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篇1

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；環(huán)境類；教學(xué)難點；教學(xué)方法；銜接技巧

作者簡介：齊旭東（1981-），男，河北唐山人，河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，講師。（天津 300401）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0130-02

一、環(huán)境類工程流體力學(xué)的學(xué)科特色分析

環(huán)境類專業(yè)涉及流體力學(xué)的內(nèi)容廣泛，而且與機械、熱能動力、水利等傳統(tǒng)學(xué)科對流體力學(xué)的要求有明顯不同。[1-3]河北工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我校”）環(huán)境工程專業(yè)采用聞德蓀先生編著的《工程流體力學(xué)》教材，由高等教育出版社出版，分上下兩冊，上冊為《理論流體力學(xué)基礎(chǔ)》，下冊為《應(yīng)用流體力學(xué)》。該教材與其它傳統(tǒng)學(xué)科所采用的流體力學(xué)教材相比區(qū)別較大：由于人類生活和生產(chǎn)主要局限在生物圈，生物圈中水和氣是無處不在的，環(huán)境類專業(yè)主要圍繞水和氣，因此，上冊《理論流體力學(xué)基礎(chǔ)》的覆蓋面極大，包括靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)、恒定平面勢流、流動相似原理、流動阻力和能力損失等模塊；下冊《應(yīng)用流體力學(xué)》包括孔口和管嘴出流、有壓管流、明渠流、堰流、滲流等模塊。下冊以水為主，旁及氣體，實際上是水力學(xué)基礎(chǔ)。但是，與傳統(tǒng)水力學(xué)又有著明顯的不同，這一不同并不是教材主要內(nèi)容的差異，而是學(xué)科體系的構(gòu)建不同。傳統(tǒng)水力學(xué)在學(xué)科構(gòu)建上有著鮮明的學(xué)科特色，而環(huán)境類專業(yè)所學(xué)習(xí)的《應(yīng)用流體力學(xué)》（教材下冊）是采用更加簡單的方式初步介紹水力學(xué)。換言之，是上冊《理論流體力學(xué)》的動力學(xué)在幾種特殊邊界流場中的具體應(yīng)用，這些特殊流場的研究對于設(shè)計和計算環(huán)境類的反應(yīng)器、構(gòu)筑物的形式和尺寸，以及流體輸配具有重要意義。

工程流體力學(xué)與三大力學(xué)（理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)）相比，其主要概念和原理幾乎沒有相似之處，[4-6]與大學(xué)物理學(xué)相比也無相似之處。[7]換言之，在工程流體力學(xué)中涉及的概念和原理對本科生來說幾乎是全新的。工程流體力學(xué)建立在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)基礎(chǔ)上，是通過牛頓經(jīng)典力學(xué)和高等數(shù)學(xué)知識對流體靜止和運動規(guī)律進行研究，通過歐拉法或拉格朗日法對流動現(xiàn)象建立數(shù)學(xué)模型，從而用微積分等高等數(shù)學(xué)方法解決流體流動問題。該學(xué)科的基本概念和原理在三大力學(xué)或大學(xué)物理學(xué)中幾乎是從未提及過的。

可見，工程流體力學(xué)的學(xué)科特點鮮明，是環(huán)境類專業(yè)的重要骨干課程。筆者從事工程流體力學(xué)教學(xué)7年有余，并主動向老教師或其他同行學(xué)習(xí)探討，發(fā)現(xiàn)除了要把握好該課程的學(xué)科特點外，對教學(xué)難點也要廣泛篩選、收集和研究，并結(jié)合教學(xué)方法進行探討論證，[8-12]具體分析見表1及下文。

表1 若干教學(xué)難點與教材章節(jié)對應(yīng)一覽表

序號 教學(xué)難點 教材章節(jié)[1]

1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 第一章緒論

2 隔離體受力分析 第一章緒論

3 流體相對平衡 第二章流體靜力學(xué)

4 流體靜力學(xué)基本方程、阿基米德原理 第二章流體靜力學(xué)

5 拉格朗日法、歐拉法 第三章流體運動學(xué)

6 亥姆霍茲速度分解定理 第三章流體運動學(xué)

7 理想流體動力學(xué)、實際流體動力學(xué) 第四章理想流體動力學(xué)和平面勢流、第五章實際流體動力學(xué)基礎(chǔ)

8 牛頓一般相似原理、單項力相似準則 第六章量綱分析和相似原理

9 普朗特混和長度理論 第七章流動阻力和能量損失

10 孔口、管嘴出流和有壓管流 第九章有壓管流和孔口、管嘴出流

11 堰流 第十章明渠流和閘孔出流及堰流

12 滲流 第十一章滲流

二、環(huán)境類工程流體力學(xué)的教學(xué)難點與教學(xué)方法銜接技巧分析

連續(xù)介質(zhì)假設(shè)（序號1）是工程流體力學(xué)的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻，但是作為一門新課程的開始，學(xué)生往往很難接受這樣的模型假設(shè)。因此，宜采用討論法處理該問題，討論法的難點是避免討論課的無計劃性。質(zhì)點的概念對于研究流體運動是至關(guān)重要的，但是有大半學(xué)生掌握不到要領(lǐng)。具體體現(xiàn)在，把流體質(zhì)點的概念與物理學(xué)剛體質(zhì)點的概念混淆，覺得二者完全一致，沒有特殊涵義。面對這一問題，與學(xué)生針對兩個“質(zhì)點”概念進行詳細的機理分析是很必要的。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的核心理念是流體質(zhì)點概念的提出，流體質(zhì)點是這樣定義的：流體質(zhì)點是指尺度大小同一切流動空間（流場）相比微不足道又含有大量分子，具有一定質(zhì)量的流體微元；物理學(xué)中的剛體如果只發(fā)生平移運動的話，該剛體可簡化成質(zhì)點處理，即用一個質(zhì)點代替剛體，使物理運算變得很方便。因此，這兩個“質(zhì)點”概念有著不同的涵義，流體的主要特點之一就是易流動性，流場的形狀受制于邊界條件，流場在流動過程中，邊界形狀不斷變化，所以，流場形狀也在不斷變化，因此，流體質(zhì)點不能替代流場，而是由大量的流體質(zhì)點組成連續(xù)介質(zhì)，填充整個流場。

工程流體力學(xué)本質(zhì)上講是力學(xué)問題，需要在解題前進行受力分析（序號2）。在中學(xué)物理學(xué)中，受力分析貫穿始終，為中學(xué)生所熟知。所以，該部分的學(xué)習(xí)推薦采用自學(xué)指導(dǎo)法和對比分析法，這樣可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。由于流場形狀受制于邊壁，流體的受力分析規(guī)律性不明顯，這與中學(xué)物理學(xué)的剛體受力分析區(qū)別較大。流體受力分析，均可從兩個方面進行，即質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力包括重力和慣性力，屬于遠程力，作用在整個流場的所有質(zhì)點上，其中，慣性力的存在與否取決于坐標系的選擇。如果選擇慣性坐標系，則慣性力肯定不存在；如果選擇非慣性坐標系，則慣性力肯定存在。表面力包括切應(yīng)力和壓應(yīng)力，概念的內(nèi)涵與剛體的表面力相似，切應(yīng)力和壓應(yīng)力之間的區(qū)別在于作用力方向的不同。

很多學(xué)生不了解學(xué)習(xí)流體相對平衡（序號3）的意義何在，根據(jù)該知識的特點，可采用探究發(fā)現(xiàn)法處理該部分內(nèi)容。流體相對平衡的意義，在于將特殊的運動問題轉(zhuǎn)化成相對靜止的問題，從而使計算得到簡化。當(dāng)整個流場與固體邊壁無相對運動時，選擇非慣性坐標系，根據(jù)達朗貝爾原理引入慣性力，可用相對平衡條件來處理該問題，即對隔離體采用受力平衡條件，可使計算過程大大簡化。

中學(xué)物理學(xué)所熟悉的流體靜力學(xué)基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何從流體靜力學(xué)的角度來重新定義（序號4），也是這一章的難點。該難點的講解宜采用啟發(fā)性談話法，該方法一定要注意談話內(nèi)容的設(shè)計合理性，以期對整個談話過程有的放矢。流體靜力學(xué)基本方程的限定條件是質(zhì)量力僅有重力，也就是說，坐標系為慣性坐標系。如果將其推廣到非慣性坐標系，則計算方法應(yīng)為歐拉平衡微分方程的積分式，歐拉平衡微分方程是建立在牛頓第二定律基礎(chǔ)上的。該部分需要學(xué)生將流體靜力學(xué)基本方程與歐拉平衡微分方程積分式進行對照。阿基米德原理是計算浮力的基本原理為中學(xué)生所熟知，在中學(xué)物理中往往解釋成由實驗研究獲得，實際上在大學(xué)工程流體力學(xué)中可以解釋成曲面所受靜壓力的合效應(yīng)使其意義更廣泛。

流動現(xiàn)象如何用數(shù)學(xué)語言描述，這是流體力學(xué)建立的基礎(chǔ)，該難點的處理宜采用講授法。描述流體運動的方法有兩種，即拉格朗日法和歐拉法（序號5）。拉格朗日法是從流場中選擇關(guān)鍵性流體質(zhì)點組成流體質(zhì)點系，跟蹤每一個流體質(zhì)點，研究其運動規(guī)律，進而總結(jié)出質(zhì)點系運動規(guī)律，從而推演出整個流場運動規(guī)律，該方法概念清晰，但是分析和計算過程復(fù)雜。歐拉法是從流場中選擇有代表性的空間點，分析這些空間點的運動規(guī)律，從而總結(jié)出整個流場運動規(guī)律。在計算流體力學(xué)中，常常采用拉格朗日法，在工程流體力學(xué)中常常采用歐拉法。

流體微元運動的基本形式包括平移、轉(zhuǎn)動、角變形、線變形等。在流體微元內(nèi)部，如果已知其中一點的運動要素，在微元內(nèi)其他空間點的運動要素可以用已知點的運動要素表達出來，該定理稱為亥姆霍茲速度分解定理（序號6）。很多學(xué)生對該定理存在疑問：微元內(nèi)部這兩個空間點之間怎么會存在聯(lián)系？該問題適合采用探究發(fā)現(xiàn)法進行介紹，教師可首先將其轉(zhuǎn)化成高等數(shù)學(xué)的模型，提示學(xué)生用微積分的方法來處理，具體而言，二者之間的聯(lián)系是通過高等數(shù)學(xué)中的泰勒公式建立的。

理想流體動力學(xué)和實際流體動力學(xué)（序號7）在工程流體力學(xué)中是可以合并講授的，采用系統(tǒng)講授法更合適，這樣更有利于知識的完整性。流體動力學(xué)主要涉及三大方程的后兩個，即能量方程和動量方程。首先介紹理想流體運動微分方程和實際流體運動微分方程，前者也稱為歐拉運動微分方程，后者也稱為N-S方程，這兩個重要方程均由牛頓第二定律推導(dǎo)獲得，二者可作為計算流體力學(xué)基礎(chǔ)，由此也可推導(dǎo)出能量方程。另一點需要注意，能量方程有兩種形式，理想流體能量方程和實際流體能量方程，前者可以統(tǒng)一到后者中去，由于實際流體存在粘滯力，可產(chǎn)生能量損失，即單位重量流體從計算斷面1-1運動到計算斷面2-2時的平均能量損失；如果是理想流體，則粘滯力不存在，產(chǎn)生的能量損失為0。

量綱分析和相似原理主要涉及到（動力）相似準則里的牛頓一般相似原理和單項力相似準則之間的辯證關(guān)系（序號8）。該部分知識瑣碎，宜采用講授法。兩個流動，即原型和模型流動，如果要實現(xiàn)流動相似，幾何相似和初始條件、邊界條件相似是基礎(chǔ)，動力相似是保證，運動相似是目標。如果要實現(xiàn)動力相似，需要對應(yīng)空間點處各個同名力方向相同，大小成固定比例，這稱為牛頓一般相似原理。但如果在幾何相似和牛頓一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的幾何形狀和大小完全一致，失去了模型實驗可縮小原型幾何尺寸的意義。正是基于此，所以提出單項力相似準則，在流動中起主導(dǎo)作用的力往往只有一種，這是流動現(xiàn)象的特點，所以如果在原型和模型中，起主導(dǎo)作用的力相似的話，可認為二者的動力相似已實現(xiàn)。

