引論：我們?yōu)槟砹?3篇流體力學(xué)重要概念范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
一、引言
英國著名教育學(xué)家J.K.Gilbert教授在其組織編著的“Visualization：Theory and Practice in Science Education”一書別強(qiáng)調(diào)：可視化技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)教育教學(xué)中的應(yīng)用是一個(gè)亟待深入研究的問題[1]。Gilbert教授從認(rèn)知模型的角度考慮了可視化在宏觀、亞微觀和符號層面認(rèn)知中的作用，討論了照片、示意圖、圖表等可視化技術(shù)在科學(xué)知識描述中的功能。本文在總結(jié)“流體力學(xué)”、“空氣動力學(xué)”和“計(jì)算流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容以及“飛行器部件空氣動力學(xué)”教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合參考文獻(xiàn)[1]中的教學(xué)思想，系統(tǒng)探討計(jì)算流體力學(xué)（CFD）可視化技術(shù)在流體力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用。
CFD是采用計(jì)算機(jī)模擬流體流動及相關(guān)現(xiàn)象的一門科學(xué)，主要涉及物理、數(shù)值數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科。CFD的應(yīng)用歷史可追溯到上個(gè)世紀(jì)70年代，理論研究的歷史則更早一些。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CFD所能求解問題越來越復(fù)雜，最早是求解簡化方程控制的跨聲速流動，到了80年代初就可以求解二維或三維的Euler方程，隨后Navier-Stokes方程的求解也成為可能。經(jīng)過本世紀(jì)近十年來的快速發(fā)展，CFD技術(shù)基本成熟，相應(yīng)的軟件被廣泛的應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶、生物、材料、氣象、海洋以及石油工業(yè)等領(lǐng)域。
在應(yīng)用需求的牽引下，目前大部分CFD軟件都已經(jīng)具有非常友好的人機(jī)交互界面，不僅能夠以一定精度計(jì)算流體運(yùn)動控制方程、模擬復(fù)雜的流體流動，更能夠通過一定的可視化技術(shù)顯示所計(jì)算流場的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間演化特征。因此，流體力學(xué)本科與研究生教學(xué)中涉及的諸多基本概念、一般規(guī)律和關(guān)鍵問題等，都可以結(jié)合CFD軟件進(jìn)行直觀而科學(xué)的探討。
二、基本概念的解釋
在傳統(tǒng)的教科書中，流體力學(xué)中的基本概念，如流場、梯度、散度、旋度、流線、跡線、點(diǎn)源和偶極子等，常常采用一定的數(shù)學(xué)公式或抽象語言來描述，這對學(xué)生理解實(shí)際的流體流動問題是十分不利的。借助于CFD軟件，上述概念可以采用云圖、矢量圖和等值面等十分直觀的顯示出來，下面舉例來說明。
標(biāo)量場可采用云圖來顯示，所謂云圖就是采用不同的顏色對應(yīng)不同的標(biāo)量數(shù)值。圖1所示為利用云圖顯示噴管流場中馬赫數(shù)的分布情況，其中黑色到白色的漸變表示馬赫數(shù)從0.1變化到5.0。由噴管內(nèi)部流場中顏色的分布可以看出，噴管內(nèi)部馬赫數(shù)從左到右是一直增加的。這樣一種顯示方法不僅直觀的顯示了什么是流場，更從物理上說明了流場中馬赫數(shù)的變化規(guī)律。
由于矢量既有大小又有方向，矢量場不能像標(biāo)量場那樣僅僅以顏色的變化來區(qū)分。在CFD中矢量一般用具有一定長度的箭頭來表示，箭頭的方向?qū)?yīng)矢量的方向，箭頭的長度代表矢量的大小。圖2所示為噴管內(nèi)部速度矢量場，由圖可以看出流場中每個(gè)點(diǎn)處的速度相對大小和方向，很直觀的表示了噴管內(nèi)部氣體逐漸加速的過程。圖3所示為噴管內(nèi)部流線，每條曲線表示定常流動條件下流體質(zhì)點(diǎn)在噴管中的運(yùn)動軌跡，同樣直觀的表現(xiàn)了噴管的流場結(jié)構(gòu)。
在流體力學(xué)教學(xué)中經(jīng)常會從簡化的模型出發(fā)，討論理想狀態(tài)下的流動問題，如點(diǎn)源、偶極子等的流動。這種流場在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，通過電磁學(xué)或其他方式類比來顯示相應(yīng)的結(jié)構(gòu)往往也不夠直觀。借助于CFD軟件則可以很容易地通過求解簡化的控制方程，得到理想狀態(tài)下的流場，然后通過可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維、動態(tài)的流動演示。隨著CFD技術(shù)的越來越成熟，大部分流體力學(xué)教學(xué)中涉及的基本概念、假設(shè)等，均可以通過CFD可視化的方式展現(xiàn)給學(xué)生，改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。
三、流體力學(xué)基本物理現(xiàn)象的演示
CFD軟件是通過求解不同初、邊值條件下的流動控制方程來研究流體運(yùn)動特征，能夠客觀地反映流體運(yùn)動的物理規(guī)律。因此，在流體力學(xué)教學(xué)中，很多關(guān)鍵物理現(xiàn)象，如邊界層、激波、射流、混合層、卡門渦街等，也可以通過CFD技術(shù)進(jìn)行分析，并通過可視化的方式展現(xiàn)給學(xué)生。
在流體粘性的作用下，繞流物體表面一般都會存在緊貼物面非常薄的一層區(qū)域，這層區(qū)域被稱為邊界層。邊界層概念的提出是流體力學(xué)發(fā)展史上里程碑式的事件[3]，然而在流體力學(xué)教學(xué)中往往很難把邊界層的重要性講清楚。借助于CFD軟件，可以直觀地觀察水流、氣流中邊界層的形成過程及其差別，通過顯示邊界層速度剖面的形狀解釋邊界層如何影響流場結(jié)構(gòu)，如圖4所示。從圖中可以很明顯地看出壁面附近氣流速度的降低，體現(xiàn)了氣體的粘性效應(yīng)在近壁附近的作用。
激波是超聲速流動中廣泛存在的流場結(jié)構(gòu)[4]，采用CFD技術(shù)可以模擬各種類型的物體繞流，顯示對應(yīng)的正激波、斜激波和弓形激波等現(xiàn)象，從不同的角度加深學(xué)生對激波這一物理現(xiàn)象的理解。射流、混合層和卡門渦街同樣可以通過適當(dāng)?shù)腃FD技術(shù)模擬，甚至可以顯示其中非常精細(xì)的流場結(jié)構(gòu)。圖5所示為混合層渦結(jié)構(gòu)的CFD數(shù)值模擬結(jié)果，由圖可以看出混合層流動的失穩(wěn)過程，類似的數(shù)值模擬結(jié)果對流體力學(xué)專業(yè)高年級本科生和研究生教學(xué)是大有助益的。
四、流體力學(xué)應(yīng)用問題分析
在流體力學(xué)專業(yè)的研究生教學(xué)中，常常會涉及生物流體力學(xué)、飛機(jī)空氣動力學(xué)、環(huán)境流體力學(xué)、化工流體力學(xué)、汽車空氣動力學(xué)等一系列應(yīng)用流體力學(xué)課程。CFD軟件在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用為這些課程的教學(xué)提供了大量的素材。圖6、圖7和圖8所示為鰻魚[5]、高超聲速飛行器和F1賽車?yán)@流流場的CFD數(shù)值模擬結(jié)果，從中可以分析繞流物體的流動和受力特征，探索隱藏在背后的物理規(guī)律，加深學(xué)生對問題的理解。
五、小結(jié)
CFD軟件在流體力學(xué)課程教學(xué)中有著非常廣泛的應(yīng)用前景，本文以具體實(shí)例展示了CFD軟件在流體力學(xué)基本概念解釋、基本物理現(xiàn)象演示和應(yīng)用問題分析方面的關(guān)鍵作用。通過在教學(xué)中恰當(dāng)?shù)膽?yīng)CFD軟件，可以有效地增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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篇2
流體力學(xué)是一門研究流體運(yùn)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(yán)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(jī)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(shí)踐中都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(yùn)動規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，具有理論性強(qiáng)、工程實(shí)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(diǎn)。流體力學(xué)建立在理論、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)三大技術(shù)手段之上，是化工、土木、機(jī)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(jì)和實(shí)際工程中也有著廣泛的應(yīng)用，是水處理設(shè)備設(shè)計(jì)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(shí)，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(gè)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、課后教師評閱”的四段串行模式。實(shí)踐證明，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式在強(qiáng)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(yàn)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(yàn)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)多采用傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，每一學(xué)生進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)完全相同，教師由實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)評定實(shí)驗(yàn)成績。雖然實(shí)驗(yàn)有利于增進(jìn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在按既定的理論知識和實(shí)驗(yàn)方案實(shí)踐的過程中，學(xué)生所得到的主要是從理論知識到實(shí)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(shí)驗(yàn)的演示、引導(dǎo)與糾錯，甚至有時(shí)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(jī)會得到展示。
因此，采用一種有效的教學(xué)方法進(jìn)行流體力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(gè)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(qiáng)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(jìn)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(yùn)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(rèn)識各個(gè)方程的物理意義。而輸運(yùn)公式的推導(dǎo)由于邏輯性較強(qiáng)，講授時(shí)就需要花費(fèi)較多的學(xué)時(shí)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(yùn)公式有一個(gè)清晰準(zhǔn)確地理解。最后，將輸運(yùn)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(qiáng)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(yàn)，針對該課程特點(diǎn)，認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)方法改革。
（1）重視緒論課的作用
部分教師認(rèn)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(shí)緒論課對整個(gè)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(jì)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(xiàng)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(shí)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(shí)，要善于借助互聯(lián)網(wǎng)，及時(shí)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(shí)例中引出教學(xué)內(nèi)容
流體力學(xué)雖有概念多、邏輯性強(qiáng)、理論上較難理解的特點(diǎn)，但卻與生活和生產(chǎn)實(shí)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(shí)，比較水的粘性和油的粘性；在講流體靜力學(xué)知識時(shí)，可講一些水庫垮壩事件，主要是設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)行一些相關(guān)事例的延伸，如是否建設(shè)三峽工程時(shí)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(shí)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(qiáng)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(jìn)行總結(jié)，然后下次課隨機(jī)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(bǔ)充和建議。在課堂上，多為學(xué)生提供隨堂練習(xí)的機(jī)會，師生互相之間進(jìn)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(bǔ)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(bǔ)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(yán)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(shí)必須寫出已知、求解，并畫出相應(yīng)圖示，這些小細(xì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)是理論流體力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，是計(jì)算流體力學(xué)的檢驗(yàn)依據(jù)。因此，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)學(xué)生對公式的感性認(rèn)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(shí)候，單從公式上講解并不形象，通過能量方程實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生非常直觀的理解伯努利方程中每一項(xiàng)對應(yīng)的意義。對于沒有開的實(shí)驗(yàn)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(bǔ)
