面向环境工程新兴产业人才培养的流体力学教学模式改革
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作者:米铁 刘延湘 黄芳
摘 要 流体力学是环境工程专业的一门基础课。学生常有这样的反映流体力学难学。作为讲授流体力学的教师，认为流体力学的“难”主要体现在两个方面：一是流体力学涉及的知识较广，如高等数学、大学物理等知识;二是流体力学比较抽象，理解起来有难度，加之粉笔+黑板满堂灌的教学模式单一，致使学生感到枯燥难懂，从而厌学或放弃。2011年，湖北省教育厅批准江汉大学环境工程专业实施战略性新兴产业人才（工业烟尘污染控制）培养计划。基于环境工程专业新兴产业人才培养目标要求，结合学校的课程教学改革精神，实施流体力学课程教学方法与教学模式改革。在本文中将课程改革实践中一些经验与心得分享，希望能抛砖引玉，对同行有所借鉴。
关键词 流体力学 教学改革 教学模式
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.01.075
Abstract Fluid mechanics is professional basic course and difficult to learn for students of environmental engineering specialty. The difficulty of learning fluid mechanics is in two ways： Firstly， fluid mechanics involves a wide range of knowledge， such as advanced mathematics and physics; secondly， some concepts and theories in fluid mechanics is relatively abstract and difficult to be understood. In addition， the Traditional teaching mode such as chalk and blackboard is boring teaching mode， which makes students tire of learning or give up. In 2011， Strategic emerging industry talents training program （Industrial Flue and Dust Pollution Control） in environmental engineering specialty of Jianghan University was approved by Hubei Provincial Department of Education. Based on the requirements of training talents in emerging industries of environmental engineering specialty， combined with the requirements of curriculum teaching reform of Jianghan University， the author shares and experience in the practice of fluid mechanics teaching method and teaching mode reform， hoping to offer some reference. The reform of teaching methods and modes of fluid mechanics were carried out and some experience were shared to peers in the paper.
Keywords fluid mechanics; teaching reform; teaching mode
1 完善基于环境工程新兴产业人才能力培养的课程设置及内容体系
江汉大学自1983年创办环境保护专业至今已有近40年历史，在培养环境工程高素质应用型人才方面积累了丰富经验。然而，环境工程产业班属于新兴事物，人才培养体系中还缺乏与环境工程产业班人才培养目标体系相适应的课程结构与教学体系。新的培养计划制定着力强化“全面发展、整体优化、个性发展、突出应用”等四项原则，课程设置突出为战略性新兴（支柱）产业服务的特色。因此，需对以培养战略性新兴产业人才为核心的课程结构和教学体系做更深层次的探索和完善。
为此，通过调研走訪在汉环境工程类知名企业，结合相关工程专业领域专家座谈咨询制定了区别于学校现有环境工程专业的课程体系与人才培养方案。增设气溶胶力学、工业烟尘污染防治技术、脱硫脱硝技术，安全系统工程、气体催化净化、机械设计基础，电器控制与PLC等课程。
在完善相应的课程结构设置后，基于工业烟尘污染控制领域知识结构，要求各个主干课程教材及教学内容相应调整;主干课程至少拿出50%的教学学时，在教学内容、教学手段、教学组织形式等领域深化改革，完善和细化教学方案，充分激发学生在教学中的主体作用，调动学生学习的主观能动性和创造性，提高学生实践应用能力和创新能力，增强社会竞争力。
为响应上述要求，通过教材筛选，选择蔡增基，龙天渝主编的“流体力学泵与风机”（中国建筑工业出版社）作为环境工程产业班流体力学课程教材。作为一门有64学时的理论基础课，按照要求，意味着将要拿出32个课时，打破以往的教学常规来进行课程教学模式改革。在初听到安排的那瞬间，心里的的确确是十分迷茫与不自信。在接受任务后一段时间里，脑子里一直思考的是“从何处改？如何改？”的问题。从2005年开始讲授流体力学以来，一直都是按照“流体力学与流体机械”课程教学大纲要求与章节内容组织教学，也早已习惯了那种按部就班的教学方法。因此，也的的确确需要对以往的这种教学方法进行一次有益的梳理与总结，即如何从新教学模式中激发学生的学习兴趣，我也切切实实感受到新的学期的教学模式改革是一片从未触碰的领域，那么一切都得重新构思，一切有待精心地再准备。对此，我有所期待，期待通过自己的努力，在新学期能有更好的教学方法、教学手段、教学内容以及靓丽的课程教学改革的成果。 2 改变教学思维定式，精心组织教学素材，上好第一堂课，激发学生学习兴趣
