楊柳 劉曉鵬 嚴(yán)清華 劉羽祚 楊軍勝 熊烈強(qiáng)

摘 要：新工科背景下工程流體類課程教學(xué)改革能夠滿足工程教育改革的需求。文章針對當(dāng)前工程流體力學(xué)類課程教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，工程流體力學(xué)類課程教學(xué)不夠合理的情況，提出了創(chuàng)新工程流體力學(xué)課程內(nèi)容，加強(qiáng)工程流體類課程教學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)，注重工程流體類課程中的互動教育以及形成適合工程流體類課程的教學(xué)方法和課程評價(jià)等策略，結(jié)合實(shí)際情況闡述了如何推動工程流體類課程教學(xué)改革，以期促進(jìn)新工科行動路線的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工程流體;實(shí)踐教學(xué);課程教學(xué);教學(xué)改革

工程流體力學(xué)是研究流體的機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及運(yùn)用這些規(guī)律解決工程實(shí)際意義的一門學(xué)科。從遠(yuǎn)古的治水工程，18世紀(jì)造船、航海興起，20世紀(jì)航空技術(shù)的發(fā)展，到現(xiàn)在生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)的飛速進(jìn)步，都滲透著流體力學(xué)的相關(guān)理論。在強(qiáng)調(diào)交叉學(xué)科對科學(xué)進(jìn)步具有重大意義的今天，工程流體力學(xué)成為大部分工科學(xué)生的必修基礎(chǔ)課程，主要涉及的專業(yè)有機(jī)械、能源動力、航空航天、化工、石油等。

流體力學(xué)課程由于其抽象、難懂的特點(diǎn)，應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識較多，早期的課程教學(xué)主要以理論講解與推到為主，大部分學(xué)生對學(xué)習(xí)工程流體力學(xué)都有某種程度的畏懼感。因此為提高教學(xué)質(zhì)量，教育界同行在紛紛拋棄以往的黑板式教學(xué)模式，取而代之以CAI為主要手段的課堂教學(xué)的同時(shí)依然在不斷的進(jìn)行著各種各樣的教學(xué)改革探索。然而這些教學(xué)手段、方法依然無法真正意義上的擺脫“灌注”式教學(xué)模式。由于課時(shí)量的壓縮，教師雖然大量采用多媒體技術(shù)用于課堂教學(xué)，但最后卻在不同程度上淪為為放映師、播音員。從這個(gè)層面來看，追求以制作日益精美課件的多媒體教學(xué)模式似乎成了教學(xué)改革中一個(gè)越陷越深的誤區(qū)。

工程流體力學(xué)仿真實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，歐美等發(fā)達(dá)國家在仿真軟件等方面起步較早，在應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)成熟度較高，因此在仿真實(shí)踐教學(xué)走在前列，針對仿真實(shí)踐教學(xué)的方法上也在不斷發(fā)展。近年來，伴隨仿真技術(shù)的引進(jìn)消化與創(chuàng)新，我國的計(jì)算機(jī)與仿真技術(shù)高速發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)作為一種數(shù)值方法，在流體機(jī)械中的應(yīng)用越來越廣泛，我國的流體仿真技術(shù)也逐步走向成熟。借助計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，可以得到流體機(jī)械內(nèi)任意位置的流動細(xì)節(jié)，如速度、壓力、能量損失、壓力脈動、湍動量、旋渦等，從而在流體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面發(fā)揮了重要的作用，這樣可以減少工程流體力學(xué)教學(xué)過程中空洞的理論教學(xué)，補(bǔ)充了部分參數(shù)實(shí)驗(yàn)中難以測試的技術(shù)問題，減少了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本。目前，諸多國內(nèi)企業(yè)和科研院所已經(jīng)大量采用CFD技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)際分析，這些技術(shù)是產(chǎn)品開發(fā)的重要工具，要求工作人員掌握流體力學(xué)分析、計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力。目前，計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，促使一大批計(jì)算流體力學(xué)通用軟件，如FLUENT、CFX、STAR-CD等系列CFD軟件的普及，已迅速成為解決航空航天、汽車、動力機(jī)械、能源、化工、建筑、農(nóng)業(yè)以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域工程問題的有效手段。

