【摘要】工程流体力学是能源动力、机械、水利等专业本科生的必修基础课程。本文针对学院在工程流体力学本科教学中存在的问题开展分析，结合课程特点、授课经验，从教学手段、课后读物、相关课程修习以及作业形式等方面提出了该课程教学的改进和应对措施。

【关键词】工程流体力学 教学 改革

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）32-0223-02

流体力学是力学学科的重要分支，主要研究流体的运动规律及动力学特性，涉及水利、能源、机械等多个领域。根据应用领域的不同，流体力学可分为工程流体力学、理论流体力学等分支，其中工程流体力学主要针对能源动力、机械、水利等专业开设，是相关专业本科生的必修课程。工程流体力学基于流体力学基本理论知识，注重相关理论在实际工程问题的应用，例如管路设计、流动损失计算等方面，课程本身具有一定难度。针对工程流体力学的教学，很多学者在该课程教学过程及教学手段方面进行了研究[1-3]。

1.工程流体力学课程概况

1.1 课程内容

工程流体力学是能源动力等专业的基础课程，主要着眼于实际工程问题中所涉及的流体流动、流体与固体间相互作用等方面。该课程所需预备知识较多，学生需具备包括高等数学、场论与矢量分析、以及工程热力学等方面的理论知识。工程流体力学的研究对象为流体，在大多數情况下，需要基于欧拉体系，采用控制体分析法对相关问题开展研究，与学生先前所学的力学课程有明显区别。

在笔者工作的上海理工大学，工程流体力学的教学内容包括：流体的特点、流体静力学、流体流动特性、流体动力学、不可压缩流体的内部流动及外部流动，可压缩流体的一元流动、相似原理及量纲分析等方面，此外还包括4学时上机实践环节。

1.2 教学过程中存在的问题

笔者在担任工程流体力学课程助教期间，对所授专业的学生及授课教师进行了调研，并结合课堂教学过程的观察，总结了目前教学过程中存在的问题。

（1）理论知识点的教学难度较大，学生接受能力有限。工程流体力学课程中含有大量抽象概念，例如拉格朗日描述与欧拉描述、Navier-Stockes方程、雷诺输运定理以及流体湍流脉动理论等内容，具有较强的理论性和抽象性，学生普遍接受效果不理想。笔者分析有以下几点原因：首先，学生在学习本课程之前，高等数学、偏微分方程等相关知识掌握不扎实。工程流体力学课程具有较强的理论性，例如连续性方程，伯努利方程及动量方程的推导过程，学生需具备扎实的数学基础才能较好地理解。其次，相关课程的设置有待改进，在学习工程流体力学之前，应要求学生预先修完场论与矢量分析，使得学生能够更好地理解流体力学的相关思想。

（2）上机实践环节教学效果不理想。在笔者工作的上海理工大学能源与动力工程学院，工程流体力学的课程教学内容中还涵盖4学时上机实践环节，其内容主要包括计算流体力学软件Fluent的简易操作，要求学生完成后台阶流动的二维建模及数值模拟。然而，从4学时上机环节观察，学生对于软件的操作方式接受效果不佳，甚至无法完成“点—线—面”的建模工作；而在计算环节，对于边界条件设置，湍流模型选取等工作，学生的接受程度也有待于提升。造成这种现象的原因，笔者归结为对于计算流体力学思想的陌生，在之前本科阶段的学习中，学生并未接触到相关软件，因此对于“网格”、“前处理”等专业术语不熟悉。通过计算流体力学课程的学习，学生或许可以具备操作相关软件的能力。

（3）学生主动学习的态度有待提高。从课堂教学过程观察，参与本课程学习的学生在主动学习方面存在不足，对于课程中较难理解和掌握的知识点未能做到及时复习，与授课教师之间也缺乏反馈交流。这其实是一个较为普遍的现象，大部分学生在经历十二年应试教育后通过高考进入高校，无法适应高校教学与初等学校教学之间的差异，无法做到主动学习相关专业知识。事实上，高校教学要求授课教师与学生之间的相互配合，在教授讲授知识点的同时，学生也需要自主学习相关知识点，对于工程流体力学这类理论性与应用性均较强的课程，尤其如此。

2.教学方法改进及应对措施

在工程流体力学教学过程中，可以对教学方法做出适当调整，以激发学生学习的积极性。在目前课堂教学高度信息化、多媒体化的大背景下，如何运用现代化的教学手段取得理想的教学效果，对于工程流体力学的课堂教学，具有极其重要的意义。

首先，采用多元化的教学手段，活跃课堂气氛。如前所述，工程流体力学具有较强的理论性和抽象性，如果采用传统的课堂教学方法，虽然可以完成教学大纲规定的内容，然而教学效果难以保证，而学生对于纯理论性的解释，公式推导等内容的接受度相对有限。如果能用多媒体技术丰富教学内容，则可以使学生的注意力集中时间延长。此外，如条件允许，可以在课堂教学环节穿插一些简易实验，以便引出课程相应的知识点。例如，在讲解层流及湍流问题时，可以搭建简易的雷诺实验系统，或直接让学生操作，使其更直观地观察到不同条件下流体的流动状态。

其次，采用多形式的课外读物。在工科专业课程的学习中，仅凭对课程教材的阅读较难掌握该门课程的知识点，还需要在课外阅读相关的书籍。对于工程流体力学而言，课本知识本身具有较强的理论性，对于学生而言较难理解，如果能够提供较为通俗性的课外读物，可以帮助学生更好地理解较抽象的知识点。文献[4]以漫画的形式介绍了流体力学的基本概念，对于本科阶段工程流体力学的教学而言，或许是较为合适的课外读物。

第三，对流体力学相关的课程修习顺序进行一定调整。如前所述，工程流体力学具有较强的理论性，部分知识点较为抽象，例如粘性应力张量等概念，需要结合场论与矢量分析课程的学习才能较好地掌握。因此，对于工程流体力学相关课程的修习计划需进行调整，将场论与矢量分析、计算流体力学等课程与工程流体力学在同一时间开设，通过结合相关课程，使学生能够较全面地理解工程流体力学课程的相关知识点。

第四，丰富课后作业的形式。对于相关专业的本科学生，工程流体力学是重要的专业基础课，仅仅掌握课后习题的解答不利于今后在相关专业领域的发展。因此，在课后习题之外，教师可分配一些思考类的作业，使学生在课后能够主动回顾相关知识点，而不仅局限于解题及应试。

3.结束语

工程流体力学是大多数工科专业本科生的必修课，从目前学生对流体力学相关知识的掌握情况以及课堂教学过程观察，工程流体力学的教学效果不理想。本文在总结工程流体力学教学过程中存在的，从教学手段、课外读物、课程休息计划以及课后作业形式四个方面提出了针对性的教学方法与应对措施，使得学生通过该课程的学习，能够扎实地掌握工程流体力学的相关知识，并能熟练运用相关理论解决实际工程应用中的相关问题。

参考文献：

[1]李小川，黄庠永. 工程流体力学教学改革模式的探索与实践[J]. 中国现代教育装备，2012，（19）：61-62+67.

[2]李小川，田萌. “工程流体力学”教学调查研究与改革探索[J]. 中国电力教育，2012，（23）：47+55.

[3]庞赟佶，陈俊俊，陈义胜等. 关于工程流体力学教学过程中的几点思考[J]. 教育教学论坛，2015，（45）：143-144.

[4]武居昌宏. 漫画流体力学[M]. 北京：科学出版社，2010.

作者简介：

方奕栋（1986-），男，博士，上海理工大学讲师，目前担任本科课程工程流体力学的教学工作，研究方向：新能源汽车热管理。