行業(yè)類非重點高校“高等流體力學(xué)”課程教學(xué)的探討-最新資料

1、行業(yè)類非重點高?！案叩攘黧w力學(xué)”課程教學(xué)的探討基金項目：本文系上海電力學(xué)院研究生學(xué)位課程建設(shè)項目（項目編號： YKJ-2012004）的研究成果。2007 年，上海電力學(xué)院（以下簡稱“我?！保崮芄こ潭墝W(xué)科首次招生，“高等流體力學(xué)”首次開課，授課人數(shù)20 余人，隨后幾年間授課人數(shù)逐年增長。2012 年我校動力工程與工程熱物理一級學(xué)科又增設(shè)了工程熱物理、動力機械及工程兩個二級學(xué)科， “高等流體力學(xué)”授課范圍擴大的同時，授課人數(shù)也增加到 60 余人。但是鑒于我校研究生數(shù)量較少、研究生培養(yǎng)歷史較短以及師資力量相對薄弱等方面的原因，課程教學(xué)的教材只能選用已有的教材。 在組織教學(xué)內(nèi)容的過程中發(fā)現(xiàn)， 大

2、多數(shù)教材普遍存在一些問題， 如過于強調(diào)基本理論、 對數(shù)學(xué)知識的要求偏高、工程應(yīng)用方面涉獵很少， 或者有些工程學(xué)科專業(yè)的相關(guān)研究生教材又往往缺乏理論深度， 工程應(yīng)用背景針對性強， 有的強調(diào)高速氣動、有的強調(diào)水動葉柵流動、 有的強調(diào)渦動力學(xué)等等。 鑒于此，作為行業(yè)類非重點高校， 在“高等流體力學(xué)”課程的教學(xué)中有必要結(jié)合我校電力特色進行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的研究和探討。一、課程教材的調(diào)研為了能更好地做好此次教學(xué)研究工作， 課程組首先對高校相關(guān)研究生專業(yè)的“高等流體力學(xué)”教材進行了調(diào)研， 分別對清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、 華北電力大學(xué)、 東北電力大學(xué)等國內(nèi)若

3、干所大學(xué)相關(guān)課程的教材及內(nèi)容做了簡單分析。從調(diào)研情況看，所有高校都對流體力學(xué)的基本理論很重視，主要教學(xué)內(nèi)容均包括了流動的基本概念和基本方程、流體運動學(xué)、勢流理論、渦旋流動、理想流體流動、粘性流體流動等，目的是使研究生通過學(xué)習(xí)流體的運動規(guī)律， 掌握研究流動的方法進而分析解決實際的工程流動問題。 同時，各高校的教材和主要教學(xué)參考書還注重與自身學(xué)科研究方向的結(jié)合， 課程的某些重點內(nèi)容與培養(yǎng)方向相接軌，突出了自身的特色。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，“高等流體力學(xué)”作為研究生學(xué)位課， 其教學(xué)內(nèi)容在注重理論基礎(chǔ)的同時，還必須要與自身的相關(guān)學(xué)科研究方向相結(jié)合， 在注重通用理論的基礎(chǔ)上，形成自己的特色。二、我校授課對象的情

4、況分析做好此次的教學(xué)研究工作， 還必須對我校的授課對象有一個清楚的認(rèn)識。目前，“高等流體力學(xué)”已列為本校工程熱物理、熱能工程、 動力機械及工程三個二級學(xué)科的研究生學(xué)位課程。 盡管上述三個二級學(xué)科涉及能源、動力、機械等寬廣的工程領(lǐng)域，但結(jié)合我校的電力特色， 這三個二級學(xué)科主要是為電力行業(yè)培養(yǎng)高級的專業(yè)人才，而在電力行業(yè)中流動現(xiàn)象多存在于流體機械、動力機械、換熱設(shè)備、容器、管道等部件，因此，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)在透徹講解流體力學(xué)微分方程組的基礎(chǔ)上，注重聯(lián)系工程實際，偏重于講解流體在上述部件中的流動以及與這些部件間的相互作用。研究生生源的實際情況也是教學(xué)過程中需要考慮的因素。 到目前為止， 我校共招收 6

5、 屆研究生， 通過向歷屆學(xué)生了解發(fā)現(xiàn)有以下情況存在：部分同學(xué)跨專業(yè)（如：數(shù)學(xué)專業(yè)、電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)、計算機與信息專業(yè)等）考入學(xué)校，本科階段沒有學(xué)習(xí)過“工程流體力學(xué)”課程； 即使是研究生與本科專業(yè)背景相同的同學(xué)，他們也普遍認(rèn)為”工程流體力學(xué)”較難， 碩士入學(xué)考試時，大都不選考“工程流體力學(xué)”，這也使得他們可能在大三、甚至大二學(xué)完以后， 再也沒有系統(tǒng)地梳理過流體力學(xué)知識。 由于各高校專業(yè)方向的側(cè)重點不同， 大部分同學(xué)對電力行業(yè)內(nèi)的流體知識也不是特別了解； 考入學(xué)校的學(xué)生多數(shù)為調(diào)劑生， 入學(xué)成績整體不高。 這些情況都表明， 我校碩士研究生入學(xué)時的流體力學(xué)知識基礎(chǔ)相對比較薄弱， 需要在授課過程中