國內(nèi)高等院校在機(jī)械等相關(guān)工科的本科生和研究生階段都開設(shè)流體力學(xué)相關(guān)課程，針對工程教育專業(yè)要求，機(jī)械類、航空、油氣等專業(yè)的本科生開設(shè)了工程流體力學(xué)基礎(chǔ)的必修課程，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)仿真軟件計(jì)算速度提升以及可視化等優(yōu)點(diǎn)，在理論教學(xué)過程中可以引人流體仿真軟件實(shí)踐，逐步形成了讓學(xué)生從理論和實(shí)踐中深切體會到流體力學(xué)基礎(chǔ)知識在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的重要作用，通過工程實(shí)例分析解決生產(chǎn)實(shí)際遇到的問題，可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性。

一、課程改革內(nèi)容

工程流體力學(xué)理論性較強(qiáng)，需要學(xué)生有較深厚的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)知識，初學(xué)者比較難理解，難以有實(shí)際體驗(yàn)獲得感，本項(xiàng)目基于此，重新建立在多媒體理論知識講授教學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際上機(jī)仿真實(shí)踐教學(xué)的手段，提升本科生的學(xué)習(xí)獲得感，結(jié)合現(xiàn)階段社會對仿真技術(shù)人才的需求，完成教學(xué)與學(xué)生能力的提升。

將流體仿真軟件引入本科生工程流體力學(xué)課堂教學(xué)的教學(xué)方式拓寬了現(xiàn)有的傳統(tǒng)意義上的多媒體技術(shù)教學(xué)手段。豐富多媒體的教學(xué)模式，同時(shí)繼續(xù)深入探討高等教育教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量的價(jià)值。這種教學(xué)方式必然要求專業(yè)教師具有深厚的計(jì)算流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)及熟練操作使用數(shù)值計(jì)算軟件的能力，在實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用中對每位專業(yè)教師提出了不斷提升的要求。

二、流體類課程改革目標(biāo)

流體類課程需要建立一套完整的基于工程流體力學(xué)類理論教學(xué)與仿真實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)實(shí)施方案，完成在多媒體理論知識講授教學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際上機(jī)仿真教學(xué)的手段，提升本科生的學(xué)習(xí)獲得感，解決流體基礎(chǔ)問題能力。

三、課程改革擬解決的關(guān)鍵問題

針對工程流體力學(xué)理論教學(xué)學(xué)生獲得感低，建立一套與工程流體力學(xué)類基礎(chǔ)理論教學(xué)配套的可操作性的仿真實(shí)踐教學(xué)方案，建設(shè)仿真教學(xué)案例庫，同時(shí)建立適用于低學(xué)時(shí)量的仿真實(shí)踐教學(xué)教學(xué)實(shí)施方案。

四、結(jié)語

流體力學(xué)類課程教學(xué)改革是新工科背景下提高學(xué)生的工程素養(yǎng)與實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。新工科背景下高校工程流體類課程教學(xué)必須緊跟時(shí)代步伐，針對當(dāng)前工程流體類課程存在的教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，課程教學(xué)不夠合理等問題，立足新工科建設(shè)對流體機(jī)械行業(yè)人才的需求，通過創(chuàng)新工程流體類課程內(nèi)容，加強(qiáng)流體力學(xué)類課程教學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)，注重機(jī)械類課程當(dāng)中的互動教育以及形成適合工程流體的教學(xué)方法和課程評價(jià)等策略，建立課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的鏈條，通過科學(xué)、合理的途徑來不斷創(chuàng)新工程流體類課程教學(xué)，為社會培養(yǎng)專業(yè)技能強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的流體機(jī)械行業(yè)人才。

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