何霖 陸小革

摘要：實驗流體力學是航空航天專業(yè)研究生的重要專業(yè)課程之一，具有知識面廣、實踐性強、綜合要求高等特點。為提高教學效率，結合課程特點，從課程培養(yǎng)模式、教學方式和考核體制等方面對課程教學改革進行初步探索。

關鍵詞：實驗流體力學;教學改革;航空航天

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0083-03

隨著載人航天工程、嫦娥工程、干線客機、航母艦載機等一系列航空航天領域重大項目的開展，我國航空航天事業(yè)近年來得到飛速發(fā)展，取得許多驕人的成績。要實現航空航天事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，攻克工程實際中面臨的一系列流體力學及空氣動力學難題，越來越需要借助相關實驗研究的支撐。因此，培養(yǎng)掌握流體力學實驗技術相關專業(yè)人才的迫切需求，使得實驗流體力學相關課程得到越來越多的開設航空航天專業(yè)的高等院校的高度重視。他們希望通過教學改革探索新型教學模式，實現對人才培養(yǎng)質量的提升，得到廣泛共識。北京航空航天大學利用自身在航空航天學科的優(yōu)勢，探索建立了富有特色的多層次流體力學實驗教學體系[1];南京航空航天大學在空氣動力學實驗課程中對研究型教學進行探索，通過利用公共資源、網絡信息共享、系統(tǒng)化教學體系等方式，訓練學生空氣動力學實驗研究中的創(chuàng)新思維意識和創(chuàng)新思維方法[2];天津大學則以科研為依托，跟蹤世界流體力學研究最新成果，不斷更新教學內容、教學手段和教學方式，對流體力學的實驗教學進行創(chuàng)新和改革[3]。針對航空航天工程實際中對實驗技術的需求和綜合型人才培養(yǎng)目標，我校（國防科技大學）為航空航天專業(yè)開設了實驗流體力學相關課程。結合課程特點和教學實踐，筆者對課程教學改革進行初步探索。

一、實驗流體力學課程特點

與其他專業(yè)知識課程相比，實驗流體力學課程在教學內容、教學要求等方面存在較大差別，具有知識面廣、實踐性強和綜合要求高等特點。

（一）知識面廣

實驗流體力學雖然從名稱上看屬于流體力學或力學的范疇，但其內容涉及廣泛，除了需要流體力學相關專業(yè)知識外，還涉及物理、光學、機械、電子等許多領域。以空氣動力學實驗最常使用的實驗設備——風洞為例，風洞的設計與使用不僅需要空氣動力學的等熵流動理論，還需要材料力學、結構力學和機械設計等相關課程為基礎。另外，國際上最先進的流場測試技術，大多是將激光、光學成像、數字圖像分析等高度融合，沒有相關專業(yè)知識的，無法準確理解和合理運用這些測試技術。因此，沒有廣泛的多學科知識基礎，很難理解、掌握并應用實驗流體力學課程講授的內容。

（二）實踐性強

了解相關知識和原理，到能夠實際運用該項知識和技術，還需要實踐。一個最簡單的例子，筆者在課堂上講授完風洞基本原理之后，讓學生到實驗室現場識別風洞設備，很多學生連風洞內的氣流運動方向都弄不明白，體現出理論與實踐間的差距。因此，與其他專業(yè)課程相比，實驗流體力學課程需要更多的實踐環(huán)節(jié)，讓學生將所學知識應用到工程實踐中。

（三）綜合要求高

實驗流體力學的教學目的不僅僅是讓學生掌握相關知識理論，關鍵是通過實踐，能夠正確選擇并合理應用相關知識和技術開展實驗研究。這一實踐過程包含設定實驗目標、制訂實驗方案、合理選擇所需實驗設備、正確使用測試技術，以及對實驗結果進行準確分析等。每個環(huán)節(jié)緊密關聯(lián)，缺一不可。一個環(huán)節(jié)出現問題，其他環(huán)節(jié)都會受到影響。因此，為更好實現實驗流體力學課程教學目標，需要培養(yǎng)學生的綜合能力。

