流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐

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摘要：文章結(jié)合鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的教學(xué)實(shí)際，從流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及考核形式等進(jìn)行了系統(tǒng)的改革和創(chuàng)新。結(jié)果表明，課程改革可以充分激發(fā)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的好奇心及學(xué)習(xí)興趣，提高其積極性和主動(dòng)性思考能力，加強(qiáng)學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；自動(dòng)化專業(yè)；教學(xué)改革；流體力學(xué)

鄭州應(yīng)用技術(shù)學(xué)院位河南省鄭州市，鄭州市作為我國重要的工業(yè)城市，位于農(nóng)業(yè)大省——河南省，機(jī)械類、汽車、智能機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)展迅速，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的工程應(yīng)用型專業(yè)人才的需求也有了更高的需求和要求。流體力學(xué)與傳熱學(xué)的基本規(guī)律等知識(shí)可以影響相關(guān)行業(yè)甚至國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科學(xué)技術(shù)進(jìn)展速度。流體力學(xué)與傳熱學(xué)在電子、建筑、航空航天、機(jī)械制造、生物工程甚至醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。無論是在新材料研制、冷熱加工制造領(lǐng)域，還是在先進(jìn)化智能制造、超精密加工、電氣及其自動(dòng)化制造等領(lǐng)域，能否正確處理流動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及傳熱現(xiàn)象等生產(chǎn)中的實(shí)際問題，已經(jīng)是解決技術(shù)問題的關(guān)鍵要素。流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程作為機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生的發(fā)展起到重要作用，流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程是以工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，學(xué)生需要學(xué)習(xí)流體的平衡、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，尤其是流體動(dòng)力學(xué)、流體靜力學(xué)、雷諾現(xiàn)象等知識(shí)，以及熱能中的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及能量守恒定律，機(jī)械能與熱能相互轉(zhuǎn)換的知識(shí)。流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程是機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)要求的重要課程之一，通過學(xué)習(xí)，學(xué)生在遇到復(fù)雜的專業(yè)問題和工程實(shí)際問題時(shí)，能夠正確地運(yùn)用理論基礎(chǔ)解決問題[2]。

1流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.1課程特點(diǎn)

流體力學(xué)與傳統(tǒng)學(xué)基礎(chǔ)課程是機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的一門主要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它既是力學(xué)的一個(gè)分支，具有較強(qiáng)的理論體系，又密切聯(lián)系工程實(shí)際，具有一定的專業(yè)針對(duì)性，是學(xué)習(xí)專業(yè)課程和專業(yè)發(fā)展不可缺少的技術(shù)理論基礎(chǔ)[3]。流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)是研究流體受力及宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律性的一門學(xué)科，是介于基礎(chǔ)科學(xué)與工程之間的專業(yè)理論基礎(chǔ)課，因包含大量公式推導(dǎo)計(jì)算、模型的建立和分析，課程內(nèi)容苦澀難懂，偏重課堂教學(xué)[4]。該課程有知識(shí)面廣、理論性和實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)習(xí)內(nèi)容很重要等特點(diǎn)，使得教師授課壓力大、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。流體力學(xué)與傳熱學(xué)涉及知識(shí)面廣，和許多課程都密切結(jié)合、相互聯(lián)系，需要學(xué)生對(duì)高數(shù)、物理、材料力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)有一定的掌握，如果缺失了部分相關(guān)知識(shí)會(huì)導(dǎo)致難以完全理解這門課程。本課程中涉及的概念和公式較多，在有限的課時(shí)內(nèi)要掌握所有公式的推導(dǎo)及原理難度較大。同時(shí)，課程中涉及大量的計(jì)算，有的會(huì)用到計(jì)算編程，計(jì)算過程煩瑣，計(jì)算量大。不同的換熱研究方法不是單一解，會(huì)涉及各種計(jì)算公式、經(jīng)驗(yàn)式等，增加了換算難度[5]。在實(shí)踐中，大部分同學(xué)反映流體力學(xué)與傳熱學(xué)課程學(xué)習(xí)難度大，原因有兩個(gè)方面：第一、學(xué)生對(duì)很多的術(shù)語、概念、定理和公式只是靠機(jī)械記憶，并沒有深刻理解，因此在腦海中很難構(gòu)造出準(zhǔn)確的生活模型，總覺得太抽象難懂，其興趣和積極性就大大降低。第二、實(shí)際應(yīng)用能力弱，即使課堂上能夠通過對(duì)概念、定理和公式的記憶去應(yīng)對(duì)相應(yīng)的練習(xí)或考試，但因缺乏對(duì)知識(shí)的深刻理解，很難應(yīng)用到生產(chǎn)、生活實(shí)踐中去。

