面向热能工程专业的“工程流体力学”课程教学探讨

[摘 要]“工程流体力学”在热能工程专业教学中占据着举足轻重的地位，但在教学过程中存在“老师难教，学生难学”的问题。解决问题的方法在于提高学生的学习兴趣，教学内容分块，CFD在工程流体力学上进行应用，多媒体和板书结合，改革考试方式，采取科学的教学方式和多元合理的考核方法，提高“工程流体力学”课程的教学质量，培养学生的专业能力，提升学生的综合素质。

[关键词]工程流体力学 热能工程 教学探讨

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）06-0125-02

一、引言

“工程流体力学”是研究工程中流体（液体和气体）的力学运动规律及其应用的学科，它主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用和流动的规律。它不追求数学上的严密性，而是趋向于解决工程中出现的实际问题。由于热能工程中所研究的传热介质通常都是固体小颗粒，液体（水、汽、油），空气等，因而只有熟练地掌握工程中流体的力学运动规律才能了解热能工程工业过程中的流动、传热和传质过程，建立热过程数学模型，为改进工艺、优化工艺参数和开发、研制新型高效节能的工业热设备提供必要的理论基础。

然而，要想学好这门课程却不容易。一方面是这门课程所涉及的面广，需要非常熟练地运用高等数学、材料力学、大学物理这些课程的公式，另一方面流体本身就比较抽象，相比其他学科这门课程非常枯燥，学生如果不在课下多下工夫很难跟上老师课上的节奏。因而总有老师反映该课程难教，学生诉苦课程难学。由于“工程流体力学”在热能工程专业中占据着举足轻重的地位，因而这门课程的教学改革显得尤为重要。

二、工程流体力学和热能专业学科的联系

（一）“工程流体力学”和“传热学”的联系

传热不仅是常见的自然现象，而且广泛存在于工程技术领域。就教学内容来说，“传热学”与“工程流体力学”课程有紧密的关联性和延续性。传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。工程上广泛遇到的对流换热，是指流体与其接触的固体壁面之间的换热过程，是流体边界层热传导和流体运动热对流综合作用的结果。因此，“工程热力学”和“传热学”这两门专业基础课程紧密相连，有些学校直接将“流体力学与传热学基础”作为一门课程进行教授。

（二）“工程流体力学”与“工程热力学”的联系

“工程热力学”也是热能工程专业的专业基础课。“工程热力学”和“工程流体力学”这两门课程的内容既有区别，又有联系，通过对比教学可以加深学生对概念的理解。比如对于“理想气体”与“理想流体”的概念，工程热力学中的“理想气体”指分子是弹性的、不占体积的质点，且分子间没有相互作用力;而流体力学课程中的“理想流体”是假想的、无黏性的流体。这两种流体虽然都是假想流体，但概念完全不同。通过对比分析，使学生更容易理解概念间的差别，利于专业素质的培养。

三、教学方法的探讨

（一）提高学生的学习兴趣

由于“工程流体力学”这门课程比较抽象和枯燥，因而学生在学习过程中效率很低。兴趣是成功之父。如果能够抓住学生的学习兴趣，那么就相当于完成了该课程一半的教学任务，学生在接下来的学习就会变被动为主动。比如男生喜欢汽车，可以在教学过程中找一些流体力学成功运用在汽车行业的例子，这样就能激发学生对感兴趣领域的探索，主动学习这门课程。如果能够引导学生解决学习上遇到的难题也将会收到很好的效果。学生在学习过程中遇到难题时，老师不应直接把答案告诉学生，而是通过循循善诱的方式引导，让学生自己征服一个又一个困难，获得心灵上的满足和智力上的发展。

（二）教学内容分块

流体力学的教学内容可以分为偏理论和偏工程实际两大块，不同的学生对流体力学知识需求不同，因而在教学过程中老师可以将流体力学分为学术类和工程技术类。许多同学在大三就确定接下来继续深造还是找工作。所以，在开始教学的时候让决定继续深造的学生接受偏理论的学习，使他们集中精力考研;让毕业要找工作的学生学习技术类的内容，为他们接下来找工提供一份有分量的筹码。

（三）CFD在“工程流体力学”上的应用

CFD是近代流体力学与数值计算方法和计算机科学结合的产物。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，用以模拟仿真实际的流体流动情况，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究。CFD软件一般都能推出多种优化的物理模型，如定常和非定常流动、层流、紊流、不可压缩和可压缩流动等等。CFD引入教学可以将抽象概念变成形象的画面，提高学生的学习兴趣和积极性，有利于加深学生对概念和相应知识的理解与运用。

（四）多媒体和板书的结合

正确处理多媒体和板书的关系，既要将多媒体这种现代化的教学方式充分利用起来，开阔同学们的视野，还要加强传统的板书教学，加深学生对关键公式的理解记忆。多媒体教学能够将很抽象的流体流动形象的展现出来，能够激发学生的联想能力，使学生对流体力学模型有一定的感性认识。如讲到卡门涡街，有风吹过电线发出嗡呜声的动态画面;在讲到机翼升力原理，有飞机在起飞和降落时机翼的画面;在讲到伯努利方程，有水库储水和放水的画面。流体在流动过程中的动态过程如果不是亲眼所见，很难建立起清晰的数学物理模型。但是光有对现象表面的认识是不够的，要想透过表面的现象认清本质还应该建立起数学物理模型，要通过大量的公式推导求证得出，这样就需要老师通过对重点知识的反复书写讲解，加深学生对公式的理解和记忆。这两种教学方法相辅相成，既避免了学生的长时间精力高度集中产生疲劳，又加深了他们对这门课程的理解。

（五）考试的改革

考试成绩能够反映出学生对课程的掌握程度，但这并不是绝对的，因而要减少期末成绩在该课程评定上所占的权重。以往考试内容客观题占大多数，包括概念、原理、理论计算题，而运用流体力学知识来解决工程实际问题和培养创新性思维的主观题非常少。考试形式几乎都是闭卷，因而在课程期末考试普遍存在死记硬背的突击现象，这对学科知识的理解和运用是非常不利的，不仅降低了学生学习的主动性，更限制了大学生创造力的培养。但是以考试督促学生对课程的学习还是非常必要的，使考试试题规范、科学、新颖，才能既考查了基本知识，又提高了学生解决实际问题的能力。同时，老师应该多增加课堂和学生的互动，并且增加这一方面的考核。改革后的考试方法避免了学生只注重记忆，是对学生知识、能力和素养的全面考核，提高学生的不同能力，提升综合素质。

四、结束语

为使学生更好地学习和掌握“工程流体力学”课程的内容，教学改革是必要的和紧迫的。以上教学方法的改革与实践可以开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣，培养学生创新能力，提高教学质量。

[ 参 考 文 献 ]

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[责任编辑：钟 岚]

[收稿时间]2014-12-28

[基金项目]本文系“江苏大学高级专业人才科研启动基金”（No.11JDG152）和“江苏大学大学生实践创新训练项目”（No.201310299007W）的研究成果。

[作者简介]杜敏（1981-），男，山东泰安人，博士，副教授，研究方向：多相流与传热性质。

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