楊日麗，王玉風(fēng)，余 嵐，張光生

(隴東學(xué)院 能源工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000)

《工程流體力學(xué)》是安全工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在本科第三學(xué)期開設(shè)。該課程根據(jù)質(zhì)量守恒定律、動能定理、動量定理和能量守恒定律等基礎(chǔ)理論來分析流體平衡及運動規(guī)律，并根據(jù)相似理論及量綱分析法開展模型實驗，進而為學(xué)習(xí)后續(xù)《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》《礦井通風(fēng)》《礦井災(zāi)害防治技術(shù)》等課程以及工程實際問題的解決提供技術(shù)支持。本文針對隴東學(xué)院安全工程專業(yè)《工程流體力學(xué)》課程建設(shè)現(xiàn)狀，對課程特點、理論教學(xué)、實驗教學(xué)和教學(xué)方法等教學(xué)過程中存在的問題及改革建議進行了梳理總結(jié)。

1 課程特點

從課程內(nèi)容、課程教學(xué)及人才培養(yǎng)目標(biāo)實現(xiàn)、教學(xué)硬軟件要求等方面對該課程特點進行了簡單說明。

1.1 教學(xué)內(nèi)容多，對數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)要求較高

《工程流體力學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容分別為緒論、流體靜力學(xué)、一元流體動力學(xué)基礎(chǔ)、流動損失和能量損失、孔口管嘴管路流動、繞流運動、相似性原理和量綱分析。涉及的運動學(xué)參數(shù)包括壓強、應(yīng)力、流速、流量和水頭損失等，教學(xué)內(nèi)容龐雜，理論性強，尤其對學(xué)生的數(shù)學(xué)、力學(xué)功底要求較高，部分概念抽象，大部分初學(xué)者感覺學(xué)習(xí)有一定的困難。

1.2 應(yīng)用廣泛，需要了解大量相關(guān)工程背景

本課程應(yīng)用廣泛，而在不同的應(yīng)用場合又有著不同的力學(xué)現(xiàn)象，要深入理解本課程，要求學(xué)生對工科所屬專業(yè)的相關(guān)工程背景有所了解，對學(xué)生的綜合分析和處理問題的能力要求較高。

1.3 對教師教學(xué)水平要求較高

該課程涉及知識面較廣，要求教師要有較多的知識儲備，要有較豐富的實踐經(jīng)驗。如果任課教師科研、社會經(jīng)歷少，素材積累少，僅靠吃透課本很難吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，甚至?xí)箤W(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，教師本人也會覺得吃力[1-3]。故該課程歷來被認(rèn)為是教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程之一。 因此，尋求更合理有效的教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對提高教學(xué)質(zhì)量、創(chuàng)新能力提升至關(guān)重要。

2 教學(xué)過程中存在的問題

結(jié)合近幾年的教學(xué)實踐，從教材內(nèi)容章節(jié)設(shè)置與課程目標(biāo)實現(xiàn)達(dá)成度、教學(xué)方法及手段、課程考核及評價等方面對其存在的問題進行了梳理。

2.1 教學(xué)內(nèi)容過多、缺乏理論體系模塊化、課堂內(nèi)容層次化

該課程涉及理想流體和粘性流體的靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)，覆蓋基礎(chǔ)理論知識和工程實踐，內(nèi)容繁多、尺度跨度大、概念抽象、知識點分散。傳統(tǒng)課堂教學(xué)多遵循章節(jié)順序，對課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和邏輯性關(guān)注不足，這就容易導(dǎo)致學(xué)生難以形成對流體力學(xué)整體知識的系統(tǒng)認(rèn)識，學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)成果呈碎片化，“專篇專練”效果還可以，待到課程綜合考核時往往出現(xiàn)“張冠李戴”，更談不上能養(yǎng)成工程應(yīng)用能力。另外，該課堂內(nèi)容多以呈現(xiàn)基礎(chǔ)理論講授為主，對知識進展、應(yīng)用實踐等不同層次、不同維度的目標(biāo)實現(xiàn)與要求仍有一定差距。