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(jìn)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(zhǔn)確、形象地描述。多媒體教學(xué)最大的優(yōu)點(diǎn)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(shí)采用傳統(tǒng)授課方式，而講授直觀形象的內(nèi)容時(shí)采用多媒體教學(xué)方法，做到取長補(bǔ)短、優(yōu)化組合，會獲得較好的教學(xué)效果[7]。
四、師資隊(duì)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(jìn)的教學(xué)手段，而且要努力研究實(shí)施素質(zhì)教育的教學(xué)方法。在實(shí)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(yàn)，虛心向有經(jīng)驗(yàn)的教師請教，同時(shí)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(gè)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(rèn)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(duì)伍建設(shè)三方面論述的教學(xué)方法，將教與學(xué)有機(jī)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(yùn)用于教學(xué)實(shí)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。
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篇3
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）10-0098-02
目前，鄭州輕工業(yè)學(xué)院（以下簡稱“我院”）的制冷與低溫工程專業(yè)已被評為國家級特色專業(yè)。為了加強(qiáng)制冷與低溫工程專業(yè)學(xué)生能力的培養(yǎng)，造就人才，有必要對制冷與低溫工程專業(yè)的教學(xué)進(jìn)行全面的改革。
“流體力學(xué)”是制冷與低溫工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要分為流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)，研究流體平衡、運(yùn)動規(guī)律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)。由于流動現(xiàn)象和流動規(guī)律及其影響因素十分復(fù)雜，故其具有理論性強(qiáng)、概念抽象和公式較多、實(shí)際工程應(yīng)用廣、對學(xué)生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點(diǎn)。[1]加上學(xué)生對流體流動機(jī)理普遍缺乏感性認(rèn)識，導(dǎo)致“流體力學(xué)”課程歷來被公認(rèn)為是教師難教、學(xué)生難學(xué)難懂的課程之一。[2]因此，迫切需要進(jìn)行“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革，使學(xué)生學(xué)好本門課程，提高課程教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能更深刻地理解和掌握專業(yè)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，全面提高專業(yè)素質(zhì)。
分析目前我院制冷與低溫工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在以下主要問題：首先，“流體力學(xué)”理論性強(qiáng)，概念多而抽象，難以理解，學(xué)生普遍缺乏對流體力學(xué)問題的感性認(rèn)識，學(xué)習(xí)興趣不高；其次，課程中公式繁多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，且大多涉及到“高等數(shù)學(xué)”的偏微分方程，另還涉及到“大學(xué)物理”、“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”等方面的知識，學(xué)生理解困難；另外，學(xué)生對所學(xué)的知識不能靈活應(yīng)用。因此怎樣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，選擇合適的教學(xué)模式組織教學(xué)，全面實(shí)現(xiàn)該課程教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量，是該課程教學(xué)亟待解決的問題。
一、改革教學(xué)方法
學(xué)好“流體力學(xué)”這門課對于制冷與低溫工程專業(yè)的學(xué)生來說至關(guān)重要。讓學(xué)生理解流體靜止和運(yùn)動的規(guī)律及其影響因素，不僅能為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程提供必要的理論基礎(chǔ)，也能為學(xué)生以后分析解決實(shí)際工程中的實(shí)際問題提供理論指導(dǎo)。怎樣才能讓學(xué)生學(xué)好這門課，筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以從以下幾方面著手。
1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，而“流體力學(xué)”又是大家公認(rèn)難學(xué)的課程，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高低決定著“流體力學(xué)”這門課教學(xué)的成敗。
要提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的積極性，首先要上好“緒論”課。“緒論”課是學(xué)生接觸和了解“流體力學(xué)”這門課的窗口，也是教師的教學(xué)水平和教學(xué)方式的第一次展示，“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學(xué)”課程教學(xué)的成功與否。通過“緒論”課讓學(xué)生對“流體力學(xué)”的發(fā)展及其廣泛的工程實(shí)際應(yīng)用有一個(gè)大致的了解，使他們充分意識到“流體力學(xué)”知識和我們的生活及國家的建設(shè)密切相關(guān)，深刻理解“流體力學(xué)”知識在今后的學(xué)習(xí)和解決實(shí)際工程問題中的重要作用。[3]
教師在講授一些理論知識之前，可先舉出很多貼近生活的有趣實(shí)例或者先提一些問題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極地思考。例如在講液體的粘性之前，可以先問學(xué)生：在水中游得快還是在油中游得快？為什么？又如在描述流體運(yùn)動有兩種方式――拉格朗日法和歐拉法時(shí)，可以將在座的學(xué)生和教室里的每個(gè)座位作為研究對象來進(jìn)行類比，從而讓學(xué)生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，讓學(xué)生親身感受到參與教學(xué)活動是一件樂事、趣事，由愿學(xué)到愛學(xué)再到樂學(xué)。實(shí)踐表明：列舉事例或提問的方式可以避免學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥感，活躍課堂氣氛，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，還可以使學(xué)生充分意識到本課程對今后學(xué)習(xí)和工作的重要意義，并且能加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和記憶，使學(xué)生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外，還應(yīng)充分利用多媒體，通過圖片、動畫讓學(xué)生直觀了解各種流動現(xiàn)象，而不是停留在抽象層面，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動現(xiàn)象和分析流動機(jī)理，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)工具。學(xué)生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要讀懂?dāng)?shù)學(xué)，然而讀懂了數(shù)學(xué)不一定意味著明白了數(shù)學(xué)符號背后所代表的物理意義。“流體力學(xué)”教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動問題的物理本質(zhì)有一個(gè)過程。教師的一個(gè)重要任務(wù)就是做好各方面的工作，幫助學(xué)生完成從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動的物理本質(zhì)這一過程的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步建立起科學(xué)的思維方式。
“流體力學(xué)”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運(yùn)動方程、連續(xù)方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時(shí)都有大量的公式，這些公式涉及一些高數(shù)、物理、力學(xué)方面的知識，特別是大量的偏微分方程，加上“流體力學(xué)”的公式推導(dǎo)采用歐拉法，與物理及其他力學(xué)不同，學(xué)生的觀念不易改變，而且推導(dǎo)過程復(fù)雜，學(xué)生理解掌握很困難。如果過分強(qiáng)調(diào)“流體力學(xué)”知識的嚴(yán)密性和完整性，對每個(gè)公式的每個(gè)推導(dǎo)細(xì)節(jié)都逐一介紹，推導(dǎo)過程將會枯燥無味，學(xué)生只會被弄得糊里糊涂，興趣全無。而如果直接給出公式，讓學(xué)生死記硬背，只能讓學(xué)生不知其所以然，當(dāng)然也就不能真正用所學(xué)知識來解決實(shí)際問題了。
根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為：“流體力學(xué)”中公式的講解應(yīng)將重點(diǎn)放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應(yīng)用限制上。首先對基本概念力爭講透，概念清楚了，公式的講解推演才有意義。然后重點(diǎn)使學(xué)生明確公式的物理意義及公式中各項(xiàng)參數(shù)的物理意義和幾何意義，只有真正理解了公式的物理意義，才能靈活使用公式解決實(shí)際工程問題。最后應(yīng)強(qiáng)調(diào)公式的應(yīng)用范圍及應(yīng)用注意事項(xiàng)。由于流動的多樣性，“流體力學(xué)”中的很多方程都是在一定的條件下得到的，如伯努利方程就有多種形式（理想流體、實(shí)際流體、流體是否可壓等），在具體運(yùn)用時(shí)，要根據(jù)具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業(yè)
學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨(dú)立自主地解決實(shí)際工程問題。如果基本原理掌握了，接下來就是如何用這個(gè)原理去解決實(shí)際問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對所學(xué)知識理解、掌握程度的一種手段，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應(yīng)由學(xué)生獨(dú)立地完成一定量的課后練習(xí)題，這是“流體力學(xué)”學(xué)習(xí)過程的重要組成部分，解題過程實(shí)質(zhì)就是利用“流體力學(xué)”的基本原理和基本方程分析和解決實(shí)際問題的一個(gè)訓(xùn)練過程，課后習(xí)題可以幫助學(xué)生加深對基本概念和基本理論知識的理解。
然后再由教師通過習(xí)題課的方式，利用具有代表性的習(xí)題和一些學(xué)生普遍認(rèn)為困難、出錯多的習(xí)題，講述流體力學(xué)原理在工程實(shí)例中的應(yīng)用。在講解習(xí)題時(shí)，重在提供條理清晰的解題思路、詳細(xì)具體的解題步驟，使學(xué)生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧，以便在以后的學(xué)習(xí)工作中舉一反三、觸類旁通、學(xué)以致用。這一過程增強(qiáng)了學(xué)生對流動過程物理本質(zhì)的理解，將物理問題與數(shù)學(xué)工具有機(jī)地結(jié)合起來，有助于學(xué)生對與專業(yè)相關(guān)聯(lián)的實(shí)際工程問題進(jìn)行認(rèn)真思考，有效的增強(qiáng)了學(xué)生分析并解決實(shí)際問題的能力。
二、改革教學(xué)手段
多媒體教學(xué)以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學(xué)特點(diǎn)，豐富的教學(xué)內(nèi)容，被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的歡迎。[4]
多媒體教學(xué)在“流體力學(xué)”教學(xué)過程中發(fā)揮著重要的作用。利用多媒體，可將“流體力學(xué)”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點(diǎn)，如拉格朗日和歐拉法的描述，流線與跡線、層流、湍流等，通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現(xiàn)給學(xué)生，使其從感性認(rèn)識開始建立清晰的物理概念，較容易地掌握相關(guān)內(nèi)容，并使學(xué)生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時(shí)間寫板書表述的和不易通過板書表述的內(nèi)容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習(xí)題等。采用多媒體教學(xué)，授課的信息量增多了，教學(xué)內(nèi)容更豐富了，學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)接收的知識更多了，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高了，學(xué)生的思路拓寬了，教學(xué)質(zhì)量也提高了。
多媒體教學(xué)的發(fā)展并不意味著要摒棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)。有很多學(xué)生認(rèn)為板書能讓他們有更多的時(shí)間去思考消化一些抽象的東西，更有利于對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。根據(jù)“流體力學(xué)”既有抽象復(fù)雜的流動機(jī)理又有大量的基本概念、基本方程的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中應(yīng)將多媒體教學(xué)與板書教學(xué)相結(jié)合，揚(yáng)長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，為教學(xué)工作更好地服務(wù)。如對某些特定的流動現(xiàn)象，可以通過多媒體教學(xué)，加深學(xué)生對流動現(xiàn)象和機(jī)理的理解。而對于較重要的公式及一些重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容還是采用板書教學(xué)，例如流體力學(xué)基本方程的推導(dǎo)過程依然使用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書，有利于學(xué)生集中注意力，讓學(xué)生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學(xué)生足夠的思考時(shí)間，又可加深學(xué)生對重要知識的理解，從而獲得良好的教學(xué)效果。
三、 結(jié)束語
