水利特色高校土木专业《流体力学》开放性习题初探

关键词：水利特色   土木工程   流体力学   习题改革

《流体力学》是土木工程专业的一门专业基础课。针对该课程理论性强、公式多、学生难以理解、课时少等问题[1-2]，前人进行了从教学模式设计改革[3]、教学内容针对性改革[4-6]、教学方法和教学手段改革[6-7]等方面的教学改革研究。此外，还有人提出加强绪论课讲解，从第一堂课激发学生学习兴趣[1];加强习题讲解，加强学生对基本概念的掌握[2，5]等改革思路。 前人所进行的教学改革目标主要是提高教师教学水平，提升学生学习兴趣，通过各种手段和方法完成教学大纲的教学目的。南昌工程学院是具有水利特色的应用型大学，注重学生理论学习同时，更注重学生对理论应用的深化，鼓励学生创新创业。而学生创新创业的源头即来源于社会需求与理论学习的结合。学生自身很少具备独立解决某个问题的能力，因此，笔者提出一种思路：完成教学大纲规定的教学内容的前提下，授课教师依托现有项目和生活中存在的一些问题，构建相对简单的基于流体力学基本理论、结合了其他相关课程的综合性、开放性课后习题。完成教学大纲内作业后，学生自行组建团队，选择小组成员感兴趣的开放性课后习题，通过一个学期的课后时间，尽力完成。根据学生完成过程的表现和习题的完成情况，授课教师择优推荐给长期从事科学研究的教师，成立研究团队，选择合适的拓展课题，建立创新项目。

一、案例

（一）命题

研究人对南昌工程学院瑶湖学院土木专业精英小班2014、2015和2016届连续三届《流体力学》授课对象进行了开放性课后习题尝试。

2014届学生7名，分为两组，选题两个：（2014-1）教师提供实验水槽和进行水槽实验的一切需求，及南京水利科学研究院研制的电子旋桨流速仪，要求设计实验方案，测量并绘制某一断面在紊流和层流两种状况下流速分布图，并分析是否与牛顿内摩擦定律吻合，如不吻合，请说明原因。（2014-2）教师提供HK-SWJ-8090型钢尺水位仪，部分参数参阅文献，要求设计研究方案，得到校园内河上滚水坝水位-过流能力关系曲线。

2015 届学生13名，分为两组，选题两个：（2015-1）以学校附近瑶湖大桥为研究对象，现场调研桥面的排水设施，查阅相关规范和文献，对瑶湖大桥排水设施现状进行评价，并通过参考文献和规范计算几种降雨强度下桥面汇流情况，判定瑶湖大桥的排水能力及可能产生淹没的降雨强度和改进措施，出具研究报告。教师提供材料费、交通费及测量工具。（2015-2）以学校教师公寓一个单元为研究对象，通过实地调研确定用水高峰的生活污水排放量，查阅文献和规范确定计算依据和需准备的参数，通过确定计算参数，依据参考文献和规范给定的计算公式，计算一个单元排污高峰期所需的最大排水管径及三个单元所需的最大排水管径。

2016届学生15名，分为三组，选题三个：（2016-1）喷灌技术在农业中有着重要的地位，其中包括喷头规格与喷灌均匀度是两项重要指标。其中喷头规格（工作压力，管径等）参考现行市场各类喷头。喷灌均匀度是决定喷灌系统好坏的决定因素，要求在有风环境下，探究怎样设计使得喷灌均匀度达到较为满意的喷灌要求。（2016-2）以学校教师公寓一个单元为研究对象，通过实地调研确定用水高峰时的用水量，同时确定满足18层楼高用户同时用水时水压、水量保证，二次加压的相关参数。（2016-3）许多城市都应用了中水处理设备进行小区内污水收集、处理并二次利用，以一栋学生宿舍为例进行实地调研，通过查阅相关资料，提出一套应用于学生社区中水利用的相關参数。

（二）结果分析

2014届的两组同学同时选择了习题（2014-1）。因此笔者在水槽中选取了两个断面，分别由一组和二组同学测量。期间，两组同学分别对旋桨流速仪的使用进行了学习，而后设计了测速坐标，最后进行了数据测量。学生实验操作的整个过程，笔者都在旁观察、拍照、指导。特别提醒：（1）每个坐标点测量三次求平均;（2）每组同学固定由某一人固定标尺，某一人读数，某一人记录;（3）实验报告要求格式完整内容详实。由于是恒定均匀流实验，最后呈现的结果两组可做互相验证，而验证结果较好。

2015届的两组同学分别选择了习题（2015-1）和（2015-2）。由于是室外调研项目，笔者没有跟从，只是定期检查他们现场拍摄的照片和调研的数据，最后两组提交了研究报告。根据研究报告可见，两组同学确实进行了现场调研，获取了基本参数和相关数据;此外，两组同学分别根据自身需要参阅了相关文献和规范，提出了应用于本研究的公式和目前进行计算仍然缺少的参数。两组同时反映对开放性课外习题的心理历程包括抵触-执行-兴趣-创新思维。因此，两组同学中部分同学重新组合构建了一个污水处理技术相关的研究团队参与学校相关实践项目。

2016届三组同学同时选择了习题（2016-2）。笔者分析（2016-1）和（2016-3）两个习题过于拓宽，有些超出同学的承受能力了。由于是室外项目，因此笔者没有跟从，只进行定期检查和指导。从三组同学出具的研究报告可见，部分同学对开放性课外习题的认识并不全面，由于片面认识导致了抵触情绪。但是大部分同学对开放性课外习题兴趣浓厚，甚至表示通过进行这种类型的课后作业收获颇多。因此，笔者也将根据实际情况，在命题和分组的时候进行具体调整，确保课后开放性习题尝试更加成功。

二、结语

为了提升土木专业同学对《流体力学》课程的认识程度和学习兴趣，对南昌工程学院瑶湖学院2014-2016连续三届中每届土木专业小班进行分组，提供开放性课后习题，由小组成员选取感兴趣的习题作为完成教学大纲规定内容外的训练项目，达到了以下目标：（1）提升了学生的学习兴趣，开拓了学生视野;（2）从这样的活动中，具有领导能力、研究能力和团队合作能力的学生脱颖而出;（3）催生了一个创新训练计划小组;（4）为下一步研究型教学的进行奠定了实践基础。

参考文献：

[1]肖淑杰.土木专业流体力学课程改革探讨[J].科教文汇（上旬刊），2012，（11）：34-35.

[2]甘文举.基于“大土木”理念的流体力学课程教改研究[J].中国冶金教育，2010，（05）：33-35.

[3]喻萍，袁苏跃，董羽蕙.土木专业《流体力学》教学模式探讨[J].昆明大学学报，2003，（02）：82-83.

[4]王玉敏，余冉.对土木专业《流体力学》教学的几点体会[J].高教学刊，2016，（02）：69-70.

[5]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建筑，2008，（21）：182-183.

[6]陈明东.流体力学教学改革探讨[J].宁夏农林科技，2016，（04）：60，62.

[7]朱俊锋，梅群，李一帆.浅谈土木工程专业工程流体力学课程教学改革[J].山西建筑，2010，（23）：224-225.

（基金项目：本文系瑶湖专项（校级）开放性课后习题在《流体力学》课程教学中的应用研究2016YH001。作者简介：[1]石莎，南京水利科学研究院，博士，南昌工程学院水利与生态工程学院讲师，主要从事城市水力学、环境水力学研究;[2]王金辉，南昌工程学院水利水电工程学士，江苏大学研究生，机械水力学研究。）