工程流体力学在轮机工程专业的分块化教学模式探索与应用

    顾丛汇 杜军

    摘要：工程流体力学在轮机工程、能源与动力等领域中被广泛应用。为了提高教师“教”和學生“学”的效率，本文探讨了分块化教学模式在轮机工程专业中工程流体力学课程的应用，对推动分块化教学模式在理论基础课程中的教学方法改革提供一定的参考价值。

    关键词：工程流体力学;轮机工程;分块化教学

    中图分类号：TP391.72文献标识码：A文章编号：1003-2177（2020）02-0078-02

    自然界中的三相可简单地划分为：固相、液相和气相，其中液体和气体统称为流体。流体力学，顾名思义就是研究液体和气体的力学特性、运动规律及其应用的一门自然科学，也是力学的一个重要分支。我们生活与工业生产过程中的种种现象均与流体力学密切相关，如虹吸现象、高尔夫球的凹坑表面、足球比赛中以及漂亮的“香蕉球”、核潜艇、高铁、汽车的外型设计等等。正因如此，工程流体力学应运而生，其更加侧重实际应用，目标在于解决工程中出现的问题。

    1工程流体力学在轮机工程专业中的作用

    轮机工程专业属于交通方向的重点专业之一，培养的学生能够在海洋运输等企事业单位从事船舶领域中涉及机械原理和轮机系统操纵等相关工作。工程流体力学作为轮机工程专业最重要的核心专业基础课之一，其逻辑性强、数学严密性高，对学生的数学基础要求非常高。加之，该课程各章节的知识点相互渗透、交叉，环环相扣紧密相连，是一门在“教”和“学”两个方面都极具难度的课程。

    工程流体力学的课程目标旨在让学生熟悉流体运动的基本概念、基本原理、计算方法，掌握一定的分析、解决工程实际中流体力学问题的能力和流体力学实验技术，为解决工作中可能遇到的流体力学问题提供坚实的基础。使学生掌握流体特性、静力学、动力学、粘性不可压缩流体、管内流动、层流紊流、绕流特性、边界层等基本知识，并受到基本技能的训练，为学习专业课程做好理论准备，还为学生以后解决生产实际问题和从事科学研究工作打下理论基础。学完本课程后，应能牢固地掌握流体质量、动量、能量方程、流体的特性等理论知识;如何利用相似原理将理论与工程现象相结合，并且合理设计流体实验方法;能熟练地运用伯努利方程、N-S方程及图表进行流体流动问题的计算，初步具有把实际问题抽象为理论模型，并运用所学理论知识来分析和解决实际问题的能力。

    2分块化教学模式的探索

    分块化教学模式可分为内容分块化和教学手段分块化[1-3]。部分高校根据不同专业的需求和学生的发展，将工程流体力学课程按照核心基础知识点和专业应用方向分为“专业板块”和“基础板块”。使得学生能够在掌握“基础板块”知识点的基础上，充分结合自身专业需求选修不同方向的“专业板块”，提高学生基本专业素养和综合应用技能。从目前的教学手段来看，主要还是采用新媒体+板书的教学模式，尤其是针对抽象性概念，生动的工程实例能够在最大程度上帮助学生理解概念，并且加深印象，提高学习效率。

    由于工程流体力学的课程性质和难度，因此，在教学过程中，更加需要注意教学方法。甚至有的高校结合民间的“顺口溜”应用于流体力学的教学[4]，把枯燥、抽象的知识点汇总编撰成朗朗上口的顺口溜，使得整个课堂的气氛得以活跃，增加学生学习的主动性，这样学生也更愿意接受。巧妙地选择生活中常见的流动现象作为案例，采用“虚实结合”的手段，将抽象概念与理论相结合，使学生能较好又容易地理解教学内容。专业基础课更重要的是培养学生的科学素质和科学思维方式，提高他们分析问题和解决问题的能力。在教学中需要介绍工程流体力学在工业、民用及高新技术领域的一些应用实例，尤其是在轮机工程中的应用，加深学生对基础知识的理解，使学生充分认识本门课程的重要性，提高学习的兴趣和积极性，同时掌握学习方法。

    结合往届学生课后反馈与调查分析，发现轮机工程属于典型的工科，学生的动手应用能力较强，但是往往容易忽略理论知识点衔接的连续性和重要性，尤其是在公式推导方面，若课前没有做好预习，课堂上容易顾此失彼。从而出现“会用”公式，却不知其来龙去脉的情况。因此，采用分块化教学模式，将理论讲解、习题讨论与案例分析相结合，可以很好地解决上述问题。

