流體力學(xué)課程創(chuàng)新教育的改革與探索

流體力學(xué)是過程裝備與控制工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是二年級上學(xué)期的核心課程，同時也是該專業(yè)其他六門課程傳熱學(xué)、熱工基礎(chǔ)、化工原理下、過程流體機(jī)械、計算流體力學(xué)和過程設(shè)備設(shè)計的先修課程。流體力學(xué)是2016 年江南大學(xué)課程建設(shè)項(xiàng)目，在近兩年的課程建設(shè)中，課題組在教師構(gòu)成、教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)設(shè)計等方面進(jìn)行了一系列改革，在課程設(shè)計和建設(shè)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(dǎo)。而過程裝備與控制工程專業(yè)流體力學(xué)課程的建設(shè)也為其他專業(yè)流體力學(xué)的課程建設(shè)提供了一定的示范與引導(dǎo)作用。
一 課程課程建設(shè)
流體力學(xué)主抓學(xué)生的探究、實(shí)踐、創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)教師的啟發(fā)、指導(dǎo)、點(diǎn)撥，注重學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程和思維能力的培養(yǎng)。其基本環(huán)節(jié)如下：導(dǎo)學(xué)－探究－精講－精練－拓展 。在教學(xué)過程中注意學(xué)科整體框架的導(dǎo)入，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)遷移；引導(dǎo)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(nèi)容、關(guān)鍵內(nèi)容精講；安排課后作業(yè)，提高分析計算能力；走入企業(yè)，開展一線的實(shí)習(xí)實(shí)踐，提高感性認(rèn)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(shè)計方法運(yùn)用于流體力學(xué)計算；
3）引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)測量中。
2. 批判性教學(xué)環(huán)境的營造
為了培養(yǎng)批判性創(chuàng)造性思維，在教學(xué)過程中嘗試建立鼓勵冒險、增強(qiáng)自信、氣氛寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。
1）強(qiáng)調(diào)以教師主導(dǎo)、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)生提出問題、解決問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(gòu)成
本教學(xué)團(tuán)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(jī)械學(xué)院過程裝備系每屆有兩個班級，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(dǎo)教師與學(xué)生比為1:15，實(shí)驗(yàn)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(qiáng)了學(xué)生與教師的互動。
本課程主講教師均為機(jī)械工程學(xué)院富有活力的骨干教師，他們的學(xué)歷層次高，并積極主動地獻(xiàn)身于教學(xué)實(shí)踐，潛心鉆研教學(xué)方法改革，同時在科學(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(tuán)結(jié)友愛的隊伍，幾位青年主講教師均已定為機(jī)械工程學(xué)院重點(diǎn)培養(yǎng)對象。在機(jī)械工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的支持下，努力為課程建設(shè)傾心奉獻(xiàn)。
（二） 課程內(nèi)容改革
由于教學(xué)計劃調(diào)整，課程建設(shè)的流體力學(xué)課程教學(xué)學(xué)時是32 學(xué)時，其中教學(xué)28 學(xué)時，實(shí)驗(yàn)4 學(xué)時， 學(xué)時減少，而且增加了實(shí)驗(yàn)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(jié)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(jī)》。章節(jié)見圖1：

