張師帥，郭照立，彭玉成，張曉青，明廷臻

摘要：針對能源動力類本科生在學(xué)習(xí)CFD技術(shù)課程中存在的問題，提出構(gòu)建CFD技術(shù)平臺的設(shè)想，并從組建教學(xué)團隊，組織教師編寫教材、建設(shè)軟件平臺以及引導(dǎo)學(xué)生參與科研實踐等四個方面進行實踐。本文介紹了作者在構(gòu)建CFD技術(shù)平臺和利用CFD技術(shù)平臺培養(yǎng)能源動力類學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力過程中積累的一些經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù)；教學(xué)改革；創(chuàng)新實踐；能力培養(yǎng)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0064-02

一、現(xiàn)狀及存在的問題

隨著制造技術(shù)的進步和發(fā)展，人們對產(chǎn)品的性能提出了更高的要求。一方面，要求產(chǎn)品品質(zhì)高、價格低，且具有創(chuàng)新性；另一方面要求產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)及生產(chǎn)周期短，以節(jié)約人力、物力和財力。國內(nèi)外研究表明：CFD技術(shù)是解決這一要求的最好途徑。實際上，CFD技術(shù)是解決工程中復(fù)雜流動和傳熱問題的一種有效手段，同時也是一門新型的獨立學(xué)科。讓廣大設(shè)計人員學(xué)習(xí)掌握CFD技術(shù)，是提高其設(shè)計水平的具體途徑。目前，國內(nèi)有多所高校為本科生開設(shè)CFD技術(shù)課程，集中講授20世紀(jì)直至本世紀(jì)CFD技術(shù)方面的最新成就，具有理論性和實踐性的雙重特點。我們在近五年的教學(xué)過程中深深體會到：學(xué)生要學(xué)習(xí)掌握CFD技術(shù)，一方面要學(xué)好CFD技術(shù)的基本原理，另一方面還要進行大量的自主實踐。更重要的是，要在自主實踐過程中培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力。而在目前的教學(xué)中，大多強化基本原理的講授，缺少對實際問題的分析和處理，從而造成大學(xué)生解決生產(chǎn)實際問題能力的欠缺。針對這種現(xiàn)象，我們認(rèn)為構(gòu)建CFD技術(shù)平臺，提高大學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力具有重要的現(xiàn)實意義。

二、構(gòu)建CFD技術(shù)平臺

基于CFD技術(shù)課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，我們提出構(gòu)建CFD技術(shù)平臺。具體內(nèi)容包括：組建教學(xué)團隊，組織教師編寫教材、建設(shè)軟件平臺以及引導(dǎo)學(xué)生參與科研實踐等四個方面。對于組建教學(xué)團隊，這是構(gòu)建CFD技術(shù)平臺最為重要的一件事情。通過各學(xué)科方向教師自愿報名，教研室推薦，學(xué)院公開選拔的方式，組建一支高水平、高素質(zhì)的教學(xué)團隊。這樣就可以確保承當(dāng)CFD技術(shù)課程的教學(xué)工作的各位教師是學(xué)院各個學(xué)科專業(yè)方向的優(yōu)秀教師。因為大家知道，只有高水平高素質(zhì)的教師，才能更好地引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力。對于教材的編寫，現(xiàn)有的關(guān)于計算流體動力學(xué)方面的教材有很多種，但大多以介紹基本原理和計算理論為主，缺乏相關(guān)軟件的應(yīng)用及實例的介紹，不能滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需要，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力。對此，教學(xué)團隊需要重新制定CFD技術(shù)課程大綱，廣泛收集國內(nèi)外CFD技術(shù)的最新科技成果，編寫反映科研與教學(xué)相結(jié)合的特色，重點、難點突出，并具有自身特色的教材。對于軟件平臺的建設(shè)，教學(xué)團隊?wèi)?yīng)根據(jù)能源動力類各專業(yè)方向所使用的CFD軟件情況，從眾多商用CFD軟件中挑選出適合能源動力類本科生學(xué)習(xí)和使用的軟件，同時建設(shè)一個可容納30人以上的計算機機房，并通過局域網(wǎng)絡(luò)連接建立一個交互式的軟件平臺，供廣大學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)和自主實踐。軟件平臺由學(xué)生實行自主維護、自主管理，教學(xué)團隊只需安排任課教師不定期通過軟件平臺引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生實踐創(chuàng)新。對于科研實踐，教學(xué)團隊需要安排任課教師組織優(yōu)秀學(xué)生參與到科研實踐中來，讓學(xué)生通過科研實踐的鍛煉，提高自身的實踐與創(chuàng)新能力。讓學(xué)生參與基礎(chǔ)研究，可以從深度方面提高學(xué)生對所學(xué)知識的理解能力，為培養(yǎng)學(xué)生的原始創(chuàng)新能力作鋪墊、打基礎(chǔ)；讓學(xué)生參與應(yīng)用研究，則可以從廣度方面提高學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，為今后在實踐中進行技術(shù)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

