流體力學(xué)課程創(chuàng )新教育的改革與探索

流體力學(xué)是過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課，是二年級上學(xué)期的核心課程，同時(shí)也是該專(zhuān)業(yè)其他六門(mén)課程傳熱學(xué)、熱工基礎、化工原理下、過(guò)程流體機械、計算流體力學(xué)和過(guò)程設備設計的先修課程。流體力學(xué)是2016 年江南大學(xué)課程建設項目，在近兩年的課程建設中，課題組在教師構成、教學(xué)內容，教學(xué)設計等方面進(jìn)行了一系列改革，在課程設計和建設方面，除了課題組的交流與探討外，“包裝工藝學(xué)”的課題組老師也給我們提供了一些好的建議與指導。而過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)流體力學(xué)課程的建設也為其他專(zhuān)業(yè)流體力學(xué)的課程建設提供了一定的示范與引導作用。
一 課程課程建設
流體力學(xué)主抓學(xué)生的探究、實(shí)踐、創(chuàng )新，強調教師的啟發(fā)、指導、點(diǎn)撥，注重學(xué)生學(xué)習知識的過(guò)程和思維能力的培養。其基本環(huán)節如下：導學(xué)－探究－精講－精練－拓展 。在教學(xué)過(guò)程中注意學(xué)科整體框架的導入，幫助學(xué)生學(xué)習遷移；引導學(xué)生對本學(xué)科的科學(xué)理論和實(shí)踐知識產(chǎn)生探索的興趣；選擇重點(diǎn)內容、關(guān)鍵內容精講；安排課后作業(yè)，提高分析計算能力；走入企業(yè)，開(kāi)展一線(xiàn)的實(shí)習實(shí)踐，提高感性認識。
1. 科技成果的引入
1）引入流體力學(xué)發(fā)展的前沿知識和理念；
2）引入有限元設計方法運用于流體力學(xué)計算；
3）引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到壓力、溫度、流量、液位等參數測量中。
2. 批判性教學(xué)環(huán)境的營(yíng)造
為了培養批判性創(chuàng )造性思維，在教學(xué)過(guò)程中嘗試建立鼓勵冒險、增強自信、氣氛寬松的學(xué)習環(huán)境。
1）強調以教師主導、以學(xué)生主體的教學(xué)理念；
2）鼓勵師生之間平等地進(jìn)行學(xué)術(shù)交流；
3）鼓勵學(xué)生提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣。

圖1 流體力學(xué)的課程銜接與地位
二 流體力學(xué)課程創(chuàng )新改革
( 一) 教師構成
本教學(xué)團隊6 人，均具有博士學(xué)位6 人，所占比例為100%；教授1 人，副教授2 人；年齡層分布合理， 50-59 歲1 人，所占比例為17%，40-49 歲1 人，所占比例為17%，30-39 歲3 人，所占比例為66%。
機械學(xué)院過(guò)程裝備系每屆有兩個(gè)班級，共有學(xué)生60 余人，師生比為1：12。其中，主講教師與學(xué)生比為1:20，輔導教師與學(xué)生比為1:15，實(shí)驗教師與學(xué)生比為1:20，分布較合理。優(yōu)良師資小班授課保證教學(xué)質(zhì)量，并增強了學(xué)生與教師的互動(dòng)。
本課程主講教師均為機械工程學(xué)院富有活力的骨干教師，他們的學(xué)歷層次高，并積極主動(dòng)地獻身于教學(xué)實(shí)踐，潛心鉆研教學(xué)方法改革，同時(shí)在科學(xué)研究上也取得突出成果。這支隊伍是一支生氣勃勃、積極努力、團結友愛(ài)的隊伍，幾位青年主講教師均已定為機械工程學(xué)院重點(diǎn)培養對象。在機械工程學(xué)院領(lǐng)導的支持下，努力為課程建設傾心奉獻。
（二） 課程內容改革
由于教學(xué)計劃調整，課程建設的流體力學(xué)課程教學(xué)學(xué)時(shí)是32 學(xué)時(shí)，其中教學(xué)28 學(xué)時(shí)，實(shí)驗4 學(xué)時(shí)， 學(xué)時(shí)減少，而且增加了實(shí)驗教學(xué)的比例。按照新的教學(xué)計劃，為了鍛煉學(xué)生理論與實(shí)際結合的能力，我們選用了蔡增基主編的《流體力學(xué)泵與風(fēng)機》。章節見(jiàn)圖1：