總之，高等教育教學(xué)改革，特別是專業(yè)課程的教學(xué)改革，是一個(gè)長期而艱巨的實(shí)踐過程。“流體力學(xué)”是制冷與低溫工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中要根據(jù)學(xué)校的具體情況改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，借助現(xiàn)代教育技術(shù)與手段，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合生活、生產(chǎn)、科研中的實(shí)際問題，進(jìn)行深入淺出、生動活潑的講解，揭示問題的本質(zhì)，向?qū)W生傳授治學(xué)方法，擴(kuò)大學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，以取得更好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
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篇4
基金項(xiàng)目：本文系山東科技大學(xué)省級機(jī)械電子工程品牌專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）01-0064-02
“流體力學(xué)”課程是我國高等院校工科各專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是聯(lián)系前期“高等數(shù)學(xué)”、“理論力學(xué)”等基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁和紐帶，在學(xué)生能力培養(yǎng)和知識體系構(gòu)建過程中起著“承上啟下”的作用。[1]當(dāng)前的“流體力學(xué)”主要以經(jīng)典理論或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容為主，教材中包含大量的計(jì)算公式及理論推導(dǎo)，這就要求學(xué)生具備一定的高等數(shù)學(xué)知識及較高的綜合分析和處理問題能力。但由于大多工科學(xué)生數(shù)學(xué)知識相對薄弱，再加上學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力較差，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生厭學(xué)成為較普遍的現(xiàn)象。如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生正確理解和掌握流體力學(xué)知識，使“流體力學(xué)”課程的教學(xué)水平邁上一個(gè)新臺階，是教育工作者的責(zé)任和使命。許多文獻(xiàn)[2][3]為了提高流體力學(xué)的教學(xué)效果，在課堂教學(xué)模式、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了探討和研究。通過多年來在“流體力學(xué)”教學(xué)中的若干思考和實(shí)踐，筆者提出了構(gòu)建多元化教學(xué)模式的教學(xué)理念，即將啟發(fā)式教學(xué)、對比分析法教學(xué)貫穿課堂教學(xué)中，以加深學(xué)生對理論知識的感性認(rèn)識。同時(shí)，為了適應(yīng)個(gè)性化發(fā)展和高素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，在引導(dǎo)他們熟練掌握基本分析方法的同時(shí)，還要教會學(xué)生多視角、多層次的分析問題和解決問題。另外，為了提高教學(xué)效果，課堂教學(xué)中還運(yùn)用多媒體技術(shù)作為輔助教學(xué)手段，工程圖片、計(jì)算機(jī)動畫和視頻素材等各種教育信息使得教學(xué)更加生動、直觀和多樣化，開闊了學(xué)生的視野，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。
一、啟發(fā)式教學(xué)模式
啟發(fā)式教學(xué)就是讓學(xué)生充分運(yùn)用他們擁有的知識和能力去正確比較、分析、綜合、判斷、概括、歸納和解決問題，探索結(jié)論。一方面可以使學(xué)生開動腦筋，積極思維，另一方面也能夠開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生的能力。筆者在教學(xué)過程中將啟發(fā)式教學(xué)貫穿始終。例如，流體微團(tuán)運(yùn)動分析是流體力學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)問題，很多學(xué)生對微團(tuán)運(yùn)動過程中發(fā)生的角變形很困惑。為了讓學(xué)生更好地理解角變形的原因，筆者將矩形流體微團(tuán)四個(gè)角點(diǎn)的速度全部寫出，如圖1所示。然后分別用紅筆標(biāo)出C、D點(diǎn)和A、B兩點(diǎn)X方向速度的第三項(xiàng)，讓學(xué)生觀察兩者的差別，學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)D點(diǎn)比C點(diǎn)、A點(diǎn)比B點(diǎn)在X方向的速度大，這勢必產(chǎn)生一個(gè)與垂直方向的夾角。接著，筆者又用藍(lán)色筆標(biāo)出，C、B點(diǎn)和D、A兩點(diǎn)Y方向速度的第二項(xiàng)，讓學(xué)生觀察兩者的差別，學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)B點(diǎn)比C點(diǎn)、A點(diǎn)比D點(diǎn)在Y方向的速度大，這勢必產(chǎn)生一個(gè)與水平方向的夾角。這樣，學(xué)生很自然就畫出了流體微團(tuán)的角變形圖，如圖2所示。最后，筆者又把問題引申到三維，讓學(xué)生寫出其他兩個(gè)方向上的角變形公式。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，在理解和接受理論知識的基礎(chǔ)上，學(xué)會了發(fā)現(xiàn)、解決和總結(jié)。除了在分析問題時(shí)采用啟發(fā)式教學(xué)外，也可以啟發(fā)學(xué)生對所學(xué)的概念、理論、公式進(jìn)行對比，在加深理解的同時(shí)找出它們的內(nèi)在聯(lián)系和區(qū)別。譬如，在推導(dǎo)伯努利積分方程時(shí)先讓學(xué)生回憶流體靜力學(xué)基本方程。這樣學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)兩者之間僅相差動能項(xiàng)。從而明白在流體靜力學(xué)中滿足勢能守恒，而在動力學(xué)中轉(zhuǎn)換為機(jī)械能守恒。通過對比分析，學(xué)生不但很容易地理解了伯努利方程的物理意義，也對靜力學(xué)基本方程加深了印象。
二、對比分析法教學(xué)
由于“流體力學(xué)”課程涉及的知識比較廣，如材料力學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、工程熱力學(xué)、高等數(shù)學(xué)等多學(xué)科的知識，再加上“流體力學(xué)”比較抽象，理解起來相當(dāng)困難。在教學(xué)中“流體力學(xué)”這門課教師難教，學(xué)生難學(xué)。為了便于學(xué)生掌握流體力學(xué)的概念和基本原理，在講授流體力學(xué)知識時(shí)，筆者經(jīng)常采用對比分析教學(xué)法，讓學(xué)生通過思考與對比增強(qiáng)所學(xué)知識的連貫性，提高學(xué)習(xí)效果。由于流體力學(xué)是力學(xué)的分支，因此力學(xué)的定律也適用流體力學(xué)，但流體的特性決定了流體力學(xué)在與固體力學(xué)有千絲萬縷聯(lián)系的同時(shí)，又有它獨(dú)有的一些特性。所以，筆者在授課時(shí)會讓學(xué)生先回憶相關(guān)的固體力學(xué)知識，再將固體力學(xué)定律引申到流體力學(xué)當(dāng)中，讓學(xué)生輕松地理解和掌握流體力學(xué)中的概念和原理。例如在講授流體靜平衡微分方程這一章節(jié)時(shí)，筆者就會問學(xué)生：在理論力學(xué)中，如果物體處于平衡狀態(tài)應(yīng)滿足什么樣的條件？學(xué)生很自然地想到要所有的合外力為零。然后筆者又會引導(dǎo)學(xué)生流體力學(xué)的研究對象為流體質(zhì)點(diǎn)，而流體質(zhì)點(diǎn)在空間上是很小的，需要對微元體建立平衡方程。換句話說就是微元體要保持平衡，其所受的合外力也需要為零，由此就可得到流體靜平衡微分方程。這樣靜平衡微分方程的物理意義就很直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前。除了將流體力學(xué)和固體力學(xué)進(jìn)行對比分析外，筆者還會將流體力學(xué)中的一些概念通過列表的方式進(jìn)行對比，讓學(xué)生了解這些概念的異同點(diǎn)。比如，筆者在講到流體運(yùn)動學(xué)這一章節(jié)時(shí)講解兩種描述流體運(yùn)動的方法，就給出了表1。學(xué)生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和歐拉法各自的特點(diǎn)。通過對比分析法不但有助于學(xué)生理解和掌握流體力學(xué)知識，還能讓學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通，提高分析問題、解決問題的能力。
三、多層次多視角分析問題
現(xiàn)代教育觀念認(rèn)為，高等教育應(yīng)當(dāng)融知識的傳授和能力的培養(yǎng)于一體。[4]為了適應(yīng)個(gè)性化發(fā)展和高素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，在引導(dǎo)他們熟練掌握基本分析方法的同時(shí)，還要教會學(xué)生多視角、多層次的分析問題和解決問題。為此，筆者除了講授基本方程、基本定理的推導(dǎo)，還會將問題進(jìn)一步深化、演繹，將枯燥乏味的理論知識點(diǎn)進(jìn)行歸納整合，建立學(xué)生的哲學(xué)思維觀。例如，在學(xué)習(xí)靜止流體對平面的總壓力這一節(jié)時(shí)要求學(xué)生能夠計(jì)算總壓力大小、方向和作用位置。講授首先從求解矩形水平面的總壓力入手，再延伸到求解矩形垂直面總壓力，再到求解矩形斜平面總壓力，最后求解任意平面的總壓力，如圖3所示。這種層層剝繭的講授讓學(xué)生不知不覺中掌握了求解總壓力的方法和技巧。逐層分析的方法教會了學(xué)生如何將一個(gè)復(fù)雜問題分解，然后再借助已有的知識進(jìn)行求解，達(dá)到觸類旁通的效果。同時(shí)，為了讓學(xué)生更加深入、全面地了解平面所受的靜壓力，講授時(shí)又分別采用了解析法和壓力圖法進(jìn)行求解。通過這一章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生明白了解決許多工程問題可以從多個(gè)側(cè)面、多個(gè)視角分析，盡管采用的方法和理論不盡相同，但都可以獲得正確的結(jié)果，殊途同歸，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識。
除了在教學(xué)過程中改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，構(gòu)建多元化的課堂教學(xué)模式以外，為了提高教學(xué)效果，運(yùn)用多媒體技術(shù)為基礎(chǔ)的立體化輔助教學(xué)手段也非常重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工程實(shí)際圖片、動畫和視頻素材使各種教育信息的表達(dá)更加生動、直觀和多樣化，能很好地刺激學(xué)生的感官，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，開闊學(xué)生的視野，可以收到純板書教學(xué)所無法達(dá)到的效果。因此，“流體力學(xué)”教學(xué)過程中對于難以理解的概念，如勢流與旋流、流線與跡線的概念、流場的演示、流態(tài)的判別和波的傳播、邊界層的形成等內(nèi)容均利用計(jì)算機(jī)動畫給學(xué)生進(jìn)行演示，起到了畫龍點(diǎn)睛的作用。
四、結(jié)束語
多元化課堂教學(xué)模式是一個(gè)先進(jìn)的教學(xué)理念。本文提出的啟發(fā)式教學(xué)、對比分析和多視角教學(xué)模式將原本抽象的概念、復(fù)雜的理論推導(dǎo)直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生在分析比較與思考中學(xué)會將固體力學(xué)遵循的原理定律融會貫通到流體力學(xué)中，尋求概念之間、知識點(diǎn)之間和章節(jié)之間內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性，舉一反三，把原本雜亂的概念形成清晰的知識體系。這種多元化的教學(xué)模式在很大程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生分析、解決工程實(shí)際問題的能力，改善了教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
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篇5
《工程流體力學(xué)》是機(jī)械類各專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程主要講述流體力學(xué)的基本原理及其在工程中的應(yīng)用。它是為學(xué)生后面專業(yè)課的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對學(xué)生的要求較高，但由于該課程對學(xué)生的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)以及綜合分析和處理問題的能力的要求較高，因此學(xué)生普遍反映是一門難學(xué)的課程。為了讓學(xué)生較好地學(xué)習(xí)這門課程，任課應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)。
二、方法
1.上好緒論課
緒論課不僅僅是指《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)的開始，同時(shí)也應(yīng)該是每一章的前言介紹。
在緒論課的教學(xué)上，教師應(yīng)該把握以下三點(diǎn)：(1)樹立學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的信心。由于上新課的學(xué)生可能從各種渠道了解的流體力學(xué)是一門難學(xué)的課程，從而對該課程產(chǎn)生畏懼感，學(xué)生就會帶著一種逃避心理去學(xué)習(xí)，僅僅接受課堂上的知識，而自己不去鉆研思考，這樣是學(xué)不好該課程的。教師要讓學(xué)生感覺到，這門課程并不難學(xué)，其實(shí)我們在中學(xué)的時(shí)候已經(jīng)接觸到了其中的很多內(nèi)容，只是現(xiàn)在表述發(fā)生了變化或者增添了新的內(nèi)容，使該學(xué)科體系更加完善、合理；(2)教師需要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。興趣是學(xué)習(xí)的最大動力，教師應(yīng)該讓學(xué)生直觀形象地了解工程流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用性以及內(nèi)容的趣味性，將一些學(xué)生感興趣的與日常生活或生產(chǎn)實(shí)際有關(guān)的例子介紹給學(xué)生；(3)突出課程的重要意義和實(shí)踐價(jià)值。教師應(yīng)在緒論課中做到精心組織策劃，讓學(xué)生了解該學(xué)科體系的研究對象和研究方法，讓學(xué)生知道為什么要學(xué)習(xí)該課程，在今后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該用什么樣的方法去學(xué)習(xí)。
在大多數(shù)的教材中，在每一章之前，都會有一段比較簡短的文字介紹，告訴學(xué)生本章的知識點(diǎn)以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法，這是比較重要的一個(gè)部分，能夠使學(xué)生站在一定的高度把握整章的內(nèi)容，知道各知識體系之間的相互結(jié)構(gòu)，但是學(xué)生在閱讀的時(shí)候往往會忽略的，以至于學(xué)完課程之后，只能對簡單的問題進(jìn)行分析處理，遇到復(fù)雜的問題就不知道從哪個(gè)地方著手，因此需要教師在講課時(shí)加以強(qiáng)調(diào)。
2.及時(shí)對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)
