欢迎来到速发表网,咨询电话:400-838-9661

关于我们 登录/注册 购物车(0)

期刊 科普 SCI期刊 投稿技巧 学术 出书

首页 > 优秀范文 > 流体力学重点

流体力学重点样例十一篇

时间:2023-12-21 10:28:40

流体力学重点

流体力学重点例1

教师的信念,思想道德修养和理论修养,对学生人生道路的选择,科学文化素养的提高,都起着十分重要的导向作用。因此作为教师,我们要坚定自己的共产主义信念,坚决捍卫党的路线、方针、政策,在组织上,在思想和行为上都要保持与党中央保持高度一致,做一个坚定、清醒、有作为的人民教师。

二、自足岗位,树立奉献理念

既然选择了“教师”这一神圣的职业,就要无愧于“教师”这个神圣的称号,我要严格要求自己,规范自己的言行,努力做到爱岗敬业,教书育人,热爱学生,为人师表,遵纪守法,安心乐教,以为学生服务,为家长服务,为社会服务为宗旨,用文明的语言,务实的作风,耐心负责的态度,无私奉献的精神,对每一位学生负责。从一点一滴的小事做起,把我们的敬业精神渗透到教育教学的每一个细节中,一心一意做好教书育人工作。

三、刻苦学习,提高自己的教学水平

在教育教学工作中,我讲更加注重教学理论的学习,不断钻研教材,认真备课,在教学过程中不断总结,不断改进教学方法,逐步形成自己的教学思想和教学风格,并在此基础上学习吸收别人的成功经验,合理的利用到自己的教学工作中去。使自己努力成为“学习型”教师,“研究型”教师,是自己成为学生佩服的教师,努力使自己的教学理念永远处于教学改革的前沿。

流体力学重点例2

作者简介:齐旭东(1981-),男,河北唐山人,河北工业大学能源与环境工程学院,讲师。(天津 300401)

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)34-0130-02

一、环境类工程流体力学的学科特色分析

环境类专业涉及流体力学的内容广泛,而且与机械、热能动力、水利等传统学科对流体力学的要求有明显不同。[1-3]河北工业大学(以下简称“我校”)环境工程专业采用闻德荪先生编著的《工程流体力学》教材,由高等教育出版社出版,分上下两册,上册为《理论流体力学基础》,下册为《应用流体力学》。该教材与其它传统学科所采用的流体力学教材相比区别较大:由于人类生活和生产主要局限在生物圈,生物圈中水和气是无处不在的,环境类专业主要围绕水和气,因此,上册《理论流体力学基础》的覆盖面极大,包括静力学、运动学、动力学、恒定平面势流、流动相似原理、流动阻力和能力损失等模块;下册《应用流体力学》包括孔口和管嘴出流、有压管流、明渠流、堰流、渗流等模块。下册以水为主,旁及气体,实际上是水力学基础。但是,与传统水力学又有着明显的不同,这一不同并不是教材主要内容的差异,而是学科体系的构建不同。传统水力学在学科构建上有着鲜明的学科特色,而环境类专业所学习的《应用流体力学》(教材下册)是采用更加简单的方式初步介绍水力学。换言之,是上册《理论流体力学》的动力学在几种特殊边界流场中的具体应用,这些特殊流场的研究对于设计和计算环境类的反应器、构筑物的形式和尺寸,以及流体输配具有重要意义。

工程流体力学与三大力学(理论力学、材料力学、结构力学)相比,其主要概念和原理几乎没有相似之处,[4-6]与大学物理学相比也无相似之处。[7]换言之,在工程流体力学中涉及的概念和原理对本科生来说几乎是全新的。工程流体力学建立在连续介质假设基础上,是通过牛顿经典力学和高等数学知识对流体静止和运动规律进行研究,通过欧拉法或拉格朗日法对流动现象建立数学模型,从而用微积分等高等数学方法解决流体流动问题。该学科的基本概念和原理在三大力学或大学物理学中几乎是从未提及过的。

