基于发散式思维的全英文高等流体力学课程建设探讨

倪宝玉 薛彦卓 鲁阳 戴绍仕 王庆

[摘 要]随着国际化进程的发展，研究生对全英文授课的需求越来越高。对高等流体力学课程进行全英文授课将有利于研究生阅读英文文献和了解国际科研前沿进展。为此，在调研国内外相关课程的基础上，文章围绕教学理念、参考教材和实践教学活动等内容，探讨基于发散式思维的研究生全英文高等流体力学课程建设，旨在为相关人员提供一定的参考。

[关键词]全英文;流体力学;发散式思维;教学方法;教材

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）12-0031-04

学术国际化交流与融合的快速发展，对研究生的英语水平和国际交流能力提出了更高的要求。一方面，其不仅要求研究生具有较强的英文教材、英文文献的阅读能力和较强的写作能力，从而能够独立获取国际上相关学科经典知识、了解最新的研究进展，并将个人研究成果撰写成学术论文;另一方面，还要求研究生具备较好的英文听力和口语能力，能够与国际学术大师进行交流和讨论、参与国际学术会议、表达个人观点等。近年来，随着我国对学生英文能力培养力度的加大，大部分研究生在英文读写能力上有了较大的提升，然而受到我国传统文化因素的影响，大部分研究生的英语听说能力仍有所欠缺，难以自由地表达个人学术观点。这在研究生参与国际学术会议时表现得尤其突出，相对于日本、韩国等英文非母语国家的研究生，我国研究生在英文听说能力方面亟待提高。

提升英文听说能力不是一朝一夕的事，这不仅与基础英语的教学有关，而且与专业英语，尤其是基础专业课程的英语教学相关。为了提升研究生专业英语的能力，选择一门基础专业课程进行全英文教学显得尤其重要。高等流体力学课程可谓是经典力学课程之一[1]，是诸多专业研究生的核心课程。尤其是对于哈尔滨工程大学的A+学科船舶与海洋工程来说，高等流体力学更是十分重要的一门基础专业课程。与通用领域或其他领域（如航空航天领域）的流体力学有所区别，船舶与海洋工程专业高等流体力学既需要关注流体力学理论知识在船舶与海洋工程学科中的应用，又需要时刻关注国际上最新的相关研究进展，从而保证研究生能够接触到最前沿的知识。考虑到船舶与海洋工程专业高等流体力学的基础性和国际性[2-4]，选择该课程作为全英文教学的试点是极其合适的。这对于提升研究生全面掌握专业知识的英文表达，同时丰富研究生对于国际前沿的英文认知具有重要的实际意义和应用前景。

一、国内外知名高校流体力学相关课程调研

为保证船舶与海洋工程专业高等流体力学全英文教学的先进性和可实现性，本文首先对国内外相关高校的本课程教学现状进行了调研分析。本文以国内外知名工科院校为例，对美国的麻省理工学院（MIT）、英国的伦敦大学学院（UCL）、中国的清华大学和上海交通大学等四所高校船舶与海洋工程专业课程体系中的流体力学或相似课程进行对比与分析，为哈尔滨工程大学（以下简称我校）的船舶与海洋工程专业的高等流体力学课程教学改革和建设提供参考，如图1所示。

从国内外著名工科院校高等流体力学课程的设置来看，其均将该课程作为船舶与海洋工程类或机械类、力学类相关专业的基础课，这表明本课程在相关专业中的地位以及对其主修专业的支撑作用。从国内外的研究形势看，其呈现如下趋势。

1.课程一般在开课专业的第二学年或第三学年开设，在学生已学习了数学、力学、物理等相关先修课程的基础上开展授课，课程涵盖内容均涉及流体力学的基本知识，例如流体运动学、流体动力学、理想流体力学、粘性流体力学等。

2.目前来看，大多数院校以PPT课件讲授为主，推荐相关的参考教材;相关PPT除了提供基础知识，会不断更新最新的科研进展;慕课开始在高等流体力学课程中运用，例如上海交通大学万德成教授团队推出了船舶流体力学的慕课[5]等。

3.以上海交通大学为例，目前该校该课程为4学分，68学时，其中60学时理论课，4学时习题课和4学时课程设计课（含2次课程设计），考试成绩中作业和课程设计占30%，期末考试占70%。我校之前的教学大纲规定该课程为4.5学分，72学时，其中68学时理论课，4学时习题课。我校2019年新版教学大纲也已经将该课程学分降为4学分，学时降为64学时，与上海交通大学基本保持一致。

4.国际相关专业中，选用最多的参考教材是麻省理工学院Newman教授的Marine Hydrodynamics（船舶水动力学）[6]（剑桥大学出版社出版），该教材和船舶与海洋工程专业联系紧密，涵盖的知识点全面、丰富而深入，又不乏特点鲜明的案例和图片，可谓船舶与海洋工程领域最经典的教材之一。

5.国外知名大学会增加许多实际案例，将最新的科研进展和科研案例融入教学中，培养学生的发散性思维，提供开放式答案，让学生通过小组讨论等模式将流体力学知识应用到实际生活和科技创新中。