二、探索教學改革的原因

筆者接觸過不少上過實驗流體力學課程的碩士生和博士生，他們在開展實驗研究過程中，在實驗方案、實驗操作、數據分析等方面都出現過許多低級甚至是原理性的錯誤。這不僅嚴重影響他們的實驗研究，有的甚至影響到正常畢業(yè)。比如選擇了不合理的測試技術，得到錯誤的測試結果，或者在實驗操作中設置關鍵參數不合理，導致實驗數據無效。這些內容都是在課堂上講過的，但沒有得到學生的足夠重視，說明課堂教學方式存在缺陷。

考核評價方面，過去課程考核采用單一的筆試方式，但筆者在教學研究過程中發(fā)現，實驗工作做得好，不一定課程成績考試得高分，相反，課程考試得高分，實驗不一定搞得好。這說明課程在考核體制方面也存在嚴重不足，不能準確評價學生的學習效果，特別是對實踐能力的評價。除此以外，課堂教學中，有學生非常認真地聽，但也有很多學生睡覺或干別的事情，這大概是所有課堂的通病。雖然學習要靠學生的積極性，但如何通過教學模式的改變最大程度提高學生的積極性，也是提高課程教學質量的關鍵因素。

雖然僅從一門課程的教學就將學生培養(yǎng)成具有很強實踐能力、能夠很好開展流體力學相關實驗研究的技術人才是很難的，但在有限的課程教學時間讓學生深刻體會實驗流體力學的復雜性，在工程實際中少出現錯誤，少走彎路，提升教學質量，是進行課程教學改革探索的原因所在。

三、課程教學改革初步探索

結合實驗流體力學課程特點和筆者的具體教學實踐，本文從教學模式、授課方式和考核體制等方面提出一些教學改革探索方案。

（一）教學模式改革

過去的教學理念強調對每個學生同等待遇，每個學生具有相同的培養(yǎng)目標、教學內容和考核方式。筆者認為，對于以學習知識為主的本科生，這種方式是毋庸置疑的，但對以能力培養(yǎng)為主的研究生而言，由于他們的研究方向不同，關注點不一樣，對知識的需求也不同。因此，研究生的課堂教學采用統(tǒng)一的模式并不合理，借助美國對大學生個性發(fā)展的探究教學模式[4]，應將研究生課程教學從過去注重知識傳輸向注重培養(yǎng)實踐能力轉變。

1.團隊培養(yǎng)模式，強調個性發(fā)展。筆者在教學實踐中采用團隊培養(yǎng)模式，學生自由組合分成多個小組，每個小組成為一個科研團隊，設計不同的團隊角色，如組長（負責人）、總工程師（總體技術負責人）、風洞組、測試組、總體方案設計組、數據分析處理組。學生根據不同角色在團隊中承擔不同的分工，通過協(xié)作共同完成某個指定的研究內容。對每個團隊采用相同的標準（相同的目標、教學內容和考核方式），而團隊內的每個成員根據今后發(fā)展需求或喜好，通過協(xié)商方式確定個人分工，這樣每個學生不需要了解和掌握所有知識，可以有針對性地關注自己需要的內容。這種方式的特點在于，可以發(fā)揮學生個性，增強學生團隊配合意識，鍛煉其能力，如與他人分工協(xié)作的能力、領導和管理團隊的能力等。

這種教學模式不意味著某個學生只需關注自己所關心的部分內容即可，他還需要關注團隊內其他成員的工作。比如，實驗測試小組需要知道總體方案設計組的需求，才能選擇合理的測試手段，針對總體方案設計中的不合理內容提出修改意見，增加團隊內的相互協(xié)作性。

2.注重學習方法的培養(yǎng)。實驗流體力學教學內容中的實驗設備、測試技術等部分，隨著現代科技的發(fā)展不斷變化。比如，十年前經常采用的測試技術，如今幾乎沒有人使用，新出現的測試技術又可能具有完全不同的原理。另外，我國航空航天領域所進行的流體力學實驗研究內容多種多樣，需求各不相同，課程教學內容根本無法滿足具體工程實踐需求。但是不管內容如何變化，進行實驗研究中運用的基本原理和方法是不變的，因此，課程教學過程增加許多討論環(huán)節(jié)，讓學生依據基本原理和方法，結合具體情況分析何種情況下使用什么方法或技術，為什么如此選擇。教學過程中，以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的方法為主，而不是以傳輸知識為主。

