王东祥+崔政伟+俞建峰
摘 要：为了进一步提升过程装备与控制工程专业学生的教学质量，本文针对计算流体动力学课程的教学开展探索与实践。以工程教育专业认证的三个核心理念为导向，结合本专业对该课程的需求，从教学制度、学生及教师授课三个方面分析了目前教学中存在的主要问题，结合相关高校的教学经验以及学生的教学建议，提出了一些改善教学效果的具体措施及途径，并进行了两届学生的教学实践，教学质量有了显着提升。
关键词：计算流体动力学；过程装备与控制工程；工程教育专业认证；课程改革
一、 引言
过程装备与控制工程（简称“过控”）专业隶属工学机械大类，以流程性物料（气、液、粉体等）为加工对象，以改变物料状态和性质为目的，涉及流动与传热、传质等过程所需的全套装备，在国民经济中发挥着重要作用。江南大学过控专业结合工业4.0和中国制造2025的发展需求，依托学校在轻工食品行业的领先优势，培养复合型、工程应用型高级专门人才。为了加快本专业的建设和发展，需进一步深化工程教育专业认证核心理念，以产出为导向、以学生为中心，持续改进，突出强调学生的学习成果、密切关注学生“应该得到什幺”。本文基于工程教育专业认证的要求，以计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）的教学出发，结合我校过控专业实际情况，分析本课程在教学过程中存在的问题，吸取相关高校的教学经验，探索了提升教学效果的具体措施。
二、 教学中存在的问题
1. 教学制度方面
CFD上承高等数学、传热传质学、流体力学，下承接过程设备设计、过程流体机械、过程装备密封技术，服务于如换热器、泵、风机、压缩机、膨胀机、内燃机及汽轮机等典型过程设备。相比必修课程，CFD教学内容专业性高、知识更新快，涵盖专业理论研究方向的前沿，教学质量仰赖于教师的平时积累。课程设置是否合理也影响到本课程的教学质量，学生容易出现流体力学、高等数学等相关基础课程知识点掌握不扎实、衔接不紧密等情况；课程内容也可能存在重复而导致教学资源浪费。另外，考核方式也存在很大弊端，完成报告的考核方式并不十分严格。这些均在不同程度上影响了学生的积极性和学习效果。
2. 学生方面
经调研发现，相对于必修课，学生对选修课的选择趋于盲目性，依靠感觉，对所选课程的授课内容缺乏了解，往往出现学习效果与心理预期不一致，产生混学分、避难就易等不良现象。部分同学认为选修课基本没有学习压力，容易通过且与毕业不挂钩。CFD一般安排在大三下或大四上学期，正值学生考研和求职期，课堂已成为部分同学的考研自习室。考核方式也严重影响学生学习的积极性，目前主流的考核方式是完成报告，成绩五级制，学生往往从网上查抄相关内容作为考核报告提交。虽然本校过控专业已试点一生一题，独立完成，部分学生仍照搬他人或网络内容。除此之外，各种移动终端对学生的诱惑力难以想象，特别是各种社交APP、手机游戏等已占据了学生的大部分时间，没有将较多精力投入课程中。
3. 教师授课方面
CFD的典型特点是涵盖很多相互关联的基本概念和定律，涉及大量的数学知识和理论推导，理解和掌握难度较大。另外，因教学制度和学生本身因素的影响，学生往往认为计算流体动力学这门课程乏味、枯燥，学生对这些知识的理解和掌握程度本来就存在差异，如果课堂气氛压抑，学生无精打采，应付老师的要求，少发言甚至不发言，这样很难提起学生的学习积极性和主动性，教学效果可想而知。CFD课程的工程实践性很强，授课内容应该涉及大量的工程例子，但由于教学制度和学生表现的影响，有些教师照本宣科，教学内容不够丰富；有些教师认为学生对于选修课只是简单地涉猎，无需深入，课前准备不足，授课安排不合理，在教学内容和方法上没有认真备课，教学态度不够认真，引起负面效应。
三、 改善教学的措施
1. 授课内容