    3分块化教学在工程流体力学教学中的应用

    现以江苏科技大学能动学院轮机工程专业大三学生为例，利用分块化教学模式在工程流体力学教学中的应用进行分析。课程为大三上学期，前期学习课程包括高等数学、线性代数、大学物理、工程热力学等基础课程。

    工程流体力学课程采用分块化教学模式，“课堂讲授为主-习题辅导为辅-案例分析穿插”的授课方式。即在课堂上以教师授课为主，结合经典例题对各章节重点和难点的知识进行辅导;课后习题以学生为核心，进行分组讨论;期中分阶段布置综合应用性较强的案例，提高学生的综合分析和创新能力，真正意义上做到活学活用。

    教师和学生是课堂的主角，学生进课堂学习，而教师素质和专业素养在一定程度上决定了高等教育教学的质量。联合国教科文组织总结了教学质量的各个关键性因素[5-6]，包含：学生、教师、教学环境、教材、教学方法。可见，教师素质的影响不容小觑。在课堂讲授方面，工程流体力学的授课教师均有博士学位，并且长期从事流体流动方向的科研工作。教师按照学校规定，课前查找资料、认真备课，积极投入到课程教学中，结合自身研究方向跟同学们介绍现阶段涉及流体力学应用的前沿动态，拓展学生的知识面，提高学生对流体力学的学习热情，培养其对科学研究的兴趣。例如，在介绍管内流动产生时，结合轮机工程专业中的减振降噪方向描述流致噪声产生的原因，引导学生从本质上解决分析工程应用中的流体力学问题。

    在理论知识点讲授方面，为了激发学生的学习热情、培养其自主学习积极性，鼓励学生在参考教材案例的基础上拓展思维。例如，在介绍静压强特点时，教材大部分都采用典型的四面体作为研究对象，然而四面体对流体力学初学者来说，其中涉及的角度变换次数较多。既然是推导公式，那么选择任何形状为研究对象均可得出结论。因此，教师可选取六面体沿对角线切割后的碶形为研究对象，分析矩形的切割面上压强特性。此方法可减少角度变换次数，降低公式推导难度，提高学生对难点和重点的接受程度。即便在将来的应用中忘记了具体的结论，也能够自主去推导和分析。对于基础较好的学生，采用此种启发性教学方式，帮助其在掌握简单知识点的基础上去学习难度更大的知识点，层层递进、循序渐进。

    在习题辅导方面，教师定期开展课后现场辅导和答疑，与此同时，合理利用QQ/微信等现代网络手段不间断答疑。该方式不仅可以提高学生“学”的效果，而且教师能够根据学生学习情况及时调整“教”的方法。授课结束后，从学生学的情况、教师授课建议、学生对流体力学的学习态度等方面展开问卷调查。课后反馈统计结果显示：78%的学生认为工程流体力学难度不大，通过理论讲解和课后习题讨论可以掌握教学大纲的重点和难点。22%的学生则认为该课程内容的理论部分比较抽象，尤其是在公式的推导方面理解起来比较吃力。然而，理论公式推导部分对学生自主的综合分析能力培养非常重要，学生在理论推导过程中能对知识点的掌握更透彻，做到知其所以然。大部分学生认为教师在课堂上结合动画与板书能够非常细致地将知识点描述清楚，结合部分网课能够提高对重点和难点的掌握。与此同时，学生表示实践非常重要，习题辅讲可以帮助其及时发现问题、查漏补缺。通过课程反馈不仅可以帮助教师提升个人的教学技能、改善教学方式，而且促进学生对自身学习情况进行梳理、提高学习效率。

    4结语

    工程流体力学作为一门经典的理论基础课程，应用极广。本文对该课程在轮机工程中的教学改革进行探讨，应用了“课堂讲授为主-习题辅导为辅-案例分析穿插”的分块化教学模式，为提高传统理论基础课程的教学方法改革提供一定的参考价值。

    参考文献

    [1]倪玲英，谢翠丽，李爱华.工程流体力学教学内容新体系构建[J].石油教育，2013（05）：12-14.

    [2]梁颖.工程流体力学模块化教学改革[J].科教导刊，2018

    （16）：127.

    [3]雒婧，李辉.工程流体力学模块化教学模式的研究与实践[J].大学教育，2014（06）：124-125.

    [4]李宗民.顺口溜在《船舶流体力学》教学中的应用探索[J].中国科教创新导刊，2014（07）：66-67.

    [5]陈昌贵.高等学校内涵发展的四大策略[J].教育发展研究，2006（13）：11-13.

    [6]龚建英.流体力学教学策略的探索[J].高等工程教育研究，2019（s1）：82-83+104.

    （编辑：杨梅）