楊新俊+崔政偉+宋春芳??

摘要：本文分析了《流體力學(xué)》課程本科教育目前存在的問題，然后從授課內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)等方面進行了分析和探索，提出了一些改善教學(xué)效果的具體措施，來進一步提升過程裝備與控制工程專業(yè)《流體力學(xué)》課程教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)對工程教育專業(yè)認證帶來的機遇與挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認證；過程裝備與控制工程；流體力學(xué)；課程教學(xué)改革

一、 引言

《華盛頓協(xié)議》（Washington Accord）是普遍認可的本科工程教育專業(yè)國際互認協(xié)議，是工科畢業(yè)生職業(yè)能力國際公認的權(quán)威要求。為了應(yīng)對經(jīng)濟全球化帶來的工程人才國際流動的需求，我國按照華盛頓協(xié)議成員國標準，在全國高校全面開展了本科工程教育專業(yè)認證工作，并于2016年成為《華盛頓協(xié)議》的正式會員國。

過程裝備與控制工程專業(yè)成立于上世紀50年代，前身為“化工設(shè)備與機械專業(yè)”。由于其應(yīng)用于加工制造流程性材料產(chǎn)品即過程工業(yè)，且隨著設(shè)備自動化以及控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，后經(jīng)過教育部批準正式更名為過程裝備與控制工程。

專業(yè)培養(yǎng)人才廣泛就業(yè)于化工、能源、醫(yī)藥、環(huán)保、食品等領(lǐng)域。工程認證對我國的本科工程教育提出了新的要求，對于過程裝備與控制工程專業(yè)而言，如何應(yīng)對工程認證帶來的機遇和挑戰(zhàn)，特別是本科教學(xué)方面，將對該專業(yè)工程教育的改革與發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

由于過程裝備與控制工程專業(yè)面對的是流程工業(yè)，《流體力學(xué)》這門課程在該專業(yè)的本科教學(xué)中占有十分重要的地位。傳統(tǒng)工科本科《流體力學(xué)》的教學(xué)，面向?qū)I(yè)寬泛，沒有專業(yè)針對性，這對于以解決復(fù)雜工程問題為導(dǎo)向的工程認證是不利的。

本文根據(jù)工程認證的要求，針對過程裝備與控制工程《流體力學(xué)》教學(xué)存在的問題，結(jié)合自身的教學(xué)實踐與體會，對工程認證背景下《流體力學(xué)》課程的教學(xué)改革進行了探討和總結(jié)。

二、 工程認證背景下，《流體力學(xué)》教學(xué)中存在的主要問題

（一） 課時設(shè)置與培養(yǎng)目標的矛盾。根據(jù)工程認證要求，需要畢業(yè)生能夠解決復(fù)雜的工程問題。雖然《流體力學(xué)》是一門基礎(chǔ)課，但是由于涉及復(fù)雜的工程問題，這就需要《流體力學(xué)》在授課階段要結(jié)合工程實踐、工程應(yīng)用。

但是我校過程裝備與控制工程專業(yè)《流體力學(xué)》的本科教學(xué)，總課時為32課時。眾所周知，《流體力學(xué)》涉及基礎(chǔ)廣，涉及知識點多，原本教學(xué)需要的課時數(shù)就較為緊張，現(xiàn)在面臨工程實踐的結(jié)合，需要更多的學(xué)時。在總學(xué)時不變的情況下，達到工程認證的培養(yǎng)目標，這將是一個不小的挑戰(zhàn)。

（二） 學(xué)生薄弱基礎(chǔ)與課程深度的矛盾。作為基礎(chǔ)三大力學(xué)之一，《流體力學(xué)》所涉及的知識較為深奧。雖然考慮到面向的是工科學(xué)生，在深度上做出了相應(yīng)的調(diào)整，但是相關(guān)知識點本身還是具有一定的難度，例如：邊界層理論，湍流，量綱計算等。同時由于學(xué)生在本課程學(xué)習(xí)之前未接觸連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、張量計算等概念，這加深了學(xué)生在概念理解、公式推導(dǎo)、知識點靈活運用上的難度，從而對《流體力學(xué)》的教和學(xué)都提出了很高的要求。

（三） 課堂學(xué)習(xí)與工程實踐的矛盾。工程認證要求本科畢業(yè)生擁有很強的實踐能力，能夠綜合利用各種知識解決實際工程問題，這就要求在《流體力學(xué)》的本科教學(xué)中，需要著重強調(diào)實驗和實踐環(huán)節(jié)，當(dāng)前過程裝備與控制工程的《流體力學(xué)》教學(xué)過程中，實踐環(huán)節(jié)缺失，仍然側(cè)重于課堂知識的傳授，這對于專業(yè)通過工程認證是十分不利的。