三、利用CFD技術(shù)平臺培養(yǎng)大學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力

目前，教學(xué)團隊已經(jīng)成立，分別由來自五個學(xué)科方向的、具有一定教學(xué)經(jīng)驗的優(yōu)秀教師組成，他們集中代表能源動力各學(xué)科的發(fā)展動向。教學(xué)團隊定期召開教學(xué)會議，對構(gòu)建CFD技術(shù)平臺和培養(yǎng)學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力過程中出現(xiàn)的各方面問題進行研討，大家共同協(xié)商，尋找解決方案。與此同時，教學(xué)團隊已經(jīng)編寫了一本適用于能源動力類本科生的教材《計算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》，該教材最大的特點是理論與實踐并重。該教材不但講述CFD技術(shù)的基本理論，而且還提供了大量的CFD技術(shù)應(yīng)用實例，幫助學(xué)生進行自主實踐。該教材已于2011年1月由華中科技大學(xué)出版社正式出版發(fā)行。在編寫教材的同時，教學(xué)團隊還利用學(xué)院現(xiàn)有的計算機機房（擁有50臺電腦），建立了一個CFD技術(shù)軟件平臺，該平臺擁有多種CFD軟件，如FLUENT、CFX、STAR-CD、PHOENICS、Flo-EFD等，現(xiàn)已成為廣大學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主實踐CFD技術(shù)的優(yōu)良場所。教學(xué)團隊根據(jù)學(xué)生的需求，安排任課教師不定期地通過軟件平臺為學(xué)生解惑答疑，引導(dǎo)學(xué)生實踐創(chuàng)新。與此同時，教學(xué)團隊還組織優(yōu)秀學(xué)生參與到科研實踐中來，培養(yǎng)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力。比如，引導(dǎo)學(xué)生將CFD技術(shù)應(yīng)用到大學(xué)生科技創(chuàng)新項目中，優(yōu)化設(shè)計葉片翼型，模擬計算小型垂直軸風(fēng)力機的氣動性能，使得風(fēng)力機輸出功率和效率大為提升。同時，該項目榮獲2010年第三屆全國大學(xué)生節(jié)能減排科技創(chuàng)新作品一等獎。再比如，學(xué)生在教師指導(dǎo)下進行自主創(chuàng)新，應(yīng)用CFD軟件對水力渦輪結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使原來的水輪機組效率提高1%，每年增加的直接經(jīng)濟效益達數(shù)百萬元之多。還有，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下研究格子Boltzmann算法，將之與IP算法、DSMC算法對比，分析不同算法之間的優(yōu)劣，對格子Boltzmann算法進行改進。具體成果體現(xiàn)在，學(xué)生以第一作者在能源動力學(xué)科領(lǐng)域國際頂級期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇。

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。大學(xué)生不僅需要扎實掌握專業(yè)知識，更要具有較強的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。目前，高等學(xué)校在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面還有待加強，為此，本文提出了通過構(gòu)建CFD技術(shù)平臺培養(yǎng)學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力，并給出了實施過程中的一些具體措施和經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]王永生，屈波，劉拓，等.構(gòu)建本科生科研訓(xùn)練與創(chuàng)新實踐的長效機制[J].中國高等教育，2010，（6）：21-25.

[2]劉欣，唐慶蜂.科研創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效模式[J].中國科教創(chuàng)新新導(dǎo)刊，2008，（11）：83-86.

[3]張新榮.實驗教學(xué)在教學(xué)改革中的作用[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2010，（9）：95-97.

[4]潘云霞.培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的幾點思考[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，（11）：17-18.

[5]劉光復(fù).加強工科大學(xué)生的工程實踐能力培養(yǎng)[J].中國青年科技，2005，（3）：18-19.

[6]夏玉顏，王責(zé)成.高校工科專業(yè)人才創(chuàng)新素質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查與思考[J].高校教育管理，2010，（2）：79-83.

基金項目：本文為華中科技大學(xué)2010年校教學(xué)研究基金項目的階段性成果

作者簡介：張師帥（1970-），副教授，為“CFD技術(shù)課程”的主講教師。