2.2 過分強調(diào)教學(xué)手段多樣化，忽略課堂教學(xué)質(zhì)量

在“新工科”教學(xué)背景下，教育部對工科教育教學(xué)改革提出了新的方向[4-5]。新型的教學(xué)方式雨后春筍般地涌現(xiàn)：MOOC、SPOC、MOOC+ SPOC、互聯(lián)網(wǎng)+、翻轉(zhuǎn)課堂式、分層次教學(xué)、云課堂、雨課堂等。隨著這些教學(xué)方式和教學(xué)手段的更新和使用，確實在課堂教學(xué)中起到調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、豐富教學(xué)資源、呈現(xiàn)多種教學(xué)手段等方面起到一定積極作用。但是針對《工程流體力學(xué)》課程性質(zhì)和內(nèi)容來講，更需關(guān)注的是學(xué)生對所學(xué)知識的原理掌握程度及應(yīng)用，即學(xué)習(xí)效果。若過分強調(diào)教學(xué)信息技術(shù)手段的多樣化，往往會適得其反。比如在流體動力學(xué)中伯努利方程的推導(dǎo)：需要根據(jù)動能定理來分析實際流體在運動的過程中能量的轉(zhuǎn)化及滿足的規(guī)律，前期情景描述、受力分析、各種形式能量的表達(dá)等環(huán)節(jié)都需要學(xué)生的參與互動，可能選擇傳統(tǒng)板書的形式更便于學(xué)生接受和理解。

2.3 教學(xué)考核方式不合理、教學(xué)評價模糊

該門課程與大多數(shù)課程考核一樣，均是基于“30%平時成績(10%實驗成績+20%平時成績)+70%期末成績”考核評價。其中缺乏學(xué)習(xí)過程中的考核評價(比如實驗設(shè)計、創(chuàng)新、查閱文獻、小組討論發(fā)言情況等)。當(dāng)然這也與課程教學(xué)方式息息相關(guān)，不同教學(xué)方式或采取的教學(xué)手段不一樣，考核可能不盡相同。但總之一點，要在考核體系中盡量將不同教學(xué)環(huán)節(jié)及所占權(quán)重應(yīng)充分合理地體現(xiàn)出來。

目前高校教學(xué)質(zhì)量評價考核基本上是分兩部分：一部分來自所授課班級學(xué)生對任課教師教學(xué)準(zhǔn)備(備課扎實程度)、教學(xué)實施(課程引入情況、教學(xué)手段是都得當(dāng)、學(xué)生課堂參與度、課后輔導(dǎo)等)、教學(xué)效果(學(xué)生對課堂滿意度、教學(xué)效果)評價等；而另一部分來自同行或者教學(xué)督導(dǎo)通過聽評課等方式做出評價。由于教學(xué)質(zhì)量評價采取的隨機方式、樣本容量有限，考核評價機制、操作不規(guī)范等原因，教學(xué)考核基本上是浮于“走過程”，對評價結(jié)果的統(tǒng)計僅僅是停留在紙上統(tǒng)計，對教學(xué)過程中出現(xiàn)的短板、不足問題未能反饋、作用于相關(guān)授課教師，這種非閉環(huán)式的反饋對促進教學(xué)改革顯然形式大于效果。

3 教學(xué)改革研究重點及做法

結(jié)合當(dāng)前該課程存在的問題，為了實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)改革，建議從整合教學(xué)資源、采取模塊化教學(xué)方式、注重以提高教學(xué)質(zhì)量為導(dǎo)向的多種混合式教學(xué)手段的使用、借助小程序或功能性專業(yè)軟件豐富實驗教學(xué)等多項舉措繼續(xù)加強課程改革。

3.1 精選內(nèi)容、注重模塊化教學(xué)

“師者，傳道授業(yè)解惑。”教師在教學(xué)過程中扮演著很重要的角色。不僅僅是按照教材章節(jié)對知識進行講授，更重要的是充分發(fā)揮教師對課程內(nèi)容整體構(gòu)建、對于知識點與知識點的相互關(guān)聯(lián)和邏輯認(rèn)知，充分把握課程的整體脈絡(luò)和邏輯分析，幫助學(xué)生融會貫通。

