劉全忠 王洪杰 宮汝志

摘要：針對能源與動力工程及相關(guān)專業(yè)在流體力學(xué)理論教學(xué)和實踐能力培養(yǎng)方面的需要，結(jié)合在流體力學(xué)系列課程體系教學(xué)改革的實踐經(jīng)驗，提煉了多層次、進(jìn)階式的流體力學(xué)系列課程的整體化建設(shè)思路和特色，總結(jié)了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)和課程建設(shè)中的經(jīng)驗和作用，在教學(xué)方法改革、教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)和教學(xué)成果推廣應(yīng)用方面，歸納了多層次流體力學(xué)系列課程建設(shè)的方法和實踐經(jīng)驗，并對進(jìn)一步推進(jìn)課程體系建設(shè)提出了方向和規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：多層次;流體力學(xué);課程體系建設(shè);實踐能力;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0140-03

哈爾濱工業(yè)大學(xué)流體力學(xué)系列課程教學(xué)團(tuán)隊具有悠久的歷史傳承，在老一輩教師許耀銘、蘇爾皇、陳卓如、金朝銘等的帶領(lǐng)下，逐步形成了一支具有較高教學(xué)科研水平的教師隊伍。團(tuán)隊教師先后承擔(dān)了國家精品課程、國家精品資源共享課程、國家工科基礎(chǔ)課程力學(xué)教學(xué)基地、國家級力學(xué)實驗教學(xué)示范中心、國家級工程實踐教育中心、全國示范性全日制工程碩士研究生培養(yǎng)基地、工信部實驗教學(xué)示范中心、黑龍江省虛擬仿真實驗教學(xué)中心等國家及省部級教學(xué)改革研究項目。在長期的教學(xué)改革實踐中，逐步完善形成了多層次的流體力學(xué)系列課程。

一、多層次流體力學(xué)系列課程的體系特色

多層次流體力學(xué)系列課程以工程流體力學(xué)（國家精品資源共享課程）、高等流體力學(xué)（哈工大研究生精品課程）、粘性流體力學(xué)、多相流體動力學(xué)為主，另外建設(shè)了氣液兩相流等專業(yè)特色課，流體力學(xué)多尺度創(chuàng)新實驗課、現(xiàn)代CFD技術(shù)在流體機械中的應(yīng)用創(chuàng)新研修課、復(fù)雜多相流及過程強化技術(shù)創(chuàng)新研修課。課程體系如圖1所示。

在多層次的流體力學(xué)系列課程中，工程流體力學(xué)為本科生技術(shù)基礎(chǔ)課，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課和更深層次的流體力學(xué)相關(guān)課程奠定基礎(chǔ);高等流體力學(xué)為研究生公共學(xué)位課，進(jìn)一步深入講解流體力學(xué)理論知識;粘性流體力學(xué)、多相流體動力學(xué)針對特定流體對象進(jìn)行深入講授和分析;流體動力先進(jìn)測試技術(shù)側(cè)重于介紹LDV、PIV等先進(jìn)測試手段在流體力學(xué)的應(yīng)用;針對本科生又開設(shè)了現(xiàn)代CFD技術(shù)在流體機械中的應(yīng)用創(chuàng)新研修課、復(fù)雜多相流與過程強化創(chuàng)新研修課、流體力學(xué)多尺度創(chuàng)新實驗課、氣液兩相流專業(yè)特色課等。通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解國內(nèi)外流體力學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，掌握先進(jìn)的流體力學(xué)分析方法和手段。

圖2表示流體力學(xué)課程系列中各門課程之間的關(guān)系。課程設(shè)置體現(xiàn)了從本科生到研究生培養(yǎng)的連貫性，遵循從強化基礎(chǔ)、工程實踐能力培養(yǎng)，到基礎(chǔ)理論提高、科研能力培養(yǎng)的進(jìn)階模式，建立了完整的流體力學(xué)課程層次體系，并且在國家力學(xué)實驗教學(xué)中心、工信部實驗教學(xué)示范中心、國家工程實踐教育中心、全國示范性全日制工程碩士研究生培養(yǎng)基地的條件支持下，通過基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)、工程實踐能力培養(yǎng)、知識面拓展提高、創(chuàng)新和科研能力培養(yǎng)等途徑，為不同層次的學(xué)生構(gòu)建了完整而精細(xì)的培養(yǎng)模式。

二、實踐環(huán)節(jié)對理論教學(xué)的有力支撐

實踐環(huán)節(jié)在多層次流體力學(xué)課程體系中占有舉足輕重的地位，并在學(xué)生實踐能力培養(yǎng)方面發(fā)揮了重要作用。以工信部實驗示范教學(xué)中心、黑龍江省虛擬仿真實驗教學(xué)示范中心為依托，教學(xué)團(tuán)隊開設(shè)了本科生的流體力學(xué)基礎(chǔ)實驗課、流體力學(xué)多尺度創(chuàng)新實驗課，研究生的先進(jìn)流體動力學(xué)測試技術(shù)課程。