圖2 流力體的課程內(nèi)容
（三） 課程設(shè)計體現(xiàn)
A. 教學(xué)過程的多樣化
教學(xué)過程是教與學(xué)的系統(tǒng)工程，系統(tǒng)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 個環(huán)節(jié)，分別是理論講授、課堂討論、多媒體教學(xué)、習(xí)題加強(qiáng)訓(xùn)練、實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代軟件技術(shù)、手段應(yīng)用和組織學(xué)生參加過程裝備大賽。
B. 實(shí)踐鏈?zhǔn)浇虒W(xué)模式
以實(shí)踐教學(xué)為核心，設(shè)計和構(gòu)建實(shí)踐鏈?zhǔn)浇虒W(xué)模式。采用課堂討論、現(xiàn)場點(diǎn)評、課外實(shí)踐講授、綜合考核一體的輔導(dǎo)方法；以多媒體技術(shù)配合多種實(shí)驗(yàn)為主要教學(xué)手段；建立教師引導(dǎo)、學(xué)生實(shí)踐為主的實(shí)訓(xùn)模式，形成以學(xué)生為主導(dǎo)，教師為啟發(fā)，研究、合作、自主為主線的課外教學(xué)輔導(dǎo)方法；本課程組所有教師與實(shí)驗(yàn)人員全程參與學(xué)生的課外輔導(dǎo)。在實(shí)踐教學(xué)過程中，大幅度增加課外實(shí)踐的實(shí)習(xí)活動、創(chuàng)新活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，強(qiáng)化學(xué)生的動手能力。
C. 現(xiàn)代手段的引用
引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用COMSOL 和fLUENT 軟件進(jìn)行模擬與仿真，安排教學(xué)內(nèi)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(jié)果的演示功能。流體力學(xué)課程中，很多內(nèi)容都可以用FULENT 進(jìn)行模擬、演示；軟件操作對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的引導(dǎo)功能。教師在課堂上簡單介紹軟件的基本思想、用途及簡單操作等相關(guān)知識，使學(xué)生對流動計算的相關(guān)軟件有所了解，增加學(xué)習(xí)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(xí)相關(guān)軟件，并積極參與大學(xué)生創(chuàng)新性計劃項(xiàng)目，實(shí)踐創(chuàng)新能力得到了很大的提高。（2）軟件解決科研問題的應(yīng)用功能。結(jié)合教師的科研工作，通過引入CFD軟件解決實(shí)際科研問題的應(yīng)用實(shí)例，比如食品攪拌機(jī)械中流體的運(yùn)動狀態(tài)與粒子追蹤，將以CFD 軟件為工具解決實(shí)際科研問題的教學(xué)案例，有機(jī)融合到課堂教學(xué)之中。
D. 通過課程教學(xué)設(shè)計，課題組也相應(yīng)的調(diào)整了教學(xué)方法學(xué)生參與相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新活動和競賽增加，除了每年的國家大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的參加人數(shù)增加外，課題組教師近兩年積極參過全國過程裝備大賽和節(jié)能大賽，更多的學(xué)生積極參與其中并受益頗多。
E. 通過習(xí)題的訓(xùn)練，學(xué)生對知識的掌握更加牢靠。
F. 課外的實(shí)習(xí)訓(xùn)練增加了學(xué)生的知識的掌握，并開闊了視野。
大作業(yè)的擴(kuò)展訓(xùn)練，學(xué)生在查閱文獻(xiàn)并整理，歸納，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。

圖3 流體力學(xué)課程創(chuàng)新教育改革建設(shè)
三 在同類課程中的示范作用
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)同時還是?？苹A(chǔ)課過程流體機(jī)械、傳熱學(xué)，計算流體力學(xué)和過程設(shè)備設(shè)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(chǔ)，并具有一定的指導(dǎo)和示范租用。具體體現(xiàn)在：
（一） 教學(xué)形式多元開放互動形式
采用小組討論，章節(jié)討論，項(xiàng)目參與實(shí)踐等開放、協(xié)作、自主的學(xué)習(xí)氛圍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并加深課程的理解。據(jù)統(tǒng)計，過程1501 與過程1601參與大創(chuàng)的人數(shù)多余2/3，學(xué)生積極參與大創(chuàng)與高數(shù)競賽，獲得全國過程裝備大賽等獎項(xiàng)。
（二） 結(jié)合課程與教師科研的現(xiàn)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(yùn)用COMSOL 和fLUENT 軟件進(jìn)行模擬與仿真。目前，過程1501 和過程1601 中每班接觸軟件模擬與仿真，并實(shí)際參與到老師項(xiàng)目的學(xué)生達(dá)到1/3，使用CFD 軟件為工具解決實(shí)際科研問題的教學(xué)案例，有機(jī)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，提高了解決實(shí)踐問題的能力。
流體力學(xué)課程在過程1501 和過程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(dú)立分析能力，解決問題和團(tuán)隊協(xié)作能力提升；該課程的教學(xué)形式、實(shí)踐鏈?zhǔn)浇虒W(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(shè)提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)和示范作用。