工程流体力学课程研究型教学模式的思考与实践

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1、工程流体力学课程研究型教学模式的思考与实践　　【摘要】针对本科生工程流体力学课程的教学内容与教学方法的改革，利用流体流动连续性方程的教学案例，阐述了开展研究型教学模式的教学思想与教学过程，对工科院校流体力学课程的教学内容与方法提出了新的设想，对研究型创新人才的培养及教学方法也进行了有益的尝试。提出将工程流体力学的现代研究方法――计算流体力学（CFD）引入教学过程中，以便能促进学生对工程流体力学课程内容的理解掌握和应用能力的加强，培养学生对现代工业设计和研究工作的适应力和创造力。　　【关键词】研究型教学模式流体力学数值模拟　　【中图分类号】G423【文献标识码】A【文章

2、编号】1674-4810（2015）17-0042-04　　所谓研究型教学，就是以先进的教学理念为先导，运用与教学内容相关的实际问题作为载体，让学生在教师的组织和指导下有目的地、相对独立地进行探索研究，在整个学习过程中，注重在探索和研究的教学过程中激发学生的求知欲和学习兴趣，从而促进学生思维水平的发展，提高学生运用知识解决实际问题的能力。相较传统的教学模式，研究型教学模式更重视学生思维模式和能力的培养，强调教学与现代科技和社会的发展以及学科发展相关联，以此保持教学内容的新颖性和增强学生的创新性；更突出教学与训练方法的科学研究特色，强调师生之间的互动，培养学生的批判性思

3、维与探索精神。　　现代大学的职能，特别是高水平的研究型大学，强调教学和研究的相互渗透，在教学活动中，教师的作用是启发、引导、指导学生，强调引导学生探索研究自己感兴趣的未知领域，培养学生的观察、阅读、分析、讨论和推理判断能力，实践证明，研究型教学模式有助于学生积极参与教学过程，激发学习兴趣。　　流体力学是知识体系庞杂、以大量实验为基础且对实验技能和实验条件要求较高的新兴综合性学科，也是一门重要的基础课程，它已经发展成为一门深入各个科学研究领域的重要学科，特别是随着航空、航天、航海以及能源利用等行业的发展，迫切需要解决许多有关流体力学的问题，这也极大地促进了流体力学学科的

4、发展。流体力学在动力工程类各专业的课程设置中，起着从《高等数学》、《理论力学》、《机械设计》等基础课程到相关专业课程，譬如《发动机原理》、《流体机械原理》的桥梁作用，也是深入研究热能与动力机械的专业基础课。笔者在流体力学的教学过程中，就研究型教学模式进行了探索和实践，在课程设置中，针对某一授课主题，准备流体与流体运动科学中一系列生动的案例，让学生对生活中这些看似熟悉却又非常模糊陌生的现象有清晰的了解，在教学进行中，以具体实例为研究对象，引导学生利用所学的基础知识，并结合现代的研究手段，进行逐步深入的探讨与研究，并对研究结果进行合理的分析。在整个教学活动中，将现代科学研

5、究方法与内容引入课堂，努力激发学生的学习兴趣，加深对基础知识的理解，培养学生从事科学研究的思维模式和严谨的科学态度，引导学生在主动探索、主动思考、主动实践中发展探索能力、实践能力和创新能力。　　一工程流体力学课程研究型教学模式实施方法　　1.研究题目的选择与引入　　开展研究型教学，对于研究选题有比较高的要求，既要有一定的工程背景，又要符合课程大纲的要求。由于是课堂教学，受时间所限，研究题目要求清晰易懂，又有一定的科学内涵和深入研究的背景。流体运动的连续性方程是工程流体力学课程中最为重要的内容之一，该部分逻辑性较强，对学生的数理推导能力有一定的要求。在教学活动中，拟结合

6、计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）数值模拟，采用循序渐近、逐步推导、深入分析的教学方法。　　为激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，将通过以下两个现象来认识流体连续性方　　北京理工大学第十批教育教学改革研究课题　　程的物理本质：　　第一，黄河壶口瀑布。壶口瀑布，是黄河上唯一的黄色大瀑布，也是中国的第二大瀑布，号称“黄河奇观”，其奔腾汹涌的气势是中华民族精神的象征。那么黄河壶口瀑布是如何形成的呢？　　图1黄河壶口瀑布　　第二，乌鲁木齐开往阿克苏5807次列车失事。列车被风吹翻，看似是个笑话，但却实实在在地发生了。

7、2007年2月28日凌晨2时05分，乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车在行至南疆线珍珠泉至红山渠间42千米处时，遭遇13级飓风，风速达到37～41.4米/秒，造成机车后9至19位的后部车厢全部脱轨，导致南疆线被迫中断行车，那么其中的原因该作何科学解释呢？　　图25807次列车失事图片　　黄河壶口瀑布及列车被风吹翻现象中均蕴含着流体动力学连续性方程的物理本质。问题提出后，首先引导学生根据自己对于问题的理解，通过教学过程中的情境创设，利用流体力学基本原理进行理论分析和解释。根据对上述现象进行物理问题简化，提出一元流动连续性方程的推导过程。　　设想有一