針對流體力學(xué)系列課程實驗教學(xué)體系的改革，將實驗的教學(xué)內(nèi)容分為基本實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗和研究型實驗以及前沿性實驗。

首先，強化基本實驗，加強實驗的思考性和啟發(fā)性，增加學(xué)生動手、動腦的機會，增強學(xué)生通過實驗發(fā)現(xiàn)問題、研究問題的能力;要引入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果和新的實驗技術(shù)，增加基礎(chǔ)實驗的新穎性和信息量;對學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代測試方法和現(xiàn)代實驗技能的基本訓(xùn)練。流體力學(xué)基礎(chǔ)實驗部分共開設(shè)9個實驗，包含恩氏粘度計測量液體粘度實驗、平面靜水總壓實驗、文丘里流量計實驗、動量定理實驗、臨界雷諾數(shù)測定實驗、孔口管嘴出流實驗、沿程阻力測定實驗、局部阻力測定實驗、氣流邊界層綜合實驗，年均培養(yǎng)學(xué)生700多人，年均開設(shè)實驗2000人次。

其次，開設(shè)綜合性、設(shè)計性和研究型實驗，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，如設(shè)計實驗的能力以及在實驗中學(xué)習(xí)和研究的能力。由學(xué)生根據(jù)問題的性質(zhì)自行設(shè)計實驗方案，擬訂實施實驗方案的具體步驟。流體力學(xué)多尺度創(chuàng)新實驗課面向全校大二及大二以上學(xué)生開放選課，實驗內(nèi)容的流體流動尺度從常規(guī)尺度、介觀尺度到微尺度，流體性質(zhì)從牛頓流體、粘彈性流體，再到氣體，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力，并同時為學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及節(jié)能減排大賽提供支持。

另外，還培育前沿性教學(xué)實驗，面向少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生和在實驗方面具有潛能和興趣的學(xué)生，講授并使用先進(jìn)流體動力學(xué)測試技術(shù)，包括粒子成像測速技術(shù)（PIV）、激光多普勒測速技術(shù)（LDV）以及激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）等，同時已將流動實驗尺度從常規(guī)尺度拓展到了微尺度。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用高新技術(shù)和發(fā)揮創(chuàng)造性的能力，通過引入新材料、新系統(tǒng)形式、新實驗技術(shù)，努力將學(xué)科及與其他學(xué)科交叉的科研成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

在校企聯(lián)合方面，教學(xué)團(tuán)隊依托企業(yè)建立了國家級工程實踐教育中心、全國示范性全日制工程碩士研究生培養(yǎng)基地，建立了一整套校企聯(lián)合的培養(yǎng)模式和體系，為學(xué)生實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、研究生實踐教育等環(huán)節(jié)創(chuàng)造了優(yōu)良的條件，指導(dǎo)學(xué)生多次參加全國節(jié)能減排科技競賽并獲獎。

三、教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)與教學(xué)方法改革

教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)是多層次流體力學(xué)課程體系高效運行的基本保障，不僅要建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理的主力和后備教學(xué)隊伍，還要通過教學(xué)方法改革和提高，充分發(fā)揮教師的主觀能動性，使課程體系在人才培養(yǎng)方面發(fā)揮積極作用。課程教學(xué)團(tuán)隊主要通過以下幾個方面的舉措來促進(jìn)課程團(tuán)隊教學(xué)能力的提高。

1.努力創(chuàng)造一個民主、嚴(yán)謹(jǐn)、和諧的學(xué)術(shù)氣氛。教學(xué)團(tuán)隊既是教學(xué)組又是課題組，成員們經(jīng)常在一起對教學(xué)中遇到的一些難點、疑點，對授課方式進(jìn)行討論，相互啟發(fā)，拓寬思路。

2.聘請老教師作為青年教師的教學(xué)指導(dǎo)教師，對青年教師上講臺進(jìn)行專門的培訓(xùn)和指導(dǎo)，經(jīng)常就流體力學(xué)教學(xué)中的具體問題，向教學(xué)組青年教師介紹講授要點與體會，提供教案講義。

3.作為國家工科基礎(chǔ)課程教學(xué)基地、國家級實驗教學(xué)示范中心所在單位，教學(xué)團(tuán)隊參加了有關(guān)全國基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)改革成果研討會、全國力學(xué)基地建設(shè)成果交流會和其他教指委組織的有關(guān)教改會議并做了報告。為了提高教學(xué)質(zhì)量，團(tuán)隊先后邀請多名國內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行講學(xué)和交流，促進(jìn)了流體力學(xué)課程建設(shè)和教學(xué)水平的提高。

