探究型流体力学课程改革探索

［摘要］针对大学生科研素养和创新能力较弱的状况，我们通过“探究型”流体力学课程改革来强化大学生科研思维和创新能力的培养。授课团队依托科研成果优势，对流体力学课程进行改革，通过授课内容、授课方式、课程评价和实践环节进行教学科研互动，构建了“探究型”流体力学精品课程，引导学生进行自主学习和思考，从而全面提升大学生的创新能力和科研素养，取得了较好的效果。

［关键词］流体力学；“探究型”课程建设；教学改革；科研素养；创新能力

一、“探究型”授课内容改革

我们对教材进行了改革和修订，分别于2009年和2016年出版了两版《工程流体力学》教材［2］。新版教材共9章，前5章为流体力学基础理论部分，主要包括流体力学的三大基本守恒定律（质量、动量和能量）、流体流动阻力损失及其计算、不可压缩流体的N－S方程等基本知识；后4章为流体力学知识的应用和进展，主要内容包括典型流体流动过程、流体输送机械、流场显示及流体测量仪器及方法、流体数值模拟方法及软件。流体力学应用部分主要设置讲授如何运用流体力学基本原理和定律来求解和分析复杂流体运动，以提高学生分析和解决问题的能力。同时，依托华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室的科研优势，我们在教学中对团队的流体力学科研成果进行重点介绍。如“典型流体流动”章节的教学中对射流与撞击流的基本理论、工程应用及最新进展进行介绍，通过华东理工大学多喷嘴气化炉开发历程的典型案例，让学生掌握“射流、受限射流、同轴射流和撞击流”中速度、压力分布和能量转换规律，了解这些流动形态在煤气化炉中的优缺点和调控原理及方法；同时向学生展示团队在这些典型流动领域20多年来的科研论文和研究进展，极大地增强了学生的自信心和科研热情。再如在“流体流动显示和测量”部分，我们除了讲解常规的流动测试仪器和方法之外，依托团队的先进流动测试平台，重点讲述尖端流体测试仪器和研究方法，如热线风速仪、激光多普勒测量仪、颗粒图像测速仪、高速摄像仪和激光诱导荧光技术等。课堂上展示用这些先进仪器捕捉到的流动图谱，极大地提高了学生的注意力和科研兴趣。

二、引入“探究型授课”方式

在传统的教育体制下，一段很长的时间里，人才培养的重点放在知识记忆和应试能力上，学生被动地接受或吸收知识，其创新能力没有得到有效的培养和锻炼。为此，我们进行了“探究型”课程建设，通过授课内容、授课模式和实践教学等环节的改革，充分调动学生的学习主动性、积极性和创造性，从而培养其科学素养和创新能力［3］。

（一）着眼于学生创新能力提升的授课方式改革

我们改变了传统的“老师在上面讲，学生在下面记”的模式，引入学生课程演讲和分组讨论，以及查资料、撰写课程小论文的综合模式，全方位开展参与式、讨论式和互动式教学，引导学生主动探索和研究流体力学问题，培养学生的科研素养和创新能力。

（二）引入线上线下混合式学习模式

传统的课堂授课方式有很多优势，但在因材施教、培养学生的自学能力和创新能力方面有一定局限性。因此，本课程探索逐步引入线上线下混合式学习模式。学生在线上自主完成知识点的学习，培养自主学习能力。线下集中课堂互动式学习主要进行答疑解惑和能力培养。线上线下混合式学习模式通过如下4个环节实施：1．授课团队制作流体力学教学微视频和配音PPT等数字资源投放在课程平台，学生进行线上自主学习并完成课堂测试和问题反馈；2．授课教师通过网络“平台收集学生疑问，通过线上指导与答疑，及时、有效地为学生提供学习支持；3．授课教师通过线下课堂教学，巩固学生所学知识，解决学生线上学习时遇到的难题，重点培养学生的应用能力和创新能力；4．借助课堂实施评价体系，师生共同完成相关评价活动。

（三）课程评价改革

和授课方式改革相对应，在课程考核和评价机制方面，我们对一张试卷定成绩的简单做法也进行了改革。课程的综合评价分数由平时成绩（作业、出勤）、参与互动（课程演讲、互动讨论和课程论文）及试卷成绩三部分组成。另外，我们探索增加1～2道没有标准答案的应用题，内容是关于流体力学在科学研究和工业装置上的应用，以考核和提升学生的创新能力和科研素养。

三、全面实施创新实践环节

要提高大学生的科研素养和创新能力，实践是重要和关键的一环。我们依托团队科研优势，全方位、多层次开展实践教学和教学科研互动，形成了“课程实验—专业实验—创新实践—毕业论文”完整的实践体系。课程实验主要包括基本的流体力学实验，如压力测量、雷诺实验、管路阻力测定和离心泵特性曲线测定等，用于巩固书本上的重要概念和定律。专业实验主要是和热能工程相关的流体力学基础实验，如水煤浆流变特性测定、喷嘴雾化性能测定和粉体剪切性能测定等，目的是让学生了解和掌握流体力学基本知识和理论在热能工程中的应用，提高学生的专业水平和素养。为了提高大学生的实践能力和创新能力，授课团队每年开展各种级别（校级、上海市级和部级）和流体力学相关的大学生创新实验计划项目。这些课题分成两类，一类是修完流体力学的学生根据兴趣，查阅相关资料后自拟的课题；另一类是从授课团队老师承担的科研项目中挑选出的与流体力学相关的小课题，供学生进行选择。学生自主组成项目团队，在导师指导下完成查阅文献、自主选题、实验设计、实验操作、统计处理、结果分析、论文撰写和论文答辩整个过程，以培养实验技能和创新能力。毕业论文的课题则直接来源于授课团队承担的国家自然科学基金和国家重点研发计划等科研项目，大四本科生在研究生和导师的带领下，历时一学期，直接参与部级的科研项目，进行科学研究和技术开发的训练，培养探索精神和创新能力。

四、结语

授课团队依托科研优势，对流体力学课程进行了系统改革，通过授课内容、授课方式、课程考核和实践环节进行多层次的教学科研互动，构建了“探究型”流体力学精品课程，全面提升了大学生的创新能力和科研素养。

参考文献：

［1］王琪，郭易圆，王士敏．力学类课程探究型教学模式的研究与实践［J］．中国大学教学，2014（11）：14－17．

［2］李伟锋，刘海峰，龚欣．工程流体力学［M］．2版．上海：华东理工大学出版社，2016．

［3］程树铭．关于探究型教学模式的研究［J］．中国高教研究，2003（3）：82－83．44

作者：李伟锋 刘海峰 单位：华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室