（二）豐富教學方式

1.任務式教學方式。即對每組學生提出一定的任務，在課程學習過程中完成。課程快結束時，各組對相關任務進行匯報，根據任務完成情況進行考核。任務完成需要運用課程教學中的內容，使學生在學習過程中注意力更集中。

2.引入競爭機制。任務式教學在很多教學改革中已經得到廣泛采用，但它在提高學生的積極性方面還是不夠的。因此，筆者在教學過程中引入競爭機制。即同一任務，同時安排多組學生完成，最后根據各組完成情況進行比較，評出優(yōu)劣，激發(fā)學生學習的積極性。通過分組比較，每組學員不是僅僅完成任務就可以，如果任務完成情況不如其他組，也會影響最終成績。因此，學生完成任務的認真度更高，學習效果更好。

3.增加答辯環(huán)節(jié)。引入競爭機制的同時，增加答辯環(huán)節(jié)，主要是為了學生間的相互提問和交流。每個小組完成任務后，要上臺匯報，其他同學擔任評委進行提問，根據匯報小組的回答情況進行評價，并公布結果。引入這種在我國科研項目申報中廣泛采用的模式，一是為了培養(yǎng)學生交流意見、主動思考的習慣;二是通過問答拓寬學生的視野和想法，培養(yǎng)學生的表達能力。

（三）完善教學考核體制

1.多種考核內容。過去單一筆試的方式已經無法滿足對實驗流體力學這類實踐性很強的課程的考核評價。因此，考核時，采用多種考核內容，從不同方面進行考核。一是增加文獻調研的考核，學生根據要求，通過文獻調研，對某一領域的一種最新測試技術進行介紹。這一考核內容評價學生對國內外相關技術最新進展的調研能力，有助于學生掌握相關方向的最新發(fā)展，為實驗研究提供最新思路和技術支持。二是根據要求對某類實驗設備或測試技術進行介紹，要求學生能夠清楚掌握某類設備或技術的基本參數、實驗能力、使用范圍和相關要求，讓學生在實驗研究時更好掌握該類型設備或技術的原理和特點。三是綜合考核，即完成任務式教學中的任務，這類考核綜合性較強，從整體方案、設備選擇、實驗實施、結果分析等評價學生學習效果，對學生流體力學實驗研究能力進行綜合考核。根據考核內容、形式和難易程度，設定各考核環(huán)節(jié)在總成績中的占比例，得到最終考核成績。

2.雙重評價方式。由于考核內容多為無法具體量化的內容，因此在教師評價的基礎上，增加學生間的相互評價。它一改過去由教師主導成績評判的模式，引入學生評價，既能體現評價的公正性，又讓學生參與評判過程，積極促進學生思考。筆者認為，相對于成績高低，讓學生真正培養(yǎng)和掌握能力更加重要。

四、結束語

針對航空航天專業(yè)研究生對實驗流體力學課程需求以及課程特點，筆者結合自身教學實際對教學方式進行改革探索。作為初步嘗試，教學改革方式可能有許多不合理或不完善的地方。但通過課程實踐中學員的反應，學生的積極評價讓筆者感到欣慰。從強調知識傳授到注重學生綜合科研能力培養(yǎng)的轉變，從以教師講授為中心到以學生自主學習為中心的轉變，是課程教學改革的根本。教學改革不可能一蹴而就，還會面臨新的問題和挑戰(zhàn)。筆者所采用的方法也不一定科學合理，但作為教學改革探索，需要打破傳統(tǒng)觀念束縛，也需要對錯誤的不斷修正。筆者將個人嘗試在這里拋磚引玉，希望廣大讀者評判指正，幫助筆者更好開展教學改革研究，能為他人提供有益的參考借鑒。

參考文獻：

[1]張華，潘曉麗，郭輝等.依托學科優(yōu)勢建設有特色的流體力學教學實驗體系[J].力學與實踐，2007，（29）：77-79.

[2]白亞磊，顧蘊松.空氣動力學實驗課程的研究型教學探索[J].科教導刊，2013，（12）：81-82.

[3]姜楠，夏振炎，田硯，王玉春.流體力學綜合性、研究性教學實驗的創(chuàng)新與改革[J].教育時空，2009.

[4]支希哲，田露.中美航空航天專業(yè)本科人才培養(yǎng)比較研究[J].西北工業(yè)大學學報（社會科學版），2011，31（3）：81-85.