導(dǎo)語：如何才能寫好一篇流體力學(xué)的現(xiàn)象，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；教學(xué)研究；改革探索

作者簡介：李小川（1976-），男，河南焦作人，揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，講師；田萌（1977-），女，陜西安康人，揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，講師。（江蘇?揚州?225127）

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、運動規(guī)律及其實際工程應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，是力學(xué)的一個重要的分支學(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)”課程的評價是“難學(xué)”。為何會有這樣的評價，通過分析發(fā)現(xiàn)，存在幾個方面的原因。

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)”兩個方面的內(nèi)容，忽視任何一個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)行實驗指導(dǎo)和應(yīng)用于工程實踐的基礎(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)展不能做到及時更新，教學(xué)內(nèi)容與實際應(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，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)置有這樣一個特點：課程增加，課時壓縮，總學(xué)分保持不變?！肮こ塘黧w力學(xué)”課程理論課學(xué)時從64壓縮到48學(xué)時，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)?！案≡辍笔钱?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)新時代的要求為目的；加強教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革，提高“教”的質(zhì)量；加強課程的應(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)；加強課程教學(xué)評價與考核體系改革，引入全程教學(xué)評價與考核機制。[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。

1.教學(xué)方法的探索與實踐

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論文關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；教學(xué)研究；改革探索

“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、運動規(guī)律及其實際工程應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，是力學(xué)的一個重要的分支學(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)”課程的評價是“難學(xué)”。為何會有這樣的評價，通過分析發(fā)現(xiàn)，存在幾個方面的原因。

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)好本課程的一個很重要的方面。

2.教師與學(xué)生

“教學(xué)”包括“教”與“學(xué)”兩個方面的內(nèi)容，忽視任何一個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)行實驗指導(dǎo)和應(yīng)用于工程實踐的基礎(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)展不能做到及時更新，教學(xué)內(nèi)容與實際應(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)?？吹竭@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，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。

本專業(yè)本科生新的培養(yǎng)方案中課程設(shè)置有這樣一個特點：課程增加，課時壓縮，總學(xué)分保持不變?！肮こ塘黧w力學(xué)”課程理論課學(xué)時從64壓縮到48學(xué)時，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)?！案≡辍笔钱?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)新時代的要求為目的；加強教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革，提高“教”的質(zhì)量；加強課程的應(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)；加強課程教學(xué)評價與考核體系改革，引入全程教學(xué)評價與考核機制。

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。

1.教學(xué)方法的探索與實踐

（1）俗話說“良好的開端是成功的一半”，第一堂課的重要性也就不言而喻了。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的直接原動力，能否在開始就激發(fā)學(xué)生對“工程流體力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣是學(xué)好本課程的關(guān)鍵。運用多媒體技術(shù)，通過生動的視頻和動畫向?qū)W生展示生活中隨處可見的流體力學(xué)現(xiàn)象。如，男孩子喜歡足球、乒乓球的比較多，可以用“香蕉球”和“弧圈球”現(xiàn)象的流體力學(xué)解釋來吸引他們的注意力，還有其他的現(xiàn)象如高爾夫球表面的凹坑設(shè)計依據(jù)，飛機機翼能夠產(chǎn)生巨大升力，跑車外形設(shè)計成流線型又是什么道理等等。此外我國正在實施的“南水北調(diào)”工程同樣涉及很多流體力學(xué)相關(guān)知識，以上這些事例都是學(xué)生所非常熟悉而又在學(xué)習(xí)之前無法用理論來解釋的現(xiàn)象，很容易引起學(xué)生的注意力和想要探索的興趣。

（2）合理使用多媒體。在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，采用多媒體有利于學(xué)生對流動現(xiàn)象的感性認(rèn)識，加深對概念的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。但是，采用過多或華麗的多媒體也會產(chǎn)生一些負(fù)面作用，如多媒體教學(xué)替代板書節(jié)約了時間，增加了授課容量，但相應(yīng)的講課速度也就比較快，學(xué)生不易吸收和消化，容易造成學(xué)生“跟不上”進(jìn)度，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此，傳統(tǒng)板書與多媒體有機結(jié)合的教學(xué)方式可以充分利用各自的優(yōu)點，達(dá)到最佳教學(xué)效果。當(dāng)然，不同教學(xué)方式之間的比例分配的“度”是需要關(guān)注的問題。

2.教學(xué)內(nèi)容的選擇

“工程流體力學(xué)”課程是機械、能源、化工、動力、建筑、生物、航天等專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，這些專業(yè)具有不同的特點，對流體力學(xué)知識需求的側(cè)重點也不同。因此，教材的選取要有針對性，即根據(jù)本專業(yè)特點和要求、學(xué)生層次來選擇教材。此外，教師要能夠跟蹤掌握現(xiàn)階段流體力學(xué)最新的發(fā)展方向與研究成果，不斷更新和補充教學(xué)內(nèi)容，做到課程內(nèi)容的與時俱進(jìn)。

3.重視實驗教學(xué)

實驗教學(xué)是“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)必不可少的組成部分，屬于實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過實驗對理論進(jìn)行驗證，從而加深對課程基本概念和理論的理解和掌握。在基礎(chǔ)實驗外增加設(shè)計性實驗、建立開放性實驗室，鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

4.課程評價與考核體系

對于“工程流體力學(xué)”課程來說，學(xué)習(xí)要達(dá)到的目的是學(xué)生運用所學(xué)知識對實際工程問題的進(jìn)行分析和解決的能力，而不是對課本理論知識和大量復(fù)雜公式的記憶能力。因此建立合理、公正、客觀的課程評價與考核體系非常重要。針對學(xué)生普遍存在的平時不努力、考前幾天突擊考試的現(xiàn)象，摒棄“一考定成績”的考核方式，采用靈活的、全程考核方式取得了很好的教學(xué)效果。具體做法是：提高平時成績所占最終成績權(quán)重，包括出勤率、課堂互動和討論、小測試、作業(yè)質(zhì)量等平時學(xué)習(xí)各方面的表現(xiàn)；期末考試成績權(quán)重減少，采用閉卷方式，但考題中所涉及的公式、圖表等會在試卷中集中給出，并增加一些干擾公式進(jìn)去，既避免了學(xué)生花大量時間去記憶毫無規(guī)律可言、而又易忘的經(jīng)驗公式，同時也達(dá)到了考核學(xué)生選取基本理論和公式去分析、解決實際問題的能力，實現(xiàn)了教學(xué)目的。

篇3

Abstract： Hydromechanics is a course combining theory with practice and has abstract concept. The traditional teaching method is difficult to achieve good teaching effect. Based on the practice and exploration in the teaching process of Hydromechanics， this paper proposes some suggestions and measures for the teaching reform.

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；過程裝備與控制；教學(xué)改革

Key words： Hydromechanics；process equipment and control；teaching reform

0 引言

《流體力學(xué)》課程主要描述自然環(huán)境中的流體運動的一般規(guī)律及特定條件下流動機理。其內(nèi)容涉及基本概念的理解、公式推導(dǎo)、計算方法等。考慮到大二學(xué)生尚未接觸實際工程問題，因此教學(xué)雙方對流體力學(xué)的學(xué)習(xí)過程均存在困惑。本文針對流體力學(xué)課程的特點及教學(xué)過程中遇見的問題，對《流體力學(xué)》教學(xué)改革進(jìn)行相關(guān)探索，總結(jié)教學(xué)過程中積累的經(jīng)驗，提出相應(yīng)改進(jìn)方案。

1 合理運用現(xiàn)代化教學(xué)手段與技術(shù)

首先，以《流體力學(xué)》教材中所采用的大量流場圖片為例，對流場理解的正確與否決定其學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣與積極性，傳統(tǒng)的教學(xué)方法多采用授課教師手繪流線等方法來說明流體的流動過程，在講解的過程中，由于流場僅僅是枯燥的曲線靜態(tài)分布，無法有效吸引學(xué)生注意力，使學(xué)生對流動機理有進(jìn)一步深刻認(rèn)識和理解，從而降低教師的教學(xué)效率和教學(xué)效果。

在《流體力學(xué)》教學(xué)中采用多媒體課件，通過制作一些流體運動的Flash動畫演示把流動的特性形象地展示在學(xué)生眼前，表現(xiàn)形式相對新穎、活潑、再加上圖文并茂的效果，使學(xué)生可以直觀地觀察有趣的物理流體現(xiàn)象，通過這一環(huán)節(jié)的改進(jìn)，可以主動改變沉悶的教學(xué)過程，創(chuàng)造出生動活潑的教學(xué)場景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

