《流体力学》课程教学内容及方法的改革

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  【摘要】通过分析《流体力学》课程的知识结构特点,结合近年来《流体力学》课程的教学经验,有取舍地调整流体力学教学内容,针对不同类型的知识点采用不同的教学策略和方法,激发学生的学习热情和兴趣,提高教学效果。
  【关键词】流体力学  教学内容  教学方法  改革
  【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2020)11-0242-01
  流体力学是力学的一个分支,是研究流体平衡和运动规律及其应用的一门技术科学。作为能源与动力工程专业最重要的专业基础课之一,《流体力学》是相关专业课程的基础,如泵与风机、锅炉原理、汽轮机原理等。《流体力学》既有一定深度的理论基础,又有较强的工程应用背景,其课程内容较多、结构复杂、理论推导较多,学生普遍反应学习困难。因此,结合近年来《流体力学》课程的教学经验,对教学内容进行了合理的调整;对于不同类型的知识点,采用相应的教学策略与方法,以改善教学效果,提高学生的专业素养。
  一、教学内容的调整
  多年来,《流体力学》的教学内容相对固定,与日新月异的现代工程技术越来越不相适应。经过对国内外流体力学教学历史与现状进行广泛深入的调研分析,以力学的基本概念和基本原理為主线,重组教学内容,优化课程体系。
  1.传统教学内容的精简
  对部分教学内容进行精简。例如,大部分《流体力学》最后一章都是主讲膨胀波和激波,这是空气动力学的一个基础内容。从学习空气动力学来说,这部分知识远远不够,另外,从应用来说,绝大部分学生毕业后基本上不会接触激波、膨胀波等。综合考虑各方面因素,这部分内容可以从教学内容中去掉。
  另外,流体动力学基础的叶轮机械部分,其内容和《泵与风机》重复,也可以从教学内容中去除掉,精简教学课时。
  2.计算流体力学知识体系的补充
  计算流体力学部分是我们传统的《流体力学》教材中所没有的。流体力学是计算流体力学的基础,计算流体力学是流体力学基本理论的拓展和应用。目前,计算流体力学已经作为一种重要的流体力学力学研究方法,广泛应用于教学、研究和工程中。通过教学实践,发现学生的兴趣得到了较大的提高,教学效果得到了显著的改善。
  3.前沿知识的补充
  流体力学作为一门学科,是持续发展的,在理论上、在工程应用上的发展从未停止过。流体力学研究的问题越来越广泛,尤其是和其它学科相互渗透,形成很多交叉学科,赋予了流体力学新的生命力。例如:多相流动,流体和结构物的相互作用,边界层流动和分离,生物力学和环境流体流动等问题等。在教学的内容中学科前沿知识的补充,既可拓展学生的视野,又可以提高学生学习的积极性,培养学生的创新意识。
  二、教学方法的改革
  知识是通过一定的方式进行传授的,方式不同,对知识掌握的程度也不同。不同类型的知识点因其具有不同的特点,应该采用不同的教学方法以达到良好的教学效果。在教学实践中,我们针对基础概念、公式推导、工程应用和知识拓展等不同的教学内容,采用了不同的教学方法。
  1.基础概念
  流体力学概念较多,从流体静力学到流体动力学,从理想流体到黏性流体,从层流到紊流,都有许多的概念知识,对这些概念的理解至关重要,只有掌握了这些概念,才能更好地展开流体力学的学习。
  对于基础概念部分以讲授为主,可采用启发式教学。首先引入自然现象,让学生通过一系列的观察、分析、比较、判断等思维活动理解概念形成过程;然后教师对概念进行总结与概括时,抓住事物的本质特征,揭示概念内涵。例如在讲解流体力学中的“粗糙管”和“光滑管”时,就不能以简单的几何上的粗糙、光滑去理解其概念,其反映的是边界层厚度和管道内壁绝对粗糙度的关系。
  2.公式推导
  流体力学给出了许多公式的推导,每个公式定理的提出都包含了公式的推导过程。公式推导过程,要求掌握一定的力学理论知识、物理知识、数学知识,要运用一些力学公式及数学公式,因此具有较大的难度。
  公式推导需要较强的理论基础,其教学方法依然是以讲授为主,重在公式推导思路。首先要明确研究对象,流体力学的所有推导大都是选取了一个系统或者控制体;其次,掌握基本概念和基本规律,理解其物理意义,建立基本方程;然后,余下的推导过程本身是一个数学过程;最后是基本应用,将流体力学公式、定理应用到工程实践中。
  3.工程应用
  流体力学具有较强的工程应用背景,流体力学的教学内容中包含了较多的工程应用知识,如连续性方程、动量方程、伯努利方程等的应用。
  工程应用部分可采用案例法进行教学,案例教学法是一种以工程案例为基础的教学法。将工程实例引入流体力学课程教学中,使流体力学教学内容形象化、实用化,增强课程的工程性、应用性,激发学生学习的积极性和主动性,提高学习的效果。
  4.知识拓展
  前沿知识的补充,有助于培养学生开放的分析和解决问题的能力,培养学生的科研能力和创新精神,为学生从事专业工作打下良好的基础。
  对于前沿知识,可采用部分翻转的教学方式。针对学科前沿开展专题讲座,由学生收集、整理和分析资料,课堂上重点围绕典型问题开展分组讨论,重在知识的拓展。
  结束语
  综合考虑《流体力学》课程的特点、学生就业后对流体力学知识的应用情况以及学生的学习情况,通过优化教学内容,针对不同的知识点采用不同的教学方法,能够合理地安排有限的课堂教学时间,激发学生学习的主动性、积极性,达到改善课程的学习效果,提高学生的专业素养。
  参考文献:
  [1]刘志明, 薛永飞. 流体力学教学改革创新的探索与实践[J]. 绿色科技, 2017(11): 206-208.
  [2]高冰.工科类“流体力学”课程教学方法改革初探[J]. 新课程研究, 2015(10): 38-39.
  [3]刘欣.流体力学教学中的几点体会[J]. 中国教育技术装备, 2017(12): 117-118.
  作者简介:
  漆波(1976.04-),男,汉族,重庆江津区人,博士,副教授,研究方向:传热传质及流体机械。
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