6、講授深層次新知識的同時，及時地對基礎(chǔ)知識進行回顧和提醒。三、教學(xué)內(nèi)容的組織基于以上的調(diào)研和分析， 課程組首先對教材進行了選取， 對教學(xué)內(nèi)容進行了組織。1. 教學(xué)目標(biāo)的明確“高等流體力學(xué)”是為工程熱物理、熱能工程以及動力機械與工程專業(yè)研究生設(shè)置的專業(yè)學(xué)位課程。根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合長期本科教學(xué)的經(jīng)驗，確定了課程的教學(xué)目標(biāo)：通過對流體力學(xué)的基本概念、基本方程、理想不可壓縮流體的流動、粘性不可壓縮流體的流動、層流邊界層與紊流流動、理想可壓縮流體等內(nèi)容的學(xué)習(xí)， 深化學(xué)生對流體力學(xué)基本內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的理論水平， 為相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、課題的研究及論文的撰寫打好理論基礎(chǔ)。2. 教材的選用“高等

7、流體力學(xué)”是動力工程及工程熱物理學(xué)科的一門傳統(tǒng)課程，有很多課程教材可供選用。通過調(diào)研比較，西安交通大學(xué)有關(guān)電力生產(chǎn)的學(xué)科研究方向與我校的研究方向比較吻合，其在“動力工程及工程熱物理”一級學(xué)科中的學(xué)位課“高等流體力學(xué)”選擇了西安交通大學(xué)出版社出版、張鳴遠(yuǎn)等編著的 高等流體力學(xué)一書作為教材，課程組通過對該書內(nèi)容的分析，也一致認(rèn)為張鳴遠(yuǎn)等編著的高等流體力學(xué) 比較適合我校側(cè)重于電力人才培養(yǎng)的需求，因此決定選用該書作為本?！案叩攘黧w力學(xué)”課程的教材。 與此同時， 將調(diào)研中搜尋到的各有特點的教材作為參考書目推薦給學(xué)生供他們參考使用。3. 教學(xué)內(nèi)容的組織在進行“高等流體力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的組織時，結(jié)合我校研

8、究生培養(yǎng)方案和學(xué)科建設(shè)，既照顧到經(jīng)典流體力學(xué)的通用知識，又重視課程知識的針對性、行業(yè)應(yīng)用的特殊性、學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及與學(xué)校其他研究生課程的關(guān)聯(lián)性。課程內(nèi)容的組織主要從以下幾個方面考慮：（1）奠定扎實基礎(chǔ)?！案叩攘黧w力學(xué)”是一門系統(tǒng)性、 邏輯性較強的課程， 作為碩士研究生的學(xué)位課，在加深學(xué)生對流動所伴隨的物理現(xiàn)象的認(rèn)識、 概念的建立及規(guī)律分析的同時， 還應(yīng)努力加深學(xué)生學(xué)科知識分析和研究問題的基本思想和方法的理解和掌握， 提高分析和解決流體力學(xué)問題的水平及能力。（2）突出電力生產(chǎn)特色。針對我校研究生的專業(yè)背景和學(xué)科研究方向， 強調(diào)本學(xué)科與電力生產(chǎn)流程和設(shè)備的結(jié)合， 強化學(xué)生應(yīng)用流體力學(xué)知識， 認(rèn)識

9、并解決相關(guān)電力工程問題的能力。 教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重理論與實踐相結(jié)合， 保持基礎(chǔ)理論知識與工程應(yīng)用知識的相對平衡。（3）注重課程的關(guān)聯(lián)性和完整性。在關(guān)聯(lián)性方面，首先與本科階段的教學(xué)內(nèi)容要有恰當(dāng)?shù)姆止ず豌暯?，其次要避免與其他相關(guān)課程之間缺乏銜接；在自身內(nèi)容體系的完整性方面，既要注意到對數(shù)學(xué)知識回顧和補充的必要性，又要對工程中不常見的復(fù)雜流動概念的介紹有所兼顧?？紤]以上幾個方面， 課程組將教學(xué)內(nèi)容梳理成五部分， 第一部分安排了“矢量運算分析”、 “場論知識”的回顧以及曲線坐標(biāo)、張量分析知識的補充； 第二部分“流體力學(xué)的基本方程”主要介紹流體力學(xué)的基本概念， 流體力學(xué)的控制方程組以及一些相關(guān)的重要定理；