工程流體力學(xué)是以流體作為研究對象的，所涉及的概念比較多，容易讓學(xué)生產(chǎn)生混淆。如果及時(shí)的對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，就會加深學(xué)生對概念的理解和記憶。例如，流體力學(xué)中有幾個(gè)比較重要概念，理想流體、定常流動、不可壓縮、平面流動、無旋運(yùn)動等等，在任何一本教材中，這些概念都不是同時(shí)出現(xiàn)的，學(xué)生可能會對某些概念產(chǎn)生遺忘，或者是知道概念，但不知道具體該如何去應(yīng)用，因此在相關(guān)概念介紹完之后，可以建立如下的表1，使個(gè)概念的物理含義，數(shù)學(xué)表達(dá)式一目了然。由于目前流體力學(xué)教材大多按照由淺入深的原則編寫，即先講靜力學(xué)后講動力學(xué)；先講一元流動后講平面流動；先講理想流體后講粘性流體。各章的內(nèi)容分得比較細(xì)，每一章都有許多公式和理論，各公式的得出也分別采取了不同的方法，給人以流體力學(xué)的理論模型和公式非常之多難于掌握的感覺。實(shí)際上，這些理論和公式大多是交叉重復(fù)的，因此對于教材中出現(xiàn)的流體靜止的微分方程、理想流體的運(yùn)動方程以及N-S方程也可以放在一起加以總結(jié)。
另外，在有些時(shí)候，學(xué)生學(xué)完了一章的內(nèi)容，卻不清楚這一章到底在研究一個(gè)什么問題，這就更需要教師在上課時(shí)進(jìn)行總結(jié)。以文獻(xiàn)[1]的第四章為例，在前面的及格小節(jié)中介紹了流體運(yùn)動狀態(tài)、紊流的分布狀況等等，學(xué)生學(xué)完之后往往會產(chǎn)生疑惑：為什么要研究這些東西?其中哪些是重點(diǎn)?作為教師應(yīng)該及時(shí)告訴學(xué)生，這一章研究的是如何計(jì)算粘性流體的流動損失，其中關(guān)鍵的是沿程阻力系數(shù)的計(jì)算，而沿程阻力系數(shù)與流體流動的狀態(tài)有關(guān)，層流可以有定解，而紊流中影響沿程阻力系數(shù)的因素過多，大多數(shù)用半理論半試驗(yàn)的方法求解，前面的內(nèi)容是為后面做鋪墊的，主要講述了研究流體的一種思路，這樣學(xué)生才能夠站在一定的高度去學(xué)習(xí)和思考。
表1 物理概念和表達(dá)式的對應(yīng)關(guān)系表
3.將流體力學(xué)知識與中學(xué)知識和生活聯(lián)系起來
學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候，往往會把自己新學(xué)到的知識和原有知識進(jìn)行聯(lián)系，同時(shí)做出比較。教師應(yīng)該掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如在講解伯努力方程時(shí)，為了加深學(xué)生對公式的記憶和理解，可以將方程兩邊同乘以mg，所得到的結(jié)果類似于中學(xué)所學(xué)到的機(jī)械能守衡，首先使學(xué)生了解到伯努力方程的實(shí)質(zhì)是能量守衡；但是與機(jī)械能守衡相比多出來pm/ρ=pV一項(xiàng)，可以解釋成因?yàn)榱黧w的流動性，整個(gè)流體不是一個(gè)整體，流體之間還存在壓力能的作用，讓學(xué)生進(jìn)一步理解的流體的流動性所產(chǎn)生的影響；最后可以使學(xué)生清楚地理解每一項(xiàng)的含義：位置水頭、速度水頭以及壓力水頭。同樣的，在學(xué)習(xí)靜止液體的壓強(qiáng)分布是可以和中學(xué)的壓強(qiáng)計(jì)算公式聯(lián)系起來，學(xué)習(xí)動量方程的時(shí)候可以和中學(xué)的沖量定律聯(lián)系起來等等。
流體力學(xué)的理論性較強(qiáng)，公式較多，學(xué)生的理解比較困難，也缺乏相應(yīng)的學(xué)習(xí)興趣，需要教師在講課過程中不斷和生活相聯(lián)系。需要教師在課程的講解過程中，多穿插一些實(shí)際生活中的現(xiàn)象，與課本中的理論結(jié)合起來講，可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講流體的粘性時(shí)，可以讓學(xué)生比較水的粘性和糖漿的粘性；在講解流體流動的兩種狀態(tài)的時(shí)候，可以讓學(xué)生回想輕輕打開水龍頭時(shí)的現(xiàn)象：開始水流是一非常細(xì)的層流細(xì)流，隨著水流下降，在重力加速度作用下，速度逐漸加快，水滴開始飄動，水流由層流轉(zhuǎn)化為紊流；在在講解因邊界層分離而產(chǎn)生的壓差阻力，可以談?wù)劕F(xiàn)實(shí)中的克服壓差阻力的方法，一是將物體表面做成流線型(如汽車)，二是增大物體表面的粗糙度，增大紊流度(如壘球)，從而推遲邊界層的分離。
4.注重對學(xué)生學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)
“授人以魚，不如授人以漁”。《工程流體力學(xué)》不同于其它力學(xué)，所用的研究方法――歐拉法――是學(xué)生首次遇到的，讓學(xué)生掌握方法顯得尤為重要。另外，由于課堂教學(xué)時(shí)間的限制，教師不可能把每一個(gè)問題都講透徹，就需要學(xué)生自己課后去領(lǐng)悟。例如，在講解水擊的形成、音速以及激波的時(shí)候，為了滿足定常的條件，都用到了相同的坐標(biāo)建立方法和分析方法，教師在課程上只需要講清楚一個(gè)問題，剩下的只需要強(qiáng)調(diào)幾個(gè)物理現(xiàn)象之間的區(qū)別以及由此產(chǎn)生不同的結(jié)論就可以了，這樣既提高了了學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)方法的能力，又節(jié)約了課堂教學(xué)時(shí)間。同樣的還有流體運(yùn)動方程的推導(dǎo)、相似準(zhǔn)則數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)等等。
三、結(jié)束語
綜上所述，上好緒論課、及時(shí)對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、將流體力學(xué)知識與中學(xué)知識和生活聯(lián)系起來以及讓學(xué)生注重對學(xué)習(xí)方法的學(xué)習(xí)是教師在講授《工程流體力學(xué)》課程中需要注意的幾個(gè)方面，這四個(gè)方面在實(shí)際講課中并沒有明顯的界線，是相互聯(lián)系的：上好緒論課是課程前的準(zhǔn)備，及時(shí)對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)是課程后的復(fù)習(xí)，而將流體力學(xué)知識與中學(xué)知識和生活聯(lián)系起來以及讓學(xué)生注重對學(xué)習(xí)方法的學(xué)習(xí)是方法和手段。如何提高《工程流體力學(xué)》課程的教學(xué)水平是一個(gè)十分廣泛而復(fù)雜的課題，以上只是筆者在教學(xué)改革中的一些體會和認(rèn)識，其中許多問題尚需進(jìn)一步探索和研究。
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篇6
基金項(xiàng)目：本文系上海電力學(xué)院研究生學(xué)位課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：YKJ-2012004）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0086-02
2007年，上海電力學(xué)院（以下簡稱“我校”）熱能工程二級學(xué)科首次招生，“高等流體力學(xué)”首次開課，授課人數(shù)20余人，隨后幾年間授課人數(shù)逐年增長。2012年我校動力工程與工程熱物理一級學(xué)科又增設(shè)了工程熱物理、動力機(jī)械及工程兩個(gè)二級學(xué)科，“高等流體力學(xué)”授課范圍擴(kuò)大的同時(shí)，授課人數(shù)也增加到60余人。但是鑒于我校研究生數(shù)量較少、研究生培養(yǎng)歷史較短以及師資力量相對薄弱等方面的原因，課程教學(xué)的教材只能選用已有的教材。在組織教學(xué)內(nèi)容的過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)教材普遍存在一些問題，如過于強(qiáng)調(diào)基本理論、對數(shù)學(xué)知識的要求偏高、工程應(yīng)用方面涉獵很少，或者有些工程學(xué)科專業(yè)的相關(guān)研究生教材又往往缺乏理論深度，工程應(yīng)用背景針對性強(qiáng)，有的強(qiáng)調(diào)高速氣動、有的強(qiáng)調(diào)水動葉柵流動、有的強(qiáng)調(diào)渦動力學(xué)等等。鑒于此，作為行業(yè)類非重點(diǎn)高校，在“高等流體力學(xué)”課程的教學(xué)中有必要結(jié)合我校電力特色進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的研究和探討。
一、課程教材的調(diào)研
為了能更好地做好此次教學(xué)研究工作，課程組首先對高校相關(guān)研究生專業(yè)的“高等流體力學(xué)”教材進(jìn)行了調(diào)研，分別對清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、東北電力大學(xué)等國內(nèi)若干所大學(xué)相關(guān)課程的教材及內(nèi)容做了簡單分析。
從調(diào)研情況看，所有高校都對流體力學(xué)的基本理論很重視，主要教學(xué)內(nèi)容均包括了流動的基本概念和基本方程、流體運(yùn)動學(xué)、勢流理論、渦旋流動、理想流體流動、粘性流體流動等，目的是使研究生通過學(xué)習(xí)流體的運(yùn)動規(guī)律，掌握研究流動的方法進(jìn)而分析解決實(shí)際的工程流動問題。同時(shí)，各高校的教材和主要教學(xué)參考書還注重與自身學(xué)科研究方向的結(jié)合，課程的某些重點(diǎn)內(nèi)容與培養(yǎng)方向相接軌，突出了自身的特色。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，“高等流體力學(xué)”作為研究生學(xué)位課，其教學(xué)內(nèi)容在注重理論基礎(chǔ)的同時(shí)，還必須要與自身的相關(guān)學(xué)科研究方向相結(jié)合，在注重通用理論的基礎(chǔ)上，形成自己的特色。
二、我校授課對象的情況分析
做好此次的教學(xué)研究工作，還必須對我校的授課對象有一個(gè)清楚的認(rèn)識。目前，“高等流體力學(xué)”已列為本校工程熱物理、熱能工程、動力機(jī)械及工程三個(gè)二級學(xué)科的研究生學(xué)位課程。盡管上述三個(gè)二級學(xué)科涉及能源、動力、機(jī)械等寬廣的工程領(lǐng)域，但結(jié)合我校的電力特色，這三個(gè)二級學(xué)科主要是為電力行業(yè)培養(yǎng)高級的專業(yè)人才，而在電力行業(yè)中流動現(xiàn)象多存在于流體機(jī)械、動力機(jī)械、換熱設(shè)備、容器、管道等部件，因此，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)在透徹講解流體力學(xué)微分方程組的基礎(chǔ)上，注重聯(lián)系工程實(shí)際，偏重于講解流體在上述部件中的流動以及與這些部件間的相互作用。
研究生生源的實(shí)際情況也是教學(xué)過程中需要考慮的因素。到目前為止，我校共招收6屆研究生，通過向歷屆學(xué)生了解發(fā)現(xiàn)有以下情況存在：部分同學(xué)跨專業(yè)（如：數(shù)學(xué)專業(yè)、電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)、計(jì)算機(jī)與信息專業(yè)等）考入學(xué)校，本科階段沒有學(xué)習(xí)過“工程流體力學(xué)”課程；即使是研究生與本科專業(yè)背景相同的同學(xué)，他們也普遍認(rèn)為”工程流體力學(xué)”較難，碩士入學(xué)考試時(shí)，大都不選考“工程流體力學(xué)”，這也使得他們可能在大三、甚至大二學(xué)完以后，再也沒有系統(tǒng)地梳理過流體力學(xué)知識。由于各高校專業(yè)方向的側(cè)重點(diǎn)不同，大部分同學(xué)對電力行業(yè)內(nèi)的流體知識也不是特別了解；考入學(xué)校的學(xué)生多數(shù)為調(diào)劑生，入學(xué)成績整體不高。這些情況都表明，我校碩士研究生入學(xué)時(shí)的流體力學(xué)知識基礎(chǔ)相對比較薄弱，需要在授課過程中講授深層次新知識的同時(shí)，及時(shí)地對基礎(chǔ)知識進(jìn)行回顧和提醒。
三、教學(xué)內(nèi)容的組織
基于以上的調(diào)研和分析，課程組首先對教材進(jìn)行了選取，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了組織。
1.教學(xué)目標(biāo)的明確
“高等流體力學(xué)”是為工程熱物理、熱能工程以及動力機(jī)械與工程專業(yè)研究生設(shè)置的專業(yè)學(xué)位課程。根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合長期本科教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，確定了課程的教學(xué)目標(biāo)：通過對流體力學(xué)的基本概念、基本方程、理想不可壓縮流體的流動、粘性不可壓縮流體的流動、層流邊界層與紊流流動、理想可壓縮流體等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，深化學(xué)生對流體力學(xué)基本內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的理論水平，為相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、課題的研究及論文的撰寫打好理論基礎(chǔ)。
2.教材的選用
“高等流體力學(xué)”是動力工程及工程熱物理學(xué)科的一門傳統(tǒng)課程，有很多課程教材可供選用。通過調(diào)研比較，西安交通大學(xué)有關(guān)電力生產(chǎn)的學(xué)科研究方向與我校的研究方向比較吻合，其在“動力工程及工程熱物理”一級學(xué)科中的學(xué)位課 “高等流體力學(xué)”選擇了西安交通大學(xué)出版社出版、張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》一書作為教材，課程組通過對該書內(nèi)容的分析，也一致認(rèn)為張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》比較適合我校側(cè)重于電力人才培養(yǎng)的需求，因此決定選用該書作為本校“高等流體力學(xué)”課程的教材。與此同時(shí)，將調(diào)研中搜尋到的各有特點(diǎn)的教材作為參考書目推薦給學(xué)生供他們參考使用。
3.教學(xué)內(nèi)容的組織
在進(jìn)行“高等流體力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的組織時(shí)，結(jié)合我校研究生培養(yǎng)方案和學(xué)科建設(shè)，既照顧到經(jīng)典流體力學(xué)的通用知識，又重視課程知識的針對性、行業(yè)應(yīng)用的特殊性、學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及與學(xué)校其他研究生課程的關(guān)聯(lián)性。課程內(nèi)容的組織主要從以下幾個(gè)方面考慮：
（1）奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。“高等流體力學(xué)”是一門系統(tǒng)性、邏輯性較強(qiáng)的課程，作為碩士研究生的學(xué)位課，在加深學(xué)生對流動所伴隨的物理現(xiàn)象的認(rèn)識、概念的建立及規(guī)律分析的同時(shí)，還應(yīng)努力加深學(xué)生學(xué)科知識分析和研究問題的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解決流體力學(xué)問題的水平及能力。
（2）突出電力生產(chǎn)特色。針對我校研究生的專業(yè)背景和學(xué)科研究方向，強(qiáng)調(diào)本學(xué)科與電力生產(chǎn)流程和設(shè)備的結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用流體力學(xué)知識，認(rèn)識并解決相關(guān)電力工程問題的能力。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，保持基礎(chǔ)理論知識與工程應(yīng)用知識的相對平衡。
（3）注重課程的關(guān)聯(lián)性和完整性。在關(guān)聯(lián)性方面，首先與本科階段的教學(xué)內(nèi)容要有恰當(dāng)?shù)姆止ず豌暯樱浯我苊馀c其他相關(guān)課程之間缺乏銜接；在自身內(nèi)容體系的完整性方面，既要注意到對數(shù)學(xué)知識回顧和補(bǔ)充的必要性，又要對工程中不常見的復(fù)雜流動概念的介紹有所兼顧。
