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“交叉型”教学在流体力学教学中的作用与研究

[摘要]流体力学中的概念、定理比较多,让学生快速准确地理

解并掌握这些概念和定理并非易事,它需要正面的说明解释,还需

要从数学和物理的角度进行类比联系。本文研究了在流体力学教学

中的引入“交叉型”教学方法的必要性和作用,重在培养学生的类

比和建立多学科联系的能力,准确把握概念及定理间的关系。

[关键词]交叉型教学流体力学类比

“实施精英教育、培养精英人才”是高等院校建设高水平研究

型大学的目标和导向。高等院校秉行“教育以育人为本,以学生为

主体;办学以人才为本,以教师为主体”的教育理念,培养了大批满

足社会需求的优秀人才。但随着社会进步和时代的发展,对本科教

学质量和教学目标提出了更高要求,研究和实施新的教学模式十分

必要。

一、“交叉型”教学方法的必要性

目前,我国高等工程教育的传统模式是教师讲授为主体的“知识

灌输”式,学生被动接受知识,主动性学习不足,缺乏运用所学知识

发现问题的能力,缺乏创新意识,创新能力不足。不能满足社会经济

持续发展对高素质创新人才的现实要求。

多学科之间的交叉融合成为目前学科发展的一个主要趋势,大

量原创性科研成果的产生、新的学科增长点的培育以及优势学科方

向的凝练,都依赖于多学科之间的相互交叉与融合。积极推动学科

的交叉融合可以为高等院校的学科发展创造一个良好的机遇,并据

此提供一条可行的路径。科学所探讨的规律是客观存在的,自然界

的规律本无学科之分,只是人为将之分为不同的门类,因此,所有的

科学研究不应当以学科作为界限。学科交叉、学术交流和团结合作

是获得创新性成果的必然要求。很多诺贝尔奖的诞生都是得益于团

队合作与学科交叉,学科建设是学校事业发展的根本,学科交叉有

利于出创造性成果,同时,可以充分利用学校现有教学、科研资源,

减少资源浪费。现在,我们通常强调科研方面的多学科交叉,而忽视

了教学方面。在教学方面,多学科交叉同样起着举足轻重的作用。

二、“交叉型”教学方法的作用

“交叉型”教学是构建以核心课程和选修课程相融合的教学模

式,实现“科学无界限”的完美结合。“交叉型”教学模式融理论基

础与专业培养为一体,是研究型大学的基本教学模式,具有以下三

个基本特征:突出学生在教学中的主体地位;强调多学科交叉融合

在教学中的重要作用;构建知识、能力与素质的三维一体。“交叉型”

教学模式是相对于以单一性知识传授为主的教学模式提出的,是指

教师以主讲课程内容为基础,融入其他相关学科的知识加以传授,

让学生体会多学科之间是有联系的,不是独立的,可以触类旁通,加

深理解和便于掌握。专业基础课教学是夯实学生专业基础知识、提

高学生综合素质的重要环节,在专业基础课教学中引入其他相关学

科的知识,可以拓宽学生视野、提高学生学习积极性、发挥学生能

动性,对强化专业课教学效果,培养专业知识扎实、思维活跃的创新

型精英人才具有重要意义。

三、“交叉型”教学方法的具体实施

流体力学是工科学校主要专业基础课程之一。学生通过本课程

学习流体力学的基本概念和基本原理,掌握一定的分析、解决本专

业中涉及流体力学问题的能力,为学习后续专业课程打好基础。本

课程要求学生掌握流体的主要力学性质、流体在静止和相对平衡时

压强的分布规律、计算和测量方法、理解涡动力学原理并掌握流体

运动学和动力学的基本方程,理解并能应用理想流体和粘性流体的

运动方程。内容涉及:流体力学研究对象和研究方法;流体的主要物

理性质,流体静压强及其特性;流体平衡微分方程;流体静压强的分

布规律;作用于平面的液体压力;压力作用点;作用于曲面上的液体

压力;液体的相对平衡。描述流体运动的方法;流动分类;连续性方

程;流体微团运动分析,无旋运动和速度势,不可压流体的平面运动

和流函数。理想流体的动量方程;理想流体的能量方程;不可压缩流

体的一维流动,积分形式的动量方程和动量距方程。流体的涡旋运

动。应力张量及形变率张量之间的关系;粘性流体力学基本方程和

边界条件;粘性流动的基本性质;精确解;相似理论和量纲分析;边

界层理论。湍流产生的随机性;湍流基本方程;湍流的半经验理论;

湍流边界层。课程的重点是连续性方程,动量守恒方程,能量守恒方

程。课程的难点是边界层理论和湍流边界层。但作者发现在课程教

学中若采用传统的以全时段讲授为主的模式,学生容易产生疲倦心

理,课堂效果并不理想,同时若单一以教学参考书为主线讲授,在教

和学两个环节对细节的把握和理解都不尽如人意。申请人前期尝试