其次，《流體力學(xué)》教材中涉及了大量的基本概念、假設(shè)、原理及公式推導(dǎo)等，據(jù)統(tǒng)計大量公式的推導(dǎo)過程占據(jù)板書時間的較大比例，這有可能造成教師無法在有效課時完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，降低教學(xué)效率。在《流體力學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用PPT多媒體技術(shù)，復(fù)雜繁瑣的公式推導(dǎo)可以較形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，對學(xué)生理解公式有較大好處。一旦形成這樣的教學(xué)場景，那么在規(guī)定的課堂時間內(nèi)必將可以細(xì)致透徹地完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

靈活采用各種PPT制作技術(shù)在一定程度上可以避免“多媒體”變成“單媒體”，在《流體力學(xué)》教學(xué)中對多媒體的使用多集中于流體運動學(xué)與動力學(xué)基礎(chǔ)、圓管流動、薄厚壁孔口出流、縫隙流動及氣體動力學(xué)基礎(chǔ)等。

此外，考慮到多媒體教學(xué)蘊含的信息較大，合理分配PPT播放時間對教師的課堂教學(xué)掌控能力是一個挑戰(zhàn)。如果“整個教學(xué)過程從頭到尾充斥著大量復(fù)雜的信息、不停轉(zhuǎn)動的畫面，而沒有充分考慮學(xué)生的思維水平和思維速度，像電視或電影畫面那樣一閃而過，不斷向?qū)W生灌輸，這樣的‘填鴨’式教學(xué)形式會引起學(xué)生的‘消化不良’，扼殺了學(xué)生創(chuàng)作的機會”。

2 建立新的教學(xué)手段模型，提高考試成績

本文所建立的教學(xué)模型如圖1所示，為提高教學(xué)效果及學(xué)生考試成績，采用立體式的教學(xué)手段。該模型包括以下四項內(nèi)容：情景式啟發(fā)，多媒體技術(shù)，工程實例講解，動態(tài)視頻輔助。

情景式啟發(fā)屬于現(xiàn)代教學(xué)論范疇，創(chuàng)造一定的“休閑、放松、特色”的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過營造啟發(fā)式學(xué)習(xí)的氛圍，讓學(xué)生獲得更加美好的學(xué)習(xí)體驗。這種方式能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)需要能夠產(chǎn)生有效的激勵作用。

工程實例講解是以學(xué)生常見的工程問題作為引入點，但同時大部分同學(xué)對該類問題理解不深或是出現(xiàn)偏頗。結(jié)合該類問題，解釋其中所蘊含的流體力學(xué)定理，加深學(xué)生對該問題及相關(guān)定理的認(rèn)識，無疑有利于學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)。

動態(tài)視頻輔助是一些在實際生活中難以見到，但又屬于流體力學(xué)理論范圍的現(xiàn)象再現(xiàn)，通過這些視頻可以加深學(xué)生對流體力學(xué)相關(guān)理論的理解。

最后可以發(fā)現(xiàn)：采用先進(jìn)教學(xué)手段的班級，無論是考試的優(yōu)良率還是平均分?jǐn)?shù)均比采用傳統(tǒng)教學(xué)方法講解的班級高出約15%左右，從而達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

3 重組教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整知識布局

根據(jù)《流體力學(xué)》課程的教學(xué)大綱，借鑒國內(nèi)外對本課程改革的成果，按照當(dāng)前教學(xué)改革發(fā)展的要求對教材內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以流體的流動為主線，將相關(guān)內(nèi)容有機地融合在一起最終形成能夠相互促進(jìn)的教學(xué)模式，如圖2所示。

課程體系分為三個部分：第一部分是不動的液體，主要講述流體基本概念與流體靜力學(xué)內(nèi)容；第二部分是運動的液體，使學(xué)生掌握流體運動學(xué)及動力學(xué)規(guī)律，對簡單的管道流動及縫隙流動有定性及定量的認(rèn)識；第三部分是運動的氣體，可以把這章內(nèi)容采用視頻播放加師生互動方式講解，來培養(yǎng)學(xué)生獨立自學(xué)的能力。

4 加強實踐教學(xué)，提高學(xué)生認(rèn)知能力

《流體力學(xué)》實驗是學(xué)生職業(yè)技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，因為它的實驗課題是以流體運動為背景的，如畢托管測速實驗，雷諾實驗等典型實驗。通過選取典型的實驗現(xiàn)象給學(xué)生展示實驗結(jié)果，加深學(xué)生對流動原理、流場結(jié)構(gòu)特點等信息的了解。同時教師在指導(dǎo)流體力學(xué)實驗過程中可對部分操作手段進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，也可設(shè)計并提出一些新的實驗內(nèi)容。合理利用已有條件培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力，做到學(xué)以致用。

5 結(jié)束語

《流體力學(xué)》教學(xué)改革是一項艱巨、長期的工作，本文從合理運用現(xiàn)代化教學(xué)手段與技術(shù)，建立新的教學(xué)手段模型，提高考試成績，重組教學(xué)內(nèi)容調(diào)整知識布局、加強實踐教學(xué)，提高學(xué)生認(rèn)知能力等三個方面論述了相關(guān)經(jīng)驗和具體的實施手段。雖然在一些方面探索出若干經(jīng)驗并取得了一定的效果，但還相對薄弱。改進(jìn)教學(xué)手段，引入多種教學(xué)方法，因材施教等均可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)和接受能力，為以后學(xué)習(xí)專業(yè)課及工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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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(xiàn)標(biāo)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?！保┉h(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(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(jìn)行詳細(xì)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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(biāo)系的選擇。如果選擇慣性坐標(biāo)系，則慣性力肯定不存在；如果選擇非慣性坐標(biāo)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(biāo)系，根據(jù)達(dá)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(biāo)系為慣性坐標(biāo)系。如果將其推廣到非慣性坐標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(zhǔn)則里的牛頓一般相似原理和單項力相似準(zhǔn)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(biāo)。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(zhǔn)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(rèn)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(jìn)行計算，該理論通過將湍流脈動與理想氣體自由程理論進(jìn)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(jìn)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。

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篇5

關(guān)鍵詞：計算流體力學(xué)；求解；基本原理；化學(xué)工程；應(yīng)用

化學(xué)工程在我國具有較長的研究與應(yīng)用歷程，并在實際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應(yīng)用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時根據(jù)新材料的開發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學(xué)工程中，較多的反映環(huán)境和反應(yīng)機制都是在溶液中進(jìn)行的，具有質(zhì)量守恒和熱量守恒定律的應(yīng)用。而這種質(zhì)量與能量的關(guān)系正是計算流體力學(xué)的主要原理。通過對實際應(yīng)用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設(shè)計和工藝改進(jìn)，提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率。

1計算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的基本原理

計算流體力學(xué)簡稱CFD，是通過數(shù)值計算方法來求解化工中幾何形狀空間內(nèi)的動量、熱量、質(zhì)量方程等流動主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領(lǐng)域中各種流體的流動現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學(xué)方程式中的動量守恒定律、能量守恒定律及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)。一般情況下，計算流體力學(xué)的數(shù)值計算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法，其也是一門多門學(xué)科交叉的科目，計算流體力學(xué)不僅要掌握流體力學(xué)的知識，也要掌握計算幾何學(xué)和數(shù)值分析等學(xué)科知識，其涉及面廣。針對計算流體力學(xué)的真實模擬，其主要目的是對流體流動進(jìn)行預(yù)測，以獲得流體流動的信息，從而有效控制化工領(lǐng)域中的流體流動。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場上也出現(xiàn)了計算流體力學(xué)軟件，其具有對流場進(jìn)行分析、計算、預(yù)測的功能，計算流體力學(xué)軟件操作簡單，界面直觀形象，有利于化學(xué)工程師對流體進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。

2計算流體力學(xué)砸你化學(xué)工程中的實際應(yīng)用

2.1在攪拌中的應(yīng)用分析

在攪拌的化學(xué)反應(yīng)中，反映介質(zhì)之間的流動性比較復(fù)雜，依據(jù)傳統(tǒng)的計算形式根本無法解決，并在化學(xué)試劑在攪拌中存在不均勻擴散的特點，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點。若是依據(jù)實驗手段測得反映中物質(zhì)、能量和質(zhì)量的變化規(guī)律，其得出的結(jié)構(gòu)往往存在較差時效性，實驗騙差加大。通過對二維計算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠?qū)嚢柚辛黧w的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行質(zhì)量、能量等數(shù)據(jù)的驗證。但是流體的變化，不僅與化學(xué)試劑的濃度、減半速度有關(guān)，還與時間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系，需要建立三維空間模擬形式進(jìn)行計算流行力學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)和研究水平的提高，在通過借助多普勒激光測速儀后，已經(jīng)對三維計算形式有了較大的突破，這對于化工工程中原料的有效應(yīng)用和工程成本的減低具有促進(jìn)的作用，但是在三維計算流體力學(xué)中還存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不斷的完善。

