流体力学与传热学基础课程的实践

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摘要：文章结合郑州工业应用技术学院机械设计与制造专业的教学实际，从流体力学与传热学基础课程的特点和学生的实际情况出发，对教学目标、教学内容、教学模式及考核形式等进行了系统的改革和创新。结果表明，课程改革可以充分激发学生对理论知识的好奇心及学习兴趣，提高其积极性和主动性思考能力，加强学生的理论知识和实践相结合的能力。

关键词：机械设计；自动化专业；教学改革；流体力学

郑州应用技术学院位河南省郑州市，郑州市作为我国重要的工业城市，位于农业大省——河南省，机械类、汽车、智能机器人等领域发展迅速，对相关领域的工程应用型专业人才的需求也有了更高的需求和要求。流体力学与传热学的基本规律等知识可以影响相关行业甚至国家经济发展水平、科学技术进展速度。流体力学与传热学在电子、建筑、航空航天、机械制造、生物工程甚至医疗器械等领域得到了广泛的应用[1]。无论是在新材料研制、冷热加工制造领域，还是在先进化智能制造、超精密加工、电气及其自动化制造等领域，能否正确处理流动运动规律及传热现象等生产中的实际问题，已经是解决技术问题的关键要素。流体力学与传热学基础课程作为机械设计及其自动化专业的专业基础课程，对学生的发展起到重要作用，流体力学与传热学基础课程是以工程实际应用为目标，学生需要学习流体的平衡、运动学规律，尤其是流体动力学、流体静力学、雷诺现象等知识，以及热能中的稳态导热、非稳态导热及能量守恒定律，机械能与热能相互转换的知识。流体力学与传热学基础课程是机械设计及其自动化专业的学生毕业要求的重要课程之一，通过学习，学生在遇到复杂的专业问题和工程实际问题时，能够正确地运用理论基础解决问题[2]。

1流体力学与传热学基础课程的特点与学习目标

1.1课程特点

流体力学与传统学基础课程是机械设计及其自动化专业的一门主要的技术基础课程，它既是力学的一个分支，具有较强的理论体系，又密切联系工程实际，具有一定的专业针对性，是学习专业课程和专业发展不可缺少的技术理论基础[3]。流体力学与传热学基础是研究流体受力及宏观运动规律性的一门学科，是介于基础科学与工程之间的专业理论基础课，因包含大量公式推导计算、模型的建立和分析，课程内容苦涩难懂，偏重课堂教学[4]。该课程有知识面广、理论性和实践性强、学习内容很重要等特点，使得教师授课压力大、学生学习积极性不高。流体力学与传热学涉及知识面广，和许多课程都密切结合、相互联系，需要学生对高数、物理、材料力学等基础知识有一定的掌握，如果缺失了部分相关知识会导致难以完全理解这门课程。本课程中涉及的概念和公式较多，在有限的课时内要掌握所有公式的推导及原理难度较大。同时，课程中涉及大量的计算，有的会用到计算编程，计算过程烦琐，计算量大。不同的换热研究方法不是单一解，会涉及各种计算公式、经验式等，增加了换算难度[5]。在实践中，大部分同学反映流体力学与传热学课程学习难度大，原因有两个方面：第一、学生对很多的术语、概念、定理和公式只是靠机械记忆，并没有深刻理解，因此在脑海中很难构造出准确的生活模型，总觉得太抽象难懂，其兴趣和积极性就大大降低。第二、实际应用能力弱，即使课堂上能够通过对概念、定理和公式的记忆去应对相应的练习或考试，但因缺乏对知识的深刻理解，很难应用到生产、生活实践中去。

1.2学习目标

通过流体力学与传热学基础课程的学习，学生能够将已学知识，如机械设计与制造、理论力学、机械设计原理等密切联系起来，组成系统且严密的流体力学和传热学知识体系，使学生在流体平衡、运动规律及能量守恒与转换规律等方面具备必要的基础知识，能够准确使用所学的流体动力学、流体静力学等理论知识，能够正确地解决在机械制造实际工作中遇到的有关流体流动与传热学难题，学会运用基本规律来处理和解决实际问题的方法和技能，培养其分析问题的能力和创新能力，为学生从事工程技术工作和进行科学研究打下扎实的基础[6-7]。课程的总体目标是为学生提供流体平衡、运动规律、能量守恒与转换规律方面的知识，通过热传递过程及与之相关的热流体流动过程的理论基础学习，使学生在处理实际问题时能够准确使用正确方法及运动规律，逐渐建立起逻辑性严谨科学的知识系统[8]。