1.2學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)⒁褜W(xué)知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)原理等密切聯(lián)系起來，組成系統(tǒng)且嚴(yán)密的流體力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)體系，使學(xué)生在流體平衡、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及能量守恒與轉(zhuǎn)換規(guī)律等方面具備必要的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠準(zhǔn)確使用所學(xué)的流體動(dòng)力學(xué)、流體靜力學(xué)等理論知識(shí)，能夠正確地解決在機(jī)械制造實(shí)際工作中遇到的有關(guān)流體流動(dòng)與傳熱學(xué)難題，學(xué)會(huì)運(yùn)用基本規(guī)律來處理和解決實(shí)際問題的方法和技能，培養(yǎng)其分析問題的能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生從事工程技術(shù)工作和進(jìn)行科學(xué)研究打下扎實(shí)的基礎(chǔ)[6-7]。課程的總體目標(biāo)是為學(xué)生提供流體平衡、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、能量守恒與轉(zhuǎn)換規(guī)律方面的知識(shí)，通過熱傳遞過程及與之相關(guān)的熱流體流動(dòng)過程的理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，使學(xué)生在處理實(shí)際問題時(shí)能夠準(zhǔn)確使用正確方法及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，逐漸建立起邏輯性嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)[8]。

2流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革策略

2.1優(yōu)化教材選擇，提高學(xué)生理論水平

授課內(nèi)容的安排對(duì)于學(xué)生的知識(shí)框架的構(gòu)建和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)起到非常重要的作用，教材的選擇是其關(guān)鍵性，目前選擇的教材是由機(jī)械工業(yè)出版社出版、由吳學(xué)紅主編的《熱工與流體力學(xué)基礎(chǔ)》以及科學(xué)出版社出版、由次英主編的《流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)》。前者側(cè)重通用熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（熱力學(xué)基本概念、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱循環(huán)、三種傳熱方式及熱交換器）的概述、分析、計(jì)算和應(yīng)用等，且強(qiáng)調(diào)特定傳熱知識(shí)和流體力學(xué)的知識(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)規(guī)律、掌握規(guī)律及運(yùn)用規(guī)律。后者一方面分4個(gè)部分講述流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（流體力學(xué)概述、流體靜力學(xué)基礎(chǔ)、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、黏性流體運(yùn)動(dòng)及其阻力計(jì)算），另一方面分5個(gè)部分講述傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（傳熱導(dǎo)論、導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、對(duì)流傳熱的理論基礎(chǔ)、輻射傳熱理論基礎(chǔ)及計(jì)算），涵蓋傳熱學(xué)和流體力學(xué)全部知識(shí)點(diǎn)且結(jié)合實(shí)際應(yīng)用[9]。流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程是機(jī)械設(shè)計(jì)及其制造專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，“流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)”課程開設(shè)后，經(jīng)專業(yè)的授課教師及教研室主任在教學(xué)過程中的不斷總結(jié)和探索，綜合學(xué)生和學(xué)院發(fā)展情況，采用由吳學(xué)紅主編的《熱工與流體力學(xué)基礎(chǔ)》作為主要教材，通過合理地結(jié)合教材中流體力學(xué)及傳熱學(xué)的理論知識(shí)，通過案例設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用等方式，培養(yǎng)學(xué)生的理論知識(shí)理解掌握和實(shí)踐應(yīng)用創(chuàng)新等綜合能力。同時(shí)，參考聞建龍等人編著的《工程流體力學(xué)（第2版）》，促使學(xué)生對(duì)流體力學(xué)與傳熱學(xué)和實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用加深認(rèn)識(shí)，此教材中的內(nèi)容涉及知識(shí)廣泛，理論闡述深入淺出，而且配有詳細(xì)的參考資料和課后作業(yè)，適合作為流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的輔助參考教材使用。

2.2改革教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備

高校學(xué)生的基礎(chǔ)專業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要通過教研室授課教師共同商量研究決定。根據(jù)院校的機(jī)械設(shè)計(jì)及其制造專業(yè)的學(xué)生分析能力、理解能力和發(fā)展需求，流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括以下內(nèi)容。（1）流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。包括流體力學(xué)概述、流體靜力學(xué)基礎(chǔ)、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、黏性流體運(yùn)動(dòng)及其阻力計(jì)算，本部分內(nèi)容主要針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的提升，使學(xué)生在流體平衡、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、能量守恒與轉(zhuǎn)換規(guī)律等方面具備必要的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生在以后實(shí)際工程中能運(yùn)用流體知識(shí)及計(jì)算能力，正確處理和解決在機(jī)械制造工程中所遇到的流體流動(dòng)問題[10]。（2）熱力學(xué)基礎(chǔ)知。包括熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱循環(huán)、三種傳熱方式及熱交換器等，通過分析、計(jì)算和生活實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生掌握熱力學(xué)的基本概念、基本規(guī)律和原理，學(xué)會(huì)必要的熱力學(xué)的分析和計(jì)算方法，掌握一些傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，為以后從事專業(yè)技術(shù)工作和科學(xué)研究打下必要的熱工學(xué)基礎(chǔ)[11]。學(xué)生通過流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)能為接下來學(xué)習(xí)其他專業(yè)課打下良好知識(shí)儲(chǔ)備，進(jìn)而提升專業(yè)知識(shí)能力。

