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摘 要 ：《工程流体力学》是环境工程专业的专业基础课程,基于多年的教学经验和体会,本文从备课、教学风格、教学手段、与学生深入沟通以及作业批改和习题课讲解等方面对改善工程流体力学教学效果进行了分析和探讨,并以某些教学内容为例,给出了具体措施和建议.实践表明,上述方法能有效地激发学生学习兴趣和改善教学效果.
关 键 词 ：工程流体力学；环境工程；教学方法；教学效果
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）43-0095-03
环境工程专业中关于污染物的迁移和扩散问题、流体在管路中的输运问题均离不开流体力学的基本知识,因此,《工程流体力学》是该专业的专业基础课程,其教学效果的好坏也直接影响了后续专业课程的学习.笔者对近十年的教学进行思考和总结,并就如何提高环境工程专业《工程流体力学》的教学效果做一些探讨.
一、认真备课,形成自己的教学风格
流体力学课程的特点是系统性强、公式多,并对物理和高等数学的基础要求高,这就要求教师对这门课的内容要熟练掌握,所以笔者在课下花了很多时间把讲课的内容熟记于心,找到课程讲解中的关键点,经过自己消化和提炼,建立起自己的教学体系和风格.通常,课堂内容被分成四个部分：（1）复习上堂课的知识点；（2）提出新的工程和应用问题；（3）在黑板上给出新问题所涉及的公式的推导过程；（4）应用和总结.工程和应用问题的引入可结合专业背景,多讲实际的案例.如学生宿舍或教学楼的给水压力应该如何计算,以此引出水头损失的概念；高尔夫球表面的蜂窝状设计会使其运动的阻力如何变化,由此引出曲面边界层分离的概念.还可以在教学中适当介绍流体力学在实际生活中的应用,学生会被这些问题吸引,觉得流体力学不仅仅是速度和压力的偏导公式,而是鲜活、有用而又有趣的,因而重视并逐渐喜欢这门课程的学习.在公式讲解时要注重融会贯通,比如在讲Nier-Stokes方程时,笔者会引导学生三步走：第一步,这个方程并不深奥难懂,就是牛顿力学中的F等于ma；第二步,F在流体问题上的具体体现有哪些力?无非是质量力和表面力,而表面力又分压应力和切应力,而加速度则是一个多元函数的求导问题,包括时变和位变加速度,这样方程的形式就有了；第三步,如果流体处于静止或相对静止,方程变成欧拉平衡微分方程,如果流体无黏性,方程又变成欧拉运动微分方程.通过这样一个由低到高再到低,由简到繁再化简的过程,学生就能深入理解前后学习的公式,消除学生的畏惧感.在课堂教学中,要不断地对学生提问,引导学生积极思考.只要提问恰到好处,切中要害,发人深思,学生的思维就会活跃起来.在讲解均匀流动断面的压强分布问题时,笔者会问学生,这是巧合吗?为什么会有这样的巧合?然后引导学生从过流断面的受力入手分析压强分布,学生豁然开朗.笔者也会引导学生发表自己的看法,这也无形中培养了学生的自信心,学生听课的积极性更高,而这也有助于激发教师的教学热情.
二、选择合适的教学手段
随着现代化多媒体教学手段的出现,现在课堂大多以教学课件为中心展开教学,由于节约了大量板书时间,课件中又可插入图形、图像、动画和录像等多种媒介,从而使得多媒体教学具有信息量大、教学内容形象直观等优点,这些都有助于引发学生对课程的学习兴趣.然而,笔者在教学过程中也发现,如果对流体力学中公式推导和习题讲解也采用多媒体方式,其教学效果却不如板书理想.因此,对于流体力学课程的主体教学内容应以传统的教学手段为基础,而在复习上堂课的知识点、提出新的工程和应用问题以及公式的应用和总结上,多媒体的教学手段更为合适.在绪论课上有关流体力学在专业中的应用、流体力学学科发展历史,以及后续课程中压力体画法、雷诺试验、曲面边界层分离等内容则可充分发挥多媒体的优势,通过动画、图片以及录像等内容向学生进行介绍.总之,在流体力学的教学过程中,教师应以提高教学效果为目的,对各种教学手段扬长避短,综合利用,根据教学内容的特点灵活选择合适的教学方式.