考慮以上幾個(gè)方面，課程組將教學(xué)內(nèi)容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量運(yùn)算分析”、“場論知識”的回顧以及曲線坐標(biāo)、張量分析知識的補(bǔ)充；第二部分“流體力學(xué)的基本方程”主要介紹流體力學(xué)的基本概念，流體力學(xué)的控制方程組以及一些相關(guān)的重要定理；第三部分“理想不可壓縮流體的流動”介紹平面勢流，空間軸對稱勢流和理想流體中的旋渦運(yùn)動，其中對平面勢流里的復(fù)位勢、疊加法、鏡像法和保角變換法做重點(diǎn)講解；第四部分“粘性不可壓縮流體的流動”中介紹納維―斯托克斯方程的精確解，小雷諾數(shù)流動，層流邊界層流動和紊流，其中對工程中應(yīng)用較多的層流邊界層流動和紊流做重點(diǎn)講解；第五部分“理想可壓縮流體的流動”分別介紹一維流動和平面流動，其中對一維流動做重點(diǎn)講解。
四、教學(xué)模式的探討
學(xué)生的學(xué)習(xí)情況在不斷地發(fā)生變化，這就需要教師不斷根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行教學(xué)模式的探討，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，使他們在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間中學(xué)習(xí)好內(nèi)容繁多的“流體力學(xué)”。
1.教學(xué)方法
“高等流體力學(xué)”是一門基礎(chǔ)課，基本概念和基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容較多，涉及的公式推導(dǎo)也比較多，傳統(tǒng)的“黑板板書”的教學(xué)手段對教學(xué)信息的處理和呈現(xiàn)都比較單一，造成學(xué)生對于傳熱學(xué)內(nèi)容的理解和掌握有一定的難度。為此，課程組以教材為藍(lán)本編制了電子課件，教學(xué)中采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)模式，突出傳統(tǒng)板書中能夠清晰講解復(fù)雜理論推導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，充分利用多媒體教學(xué)信息量大、圖像清晰生動的特點(diǎn)。經(jīng)過一段時(shí)間的嘗試，這種教學(xué)方法既達(dá)到了避免研究生在課堂上因長時(shí)間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞的問題，又有利于他們理解并掌握復(fù)雜的流體力學(xué)基本理論的教學(xué)效果。
2.教學(xué)手段
盡管本課程以課堂講授教學(xué)方式為主，但要避免“填鴨式”的講授，要注重以啟發(fā)式講授為主的多種教學(xué)方法的綜合應(yīng)用，提高課堂教學(xué)的趣味性，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性。課程組結(jié)合本科“工程流體力學(xué)”多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)過程中注意做到幾個(gè)注重：注重物理概念與數(shù)學(xué)方法的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)物理含義的數(shù)學(xué)表示以及數(shù)學(xué)內(nèi)容的物理解釋；既注意嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，又注意敘述的深入淺出；注重教學(xué)思路，教學(xué)方法，在引進(jìn)概念介紹方法時(shí)，突出解決問題的思維方法及推理要點(diǎn)；注重從與教材不同的角度或思路來講述同一教材內(nèi)容，以豐富學(xué)生思維和聯(lián)想能力；注重引導(dǎo)學(xué)生圍繞課程內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，同時(shí)再結(jié)合課程組教師的科研積累，搜集并提煉出了大量與電力生產(chǎn)緊密關(guān)聯(lián)的工程案例，通過案例的討論和分析，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的興趣，提升課堂教學(xué)的互動效果，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用理論知識分析并解決工程實(shí)際問題的能力。
3.輔助教學(xué)
僅僅通過課堂上對教材的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須配套地做大量的習(xí)題，才能較好地使學(xué)生掌握具有理論性強(qiáng)、公式多、數(shù)理基礎(chǔ)要求高的“高等流體力學(xué)”課程。考慮到我校研究生教學(xué)的特點(diǎn)，課程組根據(jù)教材的主要內(nèi)容編寫了典型習(xí)題集。習(xí)題集力圖做到習(xí)題具有典型性，能夠?qū)?yīng)教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)知識點(diǎn)，學(xué)生通過習(xí)題的練習(xí)，能有效地掌握教材中的基本知識。此外，習(xí)題集中的習(xí)題也盡可能地結(jié)合電力生產(chǎn)中的流動問題，幫助學(xué)生對專業(yè)關(guān)聯(lián)工程問題進(jìn)行認(rèn)識和思考，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識的能力。
4.課程考核
課程考核成績應(yīng)該能夠較為客觀地反映學(xué)生對課程的整體學(xué)習(xí)情況。為了全面地反映學(xué)生的全程學(xué)習(xí)過程和最終的學(xué)習(xí)效果，課程組經(jīng)討論明確了課程的總評成績由平時(shí)成績和期末考試成績綜合評定得出，平時(shí)成績與期末考試成績的分配比例是2∶8。平時(shí)成績包含作業(yè)、考勤、課堂表現(xiàn)等幾部分。期末考試采用筆試形式，考試試卷從建立的試卷庫中隨機(jī)抽取。
期末考試是課程考核的重頭戲，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也為了增強(qiáng)教師的工作責(zé)任心，實(shí)行考、教分離是一個(gè)較好的督促辦法。為此，2012年課程組根據(jù)課程的教學(xué)要求組織編寫了試卷庫。試卷庫中的試題符合教學(xué)大綱的要求，內(nèi)容豐富、形式多樣、題型一致，試題表述清楚，要求明確，無偏題、怪題，難易得當(dāng)，考核的知識點(diǎn)覆蓋面寬，能考核學(xué)生掌握知識以及應(yīng)用知識進(jìn)行綜合分析能力的情況。此次編寫的試卷庫共包含試卷6份，至少夠三年使用，隨著試卷庫的使用，課程組還擬將對試卷庫進(jìn)行不斷擴(kuò)充。
五、結(jié)束語
“高等流體力學(xué)”的日常教學(xué)工作一個(gè)任重而道遠(yuǎn)，為了適應(yīng)高等流體力學(xué)服務(wù)于日新月異的學(xué)科發(fā)展的需求，提高該學(xué)位課程的教學(xué)效果，更好地為本校研究生人才培養(yǎng)服務(wù)，課程組將把教學(xué)研究工作不斷地持續(xù)進(jìn)行下去，搜集最新最前沿的相關(guān)信息以補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，探討教學(xué)模式以提高教學(xué)效果，及時(shí)對習(xí)題庫和試卷題庫進(jìn)行更新。相信只要教師多花一點(diǎn)時(shí)間，多動一點(diǎn)腦筋，多找一些教育學(xué)生的切入點(diǎn)，因材施教，一定能取得好的教育效果。
參考文獻(xiàn)：
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[4]王松嶺.高等流體力學(xué)[M].北京：中國電力出版社，2011.
篇7
一、重視“緒論”課
在正式緒論課之前，先以“引子”的方式引入流體力學(xué)的概念，并列舉生活中存在的流體力學(xué)現(xiàn)象，例如球類運(yùn)動，運(yùn)輸行業(yè)，長距離體育項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生對流體力學(xué)的興趣，并強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)存在于自身身邊，并不是高深的學(xué)問，打消學(xué)生對學(xué)習(xí)困難的顧慮。
再列舉流體力學(xué)在專業(yè)中的應(yīng)用，例如水力學(xué)中的管道、渠道等，空氣動力學(xué)中的氣象污染擴(kuò)散、室內(nèi)通風(fēng)等，強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)對于專業(yè)來說是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在流體力學(xué)課程的基礎(chǔ)上架設(shè)的多門專業(yè)課如《化工原理》、《水污染控制工程》、《大氣污染控制工程》均需要流體力學(xué)課程相關(guān)理論的支撐，使學(xué)生知曉學(xué)好流體力學(xué)課程的重要性與必要性。
之后再少量列舉專業(yè)外流體力學(xué)的應(yīng)用，如水力發(fā)電、火力發(fā)電、心腦血管疾病、石油的開采和運(yùn)輸、航空航天、給排水等向?qū)W生傳達(dá)學(xué)好流體力學(xué)不僅可以在本專業(yè)有所發(fā)展，還可以向相關(guān)專業(yè)進(jìn)行滲透，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
二、教學(xué)手段的改革
1.利用輔助教學(xué)手段，將抽象教學(xué)轉(zhuǎn)換為形象教學(xué)
1.1針對流體力學(xué)課程制作助教型和助學(xué)型兩套多媒體輔助教學(xué)軟件。利用目前國際上比較前沿的軟件Fluent（在美國的市場占有率為60%。凡跟流體，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計(jì)、石油天然氣、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。其在石油天然氣工業(yè)上的應(yīng)用包括：燃燒、井下分析、噴射控制、環(huán)境分析、油氣消散/聚積、多相流、管道流動等等）、Flash、虛擬現(xiàn)實(shí)、錄像等手段針對流體力學(xué)課程制作助教型和助學(xué)型兩套多媒體輔助教學(xué)軟件。
1.2充分利用助學(xué)型教學(xué)軟件，使授課系統(tǒng)化。授課前先將流體力學(xué)助學(xué)型教學(xué)軟件下發(fā)至每一位學(xué)生，要求部分內(nèi)容自學(xué)，部分內(nèi)容課堂討論、部分內(nèi)容自行設(shè)計(jì)、搭建模型并求解，充分解決傳統(tǒng)講授部分學(xué)時(shí)占用過大，大部分的學(xué)時(shí)均被教師用來課堂推導(dǎo)、計(jì)算、分析、總結(jié)，沒有充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性的缺點(diǎn)。并將一些涉及到科技前沿應(yīng)用的知識點(diǎn)、和日常生活非常接近的知識點(diǎn)以及涉及到的相似相近內(nèi)容體現(xiàn)在助學(xué)型教學(xué)軟件中，增加學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣。
1.3充分利用助學(xué)型教學(xué)軟件，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅涉及到經(jīng)典的流體力學(xué)模型建立、計(jì)算、求解、驗(yàn)證還包括可以將各種模型相互組合，組合后驗(yàn)證經(jīng)典流體力學(xué)經(jīng)典公式、模型在新模型建立及求解過程中的應(yīng)用。在助學(xué)型多媒體課件軟件中，設(shè)計(jì)各種經(jīng)典流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，規(guī)定學(xué)生在課余時(shí)間自己動手在虛擬的助學(xué)型教學(xué)軟件中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，達(dá)到使學(xué)生鍛煉動手動腦能力的目的。另外，還可利用助學(xué)型課件軟件中的典型模型組合功能，在課余輔導(dǎo)中，讓學(xué)生自己動手建立模型。
1.4充分利用助教型教學(xué)軟件，使教學(xué)不再枯燥乏味。在流體力學(xué)教學(xué)過程中，經(jīng)常會遇到簡單口述和簡單二維圖片無法闡述清楚的內(nèi)容，在教學(xué)過程中輔助老師的講授進(jìn)行演示，不僅可以減少教師的無謂勞動也可以增強(qiáng)學(xué)生對這些知識點(diǎn)的理解。
2.增加習(xí)題課比例，注重實(shí)踐性習(xí)題
之前的教學(xué)過程中只是對課后習(xí)題中出錯率較高的習(xí)題進(jìn)行課堂專門講解，但經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)探索，發(fā)現(xiàn)這樣的方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并沒有起到大的促進(jìn)和改善，因此將課堂教學(xué)時(shí)間的一部分專門開設(shè)為習(xí)題課，選擇有實(shí)踐性甚至是直接從實(shí)踐環(huán)節(jié)總結(jié)出的習(xí)題，習(xí)題給出后，并不由教師直接講授解題思路與方法，而是選擇學(xué)生上講臺，一邊解題一邊向大家介紹自己的解題思路，在解題的過程中有的學(xué)生就能夠發(fā)現(xiàn)自己考慮的不周全的地方，或者下一位學(xué)生就能夠指出上一位學(xué)生的出錯點(diǎn)，這樣全班學(xué)生的思想都被調(diào)動起來進(jìn)行思考，題目也在大家的討論中得到了正確的解答，學(xué)生對于這個(gè)知識點(diǎn)的掌握也就更加清楚明了。這樣的做法雖然會壓縮理論課教學(xué)時(shí)間，但是學(xué)生對于相應(yīng)概念、公式、理論的理解卻更加深入。讓學(xué)生真正成為課程學(xué)習(xí)的主體，達(dá)到“教”與“學(xué)”的同步。
三、考核方式的改革
傳統(tǒng)教學(xué)模式中，考試卷子可謂“分量最重”，學(xué)生對該門課程的掌握程度完全憑借一張?jiān)嚲碇械氖畮椎涝囶}體現(xiàn)，在題目的設(shè)置、試卷的審閱、批改過程中難免會遇到平時(shí)課堂表現(xiàn)不錯但實(shí)際考分卻并不理想的學(xué)生，因此，筆者將《流體力學(xué)》課程考核方式設(shè)定為40%平時(shí)成績+60%考試成績組成，平時(shí)成績由課堂隨機(jī)提問、習(xí)題課習(xí)題完成情況、作業(yè)成績、課堂出勤率共同組成，強(qiáng)調(diào)在隨機(jī)提問與習(xí)題課中，只要積極回答問題就會得到相應(yīng)的加分，鼓勵學(xué)生積極參與課堂討論。考試試卷也由原先的重視計(jì)算題和應(yīng)用題轉(zhuǎn)為多種題型增強(qiáng)多種形式的考核，從多方面考查學(xué)生對知識的掌握程度。
也可以通過開卷或大作業(yè)形式考核學(xué)生靈活運(yùn)用基本理論分析問題、解決問題的能力，題型可為一些綜合性的計(jì)算題和分析題，如：簡單管網(wǎng)的計(jì)算、簡單管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行工況的分析等，分值可計(jì)算入平時(shí)成績并在平時(shí)成績中占60%～70%的比例。
總之，改革課程考核內(nèi)容是“流體力學(xué)”教學(xué)綜合改革的又一項(xiàng)重要內(nèi)容。必須多能力、全方位地考核學(xué)生，全面反映學(xué)生掌握該課程基本知識的程度和綜合運(yùn)用能力，動手能力。
四、結(jié)語
《流體力學(xué)》是面向應(yīng)用型工程技術(shù)人才的課程，教師在教學(xué)時(shí)要注重教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，不斷進(jìn)行教學(xué)方法的改革，使學(xué)生全面學(xué)習(xí)和掌握知識，進(jìn)一步提高“工程流體力學(xué)”課程的教學(xué)水平。
參考文獻(xiàn)
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篇8
中圖分類號：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0047-01
