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摘要:流體力學是土木工程專業一門重要的專業基礎課，具有理論性強不易理解同時實踐性強與生活息息相關的特點，為提高流體力學教學效果，本文重點探索適用于土木工程專業的教學方法。首先，以產業發展為依托，確定適合土木工程專業的流體力學教學目標。其次，將知識體系與學生認知規律相結合，實現知識點的邏輯結構構建。最后，將傳統教學方式與現代教學技術相結合，充分利用現代教學技術，豐富完善增強學生學習效果的方法。
關鍵詞:流體力學;土木工程專業;教學方法
1流體力學特點及與土木工程專業的關系
在土木工程專業中有廣泛應用，例如對鐵路、公路隧道中壓力波特性的研究是鐵路、公路安全、經濟運行的保證，研究解決風對高聳建筑物的荷載作用和風振等問題，要以流體力學為理論基礎，流體力學中多孔介質中水的流動與土木工程實踐中地下水排除的技術方法密切相關[2]，隨著科學的發展，防洪、河道治理、灌溉、交通運輸、水力發電等都離不開流體力學的專門知識和對水流運動規律的深入認識；而在西北濕陷性黃土地區，高層房屋及地鐵工程的修建更需要人們把握水的滲流機理和特性[3]。同時，“流體力學”課程涉及數學、力學、物理學等多學科，理論性較強，內容較抽象，公式繁多且其推導過程復雜，涉及高等數學相關知識較多，是一門理論性和工程實際意義都較強的課程[4]。根據上述特點，在“流體力學”的教學過程中應針對其課程本身特征，結合工程實際，開展既有趣味性、應用性又有科學特征的教學。因此，在教學過程中，針對土木工程專業對流體力學課程的教學要求，為提高教學效果，充分調動學生的學習興趣和主觀能動性，在教學目標制定、教學內容選取、教學方法運用及知識邏輯結構建構上應充分考慮各相關因素，研究適合土木工程專業的流體力學教學方法。
2教學目標
2.1知識目標
通過本課程的學習，熟悉流體的特性和流體力學知識體系構成。使學生掌握流體力學的基本概念、基本規律、基本的計算方法和實驗技能，為以后從事相應的科學研究、工程應用和實際操作，提供堅實的理論基礎。
2.2能力目標
具備分析問題和解決問題的能力。能夠將流體力學的知識應用到實踐中，即運用流體力學的原理和規律解決本專業中的流體力學相關問題。
2.3素質目標
具備透過現象分析問題的能力，能夠把現象與理論結合起來，形成水文化概念，具備探索科學真理的主動性，增強對物理原理的直覺。
3以流體的粘性為例構建教學邏輯體系
如何實現流體力學教學目標，知識點的選取及知識呈現的邏輯結構具有重要作用。合理的教學邏輯體系符合學生的認知規律，可以很好地保證學習效果。同時潛移默化地培養了學生的能力，實現素質教育?，F以流體的粘性為例，探討如何構建教學邏輯體系。“流體的粘性”屬于“流體力學”課程第一章：流體及其物理性質中的一個重要知識點，是學生學習后續課程的基礎。“流體的粘性”對于學生來講是一個全新的概念，是流體特有的性質，同時又是一個學習的難點。學生學習粘性的前期基礎是對流體的流動性、壓縮性、膨脹性、連續介質模型已經掌握。教學以課堂講授為主，根據學生的認知規律，合理設計講授結構及方法，在講授知識點時其邏輯結構采用實驗法、對比法、演繹推理法。通過生活中的實例，使學生首先有一個在現象層面的認識，然后揭示粘性的本質，并對不同流體粘性的變化規律進行總結對比，引導學生將知識與實踐相結合。最后采用問題的形式，調動學生的學習能動性，對所學知識進行反思，鞏固對知識的理解與運用能力。
3.1背景知識
背景知識的設置起到承上啟下的作用，其主要作用在于采用淺顯易懂的語言，生動直觀的圖片視頻等，從已有知識出發，增強學生探索未知知識的動力，增強學習的興趣與主觀能動性。在流體粘性教學中首先回顧已學知識點流體的流動性，進一步提出決定物質物理性質不同的原因在于物質的物理狀態：氣、液、固三相內部結構的不同，強調粘性屬于物質的一種物理性質，并最終引出將要講授的由物理狀態決定的另一物理屬性：粘性。
3.2引出問題并給出粘性的定義
為加強對知識點的理解將知識點與自然現象結合起來，并最終上升到理論高度給出知識點的定義。以粘性的教學為例，課堂中將列舉由于粘性作用而產生的現象，例如傾倒水和蜂蜜時，流體的流動特征不同，啟發學生思考現象背后的本質，從而給出粘性的定義。
3.3理論探討