三、 教學(xué)改革的方法與措施

（一） 改進課程大綱與授課內(nèi)容。為了解決按照《工程教育認證標準》，進一步修訂和完善教學(xué)大綱和教學(xué)計劃，優(yōu)化學(xué)時分配。保證《流體力學(xué)》基本概念、基本原理以及基本理論的授課時間。例如：流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)（一維層流流動）、紊流與邊界層、流動阻力、量綱計算等知識的講解，從而為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

壓縮平面流動等拓展知識點的授課。由于過程裝備與控制工程專業(yè)主要涉及到過程工業(yè)中“三傳一反”（即“傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞以及反應(yīng)”過程）的加工過程以及與之有關(guān)的設(shè)備。為了加強學(xué)生理論結(jié)合時間的能力，滿足工程認證的培養(yǎng)目標。還需要分配學(xué)時重點講解流體知識在工程實際問題中的應(yīng)用。

例如：可將圓柱繞流問題與卡曼渦街以及塔設(shè)備或者換熱器換熱管的共振聯(lián)系起來進行分析；或可將管內(nèi)流體的流動與阻力計算與成套裝備管路計算等結(jié)合起來講解等。

從而培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，強化流體力學(xué)概念運用，滿足工程認證的培養(yǎng)目標與要求。

（二） 改善授課技巧，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率?！读黧w力學(xué)》所涉及的知識內(nèi)容包括各種分析問題的方法和技巧，整個課程需要密集使用高等數(shù)學(xué)的知識，包括微分方程的建立與求解、張量計算、矢量分析與場論等。

（三） 公式的推導(dǎo)和求解貫穿于整個課程的學(xué)習(xí)。由于不同的學(xué)生基礎(chǔ)不同，還有相關(guān)數(shù)學(xué)知識沒有選修學(xué)習(xí)，這進一步加深了學(xué)生學(xué)習(xí)和熟練掌握知識的難度。這就要求我們在課堂講解中，力求做到深入淺出。

簡化復(fù)雜公式的推導(dǎo)，避免簡單羅列推導(dǎo)內(nèi)容，著重強調(diào)重要公式的來龍去脈，強化學(xué)生對概念的理解，避免厭學(xué)情緒的產(chǎn)生。同時在授課的過程中列舉一些有趣的例子來講解概念，例如：關(guān)于拉格朗日參考系和歐拉參考系的區(qū)別、優(yōu)缺點可通過人在靜止和移動狀況下對風(fēng)的感知來幫助學(xué)生理解。

同時，要善于利用多媒體技術(shù)來進行教學(xué)，通過圖片、視頻使得學(xué)生能夠直觀地了解抽象知識點。

另外可通過一些典型流動問題分析，訓(xùn)練學(xué)生在具體工程分析中，如何抽象概括、假設(shè)簡化、數(shù)學(xué)建模直至問題最終的求解。從而培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力、知識應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力。

（四） 針對工程領(lǐng)域，創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)。學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力涉及到多種能力培養(yǎng)，其中實踐環(huán)節(jié)必不可少。為了學(xué)生能夠初步運用流體力學(xué)的知識，從科學(xué)的角度對過程工業(yè)相關(guān)裝備內(nèi)特征結(jié)構(gòu)與工業(yè)流程的相互作用進行綜合分析，為過程裝備的設(shè)計、研發(fā)奠定必要的流體力學(xué)基礎(chǔ)。這就要求我們在課程的實踐教學(xué)過程中，緊密聯(lián)系實際生產(chǎn)中的典型設(shè)備進行分析，例如動設(shè)備可選用泵，靜設(shè)備可選塔設(shè)備。

（五） 首先分解模型設(shè)備使學(xué)生對結(jié)構(gòu)有直觀的了解，然后分組模擬實際生產(chǎn)過程中相關(guān)設(shè)備的設(shè)計、加工、檢驗、安裝、操作，維修過程，使得學(xué)生了解《流體力學(xué)》知識在其中的運用，從而熟練掌握相關(guān)知識內(nèi)容。

（六） 另外可鼓勵學(xué)生利用課外時間，運用相關(guān)知識，參與科研創(chuàng)新活動從而開闊視野、訓(xùn)練科學(xué)思維，為學(xué)生將來進入更高層次的學(xué)習(xí)以及解決更復(fù)雜的工程問題打下堅實的基礎(chǔ)。

四、 結(jié)論

本文分析了《流體力學(xué)》課程本科教育目前存在的問題，然后從授課內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)等方面進行了分析和探索，提出了一些改善教學(xué)效果的具體措施，來進一步提升過程裝備與控制工程專業(yè)《流體力學(xué)》課程的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)對工程教育專業(yè)認證帶來的機遇與挑戰(zhàn)。

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作者簡介：楊新俊，崔政偉，宋春芳，江蘇省無錫市，江南大學(xué)機械工程學(xué)院。endprint