10、第三部分“理想不可壓縮流體的流動”介紹平面勢流，空間軸對稱勢流和理想流體中的旋渦運動， 其中對平面勢流里的復(fù)位勢、疊加法、鏡像法和保角變換法做重點講解；第四部分“粘性不可壓縮流體的流動”中介紹納維斯托克斯方程的精確解，小雷諾數(shù)流動，層流邊界層流動和紊流，其中對工程中應(yīng)用較多的層流邊界層流動和紊流做重點講解；第五部分“理想可壓縮流體的流動”分別介紹一維流動和平面流動，其中對一維流動做重點講解。四、教學(xué)模式的探討學(xué)生的學(xué)習(xí)情況在不斷地發(fā)生變化，這就需要教師不斷根據(jù)實際情況， 進行教學(xué)模式的探討，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，使他們在有限的學(xué)習(xí)時間中學(xué)習(xí)好內(nèi)容繁多的“流體力學(xué)”。1. 教學(xué)方法“

11、高等流體力學(xué)”是一門基礎(chǔ)課，基本概念和基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容較多， 涉及的公式推導(dǎo)也比較多，傳統(tǒng)的“黑板板書”的教學(xué)手段對教學(xué)信息的處理和呈現(xiàn)都比較單一，造成學(xué)生對于傳熱學(xué)內(nèi)容的理解和掌握有一定的難度。為此，課程組以教材為藍(lán)本編制了電子課件，教學(xué)中采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)模式，突出傳統(tǒng)板書中能夠清晰講解復(fù)雜理論推導(dǎo)的優(yōu)點，充分利用多媒體教學(xué)信息量大、 圖像清晰生動的特點。 經(jīng)過一段時間的嘗試，這種教學(xué)方法既達(dá)到了避免研究生在課堂上因長時間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞的問題， 又有利于他們理解并掌握復(fù)雜的流體力學(xué)基本理論的教學(xué)效果。2. 教學(xué)手段盡管本課程以課堂講授教學(xué)方式為主， 但要避免“填鴨式”的講

12、授，要注重以啟發(fā)式講授為主的多種教學(xué)方法的綜合應(yīng)用，提高課堂教學(xué)的趣味性， 以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性。 課程組結(jié)合本科“工程流體力學(xué)”多年的教學(xué)經(jīng)驗， 在教學(xué)過程中注意做到幾個注重： 注重物理概念與數(shù)學(xué)方法的有機結(jié)合， 強調(diào)物理含義的數(shù)學(xué)表示以及數(shù)學(xué)內(nèi)容的物理解釋； 既注意嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，又注意敘述的深入淺出；注重教學(xué)思路，教學(xué)方法，在引進概念介紹方法時， 突出解決問題的思維方法及推理要點； 注重從與教材不同的角度或思路來講述同一教材內(nèi)容， 以豐富學(xué)生思維和聯(lián)想能力； 注重引導(dǎo)學(xué)生圍繞課程內(nèi)容， 發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題， 同時再結(jié)合課程組教師的科研積累， 搜集并提煉出了大量與電力生產(chǎn)緊

13、密關(guān)聯(lián)的工程案例，通過案例的討論和分析，增強學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的興趣， 提升課堂教學(xué)的互動效果， 增強學(xué)生運用理論知識分析并解決工程實際問題的能力。3. 輔助教學(xué)僅僅通過課堂上對教材的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須配套地做大量的習(xí)題，才能較好地使學(xué)生掌握具有理論性強、公式多、數(shù)理基礎(chǔ)要求高的“高等流體力學(xué)”課程?？紤]到我校研究生教學(xué)的特點， 課程組根據(jù)教材的主要內(nèi)容編寫了典型習(xí)題集。習(xí)題集力圖做到習(xí)題具有典型性，能夠?qū)?yīng)教學(xué)內(nèi)容的各個知識點，學(xué)生通過習(xí)題的練習(xí)，能有效地掌握教材中的基本知識。此外，習(xí)題集中的習(xí)題也盡可能地結(jié)合電力生產(chǎn)中的流動問題，幫助學(xué)生對專業(yè)關(guān)聯(lián)工程問題進行認(rèn)識和思考，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知

14、識的能力。4. 課程考核課程考核成績應(yīng)該能夠較為客觀地反映學(xué)生對課程的整體學(xué)習(xí)情況。為了全面地反映學(xué)生的全程學(xué)習(xí)過程和最終的學(xué)習(xí)效果，課程組經(jīng)討論明確了課程的總評成績由平時成績和期末考試成績綜合評定得出，平時成績與期末考試成績的分配比例是28。平時成績包含作業(yè)、考勤、課堂表現(xiàn)等幾部分。期末考試采用筆試形式，考試試卷從建立的試卷庫中隨機抽取。期末考試是課程考核的重頭戲，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時也為了增強教師的工作責(zé)任心，實行考、教分離是一個較好的督促辦法。為此， 2012 年課程組根據(jù)課程的教學(xué)要求組織編寫了試卷庫。 試卷庫中的試題符合教學(xué)大綱的要求， 內(nèi)容豐富、形式多樣、題型一致，試題表述清楚，要求明確，無偏題、怪題，難易得當(dāng)，考核的知識點覆蓋面寬，能考核學(xué)生掌握知識以及應(yīng)用知識進行綜合分析能力的情況。 此次編寫的試卷庫共包含試卷 6 份，至少夠三年使用，隨著試卷庫的使用，