流體力學(xué)教學(xué)革新的建議范文

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1998年國(guó)家教育部對(duì)本科專業(yè)進(jìn)行了調(diào)整，將過(guò)去的供熱通風(fēng)及空調(diào)工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱暖通專業(yè)）與燃?xì)夤こ虒I(yè)合并為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱建環(huán)專業(yè)）。過(guò)去暖通專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容主要是涉及建筑本體的供熱、通風(fēng)及空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、施工、管理等，如今新專業(yè)要求對(duì)建筑內(nèi)部各個(gè)環(huán)境進(jìn)行綜合了解，包括建筑的水、暖、電、光、聲、能環(huán)境。調(diào)整后的建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)應(yīng)培養(yǎng)具備室內(nèi)環(huán)境設(shè)備系統(tǒng)及建筑公共設(shè)施系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、運(yùn)行管理能力和特殊環(huán)境及其設(shè)備的研發(fā)能力的高級(jí)工程技術(shù)人才。[1]因此新專業(yè)的成立意味著專業(yè)內(nèi)涵的拓寬和對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的更高標(biāo)準(zhǔn)，這必將帶來(lái)專業(yè)課程建設(shè)和人才培養(yǎng)方面的變革。流體力學(xué)是建環(huán)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課之一，這門(mén)課程不僅理論性強(qiáng)，而且與工程實(shí)踐結(jié)合緊密。該課程的教學(xué)質(zhì)量好壞直接關(guān)系到學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，甚至影響到他們就業(yè)后對(duì)專業(yè)知識(shí)的靈活運(yùn)用。專業(yè)合并后的建環(huán)專業(yè)的課程體系也相應(yīng)發(fā)生了變化，流體力學(xué)課程的教學(xué)改革也勢(shì)在必行，這關(guān)系到學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，是當(dāng)前專業(yè)教學(xué)改革的重點(diǎn)。

一、當(dāng)前教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

提到力學(xué)，多數(shù)學(xué)生會(huì)覺(jué)得很難，這種先入為主的感覺(jué)會(huì)使學(xué)生對(duì)這門(mén)課程產(chǎn)生很大的抵觸情緒，不愿意學(xué)。再加上同時(shí)開(kāi)設(shè)的工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)等重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課，越發(fā)加重了學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)。另外，流體力學(xué)課程習(xí)題量大，需要學(xué)生花費(fèi)大量課余時(shí)間復(fù)習(xí)和做題，就更加影響學(xué)生對(duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)興趣。因此如何幫助學(xué)生克服對(duì)本課程的畏難情緒，激發(fā)他們學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣，是提高教學(xué)質(zhì)量的首要因素，也是教學(xué)改革的目標(biāo)之一。

2.教學(xué)方式單一，課堂氣氛死板

現(xiàn)在是信息社會(huì)，對(duì)人才的要求很高，這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中按照“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)”的目標(biāo)[2]進(jìn)行專業(yè)人才的培養(yǎng)，這對(duì)傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式是一種挑戰(zhàn)。另一方面，隨著課時(shí)與學(xué)分制的掛鉤，學(xué)時(shí)被普遍壓縮，這也給課堂教學(xué)帶來(lái)很大的壓力。眾所周知，傳統(tǒng)的教學(xué)方式把很多時(shí)間用在了繪圖和板書(shū)上，無(wú)形中縮減了教與學(xué)的時(shí)間，教師要想在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，就必須加快講課節(jié)奏，刪減授課內(nèi)容，或者占用習(xí)題課或?qū)嶒?yàn)課的時(shí)間，這些都將導(dǎo)致這門(mén)課程的信息量不夠，而且學(xué)生也沒(méi)有機(jī)會(huì)及時(shí)消化所學(xué)的理論知識(shí)，更談不上舉一反三了。同時(shí)，“一言堂”式的教學(xué)方法使得課堂氣氛死板，學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣銳減，也影響了教學(xué)質(zhì)量。

3.理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的脫節(jié)

在流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)起著不可替代的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，幫助學(xué)生更好的理解理論知識(shí)，而且可以啟發(fā)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的創(chuàng)新性應(yīng)用[3]，很多學(xué)校不重視實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)完全放在理論教學(xué)之后甚至放在考試之后集中完成，大大降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。