2.2CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析

換熱器是化學(xué)工程中主要的應(yīng)用設(shè)備，通過管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應(yīng)用，能夠有效的控制化學(xué)試劑在反應(yīng)中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同，計算流體力學(xué)的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過流體湍流速度的改變，增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過加大流體的接觸面積，提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中，熱量交換的形式更為復(fù)雜，但是卻群在重復(fù)性換熱的特點，增加了換熱的時間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計算流量力學(xué)中，需要對溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時間變化進(jìn)行分析。通過CFD計算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠計算出不同設(shè)備的熱交換效果，并根據(jù)生產(chǎn)的實際需求進(jìn)行換熱器的選擇使用。

2.3在精餾塔中的應(yīng)用

CFD已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動和傳質(zhì)的重要工具,通過CFD模擬可獲得塔內(nèi)氣液兩相微觀的流動狀況。在板式塔板上的氣液傳質(zhì)方面,Vi-tankar等應(yīng)用低雷諾數(shù)的k-ε模型對鼓泡塔反應(yīng)器的持液量和速度分布進(jìn)行了模擬,在塔氣相負(fù)荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結(jié)果和現(xiàn)實的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎(chǔ),充分考慮了塔壁對塔內(nèi)流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計算了矩形鼓泡塔內(nèi)氣液相的分散性能,以及氣泡數(shù)量、大小和氣相速度之間的關(guān)系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內(nèi)典型微型單元(REU)的流體力學(xué)性質(zhì)來預(yù)測整塔的流體力學(xué)性質(zhì)的方法,對每一個單元用FLUENT進(jìn)行了模擬計算,發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的主要能量損失來自于填料內(nèi)的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預(yù)測了整塔的壓降。Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質(zhì)相關(guān),因此用CFD模擬計算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動產(chǎn)生的壓降,為改進(jìn)填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內(nèi)流體流動也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動的結(jié)果與實驗值還有一定的偏差。這是由于對于許多問題所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型還不夠精確,還需要加強流體力學(xué)的理論分析和實驗研究。

2.4CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究

在化學(xué)反應(yīng)工程中，反應(yīng)物和生成物的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實際的反應(yīng)中可以利用計算流體力學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。但是這數(shù)據(jù)的獲取具有一定的溫度限制，當(dāng)反應(yīng)中溫度過大，就會造成分子的劇烈運動，其運動軌跡的變化規(guī)律就會異常，在利用計算流體力學(xué)的模型計算中，計算數(shù)據(jù)與實際情況會發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運動軌跡和運動速度難以獲取，在計算流體力學(xué)的實際計算中，就要借助FLUENT進(jìn)行三維建型，并利用測速反應(yīng)器進(jìn)行速度的測量，通過綜合的比較分析，利用限元法進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算?？梢缘贸霾煌h(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預(yù)測反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場，可以更進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過程，詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。

結(jié)束語

計算流體力學(xué)對于化學(xué)工程的應(yīng)用具有實際意義，并在經(jīng)濟(jì)效益的提高上具有重要的價值，在近幾年，化學(xué)工程技術(shù)人員不斷的計算流體力學(xué)中展開研究，以二維空間計算和模擬為基礎(chǔ)，不斷的完善三維空間的流量計算，并得出了一系列的流體流動規(guī)律。根據(jù)計算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的廣泛應(yīng)用，在今后的化學(xué)工程發(fā)展中，應(yīng)加強此類學(xué)科的教學(xué)與延伸，提供出更有效的反應(yīng)設(shè)備和工藝操作。

參考文獻(xiàn)

[1]余金偉,馮曉鋒.計算流體力學(xué)發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2013(06).

篇6

【關(guān)鍵詞】工程流體力學(xué) 教學(xué)改革 探討

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674－4810（2012）14－0056－02

工程流體力學(xué)主要研究的是流體靜止和運動的力學(xué)規(guī)律及其在工程技術(shù)中的應(yīng)用的學(xué)科，是熱能與動力工程專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課提供了必備的基礎(chǔ)理論知識，也為從事熱能利用有關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)技術(shù)工作和科學(xué)研究工作提供重要的理論基礎(chǔ)。工程流體力學(xué)課程在理工科教學(xué)體系中具有重要地位，教師難教、學(xué)生難學(xué)已成為師生的共識。因此，新形勢下積極思考和探索工程流體力學(xué)教學(xué)改革方法對改善課程的教學(xué)效果、提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。

一 工程流體力學(xué)“教與學(xué)”問題調(diào)研

通過對揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)和建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)本科二年級的學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，從課程本身的特點、教師教和學(xué)生學(xué)的方面存在的問題及其對教學(xué)質(zhì)量的影響進(jìn)行了調(diào)查和探討。

1．課程本身所具有的特點

工程流體力學(xué)課程包括理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩方面的內(nèi)容，課程涉及的知識面比較廣泛，尤其對學(xué)生掌握經(jīng)典力學(xué)和高等數(shù)學(xué)的要求較高。此外，工程流體力學(xué)課程本身研究對象是流體，研究對象不具有固定的形狀、研究理論比較抽象、經(jīng)驗公式繁多且推導(dǎo)過程復(fù)雜不易理解。以上特點導(dǎo)致了工程流體力學(xué)課程教師難教、學(xué)生難學(xué)，教學(xué)效果不理想，并對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)造成了不良影響。

2．學(xué)生“學(xué)”存在的問題

大學(xué)二年級的本科學(xué)生屬于“90后”，獨生子女占絕大多數(shù)，具有這一代孩子的共同特點，即個性張揚、自我意識很強、不太考慮別人，普遍缺乏基本的責(zé)任意識和責(zé)任感。他們在學(xué)習(xí)上表現(xiàn)出以下幾方面特點：（1）習(xí)慣了小學(xué)、中學(xué)時代的被動式學(xué)習(xí)方式，即教師教什么就學(xué)什么，課堂不講的就不學(xué)不看，缺乏一種積極的、自發(fā)的主動學(xué)習(xí)意識，不會自學(xué)，這一點是影響最大最深遠(yuǎn)的方面；（2）大學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境相對于中學(xué)來說自由了很多，學(xué)生自主支配的時間占多數(shù)，沒有教師和家長的督促，學(xué)生的自制力不強，玩、逃課的現(xiàn)象嚴(yán)重；（3）課前不能提前預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，對于大學(xué)課堂授課知識量大的特點，學(xué)生跟不上教師的思路，容易造成聽不懂、學(xué)不會的結(jié)果；（4）課下不認(rèn)真復(fù)習(xí)當(dāng)天學(xué)習(xí)內(nèi)容，作業(yè)普遍存在抄襲現(xiàn)象。

3．教師“教”存在的問題

在當(dāng)前大形勢的影響下，教學(xué)考核制度“重科研，輕教學(xué)”的思想對教師的教學(xué)積極性具有很大影響。教師不能根據(jù)當(dāng)今大學(xué)生的特點進(jìn)行教學(xué)、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是造成教學(xué)效果不理想的主要原因，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）教師上課自己沉浸于“講”課的過程中，單方面向?qū)W生“傳授”知識，而不顧及學(xué)生“聽”課的感受，忽視了教學(xué)過程中“教”與“學(xué)”之間的互動性。

這種教學(xué)方式造成的更大危害是逐漸使學(xué)生徹底喪失了學(xué)習(xí)的主動性和與教師交流的動力。在這種情況下，教師無法得到學(xué)生反饋的信息，進(jìn)一步影響了教學(xué)水平的提高。（2）教學(xué)內(nèi)容老舊，講課內(nèi)容局限于教材本身，沒有或很少對課本知識進(jìn)行擴展、結(jié)合現(xiàn)實生活中的實際現(xiàn)象進(jìn)行舉例說明，理論與實際脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生不知道學(xué)習(xí)本門課程能夠解決什么問題和如何解決問題的疑問。（3）過于依賴多媒體課件授課，板書很少，或者幾乎就摒棄了板書。此外，課件的制作質(zhì)量不高也是造成教學(xué)效果不理想的一個方面。