经过对国内外研究现状的调研，本文拟选择Newman教授的Marine Hydrodynamics（船舶水动力学）[6]作为主要参考教材，同时参考国内外经典教材和文献，例如Batchelor教授的An Introduction to Fluid Dynamics（流体动力学导论，剑桥大学出版社出版）、吴望一教授的《流体力学》（上、下，北京大学出版社出版）、张兆顺和崔桂香教授编著的《流体力学》（清华大学出版社出版）等，取各家之精华。最后，引进国际上流体力学最新研究进展作为辅助参考资料，为研究生全英文高等流体力学课程建设提供有力抓手。

二、基于发散式思维的研究生全英文高等流体力学课程建设具体手段

（一）更新船舶与海洋工程高等流体力学教学理念

教学理念是人们对教学活动的看法和持有的基本态度与观念，是教师从事教学活动的信念。明确的教学理念对教学活动有着极其重要的指导意义[7]。船舶与海洋工程专业研究生高等流体力学全英文课程教学改革，不仅要改革教学方法，而且要不断地探索、明确、更新教学理念，使其更符合当前创新型、复合型、实用型人才的培养目标。笔者在英国留学期间，选修过伦敦大学学院船舶与海洋工程专业的研究生高等流体力学课程，直观感受是对方的教学并不深，大体与国内本科生的流体力学知识深度持平，但是旨在开发学生的开放式、发散式思维。几乎每节课课后，教师都会布置相关任务，讓学生根据本节课的知识点延伸发散思维，讨论对应的知识点如何应用于日常生活或工程实际中。为此，笔者也拟推荐培养学生发散思维的方法，从传统注重知识输出的传道型教师向点化智慧的合作型导师转化[7-8]，建立一种能引导研究生自主学习、发散思维、相互讨论、团队合作的船舶与海洋工程高等流体力学课程教学新模式。项目组改革教学模式的目的是激发研究生的学习积极性和主观能动性，让学生成为学习的主人，使其从被动学习转化为主动学习，通过积极主动参与学习的整个过程，养成不断学习、思考、探索的习惯，为我国培养具有创新意识的新一代研究型工程师打下基础。

（二）设立经典英文教材与最新研究进展相结合的参考教材模式

毋庸置疑，建设好一门全英文研究生课程，选择一本好的英文教材是前提。好的英文教材不仅能增强学生的英文阅读理解能力，更重要的是能够提升学生对英文知识点的掌握程度，使学生对相关知识点的理解甚至比很多母语教材更容易。例如，Marine Hydrodynamics（船舶水动力学）[6]在讲述水波理论的“相速度”和“群速度”时，引入了水池造波机的波形图片并配以相关曲线进行讲解，从而使得二者的概念和区别一目了然。尽管该知识点采用英文撰寫，但是其讲解的清晰度远胜于许多中文教材。

另外，流体力学的知识是随着时间不断向前推进的，尤其对于研究生而言，其需要对国际最前沿的流体力学研究进展有所了解，这样才能与时俱进，而不仅仅局限于书上知识点的描述。基于此，本文在选择主参考教材的基础上，根据项目组每年参与的国际会议、阅读的相关文献、获得的最新科研成果等，不断更新高等流体力学PPT的前沿进展部分，与经典教材相辅相成，形成经典英文教材与最新研究进展相结合的参考教材模式，力图给学生经典与前沿并举的全新学习体验。

（三）将科研案例融入高等流体力学教学

项目组拟根据船舶与海洋工程流体力学的基本知识点，结合经典的科研应用或最新的科研进展，选择10个左右教学案例，采用案例教学法。以教学案例为切入点，激发学生的兴趣，再讲述与之对应的知识点和流体力学原理，此后再解决此案例对应的科研问题，培养学生的创新性思维。教师通过讲授案例中对应的各种流动原理或流体效应，使学生掌握各流体原理的本质、应用范围和作用等知识。对实际应用案例进行分析可使学生掌握海洋浮体与流体相互作用的内在特征，了解流动原理对海洋工程结构物性能分析的影响，明确当前船舶与海洋工程流体力学方向关注的热点与难点。

针对我校新版研究生人才培养方案以及新的学时和学分设置，拟选择的教学案例将会突出以下特色。

1.内容的先进性。紧密结合科研的最新发展，尤其是近年来在粘性流体动力学方面的研究进展，选择案例时要尽可能结合当前船舶与海洋工程流体力学方向关注的热点与难点。

2.内容的实用性。紧密结合船舶与海洋工程流体力学的学科特色，选择的案例要尽可能在科研中已经有较多的应用或应用前景巨大，以引导学生思考和讨论，加深其对理论指导实际的理解。

3.内容的国际性。紧密结合国际经典教材中某些知识点的精华，要在熟读和参照船舶与海洋学科的国际经典教材的基础上选择案例，例如MIT的Newman教授撰写的Marine Hydrodynamics（船舶水动力学，剑桥大学出版社出版）等。

4.内容的趣味性。紧密结合学生对于趣味性问题的探索欲和求知欲，选择的案例要尽可能通俗易懂，又趣味盎然，要配合图片或者是背景故事等来讲授，最好采用动画演示的方式，避免选择的案例晦涩难懂，或者难度过大。