普朗特混和長度理論（序號9）是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，大多數(shù)學(xué)生感覺該部分不知所云。比如說，該半經(jīng)驗理論的意義是什么，問題從何而來？該部分宜采用討論法。流體處于湍流狀態(tài)時，運動參數(shù)可以分為時均流速和脈動流速，時均流速產(chǎn)生時均切應(yīng)力，脈動流速產(chǎn)生附加切應(yīng)力，時均切應(yīng)力的計算采用牛頓內(nèi)摩擦定律，附加切應(yīng)力計算采用脈動流速計算，即，其中脈動流速ux’和uy’計算困難，需要通過普朗特混和長度理論進行計算，該理論通過將湍流脈動與理想氣體自由程理論進行類比，提出自由程概念，從而將脈動速度與時均速度建立聯(lián)系，實現(xiàn)了附加切應(yīng)力的計算可行性。

孔口、管嘴出流和有壓管流（序號10）是研究水力設(shè)備和輸配水管網(wǎng)的基礎(chǔ)，這一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、長管、管網(wǎng)，對這些模型的深入研究需要采用上冊流體動力學(xué)的連續(xù)性方程和能量方程，在深入分析流動規(guī)律后，可得最一般的規(guī)律性，即流量和斷面平均流速的計算公式。這部分可以看成針對幾種特殊邊界應(yīng)用動力學(xué)方程來求解計算題，所以在介紹了孔口或短管以后，其他形式的邊界流動由學(xué)生通過練習(xí)法和討論法來自學(xué)，最后由教師進行總結(jié)。

在緩流中，為控制水位和流量而設(shè)置的頂部溢流的障壁稱為堰，緩流經(jīng)堰頂溢流的局部水流現(xiàn)象稱為堰流（序號11）。在環(huán)境類專業(yè)中，堰是常用的溢流集水設(shè)備和量水設(shè)備，在一確定的堰流中，流量與其它特征量的關(guān)系明確。薄壁堰可在環(huán)境類構(gòu)筑物中作為出水設(shè)施，如二次沉淀池出水等。該部分內(nèi)容生疏，宜采用演示法和講授法。

滲流（序號12）是指流體在孔隙介質(zhì)中流動，該流動狀態(tài)在地下水中廣泛存在，對地下取水井的設(shè)計往往要采用該模型的相關(guān)理論。該部分多在研究生階段深入學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語

工程流體力學(xué)在環(huán)境類專業(yè)中的現(xiàn)實意義和理論意義重大，在注冊環(huán)保工程師基礎(chǔ)考試中份額可觀。該課程學(xué)習(xí)難點頗多，對于本科生來說學(xué)習(xí)的壓力較大，需要教師在知識點梳理、難點篩選、師生溝通、教學(xué)方法總結(jié)等方面多做工作，筆者通過對環(huán)境類專業(yè)工程流體力學(xué)教學(xué)的自身體會完成此文，希望對教學(xué)一線的教師有所幫助。

參考文獻：

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篇2

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)改革；探討

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A

流體力學(xué)是一門研究流體運動基本規(guī)律以及流體與物體之間的相互作用力的學(xué)科，它作為一門嚴密的且應(yīng)用面很廣的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，是以數(shù)學(xué)、物理學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，也是土木、機械、動力、水利、環(huán)境等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程。改革開放以來，雖然各院校在該課程教學(xué)實踐中都積累了豐富的經(jīng)驗并取得了不少成果，但是在該課程建設(shè)中仍存在著許多問題。論文結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀，從學(xué)生興趣培養(yǎng)、教學(xué)方法改革以及師資隊伍建設(shè)三方面探討提高流體力學(xué)教學(xué)水平的方法。

一、 流體力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

流體力學(xué)是一門主要研究流體平衡和運動規(guī)律及其實際應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，具有理論性強、工程實際應(yīng)用廣、概念和方程較多且易混淆、對學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識及綜合分析和處理問題能力要求較高等特點。流體力學(xué)建立在理論、計算、實驗三大技術(shù)手段之上，是化工、土木、機械等眾多學(xué)科或?qū)I(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科。另外，流體力學(xué)在環(huán)境工程設(shè)計和實際工程中也有著廣泛的應(yīng)用，是水處理設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用的必備知識，以及生態(tài)分析的重要理論基礎(chǔ)。同時，流體力學(xué)是環(huán)境工程與其他學(xué)科體系溝通的橋梁，這個橋梁作用是其他基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課無法替代的，直接影響到環(huán)境工程學(xué)科體系的完善性。因此，提高流體力學(xué)課教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生學(xué)好本門課程，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力和創(chuàng)新能力，對流體力學(xué)課程教學(xué)進行改革以適應(yīng)學(xué)科發(fā)展顯得十分必要。

目前國內(nèi)院校的流體力學(xué)課程教學(xué)過程大體可歸納為“課前預(yù)習(xí)、課堂教師講授、實驗室實驗、課后教師評閱”的四段串行模式。實踐證明，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式在強化理論教學(xué)成果以及動手能力的培養(yǎng)方面效果比較顯著，然而在創(chuàng)新意識培養(yǎng)方面卻收效甚微。原因在于：①理論教學(xué)中注重經(jīng)驗理論與公式的講解，而公式多且乏味，導(dǎo)致教師難教，學(xué)生難懂，課堂教學(xué)缺乏生動性。另外，本科流體力學(xué)理論教學(xué)模式多為填鴨式教育，對學(xué)生而言，流體力學(xué)課缺少客觀體驗，理論抽象，不易理解，而由此帶來了一系列的問題是現(xiàn)在流體力學(xué)課程教學(xué)的主要障礙；②目前，大部分院校的流體力學(xué)實驗教學(xué)多采用傳統(tǒng)驗證性實驗，每一學(xué)生進行的實驗完全相同，教師由實驗報告的數(shù)據(jù)評定實驗成績。雖然實驗有利于增進學(xué)生對理論知識的理解，但此手段不能激發(fā)學(xué)生的積極性，無法體現(xiàn)學(xué)生的主體性，也不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性[1]。由于實驗教學(xué)內(nèi)容多數(shù)為驗證性實驗，在按既定的理論知識和實驗方案實踐的過程中，學(xué)生所得到的主要是從理論知識到實踐成果的收獲，而教師的作用主要是理論知識的傳授，具體實驗的演示、引導(dǎo)與糾錯，甚至有時會耳提面命，因此學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的創(chuàng)造性很難有機會得到展示。

因此，采用一種有效的教學(xué)方法進行流體力學(xué)理論和實驗教學(xué)的改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，以提高流體力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，并對相關(guān)專業(yè)產(chǎn)生積極的影響，從而促進學(xué)生創(chuàng)新性的培養(yǎng)非常有必要。

二、 培養(yǎng)學(xué)生對邏輯思維的興趣

學(xué)生對任何概念和公式的形成、理解有一個過程，而在流體力學(xué)中，這些概念、公式又較為抽象，要求學(xué)生具備較強的邏輯思維能力，因此，根據(jù)學(xué)生掌握知識的快慢，耐心引導(dǎo)學(xué)生進行邏輯思維，培養(yǎng)學(xué)生對邏輯思維的興趣，使他們產(chǎn)生對邏輯推理的愛好，就成為教學(xué)中的關(guān)鍵。例如，流體力學(xué)中的三大方程――連續(xù)性方程、動量方程和能量方程需通過輸運公式逐步推導(dǎo)而來，如此的教學(xué)安排便使知識較為系統(tǒng)、連貫、緊湊，并有利于認識各個方程的物理意義。而輸運公式的推導(dǎo)由于邏輯性較強，講授時就需要花費較多的學(xué)時和精力來理清邏輯思路，理解每一步推導(dǎo)中的物理含義和數(shù)學(xué)要領(lǐng)，使學(xué)生對輸運公式有一個清晰準確地理解。最后，將輸運公式中的物理量換成質(zhì)量、動量、能量即可得出連續(xù)性方程、動量方程和能量方程，如此便形成了較為完整的邏輯演繹體系。此種方式不僅使理論教學(xué)更加清晰明了，而且會使學(xué)生對將要學(xué)習(xí)的知識接受產(chǎn)生極大興趣，具有更加強烈的探索感和求知欲。

三、 教學(xué)方法探討

教學(xué)方法作為聯(lián)結(jié)教師和學(xué)生的重要紐帶，在提高教學(xué)質(zhì)量方面起著重要的保證作用。為了更好地適應(yīng)學(xué)科發(fā)展要求，工科“流體力學(xué)”課程方法的改革勢在必行，作者結(jié)合自身多年的教學(xué)經(jīng)驗，針對該課程特點，認為應(yīng)該在以下幾個方面進行課程教學(xué)方法改革。

（1）重視緒論課的作用

部分教師認為緒論課僅是對流體力學(xué)的簡單介紹，作用不大，所以對緒論的授課過程照本宣科、枯燥無味。其實緒論課對整個教學(xué)活動的成功與否起了至關(guān)重要的作用，它不僅是學(xué)生了解流體力學(xué)課程的窗口，也是教師教學(xué)水平的第一次展示。

講授緒論課的較好方法是介紹流體力學(xué)的成就、發(fā)展方向、廣闊前景及其在國民經(jīng)濟中的重要作用等。教師要注重講解流體力學(xué)知識在工程中的應(yīng)用，特別是教師自己承擔(dān)的科研項目，以展示流體力學(xué)在科學(xué)和工程技術(shù)中所取得的輝煌成就[2]。例如，通過介紹流體力學(xué)理論在“神舟號”系列飛船上的廣泛應(yīng)用，使學(xué)生明白流體力學(xué)這門相對古老的學(xué)科還具有旺盛的生命力；通過介紹美國華盛頓州的塔科馬懸索橋在1940年秋天的大風(fēng)中倒塌的例子，說明在實際工程中忽視流體力學(xué)會造成巨大的災(zāi)難[3]。另外，流體力學(xué)的發(fā)展史對于激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也有著非常重要的作用。在上課的同時，要善于借助互聯(lián)網(wǎng)，及時的將一些重要理論的發(fā)展過程、重要研究成果展現(xiàn)在學(xué)生的面前[4]。

（2）從實例中引出教學(xué)內(nèi)容

流體力學(xué)雖有概念多、邏輯性強、理論上較難理解的特點，但卻與生活和生產(chǎn)實際密切相關(guān)。在具體教學(xué)內(nèi)容的講解過程中，穿插一些生活中的現(xiàn)象，并結(jié)合課本中的理論“雙管齊下”，利用學(xué)生求趣、求新、求知的心理，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握教學(xué)內(nèi)容。例如，在講流體粘性時，比較水的粘性和油的粘性；在講流體靜力學(xué)知識時，可講一些水庫垮壩事件，主要是設(shè)計時有缺陷和施工存在著質(zhì)量問題，不能承受水對壁面的靜壓力。另外，還可以進行一些相關(guān)事例的延伸，如是否建設(shè)三峽工程時流體力學(xué)專家的爭論，通過分析得到的建設(shè)三峽工程必要性的結(jié)論等，使學(xué)生切實體會到學(xué)好流體力學(xué)的重要性[5]。利用這些鮮活的事例，使課堂教學(xué)更生動、更有意義。

（3）師生互動，培養(yǎng)良好學(xué)風(fēng)

調(diào)動學(xué)生主動的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)風(fēng)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，是加強流體力學(xué)教學(xué)效果的重要條件。作者在每次講課后都會對本次課程的內(nèi)容進行總結(jié)，然后下次課隨機抽取部分學(xué)生回顧上次課的內(nèi)容，并讓其他學(xué)生作出補充和建議。在課堂上，多為學(xué)生提供隨堂練習(xí)的機會，師生互相之間進行探討和思考，針對練習(xí)中的問題講解做題思路和方法，給予糾正和補充。這種授課模式充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，課堂氣氛活躍，有利于拓寬學(xué)生的思維深度，查漏補缺。學(xué)風(fēng)對于任何一門課程教學(xué)的成功與否都起到了非常關(guān)鍵的作用，所以從第一堂課、第一次作業(yè)就要嚴格要求學(xué)生，對作業(yè)的批改做到一絲不茍，指出其作業(yè)中的各種問題并要求其修改。例如，要求學(xué)生對作業(yè)中的每道題，在解答時必須寫出已知、求解，并畫出相應(yīng)圖示，這些小細節(jié)可以幫助學(xué)生以簡明的方式加深理解題意，取得了較好的效果。

（4）重視實驗教學(xué)

流體力學(xué)按研究方法可以分為理論流體力學(xué)、實驗流體力學(xué)和計算流體力學(xué)。實驗流體力學(xué)是理論流體力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，是計算流體力學(xué)的檢驗依據(jù)。因此，實驗教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)中有著極其重要的地位。流體力學(xué)中的公式繁多，難以記憶，難以理解，通過實驗可以加強學(xué)生對公式的感性認識，有助于學(xué)生深刻理解公式和概念的物理意義。例如，在講解伯努利方程意義的時候，單從公式上講解并不形象，通過能量方程實驗，可以使學(xué)生非常直觀的理解伯努利方程中每一項對應(yīng)的意義。對于沒有開的實驗課，通過在網(wǎng)絡(luò)上收集照片、視頻等展示給學(xué)生，也可提高學(xué)生對理論知識的理解[6]。