CFD开课时间一般为大三下或大四上学期，总学时32个，理论学时26个，主讲内容为流体流动与传热问题的控制方程、空间及时间离散格式、湍流模型及其数值解法；上机实践学时6个，结合FLUENT软件介绍CFD软件组成、原理及其在流场分析、传热以及多相流模拟等方面的最新应用。近两届学生增加了2学时的建模内容，培养学生抽象出物理模型的能力，如本届学生的题目为“从塔设备受到风载荷作用或者管壳式换热器壳程中流体的横向流动抽象出一个物理模型”。值得欣慰的是，大部分同学均能意识到是圆柱绕流问题。考虑到学生选课的盲目性，需细化绪论的内容，如可以将工程实践和生活中的实例作为引子与学生互动，让学生体会到本门课程的知识应用无处不在，进而使学生对本课程的前世今生、架构、内容设置以及实际应用有明确的认识，激发学习兴趣。
2. 教学方法
随着当代信息技术的飞速发展和“互联网+”时代的到来，教师应该引导学生学习和运用新技术强化学习，如手机、平板电脑等移动终端，对课堂教学进行补充和巩固。借助于交互式的课程设计，激发学生学习的积极性，将内容通过PPT课件、动态图片和仿真视频结合，调动课堂气氛，激发学生求知欲，注意课堂气氛张弛有道，使教师教的主导作用和学生学的主体作用的发挥和谐统一。可采用如现场教学、课堂研讨、课外大作业等灵活多变的教学模式和方法。最好在教室里设置手机、平板电脑等放置区，从根本上避免学生上课玩手机等现象。另外，可将教学内容以专题形式编排，由该领域经验最为丰富的教师授课，教师人数控制在5人以内；也可请企业相关人员参与授课，从企业需求的角度来对学生传达知识，或许学生学习的积极性更好。
3. 实践环节
经过两届学生的调研发现，当学生完全能顺利完成一个实际工程问题的数值分析时，理论知识的掌握程度也得到了巩固和提高。约80%的学生建议增大实践学时的占比，而基础理论部分的学时可适当压缩。在充分听取了学生的建议，并与学生交流和探讨后，本校过控专业将基础理论部分压缩至20学，实践学时增加至12学时，增加了企业现场培训环节。在其他课程的课程设计和毕业设计实践中，引入了CFD辅助设计和优化，目前相关工作已经开展，学生积极性有所提高。例如，针对列管式换热器的管束排布方法选择中，学生通过CFD仿真对每种排布方法均有直观的感受，更好地知道了学生的毕业设计。
4. 考核方式
经调研发现，目前本课程主要以提交报告的形式考核，成绩为五级制，平时成绩占20%，报告成绩占80%，但部分同学照搬他人或网络上的内容，并没有严肃认真地对待。试着采取以团队的形式布置考核题目，每个同学负责一部分，相辅相成，这种方式今年已经展开，效果不错，但考核题目的选择仍有提升空间，可以选择一些学生感兴趣的话题，如高铁等。另外，平时成绩由20%提高至40%，报告成绩占20%，CFD上机部分占比提升至40%，通过上机综合考查学生对软件的熟练程度，参考题目的完成时间和完成质量给分。而平时成绩的考核也可作适当调整，如出勤10%、作业10%而课堂表现占比20%，其中课堂表现主要考查学生参与互动的积极性、是否从事与课题无关的活动等。
四、 结论
为了进一步提升过程装备与控制工程专业学生的教学质量，本文以工程教育专业认证的核心理念为导向开展计算流体动力学课程的教学研究，从教学制度、学生以及教师授课三方面探讨了目前教学可能存在的问题，提出了一些改善教学效果的具体措施，并进行了两届学生的教学实践。结果表明：本文所提的方法具有一定的成效，教学效果和学生反响均有改善，但仍有提升的空间，随着教授时间的增加，相信会更加合理。
参考文献：
[1]俞建峰.轻工行业过程装备与控制工程专业创新实践人才培养探索[J].化工高等教育，2016，33（5）：46-49.
[2]王琬.工程教育认证模式下的过程装备与控制工程专业人才培养模式探索[J].教育现代化，2017（7）：9-10.
[3]董金善.基于工程教育认证的过程装备与控制工程专业课程体系设置与实践[J].课程教育研究：学法教法研究，2016（24）：17-18.
[4]刘伟.过程装备与控制工程专业应用型创新人才培养模式的探索[J].化工高等教育，2011，28（2）：57-59.
[5]张金亚.基于CAD与CFD软件的泵和压缩机课程教学改革实践[J].教育教学论坛，2016（12）：105-107.
[6]杨红.过程装备与控制工程专业应用型人才实践创新教学模式的探索与实践[J].化工高等教育，2011，28（2）：37-40.
作者简介：王东祥，崔政伟，俞建峰，江苏省无锡市，江南大学机械工程学院。