尤其對于《工程流體力學(xué)》來講，雖然內(nèi)容繁雜，但按照模塊化教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容體系很明確，主要分為流體靜力學(xué)、流體運動學(xué)、流體動力學(xué)、相似原理與量綱分析四個模塊。其中相似原理與量綱分析可以作為單獨的一個模塊，對不同工程背景下的流體流動均適用。所以通用內(nèi)容就按照三個模塊進行分析。而三個不同的模塊之間仍有互通之處，比如：整本教材其實就是圍繞定常流能量方程(伯努利方程)展開的，適用于定常流流動各種能量的轉(zhuǎn)化，研究速度、壓強、水頭損失的變化和轉(zhuǎn)化，而流體靜力學(xué)則可看作是流速、水頭損失均為零的特殊的定常流流動。

3.2 結(jié)合學(xué)情，整合優(yōu)質(zhì)資源

隨著網(wǎng)絡(luò)課程平臺的建設(shè)，網(wǎng)上有大量教學(xué)資源[6-7]，比如中國大學(xué)MOOC平臺、愛課程、國家精品課程、國家實驗室虛擬平臺等，而與《工程流體力學(xué)》相關(guān)的資源更是充足豐富。不同學(xué)校專業(yè)設(shè)置不同，可能對課程目標(biāo)要求不盡相同。

隴東學(xué)院作為甘肅省一所普通二本院校，從師資、教學(xué)資源、學(xué)情和實驗室建設(shè)來講與其他高校有著很大的區(qū)別，所以在引進資源時要充分考慮課程目標(biāo)的設(shè)置和學(xué)生的學(xué)情基礎(chǔ)，根據(jù)課程本身建設(shè)的需要引進合適的優(yōu)質(zhì)資源，切忌盲目追求復(fù)雜化、全盤引進，“即符合自身即是最優(yōu)質(zhì)的”。

3.3 注重板書、輔以多樣性教學(xué)手段促進學(xué)生參與度

該課程作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，很多新內(nèi)容是按照相關(guān)理論進行推導(dǎo)的，教學(xué)目標(biāo)是要學(xué)以致用、解決工程實際問題，所以對其適用條件及推導(dǎo)過程要盡可能地達(dá)到完全理解是非常有必要的。而不管采取什么樣的教學(xué)手段，在推導(dǎo)過程中盡可能配以板書設(shè)計，達(dá)到思路清晰，同時給予學(xué)生一定的思考時間緩沖，教學(xué)效果可能會更優(yōu)。當(dāng)然，對于教學(xué)組織整個過程中，比如課前預(yù)習(xí)、課程相關(guān)資源分發(fā)、小組討論交流等方面采取不同的教學(xué)手段，對課堂氛圍、課堂教學(xué)參與度等方面都會起到一定的積極作用。

3.4 豐富實驗教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生實驗興趣

實驗教學(xué)是《工程流體力學(xué)》重要的一部分。目前隴東學(xué)院安全工程專業(yè)在課程設(shè)置中設(shè)置了16個課時的實驗教學(xué)，主要包括8個實驗：流體靜力學(xué)驗證實驗、定常流伯努利方程實驗、文丘里流量計測流量、雷諾實驗、沿程阻力實驗、局部阻力實驗、水泵特性曲線實驗和雙泵串并聯(lián)實驗。雖然這些實驗均可以如期開設(shè)，但大多數(shù)都是一些演示行動驗證實驗，對學(xué)生能力提升略顯不夠。同時實驗教學(xué)也可以借助部分軟件對一些流體遇到障礙物進行模擬，比如：手機風(fēng)洞模擬軟件(windtunnelfree)，可以對邊界層分離現(xiàn)象、流體繞過圓柱體的流動、卡門渦流、機翼升力和阻力等模擬壓強、流速等參數(shù)的分布，更形象直觀。

3.5 拓展實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，促進創(chuàng)新能力提升

學(xué)生在理論知識的基礎(chǔ)上，分別利用傳統(tǒng)實驗和CFD模擬兩種辦法對同一項目進行實驗，在用理論結(jié)果支持實驗結(jié)果的同時，利用模擬軟件驗證實驗的結(jié)果。CFD模擬軟件具有強大的數(shù)據(jù)計算功能，學(xué)生在模擬結(jié)束時，可以獲取大量所需數(shù)據(jù)，省去大量的計算時間。在進行基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，拓展思維，研究其他因素的影響。通過流體力學(xué)實驗平臺的模擬計算，也可對實驗平臺進行優(yōu)化設(shè)計等。學(xué)生在實驗過程中拓展了學(xué)術(shù)思維，提高了建模能力、分析能力、思辨能力以及在遇到流體力學(xué)相關(guān)工程案例時開辟了新的思路，同時可以孵化和培育一些創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目，鍛煉和提升學(xué)生實踐創(chuàng)新能力。