二 教學(xué)改革的思考與建議

1．教材方面的思考與建議

工程流體力學(xué)課程教材的選取要根據(jù)本專業(yè)特點和要求、學(xué)生的層次，有針對性地選擇教材。所以，選取的教材在內(nèi)容組織上重點應(yīng)側(cè)重于基本原理、基本方法和基本公式的運用，力圖做到概念準(zhǔn)確、通俗易懂、內(nèi)容均衡、學(xué)以致用。此外，任課教師根據(jù)科學(xué)的發(fā)展能夠及時更新和補充最新的學(xué)科前沿知識，拓寬學(xué)生的知識面，啟發(fā)和增強學(xué)生對本課程知識的理解，以及思考的興趣。

2．興趣是重要的前提

愛因斯坦說過，興趣是最好的老師。而老師則是點燃學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的火炬。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是關(guān)鍵。因此，在工程流體力學(xué)教學(xué)過程中，如何將教學(xué)內(nèi)容與實際緊密聯(lián)系起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是提升教學(xué)效果的重要措施之一。通過視頻、動畫向?qū)W生展示自然界和人類生活密切相關(guān)的流體力學(xué)現(xiàn)象。如高爾夫球運動中，球體表面設(shè)計如此多的凹坑是為了起到什么作用；從汽車的發(fā)展歷史看，車輛形狀發(fā)生了很大的變化而其外形設(shè)計依據(jù)是什么；飛機的機翼能夠產(chǎn)生升力托起沉重的機身，原理是什么等；以此來增強學(xué)生對流動現(xiàn)象的感性認(rèn)識。通過在日常生活中可以直接看到或者感受到的現(xiàn)象的直觀展示，學(xué)生可以知道本課程可以解決哪些實際問題，帶著疑問和興趣去學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，相應(yīng)的學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性就被充分調(diào)動起來了。

3．“教”的改革實踐

篇7

[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(dá)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(yán)謹(jǐn)?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(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(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(xì)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(dá)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(jìn)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(yuǎn)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(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(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(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(rèn)識開始，逐步上升到理性認(rèn)識，進(jìn)而能夠達(dá)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(tuán)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(jìn)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(tuán)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(dá)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(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(xiàn)] 

[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． 

篇8

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；課程建設(shè)；創(chuàng)新能力

作者簡介：李偉鋒（1976-），男，湖北麻城人，華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，副教授；劉海峰（1971-），男，山東文登人，華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，教授。（上海 200237）

基金項目：本文系2011年華東理工大學(xué)本科教育教學(xué)改革重點項目、華東理工大學(xué)《流體力學(xué)》精品課程建設(shè)項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）13-0103-02

“為什么我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才？”這就是著名的“錢學(xué)森之問”?！板X學(xué)森之問”是關(guān)于中國教育事業(yè)發(fā)展的一道艱深命題，需要整個教育界乃至社會各界共同破解。錢老的話一針見血，既對我國高校人才培養(yǎng)中存在的創(chuàng)新性不足問題提出了尖銳批評，又對改革高校人才培養(yǎng)模式提出了殷切希望。[1]

為此，在黨的十報告中明確提出實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，指出科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。那么我國大學(xué)生的創(chuàng)新能力相對歐美發(fā)達(dá)國家為何比較薄弱？相比較而言，中國式教育比較注重學(xué)生掌握的“知識量”和解題能力，歐美發(fā)達(dá)國家教育更注重學(xué)生的獨立思維和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力；中國教育側(cè)重于知識獲取和掌握，歐美發(fā)達(dá)國家教育側(cè)重于創(chuàng)新能力培養(yǎng)。這種教育的結(jié)果導(dǎo)致中國學(xué)生的知識量大、解題能力強，弱點在于不善于“質(zhì)疑”和“提問”，直接導(dǎo)致科技創(chuàng)新能力較差。這個問題的解決除了需要改革高等教育制度之外，也需要每個高校教育工作者共同去面對。

本文以華東理工大學(xué)“流體力學(xué)”課程建設(shè)為例，拋磚引玉，介紹如何通過課程改革，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。就“流體力學(xué)”課程而言，基本任務(wù)和要求是老師完成知識的講授，學(xué)生完成聽講、作業(yè)及考試。但是，這些要求對創(chuàng)新能力培養(yǎng)而言還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為此對華東理工大學(xué)“流體力學(xué)”課程的授課內(nèi)容、授課方式以及創(chuàng)新實踐進(jìn)行了改革和探索。

一、確立以人為本的教學(xué)改革思路

在我國古書中最早明確提出“以人為本”的是春秋時期齊國名相管仲。到了近現(xiàn)代，“以人為本思想”在國家執(zhí)政方略和企業(yè)管理等方面有了新內(nèi)涵和新發(fā)展。高等教育在教學(xué)上是以人為本，還是以知識為本？傳統(tǒng)的大學(xué)教育模式，忽視引導(dǎo)學(xué)生探索新的知識，忽視對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新教育；以教師為中心，沒有充分調(diào)動學(xué)生的積極性。我國目前仍有相當(dāng)多的大學(xué)采用的是“我在上面講，你在下面記”的教學(xué)方式，這沒有把學(xué)生作為主體。因此課程改革的基本指導(dǎo)思想是要把以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，教師是大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主導(dǎo)者，而大學(xué)生則是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主體。[2]

具體到“流體力學(xué)”課程內(nèi)容的改革，以人為本的思想表現(xiàn)為教師設(shè)身處地為學(xué)生著想：當(dāng)今大學(xué)生需要什么樣的知識和能力？華東理工大學(xué)（以下簡稱“我?！保崮芄こ虒I(yè)的本科生，將來一部分成為熱能工程領(lǐng)域的工程師，一部分會進(jìn)一步深造讀研或者攻博，成為科研工作者。對于這兩種學(xué)生，除了強化理論知識的學(xué)習(xí)和掌握之外，前者渴望了解流體力學(xué)在工程實踐中是如何應(yīng)用的，如何讓書本上的流體力學(xué)知識成為將來工作中的工具和技能；后者渴望獲取流體力學(xué)的科學(xué)研究思路及方法，如何利用現(xiàn)有的流體力學(xué)知識開展創(chuàng)新性的科學(xué)研究等。為了解決學(xué)生的需求，依托我校煤氣化及能源化工教育部重點實驗室的科研優(yōu)勢，對“流體力學(xué)”課程的授課內(nèi)容進(jìn)行了改革。授課過程中，除了基本的三大守恒定律（質(zhì)量、動量和能量）以及納維斯托克斯方程的講解外，還著重對流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用和科學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行補充講解。比如，我們加大了對流體力學(xué)的發(fā)展歷史和最新進(jìn)展的講解，讓學(xué)生了解流體力學(xué)學(xué)科中哪些已解決，哪些尚未解決，困難在哪里？哪些老問題有了新進(jìn)展和新思維？在理論性比較強的部分，通過展示本團(tuán)隊在流體力學(xué)方面的研究成果，讓學(xué)生了解流體力學(xué)科學(xué)研究的基本方法和基本思路，引導(dǎo)學(xué)生參與科研和投身科學(xué)；在實踐性比較強的部分，通過展示本團(tuán)隊在技術(shù)開發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓建設(shè)的工業(yè)裝置上各個環(huán)節(jié)中流體力學(xué)知識是如何應(yīng)用的，讓學(xué)生獲得直觀的感受，為他們將來走上工作崗位打下基礎(chǔ)。通過這些教學(xué)內(nèi)容的改革，學(xué)生普遍反映課程容量大、學(xué)有所用。

二、引入探究型授課方式

我國以往的教育體制在一個很長的時間里把人才培養(yǎng)的重點放到知識記憶和應(yīng)試能力上，學(xué)生對知識被動地接受或吸收，因而學(xué)生的創(chuàng)新能力沒有得到有效的培養(yǎng)和鍛煉。因此，我國高等教育的重點應(yīng)該放在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識上，大學(xué)教師在教授已有知識的同時，必須把創(chuàng)新理念傳達(dá)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)新。[3]在“流體力學(xué)”課程授課方式的改革中，重點在以下三個方面對學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行了引導(dǎo)和培養(yǎng)。