“工程流體力學(xué)”課程在能源動力類工科專業(yè)中占有非常重要的地位，主要研究流體（液體和氣體）的平衡、運(yùn)動規(guī)律及其實(shí)際工程應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)重要的分支學(xué)科。通過本課程流體力學(xué)的基本概念和基本原理的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握分析和解決本專業(yè)中涉及流體力學(xué)問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，然而當(dāng)前的教學(xué)效果并不理想。自然界和人類生活中，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各行各業(yè)中均廣泛存在流體流動現(xiàn)象，但是由于缺乏對生活的觀察，學(xué)生很難做到對課本講授內(nèi)容形成直觀映像。此外，自然界中的流動現(xiàn)象往往包含多種流動方式，在理論分析與公式推導(dǎo)中涉及許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論與方法，經(jīng)驗(yàn)公式多，且不易理解記憶，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來很大困難，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難學(xué)，實(shí)踐與應(yīng)用起來更是難上加難，教學(xué)效果不理想，教學(xué)目的難以實(shí)現(xiàn)。還對后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)造成很大影響，進(jìn)而影響本科教學(xué)的整體質(zhì)量。因此，“工程流體力學(xué)”教學(xué)改革勢在必行。
一、“工程流體力學(xué)”教學(xué)調(diào)查研究
“工程流體力學(xué)”課程通常是開設(shè)于熱能動力工程專業(yè)二年級階段。對揚(yáng)州大學(xué)的學(xué)生的問卷調(diào)查顯示，多數(shù)學(xué)生對“工程流體力學(xué)”課程的評價(jià)是“難學(xué)”。為何會有這樣的評價(jià)，通過分析發(fā)現(xiàn)，存在幾個(gè)方面的原因。
1.研究對象比較抽象
“工程流體力學(xué)”課程本身研究對象是流體，沒有一定的形狀和具有流動性，這是流體區(qū)別于固體的本質(zhì)特征。這一特征決定了流體力學(xué)研究理論比較抽象、經(jīng)驗(yàn)公式繁多且推導(dǎo)過程復(fù)雜不易理解、易混淆，進(jìn)而導(dǎo)致了本課程教師難教、學(xué)生難學(xué)，教學(xué)效果不夠理想。因此，能否將前面學(xué)習(xí)過的對“固體”平衡和運(yùn)動物理規(guī)律的分析方法通過比擬的方式移植到“流體”上，并使其形成正向的學(xué)習(xí)遷移是學(xué)生能否很快的掌握本門課程學(xué)習(xí)方法、學(xué)好本課程的一個(gè)很重要的方面。[1]
2.教師與學(xué)生
“教學(xué)”包括“教”與“學(xué)”兩個(gè)方面的內(nèi)容，忽視任何一個(gè)方面都有可能造成教學(xué)效果的不理想。理論課教學(xué)是工程流體力學(xué)課程教學(xué)的主要方面，是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和應(yīng)用于工程實(shí)踐的基礎(chǔ)。某些任課教師為了自己的方便省事，教材和教學(xué)內(nèi)容仍然是多年前的老教材，對現(xiàn)階段流體力學(xué)的發(fā)展方向和研究成果，以及本學(xué)科的最新科技前沿理論及工程應(yīng)用進(jìn)展不能做到及時(shí)更新，教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。
教學(xué)方法單一呆板，無法吸引學(xué)生的興趣。經(jīng)常看到這樣一種現(xiàn)象：教師在講臺上只顧著自己滔滔不絕地講，忽視了課堂教學(xué)的互動性和學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生了無興趣的在座位上睡覺、開小差、玩手機(jī)，基本上是教師在向?qū)W生單方面地傳授知識，這樣的教學(xué)效果是很低的。[2]
本專業(yè)本科生新的培養(yǎng)方案中課程設(shè)置有這樣一個(gè)特點(diǎn)：課程增加，課時(shí)壓縮，總學(xué)分保持不變。“工程流體力學(xué)”課程理論課學(xué)時(shí)從64壓縮到48學(xué)時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容總量不變的情況下，每堂課教授的內(nèi)容，即學(xué)生需要接受的信息量就大大增加了，嚴(yán)重增加了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。“浮躁”是當(dāng)代很多大學(xué)生所普遍具有的心理特征，導(dǎo)致的直接結(jié)果是學(xué)生自制力差、怕吃苦，上課前不預(yù)習(xí)、課后不認(rèn)真復(fù)習(xí)、作業(yè)普遍抄襲。
二、教學(xué)改革的目標(biāo)
圍繞當(dāng)前“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)中存在的問題，以提高課程教學(xué)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)為目的，進(jìn)行了如下方面的改革：改變教育理念，以課程改革與教學(xué)適應(yīng)新時(shí)代的要求為目的；加強(qiáng)教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革，提高“教”的質(zhì)量；加強(qiáng)課程的應(yīng)用性，解決基礎(chǔ)理論課程的知識教育、應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)；加強(qiáng)課程教學(xué)評價(jià)與考核體系改革，引入全程教學(xué)評價(jià)與考核機(jī)制。[3]
三、“工程流體力學(xué)”教學(xué)改革探索
從上面的分析可知，“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)效果不理想存在很多方面的原因，因此，教學(xué)改革也要同時(shí)從多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是筆者在揚(yáng)州大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)本科生課程教學(xué)中進(jìn)行的探索與嘗試，取得了較好的效果。
篇9
一、前言
《流體力學(xué)》是研究流體所遵循的宏觀運(yùn)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(shí)驗(yàn)室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撔浴⒃淼某橄笮浴⒏拍疃唷⒎匠掏茖?dǎo)繁雜等特點(diǎn)，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(rèn)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(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)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(jìn)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(shí)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?yàn)樵趥鹘y(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(xì)致耐心地闡述概念、推導(dǎo)公式、突出重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)難點(diǎn)，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(shí)間，再配合上教師的表情、手勢、師生之間的互動，會達(dá)到很好的教學(xué)效果。
(一)結(jié)合實(shí)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(shí)例對這些抽象的概念進(jìn)行講解，例如在講授描述流體運(yùn)動的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時(shí)，學(xué)生們很難理解。為了將概念通俗化，上課時(shí)筆者以城市公共交通部門統(tǒng)計(jì)客運(yùn)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(shí)刻（站點(diǎn)）上下車人數(shù)，此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點(diǎn)跟蹤，它與跡線的定義對應(yīng)；②在每一公交站點(diǎn)安排記錄員，記錄不同時(shí)刻經(jīng)過該站點(diǎn)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(shí)候，例舉1912年“豪克”號鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號遠(yuǎn)洋輪相撞的船吸現(xiàn)象，讓學(xué)生清楚掌握流體的壓強(qiáng)與它的流速有關(guān)，流速越大，壓強(qiáng)越小；反之亦然。
概念是公式推演的基石，沒有準(zhǔn)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(shí)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(dá)到事半功倍的效果。
（二）以用為度，重點(diǎn)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(shí)候，先從容易理解的靜力學(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開始，強(qiáng)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(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生如何理解公式各項(xiàng)的幾何意義和物理含義，掌握公式的實(shí)際應(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動力學(xué)伯努利方程時(shí)，先易后難、循序漸進(jìn)，學(xué)生就覺得不會那么深奧。在講解相對平衡的流體壓強(qiáng)分布規(guī)律時(shí)，就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過程，因?yàn)樗诮鉀Q一般平衡流體內(nèi)部的壓強(qiáng)分布規(guī)律及其對固體壁面的作用力問題時(shí)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(qiáng)調(diào)記住結(jié)論和理解公式中各個(gè)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(diǎn)突出。
不可否認(rèn)，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(jìn)，教學(xué)效率不高，適應(yīng)不了課程教學(xué)學(xué)時(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)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(rèn)識開始，逐步上升到理性認(rèn)識，進(jìn)而能夠達(dá)到運(yùn)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(tuán)隊(duì)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(jì)與制作多媒體課件時(shí)，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(diǎn)，在課件制作中根據(jù)講解的進(jìn)度逐條展現(xiàn)公式條目等內(nèi)容，同時(shí)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(tuán)隊(duì)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(shí)候，制作了雷諾實(shí)驗(yàn)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(yùn)用多媒體輔助手段表達(dá)后，能夠幫助學(xué)生很好地理解課程的重、難點(diǎn)，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(shí)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(diǎn)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(shí)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(jī)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(diǎn)；也有的教師忽略學(xué)生對課件內(nèi)容理解消化的時(shí)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(jī)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(diǎn)，化煩就簡、引入實(shí)例形象闡述概念原理，促進(jìn)知識的系統(tǒng)化進(jìn)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(jìn)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(jī)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(shí)踐中的體會，愿與同行共同切磋。
基金項(xiàng)目：2009年安徽省教育廳《流體力學(xué)》精品課程
[參考文獻(xiàn)]
篇10
1課程教學(xué)剖析
1．1課程內(nèi)容
“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”這門課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的一門綜合性專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)液壓與氣體傳動、泵與風(fēng)機(jī)、林業(yè)機(jī)械等專業(yè)及特色專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。課程目標(biāo)包括:掌握工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)、熱力學(xué)第一定律、第二定律、熱工轉(zhuǎn)換的規(guī)律和理想氣體的熱力學(xué)過程，學(xué)會基本的理論分析與計(jì)算方法;通過對熱量傳遞的三種基本方式、導(dǎo)熱基本理論、對流換熱基本規(guī)律、黑體輻射基本定律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備對基本的傳熱學(xué)問題進(jìn)行分析和總結(jié)的能力;掌握流體的主要物理性質(zhì)和流體靜力學(xué)的基本理論知識，學(xué)會流體上的作用力分析，能夠推導(dǎo)流體動力學(xué)方程的連續(xù)性方程和伯努利方程，針對黏性流體，能對管內(nèi)流動狀態(tài)進(jìn)行判斷;能夠?qū)Α皞鳠釋W(xué)”“工程流體力學(xué)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析工程中的現(xiàn)象及問題，并得到合理有效的結(jié)論。總體來看，本課程講授內(nèi)容包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)以及工程流體力學(xué)三大板塊的內(nèi)容，是在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化學(xué)習(xí)，拓展到實(shí)際的工程問題，所以本課程不僅理論性強(qiáng)，而且工程應(yīng)用性也很強(qiáng);與機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)其他課程相比，該課程涵蓋了本應(yīng)三門獨(dú)立開設(shè)的課程內(nèi)容，知識難點(diǎn)聚集、微積分公式眾多、三大知識板塊思維跨度大、學(xué)生融會貫通掌握難。但是，學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度直接影響后續(xù)專業(yè)特色課程的學(xué)習(xí)情況。