良好的开头等于成功的一半。课堂教学何尝不是如此。一门课程良好的开端会使学生对课程学习充满憧憬与期待。因此，绪论课上得好不好，关系到能否激发学生认真学习流体力学的兴趣，也是对整个课程教学模式成功与否至关重要。因此，必须精心准备第一堂课的教学，以期通过第一堂课的学习，使学生对所学课程的历史发展过程、研究内容有大致了解，并希望通过第一堂课的讲授，能使学生深切感受到流体力学与我们日常的生活、我们所从事的专业以及国家的科技发展密不可分，进而在思想认识上提高学生学习本课程的自觉性、主动性与积极性。
为此，期望通过一些直观有趣的，身边随时可见的事例来激发学生的学习兴趣。通过视频等多媒体形式展示现代流体力学的新发展及其对环境工程领域的贡献，使学生对该课程有一个比较全面的了解。利用寒假的时间，去武汉科技馆拍摄了相关流体力学实验演示视频，去汉阳王家湾21世纪商业中心大厅里的滚动的风水球视频，整理了以前拍摄和搜集相关流体力学视频作为第一堂课中风味不同的教学佐料。
第一次课，从国家唯一的、设在江汉大学的高尔夫学院，谈到高尔夫球运动及高尔夫球表面凹凸与流体力学的关系;从武汉的著名网球运动员李娜谈到表面毛绒的网球、从学生喜爱的足球运动谈到马拉多纳的香蕉球、谈到兵乓球中的弧圈球，从与环境保护相关的洗云船的构思目的，再到滚动的风水球的视频，于是，引出了这样一个设问：那么在日常所见的这些现象中，谁注意到了他们背后内在的原理吗？这些问题一提出，学生们都有所思索，进而引导学生参与讨论，激发了学生学习流体力学的兴趣。
教学实践表明：通过喜闻乐见的视频形式的列举不仅激发了学生的学习兴趣，还活跃了课堂气氛，强化了学生对所学知识的渴望与期待。
3 突破教材编排内容框架，有机组织相关教学内容，处理好经典公式推导的逻辑关系
“流体力学”这门课涉及到高等数学、大学物理、材料力学等方面的知识。然而，以往的流体力学教学强调为专业服务，对流体力学基本理论与基本方法介绍不够。因此，为加强对学生基本理论的教育与创新能力的培养，在基本理论教学方面需要遵循繁简恰当，突出基本概念与基本原理的教学原则，既能让学生在学習流体力学的同时，重温高等数学教学中的多元函数微积分与向量微积分的知识，又能适当略去一些细枝末节，进而加深学生对基本公式建立的基本原理及其适用条件的理解与掌握。
在介绍流体静止平衡微分方程与流体静力学方程，流体运动微分方程与伯努利方程时，按照上述方程的内在联系，将教材中的知识点有机结合。例如，在讲授流体静力学基本方程时，打破教材中的章节安排，将教材编排与第七节的流体静止平衡微分方程[3]推导提前讲授，在阐述该方程的物理意义的基础上，通过功与能关系，推导流体静力学基本方程。在讲授伯努利方程之前，将理想流体运动微分方程提前讲授，同样通过功与能量的关系，推导伯努利方程。这种方法不但强化了流体力学知识的逻辑性、严密性与完整性，而且还提高了学生对能量方程的物理意义的掌握程度。
在讲授第五章孔口、管嘴和管路流动时，针对以前所学内容，略讲基本推导，进而强调学生对作用水头概念的理解与掌握。使得学生在理解作用水头概念的基础上，去掌握它们的流量公式。在讲授虹吸现象时，从冲水马桶、病人洗胃等日常所见去理解虹吸现象，并通过设问“如果不考虑阻力，在通常状况下，虹吸管的最大安装高度是多少”来进一步理解虹吸管的正常工作条件。
4 优化习题结构与内容，拓宽部分教学内容，提高重要概念双语化水平
典型、适量的例题讲解与习题训练也是检验流体力学教学改革是否成功的关键因素。对此，在课程教学改革中，不仅在课堂上讲授了与重要知识点相关的典型例题，而且还在构思与收集了诸如填空、选择、判断、问答及计算题提供给学生进行课后训练，进而提高学生对流体力学重要知识点的掌握。
针对国家战略产业与合作企业对工业烟尘污染控制知识结构的要求，拓宽教学内容，讲授与气溶胶物理学等相关的流体力学基础理论（选用教材第八章势流理论），以气溶胶气固分离的过滤技术为例讲授其中的基本理论，将简单的工程应用实例穿插于教学内容之中，使得学生学到解决相应环境工程问题的能力，进一步提升学生对流体力学基础理论在专业领域应用的重要性。
流体力学中涉及的概念术语很多，对课程讲授中所涉及的概念全部采用双语教学。尤其是在讲授教材第七章，第八章时，所讲授内容采用双语讲授。使学生对流体力学的基本概念的英语描述也有了一定程度的提高。
5 结语
契合战略性新兴人才培养计划的要求，从教学内容、教学手段与形式等方面实施流体力学课程教学改革实践，使我体会到教改带给我的教学相长的自豪。虽然，有初时的抵触与迷茫，也有获得一些成效的喜悦，但也有很多的不足之处需要在以后的教学实践中逐渐弥补。总之，课程教学改革的实践探索是可取的，对于发挥学生在教学中的主体作用，调动学生学习的主观能动性和创造性，着力提高学生实践应用能力和创新能力具有很好的促进作用。
参考文献
[1] 国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定.国务院〔2010〕32号文.
[2] 湖北省教育厅关于申报第二批湖北省高等学校战略性新兴（支柱）产业人才培养计划项目的通知，鄂教高函〔2011〕14号文.
[3] 蔡增基，龙天渝.流体力学、泵与风机.中国建筑工业出版社，2009.
[4] K.W.Lee and Y.H.Liu.Theoretical study of aerosol filtration by fibrous filters， Aerosol Science and Technology， 1982.1：2，147-161.
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