探究型流體力學課程改革探索

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［摘要］針對大學生科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力較弱的狀況，我們通過“探究型”流體力學課程改革來強化大學生科研思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。授課團隊依托科研成果優(yōu)勢，對流體力學課程進行改革，通過授課內容、授課方式、課程評價和實踐環(huán)節(jié)進行教學科研互動，構建了“探究型”流體力學精品課程，引導學生進行自主學習和思考，從而全面提升大學生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)，取得了較好的效果。

［關鍵詞］流體力學；“探究型”課程建設；教學改革；科研素養(yǎng)；創(chuàng)新能力

一、“探究型”授課內容改革

我們對教材進行了改革和修訂，分別于2009年和2016年出版了兩版《工程流體力學》教材［2］。新版教材共9章，前5章為流體力學基礎理論部分，主要包括流體力學的三大基本守恒定律（質量、動量和能量）、流體流動阻力損失及其計算、不可壓縮流體的N－S方程等基本知識；后4章為流體力學知識的應用和進展，主要內容包括典型流體流動過程、流體輸送機械、流場顯示及流體測量儀器及方法、流體數值模擬方法及軟件。流體力學應用部分主要設置講授如何運用流體力學基本原理和定律來求解和分析復雜流體運動，以提高學生分析和解決問題的能力。同時，依托華東理工大學煤氣化及能源化工教育部重點實驗室的科研優(yōu)勢，我們在教學中對團隊的流體力學科研成果進行重點介紹。如“典型流體流動”章節(jié)的教學中對射流與撞擊流的基本理論、工程應用及最新進展進行介紹，通過華東理工大學多噴嘴氣化爐開發(fā)歷程的典型案例，讓學生掌握“射流、受限射流、同軸射流和撞擊流”中速度、壓力分布和能量轉換規(guī)律，了解這些流動形態(tài)在煤氣化爐中的優(yōu)缺點和調控原理及方法；同時向學生展示團隊在這些典型流動領域20多年來的科研論文和研究進展，極大地增強了學生的自信心和科研熱情。再如在“流體流動顯示和測量”部分，我們除了講解常規(guī)的流動測試儀器和方法之外，依托團隊的先進流動測試平臺，重點講述尖端流體測試儀器和研究方法，如熱線風速儀、激光多普勒測量儀、顆粒圖像測速儀、高速攝像儀和激光誘導熒光技術等。課堂上展示用這些先進儀器捕捉到的流動圖譜，極大地提高了學生的注意力和科研興趣。

二、引入“探究型授課”方式

在傳統的教育體制下，一段很長的時間里，人才培養(yǎng)的重點放在知識記憶和應試能力上，學生被動地接受或吸收知識，其創(chuàng)新能力沒有得到有效的培養(yǎng)和鍛煉。為此，我們進行了“探究型”課程建設，通過授課內容、授課模式和實踐教學等環(huán)節(jié)的改革，充分調動學生的學習主動性、積極性和創(chuàng)造性，從而培養(yǎng)其科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力［3］。

（一）著眼于學生創(chuàng)新能力提升的授課方式改革

我們改變了傳統的“老師在上面講，學生在下面記”的模式，引入學生課程演講和分組討論，以及查資料、撰寫課程小論文的綜合模式，全方位開展參與式、討論式和互動式教學，引導學生主動探索和研究流體力學問題，培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

（二）引入線上線下混合式學習模式

傳統的課堂授課方式有很多優(yōu)勢，但在因材施教、培養(yǎng)學生的自學能力和創(chuàng)新能力方面有一定局限性。因此，本課程探索逐步引入線上線下混合式學習模式。學生在線上自主完成知識點的學習，培養(yǎng)自主學習能力。線下集中課堂互動式學習主要進行答疑解惑和能力培養(yǎng)。線上線下混合式學習模式通過如下4個環(huán)節(jié)實施：1．授課團隊制作流體力學教學微視頻和配音PPT等數字資源投放在課程平臺，學生進行線上自主學習并完成課堂測試和問題反饋；2．授課教師通過網絡“平臺收集學生疑問，通過線上指導與答疑，及時、有效地為學生提供學習支持；3．授課教師通過線下課堂教學，鞏固學生所學知識，解決學生線上學習時遇到的難題，重點培養(yǎng)學生的應用能力和創(chuàng)新能力；4．借助課堂實施評價體系，師生共同完成相關評價活動。

（三）課程評價改革

和授課方式改革相對應，在課程考核和評價機制方面，我們對一張試卷定成績的簡單做法也進行了改革。課程的綜合評價分數由平時成績（作業(yè)、出勤）、參與互動（課程演講、互動討論和課程論文）及試卷成績三部分組成。另外，我們探索增加1～2道沒有標準答案的應用題，內容是關于流體力學在科學研究和工業(yè)裝置上的應用，以考核和提升學生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

三、全面實施創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)

要提高大學生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，實踐是重要和關鍵的一環(huán)。我們依托團隊科研優(yōu)勢，全方位、多層次開展實踐教學和教學科研互動，形成了“課程實驗—專業(yè)實驗—創(chuàng)新實踐—畢業(yè)論文”完整的實踐體系。課程實驗主要包括基本的流體力學實驗，如壓力測量、雷諾實驗、管路阻力測定和離心泵特性曲線測定等，用于鞏固書本上的重要概念和定律。專業(yè)實驗主要是和熱能工程相關的流體力學基礎實驗，如水煤漿流變特性測定、噴嘴霧化性能測定和粉體剪切性能測定等，目的是讓學生了解和掌握流體力學基本知識和理論在熱能工程中的應用，提高學生的專業(yè)水平和素養(yǎng)。為了提高大學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，授課團隊每年開展各種級別（校級、上海市級和國家級）和流體力學相關的大學生創(chuàng)新實驗計劃項目。這些課題分成兩類，一類是修完流體力學的學生根據興趣，查閱相關資料后自擬的課題；另一類是從授課團隊老師承擔的科研項目中挑選出的與流體力學相關的小課題，供學生進行選擇。學生自主組成項目團隊，在導師指導下完成查閱文獻、自主選題、實驗設計、實驗操作、統計處理、結果分析、論文撰寫和論文答辯整個過程，以培養(yǎng)實驗技能和創(chuàng)新能力。畢業(yè)論文的課題則直接來源于授課團隊承擔的國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃等科研項目，大四本科生在研究生和導師的帶領下，歷時一學期，直接參與國家級的科研項目，進行科學研究和技術開發(fā)的訓練，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新能力。

四、結語

授課團隊依托科研優(yōu)勢，對流體力學課程進行了系統改革，通過授課內容、授課方式、課程考核和實踐環(huán)節(jié)進行多層次的教學科研互動，構建了“探究型”流體力學精品課程，全面提升了大學生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］王琪，郭易圓，王士敏．力學類課程探究型教學模式的研究與實踐［J］．中國大學教學，2014（11）：14－17．

［2］李偉鋒，劉海峰，龔欣．工程流體力學［M］．2版．上海：華東理工大學出版社，2016．

［3］程樹銘．關于探究型教學模式的研究［J］．中國高教研究，2003（3）：82－83．44

作者：李偉鋒 劉海峰 單位：華東理工大學煤氣化及能源化工教育部重點實驗室