔講可以幫助其及時發現問題、查漏補缺。通過課程反饋不僅可以幫助教師提升個人的教學技能、改善教學方式，而且促進學生對自身學習情況進行梳理、提高學習效率。

4 結語

工程流體力學作為一門經典的理論基礎課程，應用極廣。本文對該課程在輪機工程中的教學改革進行探討，應用了“課堂講授為主-習題輔導為輔-案例分析穿插”的分塊化教學模式，為提高傳統理論基礎課程的教學方法改革提供一定的參考價值。