在典型科研案例选取方面，选取与知识点结合紧密，在工程实践中应用最新的案例。例如当讲到水波理论时，可以选择讲授最新的波浪能捕获装置“海蛇号”。先以“海蛇号”的真实应用为例，启发学生思考：为什么“海蛇号”随着自由表面波上下运动就能发电呢？它的能量来自于哪里？是动能还是势能？能量大小是多少？“海蛇”质点的运动规律是什么？这样可以帮助学生建立数学模型，建立基本方程和定解条件，然后求解，获得对应的速度势和压力、能量、质点运动规律等。这些问题都讲解完之后，再返回到“海蛇号”，提问学生：“海蛇号”波形传播的速度和能量传播的速度分别是多少？如何改进才能提升“海蛇号”捕获的能量？这样可以让学生深入理解群速度和相速度的差别等，从而达到科研融入教学、教学促进科研的目标。

（四）基于小组合作和会议模拟的全英文、发散式教学实践活动

有了明确的教学理念和经典的参考教材作为支撑后，需要通过开展课程教学实践活动才能检验教学方法是否有效。为此，本文推荐采用人数较少、基础较好的博士研究生作为试验对象，检验效果后，再向硕士研究生进行教学推广。教学可采用混合式教学模式，包括课堂授课、科研案例教学、网上MOOC课程辅助教学、实际现场观摩、课程设计等环节。

参照伦敦大学学院船舶与海洋工程专业研究生流体力学的教学方式，选择部分知识点（例如水波理论）作为课程设计内容，需要学生“脑洞大开”，采用发散式思维考虑该知识点如何在未来的日常生活或工程实际（例如波浪能发电）中被应用。课程设计采用合作学习的方式展开，每个小组由2～6名学生组成，采用考虑个体差异的合作型目标结构。团体成员有着共同的目标，只有当所有成员都达到目标时，个体自身才能达到目标。在团队整体达标的情况下，个体的最终成绩可以有所不同，其中要体现个体贡献的差异。在这种条件下，团体成员之间就会形成积极的相互促进关系，以一种既有利于自己成功又有利于同伴成功的方式进行学习活动，而个体贡献的差异体现又会避免“大锅饭”现象。然后，采用模拟国际会议的方式，每小组选择一名代表用英文将本小组的课程设计方案展示出来。汇报结束后，台下其他小组对该小组的方案进行提问和讨论，这样可以最大限度地激发学生的学习兴趣，同时引导研究生将自己参与的科研活动与流体力学知识点结合起来，达到理论联系实际的效果。

三、结束语

船舶与海洋工程高等流体力学是船舶与海洋工程专业研究生一门十分重要的专业基础课程，选用该课程作为全英文课程对于提升研究生的科研能力和国际交流能力具有重要作用。基于发散式思维，本文提出研究生全英文高等流体力学课程建设的几点探讨，一方面，这将极大提升研究生对于流体力学专业知识的英文听、说、读、写能力，至少达到让研究生可以较流畅地参与国际会议、获取有效信息、表达个人观点、形成团队协作能力的目的;另一方面，这将有效提升研究生的发散思维能力，为我国培养具有创新意识的船舶与海洋工程专业研究型、复合型人才，同时对促进船舶与海洋工程高等流体力学课程教学起到一定作用。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 倪宝玉，戴绍仕，王诗平.基于“兴趣—科研—探索”的船舶与海洋工程流体力学启发式教学模式初探[J].力学与实践，2020（1）：103-107.

[2] 张莉，刘江，付在国.高等流体力学教学方法探讨[J].教育教学论坛，2019（41）：183-184.

[3] 高杰，郑群，王洋.高等流体力学研究生在线课程建设研究与实践[J].教育教学论坛，2019（44）：152-153.

[4] 张洪生.流体力学课程教学方法的几点探讨[J].高教学刊，2017（14）：91-93.

[5] 万德成，邹璐，刘成，等.船舶流体力学（慕课）[EB/OL].（2019-12-09）[2020-05-20].https：//www. icourse163.org/course/SJTU-1205911815？tid=1206209219.

[6] Newman J N. Marine Hydrodynamics[M]. Cambridge：The MIT Press， 1978.

[7] 刘小艳.浅谈教学理念[J].中国校外教育，2014（15）：72，76.

[8] 李湘.从重视“教”到凸显“学”：教会学习教学思想在我国的创生与发展[J].教育与教学研究，2020（4）：101-109.

[责任编辑：钟 岚]

[收稿时间]2020-07-28

[基金项目]黑龙江省高等教育教学改革研究项目“基于发散式思维的研究生全英文高等流体力学课程建设与实践”（编号：SJGY20190157）、“隐形动态的思政教育在船海专业研究生培养中的构建方式探索（编号：SJGY20190158）”、哈尔滨工程大学教学改革研究项目“基于科研-教学相融合的《船舶与海洋工程流体力学》课程改革与实践”（编号：JG2019B62）。

[作者简介]倪宝玉（1986-），男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士生导师，研究方向：船舶与海洋工程流体力学。