1.從教師提問轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生提問

課堂提問是教師檢驗學(xué)生對講課接受程度的一個有效手段，能強迫學(xué)生集中精力進(jìn)行思考，但是對學(xué)生來說是被動的。我們在授課中，鼓勵學(xué)生課堂提問和課間提問，也鼓勵學(xué)生課后采用電話、短信和郵件進(jìn)行提問。提問的內(nèi)容可以是任何和流體力學(xué)相關(guān)的，對于這些提問，我們都給予詳細(xì)的解答。特別需要注意的是，對于學(xué)生的原創(chuàng)思維，哪怕是很幼稚或者明顯是錯誤的，教師也要予以肯定并進(jìn)行委婉的引導(dǎo)。

2.引導(dǎo)發(fā)散性思維

“流體力學(xué)”課程的講授中，注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科交叉和發(fā)散性思維，鼓勵學(xué)生運用流體力學(xué)的基本知識思考身邊的自然現(xiàn)象，比如河流、龍卷風(fēng)、泥石流、沙塵暴和海嘯等，引導(dǎo)學(xué)生思考生物體內(nèi)的生物流體力學(xué)現(xiàn)象等。在講授流體尾流知識時，引導(dǎo)學(xué)生思考汽車、火車和飛機運動時的阻力形成的原因以及減小阻力的措施；在講到流體輸送機械和流體阻力時，從微觀角度引導(dǎo)學(xué)生思考我們身體內(nèi)血液和細(xì)胞液的輸送和流動；從宏觀角度引導(dǎo)學(xué)生思考自來水輸水管網(wǎng)的鋪設(shè)方式和阻力分布特點，進(jìn)而讓大家思考我國正在實施的“西氣東輸”和“南水北調(diào)”等大工程的技術(shù)特點和難點。通過諸如此類的引導(dǎo)，學(xué)生深刻領(lǐng)會到流體力學(xué)知識不光是書本上枯燥的公式和推導(dǎo)，而是和自己的身體、生活、生產(chǎn)實踐以及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)的。這些發(fā)散思維的引導(dǎo)，拓展了學(xué)生的視野，激發(fā)了他們學(xué)習(xí)和投身科研的熱情。

3.引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑

大學(xué)生們思維方式中一個最大的問題就是對任何知識都喜歡抱著“非此即彼，非對即錯”以及“教科書中的知識就是真理”的觀念。殊不知，這些觀念是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的大敵，科技創(chuàng)新需要一股質(zhì)疑知識、質(zhì)疑權(quán)威的觀念和勇氣。因此，在授課過程中，我們告訴學(xué)生有些流體力學(xué)知識也是不完善的，也在不斷發(fā)展和完善之中，需要包括在座的各位同學(xué)在內(nèi)的眾多科研工作者去繼承、去發(fā)展、去完善。比如，流體力學(xué)中的湍流是公認(rèn)的世界級難題，在現(xiàn)階段還沒有完善的公式和理論，但是近年來在不斷發(fā)展和完善，通過這種存疑方式的教學(xué)，來引導(dǎo)學(xué)生挑戰(zhàn)權(quán)威和經(jīng)典的意識和勇氣。

三、全面實施創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)

提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力，創(chuàng)新實踐是重要的一環(huán)，是創(chuàng)新能力培養(yǎng)從理論走向?qū)嵺`的關(guān)鍵。為了提高大學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，我校每年開展各種級別（校級、上海市級和國家級）大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃項目，并進(jìn)行一定的經(jīng)費資助和跟蹤管理。為此，我們每年開展多項流體力學(xué)相關(guān)的各種級別的大學(xué)生創(chuàng)新實驗課題。這些課題分成兩種類型，一種是修完“流體力學(xué)”的學(xué)生根據(jù)興趣，通過查閱相關(guān)資料后自擬的課題；另一類是教師從承擔(dān)的各種科研項目中挑選流體力學(xué)相關(guān)的小課題來供學(xué)生進(jìn)行雙向選擇。在整個項目的實施過程中，從資料的查閱到課題的立項，從項目組成員的組建到經(jīng)費的管理，從實驗裝置的搭建、實施到數(shù)據(jù)處理，從撰寫創(chuàng)新實踐論文到項目檢查和答辯，都是由學(xué)生來實施完成的，教師只起到指導(dǎo)和協(xié)助的作用。學(xué)校在項目的執(zhí)行過程中，主要起到監(jiān)督和管理的作用，比如項目的立項答辯和篩選、中期檢查和結(jié)題驗收答辯以及經(jīng)費使用的監(jiān)督等。在項目立項、中期檢查和結(jié)題驗收幾個環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的淘汰制，防止有的學(xué)生走過場、片面追求創(chuàng)新學(xué)分而不注重實效。通過實施這些創(chuàng)新實驗項目，學(xué)生鞏固了書本知識，更重要的是完成教學(xué)和科研的互動以及理論和實踐的結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，創(chuàng)新能力得到了較大提高。

四、結(jié)語

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是擺在教育工作者面前的一項刻不容緩的系統(tǒng)工程，需要努力探索新的思路和舉措。在課程建設(shè)中，應(yīng)貫徹學(xué)生是主體、教師是主導(dǎo)的教育思想，樹立知識、能力和創(chuàng)新三位一體的教育理念，構(gòu)建注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、實踐能力和創(chuàng)新能力的新教學(xué)模式。教學(xué)過程中，應(yīng)引入探究型學(xué)習(xí)模式，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑和提問，并使學(xué)生積極參與創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)。通過這些課程和教學(xué)方式的改革來綜合提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，以培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)我國現(xiàn)代化建設(shè)需要的具有創(chuàng)新精神、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬德秀.尋找人才培養(yǎng)模式突破 致力培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].中國高等教育，2006，（11）：19-21

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關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；計算流體力學(xué)；CFD軟件及源程序；教學(xué)研究

中圖分類號：G6420；TU 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：10052909（2015）05015404

一、工程流體力學(xué)與CFD軟件、源程序

計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）軟件通過計算機數(shù)值計算和圖像顯示后處理，對包含流體流動和有熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象作出系統(tǒng)的分析。目前，CFD 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空、航天、氣象、船舶、水利、化工、建筑、機械、汽車、海洋、體育、環(huán)境等領(lǐng)域，取得了令人矚目的成就。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天，計算技術(shù)已被引入到流體力學(xué)領(lǐng)域，使以前因計算過于復(fù)雜而影響進(jìn)一步探討的流體力學(xué)問題逐步得以解決，計算流體力學(xué)已經(jīng)成為研究流體力學(xué)的重要方法[1-3]。常用的CFD計算軟件有FLUENT 、CFX、Phoenix等。FLUENT 軟件是目前常用的一套高性能的數(shù)值軟件，是專門針對流體工程數(shù)值計算與仿真需求而開發(fā)的一種流體數(shù)值仿真軟件。

工程流體力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容主要分為流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、相似和量綱分析、管中流動、孔口出流和縫隙流動等[4]。其中，管中流動主要研究圓管中的層流及紊流、管路中的沿程阻力、管路中的局部阻力及管路計算等，涉及到一系列的概念和理論公式，學(xué)生理解起來有點枯燥、困難[4-5]。通過利用FLUENT軟件和源程序進(jìn)行數(shù)值模擬這一環(huán)節(jié)，變枯燥的理論公式計算為生動的計算機數(shù)值求解，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也使學(xué)生有了更多的感性認(rèn)識和理性認(rèn)識，增強學(xué)生解決實際問題的能力。在流體力學(xué)課程教學(xué)中， 有意識地穿插計算數(shù)學(xué)、Fortran語言編程、CFD知識，有助于學(xué)生理解流體力學(xué)公式及方程，

也可以加強學(xué)生對其他學(xué)科知識的理解和掌握，達(dá)到多學(xué)科之間的融會貫通， 觸類旁通。為此，筆者對科研成果中相關(guān)源源程序、部分開源程序和CFD 軟件在工程流體力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用做了一些探索與實踐。

二、 教學(xué)案例

（一） 圓管中的層流及紊流教學(xué)實例

在工程流體力學(xué)教學(xué)中，管中流動是主要章節(jié)的內(nèi)容，涉及的理論和公式多，不易理解。圓管流動有層流和紊流兩種流動狀況。雷諾數(shù)是判別流體流動狀態(tài)的準(zhǔn)則數(shù)。為加深學(xué)生對流速分布和壓強分布規(guī)律的理解，在教學(xué)中可安排課外作業(yè)，設(shè)置用FLUENT軟件來模擬研究三維圓管的層流和紊流流動狀況，作出驗證分析。