（5）傳統(tǒng)教學(xué)方式和多媒體技術(shù)互補

過去，流體力學(xué)課程在教學(xué)手段上采用板書教學(xué)，這種方式能夠在教師的書寫和同步的講解中促進學(xué)生的積極思維與參與意識，但對教學(xué)內(nèi)容中比較抽象的概念、復(fù)雜的流動現(xiàn)象和流動規(guī)律，很難用語言和文字準確、形象地描述。多媒體教學(xué)最大的優(yōu)點是形象、生動、具體、直觀、易于理解且信息量大，但也有不能突出推導(dǎo)過程和思維、學(xué)生對知識的掌握比較膚淺的一些弊端。將傳統(tǒng)教學(xué)方法和多媒體技術(shù)綜合應(yīng)用于教學(xué)過程是一種很好的方法，在講授偏重于推導(dǎo)過程的內(nèi)容時采用傳統(tǒng)授課方式，而講授直觀形象的內(nèi)容時采用多媒體教學(xué)方法，做到取長補短、優(yōu)化組合，會獲得較好的教學(xué)效果[7]。

四、師資隊伍的建設(shè)

為適應(yīng)素質(zhì)教育的需要，教師不僅要掌握先進的教學(xué)手段，而且要努力研究實施素質(zhì)教育的教學(xué)方法。在實際教學(xué)過程中，要靈活應(yīng)用各種教學(xué)方法，并且要善于歸納總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，虛心向有經(jīng)驗的教師請教，同時要高度重視學(xué)生的反饋信息，不斷調(diào)整自己的教學(xué)思路，只有這樣才能逐步提高自己的教學(xué)水平。社會發(fā)展對教師的自身素質(zhì)提出了更高的要求，教師要明確教學(xué)水平的提高和發(fā)展是一個畢生的過程，教師應(yīng)該不斷開闊視野，更新知識體系，才能形成對流體力學(xué)更深層次的理解和認識。

五、 結(jié)論

論文結(jié)合流體力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，從學(xué)生興趣培養(yǎng)、教學(xué)方法改革及師資隊伍建設(shè)三方面論述的教學(xué)方法，將教與學(xué)有機結(jié)合起來，使枯燥的流體力學(xué)課堂變得生動活潑，多方面激發(fā)學(xué)生的主動性、積極性及創(chuàng)造性。將上述方法運用于教學(xué)實踐后發(fā)現(xiàn)，該方法能夠有效的提高流體力學(xué)課程的教學(xué)效果。

參考文獻

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[3]鄒惠芬，張培紅，葉盛.流體力學(xué)多媒體教學(xué)的探討[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2008（4）：507-509

[4]潘良明，何川，陳紅.流體力學(xué)立體教學(xué)法初探[J].中國電力教育，2008（11）：73-74.

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[6]岳建芝，李剛.流體力學(xué)教學(xué)中的幾點體會[J].科技信息，2009（29）：187

篇3

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

摘要：啟發(fā)式教學(xué)是現(xiàn)代教育研究當(dāng)中的一個重要課題，尤其是在高等教育全面改革的大背景下，通過啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，勇于創(chuàng)新，讓學(xué)生的個性自由發(fā)揮，充分調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性和熱情，促進學(xué)生身心的健康發(fā)展。本文主要探討的是啟發(fā)式教學(xué)在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)中的運用，徹底摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，讓學(xué)生成為教學(xué)活動的主體，通過教師的啟發(fā)引導(dǎo)，讓學(xué)生更加主動地學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞 ：工程流體力學(xué)；啟發(fā)式教學(xué)；教學(xué)實踐；運用

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1673-2596（2015）03-0274-02

一、引言

《工程流體力學(xué)》是我國普通高等學(xué)校工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是一門研究液體和氣體的機械運動規(guī)律以及應(yīng)用的學(xué)科。工程流體力學(xué)在土木工程、能源、動力、環(huán)境、設(shè)備、化工、航空以及國防等領(lǐng)域都有很重要的應(yīng)用，尤其是熱能與動力工程專業(yè)的學(xué)生需要掌握系統(tǒng)、全面的《工程流體力學(xué)》理論知識，通過學(xué)習(xí)本課程，確保學(xué)生能夠熟練地掌握流體力學(xué)的基本概念和原理，通過實驗操作能夠?qū)⒗碚撝R運用到實際當(dāng)中，為日后的工作和學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。鑒于此，本文主要探討啟發(fā)式教學(xué)在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)中的運用。

二、《工程流體力學(xué)》傳統(tǒng)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變

《工程流體力學(xué)》是工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是力學(xué)的一個重要分支，主要目的是為了將流體力學(xué)知識充分運用到生產(chǎn)生活當(dāng)中。工程流體力學(xué)的研究方法主要包括實驗研究、理論分析以及數(shù)值計算等。其中實驗研究主要是利用各種實驗儀器對流體現(xiàn)象進行觀測分析，總結(jié)出流體運動的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上進行預(yù)測，通常采用模型進行實驗分析；理論分析主要是根據(jù)質(zhì)量守恒、動量守恒以及能量守恒等定律，加以數(shù)學(xué)分析的手段，對流體運動進行分析研究；數(shù)值計算則是利用數(shù)學(xué)語言將流體運動的普遍規(guī)律表達出來，從而獲得質(zhì)量守恒、動量守恒以及能量守恒的計算方程，這些方程組合在一起成為流體力學(xué)基本方程組。《工程流體力學(xué)》課程設(shè)置的根本目的是為了讓學(xué)生熟練地掌握流體的機械運動規(guī)律，將其運用到實際生活當(dāng)中，以此來解決各種與流體力學(xué)相關(guān)的問題，但是長久以來我們在課堂教學(xué)中所強調(diào)的是知識點的灌輸，學(xué)生進行機械化的記憶，缺乏創(chuàng)新，因此需要對傳統(tǒng)的教學(xué)理念進行徹底改變。

（一）幫助學(xué)生建立流體力學(xué)的思維方式

《工程流體力學(xué)》的教學(xué)大綱要求學(xué)生能夠了解及應(yīng)用流體力學(xué)的基本運動規(guī)律，掌握流體力學(xué)的理論研究方法。在傳統(tǒng)教學(xué)理念中，課堂教學(xué)過分注重基本概念、基本理論和計算方法的學(xué)習(xí)，學(xué)生在應(yīng)試教育的環(huán)境中對書本上的知識進行機械化的記憶，很大一部分學(xué)生對于知識點的記憶僅僅是為了完成考核任務(wù)，因此無法形成系統(tǒng)的知識體系，也無助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)的思維方式，使其在日后工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中遇到關(guān)于流體力學(xué)相關(guān)的問題時，無從下手。鑒于此，在現(xiàn)代教育理念下需要教師引導(dǎo)學(xué)生建立系統(tǒng)的流體力學(xué)知識體系，并學(xué)會運用科學(xué)的思維方式對流體力學(xué)相關(guān)的問題進行分析研究。①

（二）提高學(xué)生綜合分析應(yīng)用能力

《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)不僅要求學(xué)生建立科學(xué)的思維方式，還需要具備對流體力學(xué)知識的綜合分析和應(yīng)用能力。在傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響下，學(xué)生被動地接受知識，嚴重缺乏學(xué)習(xí)的積極性和熱情，對知識和計算公式的機械化記憶，無助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。②因此需要在《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對知識進行自主總結(jié)，通過對知識點的歸納總結(jié)，形成鮮明形象的記憶；與此同時在課后練習(xí)中需要增加綜合性，促進學(xué)生對流體力學(xué)知識的綜合應(yīng)用。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力

實驗是《工程流體力學(xué)》教學(xué)活動的重要組成部分，通過實驗設(shè)計來檢驗一個理論或證實一種假設(shè)而進行的一系列操作或活動，從而更加清晰地理解和認識流體力學(xué)規(guī)律。通常實驗要預(yù)設(shè)“實驗?zāi)康摹?、“實驗環(huán)境”，進行“實驗操作”，最終以“實驗報告”的新聞形式發(fā)表“實驗結(jié)果”。③在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生只能在有限的范圍內(nèi)進行實驗操作，根本無法鍛煉學(xué)生的實踐操作能力，因此需要學(xué)生自主獨立的進行試驗操作，讓學(xué)生自行設(shè)計實驗內(nèi)容，確定實驗方案，在實踐中不斷提高自己的操作和知識的運用能力。

（四）充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位

傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)理念嚴重背離之處在于課堂教學(xué)活動中，教師往往處于主導(dǎo)地位，而作為教學(xué)活動關(guān)鍵核心的學(xué)生群體則成為了知識的被動接受者，單方面機械地完成課堂教學(xué)任務(wù)，無法真正達到教學(xué)的目的。這就要求，在課堂教學(xué)過程中，教師必須時刻關(guān)注教學(xué)同步，充分調(diào)動學(xué)生的參與熱情，通過討論、提問等方式，讓學(xué)生真正參與到學(xué)習(xí)活動當(dāng)中，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的方法。④

三、啟發(fā)式教學(xué)的具體應(yīng)用

（一）啟發(fā)式教學(xué)的實質(zhì)

啟發(fā)式教學(xué)源遠流長，歷久彌新，“啟發(fā)”一詞最早源于古代教育家孔丘的“不憤不啟，不悱不發(fā)”。朱熹解釋說：“憤者，心求通而未得之意；悱者，口欲言而未能之貌。啟，謂開其意；發(fā)，謂達其辭。”憤與悱是內(nèi)在心理狀態(tài)在外部容色言辭上的表現(xiàn)。就是說在教學(xué)前務(wù)必先讓學(xué)生認真思考，已經(jīng)思考相當(dāng)長時間但還想不通，然后可以去啟發(fā)他；雖經(jīng)思考并已有所領(lǐng)會，但未能以適當(dāng)?shù)难赞o表達出來，此時可以去開導(dǎo)他。在現(xiàn)代教育理念當(dāng)中，啟發(fā)式教學(xué)主要是指教學(xué)活動中教師依據(jù)課程學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生積極主動自覺地掌握知識的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)可以很好地詮釋教育學(xué)之間的關(guān)系，通過設(shè)置問題情境，充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性和主動性，啟發(fā)學(xué)生獨立思考，發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力，并且通過教師的適當(dāng)引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和獨立解決問題的能力。⑤

（二）設(shè)置問題情境

啟發(fā)式教學(xué)的關(guān)鍵在于設(shè)置問題情境，同時也是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的一種有效方式。這就要求教師在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)中有目的、有意識地創(chuàng)設(shè)各種情境，鼓勵學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生獨立地進行探索分析。在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)過程中，學(xué)生遇到任何疑問都應(yīng)該及時提出，向同學(xué)和老師進行探討。大量的教學(xué)實踐表明，提問可以充分調(diào)動學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)的積極性，通過提問鍛煉學(xué)生的探索欲和邏輯思維能力。⑥學(xué)生在啟發(fā)式教學(xué)模式下還應(yīng)該增加主動性，尋找自己的興趣點，去鉆研。這樣學(xué)生才會有問題意識，可以提出問題，而不是在別人背后去解答問題。另外，設(shè)置問題情境要與實際生活相融合?？梢酝ㄟ^創(chuàng)設(shè)生活或工作式的教學(xué)情境，讓學(xué)生真正感受到《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)的多樣性以及前瞻性，通過不斷探索激發(fā)出學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)興趣以及好奇心。

（三）充分調(diào)動學(xué)生的主動性

在啟發(fā)式教學(xué)過程中，需要充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，讓學(xué)生真正意義上成為學(xué)習(xí)活動的主導(dǎo)者。《工程流體力學(xué)》課程需要打破傳統(tǒng)應(yīng)試教育的束縛，讓學(xué)生的積極性和主動性得到充分釋放。教師組織學(xué)生進行討論時，要注意學(xué)生的反映，激發(fā)起學(xué)生發(fā)的求知欲望，引導(dǎo)學(xué)生通過收集資料了解流體運動的基本規(guī)律以及這些規(guī)律在工程實際中的應(yīng)用，幫助他們對問題的獨立思考。例如教師可以列舉一些流體力學(xué)在生活和生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的實例，使學(xué)生了解流體處于平衡及運動狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律，加強理論概念與現(xiàn)實生活的相互聯(lián)系?？傊?，只有主動參與其中，學(xué)生才能對問題有一個深入的了解，并且能夠切身地投入自身全部的精力想方設(shè)法去解決當(dāng)前所面臨的問題，而教師則完全不用花費大量的精力進行講解，只需要進行適當(dāng)?shù)闹敢ぷ?，使學(xué)生的自學(xué)能力能夠充分發(fā)揮。⑦