1．2教學(xué)思路
目前，本課程總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，理論授課42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)授課6學(xué)時(shí)。三大板塊的教學(xué)內(nèi)容多，理論授課課時(shí)較少，矛盾突出:(1)學(xué)生由固體學(xué)科切換到流體學(xué)科的學(xué)習(xí)需要較長適應(yīng)期;(2)課程中較多章節(jié)內(nèi)容抽象，且涉及大量公式推導(dǎo)及專業(yè)的概念鋪墊，加之為了跟上教學(xué)進(jìn)度教學(xué)內(nèi)容更新較快，學(xué)生普遍反映課程難度較大;(3)教學(xué)內(nèi)容和后續(xù)專業(yè)及特色專業(yè)課內(nèi)容銜接性不夠緊密;(4)從內(nèi)容的充實(shí)性和課程的結(jié)構(gòu)上來看，“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”這門課程的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)滿足要求，但是對接林業(yè)機(jī)械領(lǐng)域最新技術(shù)，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新思維方面，當(dāng)前的課程建構(gòu)仍無能為力;(5)由于本課程的學(xué)習(xí)不涉及具體的機(jī)械裝備系統(tǒng)，使得同學(xué)們對本課程在專業(yè)中的地位認(rèn)知不足，學(xué)習(xí)積極性欠佳，這些現(xiàn)狀使得提升教學(xué)效果難度較大。針對上述課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)林類高校“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化”專業(yè)的實(shí)際情況，制定了如下教學(xué)思路:(1)授課時(shí)，使學(xué)生從機(jī)電系統(tǒng)、固體力學(xué)等學(xué)科的思維中切換出來，將空間觀測法跟同學(xué)們探討透徹，基于空間觀測法開展“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”的課程教學(xué)。(2)在教學(xué)大綱中刪除過于抽象、應(yīng)用面較窄的教學(xué)內(nèi)容，深入講解與后續(xù)“液壓與氣體傳動”“泵與風(fēng)機(jī)”“林業(yè)機(jī)械”等課程關(guān)聯(lián)度較深的內(nèi)容，為專業(yè)及特色專業(yè)課的學(xué)習(xí)做好扎實(shí)鋪墊。(3)結(jié)合在林業(yè)機(jī)械領(lǐng)域與“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”緊密關(guān)聯(lián)的科研經(jīng)歷，探索寓教學(xué)于科研、科研反哺教學(xué)的授課模式，強(qiáng)化同學(xué)們對“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”在“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化”專業(yè)里占有重要地位的基礎(chǔ)認(rèn)知，顯著提升同門們自愿學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的熱情。(4)注重思維方式、終身學(xué)習(xí)意識的培養(yǎng)。教學(xué)過程中注重切入問題角度的講解，使得同學(xué)們在明白問題的同時(shí)更養(yǎng)成學(xué)習(xí)思考問題方法的習(xí)慣;從固體學(xué)科到流體學(xué)科是一個(gè)較大的跨越，在跨越的過程中，使同學(xué)們樹立終身學(xué)習(xí)意識，為以后培養(yǎng)同學(xué)們提出、解決林業(yè)機(jī)械領(lǐng)域?qū)W科前沿性、熱點(diǎn)性問題的能力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2課程構(gòu)建探討
在“碳達(dá)峰、碳中和”的硬性發(fā)展要求及“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念加速推進(jìn)的浪潮之下，農(nóng)林高校“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化”專業(yè)的畢業(yè)生在高等教育系統(tǒng)中的地位不斷提升，所以基礎(chǔ)專業(yè)課程構(gòu)建更需獲得與之地位匹配的重視。一方面，基礎(chǔ)專業(yè)課課程構(gòu)建要體現(xiàn)基礎(chǔ)知識的深度和廣度;另一方面，內(nèi)容要很好銜接并服務(wù)于核心專業(yè)課、特色專業(yè)課，為學(xué)生后期畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生科研深造做好鋪墊。
2．1課程內(nèi)容深度銜接核心專業(yè)課
“林業(yè)機(jī)械”是南京林業(yè)大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化”專業(yè)的核心專業(yè)課，內(nèi)容涵蓋林業(yè)動力、整地、清理、苗圃、造林、撫育、保護(hù)、防火、采伐、采摘、智能化等機(jī)械。其中，和“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”專業(yè)基礎(chǔ)課相關(guān)的包括動力、清理、保護(hù)、采摘等板塊。林業(yè)動力機(jī)械(包括泵、風(fēng)機(jī))涉及“工程熱力學(xué)”中熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化問題，同時(shí)也涉及“工程流體力學(xué)中”可壓縮混合氣體壓強(qiáng)、溫度變化和裝置的動力匹配問題;林業(yè)清理機(jī)械涉及“工程流體力學(xué)中”不可壓液態(tài)水在管道內(nèi)部的流動，在霧化器內(nèi)的流態(tài)分布、出口后霧化粒徑分布等復(fù)雜多相流問題，如圖1所示;林業(yè)保護(hù)機(jī)械中噴霧射程、噴霧穿透涉及“工程流體力學(xué)中”可壓縮流體空氣的外部流動及耦合風(fēng)場、霧滴的多相流動問題，如圖2所示;林業(yè)采摘機(jī)械中，基于負(fù)壓的采摘系統(tǒng)涉及可壓縮流體空氣的管內(nèi)流動問題。從銜接核心專業(yè)課的角度來看，一方面，農(nóng)林類高校“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”這門專業(yè)基礎(chǔ)課程應(yīng)該深耕“工程熱力學(xué)”和“工程流體力學(xué)”，而“工程流體力學(xué)”應(yīng)該是重點(diǎn)中的重點(diǎn);另一方面，也好兼顧課程內(nèi)容的完整性，“傳熱學(xué)”也要適度調(diào)整。
2．2匹配三大板塊關(guān)系，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)
建議協(xié)調(diào)、平衡三大板塊的課時(shí)占比，同時(shí)明晰課程內(nèi)容的內(nèi)在邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。在“工程熱力學(xué)”(熱能的間接應(yīng)用)板塊中，我們將實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的媒介稱之為“工質(zhì)”，媒介一般是“單一氣體”或者“混合氣體”，熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、工質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)及理想氣體的熱力過程等課程內(nèi)容和專業(yè)核心課程林業(yè)機(jī)械吻合度較好。“工程流體力學(xué)”中，對流體的終結(jié)性定義是“抓不起來的物體”，一般性的定義是“氣體和液體”的總稱，但課程內(nèi)容中流體基本概念的鋪墊、流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動學(xué)、流體動力學(xué)及黏性流體等課程內(nèi)容都是基于不可壓的液體，同為流體，但氣體和液體的性質(zhì)及研究重點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，“氣體”這種流體相關(guān)課程內(nèi)容的缺失為后續(xù)專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)帶來很大知識結(jié)構(gòu)缺陷。“傳熱學(xué)”(熱能的直接應(yīng)用)中，對導(dǎo)熱、對流傳熱(混合傳熱，主要是流體和固體之間)、輻射傳熱的基本原理、工程應(yīng)用等課程內(nèi)容做了比較詳細(xì)的講解，但是后續(xù)專業(yè)核心課程對傳熱學(xué)中的知識需求很少，僅僅在脈動燃燒技術(shù)這一研究領(lǐng)域有所涉及。總體來看，不管是“工程熱力學(xué)”中的“工質(zhì)”，還是“工程流體力學(xué)”中的“氣體”，再或者“對流換熱”中的“流體”，其中“氣體”是課程的“最大公約數(shù)”，也是和林業(yè)機(jī)械這一專業(yè)核心課程相關(guān)的“最大公約數(shù)”。鑒于此，“工程熱力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容總體上可以維持不變，部分章節(jié)可以簡化，不重要的知識點(diǎn)減少不必要的推導(dǎo)，側(cè)重理論、公式概念的理解和應(yīng)用，這樣可省出一部分課時(shí)。總課時(shí)不變的情況下可以合理縮減“傳熱學(xué)”的課時(shí)，對輻射傳熱只做一般性介紹;考慮到相似原理在流體力學(xué)的試驗(yàn)研究中也有重要應(yīng)用，可以在這里對相似準(zhǔn)則進(jìn)行深入講解，省出較多課時(shí)。將“工程流體力學(xué)”放在最突出的位置，省出來的課時(shí)分配給這一部分;增加可壓縮流體“漩渦勢流理論”“相似理論中的量綱分析法”、包括氣體動力學(xué)中“擾動在外空間流場中的傳播”及“管內(nèi)氣體的流動”等內(nèi)容，以匹配林業(yè)機(jī)械核心專業(yè)課。
2．3樹立自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)意識
目前，流體力學(xué)板塊中關(guān)于可壓縮流體的課程內(nèi)容匱乏，教學(xué)中會鼓勵同學(xué)們在MOOC上尋找優(yōu)秀資源進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，使同學(xué)們樹立自主學(xué)習(xí)意識。通過工程流體力學(xué)板塊，我們在體力學(xué)的范疇內(nèi)將研究運(yùn)動的方法由拉格朗日法提升到歐拉法，這是一個(gè)顯著的改變，也是重要的進(jìn)步，通過這一步，有助于培養(yǎng)同學(xué)們的終身學(xué)習(xí)意識。
篇11
一、前言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,多媒體教學(xué)已被高等院校廣泛采用,并深受廣大師生的歡迎。因此,利用多媒體教學(xué)手段開發(fā)學(xué)習(xí)資源,構(gòu)建新的教學(xué)模式,達(dá)到最佳教學(xué)效果,成為國內(nèi)外提高教學(xué)質(zhì)量、改革教學(xué)方式的重要手段。
本文通過工程流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐,探討多媒體教學(xué)在授課過程中產(chǎn)生的效果。提出了在工程流體力學(xué)教學(xué)活動中將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合,活躍課堂氣氛,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。達(dá)到優(yōu)化教學(xué)效果的目標(biāo)。
二、傳統(tǒng)教學(xué)模式的利與弊
傳統(tǒng)教學(xué)模式歷史悠久,教育理論成熟,已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在傳統(tǒng)教學(xué)中,通過教師的形象、生動的講述,學(xué)生易于接受,師生之間可以面對面地探討疑難問題。對于工程流體力學(xué)而言,教學(xué)內(nèi)容不可避免地會涉及到數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo),傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式即可以留給學(xué)生更多的思考時(shí)間,同時(shí)又可以加深學(xué)生對公式推導(dǎo)過程的理解,加強(qiáng)記憶。然而傳統(tǒng)式教學(xué)主要依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件,是以教師為主體的教學(xué)模式,從而大大降低了教學(xué)效率,也扼殺了學(xué)生個(gè)性的發(fā)揮和創(chuàng)意的產(chǎn)生。
三、多媒體教學(xué)的特點(diǎn)
多媒體教學(xué)以其鮮明的教學(xué)特點(diǎn),豐富的教學(xué)內(nèi)容,形象生動的教學(xué)情景,在教學(xué)過程中發(fā)揮了重要的作用:
第一,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,有利于提高課堂效率。興趣是學(xué)生獲取知識、拓寬視野、豐富心理活動最主要的推動力。多媒體技術(shù)綜合應(yīng)用文字、圖片、動畫和視頻等資料來進(jìn)行教學(xué)活動,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從根本上改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式的單調(diào)性。而且多媒體教學(xué)可以充分發(fā)揮學(xué)生聽覺、視覺等器官對信息的接收,對學(xué)生的眼、耳等器官進(jìn)行多重刺激,從而活躍學(xué)生的思維,增強(qiáng)學(xué)生記憶力,提高課堂效率。第二,直觀、易懂,有利于提高教學(xué)質(zhì)量。流體力學(xué)是從力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),主要研究流體所遵循的宏觀運(yùn)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),在日常生活和各種工程實(shí)際中具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,是動力工程和流體機(jī)械專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。與固體的運(yùn)動規(guī)律相比,流體在運(yùn)動過程中存在諸如激波、接觸面間斷、兩相流體之間相互摻混等復(fù)雜現(xiàn)象。
多媒體教學(xué)手段能夠通過圖片、動畫和視頻資料等直觀、清晰地觀看復(fù)雜的流動現(xiàn)象,使學(xué)生較容易地掌握相關(guān)內(nèi)容,提高教學(xué)質(zhì)量。第三,增加教學(xué)容量,節(jié)約空間和時(shí)間。工程流體力學(xué)研究內(nèi)容較多,涉及范圍較廣,在有限的課時(shí)內(nèi)傳授給學(xué)生的信息量較大。傳統(tǒng)教學(xué)中知識的傳播主要靠教師的口授與黑板板書,在一定程度上限制了課堂信息的含量,多媒體教學(xué)充分地利用了電腦能夠存貯大量信息的優(yōu)勢,授課的信息量明顯增多,教學(xué)內(nèi)容更加豐富,使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)接收更多的知識,開闊了學(xué)生視野,增加課堂知識的容量,提高了教學(xué)的效率。
四、多媒體教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合
多媒體教學(xué)的發(fā)展并不意味著摒棄一切傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段,而是將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合,揚(yáng)長避短,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,更好地服務(wù)于教學(xué)工作。