圖2 流力體的課程內容
（三） 課程設計體現
A. 教學(xué)過(guò)程的多樣化
教學(xué)過(guò)程是教與學(xué)的系統工程，系統中各組成部分的相互關(guān)系對教學(xué)效果有直接的影響。目前課程組織主要分為8 個(gè)環(huán)節，分別是理論講授、課堂討論、多媒體教學(xué)、習題加強訓練、實(shí)習實(shí)驗、現代軟件技術(shù)、手段應用和組織學(xué)生參加過(guò)程裝備大賽。
B. 實(shí)踐鏈式教學(xué)模式
以實(shí)踐教學(xué)為核心，設計和構建實(shí)踐鏈式教學(xué)模式。采用課堂討論、現場(chǎng)點(diǎn)評、課外實(shí)踐講授、綜合考核一體的輔導方法；以多媒體技術(shù)配合多種實(shí)驗為主要教學(xué)手段；建立教師引導、學(xué)生實(shí)踐為主的實(shí)訓模式，形成以學(xué)生為主導，教師為啟發(fā)，研究、合作、自主為主線(xiàn)的課外教學(xué)輔導方法；本課程組所有教師與實(shí)驗人員全程參與學(xué)生的課外輔導。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，大幅度增加課外實(shí)踐的實(shí)習活動(dòng)、創(chuàng )新活動(dòng)，培養學(xué)生的創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力，強化學(xué)生的動(dòng)手能力。
C. 現代手段的引用
引導學(xué)生運用COMSOL 和fLUENT 軟件進(jìn)行模擬與仿真，安排教學(xué)內容與形式，充分發(fā)揮CFD 軟件在流體力學(xué)教學(xué)中的3 種功能。（1）軟件模擬結果的演示功能。流體力學(xué)課程中，很多內容都可以用FULENT 進(jìn)行模擬、演示；軟件操作對學(xué)生學(xué)習興趣的引導功能。教師在課堂上簡(jiǎn)單介紹軟件的基本思想、用途及簡(jiǎn)單操作等相關(guān)知識，使學(xué)生對流動(dòng)計算的相關(guān)軟件有所了解，增加學(xué)習的興趣。實(shí)踐表明，很多學(xué)生希望在課后能夠了解、學(xué)習相關(guān)軟件，并積極參與大學(xué)生創(chuàng )新性計劃項目，實(shí)踐創(chuàng )新能力得到了很大的提高。（2）軟件解決科研問(wèn)題的應用功能。結合教師的科研工作，通過(guò)引入CFD軟件解決實(shí)際科研問(wèn)題的應用實(shí)例，比如食品攪拌機械中流體的運動(dòng)狀態(tài)與粒子追蹤，將以CFD 軟件為工具解決實(shí)際科研問(wèn)題的教學(xué)案例，有機融合到課堂教學(xué)之中。
D. 通過(guò)課程教學(xué)設計，課題組也相應的調整了教學(xué)方法學(xué)生參與相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng )新活動(dòng)和競賽增加，除了每年的國家大學(xué)生創(chuàng )新設計的參加人數增加外，課題組教師近兩年積極參過(guò)全國過(guò)程裝備大賽和節能大賽，更多的學(xué)生積極參與其中并受益頗多。
E. 通過(guò)習題的訓練，學(xué)生對知識的掌握更加牢靠。
F. 課外的實(shí)習訓練增加了學(xué)生的知識的掌握，并開(kāi)闊了視野。
大作業(yè)的擴展訓練，學(xué)生在查閱文獻并整理，歸納，鍛煉了學(xué)生獨立解決問(wèn)題的能力。

圖3 流體力學(xué)課程創(chuàng )新教育改革建設
三 在同類(lèi)課程中的示范作用
化工原理( 上) 包含流體力學(xué)和傳熱學(xué)，化工原理（下）在二年級下學(xué)期講解，所以流體力學(xué)是化工原理( 下) 的先期課程；流體力學(xué)同時(shí)還是專(zhuān)科基礎課過(guò)程流體機械、傳熱學(xué)，計算流體力學(xué)和過(guò)程設備設計的先期課程。流體力學(xué)的教學(xué)改革與實(shí)踐成效可以為其他課程提供一定的堅實(shí)基礎，并具有一定的指導和示范租用。具體體現在：
（一） 教學(xué)形式多元開(kāi)放互動(dòng)形式
采用小組討論，章節討論，項目參與實(shí)踐等開(kāi)放、協(xié)作、自主的學(xué)習氛圍，提高學(xué)生的學(xué)習興趣，并加深課程的理解。據統計，過(guò)程1501 與過(guò)程1601參與大創(chuàng )的人數多余2/3，學(xué)生積極參與大創(chuàng )與高數競賽，獲得全國過(guò)程裝備大賽等獎項。
（二） 結合課程與教師科研的現代軟件的引用
充分發(fā)揮CFD 軟件在流體力學(xué)教學(xué)中的３種功能，運用COMSOL 和fLUENT 軟件進(jìn)行模擬與仿真。目前，過(guò)程1501 和過(guò)程1601 中每班接觸軟件模擬與仿真，并實(shí)際參與到老師項目的學(xué)生達到1/3，使用CFD 軟件為工具解決實(shí)際科研問(wèn)題的教學(xué)案例，有機融合到課堂教學(xué)和教師科研中，學(xué)生掌握新技能的同時(shí)，提高了解決實(shí)踐問(wèn)題的能力。
流體力學(xué)課程在過(guò)程1501 和過(guò)程1601 的實(shí)踐教學(xué)探討中，學(xué)生對知識的掌握更加牢靠；學(xué)生的獨立分析能力，解決問(wèn)題和團隊協(xié)作能力提升；該課程的教學(xué)形式、實(shí)踐鏈式教學(xué)模式、軟件輔助教學(xué)也為其他相關(guān)課程及兄弟高校課程建設提供了一定的借鑒經(jīng)驗和示范作用。