實驗是檢驗學(xué)生動手操作以及對知識運用的最佳方式，借助實驗也可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。在問題情境環(huán)節(jié)中，學(xué)生大膽假設(shè)和創(chuàng)新提問以后，就需要通過實驗對問題進行模擬分析，并得到結(jié)論。在安全的保障下，進入實驗室，在教師的引導(dǎo)下，自己動手去做，積極探索。這樣會對學(xué)習(xí)更有幫助，而這一過程會提高學(xué)生的研究熱情，也可以提高學(xué)生團隊的協(xié)作能力。此外，在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)過程中，學(xué)生還可以自由組合進行某一問題的研究，當(dāng)假設(shè)足夠成立的情況下，通過查詢相關(guān)的文獻資料，并進入實驗室去尋找答案。這樣一來，學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)或者工作中，如果遇到問題，就可以真正獨立地進行思考和研究。⑧

（四）建立輕松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍

建立輕松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍是啟發(fā)式教學(xué)實現(xiàn)的前提。而長久以的來灌輸式教學(xué)，讓教師成為課堂教學(xué)的主體，其高高在上的形象，讓不少學(xué)生產(chǎn)生畏懼感，這也使得學(xué)習(xí)氛圍過于凝重、刻板甚至拘束。因此在教學(xué)方式上需要打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，改掉以往死氣乏味的課堂教學(xué)，教師應(yīng)該是教學(xué)活動的組織者和設(shè)計者，通過營造出民主、和諧、愉悅的課堂氣氛等方式更好地幫助學(xué)生調(diào)動他們的主觀能動性和積極性，鼓勵學(xué)生親自動手，并且給學(xué)生提供更多的進行流體力學(xué)討論研究的空間和機會，讓學(xué)生在獨立思考、互相討論以及動手操作中完成問題的發(fā)現(xiàn)與解決過程。此外，教師還需要引導(dǎo)學(xué)生相互尊重、相互理解，課堂氣氛做到張弛有度。讓學(xué)生在合作交流中真正理解和掌握《工程流體力學(xué)》的理論知識和基本技能，使他們真正成為學(xué)習(xí)的主人。⑨

綜上所述，啟發(fā)式課堂教學(xué)強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位。只有充分調(diào)動起學(xué)生的積極性，才能夠提高《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)的質(zhì)量。為此，本文總結(jié)了傳統(tǒng)教學(xué)模式下《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)的種種弊端，然后在此基礎(chǔ)上對啟發(fā)式教學(xué)的有效途徑進行了深入研究。通過營造和諧的學(xué)習(xí)氛圍以及建立良好的師生關(guān)系，使《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)變得更加生動、形象。

注釋：

①張曉宏.高校研究型教學(xué)范式之探究——啟發(fā)式教學(xué)[J].教育探索，2007(3).

②朱昌流.論啟發(fā)式教學(xué)的有效實施[J].教育與職業(yè)，2007(18).

③李小川.工程流體力學(xué)教學(xué)改革模式的探索與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012(10).

④吳翊.啟發(fā)式教學(xué)再認識[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011(1).

⑤劉全忠.關(guān)于工程專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)改革的探討[J].教育教學(xué)，2014(1).

⑥Wuhan University、scientific Research Publishing.The Heuristic Teaching Practice Based on Innovative Thinking [A].Proceedings of Conference on Creative Education（CCE2012）.2012(5).

⑦朱輝，陳洪杰，劉飛.CDIO教育模式下工程流體力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐[J].桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2013(12).

⑧劉瑩.解立平.基于“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的工程流體力學(xué)課程教學(xué)改革初探[J].時代教育，2014(2).

篇4

[論文摘要]論文結(jié)合教學(xué)實踐，提出了以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主、以現(xiàn)代化教學(xué)手段為輔的教學(xué)方法。結(jié)合實例講清楚基本概念，夠用為度重點突出理論公式的應(yīng)用是常規(guī)教學(xué)應(yīng)遵循的模式，并與多媒體輔助教學(xué)手段有機地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，達到提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

一、前言

《流體力學(xué)》是研究流體所遵循的宏觀運動規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué)，它建立在現(xiàn)場觀測、實驗室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計算基礎(chǔ)上，具有嚴謹?shù)睦碚撔?、原理的抽象性、概念多、方程推?dǎo)繁雜等特點，對學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)知識及綜合分析與處理問題能力的要求較高，因而大部分學(xué)生覺得該課程抽象、枯燥、難懂，普遍缺乏對流體力學(xué)理論的感性認識，都有某種程度的畏懼感，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難懂成為較普遍的現(xiàn)象。

我校機械設(shè)計制造及自動化、過程裝備與控制工程、土木工程、安全工程、采礦工程、環(huán)境工程、礦物加工工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、工程力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生都須具備不同程度的流體力學(xué)知識和技能，它是各專業(yè)后續(xù)課程如：液壓傳動、水力學(xué)、流體機械、空氣調(diào)節(jié)、傳熱學(xué)等課程的基礎(chǔ)。

為此，作者通過教學(xué)實踐，就多樣化的教學(xué)方法、更新的教學(xué)內(nèi)容、引入高科技的教學(xué)手段等方面進行探討，以期提高《流體力學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量。

二、以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主

《流體力學(xué)》的課程體系分為基本理論、基本應(yīng)用和專門課題三大知識模塊，它要求學(xué)生具備扎實的微積分知識、力學(xué)知識等。學(xué)生在接觸流體力學(xué)課程伊始，對抽象的理論理解速度慢，對枯燥的公式及其推導(dǎo)過程容易厭煩，因而《流體力學(xué)》的教學(xué)應(yīng)該以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主。因為在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，學(xué)生獲取知識主要是聽教師講課，通過板書教師細致耐心地闡述概念、推導(dǎo)公式、突出重點、強調(diào)難點，以學(xué)生容易接受的講課速度，留給學(xué)生更多的思考和消化的時間，再配合上教師的表情、手勢、師生之間的互動，會達到很好的教學(xué)效果。

(一)結(jié)合實例，講清楚基本概念

流體力學(xué)的概念多、現(xiàn)象多，且很多概念和現(xiàn)象比較抽象，難以理解，諸如：拉格朗日法、歐拉法、流線、跡線、邊界層等。因而利用身邊的實例對這些抽象的概念進行講解，例如在講授描述流體運動的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時，學(xué)生們很難理解。為了將概念通俗化，上課時筆者以城市公共交通部門統(tǒng)計客運量所采用兩種方法為例：①在每一輛公交車上安排記錄員，記錄每輛車在不同時刻（站點）上下車人數(shù)，此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點跟蹤，它與跡線的定義對應(yīng)；②在每一公交站點安排記錄員，記錄不同時刻經(jīng)過該站點車輛的上下車人數(shù)，此法等同于歐拉法，與流線的定義對應(yīng)。

在講解伯努利方程原理的時候，例舉1912年“豪克”號鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號遠洋輪相撞的船吸現(xiàn)象，讓學(xué)生清楚掌握流體的壓強與它的流速有關(guān)，流速越大，壓強越小；反之亦然。

概念是公式推演的基石，沒有準確的概念，后續(xù)的公式推演幾乎難以為繼，清晰的概念會使公式的講解和推演變得更加簡易。利用淺顯易懂的生活實例來闡述抽象的概念及其之間的內(nèi)部聯(lián)系和區(qū)別，教師易教、學(xué)生易懂，將會達到事半功倍的效果。

（二）以用為度，重點突出理論公式的應(yīng)用

伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，是流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)的基礎(chǔ)，始終貫穿著整篇教材。在講解該理論公式的時候，先從容易理解的靜力學(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開始，強調(diào)公式所依據(jù)的原理是牛頓第二定律，假設(shè)條件是平衡、理想、靜止的流體，重點引導(dǎo)學(xué)生如何理解公式各項的幾何意義和物理含義，掌握公式的實際應(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動力學(xué)伯努利方程時，先易后難、循序漸進，學(xué)生就覺得不會那么深奧。在講解相對平衡的流體壓強分布規(guī)律時，就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過程，因為它在解決一般平衡流體內(nèi)部的壓強分布規(guī)律及其對固體壁面的作用力問題時非常重要。而對于連續(xù)性方程和動量方程的學(xué)習(xí)，只強調(diào)記住結(jié)論和理解公式中各個物理量的含義。這樣做，有效地避免了大量公式繁瑣的推導(dǎo)給學(xué)生帶來的畏難情緒，也能夠做到以用為度、重點突出。

不可否認，依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件、以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)形式單一，教學(xué)手段不先進，教學(xué)效率不高，適應(yīng)不了課程教學(xué)學(xué)時少、受教育學(xué)生數(shù)增加的情況。

三、以現(xiàn)代化的教學(xué)手段為輔

當(dāng)前以計算機多媒體技術(shù)為主的現(xiàn)代化教學(xué)手段已經(jīng)普遍地應(yīng)用于高校的教學(xué)中。制作教學(xué)用的視頻、多媒體軟件、電子課件等素材，作為課堂教學(xué)有力的輔助教學(xué)手段，可以在有限的時間內(nèi)，利用圖文并茂的信息傳播方式，將課程內(nèi)容及有關(guān)背景資料以影像、圖片等形式，直觀地傳播給學(xué)習(xí)者，將流體力學(xué)中抽象的概念和理論具體化、形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能夠從感性認識開始，逐步上升到理性認識，進而能夠達到運用知識解決問題的能力。

結(jié)合流體力學(xué)精品課程的建設(shè)，教學(xué)團隊制作了流體力學(xué)多媒體電子教案，并在教學(xué)過程中不斷完善，逐步取得了良好的教學(xué)效果。在設(shè)計與制作多媒體課件時，遵循課堂教學(xué)的基本規(guī)律，既發(fā)揮傳統(tǒng)板書教學(xué)中容易帶動學(xué)生思路、逐條在黑板上書寫的特點，在課件制作中根據(jù)講解的進度逐條展現(xiàn)公式條目等內(nèi)容，同時又將難以理解、難以用語言描述的拉格朗日法和歐拉法、流線、邊界層和紊流等抽象概念和流動現(xiàn)象，以多媒體的方式在課堂上直觀地呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生建立清晰的印象。教學(xué)團隊收集、制作了大量的多媒體素材，例如在講解雷諾判據(jù)的時候，制作了雷諾實驗的FLIASH素材，以動畫的形式向?qū)W生展示了流體流動的兩種不同狀態(tài)，以及流態(tài)判據(jù)—雷諾數(shù)與流動速度、管徑、流體種類有關(guān)系。運用多媒體輔助手段表達后，能夠幫助學(xué)生很好地理解課程的重、難點，提高教學(xué)效率。利用多媒體技術(shù)，還可以制作需占用大量時間板書和不易通過板書表述的內(nèi)容，提高了教學(xué)效率。

多媒體教學(xué)的內(nèi)容一定要做到提綱挈領(lǐng)、重點突出，有所為有所不為。多媒體技術(shù)沒有好壞之分，只有合理使用與不當(dāng)使用之別。但是實踐應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)有的教師完全拋棄以往的黑板式教學(xué)模式，離開多媒體手段就上不了課；有的教師將教材內(nèi)容全部照搬到了課件中，自己就成了的幻燈片放映員，“照機宣科”；有的教師制作的多媒體課件過分追求課件的美觀性，界面過于華麗，淡化了教學(xué)重點；也有的教師忽略學(xué)生對課件內(nèi)容理解消化的時間，致使學(xué)生的思維跟不上教師講解的速度，降低了教學(xué)效果。上述現(xiàn)象將會造成一種新形式的“滿堂灌”，只不過是由“人灌”變成“機灌”而已。

四、總結(jié)

流體力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)教學(xué)模式能夠?qū)⑶昂笾R貫通，突出重點，化煩就簡、引入實例形象闡述概念原理，促進知識的系統(tǒng)化進程；多媒體教學(xué)能將難于理解的知識通過圖文、音像生動地顯現(xiàn)出來，幫助學(xué)生理解性記憶。借助于先進的教學(xué)手段，將多媒體輔助教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，才能提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量。以上是筆者在流體力學(xué)教學(xué)實踐中的體會，愿與同行共同切磋。

基金項目：2009年安徽省教育廳《流體力學(xué)》精品課程

[參考文獻]

[1]許賢良,王傳禮,張軍等．流體力學(xué)[M]．北京:國防工業(yè)出版社,2006．

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【關(guān)鍵詞】專業(yè)認證流體力學(xué)教學(xué)改革考核方式