4.在課程建設(shè)期間，邀請國際著名學(xué)者前來進(jìn)行講學(xué)活動。團(tuán)隊已經(jīng)邀請了美國愛荷華州立大學(xué)胡暉教授、東京理科大學(xué)川口靖夫教授、美國南卡羅來納大學(xué)王歸仁教授、挪威科技大學(xué)水能實驗室主任Nielsen教授、莫斯科航空學(xué)院的火箭發(fā)動機研究所所長Timouchev教授等進(jìn)行學(xué)術(shù)報告，為科研成果轉(zhuǎn)化教學(xué)內(nèi)容提供了新的思路。

5.實驗教學(xué)體系的改革受到了校內(nèi)外有關(guān)單位的重視。近年來，國內(nèi)外高校先后有幾十人次（如臺灣新竹交通大學(xué)、清華大學(xué)博士團(tuán)隊、韓國漢陽大學(xué)團(tuán)隊）來實驗教學(xué)中心參觀。

四、教學(xué)改革成果的應(yīng)用推廣

教學(xué)資源的建設(shè)與共享、兄弟院校及同行之間的合作與交流是保證多層次流體力學(xué)課程體系持續(xù)完善和進(jìn)步的有利條件，同時教學(xué)團(tuán)隊也十分重視教學(xué)改革成果的應(yīng)用與推廣，總結(jié)起來主要有以下幾個方面：

1.國家重點教材《工程流體力學(xué)》1995年開始，歷經(jīng)三次修訂，得到國內(nèi)知名同行專家的一致好評，已被全國多所高校使用;《高等流體力學(xué)》入選十二五國家重點圖書出版規(guī)劃項目，目前應(yīng)用于哈工大校本部及深圳分校的課程教學(xué)，并被國內(nèi)多所高校選為研究生教材。

2.以教學(xué)團(tuán)隊教師為主要成員承辦了第四屆全國大學(xué)生節(jié)能減排競賽，目前該項賽事已成為全國各高校普遍認(rèn)同的國家級主題競賽之一，并在全社會形成了較為廣泛的影響。近五年，教學(xué)團(tuán)隊成員指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽獲獎50余項。

3.工程流體力學(xué)國家精品資源共享課程的全程教學(xué)錄像、教學(xué)課件、知識點解析、例題習(xí)題、試題庫、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等資源全部通過愛課程網(wǎng)站實現(xiàn)資源共享，目前已有7萬余人通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，學(xué)生評價良好。教學(xué)團(tuán)隊還組織青年教師成立了專門的課程資源更新維護(hù)團(tuán)隊，及時更新課程資源，回復(fù)學(xué)生所提出的問題。

4.作為國家工科基礎(chǔ)課程教學(xué)基地、國家級實驗教學(xué)示范中心所在單位，團(tuán)隊在全國基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)改革成果研討會、全國力學(xué)基地建設(shè)成果交流會、基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)研討會和其他教指委組織的有關(guān)教改會議上做了發(fā)言，接待了包括清華大學(xué)、河海大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、山東大學(xué)等多所兄弟院校的參觀、交流。

5.深度參與全國示范性全日制工程碩士研究生培養(yǎng)基地建設(shè)工作，與哈爾濱大電機研究所建立了緊密聯(lián)系，并每年選派研究生進(jìn)入哈爾濱大電機研究所完成學(xué)位論文。聯(lián)合培養(yǎng)研究生教育實踐基地還先后接待浙江大學(xué)、蘭州理工大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校的研究生。

五、結(jié)語

多層次流體力學(xué)課程體系在能源與動力工程等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)與實踐能力培養(yǎng)方面發(fā)揮了重要作用，未來還要繼續(xù)在整體上提高教學(xué)團(tuán)隊的水平和素質(zhì)，緊密結(jié)合學(xué)科發(fā)展，圍繞國際化、創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)理念，在課程體系、教材體系、教學(xué)支撐條件、教師隊伍方面將與國際高水平大學(xué)接軌，進(jìn)一步提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。進(jìn)一步深化課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革，建設(shè)精品化教材和教學(xué)資源庫，強化教學(xué)方法研究，探索創(chuàng)新型人才培養(yǎng)教學(xué)模式，全面加強教師與學(xué)生的課堂交流和探討，使多層次流體力學(xué)系列課程建設(shè)達(dá)到國際一流大學(xué)的要求，成為學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)、工程實踐和科研能力提升的助推器。

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Practice of Multi-level Fluid Dynamics Series Course Construction

LIU Quan-zhong，WANG Hong-jie，GONG Ru-zhi

（School of Energy Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin，Heilongjiang 150001，China）

Abstract：Based on the needs of energy and power engineering and related specialties in fluid mechanics theory teaching and practical ability training，and combined with the practical experience in the teaching reform of fluid mechanics course system，this paper refines the ideas and characteristics of integrated construction of multi-level and advanced fluid mechanics course series，and summarizes the experience and role of practical teaching link in personnel training and course construction.In the aspects of teaching method reform，teaching team building and popularization and application of teaching achievements，this paper summarizes the methods and practical experience of multi-level fluid mechanics course construction，and puts forward the direction and plan for further promoting the course system construction.

Key words：multi-level;Fluid Mechanics;course system construction;practical ability;teaching reform