四、教学方法

四、教学方法

基于“课堂—工程—竞赛”三维联动模式下的流体力学创新教学主要以学生为中心，将实际工程案例和前沿研究中的流体力学现象和问题有机融合至课堂的教学内容中；以流体力学相关课外研学竞赛为载体，将学生的能力培养从课堂的学习能力拓展至课外研学竞赛中的创新实践能力；同时，通过学生参与实际工程案例的研究和课外研学竞赛的反馈，进一步丰富课堂教学内容，强化学生对课堂内容的理解。最终，通过打通课堂、项目与竞赛的壁垒，形成三者相互依托关系，进而实现学生在“课堂—工程—竞赛”三维联动模式下知识和能力的同步提高（如图1所示）。

图1　“课堂—工程—竞赛”三维联动模式下流体力学创新教学思路

为保障学生在“课堂—工程—竞赛”三维联动模式下能够实现知识和能力的同步提高，在流体力学课程的教学过程中采用了以下三种创新方法：

（一）整合教学内容，强化基于实际工程及研究前沿的案例式教学

工程流体力学教材中公式的推导涉及大量数学公式，如微元法推导流体静力学公式，若过分强调理论推导过程，会让学生感觉像数学课，尤其对于数学基础差的学生来讲，冗长的公式推导会打击其学习的积极性。因此，对于公式的推导过程进行精简，重点介绍推导过程中的数学思路及其边界条件，部分内容可以留给学生课后自学，引导学生掌握自主学习的方法。此外，在课堂上，采用案例式教学方法，引入大量实际工程案例和科技前沿，如结合三峡大坝、屋顶水箱、蛟龙号潜水器等学生熟知的实际工程案例和科技前沿讲授相关知识点，使得课堂内容丰富多样，提高学生课堂学习的积极性。

另外，通过实际工程案例解析过程，可让学生对课程内容的实践有更深刻的了解。同时，在实际案例的选取上，尽量选择具有启发性的案例或者新闻热点，给学生一定的思考空间，引导学生利用流体力学知识分析实际案例，提高学生分析问题和解决问题的工程能力。同时，通过典型案例的介绍，引导学生举一反三地寻找生活中和流体力学相关的案例，进一步提高学生的创新实践能力。(https://www.daowen.com)

（二）更新教学方法，运用基于虚拟仿真的信息化立体教学手段

工程流体力学内容中涉及大量概念，且相关概念的理论性和综合性较强，如流体运动学中描述流体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法。在欧拉法中，流体加速度的产生是由时变加速度和位变加速度造成的，该类概念抽象难懂，且涉及高等数学中的微分方程，传统平面的黑板板书的教学很难将三维空间系内流体在时空的运动规律表示出来。在东南大学土木工程学院下属的“土木工程国家虚拟仿真实验教学中心”和“江苏省虚拟仿真实验教学共享平台（省内土建类唯一）”的支持下，利用虚拟仿真技术模拟动态流体的时空分布及其受力情况，综合了视频、动画、图片、声音和文本等多种素材，可以更好地创设教学意境，全面立体和直观地展示相关知识点，帮助学生理解抽象概念，同时还可以增加教学活动中的趣味性。对于涉及重要理论公式推导的过程，不能全部简单地用课件来展示全部的推导过程，而是要结合传统板书进行推导，并解释其中的物理概念和意义，根据学生的反馈情况调整推导速度。信息立体化手段同传统板书手段相互使用，相辅相成，进一步提高教学效果。

同时通过信息立体化的手段，可以进一步融合教学与科研，将目前课程相关的科学研究和科技创新有机融入课堂中，以仿真模拟工具解决实际科研问题案例。实践表明，很多学生希望能够了解和学习相关仿真软件，并以此积极参与大学生课外研学竞赛项目，实践创新能力得到了进一步的提高。

（三）凸显能力培养，课程教学有机融合课外研学竞赛

为进一步培养学生实践创新能力，以课外研学竞赛为载体，以课堂教学内容为基础，将课堂学习同课外研学竞赛有机融合。例如：东南大学土木工程学院学生参加了美国土木工程大学生环境竞赛（American Society of Civil Engineers，ASCE），在比赛中需要设计一个快速过滤装置，学生根据所学流体力学课程的流动流态及其水头损失计算内容，以最小水头损失计算为目的，进一步优化反应装置；在东南大学每年举办的“结构创新竞赛”中，很多学生设计的桥梁结构中需要运用流体力学知识计算桥梁的抗风性能，并根据计算结果优化结构设计。在学生参加课外研学竞赛过程中，发现的相关实际问题与成果反过来丰富与拓展了课堂教学内容，实现了课堂教学与课外研学竞赛的有机融合。

在课堂教学与课外研学竞赛的有机融合下，学生针对研学竞赛中发现的问题提出解决方案，如通过文献查阅、小试实验和仿真模拟等手段来解决和验证相关问题，在整个过程中也进一步培养了学生的创新思维，锻炼了学生的实践创新能力。

综上，在教学内容调整、教学手段创新、教学载体延伸等创新措施下，流体力学课采用“课堂—工程—竞赛”三维联动模式教学，有效地强化了课程教学效果，同时培养了学生的工程能力和实践创新能力，为学生成为卓越工程师打下坚实的基础。