3.6 建立多元化、多維度的考評體系

打破傳統(tǒng)的“三七分”的課程考核原則，隨著信息化教學(xué)方式的變革大勢所趨，在賦予合理權(quán)重的基礎(chǔ)上，采取“線上、線下、期中、期末、章節(jié)小測驗、討論參與度、實驗預(yù)習(xí)、實驗操作規(guī)范化等”實施全“過程透明化”[8]的綜合考核；也可以根據(jù)對課程達(dá)成目標(biāo)的要求，實施“知識能力培養(yǎng)、實踐能力、團隊協(xié)作能力”[9]三個不同維度的考核，或是按照豐富平時成績考核的形式，引入代償機制等措施[10]，建立高效且公平的平時考核體系。而對教師教學(xué)評價可借鑒“360度績效考評法”[11]，即兩層級(校級評價與院級評價)、兩種方式(量表評價與網(wǎng)評)、五個主體(教學(xué)督導(dǎo)員、大學(xué)生評教員、學(xué)生、行政干部、同行)等。

3.7 提升教師自身綜合素質(zhì)

結(jié)合我校師資情況，大多教師都是從學(xué)校到學(xué)校，從學(xué)生到講臺，沒有經(jīng)過太多的教學(xué)培訓(xùn)，沒有太多的工程實踐經(jīng)驗。教師與教師之間課程心得交流少、不注重教學(xué)進修及自身教學(xué)能力提升，上述問題對課程建設(shè)均會造成一定的影響。因此，可通過以下途徑提升教師自身綜合素質(zhì)。

3.7.1 借助科研，促進教學(xué)

教學(xué)是科研的基礎(chǔ)，科研是教學(xué)的發(fā)展和提高。教學(xué)與科研相結(jié)合是提高教師學(xué)術(shù)水平與教學(xué)水平的基本途徑。教師只有通過對本專業(yè)及有關(guān)學(xué)科的科研活動，才能加深對本專業(yè)、本學(xué)科的理解和認(rèn)識，從而獲得最新、最先進的科學(xué)知識，由此豐富教師的知識結(jié)構(gòu)。而教師知識結(jié)構(gòu)的改善、學(xué)術(shù)水平的提高，使教師在教學(xué)過程中思路開闊，能站在新的高度對教學(xué)內(nèi)容進行取舍更新，豐富教學(xué)內(nèi)容,對學(xué)生進行生動的、靈活的教學(xué)。再者，積極進行科學(xué)研究的教師，在教學(xué)中會比較自然地用科研所必要的實踐精神和創(chuàng)造精神感染學(xué)生，使學(xué)生受到鼓舞，得到啟迪，更快地步入學(xué)習(xí)之中。

3.7.2 充分發(fā)揮教學(xué)督導(dǎo)員的作用

各大學(xué)為提高本科教學(xué)質(zhì)量，基本都設(shè)立教學(xué)督導(dǎo)組，對教師授課情況進行督促檢查，這是一個很好的舉措。一般教學(xué)督導(dǎo)員都是選派具有豐富教學(xué)經(jīng)驗的老教師，他們責(zé)任心強，能認(rèn)真履行自己的責(zé)任。故此應(yīng)利用督學(xué)教學(xué)經(jīng)驗豐富的特點，組織他們給青年教師上課，以學(xué)習(xí)班的方式定期培訓(xùn)，從教學(xué)內(nèi)容到教學(xué)方法，從教案設(shè)計到教學(xué)組織，全方位培養(yǎng)，提高教師的教學(xué)水平。

4 結(jié)語

新工科、工程教育認(rèn)證背景下對新時代工程專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。《工程流體力學(xué)》課程從理論到實踐跨度大，初學(xué)者學(xué)習(xí)興趣、積極性均不是很高。為解決目前教學(xué)中存在的教學(xué)問題，建議結(jié)合學(xué)情將教學(xué)內(nèi)容模塊化，從傳授式向問題引發(fā)式、探索式等教學(xué)，完善考核和評價方式等綜合改革思路開展課程教學(xué)改革。