1.教學(xué)現(xiàn)狀及分析

流體力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其主要的先修課程有高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)等。由于流體力學(xué)對知識儲備要求高，研究對象又是不具固定形狀的流體，其理論教學(xué)比較抽象，因此教學(xué)現(xiàn)狀有以下幾個特點。課堂教學(xué)盡管采用多媒體方式，但流體力學(xué)的理論性太強，使得現(xiàn)有的多媒體教學(xué)課件形式單一，內(nèi)容不夠豐富，導(dǎo)致教學(xué)仍以口授與板書為主，課堂互動性明顯不足，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動性、積極性；缺乏實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)；缺少有效的師生溝通平臺。由于師生交流少，容易造成“教”、“學(xué)”分離，給課程的教學(xué)效果大打折扣。

2.考核現(xiàn)狀及分析

現(xiàn)階段流體力學(xué)的考核方式，大部分仍然采取30%的平時成績和70%期末考試成績。本課程包含大量的經(jīng)驗公式及公式推導(dǎo)過程，對比近兩年的學(xué)生成績，目前該課程的考核方式并不理想。

3.改革措施

3.1教學(xué)改革措施

流體力學(xué)課程需要掌握的概念多、公式多，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，需要教師對課程不斷開展改革探索。為解決目前流體力學(xué)課堂教學(xué)中存在的問題，針對教學(xué)環(huán)節(jié)提出以下幾個改革方案。

3.1.1完善教學(xué)大綱

根據(jù)工程教育認證標準，應(yīng)進一步修訂和完善教學(xué)大綱和教學(xué)計劃，優(yōu)化學(xué)時分配。在保證《流體力學(xué)》基本概念、基本原理以及基本理論授課時間的基礎(chǔ)上對課程設(shè)計進行改革。比如，適當(dāng)增加數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)；導(dǎo)入課程最好用動畫或者試驗吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；適當(dāng)增加學(xué)生課后的作業(yè)，以討論性的分析和推導(dǎo)公式為主。

3.1.2增設(shè)案例及課堂討論環(huán)節(jié)

增加相關(guān)內(nèi)容的案例，設(shè)置科學(xué)問題，然后分組討論，引導(dǎo)學(xué)生分析問題。以流體靜力學(xué)的基本公式為例，通過電視節(jié)目中模擬的桶裂實驗為引導(dǎo)，提出問題，留有懸念。然后通過公式推導(dǎo)理論驗證，最后給同學(xué)們討論的時間。另外，有條件的還可以專門設(shè)置一堂實驗課，課上分組展示并講解學(xué)生在課下自行設(shè)計的桶裂實驗。

3.2考核評價改革措施

增加平時考核的占比是課程改革的趨勢。根據(jù)專業(yè)認證的要求，增加平時的教學(xué)工作量，為學(xué)生準備與重點知識相關(guān)的小課題，增加課堂討論環(huán)節(jié)是一個新思路。根據(jù)課堂表現(xiàn)進行部分考核，提高學(xué)生平時考核成績。從而去除純記憶類題目，只考核綜合理解類和綜合應(yīng)用類試題，適當(dāng)增加期末考核難度，以督促學(xué)生平時注意積累。

3.3自編應(yīng)用型教材

教材是學(xué)習(xí)的依據(jù)，作為機械類流體力學(xué)教材要體現(xiàn)理論與實際相結(jié)合，突出應(yīng)用性。對于有經(jīng)驗的教師，可以在總結(jié)多年知識積累和教學(xué)、科研成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)流體力學(xué)書籍，撰寫屬于自己的機械類教材《流體力學(xué)》。自編教材對學(xué)生而言更實用，體現(xiàn)在以下幾點。一是自編教材主要以教學(xué)大綱為依據(jù)，整體上與課堂教學(xué)具備較高的統(tǒng)一性。內(nèi)容編排按課堂教學(xué)節(jié)次循序漸進，學(xué)生自學(xué)時，邏輯和思路清晰，課上課下的自然銜接，更具有啟發(fā)性；二是可以根據(jù)課上學(xué)生的反應(yīng)精簡方程式數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容和過程，盡量將抽象概念形象化、簡單化和透徹化，使之通俗易懂?；蛘咴谡n堂上減少推導(dǎo)過程，而在書中將推導(dǎo)過程編寫的更加詳細，甚至添加多種推導(dǎo)方法，便于自學(xué)；三是理論聯(lián)系實際，集教學(xué)與科研成果于一體，使得課堂內(nèi)容具有較高的客觀性、有效性和科學(xué)性，如此更有利于解決實際問題，指導(dǎo)工程實踐和生產(chǎn)活動；四是豐富例題和習(xí)題，除計算題外還設(shè)有簡答題、選擇題等多種題型，并給出參考答案。

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關(guān)鍵詞 工程流體力學(xué) 成人教育 教育對象 互動教學(xué)

中圖分類號：TB126-4 文獻標識碼：A

流體力學(xué)的研究對象包括液體和氣體兩大物質(zhì)形態(tài)，流體力學(xué)的基本任務(wù)是建立描述流體運動的基本方程，確定流體經(jīng)各種通道及繞流不同物體時速度、壓強的分布規(guī)律，探求能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計算方法。在實際工程的許多領(lǐng)域里，流體力學(xué)一直起著十分重要的作用。就某種意義而言，也正是在流體力學(xué)的研究工作不斷取得成就的前提下，才促進了這些工程領(lǐng)域的大力發(fā)展。工程流體力學(xué)是在闡述流體力學(xué)的基本理論基礎(chǔ)上，重點闡述和研究流體力學(xué)在工程上的應(yīng)用，工程流體力學(xué)廣泛應(yīng)用于動力、水利、機械、化工、石油、土建、冶金、航空、航海、氣象、環(huán)境等眾多領(lǐng)域，是這些領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。

1教材與教學(xué)內(nèi)容選取

“工程流體力學(xué)”教材種類繁多，但是目前為止還沒有一本針對能源類本科成人教育《工程流體力學(xué)》教材，筆者通過對多種教材的研讀，以及往年成教上課的經(jīng)驗，根據(jù)各教材所涵蓋的基本理論，及描述流體特性表達式推導(dǎo)過程的深度和難度、教材內(nèi)容的廣度，最終選用楊建國等人編著的《工程流體力學(xué)》（北京大學(xué)出版社，2010年1月第1版）作為成教熱能專業(yè)的臨時教材。

“工程流體力學(xué)”的內(nèi)容繁雜、學(xué)科綜合性強，流體力學(xué)內(nèi)容很抽象，偏微分方程幾乎貫穿全部課程。流體力學(xué)歐拉方法的思路與物理及其它力學(xué)不同，學(xué)生理解、掌握起來有困難。鑒于成人教育對象數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和力學(xué)基礎(chǔ)相對薄弱的特點，在授課中應(yīng)盡量避免大量的數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)和微元的受力分析，把第七章相似原理與量綱分析作為自學(xué)內(nèi)容，在講解動量定理、動能定理和質(zhì)量守恒定理時，把輸運定理作為主要的公式推導(dǎo)工具，著重強調(diào)基本概念和基本原理的學(xué)習(xí)和掌握。

2授課目標及教學(xué)方法

2.1 明確教育目標的職業(yè)性和教育內(nèi)容的實用性

成人教育是以提高社會從業(yè)人員的履職能力和適應(yīng)職業(yè)變化能力為目標的教育，其教育內(nèi)容與職業(yè)需求聯(lián)系緊密，以補充、改善成人的職業(yè)知識和技能為目的，實用性較強。

對于成人教育一定要明確教育目標的特點，做到有的放矢，才能起到事半功倍的效果。成人教育對象（以下稱為“成人”學(xué)生）的特點可以歸結(jié)為以下幾點：

（1）“成人”學(xué)生職業(yè)性強；

（2）“成人”學(xué)生都有固定的工作崗位，有著豐富的實踐經(jīng)驗，在某些方面的認識和能力要強于授課老師；

（3）“成人”學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課，例如數(shù)學(xué)和物理等的基礎(chǔ)知識比較薄弱，很難理解深度較高、難以理解的原理和公式推導(dǎo)；

（4）“成人”學(xué)生渴望獲取知識，尤其是能幫助其解釋工作中遇到的實際問題的理論知識。

總之，授課內(nèi)容的實用性是教學(xué)的關(guān)鍵問題之一，授課內(nèi)容實用“成人”學(xué)生才愛聽，效果才好。

3教學(xué)手段和教學(xué)方法

3.1加強理論知識的講授

成人教育的對象多數(shù)為參加工作多年和未受過正規(guī)高等教育的成年人，即“成人”學(xué)生，他們又有著豐富的實踐經(jīng)驗。從筆者實際函授授課的經(jīng)驗來看， “成人”學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課尤以高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)最為薄弱，然而流體力學(xué)的主要工具就是數(shù)學(xué)。

3.2采用導(dǎo)學(xué)+啟發(fā)式方法授課

實行“導(dǎo)學(xué)式”教學(xué)模式。即，貫徹“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，在教學(xué)中實行啟發(fā)式教學(xué)，充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)在提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量方面的重要作用。所謂互動式教學(xué)，是在教學(xué)中教與學(xué)雙方交流、溝通、協(xié)商、探討，在彼此傾聽、彼此接納、彼此坦誠的基礎(chǔ)上，通過理性說服甚至辯論，不同觀點碰撞交融，激發(fā)教學(xué)雙方的主動性，拓展創(chuàng)造性思維，以達到提高教學(xué)效果的一種教學(xué)方式。這種講課的方式，不是老師一個人講，而是啟發(fā)學(xué)生思考。

“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論講解比較枯燥，為了提高教學(xué)效果，經(jīng)常在課堂上提出問題和例題，鼓勵學(xué)生積極回答，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，從而加深理解。在教學(xué)中要把握“成人”學(xué)生的獨特特點：那就是有自己固定的工作崗位，有著豐富的工作經(jīng)驗，對設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運行了如指掌，對設(shè)備處于非常規(guī)運行時有自己的處理方法，但是為什么這么處理他們并不清楚。

4結(jié)語

針對熱能與動力工程專業(yè)“成人”學(xué)生的特點，對“工程流體力學(xué)”的教學(xué)進行了探討，使課程更適合“成人”學(xué)生的特點，擴大了他們的知識面，增強了其主動思考的能力。在今后的教學(xué)過程中要進一步探索新的教學(xué)方法和手段，不斷提高自身的綜合素質(zhì)和專業(yè)理論知識，立足學(xué)校特色優(yōu)勢，繼續(xù)努力進行“工程流體力學(xué)”課程的建設(shè)和探索，以期積累更多的經(jīng)驗和取得更大的成績。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：計算流體力學(xué);CFD數(shù)值模擬;項目驅(qū)動;實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）06-0141-02

計算流體力學(xué)CFD是流體力學(xué)的一個分支，是能源與動力工程類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。課程講授CFD數(shù)值模擬的基本思想、基本方法以及常用CFD數(shù)值模擬工具的使用，通過教學(xué)使學(xué)生了解、掌握CFD數(shù)值模擬的基本知識，為將來在涉及流體流動問題的研究和設(shè)計工作中應(yīng)用CFD數(shù)值模擬打下基礎(chǔ)。在計算流體力學(xué)教學(xué)中，可將仿真技術(shù)以項目驅(qū)動的方式加入到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以加深對概念、公式以及數(shù)值方法的理解，進而激發(fā)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)能力。如何利用好仿真軟件的專業(yè)優(yōu)勢，將其引入到計算流體力學(xué)實踐教學(xué)中來，提高教學(xué)效果是本文要探討的主要問題。

一、CFD數(shù)值模擬在項目驅(qū)動實踐教學(xué)中的優(yōu)勢

根據(jù)課程教學(xué)任務(wù)及其特點，選擇適用的教學(xué)方式是提高教學(xué)效果的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師授課為中心，注重基礎(chǔ)理論知識的傳授與講解。在教學(xué)過程中，教師往往花費大量的時間和精力介紹計算流體力學(xué)的基本原理并進行相關(guān)理論公式的推導(dǎo)，學(xué)生并不能理解計算流體力學(xué)的工程應(yīng)用背景和意義，學(xué)生所接受的理論知識絕大部分來源于授課教師的灌輸。