三、及时与学生沟通,调整教学内容与进度
学生反馈是评价教学效果的重要一环,因此笔者经常利用课后时间与学生进行沟通,及时了解学生的学习情况,并根据学生的反馈信息,实时动态调整教学内容和教学进度.笔者在平时与学生的沟通中发现,学生认为流体力学难学,其难点主要是相关的高等数学、大学物理和理论力学的知识点较多,并且已有所遗忘造成.因此,如果在上课中直接引入,学生必然会有陌生感,也就影响了相关的流体力学知识点的学习效果.针对上述情况,笔者在静力学的流体平衡微分方程推导前,先给学生复习泰勒级数的相关内容,在液体作用在平面上的总压力的教学前,先复习静面矩、惯性矩等相关内容,在流体运动学内容的教学前,先给学生复习梯度、旋度和散度的概念.通过上述措施,教学效果有明显改善.在学习不可压流体动力学基础时,由于相关概念较抽象,涉及较多高等数学的知识点,因此学生感到吃力,上课的互动效果也变差,这时,教师应适当放慢教学进度,同时也可根据学生掌握的实际情况,适当降低教学要求和难度,将教学重点放在对概念的理解上.毕竟,在目前各专业及其基础课程学时数减少的背景下,适当地对某些知识点的教学要求进行调整是有必要的.
四、注重作业批改,上好习题课
作业是流体力学教学中的重要环节,学生通过独立完成作业,可深化对课堂所学知识的理解,提高对实际工程问题的分析能力和解决能力,并进一步检验课堂教学的实际效果.学生的作业布置应该做到“少而精”,并力求习题具有典型性,能涵盖主要的教学内容,教师应紧扣基本概念和基本方法精选题目,同一类型的题目一般控制在2道以内[1].在作业的批改过程中,教师不应只是给出对或错的评判,而是应该根据学生的解题过程,给出求解出错的关键点,并在作业本上明确标示出,笔者还会在学生的作业本上写上批语,对于完成情况较好的学生,针对其解题思路和书写情况等给出肯定的评价,而对于完成情况较差的学生,也会指出其应注意的地方,并提出改正的要求,最后再根据学生的完成情况给出成绩等级.通过上述方法,使学生自觉意识到作业的重要性,同时也感受到教师对其学习行为的尊重,上述措施也能促使学生认真完成作业,减少抄袭现象.为了能深刻理解流体力学的理论知识并能加以灵活运用,需要求解各类典型题目来获得经验并不断消化各知识点并达到触类旁通的效果[2],习题课正是实现上述目的的有效手段.习题讲解不能只给解答过程,而是要站在学生的角度,以学生为主体和他们一起讨论问题、研究问题、解决问题,体现互动式教学；对于某些问题的求解,也力求能从不同的方法入手,开阔学生思路,例如对于平面和曲面在液体中的受压大小问题,教材分别给出了这两个问题的求解公式,教师可引导学生：既然平面是曲面的一种特殊情况,那么能不能用曲面的压力体概念去求解平面在铅垂方向的受力大小呢?结果证明是可以的.习题的讲解还应反映学生对课程的掌握情况,因此不仅要讲正确的分析过程,还要讲作业中出现的错误的分析过程,并通过对比分析,找到出错的原因,进一步厘清和深化概念.教学工作是一项繁重而又细致的任务,需要教师有扎实的专业基础,“学而不厌,诲人不倦”,因此教师也要在教学过程中不断地学习,从掌握学科知识的深度和广度上不断要求自己,在教学内容、教学方法和教学手段等方面做有心人,只有这样,才能不断改善教学效果,为环境工程专业的人才培养打下坚实的基础.