圖1為圓管流動入口和出口邊界截面的流速分布圖（l=2m， d=0.1m）。取流動充分發(fā)展部分，離入流邊界x/D=1.6的截面其流速分布如圖2所示?？梢钥闯隽魉傺匕霃結(jié)方向成拋物線分布，與書中理論公式相符，如式（1）所示。通過數(shù)值模擬，學(xué)生對圓管內(nèi)流動速度分布有了更深刻的認(rèn)識。

由圖3可以看出圓管內(nèi)部壓強分布從管口處向延伸方向逐漸減小，可知流速相應(yīng)增大，符合流速大、壓強小的流動定律，也符合圓管流動壓降的原理。另外從入口處的壓強分布可以看出，在圓管任何截面上，其壓強分布也不是均勻的，也有分層現(xiàn)象。＼

圖 3 圓管內(nèi)部壓強分布

圖4為圓管軸線上的速度分布。由圖可以看出，在圓管的軸上，進(jìn)口段流速分布變化較大，從進(jìn)口流速v1=0.005m/s急劇上升到最大流速umax=0.00 848m/s。層流入口段長度有經(jīng)驗公式可以算的，即

L≈0.058 dRe （2）

可算得入口段長度約為1.18m，由圖4顯示效果可以看出，流速在離入口1.1m到1.2m之間，即入口段長度約為1.1～1.2m，符合書中理論計算結(jié)果。

圖 4 圓管軸線上速度分布

圖5為圓管內(nèi)部x軸方向不同截面的流速分布，可看出流速在截面上從入口到出口的變化。水流在圓管內(nèi)部的流速分層很明顯，靠近壁面處流速接近于零。

圖 5 主流方向截面流速分布圖

圖6為圓管紊流充分發(fā)展段某一截面的流速分布圖。從圖中可以看出在紊流充分發(fā)展段，截面流速散點圖最高處幾乎為一條直線，說明圓管內(nèi)大多數(shù)流體流速趨于穩(wěn)定，而是更加平滑。紊流過流斷面的流速對數(shù)分布比層流的拋物面分布均勻得多，這在理論上符合紊流流速的對數(shù)分布律，即：

uu=1Klny+C（3）

圖6 Y方向中心軸線的流速分布

（二）管路中的沿程阻力教學(xué)實例

在流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容管中流動一章的教學(xué)實踐中，筆者利用前期研發(fā)的程序[6]設(shè)置了以半擴散角為4o、擴散度為3.92的錐形漸擴管路內(nèi)的不可壓縮流動數(shù)值模擬算例，旨在將對接科研成果的教學(xué)模式用于輔助工程流體力學(xué)課程教學(xué)實踐。已知條件：錐形漸擴管路前接管直徑為30 mm，后續(xù)管直徑為50 mm，總長度為70 mm。管內(nèi)流動介質(zhì)為空氣，進(jìn)口速度為1m/s。 網(wǎng)格模型如圖7所示。

圖7 錐形漸擴管路系統(tǒng)內(nèi)流場網(wǎng)格模型

數(shù)值計算結(jié)果如圖8所示。從圖中可清晰看出，在突然擴大段，壓力逐漸增大，表現(xiàn)擴壓效果，但中心線上的速度呈下降趨，若擴散角增大時，在漸擴段會出現(xiàn)局部回流區(qū)，這是造成局部能量損失的重要原因。

圖8 錐形漸擴管路內(nèi)壓力場

局部阻力誤差分析：對于錐形漸擴管的局部阻力，可以用包達(dá)定理的形式表示：

hζ=ku1-u222g（4）

其中，k為經(jīng)驗系數(shù)。由式可知，錐形漸擴管局部阻力損失理論計算公式為：

hz = ku1 - u2 22g = k1 - A1 A2 2×u21 2g = k1 - A2 A1 2×u22 2g（5）

其中A1為漸擴管上游橫截面積，A2為漸擴管下游橫截面積（m2），u1為漸擴管上游平均流速（理論值），u2為漸擴管下游平均流速（理論值）。A1 = πd21 4 = π×124，A2 = πd22 4 = π×224，u1=1 m/s，g=9.8m/s2 。代入（5）式得：

hζ理=0.004 305 m

實際流體的伯努利方程為[7]：

Z1 + P1 ρg + u21 2g = Z2 + P2 ρg + u22 2g + hf + hζ （6）

將仿真結(jié)果代入上式，其中Z1=Z2=0 P1=-0.03pa，P2=0.4pa，u1=1.06m/s， u2=0.58 m/s， hf=0， 得 hζ模擬=0.00 435m。誤差率為：

η=hζ模-hζ理hζ?！?00%

=0.00 435-0.004 3050.00 435×100%=1.03%

（三） 后臺階流動教學(xué)實例

為讓學(xué)生對雷諾數(shù)有更進(jìn)一步的感性認(rèn)識，利用開源CFD程序[8]可設(shè)置后臺階流動教學(xué)實例，比較不同入流Re數(shù)時臺階后渦的大小和長度，現(xiàn)選擇四種Re數(shù)工況的計算結(jié)果進(jìn)行后處理，得到如圖9所示的流線圖。從圖中可以看出，隨Re數(shù)的增加，臺階后方主渦的大小呈增大趨勢，在Re=1 000時在上方有次生渦的出現(xiàn)。

圖9 不同雷諾數(shù)下的流線圖

三、 教學(xué)實踐中的幾點體會

（一） 理論教學(xué)與數(shù)值實驗教學(xué)的合理利用

在工程流體力學(xué)理論教學(xué)時可結(jié)合數(shù)值實驗教學(xué)加以輔助，例如在管中流動一章教學(xué)時，可以用上述相關(guān)教學(xué)實例。由于在進(jìn)行課堂演示教學(xué)時，依計算機性能及不同問題的規(guī)模難易程度，數(shù)值模擬求解的時間將有不同，要掌握合理數(shù)值模擬時間。可采取讓學(xué)生安裝CFD程序及軟件，并要求學(xué)生事先自學(xué)使用方法，嘗試數(shù)值預(yù)測，預(yù)習(xí)理論知識。然后教師理論教學(xué)時對學(xué)生預(yù)測結(jié)果進(jìn)行抽樣調(diào)查分析，將理論結(jié)果與計算結(jié)果比較分析。條件許可的話，也可以通過高性能集群提交計算作業(yè)，在較短的時間內(nèi)獲得計算結(jié)果。這樣學(xué)生對復(fù)雜的理論就能有深入的認(rèn)識，同時也鍛煉了學(xué)生的科研能力。

（二）適當(dāng)安排精選案例教學(xué)

課堂教學(xué)演示案例的選取應(yīng)做到簡單且具有代表性。 案例簡單能夠減少計算機的運行時間，使教學(xué)更加緊湊；而有代表性的案例貼近生活或工程實際，則有利于提高教學(xué)趣味，開闊學(xué)生的視野。由于課堂教學(xué)時間有限，因此應(yīng)在簡單演示教學(xué)案例的基礎(chǔ)上，精心布置較為復(fù)雜的課外任務(wù)。

（三） 源程序和軟件互補

在數(shù)值模擬教學(xué)中結(jié)合利用軟件和程序。軟件不是萬能的，商用軟件所能解決的問題是已在學(xué)術(shù)界得到充分研究的問題，對于科學(xué)研究來說，自己編程是必不可少的。一方面，自編程能更好地理解CFD具體實施過程，對商用軟件的理解和使用也是有幫助的。另一方面，自編程序還可以更好地對接科研成果，用于工程流體力學(xué)課程輔助教學(xué)。

四、結(jié) 語

通過上述幾個數(shù)值模擬實例可以看出，數(shù)值模擬過程并不太難，但結(jié)果更形象直觀。借助計算機輔助手段，在工程流體力學(xué)課堂教學(xué)中，利用CFD軟件及源程序進(jìn)行數(shù)值模擬輔助理論教學(xué)， 將理論性較強的內(nèi)容形象化，可以開闊學(xué)生的視野， 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識， 加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解。此外，通過對接科研成果，用源程序進(jìn)行數(shù)值實驗教學(xué)還可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和科研能力，豐富數(shù)值實驗教學(xué)內(nèi)容。參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：流體力學(xué) 教學(xué)改革 互動啟發(fā)式教學(xué)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0030-02

近年來，作為在新的歷史時期全面推進(jìn)我國高校人才培養(yǎng)模式改革的重要舉措，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）大力開展全面建設(shè)研究型本科教育教學(xué)體系，加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，落實“創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)”的教學(xué)改革研究?！皠?chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)”由創(chuàng)新方法類課程、創(chuàng)新實踐活動組成。包括科研導(dǎo)論課、科研技能實踐、以及大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目等等。然而，大學(xué)本科生在校的大多數(shù)學(xué)習(xí)時間還是以課堂為主，如何對課堂教學(xué)進(jìn)行改革，以適應(yīng)研究型本科教育教學(xué)體系的需要，是本文探討的問題。