由于計算流體力學(xué)課程涉及內(nèi)容的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的教學(xué)方法與手段，使得教師和學(xué)生在此課程的講授和學(xué)習(xí)中都遇到一定的困難和問題。涉及基本方程和數(shù)值方法公式推導(dǎo)的部分，傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式可使學(xué)生對推導(dǎo)過程進行邏輯思維，對推導(dǎo)得到的公式和結(jié)果也會更加印象深刻。對于比較復(fù)雜、抽象的教學(xué)內(nèi)容以及公式的應(yīng)用，則可借助計算機仿真平臺的方式進行輔助教學(xué)，讓學(xué)生直觀地了解不同公式的應(yīng)用過程和數(shù)值模擬結(jié)果。由于流體力學(xué)控制方程一般是非線性的，只有極少數(shù)情況下才能得到解析解，與工程相關(guān)的復(fù)雜流體力學(xué)問題幾乎不能得到解析解，而實驗研究一般是在模擬條件下完成的，幾乎所有的地面實驗設(shè)備都不能完全滿足所有參數(shù)和相似定理的要求。通過CFD數(shù)值模擬技術(shù)，可以設(shè)計一些虛擬的實驗，過程中可選用不同公式模型和數(shù)值方法，數(shù)值模擬所得的結(jié)果直觀，彌補了理論教學(xué)內(nèi)容的不足。

項目驅(qū)動教學(xué)，或稱項目驅(qū)動下的學(xué)習(xí)、基于項目的學(xué)習(xí)，是一種以學(xué)生為中心的教育方式。要求學(xué)生通過一系列個人或合作完成的任務(wù)，借助他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，解決現(xiàn)實中的問題，獲取知識和技能[1]。在項目驅(qū)動實踐教學(xué)中，借助CFD數(shù)值模擬形象的模型分析與演示，既便于教師對計算流體力學(xué)應(yīng)用于工程問題的知識講述，又使學(xué)生對計算流體力學(xué)理論知識有更加深刻的理解。

二、CFD數(shù)值模擬在項目驅(qū)動實踐教學(xué)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題

1.根據(jù)計算流體力學(xué)教材，結(jié)合學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況，對某些重點、難點以及不宜課堂講解的地方，考慮能否應(yīng)用CFD數(shù)值模擬進行輔助教學(xué)。在教學(xué)過程中，需要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容選擇恰當(dāng)?shù)捻椖堪咐Y(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教學(xué)方法，使其發(fā)揮各自優(yōu)勢才能獲得更好的教學(xué)效果。

2.在教學(xué)過程中，向?qū)W生展示CFD數(shù)值模擬在計算流體力學(xué)領(lǐng)域的前沿應(yīng)用、經(jīng)典案例。在課程教學(xué)中可以隨時調(diào)用視頻錄像或仿真軟件，將計算流體力學(xué)的一些前處理、流場計算和后處理等復(fù)雜問題進行動態(tài)仿真演示。這樣可以激發(fā)學(xué)生利用相關(guān)數(shù)值模擬軟件對理論知識進行進一步的學(xué)習(xí)的積極性和主動性，為后續(xù)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計乃至展開創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目打下基礎(chǔ)。

3.選取若干具體案例為“項目”任務(wù)以達到對前一階段課堂講授知識、技能傳授的總結(jié)與升華;項目內(nèi)容中含有學(xué)生從來未遇到的問題，需要具備有一定難度。應(yīng)用CFD數(shù)值模擬軟件建立計算流體力學(xué)仿真分析實例庫，這樣老師就可以方便地進行講解，并給學(xué)生提供直觀、形象的過程與結(jié)論，學(xué)生理解起來會更容易。

三、CFD數(shù)值模擬在項目驅(qū)動實踐教學(xué)的應(yīng)用案例

1.概念設(shè)計。氣力輸送過程非常復(fù)雜，過去和現(xiàn)在多依靠試驗數(shù)據(jù)、經(jīng)驗數(shù)據(jù)來解決問題。對一般粉體材料，在經(jīng)驗數(shù)據(jù)充分時，可以得到比較可靠的結(jié)果。傳統(tǒng)方式靠人工計算過于費時間，現(xiàn)在可以利用計算機進行數(shù)值模擬，能較快地得到計算結(jié)果。計算機能在較短的時間內(nèi)繪出初步的圖紙，因此在粉體的氣力輸送過程中能做更多的方案比較，使設(shè)計更加合理。數(shù)值模擬可以提供一些實驗測量中無法提供的數(shù)據(jù)。在概念設(shè)計階段，老師和學(xué)生進行項目的討論。教師起初先不必框定具體的設(shè)計內(nèi)容，而是要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)工程應(yīng)用的實際情況進行頭腦風(fēng)暴，獲得設(shè)計的大方向，進而指導(dǎo)學(xué)生進一步通過閱讀文獻和資料收集，確立實施思路和初步的方案，獲取可借鑒的工程案例。

2.詳細設(shè)計。在詳細設(shè)計階段，教師需要預(yù)先講授CFD數(shù)值模擬工具的使用，以Fluent為例，該軟件是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法和強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計、石油天然氣和渦輪機設(shè)計等方面都有著廣泛的應(yīng)用。在這個階段，學(xué)生通過對現(xiàn)場氣力輸送過程的調(diào)研資料和文獻資料，結(jié)合氣力輸送設(shè)備工藝特點，利用計算流體力學(xué)仿真軟件Fluent建立可靠的氣力輸送三維數(shù)學(xué)模型。對所建立的數(shù)值模擬模型進行網(wǎng)格劃分，如圖1所示，在此過程中，教師可以為學(xué)生講解計算域離散成網(wǎng)格點的過程。在此基礎(chǔ)上，利用所建立的氣力輸送三維數(shù)學(xué)模型對飛灰的氣力輸送進行數(shù)值模擬，將數(shù)值模擬結(jié)果和實驗測量值進行對比，由此對所建立的數(shù)學(xué)模型的可靠性和適用性進行驗證。

3.發(fā)現(xiàn)問題。項目驅(qū)動的教學(xué)中教師需要著重引導(dǎo)學(xué)校在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題，挖掘?qū)е聠栴}產(chǎn)生的根源，在CFD模擬過程中，要確定邊界條件、數(shù)學(xué)模型和求解方法。氣力輸送屬于大型工業(yè)輸送物料設(shè)備，雖然輸送管道幾何形狀簡單，但是總長度較長，并且管道內(nèi)的輸送過程涉及到固相和氣相相互作用、物料顆粒湍動粘度以及顆粒間的相互碰撞，過程非常復(fù)雜。在此過程中，老師可以為學(xué)生講解各種邊界條件的優(yōu)缺點以及選擇依據(jù)、數(shù)學(xué)模型的原理和應(yīng)用范圍、求解格式的選擇及相應(yīng)的計算方法和方程。

4.改進設(shè)計。將模型預(yù)測結(jié)果與實驗測量值進行分析和比較，分析邊界條件、數(shù)學(xué)模型和求解方法對結(jié)果產(chǎn)生的影響，通過查閱文獻了解最新CFD數(shù)值模擬技術(shù)和方法，并嘗試應(yīng)用到項目驅(qū)動實踐教學(xué)中，提高數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的準確性?？梢岳迷摂?shù)值模擬數(shù)據(jù)研究氣力輸送旁管道內(nèi)壓降隨著顆粒直徑、顆粒密度的變化規(guī)律，并通過改變旁通管幾何比以及壁面粗糙度的大小，研究管道結(jié)構(gòu)和管道特性對壓降的影響。

從“概念設(shè)計”、“詳細設(shè)計”、“發(fā)現(xiàn)問題”和“改進設(shè)計”這幾個項目驅(qū)動的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以看到，項目驅(qū)動式教學(xué)的最主要的特征就是教師引導(dǎo)學(xué)生通過尋找完成工作任務(wù)的途徑與方法，圍繞工作項目完成調(diào)查研究、網(wǎng)絡(luò)信息搜集、文獻查閱、個人獨立思考、討論答辯、團隊合作學(xué)習(xí)等各項相關(guān)的實踐與創(chuàng)造活動[2]。

在實施過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生查閱資料獲取類似項目的技術(shù)路線、解決方案與相關(guān)專業(yè)知識點，對錯誤明顯的方案做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)、糾正，使方案盡量集中在合理的范圍之內(nèi)[3]。需要選擇貼近實踐的項目案例，將CFD數(shù)值模擬軟件融入到分組學(xué)習(xí)和應(yīng)用指導(dǎo)的整個過程，使學(xué)生在項目學(xué)習(xí)及完成過程中加深對理論知識的理解及實際應(yīng)用，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

四、結(jié)束語

項目驅(qū)動教學(xué)在實施的過程中，表現(xiàn)出以項目為本位、以學(xué)生為主體的重要特征。教師教授和引導(dǎo)的是項目實施所需的技能、系統(tǒng)知識和應(yīng)用知識，最終考核的是學(xué)生對知識的理解、應(yīng)用、創(chuàng)新和總結(jié)。將CFD數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用到計算流體力學(xué)理論教學(xué)，可以使教學(xué)質(zhì)量得到明顯提高，可以幫助克服客觀實際條件對理論教學(xué)的制約，加深學(xué)生對理論知識的理解，并激發(fā)學(xué)習(xí)和研究的興趣。

參考文獻：

[1]馬玲玲.項目驅(qū)動教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力研究[J].山西廣播電視大學(xué)學(xué)報，2010，（3）.

[2]王福軍.計算流體動力學(xué)分析――CFD軟件原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2004.

[3][美]約翰D.安德森（John D. Anderson）.計算流體力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M].吳頌平，劉趙淼，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

篇8

關(guān)鍵詞： 《工程流體力學(xué)》 能源與動力工程專業(yè) 教學(xué)改革

一、引言

《工程流體力學(xué)》是研究流體的機械運動規(guī)律及其實際應(yīng)用的科學(xué)[1]，是能源與動力工程、車輛工程、機械工程、石油工程、化學(xué)工程專業(yè)等諸多工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在各個工程領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。其特點是，工程流體力學(xué)內(nèi)容抽象，概念性強，涉及大學(xué)物理、材料力學(xué)、高等數(shù)學(xué)等，綜合性極強，且教學(xué)里包括眾多數(shù)學(xué)公式和偏微分方程的相關(guān)推導(dǎo)計算，需要學(xué)生有較強的綜合能力。而我校是一所二本工科院校，學(xué)生在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、材料力學(xué)等方面的基礎(chǔ)良莠不齊，因此存在老師難教、學(xué)生覺得枯燥難學(xué)的現(xiàn)象[2]，導(dǎo)致《工程流體力學(xué)》被公認為是本科中最難學(xué)的課程之一。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量，有必要對該門課程進行必要的教學(xué)改革[3]。

二、教學(xué)改革

（一）教學(xué)方法改革

針對學(xué)生在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、材料力學(xué)等方面的基礎(chǔ)存在良莠不齊的情況，為了更好地增強學(xué)生學(xué)習(xí)《工程流體力學(xué)》的學(xué)習(xí)效果和教學(xué)效果，需要在教學(xué)實踐過程中對教學(xué)方法進行相應(yīng)的改革。首先，為了避免學(xué)生覺得枯燥無趣，在教學(xué)過程中注意理論聯(lián)系實際。比如，在《工程流體力學(xué)》的第一堂課上，我通過提出如“汽車在行駛過程中所受到的阻力主要來自前部還是尾部”，以及“高爾夫球表面和飛機表面為什么一個是粗糙一個光滑呢”等眾多涉及流體力學(xué)知識的實際問題，一下子就把學(xué)生的興趣提起來，整整一堂課學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲，沒有懨懨欲睡的情況存在。在后續(xù)的課程中，由于主要圍繞連續(xù)性方程，伯努利及動量方程等展開，因此在講授的課程中，為了避免數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實的學(xué)生在上課中覺得無趣，我主要是通過講例題的研究思路、方法，盡量避免變成單純的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，主要告訴學(xué)生如何分析，重點介紹公式的成立條件及如何使用。然后通過具體的例題講解如何使用該公式來解決問題。比如對雷諾公式的理解應(yīng)用，通過在課堂上播放雷諾試驗的視頻，并在課后安排學(xué)生到實驗室進行雷諾實驗，以加深對該公式所涉及相關(guān)因素的理解。在課程的后面章節(jié)，根據(jù)學(xué)生的認知發(fā)展水平重點講解工程流體理論在實際中的具體應(yīng)用實例，并選擇適當(dāng)?shù)恼n題讓學(xué)生積極參與，并總結(jié)出規(guī)律，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，這樣既使學(xué)生保持了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，又很好地做到理論與實際的結(jié)合，大大提高學(xué)生解決實際問題的能力。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革

《工程流體力學(xué)》內(nèi)容涉及面廣，如何根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標和課程體系的要求，制定合理的教學(xué)大綱，教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)計劃顯得尤為重要。首先，針對目前《工程流體力學(xué)》教材存在理論性強，數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)眾多的特點，在教學(xué)過程中有意識地弱化公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，重點突出公式的適用條件和在實際問題中如何應(yīng)用，尤其是如何利用這些公式來解決實際問題。比如實際流體恒定總流的伯努利方程，通過弱化過程的復(fù)雜推導(dǎo)，重點講解其應(yīng)用條件，讓學(xué)生很快就明白該方程的意義，并掌握如何在實際過程中進行應(yīng)用。