二、課程教學(xué)改革的基本內(nèi)容

1.傳統(tǒng)教學(xué)方式與多媒體相結(jié)合

在現(xiàn)在的流體力學(xué)教學(xué)中，黑板加粉筆的教學(xué)方式是很多高校教師仍然采用的教學(xué)方式。這種方式對(duì)于公式的推導(dǎo)、例題的計(jì)算效果很好，但是在流體力學(xué)的教學(xué)中需要輔以很多圖片，如果全用板書(shū)來(lái)講，必然花費(fèi)很多時(shí)間。傳統(tǒng)的教學(xué)方法無(wú)法滿足教師在教學(xué)中的信息量，當(dāng)然也不能完全脫離板書(shū)，畢竟公式的推導(dǎo)，例題和習(xí)題的講解用板書(shū)的效果要優(yōu)于多媒體。在講緒論部分內(nèi)容時(shí)可以介紹流體力學(xué)的發(fā)展史及流體力學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活和工程實(shí)踐中應(yīng)用的實(shí)例，如果單純用板書(shū)講，會(huì)很枯燥，達(dá)不到啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的，如果輔以多媒體，結(jié)合圖片、短片、動(dòng)畫(huà)來(lái)講就會(huì)有很好的效果。所以筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將傳統(tǒng)的教學(xué)方式與多媒體教學(xué)方式很好的結(jié)合起來(lái)。

2.理論知識(shí)與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合

流體力學(xué)這門(mén)課程不僅理論性很強(qiáng)，而且和工程實(shí)踐結(jié)合的非常緊密。該課程是后繼專業(yè)課程的重要理論基礎(chǔ)，所以將相關(guān)專業(yè)知識(shí)穿插在流體力學(xué)課程中進(jìn)行介紹有很多好處。首先，可以幫助學(xué)生加深對(duì)專業(yè)的理解。流體力學(xué)課一般在第五學(xué)期開(kāi)設(shè)，此時(shí)學(xué)生已結(jié)束公共基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，開(kāi)始了專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)。調(diào)查表明很多學(xué)生此時(shí)對(duì)專業(yè)還處在迷茫的狀態(tài)，不知道建環(huán)專業(yè)具體是做什么的，自己將來(lái)能干什么。在流體力學(xué)課程的教學(xué)中采用理論知識(shí)與專業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合進(jìn)行講解的授課方式可以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)加深對(duì)專業(yè)的了解。再者，學(xué)生了解了專業(yè)也就有了學(xué)習(xí)的方向和動(dòng)力，自然有助于提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。比如在講授流體的熱脹性時(shí)，介紹采暖系統(tǒng)膨脹水箱的作用及系統(tǒng)膨脹水量的計(jì)算方法，使學(xué)生既掌握了液體熱脹性的計(jì)算公式，又了解了自然循環(huán)采暖系統(tǒng)的基本原理。再比如，在講授伯努利方程的應(yīng)用時(shí)，可以介紹水泵揚(yáng)程的計(jì)算方法和建環(huán)專業(yè)水泵的適用場(chǎng)合，使學(xué)生明白水泵是建環(huán)專業(yè)最重要的設(shè)備之一。在學(xué)生學(xué)習(xí)管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)這部分內(nèi)容時(shí)，可以結(jié)合采暖系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)或消防給水系統(tǒng)同時(shí)學(xué)習(xí)，畢竟這些系統(tǒng)在北方城市是到處可見(jiàn)的。在介紹氣體射流知識(shí)的時(shí)候可以結(jié)合空調(diào)房間的氣流組織進(jìn)行介紹等等。

3.理論流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)與實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)在教學(xué)中的結(jié)合

研究流體力學(xué)方法有理論分析的方法、數(shù)值分析的方法和實(shí)驗(yàn)研究的方法，在流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究中，三種方法相輔相成。但是在教學(xué)中，我們往往更多的是強(qiáng)調(diào)理論的重要性，而忽視了計(jì)算流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)對(duì)理論學(xué)習(xí)的幫助。應(yīng)當(dāng)充分將計(jì)算流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的部分補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，這樣才會(huì)使整個(gè)課程內(nèi)容豐滿，也可以擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)其解決問(wèn)題的能力。