工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要包括兩大部分,理論教學(xué)和流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
工程流體力學(xué)理論教學(xué)部分包含大量流體力學(xué)的基本概念、基本方程和一些復(fù)雜的流動現(xiàn)象。例如在教學(xué)過程中,流體靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)過程依然使用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書,這樣既可以留給學(xué)生足夠的思考時(shí)間,又可以加深學(xué)生對公式推導(dǎo)過程的理解,加強(qiáng)學(xué)生的記憶能力。而對于某些基本概念和特定的流動現(xiàn)象,可以通過多媒體教學(xué)手段,加深學(xué)生對基本概念和流動現(xiàn)象的理解。
流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)教學(xué)中的重要組成部分之一,貫穿于課程始終。現(xiàn)行流體力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方法單一,同時(shí),還受實(shí)驗(yàn)老師較少、實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限以及設(shè)備等多種因素的影響,學(xué)生選擇的范圍極小,在很大程度上制約了學(xué)生思考問題、分析問題、解決問題的能力,不能很好地達(dá)到流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。然而引入多媒體教學(xué)手段以后,學(xué)生可以靈活地改變實(shí)驗(yàn)條件,演示各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
篇12
0引言
計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics， CFD）的研究始于上世紀(jì)70年代早期。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門綜合運(yùn)用物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)模擬流體流動狀態(tài)的工程科學(xué)。到了上世紀(jì)80年代中期，流體力學(xué)的研究重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)移到對由Navier-Stokes方程描述的粘性流的模擬。與此同時(shí)，具有不同數(shù)值復(fù)雜性和精確度的湍流模型種類也逐漸演變而成。如今最先進(jìn)的擾流模擬方法由直接數(shù)值模擬方法（Direct Numerical Simulation）為代表，可是這種方法并不能很好地用于工程領(lǐng)域。
到了80年代末，利用了數(shù)值方法，特別是隱性數(shù)值方法的先進(jìn)性，需要進(jìn)行真實(shí)氣體模擬的的流體模擬也漸漸變得可行。目前，CFD方法已經(jīng)廣泛用機(jī)、汽車、輪船的設(shè)計(jì)，以及天氣預(yù)報(bào)、海洋學(xué)研究和天體物理學(xué)等方面。CFD方法在工程科學(xué)及某些物理科學(xué)的研究中已變得越來越重要。
ABAQUS/CFD是集成在ABAQUS軟件包中用以求解流體力學(xué)問題的模塊。ABAQUS/CFD采用混合有限體積法和有限元法的求解方法來計(jì)算不可壓縮的層流和湍流問題，具有較高的求解精度，在集成的FEA-CFD多物理環(huán)境中能獲得可擴(kuò)展的CFD解。本文通過一個(gè)流體力學(xué)的例子，簡單介紹在ABAQUS/CFD中進(jìn)行流體力學(xué)分析的基本步驟，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了初步的分析。
1 流體力學(xué)控制方程
從流體力學(xué)連續(xù)性方程、動量方程和能量方程可以推導(dǎo)出非定常三維可壓縮粘性流動的納維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。
1.1連續(xù)性方程（continuity equation）
非守恒形式：
守恒形式：
1.2 動量方程（momentum equation）
2.1建立CFD模型
ABAQUS/CFD在進(jìn)行流體力學(xué)分析時(shí)需首先建立流體的模型，本例中流體流經(jīng)長10m，寬3m，高0.2m的長方形管道，管道中央有直徑為0.5m的圓柱體。見圖1。
2.2定義流體及網(wǎng)格劃分
ABAQUS/CFD只能處理牛頓流體（Newtonian fluid， 指流體中的剪應(yīng)力與剪應(yīng)變不成線性關(guān)系），在本例中，流體的密度為1000kg/m3，粘度為0.1pa.sec，溫度設(shè)為室溫。
在本例中劃分網(wǎng)格類型為具有8個(gè)節(jié)點(diǎn)的線性流體塊（8-node linear fluid brick）， 在中央的圓柱壁上網(wǎng)格變?yōu)樘菖_狀，見圖2。
2.3. 分析結(jié)果
通過在ABAQUS/CFD中進(jìn)行分析， 我們得到了以上例子的運(yùn)算結(jié)果，圖3a是容器內(nèi)流體速度的分布情況，可見圓柱體
兩側(cè)流體速度較高。圖3b是容器內(nèi)流體壓力分布的情況。
3 結(jié)論
本文首先介紹了計(jì)算流體力學(xué)的一般公式。基于ABAQUS/CFD平臺，通過文中例子的分析，向讀者介紹了ABAQUS/CFD軟件的特點(diǎn)和一般使用方法分析了一個(gè)較簡單的流體力學(xué)問題，并得到了該問題的流體速度和流體應(yīng)力在分析域內(nèi)的分布情況。通過運(yùn)用ABAQUS/CFD軟件，我們能得到一般流體力學(xué)問題中流體速度和應(yīng)力較高的位置，并在設(shè)計(jì)和施工中予以一定的重視，對實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和分析具有一定的參考意義。
參考文獻(xiàn)
[1]putational Fluid Dynamics： Principles and Applications. ElSEVIER，2001.
[2]John D.Anderson，JR，Computational Fluid Dynamics：The Basics with Applications，2001.
篇13
一、引言
多媒體技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代教育教學(xué)中應(yīng)用越來越廣泛，能創(chuàng)建新型的教學(xué)模式，改善傳統(tǒng)課堂教學(xué)的效果。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)教學(xué)軟件，幫助學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，及時(shí)檢驗(yàn)所學(xué)知識的掌握程度，這種教學(xué)方式稱為CAI（Computer Assist Instruction），即計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)[1]。《流體力學(xué)》是很多工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，如安全工程、環(huán)境工程、土木工程等。該課程是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，涉及的高等數(shù)學(xué)和物理學(xué)的知識比較多，基本概念比較多，計(jì)算公式比較多。學(xué)生普遍反映該課程的學(xué)習(xí)難度比較大，理解和掌握該課程的內(nèi)容比較困難，學(xué)習(xí)的積極性和主動性不高[2]。隨著教學(xué)模式的變化及研究型教學(xué)的要求，如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生能力、及時(shí)檢查學(xué)習(xí)效果，最大程度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，是教學(xué)面臨的主要問題之一。作者在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)《流體力學(xué)》課程的教學(xué)要求及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件，在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本課程開發(fā)的《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件包括四個(gè)模塊：系統(tǒng)管理、課程要點(diǎn)、工程實(shí)例、自我測試。
1.系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理模塊包括用戶管理、試題管理、學(xué)習(xí)記錄等功能。《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件需要登錄，登錄界面包括學(xué)號和密碼兩個(gè)部分。學(xué)生以用戶身份進(jìn)入軟件后，可以修改密碼、查看學(xué)習(xí)記錄，但不能使用試題管理功能。教師用戶用管理員賬號登錄，可以增加、刪除用戶，能增刪和修改試題，并能瀏覽學(xué)生學(xué)習(xí)的詳細(xì)情況和掌握測試結(jié)果等。
2.課程要點(diǎn)。課程要點(diǎn)模塊主要包括《流體力學(xué)》課程各章節(jié)的內(nèi)容，如：基本概念、流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、流動阻力計(jì)算、流體出流及管流等，可根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況增加和刪除內(nèi)容。基本概念部分將課程各章的主要概念集中起來，每章均選取比較重要的、需要學(xué)生掌握的內(nèi)容放在軟件中，尤其是對重點(diǎn)的計(jì)算公式進(jìn)行解釋，讓學(xué)生能夠有重點(diǎn)地進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的效率。
3.工程實(shí)例。該部分收集了與流體力學(xué)知識相關(guān)的工程實(shí)例，尤其是重大工程實(shí)例以及近年來的一些熱點(diǎn)問題實(shí)例，這樣能引起學(xué)生的積極性和興趣。工程實(shí)例對應(yīng)各章內(nèi)容，包括文字描述、圖片、視頻等，并提出相關(guān)流體力學(xué)問題。比如：南水北調(diào)工程、長江三峽大壩工程、飛機(jī)導(dǎo)彈的研制、潰壩事故、臺風(fēng)登陸等，使學(xué)生能理論聯(lián)系實(shí)際、拓寬知識面、提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
4.自我測試。自我測試模塊根據(jù)不同的知識點(diǎn)設(shè)計(jì)有不同的題型，主要包括填空題、判斷題、選擇題、簡單計(jì)算題和應(yīng)用題。學(xué)生可以自主選擇不同題目進(jìn)行測試，及時(shí)了解知識掌握程度和學(xué)習(xí)效果，查看試題答案可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的薄弱環(huán)節(jié)。教師查看測試成績可以了解學(xué)生掌握相關(guān)知識的情況，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，有針對性地進(jìn)行改進(jìn)。教師事先建立測試試題庫，并能不斷完善。學(xué)習(xí)完成選擇的測試題后可以隨時(shí)查看成績和正確答案，教師對主觀題可以給出詳細(xì)的評閱，指出出錯的關(guān)鍵點(diǎn)。
三、教學(xué)軟件功能的實(shí)現(xiàn)
1.開發(fā)工具的選擇。《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件的開發(fā)選取B/S的開發(fā)模式，學(xué)生能方便使用該軟件。選用Visual Basic 6.0作為軟件開發(fā)語言，VB6.0提供了可視化的Windows界面設(shè)計(jì)功能，具有強(qiáng)大和快速的數(shù)據(jù)處理能力。本軟件的數(shù)據(jù)庫選取Access數(shù)據(jù)庫，能方便和快速管理各類數(shù)據(jù)。Access的優(yōu)點(diǎn)在于它有豐富的開發(fā)界面及使用環(huán)境，有著強(qiáng)大的報(bào)表創(chuàng)建功能[3]。
2.各模塊功能的實(shí)現(xiàn)。《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件按照各模塊的功能，采用友好的界面實(shí)現(xiàn)各部分功能。在菜單中點(diǎn)擊各按鈕可以進(jìn)行各模塊界面，再點(diǎn)擊進(jìn)入各子功能模塊;也可以在下拉菜單中選擇子菜單直接進(jìn)入各子功能模塊。自我測試模塊先選擇題型，再進(jìn)行各種題型的答題操作。答題時(shí)可隨時(shí)返回重新選擇試題，查看試題答案時(shí)可以通過鏈接查看相關(guān)知識要點(diǎn)，有針對性地復(fù)習(xí)課程的基礎(chǔ)知識，以便牢固掌握易混淆、難理解的知識點(diǎn)。學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，可以不受課堂的限制，隨時(shí)主動、靈活地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，及時(shí)查缺補(bǔ)漏，充分調(diào)動學(xué)習(xí)的主動性、積極性。圖1為應(yīng)用題測試界面。
四、輔助教學(xué)的效果評價(jià)
該輔助教學(xué)軟件在《流體力學(xué)》的教學(xué)中連續(xù)運(yùn)用了幾年，并不斷進(jìn)行了完善。為了評價(jià)該輔助教學(xué)軟件的效果，設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷，以便了解該軟件的應(yīng)用效果。調(diào)查問卷如表1所示。
經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，對回收的有效問卷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，該《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件有效彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足，教學(xué)內(nèi)容選擇恰當(dāng)，重點(diǎn)突出，充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，軟件簡便、實(shí)用。95%以上的學(xué)生愿意使用該輔助教學(xué)軟件，認(rèn)為能充分利用課余時(shí)間，積極、主動地選擇自己感興趣的內(nèi)容，拓寬了自己的知識面，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，對自己的學(xué)習(xí)有較大幫助，希望不斷豐富和完善該教學(xué)軟件。
五、結(jié)語
素質(zhì)教育的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是要使學(xué)生能主動地學(xué)習(xí)，采取個(gè)體化教學(xué)方式，理論聯(lián)系實(shí)際。采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件，學(xué)生可以量身定制自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃，不受時(shí)間和空間限制自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)時(shí)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性，取得最佳的學(xué)習(xí)效果。輔助教學(xué)軟件的應(yīng)用是傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式的有益補(bǔ)充，對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力有重要的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)：