2流体力学与传热学基础课程的教学改革策略

2.1优化教材选择，提高学生理论水平

授课内容的安排对于学生的知识框架的构建和学习兴趣的培养起到非常重要的作用，教材的选择是其关键性，目前选择的教材是由机械工业出版社出版、由吴学红主编的《热工与流体力学基础》以及科学出版社出版、由次英主编的《流体力学与传热学基础》。前者侧重通用热力学基础知识（热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、热循环、三种传热方式及热交换器）的概述、分析、计算和应用等，且强调特定传热知识和流体力学的知识，强调学规律、掌握规律及运用规律。后者一方面分4个部分讲述流体力学基础知识（流体力学概述、流体静力学基础、流体动力学基础、黏性流体运动及其阻力计算），另一方面分5个部分讲述传热学基础知识（传热导论、导热基本定律及稳态导热，非稳态导热、对流传热的理论基础、辐射传热理论基础及计算），涵盖传热学和流体力学全部知识点且结合实际应用[9]。流体力学与传热学基础课程是机械设计及其制造专业的一门专业基础课，“流体力学与传热学基础”课程开设后，经专业的授课教师及教研室主任在教学过程中的不断总结和探索，综合学生和学院发展情况，采用由吴学红主编的《热工与流体力学基础》作为主要教材，通过合理地结合教材中流体力学及传热学的理论知识，通过案例设计和生产、生产实践应用等方式，培养学生的理论知识理解掌握和实践应用创新等综合能力。同时，参考闻建龙等人编著的《工程流体力学（第2版）》，促使学生对流体力学与传热学和实际生产生活中的应用加深认识，此教材中的内容涉及知识广泛，理论阐述深入浅出，而且配有详细的参考资料和课后作业，适合作为流体力学与传热学基础课程的辅助参考教材使用。

2.2改革教学内容，强化学生知识储备

高校学生的基础专业课的教学内容以及学习结构的设计主要通过教研室授课教师共同商量研究决定。根据院校的机械设计及其制造专业的学生分析能力、理解能力和发展需求，流体力学与传热学基础课程的教学内容主要包括以下内容。（1）流体力学基础知识。包括流体力学概述、流体静力学基础、流体动力学基础、黏性流体运动及其阻力计算，本部分内容主要针对学生基础知识的提升，使学生在流体平衡、运动规律、能量守恒与转换规律等方面具备必要的基础知识，使学生在以后实际工程中能运用流体知识及计算能力，正确处理和解决在机械制造工程中所遇到的流体流动问题[10]。（2）热力学基础知。包括热力学第一定律、热力学第二定律、热循环、三种传热方式及热交换器等，通过分析、计算和生活实际应用，使学生掌握热力学的基本概念、基本规律和原理，学会必要的热力学的分析和计算方法，掌握一些传热学实验技能，为以后从事专业技术工作和科学研究打下必要的热工学基础[11]。学生通过流体力学与传热学基础课程的学习能为接下来学习其他专业课打下良好知识储备，进而提升专业知识能力。

2.3创新教学模式，调动学生学习主动性

课程的根本是教学内容，课程改革的精华是教学模式的创新，不断提高教学质量并推动教学模式的创新改革与转型很重要。传统的教学模式以板书为主，教师采用满堂灌的教学方式，早就不适用于现代的多元化大学课堂。教学模式的多元化、智能化改革已成大势所趋，智能媒体与互联网结合将取代板书。在教学改革实践中，教师可以把阅读碎片化，有针对性地选择阅读内容，和逻辑思维导图学习方式相结合，找准启发点来充分激起学生的学习兴趣，进而改变课堂死气沉沉的现象。阅读碎片化是根据当前发展趋势较好的多媒体及短视频模式，把教学内容制成1min左右的短视频并传播播放的课堂教学模式，抓住学生的眼球，增加与学生的互动频次[12]。授课教师可以把零碎的知识点通过思维导图和视频整合，改变学生的思维模式，为以后的课程实践打下基础。优化“互联网+网络”教学模式的优势如下：（1）该模式能够达到随处学习的目的，能够打破时间与空间的限制，当有不懂的地方学生可以充分利用课程回放功能反复观看，针对性地反复学习难点及重点以加深印象。流体力学与传热学基础这门课程学习难度大、公式推导烦琐、计算过程中函数引用频次多、换算过程较困难等，学生可利用互联网结合的情景学习模式、反复观看共享的知识点难点[13]。（2）在新工科指导理念下，教师采用该教学模式可以适应时代发展的需求，也可以满足培养新一批高素质现代化教师队伍的要求，不仅可以提升教师的综合能力，且有利于提高教师信息技术的运用水平。学校可全方位地提供学习渠道，使教师采用线上、线下齐头并进的双轨教学，合理、灵活地使用互联网，以确保网课高质量和教学进度正常化，方便教师及时高效地跟进教学管理工作[14]。

2.4改革考核形式，激发学生学习兴趣

目前，流体力学与传热学基础课程成绩由30%的平时成绩与70%的期末考试成绩两部分构成。为改变学生考前突击，对知识点死记硬背，靠临时记忆对付期末考试状况，改变学生的学习效果和对理论知识理解不透、掌握差甚至失去学习兴趣的现状，教学改革从以下三点出发。（1）将平时成绩所占的比重提高到50%；（2）平时成绩由原来的作业成绩与考勤成绩改为以实验报告、生产创新设计为主；（3）试题内容尽量丰富多样，如增加简答题、主观题、判断题、案例分析等。通过以上措施来避免学生抄袭和考前突击，进而激发学生的上进心，刺激其主动性和创新性[15]。

3总结

在机械设计制造及其自动化专业的教学实践中，流体力学与传热学基础课程作为一门重要的专业基础课，对培养学生的综合运用专业基础知识的能力起关键性作用。身为授课教师，要革新教学内容，不断提升教学质量，探索高效的教学模式，优化教学手段，举例恰当以及时反映行业前沿科学技术发展动态，提高学生的自信心。在流体力学与传热学基础课程的长远发展中，教师需要总结现有的问题与困难，通过教学改革，建立多元机制，使各个教学环节相互促进，因地、因人、因时、因课程而选择合适的方式和方法，为培养创新应用型现代化人才作出贡献。

作者：郑焕青 单位：郑州工业应用技术学院