2.3創(chuàng)新教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性

課程的根本是教學(xué)內(nèi)容，課程改革的精華是教學(xué)模式的創(chuàng)新，不斷提高教學(xué)質(zhì)量并推動(dòng)教學(xué)模式的創(chuàng)新改革與轉(zhuǎn)型很重要。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以板書為主，教師采用滿堂灌的教學(xué)方式，早就不適用于現(xiàn)代的多元化大學(xué)課堂。教學(xué)模式的多元化、智能化改革已成大勢(shì)所趨，智能媒體與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合將取代板書。在教學(xué)改革實(shí)踐中，教師可以把閱讀碎片化，有針對(duì)性地選擇閱讀內(nèi)容，和邏輯思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)方式相結(jié)合，找準(zhǔn)啟發(fā)點(diǎn)來充分激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而改變課堂死氣沉沉的現(xiàn)象。閱讀碎片化是根據(jù)當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)較好的多媒體及短視頻模式，把教學(xué)內(nèi)容制成1min左右的短視頻并傳播播放的課堂教學(xué)模式，抓住學(xué)生的眼球，增加與學(xué)生的互動(dòng)頻次[12]。授課教師可以把零碎的知識(shí)點(diǎn)通過思維導(dǎo)圖和視頻整合，改變學(xué)生的思維模式，為以后的課程實(shí)踐打下基礎(chǔ)。優(yōu)化“互聯(lián)網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)如下：（1）該模式能夠達(dá)到隨處學(xué)習(xí)的目的，能夠打破時(shí)間與空間的限制，當(dāng)有不懂的地方學(xué)生可以充分利用課程回放功能反復(fù)觀看，針對(duì)性地反復(fù)學(xué)習(xí)難點(diǎn)及重點(diǎn)以加深印象。流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)這門課程學(xué)習(xí)難度大、公式推導(dǎo)煩瑣、計(jì)算過程中函數(shù)引用頻次多、換算過程較困難等，學(xué)生可利用互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的情景學(xué)習(xí)模式、反復(fù)觀看共享的知識(shí)點(diǎn)難點(diǎn)[13]。（2）在新工科指導(dǎo)理念下，教師采用該教學(xué)模式可以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，也可以滿足培養(yǎng)新一批高素質(zhì)現(xiàn)代化教師隊(duì)伍的要求，不僅可以提升教師的綜合能力，且有利于提高教師信息技術(shù)的運(yùn)用水平。學(xué)校可全方位地提供學(xué)習(xí)渠道，使教師采用線上、線下齊頭并進(jìn)的雙軌教學(xué)，合理、靈活地使用互聯(lián)網(wǎng)，以確保網(wǎng)課高質(zhì)量和教學(xué)進(jìn)度正常化，方便教師及時(shí)高效地跟進(jìn)教學(xué)管理工作[14]。

2.4改革考核形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

目前，流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程成績由30%的平時(shí)成績與70%的期末考試成績兩部分構(gòu)成。為改變學(xué)生考前突擊，對(duì)知識(shí)點(diǎn)死記硬背，靠臨時(shí)記憶對(duì)付期末考試狀況，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和對(duì)理論知識(shí)理解不透、掌握差甚至失去學(xué)習(xí)興趣的現(xiàn)狀，教學(xué)改革從以下三點(diǎn)出發(fā)。（1）將平時(shí)成績所占的比重提高到50%；（2）平時(shí)成績由原來的作業(yè)成績與考勤成績改為以實(shí)驗(yàn)報(bào)告、生產(chǎn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)為主；（3）試題內(nèi)容盡量豐富多樣，如增加簡答題、主觀題、判斷題、案例分析等。通過以上措施來避免學(xué)生抄襲和考前突擊，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的上進(jìn)心，刺激其主動(dòng)性和創(chuàng)新性[15]。

3總結(jié)

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中，流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的能力起關(guān)鍵性作用。身為授課教師，要革新教學(xué)內(nèi)容，不斷提升教學(xué)質(zhì)量，探索高效的教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)手段，舉例恰當(dāng)以及時(shí)反映行業(yè)前沿科學(xué)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，提高學(xué)生的自信心。在流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)課程的長遠(yuǎn)發(fā)展中，教師需要總結(jié)現(xiàn)有的問題與困難，通過教學(xué)改革，建立多元機(jī)制，使各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)相互促進(jìn)，因地、因人、因時(shí)、因課程而選擇合適的方式和方法，為培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型現(xiàn)代化人才作出貢獻(xiàn)。

作者：鄭煥青 單位：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院