1 流體力學(xué)課程的指導(dǎo)思想及定位

流體力學(xué)是工程力學(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，為后續(xù)課程提供必要的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用工具。因此，牢固掌握流體力學(xué)課程的基本內(nèi)容，熟練運用該課程的基本方法，透徹理解其基本思想，是打開力學(xué)專業(yè)階段學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。對于流體力學(xué)這門課的普遍認(rèn)識是，老師們難教，學(xué)生們難學(xué)。究其原因，是因為學(xué)生在中學(xué)沒有接觸過流體方面的知識，是“懵懂無知”的狀態(tài)；而到了大學(xué)，一開始就要接觸流體的性質(zhì)、模型、運動學(xué)和動力學(xué)的概念，是“被動接受”的狀態(tài)。這對于大學(xué)生來說勢必會感覺很難，從上課聽不懂，習(xí)題不會做到上課不想聽，習(xí)題抄答案，形成惡性循環(huán)，而教師的灌輸式教學(xué)更使得這門課預(yù)期達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)難以實現(xiàn)。學(xué)生的基礎(chǔ)沒有打好，對于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)勢必產(chǎn)生不良影響。如何使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中既能獨立思考，又能積極響應(yīng)教師的互動提示，進(jìn)行有效的互動，這是提高教學(xué)效果的關(guān)鍵所在。

以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的互動式教學(xué)思想[1]在教學(xué)工作中逐步得到鞏固和落實，在教學(xué)方法的改革上取得了可喜成績。但是，要真正實現(xiàn)“教以學(xué)為本”[2]，還需要不斷在教學(xué)思想、教學(xué)方法、課堂結(jié)構(gòu)等諸多方面進(jìn)行創(chuàng)新性的探索與研究。作者近年來一直從事流體力學(xué)課程的教學(xué)工作，對如何讓學(xué)生學(xué)好這門課進(jìn)行了一定的研究。作者認(rèn)為，啟發(fā)式教學(xué)[3]對于流體力學(xué)難教、難學(xué)這一問題是一有益的解決方案。通過在課堂上與學(xué)生互動以及在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)W(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，能夠改變流體力學(xué)課堂沉悶，學(xué)生不想聽講的氛圍，同時對培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)修養(yǎng)與力學(xué)能力大有裨益。教師在教學(xué)過程中切實重視、真正確立學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，通過學(xué)生自悟、質(zhì)疑、寫練的同時，加強學(xué)生主體之間的信息交流，以及教師的適時點撥啟導(dǎo)，構(gòu)建“互動啟發(fā)式”這一課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)體系，能更好地讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，逐步提高學(xué)習(xí)修養(yǎng)。

作者針對上述問題，參考了國內(nèi)外教學(xué)資料，結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗，并以工程力學(xué)08級的“流體力學(xué)”教學(xué)為研究對象，成立了“巖爆研究大學(xué)生創(chuàng)新小組”。小組成員利用課余時間，參加重點實驗室的科研活動，在北京市學(xué)會第17屆學(xué)術(shù)年會上了表了三篇論文[4～6]。小組成員的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)成績、研究水平得到了很大的提高。由此可見“互動啟發(fā)式”教學(xué)適應(yīng)教學(xué)改革的需要?！盎訂l(fā)式”教學(xué)方式改變了過去那種學(xué)生被動接受的狀況，它要求教師的教學(xué)必須以調(diào)動學(xué)生的積極性為主，學(xué)生是主動的參與教學(xué)，而不是被動的去記憶。作者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，互動啟發(fā)式教學(xué)方式是教師學(xué)生“雙贏”的教學(xué)方式，它促進(jìn)了師生間的情感交流，調(diào)節(jié)了課堂氣氛，是符合大學(xué)教學(xué)大綱的新選擇。

2 流體力學(xué)的基礎(chǔ)性、前沿性和時代性

《流體力學(xué)》課程是計算流體力學(xué)、多相流動、非牛頓流體力學(xué)的基礎(chǔ)性理論。同時，本門課程對于許多理論性較強的學(xué)科，如工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、流固耦合、滲流力學(xué)等，都是必不可少的基礎(chǔ)理論課?！读黧w力學(xué)》課程中的許多專題：如邊界層理論、湍流、渦動力學(xué)、水波動力學(xué)、氣體動力學(xué)等都是發(fā)展迅速的前沿學(xué)科。當(dāng)前，隨著環(huán)境和資源探測要求的增長與技術(shù)進(jìn)步，出現(xiàn)了許多或以流體力學(xué)為基礎(chǔ)、或與流體力學(xué)相交叉的新學(xué)科，如CCS（碳固存）、煤巖中的瓦斯流動、多場耦合、多相流及非牛頓流體力學(xué)；特別是隨著高超音速飛行器和運載工具、超靜音潛艇、以及現(xiàn)代武器系統(tǒng)的發(fā)展，為流體力學(xué)學(xué)科提出了更多的新問題，也為學(xué)習(xí)《流體力學(xué)》的學(xué)生提供了廣闊的發(fā)展空間。

3 流體力學(xué)教學(xué)改革的嘗試和成效

在教學(xué)中努力踐行“研究型學(xué)習(xí)”[7]與“創(chuàng)新型人才”[8]的培養(yǎng)。開展“互動啟發(fā)式”教學(xué)法改革，培養(yǎng)學(xué)生積極思考、研究型學(xué)習(xí)、創(chuàng)新型思維的能力。在平時成績考核中，增加了“研究報告”一項，指導(dǎo)并鼓勵學(xué)生針對書中的重點、難點問題進(jìn)行深入研究，在創(chuàng)新教育理念與研究性教學(xué)相融合上做出了有益的實踐。

3.1 教學(xué)方式的改革

《流體力學(xué)》課程的特點是：理論性很強，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。例如，除了需要了解一般張量變換和指標(biāo)運算的規(guī)則外，還需要了解張量場論、曲線坐標(biāo)系下的張量微分學(xué)、微分幾何中關(guān)于點、線、面間的拓?fù)潢P(guān)系；以及由Gaussian定理、Stokes定理、標(biāo)量勢、矢量勢、Helmholtz張量分解定理、向量場的梯度來表示流體力學(xué)的求解域，需要了解它們的幾何意義以及在流場幾何描述中的應(yīng)用。另外，在對不同流動現(xiàn)象的偏微分方程定解問題的求解中，需要講解有關(guān)的數(shù)學(xué)物理方法的背景知識，如解波動方程的行波法、求解渦旋場中的格林函數(shù)法等。僅采用PPT教學(xué)，難以表達(dá)在定理推導(dǎo)或偏微方程求解中的思辨、引證與推理過程。

因此，將傳統(tǒng)“板書式”教學(xué)與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合，各種方法互為補充，探索啟發(fā)式教學(xué)法的創(chuàng)新，采用了以下的教學(xué)方法與教學(xué)手段：

（1）對于建立流體力學(xué)基本方程組或偏微分程求解過程中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，采用板書講解為主，PPT為輔的教學(xué)方法。由于多數(shù)學(xué)生的張量場論與張量微分學(xué)的基礎(chǔ)較薄弱，在從這些定理出發(fā)建立流體力學(xué)基本方程的教學(xué)中，需要進(jìn)行較長時間的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，很容易造成學(xué)生的疲勞。采用傳統(tǒng)的“問-答”為主的“啟發(fā)式”教學(xué)法，往往得到“啟發(fā)”的只是部分基礎(chǔ)較好的同學(xué)，多數(shù)學(xué)生很少能主動響應(yīng)，容易形成流體力學(xué)“難以學(xué)懂”的印象。

針對上述問題，創(chuàng)造性地設(shè)計了“互動啟發(fā)式”教學(xué)法。所謂“互動啟發(fā)式”教學(xué)，就是在設(shè)置啟發(fā)問題過程中，對被啟發(fā)對象的思維過程施加以強烈的影響，激發(fā)學(xué)生深入思考的方法。具體是，在理論學(xué)習(xí)、定理推導(dǎo)、或典型例題講解過程中，由老師首先進(jìn)行提綱式講解，針對教材中的重點且難點問題，要求學(xué)生進(jìn)行一定時間（5～7 min）的課堂練習(xí)作業(yè)，啟發(fā)學(xué)生提出問題。最后，再由老師進(jìn)行板書講解的“講解―學(xué)生練習(xí)-提問―再講解”的課堂教學(xué)過程。