同時通過案例講學(xué)，與學(xué)生所在能源與動力專業(yè)系緊密結(jié)合。比如在講到流體運動的連續(xù)性方程及伯努利方程時，可以講講其在內(nèi)燃機等設(shè)計中所起的作用，通過掌握空氣和燃油的流動規(guī)律，才能設(shè)計好空氣和燃料的流量比例、流動速度、溫度控制等眾多流體力學(xué)方面的知識。同時選取適當(dāng)?shù)母茉磁c動力系緊密相關(guān)的習(xí)題，以幫助學(xué)生進一步鞏固和消化課堂所學(xué)。因為現(xiàn)有教材習(xí)題偏水利和建筑的居多，所以需要老師在平時多收集和編撰相關(guān)的習(xí)題，以更好地促進學(xué)生掌握相關(guān)知識。

（三）考核方式的改革

由于《工程流體力學(xué)》所涉及學(xué)科多，綜合性強，內(nèi)容難，以前通常采用期末閉卷的方式加平常課后作業(yè)進行考核，存在學(xué)生平常作業(yè)抄襲、習(xí)慣老師劃重點、考前死記硬背的問題，且考試內(nèi)容基本都是學(xué)生平常見過、練習(xí)過的題型，不能很好地體現(xiàn)出該門課程的知識體系和價值，也無法讓學(xué)生發(fā)揮他們的主觀能動性。因此，針對以前的考核形式存在的問題，有必要對其進行改革，以更好更全面地反映學(xué)生掌握知識和相應(yīng)能力的情況。

首先，增加課堂與平時考勤環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在的學(xué)生基本人手一部手機，盡管上課紀律三令五申，仍然存在部分學(xué)生上課偷偷玩手機的情況，再加上有些學(xué)生平常對自己要求不嚴，存在上課遲到、曠課、打瞌睡的情況。因此增加課堂考核環(huán)節(jié)，對上課不遵守課堂紀律、缺勤等，累積到一定次數(shù)后會有相應(yīng)的懲罰措施。在課堂上表現(xiàn)積極，能主動回答老師問題等會有一定鼓勵措施，適當(dāng)?shù)丶臃忠约ぐl(fā)學(xué)生更濃的學(xué)習(xí)興趣，加強學(xué)生在課堂上和老師的互動，營造出更好的學(xué)習(xí)氛圍。

其次，增加考試內(nèi)容，豐富考試題型。從以往考試題型看，主要有填空題、選擇題、判斷題和計算題四大類型。因為考試內(nèi)容比較依賴教材，所以不能很好地反映學(xué)生對相關(guān)知識的理解掌握。鑒于此，增加一些比較貼近相關(guān)專業(yè)和實際生活的問答題，比如“汽油在油箱里的存貯涉及流體力學(xué)里面的什么知識”、“汽車上的中央空調(diào)上平行的風(fēng)扇葉片起什么作用”等，體現(xiàn)了考試內(nèi)容的靈活性，又考察了相應(yīng)的考點，能體現(xiàn)出學(xué)生對相關(guān)知識的具體分析和應(yīng)用。

最后，完善最終成績的評定方法。以前的成績評定主要是期末考試成績占60%，平時作業(yè)占40%，且存在許多同學(xué)課后作業(yè)照抄的情況。由于平時作業(yè)成績占比過高，增強了不努力同學(xué)的僥幸心理，間接也會挫傷努力學(xué)習(xí)的學(xué)生的積極性。為了更好地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和對該門課程相關(guān)知識的掌握應(yīng)用情況，綜合評定學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實踐能力，最終成績的評定將計入課堂環(huán)節(jié)、實驗環(huán)節(jié)等，將成績比例改為：期末考試成績70%，課堂環(huán)節(jié)包括考勤10%，平時作業(yè)10%，實驗成績10%，促使學(xué)生重視課堂紀律，增加課堂互動環(huán)節(jié)，減少平時作業(yè)的比例，增加動手實驗的成績，更能全方位、多元化地評定學(xué)生。

三、結(jié)語

本文對能源與動力工程專業(yè)所學(xué)《工程流體力學(xué)》的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容及考核方式等進行了教學(xué)探討與改革。通過在實踐中的應(yīng)用，取得了很好的教學(xué)效果，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)能力提高和教學(xué)效果的增強。

參考文獻：

[1]禹華謙.工程流體力學(xué)[M].高等教育出版社，2011.

篇9

關(guān)鍵詞 流體力學(xué) 工程實例 教學(xué)模式改革

0引言

“流體力學(xué)”課程是工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，綜合了張量、場論、復(fù)變函數(shù)、數(shù)值方法等數(shù)學(xué)知識，在水利、土木、建筑和熱能等工程技術(shù)領(lǐng)域中都涉及許多流體力學(xué)問題。目前許多高校教師在講授該門課程時還是采用傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的單向傳授方式，課堂中注重基本概念的講解和公式的推導(dǎo)，課堂教學(xué)與實驗教學(xué)環(huán)節(jié)聯(lián)系較弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)過程中對所學(xué)知識點理解不夠深刻，逐漸失去了學(xué)習(xí)興趣。因此此次教學(xué)模式改革提出以工程實例為導(dǎo)向，在授課中采用工程案例分析、增加實踐環(huán)節(jié)和第二課堂等綜合形式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生積極性，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

1教學(xué)改革思路

第一，由于在流體力學(xué)教學(xué)過程中，知識點比較抽象，學(xué)生難理解。因此，打破以往“滿堂灌”式授課方式，針對某些重要知識點，首先教師課前布置任務(wù)，學(xué)生初步了解課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題和主觀學(xué)習(xí)能力。在授課過程中，教師針對課堂講授的內(nèi)容，運用多媒體教學(xué)方式，向?qū)W生展示圖片、視頻、動畫等信息，比傳統(tǒng)方式更直觀、更容易被學(xué)生接受，與傳統(tǒng)板書教學(xué)方式相結(jié)合，優(yōu)勢互補，尤其對于推導(dǎo)繁瑣公式，教師運用多媒體方式可以強化學(xué)生的理解。并且，教師應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，通過工程案例分析和討論等方法，講授某些特定知識點對應(yīng)的工程問題，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)課程的興趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)的主觀能動性，加深學(xué)生對該課程內(nèi)容的理解和認識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生分析流體力學(xué)問題和建立相應(yīng)模型和分析計算的能力。學(xué)生通過工程案例分析，可以理解不同流態(tài)流體所對應(yīng)的工程背景及其理論基礎(chǔ)，利用課堂所學(xué)理論知識總結(jié)其流動規(guī)律。課中針對某重要知識點，教師布置相關(guān)綜合訓(xùn)練內(nèi)容，學(xué)生自主完成綜合報告，在此過程中學(xué)生能夠充分理解相關(guān)知識點，建立知識體系，掌握該知識點在實際工程中應(yīng)用，并能夠在實際生產(chǎn)生活中合理運用該知識點。另外，對于某些特殊的知識點，教師還可以從學(xué)生的生活經(jīng)驗出發(fā)，列舉生活中的流體力學(xué)問題，聯(lián)系生活進行講授，具體內(nèi)容為：

第二，通過理論與實踐相結(jié)合的方式，在保證課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，采用多種形式的實踐活動，增加實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)是理論與實踐相結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的重要環(huán)節(jié)，鞏固所學(xué)基礎(chǔ)理論，能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識，培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力。在學(xué)校工科專業(yè)，實驗教學(xué)顯得尤為重要。在實驗的教學(xué)過程中，為使學(xué)生更好地掌握重點和難點，加深學(xué)生對實驗操作技能的掌握，采用“教”、“學(xué)”、“做”相結(jié)合的教學(xué)方法，以精講多練為主。在實驗操作之前，讓學(xué)生理解實驗流程中的每一步驟，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，對知識的重點和難點有進一步的理解。此外，在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，重視培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，為學(xué)生提供創(chuàng)新空間。學(xué)生通過工程流體力學(xué)實驗，直觀明了地觀察不同流態(tài)的流動現(xiàn)象，量測不同流態(tài)的流動參數(shù)，分析其流動特點，再與理論相結(jié)合總結(jié)流動規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性與創(chuàng)新性，為學(xué)生將來更好地投入工程實際奠定基A。

第三，采用工程性質(zhì)形式的試題幫助學(xué)生掌握知識點及其應(yīng)用。同時，授課時增加課堂對話、采用互動式教學(xué)方法，及時了解學(xué)生掌握情況并對課程教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整。另外，開設(shè)理論學(xué)習(xí)和實踐操作的第二課堂，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并加大課外作業(yè)量，使學(xué)生通過作業(yè)消化課堂教學(xué)內(nèi)容，每次作業(yè)批改結(jié)束后，通過習(xí)題課幫助學(xué)生辨析原理理解的誤區(qū)、概念混淆之處等習(xí)題中出現(xiàn)的問題。任課教師定期進行教學(xué)研討，對教學(xué)中的難點、重點進行討論，群策群力，尋求好的解決方法。平時注意收集教學(xué)中的難點、重點問題，組織老師進行研究，在教學(xué)研討時集中交流。

2教學(xué)組織過程

2.1課堂講授

以學(xué)生為中心，以教師為導(dǎo)學(xué)、助學(xué)為主，利用工程案例分析、生活實例和小組討論等形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)參與熱情與積極性。課前布置工程案例分析，學(xué)生自行查閱資料，課堂上分組討論，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生主動獲取已有知識和創(chuàng)造新知識的能力。以工程問題為主線，提出與之相互對應(yīng)的課程內(nèi)容，進而解釋課程內(nèi)容的性質(zhì)、原理以及適用條件，總結(jié)解決此類工程問題的方法和規(guī)律，使得學(xué)生對于知識點內(nèi)容的理解更加生動具體。

2.2增加實踐環(huán)節(jié)

本專業(yè)流體力學(xué)課程共64學(xué)時，此次教學(xué)模式改革準備通過理論與實踐相結(jié)合的方式，融入實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)體系中實驗環(huán)節(jié)為輔助教學(xué)部分，各實驗互相獨立，綜合性不強，造成學(xué)生被動學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較差。目前學(xué)校擁有兩個流體力學(xué)實驗室，不僅可以開展流體力學(xué)基礎(chǔ)演示實驗，學(xué)生還可以動手參與伯努利方程實驗、畢托管測速實驗等相關(guān)實驗。在實驗操作過程中，結(jié)合工程中流體流動問題，學(xué)生能夠更加直觀明了地觀察到流體處于不同工程問題中所對應(yīng)的流動現(xiàn)象和規(guī)律，量測不同流態(tài)的流動參數(shù)，進而結(jié)合課堂講授的內(nèi)容驗證實踐結(jié)果。同時，教師應(yīng)為學(xué)生留有一定空間，學(xué)生可以在充分理解所需知識內(nèi)容的基礎(chǔ)之上，開展創(chuàng)新型實驗設(shè)備的設(shè)計，這一過程充分調(diào)動學(xué)生科學(xué)研究熱情，突出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題并解決問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹?shù)倪壿嬎季S及創(chuàng)新能力。

2.3第二課堂

流體力學(xué)課程包括流體靜力學(xué)、流體運動學(xué)和流體動力學(xué)三大部分，課程講述內(nèi)容較多。針對這種知識內(nèi)容多而學(xué)時短的情況，此次課程建設(shè)增加理論第二課堂和實踐第二課堂。對于理論學(xué)習(xí)第二課堂，學(xué)生可通過微信或QQ等網(wǎng)絡(luò)通訊工具，隨時給授課教師留言或在線溝通，說明不懂的知識點，教師可以在網(wǎng)上給予學(xué)生詳細的解答，既利用了課余時間答疑，又為同學(xué)提供了方便，同時又解決了課程學(xué)時的限制，極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。實踐第二課堂主要體現(xiàn)在實驗室全天開放制度，在保證學(xué)生一定數(shù)量的前提下，學(xué)生可提前預(yù)約做實驗。這樣學(xué)生就有充足的時間來完成實驗過程，既豐富了學(xué)生的課余生活，又充分地培養(yǎng)了學(xué)生自己動手的能力。

