应用型大学流体力学课堂教学方式改革探索及实践
摘要 以培养应用型人才为目标，在我校向“应用型特色科技大学”转型的背景下，考虑流体力学课程特点以及目前教学存在的问题，从教学内容、方法和实践环节进行有针对性的改革，并将CFD引入课堂教学，提高学生解决工程问题的能力。
关键词 应用型大学 流体力学 教学改 革CFD
应用型教育是以培养知识和能力全面发展，面向生产实践一线的应用型人才为目标的高等教育。流体力学作为我校理论与应用力学专业的一门重要的专业基础课，非常广泛地应用在实际工程中，如管道水力计算以及城市管网设计等。流体力学基本概念多、公式复杂、内容抽象，有较强理论性和较强工程实际意义。然而作者在多年的流体力学教学过程中发现学生普遍感觉该课程比较枯燥难学，学习积极性不高，期末考试及格率较低，应用性不強。因此，在我校向“应用型特色科技大学”转型的大背景下，如何适应“应用型本科教育”的要求，是流体力学教学及实践中必须面对的问题。
1目前，我校流体力学课程教学存在的问题
（1）教材内容设计偏重理论推导。目前我校使用的流体力学教材主要强调课程的完整性和系统性，偏重于理论推导，选用的例题和练习题的设计过于理想化，与实际应用相脱离，应用性设计不够突出，偏重于介绍流体力学可以解决工程问题这一点，造成学生刚接触工程问题时就手足无措，这与应用型大学的培养要求不相适应。
（2）课堂教学效果不好。作者在流体力学课堂教学中发现，通过绪论课的大量工程实例以及视频教学能调动学生学习的积极性，开学初期，教学效果相对较好，而随着课程的进行、课程难度的加深，学生的学习积极性越来越低。主要原因有：①学生对流体力学涉及的高等数学、理论力学等课程的知识掌握不尽如意；②流体力学理论性较强，公式推导多，与实际应用相脱节。
（3）缺乏计算流体力学仿真软件实践教学。计算流体力学（CFD）技术作为一种数值模拟方法，在实际工程中的应用越来越广泛，借助CFD技术，可以得到流动细节，如速度、压力、能量损失、湍动量、漩涡等，从而在产品结构设计和优化方面发挥重要的作用。这就要求技术人员掌握流体力学分析、数值模拟及优化设计的能力。而现阶段我校的流体力学教学中并未引入CFD技术，仅安排了一次课来介绍计算流体力学的内容，且完全进行理论教学，学生学了一大堆理论公式，但拿到实际工程问题却无从下手。
2教学目标和内容设计
针对上述问题，作者在结合本校“应用型特色科技大学”的发展方向下对流体力学课程课堂教学方式及实践环节进行改革。从课程教学内容，教学方式方法，实践环节等方面进行设计，解决学生学习兴趣低，课堂教学效果较差，理论与应用相脱离的问题。同时，通过借助CFD丰富教学内容，增强实用性，使学生会用仿真软件求解工程问题。具体改革内容：
2.1突出应用性教学
以培养应用型人才为教学目标，结合流体力学的课程特点，将教学内容分为基础理论教学部分和考虑应用的专题教学部分。
基础理论教学内容包括流体力学基本概念、基本原理和基本方程，这是应用的基础，要求学生重点掌握。授课过程中强调对基本概念的理解和基本理论的应用，而弱化对方程的数学推导，但应明确方程的意义、适用条件以及如何应用方程解决实际问题。专题教学以实际工程问题为切入点，例如以均质液体对平壁和曲壁的总压力为例，从为什么对平壁和曲壁总压力进行计算（压力容器，水坝，潜艇等结构安全），引申出相关知识点（平壁和曲壁总压力的大小、作用点、压力体等）和基本理论（流体静力学基本方程、欧拉平衡方程等），以此加强学生解决实际工程问题的能力。
2.2课堂教学方法设计具有针对性
课堂教学方法也是影响教学效果的重要因素。传统教学方法以教师主讲为主，缺乏与学生的有效互动和交流，教学效果较差。本课程采用师生互动的方式进行教学，对理论教学部分采用教师主讲和提问、学生回答的方式；对专题教学的课后练习，集中安排一次课进行分组上讲台汇报，学生自己当评委，自己打分，锻炼学生主动思考和动手能力，增强对课程应用性的理解。同时，采用多媒体授课，图片和视频能形象直观地表现文字和语言不能描述的现象，如雷诺实验、卡门涡街等。在成绩的构成上除课后作业和专题汇报外，还布置一个课外小任务一观察生活中的流体力学，例如空调挂机安装位置问题，让学生发现生活中的流体力学现象，并结合课堂所学理论知识进行分析，增强学生发现问题、解决问题的能力。
2.3将CFD技术引入课堂教学
在理论教学和专题教学完成后将CFD技术应用于教学之中，做到数值仿真计算与理论推导相结合，增强流体力学的应用性。
（1）授课时对流体力学商用数值仿真软件Fluent的操作步骤做简要介绍，结合我校的数值仿真中心，完成代表性例题的数值分析计算，将数值仿真结果与理论解进行对比。
（2）将工程实际问题引入流体力学教学，提高学生面对具体问题的实际操作能力。每学期邀请两位具有丰富工程实际问题经验的校外人员来校给学生做一次报告，向学生介绍其建立工程问题的简化模型和简化过程，以及采用Fluent求解过程和结果，让学生学会面对工程问题时准确建立力学模型的能力，同时开阔学生的视野，提高学习积极性。
3主要特色
（1）突出实用性。在流体力学课程教育中调整教学内容，添加CFD技术的实践，同时邀请经验丰富的校外人员进课堂，为学生讲解企业中的实际问题，教会学生学以致用，学生通过课程教学掌握该工具之后能更好地跟进企业工作并提高就业质量。（2）主次明确。强调实用性的同时，也不完全放弃对公式推导能力的教学，采取理论联与工程实际相结合的方式，在提高学习主动性的同时，增强对基础理论的认知。
4结束语
流体力学课程公式推导多、理论性强，在我校向“应用型特色科技大学”转型的背景下，如何培养素质全面的应用型人才，是我校每一位老师值得思考的问题。针对流体力学课程特点，作者从教学内容、教学方法等方面进行改革，并将CFD技术引入课堂，开展应用型教学，同时邀请校外人员进课堂进行专题讲座，增强学生解决实际工程问题的能力。