“互動啟發(fā)式”教學(xué)法實施的關(guān)鍵，是由教師對講解的問題進(jìn)行綱要式分析，給出主要思路并交待相關(guān)背景知識，對其中的關(guān)鍵問題設(shè)置疑問點；在學(xué)生進(jìn)行5～7分鐘的課堂練習(xí)過程中進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生遇到的難點并適時提問，最后，有重點地進(jìn)行分析與講解。在這一過程中，給學(xué)生提供了一個獨立思考的機會、創(chuàng)造了一個平等、自由的提問環(huán)境，使學(xué)生可以毫無顧慮地與老師交流，也便于老師及時發(fā)現(xiàn)問題。老師在學(xué)生達(dá)到思維臨界點時的講解，學(xué)生的印象深刻，可以達(dá)到事半功倍的效果。

（2）對于流體力課程中應(yīng)用型專題和涉及實際物理現(xiàn)象較多的章節(jié)，采用PPT或錄像為主的現(xiàn)代化教學(xué)方法。這樣，可以在有限的課時內(nèi)，在使學(xué)生充分掌握書中的理論知識的同時，對相關(guān)的物理現(xiàn)象有感性認(rèn)識，加深對理論知識理解，以激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為此，通過課程建設(shè)，編制了實驗錄像。實驗錄像介紹流體力學(xué)理論的背景知識，如有關(guān)流體粘性、壓縮性、靜力學(xué)實驗、伯努利方程實驗、雷諾實驗、邊界層流動等，利用PPT等現(xiàn)代化教學(xué)方法在課堂教學(xué)中加以運用。

（3）耐心、細(xì)致的課后輔導(dǎo)。對于在課堂上提出問題的學(xué)生，無論問題對錯、難易，在回答問題前，首先用“這是一個很好的問題，……”“你的問題很重要，……”等加以鼓勵，然后再回答問題；對勤于思考的同學(xué)加以表揚。

（4）改革考試的形式和內(nèi)容，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。教學(xué)實踐中，對期末考試進(jìn)行改革：平時成績定量化計分制；要求每位同學(xué)選擇教科書中的一個專門問題進(jìn)行研究，提交一份專題研究報告；在期末考試卷面成績出題中與評分中，強調(diào)解題的分析過程。通過上述方法，在考試內(nèi)容上，將知識測試與創(chuàng)新能力測試相結(jié)合。

3.2 教學(xué)改革效果

自我校工程力學(xué)專業(yè)開設(shè)《流體力學(xué)》課程以來，作者一直致力于以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、研究型學(xué)習(xí)方法建立為目標(biāo)的教學(xué)改革，在不斷提高自身理論水平的同時，提出了“互動啟發(fā)式”教學(xué)方法并在教學(xué)實踐中加以運用。學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)組的資深老師多次聽課，都給予了很高的評價。在授課中注重板書推演、思辨清晰、嚴(yán)謹(jǐn)、通俗易懂，在課后熱情輔導(dǎo)同學(xué)們的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新研究活動。作者的授課及輔導(dǎo)受到同學(xué)們的廣泛歡迎。

4 課程特色

力學(xué)專業(yè)《流體力學(xué)》課程理論性強、對張量分析、場論、數(shù)學(xué)物理方法與特殊函數(shù)等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識要求高。作者在不斷提高自身的理論水平、積極開展教學(xué)研究與改革的基礎(chǔ)上，形成了以下課程特色：

（1）在建立流體力學(xué)基本方程組與求解流場數(shù)學(xué)模型過程中，板書推演思辨清晰、嚴(yán)謹(jǐn)、通俗易懂，對所需的張量、場論、數(shù)學(xué)物理方法背景知識可進(jìn)行詳細(xì)分析或精講。為使理論分析連續(xù)、易于啟發(fā)學(xué)生的思維，撰寫了近60萬字的背課筆記/授課講義，在板書推導(dǎo)中，多數(shù)情況下可以脫稿講解。

（2）采用“互動啟發(fā)式”教學(xué)方法，在課堂上形成與學(xué)生間的良好互動，啟發(fā)學(xué)生的自主思維、深入思考，以達(dá)到深入理解復(fù)雜數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的目標(biāo)?！盎訂l(fā)式”教學(xué)方法不斷充實完善，形成了包括課堂的即時啟發(fā)教學(xué)、平時的考察輔導(dǎo)與期末考試互相支持的系統(tǒng)方法。為研究型學(xué)習(xí)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了有力保障。該方法得到了越來越多的認(rèn)同。工程力學(xué)系的同仁，如黎立云教授、祝捷副教授等老師都采用了“互動啟發(fā)式”教學(xué)法，并形成了自己的特色，取得了很好的教學(xué)效果。

（3）強調(diào)“研究型”學(xué)習(xí)方法。在平時的作業(yè)中，要求學(xué)生將每一道習(xí)題當(dāng)作一個“模型科學(xué)問題”，以論證與推演過程是否合理來評價學(xué)生作業(yè)的優(yōu)良等級。對學(xué)生的作業(yè)認(rèn)真評分并計入平時成績。允許作業(yè)成績不理想的同學(xué)可以重作，重新評分。另外，要求學(xué)生在課程結(jié)束前，選擇書中的問題提交一個研究報告，老師給予輔導(dǎo)、評分，并計入平時成績。以上措施在培養(yǎng)學(xué)生的研究型學(xué)習(xí)方法上起到了十分重要的作用。

（4）積極引導(dǎo)、支持學(xué)生開展創(chuàng)新科研活動。指導(dǎo)學(xué)生針對教學(xué)中的重點和難點開展解題方法、教學(xué)方法的研究，并將結(jié)果撰寫成研究報告或教改論文。在授課期間，對有學(xué)生要求給予科研的學(xué)術(shù)指導(dǎo)，總是熱情響應(yīng)。

5 流體力學(xué)教學(xué)工作的展望

（1）繼續(xù)充實、完善習(xí)題庫、多媒體課件、實驗錄像等教學(xué)資源，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。

（2）以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、研究型學(xué)習(xí)方法為目標(biāo)，繼續(xù)開展教學(xué)方法的研究，不斷完善“互動啟發(fā)式”教學(xué)方法的內(nèi)涵。

（3）現(xiàn)有的力學(xué)專業(yè)《流體力學(xué)》教材或深度不夠、或難于自學(xué)。準(zhǔn)備在多年流體力學(xué)教學(xué)積淀與撰寫的講義的基礎(chǔ)上，出版一部通俗易懂、學(xué)術(shù)水平高、具有礦業(yè)特色的流體力學(xué)教材。

（4）目前的張量分析、場論的教材大都比較抽象，受眾較少。準(zhǔn)備集自己多年在微分幾何、張量與場論理論的學(xué)習(xí)心得，在撰寫的講義基礎(chǔ)上，出版一部側(cè)重于講解張量、場論主要定理幾何意義及其在流場描述應(yīng)用的學(xué)術(shù)論著，作為力學(xué)專業(yè)《流體力學(xué)》課程的參考教材。

（5）跟蹤國際上最新研究成果、發(fā)表高水平科研與教改論文，提高自身素質(zhì)，促進(jìn)教學(xué)水平的提高。

6 結(jié)語

用“互動啟發(fā)式教學(xué)”法進(jìn)行教學(xué)，不但能使學(xué)生順利地接受新知識，而且教給學(xué)生利用已有的知識通過歸納總結(jié)去認(rèn)識新知識的一種有效的學(xué)習(xí)方法，這就給了學(xué)生一雙點石成金的手。同時，由于采用對比、比喻等方法，引進(jìn)一些生動活潑、通俗易懂、典型直觀的事例，不僅使教學(xué)雙邊活動有聲有色，而且在重溫舊課時輕松愉快的認(rèn)識和掌握深奧、抽象、復(fù)雜的概念和規(guī)律，起到事半功倍的效果。“互動啟發(fā)式教學(xué)”是傳授知識、啟迪思維提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，是一種行之有效的、科學(xué)的教學(xué)方法。

總而言之，作為大學(xué)教師，為了改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，必須在了解自己學(xué)生的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的教學(xué)策略和教學(xué)方式?；訂l(fā)式教學(xué)方式克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動參與性，它是大學(xué)教學(xué)改革的必然要求，應(yīng)該堅持并努力完善這種教學(xué)方式，使教學(xué)真正做到學(xué)以致用。

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