為提高學生的專業素養，充分體現流體力學內在特性，在定義的基礎上開展理論探討。例如探討粘性的本質，粘性形成的原因：粘性是施加于流體的應力和由此產生的變形速率以一定的關系聯系起來的流體的一種宏觀屬性，表現為流體的內摩擦。為加深理解，在課堂上演示流體粘性的實驗視頻，列舉平推一本書的首頁，不同頁面移動距離不同的例子，并將流體的粘性與固體的摩擦力進行對比，對牛頓內摩擦定律采用板書的形式，從而使知識點更清晰，更符合學生的接受知識速度。根據粘性提出理想流體和設計流體的概念，結合粘性本質，強調粘性忽略的理想流體可以使工程計算簡化的實踐意義。
3.4影響因素與應用
在從現象到本質并上升到理論高度后，接下來又將所學知識與實踐結合，從而增強知識的應用型。例如通過講述粘性的變化規律，將知識點落實到應用中。講授流體粘性隨流體種類、流體溫度、流體壓力而變化的規律，并將氣體和液體的變化規律進行對比。再次強調，之所以粘性變化規律不同是由于其物質微觀結構不同，以氣體為例，說明粘性形成和變化的原因，氣體分子的速度是由平均速度和熱運動速度兩部分疊加而成，前者是氣體團的宏觀速度，后者決定氣體的溫度。若相鄰兩部分氣體團以不同的宏觀速度運動，由于它們之間有許多分子相互交換，從而帶來動量的交換，使氣體團的速度有平均化的趨勢，這便是氣體粘性的由來，由于溫度升高動量交換增強，因為粘性隨溫度升高而升高。通過物質微觀結構的動畫，使講解更生動，增強學生探索現象背后本質的主動性。最后列舉生活中應用粘性的列子，將理論最終應用到實踐中。
3.5提出問題
為增強學習效果，調動學生積極性，知識講授完成后，提出相關問題，一方面可以檢驗學生的學習效果，另一方面合理的問題設計將啟發學生思考，鞏固所學知識。
4教學方法融合
流體力學教學在內容上分為理論教學和實驗教學兩個板塊，在教學方法上分為傳統板書與多媒體網絡教學等現代教學方法兩種模式。實驗教學相對于理論教學具有直觀性、實踐性、綜合性、設計性與創新性[7]。傳統板書形式較單一，需要學生有較好的學習自覺性，但同時對某些推導類內容較符合學生學習節奏，記憶深刻?，F代教學方法可以呈現更生動的內容，借助于網絡教學，可以有效調動學生的學習積極性。在教學中應充分發揮各教學方法的優勢，實現各教學方法融合，從而提高學生的理論能力、創新能力和實踐能力。
4.1理論教學與實驗教學相互滲透
在理論教學中，播放反映流體規律的相關實驗視頻，從而避免理論教學的生澀枯燥，同時使學生對接下來將要進行的實驗有一個認識。在實驗教學中，為保證教學質量，采用小班教學的方式，實驗前布置思考題，在教學過程中，實驗老師可以實現充分的指導，并通過提問、演示等方式啟發學生的思維，引導學生將實驗與理論對應起來。同時，為激發學生的創新能力，除常規實驗外，還鼓勵學生設計開展創新性實驗。
4.2傳統教學方法與現代教學方法相結合
除了課堂講授外，引導學生合理利用課后資源，使學生以不同的角度來理解所學知識點。布置學生搜索反映流體力學現象、解釋流體力學原理的圖片和視頻，并把有價值的結果在課堂上展示。以畢博系統為平臺建立包含知識點、課件、作業、試題等的網絡資源庫，有效提高學生的課下學習效率，加強學生和老師的互動。
5結論
結合土木工程專業和流體力學的特點，提出合理的教學目標，進行知識點邏輯結構構建，將各種教學方法融合，實踐表明可以有效地提高流體力學的教學效果。以流體的粘性為例，在教學中首先采用生活中流體粘性作用的現象來引出問題，可以引起學生的興趣，充分調動學生探索現象背后科學真相的能動性。采用將流體和固體進行對比的方法加深學生對概念的理解。最后又將科學規律與現實結合起來，從而使學生在掌握概念的同時，又可以將理論應用到實踐中。因此，在流體力學的教學中合理地構建教學邏輯結構，采用視頻、動畫和板書等多種教學形式、注重規律與實踐的結合，可以實現培養高素質工程人才的目標。
參考文獻
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[2]薛向東,陳勇民,童蕓蕓,汪華.基于專業認證的流體力學教學實踐[J].浙江科技學院學報,2018,12,30(6).
[3]鄭健.基于地域特色的大土木水力學課程建設與教學實踐[J].高教學刊,2016(16)::80-84.
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[6]高紅斌,張汝琦,孫楠,等.認知策略在“工程流體力學”教學中的應用[J].中國電力教育,2010(1).
[7]潘歡迎,張學海,魯濤濤,等.對創新性實驗教學的思考[J].教育教學論壇,2012(2):209-210.
作者:閆淑霞 單位:常州工學院土木與建筑工程學院