（1）理論流體力學(xué)與計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)合

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和數(shù)值計(jì)算技術(shù)的不斷提高，計(jì)算流體力學(xué)（CFD—ComputationalFluidDynamics）技術(shù)得到了空前的發(fā)展，CFD技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)模擬流場(chǎng)內(nèi)的溫度、速度和壓力的分布情況，可以較好地模擬流體的流動(dòng)過(guò)程和傳熱過(guò)程以及污染物的擴(kuò)散過(guò)程等，因此被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。建環(huán)專業(yè)涉及大量與流動(dòng)相關(guān)的問(wèn)題，因此也不例外。可以用CFD技術(shù)模擬空調(diào)房間的氣流組織和溫度分布，模擬水和空氣在管道內(nèi)的流動(dòng)情況，模擬火災(zāi)時(shí)建筑內(nèi)煙氣的流動(dòng)規(guī)律。在CFD領(lǐng)域，目前世界上最具有代表性的計(jì)算商用軟件有PHOENICS（英國(guó)）、CFX（美國(guó)）、FLUENT（美國(guó)）、STAR-CD（日本），這些軟件均采用經(jīng)典的流體理論和通用流體計(jì)算程序作為模型的核心，并提供豐富的計(jì)算方法處理湍流流動(dòng)，具有強(qiáng)大的前后處理功能。這些新技術(shù)的發(fā)展對(duì)流體力學(xué)課程的教學(xué)提出了新的要求。在流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中除了重點(diǎn)講授理論流體力學(xué)的知識(shí)外，應(yīng)當(dāng)增加計(jì)算流體力學(xué)的知識(shí)，一方面可以增加信息量，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和今后的發(fā)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)，另一方面可以用CFD技術(shù)模擬簡(jiǎn)單的流動(dòng)規(guī)律和流動(dòng)現(xiàn)象，幫助學(xué)生加深對(duì)流體理論知識(shí)的理解，起到相互促進(jìn)的作用。圖1是用CFD技術(shù)模擬的簡(jiǎn)單流動(dòng)現(xiàn)象，（a）圖驗(yàn)證了圓管中的層流運(yùn)動(dòng)，證明斷面流速為旋轉(zhuǎn)拋物面。（b）圖給出了流體經(jīng)過(guò)彎管時(shí)的斷面壓強(qiáng)分布規(guī)律，充分說(shuō)明了離心力的作用是彎管中產(chǎn)生渦旋的主要原因。可以將這些模擬結(jié)果通過(guò)多媒體展示給學(xué)生，讓他們?cè)谡莆绽碚摰耐瑫r(shí)增加感性的認(rèn)識(shí)，可以很好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。圖1只是兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子，流體力學(xué)中有很多例子可以通過(guò)數(shù)值計(jì)算和模擬穿插在教學(xué)過(guò)程中，得到很好的效果。

（2）授課與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合

與流體力學(xué)課程相結(jié)合的有8個(gè)主要實(shí)驗(yàn)，分別是能量方程實(shí)驗(yàn)、總水頭線實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)、畢托管實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)、沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)以及孔口出流實(shí)驗(yàn)。另外還有諸如流線、繞流等演示實(shí)驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)將這些實(shí)驗(yàn)的教學(xué)進(jìn)度與理論的教學(xué)進(jìn)度很好地結(jié)合，任課教師和實(shí)驗(yàn)教師共同指導(dǎo)，與學(xué)生形成很好的互動(dòng)，及時(shí)啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分啟發(fā)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的創(chuàng)造性理解，同時(shí)鍛煉其動(dòng)手能力。實(shí)踐證明這樣做不僅可以提高學(xué)生的興趣，還可以有意識(shí)的培養(yǎng)其觀察流體現(xiàn)象的能力和分析解決問(wèn)題的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

流體力學(xué)是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課之一，該課程的教學(xué)改革必須不斷深入，才能為培養(yǎng)新世紀(jì)綜合型建環(huán)專業(yè)人才奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。