2.4增加綜合訓(xùn)練

針對重點章節(jié)知識點，如伯努利方程、N-S方程等，結(jié)合工程案例，教師布置綜合訓(xùn)練任務(wù)。學(xué)生通過上網(wǎng)、借閱相關(guān)書籍，獲取相關(guān)資料并獨立深入學(xué)習(xí)分析，再與小組成員討論，集思廣益，進而理解工程案例中方程應(yīng)用原理，并與所學(xué)理論知識相聯(lián)系，掌握相關(guān)知識點及模型建立方法，集中答辯匯報所學(xué)知識內(nèi)容和實驗數(shù)據(jù)。通過綜合訓(xùn)練，學(xué)生可以構(gòu)建相關(guān)知識體系，并聯(lián)系工程實際，將其融會貫通，真正實現(xiàn)“理論聯(lián)系實際”。在此過程中，也培養(yǎng)了學(xué)生團隊合作、人際交往、自主探究、分析問題、解決問題及應(yīng)用實踐的能力。

2.5考核方式改革

對于流體力學(xué)課程考核方式，應(yīng)注重教學(xué)過程中的質(zhì)量控制，主要采取課堂考核、實驗考核和期末考核相結(jié)合的形式，加大平時成績所占比重，課堂考核主要包括工程案例分析大作業(yè)、課堂考試、出勤和課堂提問等形式；實驗考核以培養(yǎng)學(xué)生動手能力為主，重點考核學(xué)生的實踐操作能力和創(chuàng)新能力，如能設(shè)計出工程方面的創(chuàng)新型實驗裝置可以加分；期末考試就是學(xué)生的卷面成績。

3結(jié)語

篇10

關(guān)鍵詞：流體力學(xué) 教學(xué)方法 自主實驗 抽象到具體 工科院校

中圖分類號：O35 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0199-02

流體力學(xué)是力學(xué)的一個重要分支，是流體機械專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在航空、航天、航海、水利、機械等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用，因此學(xué)生學(xué)好這門課對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及日后從事相關(guān)研究工作非常重要。但流體力學(xué)不同于理論力學(xué)、材料力學(xué)等力學(xué)學(xué)科，流體力學(xué)研究對象比較抽象，通俗來講就是研究對象看不見、摸不著，理論性強、數(shù)學(xué)表達式復(fù)雜非線性強，講課好像有點空對空的感覺。一些關(guān)鍵概念比如雷諾輸運定理、隨流導(dǎo)數(shù)等學(xué)生理解起來比較困難，如果純粹從數(shù)學(xué)角度開展教學(xué)，學(xué)生聽起來比較枯燥、積極性不高、課堂互動性不強。為了提高教學(xué)效果，目前國內(nèi)很多流體力學(xué)教學(xué)工作者已經(jīng)探索了很多教學(xué)方式方法，比如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的“流體力學(xué)的多尺度創(chuàng)新性實驗課”[1]、南京航空航天大學(xué)的“流體力學(xué)設(shè)計性實驗競賽”[2]、北大通過結(jié)合重大事件與自主試驗調(diào)動學(xué)生積極性、培養(yǎng)創(chuàng)新精神[3-4]等。

本人目前承擔(dān)工程流體力學(xué)、實驗流體力學(xué)、計算流體軟件應(yīng)用分析以及流體教學(xué)實驗開發(fā)等與流體力學(xué)相關(guān)的教學(xué)工作并從事一定的科研工作，本人能從理論、實驗、計算等不同層面并結(jié)合自己的科研工作對流體力學(xué)教學(xué)方式方法進行一些嘗試，中心理念是站在學(xué)生的角度，從流動本質(zhì)講授，讓抽象的知識具體化、形象化。該文將結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)歷談幾點這方面的體會。

1 賦予公式物理含義，讓公式形象化、理論生活化

流體力學(xué)與學(xué)生在基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段學(xué)習(xí)的大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)中的力學(xué)在本質(zhì)上是相同的，依然要滿足牛頓第二定律，同時滿足質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律，但在研究方法與研究對象方面存在很大的差異。流體力學(xué)所采用的研究方法主要是歐拉方法，研究對象是流場。流場是個空間概念，而質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒這三大守恒定律僅適用于流體質(zhì)點或者流體質(zhì)點組成的體系。這就需要把流場與質(zhì)點或者體系兩種研究對象、歐拉方法與拉格朗日方法兩種研究方法聯(lián)系起來，換句話講就是如何用空間流場參數(shù)的分布與變化表示流體質(zhì)點或者體系運動參數(shù)的變化，隨流導(dǎo)數(shù)和雷諾輸運定理就是建立這種關(guān)系的橋梁。隨流導(dǎo)數(shù)在數(shù)學(xué)形式上是某種物理量對時間的全微分，從數(shù)學(xué)角度講解學(xué)生沒有任何異議，但這不代表學(xué)生理解了它的物理內(nèi)涵。隨流導(dǎo)數(shù)由當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)與遷移導(dǎo)數(shù)構(gòu)成，首先需要讓學(xué)生明確隨流導(dǎo)數(shù)對象是流體質(zhì)點，三大守恒定律適用于它；當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)與遷移導(dǎo)數(shù)針對流場，其中當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)表征流場參數(shù)隨時間變化，即流動是定常的還是非定常的，遷移導(dǎo)數(shù)表征流場參數(shù)空間分布均勻性，在此三大守恒定律不適用。下面的問題是讓學(xué)生如何理解兩者之間的關(guān)系。首先舉個簡單的例子，讓學(xué)生從感性上認可這種關(guān)系，即可以用空間流場的變化與分布表示流體質(zhì)點運動參數(shù)的變化。比如以教室里溫度分布為例，夏天或者冬天開空調(diào)，教室里面溫度分布不均。假定空調(diào)功率穩(wěn)定，此時可以認為溫度空間分布是穩(wěn)定的。一個人在教室里面走動，感受到溫度的變化，并且走動速度越受到的溫度變化越快，這時人感受到的溫度的變化是教室溫度場分布均勻度與人走動速度兩者的綜合效應(yīng)，這部分由溫度空間分布不均導(dǎo)致，對應(yīng)隨流導(dǎo)數(shù)中的遷移導(dǎo)數(shù)。假如空調(diào)功率不穩(wěn)，那教室里溫度也不穩(wěn)定，此時即便站在一個位置不動，也能夠感受到溫度的變化，這部分對應(yīng)隨流導(dǎo)數(shù)中的當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)。假如人走在一個空調(diào)功率不穩(wěn)定、溫度空間分布不均勻的教室里，這時人感受到的溫度變化就是以上兩種作用的綜合效應(yīng)，對應(yīng)隨流導(dǎo)數(shù)，也就是質(zhì)點溫度對時間的變化率。人比擬到流場里面就是一個質(zhì)點的角色，流體質(zhì)點溫度隨時間的變化率可以用流場溫度的空間分布與變化表征，即可以用流場的信息獲得流體質(zhì)點運動參數(shù)的變化。這樣學(xué)生理解起來比較容易、比較具體，并且對公式的物理內(nèi)涵理解也比較深刻。雷諾輸運定理其實是隨流導(dǎo)數(shù)的積分形式，這部分給學(xué)生講透了，雷諾輸運定理理解起來也就比較容易。隨流導(dǎo)數(shù)、雷諾輸運定理的理解非常重要，它是一種研究方法、思維方式的轉(zhuǎn)變，是開展流體動力學(xué)研究的基礎(chǔ)。

任何一個數(shù)學(xué)公式都有其物理含義，授課過程中要力爭從學(xué)生理解的角度，從公式背后的物理含義與物理過程角度講解，并輔以生活中的例子，讓公式形象化、理論生活化。

2 開設(shè)自主創(chuàng)新實驗，讓問題具體化，提高學(xué)生積極性、提升學(xué)生綜合能力

第一部分立足于學(xué)生對關(guān)鍵知識點的理解，這部分談?wù)勅绾巫寣W(xué)生帶著興趣去學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性應(yīng)用所學(xué)知識。

與理論相比，學(xué)生更喜歡自己動手去開展一些探索性試驗。同時結(jié)合數(shù)值仿真讓看不見摸不著的流場具體化、圖像化，這對提高學(xué)生學(xué)習(xí)、探索、思考問題的積極性非常有益。在教學(xué)過程中可以給學(xué)生布置一些探討性課題，讓學(xué)生組成團隊，獨立從理論分析、數(shù)值仿真及試驗驗證方面開展課題研究，采用答辯的方式把講臺交給學(xué)生，提高學(xué)生的應(yīng)變能力以及學(xué)生的參與度，針對一個課題讓大家共同探討。理不辯不明，通過辯論加深了學(xué)生對問題的認識，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生獨立分析問題的能力與團隊協(xié)作精神，而獨立分析問題能力與團隊協(xié)作精神是大學(xué)教學(xué)一個關(guān)鍵的落腳點。下面舉一個教學(xué)中的例子。

圓柱繞流以及圓柱在流場中所受阻力是一個經(jīng)典的流動現(xiàn)象，可以讓學(xué)生從試驗、數(shù)值仿真的角度去研究分析影響阻力的因素并給出影響規(guī)律。試驗設(shè)備方面實驗室提供拖拽力實驗設(shè)備，主要功能為測量圓柱在流場中所受阻力。該實驗設(shè)備提供了3種測量阻力的方法：（1）用天平直接測力；（2）測量出口速度分布，采用動量定理計算出阻力；（3）測量圓柱表面壓力分布計算所受阻力，同時可以調(diào)節(jié)來流速度。計算軟件方面提供給學(xué)生相關(guān)計算流體軟件并講授軟件基本功能與操作。讓學(xué)生自由組團，獨自開展研究方案設(shè)計、試驗與數(shù)值仿真、結(jié)果對比分析與報告撰寫，公開答辯、互動參與。這樣學(xué)生結(jié)合實驗與數(shù)值仿真結(jié)果進行對比分析，對流速、流態(tài)對圓柱阻力的影響理解就比較深刻，同時學(xué)生在這個過程中鍛煉了獨立分析解決問題的能力，培養(yǎng)了協(xié)作精神。

3 貼近生活，學(xué)習(xí)趣味化

人類生活在流體中，很多生活中的現(xiàn)象都可以用流體知識解釋，因此在教學(xué)中可以嘗試著讓理論走進生活，讓學(xué)習(xí)充滿趣味。

比如好多男學(xué)生喜歡踢足球，估計弧線球很多學(xué)生也會踢，但足球的軌跡為什么呈弧形，可能好多學(xué)生不知道，可以把這個問題提出來讓大家討論。上課時，提出這個問題后整個課堂氛圍一下就活躍起來了。這時候與學(xué)生一起分析足球近壁面流動并結(jié)合伯努力方程講解足球的受力，學(xué)生一下就明白了足球軌跡為什么可以呈弧形。再比如還可以播放一些生活中有趣流動現(xiàn)象的視頻與圖片，引導(dǎo)學(xué)生分析與討論。

4 考核多元化

流w力學(xué)要想充分調(diào)動學(xué)生的積極性，還需要對考核方式做調(diào)整，不再唯卷面分數(shù)論。本人在教學(xué)實踐中從以下幾個方面進行考核：（1）卷面成績；（2）創(chuàng)新性綜合實驗，綜合考慮試驗效果、結(jié)果分析、答辯情況等；（3）課堂互動，對于在課堂上積極互動提出疑問的同學(xué)給予平時成績加分，甚至可以將講臺交給學(xué)生，讓學(xué)生給大家講解；（4）課后作業(yè)與講解，鼓勵學(xué)生給大家講解，并給予加分鼓勵。

5 結(jié)語

流體力學(xué)是一門學(xué)生認為比較難的專業(yè)基礎(chǔ)課，作為授課老師應(yīng)該站在讓學(xué)生容易理解的立場，從流動的物理概念和物理過程出發(fā)，賦予抽象難解的理論、公式具體的物理含義，并結(jié)合常見的流動現(xiàn)象讓理論形象化、生活化；開展自主創(chuàng)新綜合試驗結(jié)合數(shù)值仿真，讓抽象的流動具體化、圖形化，提高學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性、培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神；把講臺交給學(xué)生，通過課題答辯、習(xí)題講解，增強學(xué)生互動；讓理論走進生活，引導(dǎo)學(xué)生用流體力學(xué)理論知識分析生活中的流動現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)的趣味性；通過多元化的考核，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。總之，以學(xué)生為本，從物理本質(zhì)上講解理論知識，讓理論走進生活貼近生活，從抽象到具體，多層次增強學(xué)生對知識的理解。

參考文獻

[1] 李小斌，李鳳臣，姜寶成，等.基于創(chuàng)新意識培養(yǎng)的流體力學(xué)實驗教學(xué)探索[J].實驗實踐教學(xué)，2014（15）：119-121.

[2] 金志光.工科高校培養(yǎng)創(chuàng)新思維的流體力學(xué)設(shè)計性實驗競賽[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（8）：145-146.