可见,工程流体力学的学科特点鲜明,是环境类专业的重要骨干课程。笔者从事工程流体力学教学7年有余,并主动向老教师或其他同行学习探讨,发现除了要把握好该课程的学科特点外,对教学难点也要广泛筛选、收集和研究,并结合教学方法进行探讨论证,[8-12]具体分析见表1及下文。

表1 若干教学难点与教材章节对应一览表

序号 教学难点 教材章节[1]

1 连续介质假设 第一章绪论

2 隔离体受力分析 第一章绪论

3 流体相对平衡 第二章流体静力学

4 流体静力学基本方程、阿基米德原理 第二章流体静力学

5 拉格朗日法、欧拉法 第三章流体运动学

6 亥姆霍兹速度分解定理 第三章流体运动学

7 理想流体动力学、实际流体动力学 第四章理想流体动力学和平面势流、第五章实际流体动力学基础

8 牛顿一般相似原理、单项力相似准则 第六章量纲分析和相似原理

9 普朗特混和长度理论 第七章流动阻力和能量损失

10 孔口、管嘴出流和有压管流 第九章有压管流和孔口、管嘴出流

11 堰流 第十章明渠流和闸孔出流及堰流

12 渗流 第十一章渗流

二、环境类工程流体力学的教学难点与教学方法衔接技巧分析

连续介质假设(序号1)是工程流体力学的基础,其重要性不言而喻,但是作为一门新课程的开始,学生往往很难接受这样的模型假设。因此,宜采用讨论法处理该问题,讨论法的难点是避免讨论课的无计划性。质点的概念对于研究流体运动是至关重要的,但是有大半学生掌握不到要领。具体体现在,把流体质点的概念与物理学刚体质点的概念混淆,觉得二者完全一致,没有特殊涵义。面对这一问题,与学生针对两个“质点”概念进行详细的机理分析是很必要的。连续介质假设的核心理念是流体质点概念的提出,流体质点是这样定义的:流体质点是指尺度大小同一切流动空间(流场)相比微不足道又含有大量分子,具有一定质量的流体微元;物理学中的刚体如果只发生平移运动的话,该刚体可简化成质点处理,即用一个质点代替刚体,使物理运算变得很方便。因此,这两个“质点”概念有着不同的涵义,流体的主要特点之一就是易流动性,流场的形状受制于边界条件,流场在流动过程中,边界形状不断变化,所以,流场形状也在不断变化,因此,流体质点不能替代流场,而是由大量的流体质点组成连续介质,填充整个流场。

工程流体力学本质上讲是力学问题,需要在解题前进行受力分析(序号2)。在中学物理学中,受力分析贯穿始终,为中学生所熟知。所以,该部分的学习推荐采用自学指导法和对比分析法,这样可以充分调动学生的学习积极性。由于流场形状受制于边壁,流体的受力分析规律性不明显,这与中学物理学的刚体受力分析区别较大。流体受力分析,均可从两个方面进行,即质量力和表面力。质量力包括重力和惯性力,属于远程力,作用在整个流场的所有质点上,其中,惯性力的存在与否取决于坐标系的选择。如果选择惯性坐标系,则惯性力肯定不存在;如果选择非惯性坐标系,则惯性力肯定存在。表面力包括切应力和压应力,概念的内涵与刚体的表面力相似,切应力和压应力之间的区别在于作用力方向的不同。

很多学生不了解学习流体相对平衡(序号3)的意义何在,根据该知识的特点,可采用探究发现法处理该部分内容。流体相对平衡的意义,在于将特殊的运动问题转化成相对静止的问题,从而使计算得到简化。当整个流场与固体边壁无相对运动时,选择非惯性坐标系,根据达朗贝尔原理引入惯性力,可用相对平衡条件来处理该问题,即对隔离体采用受力平衡条件,可使计算过程大大简化。

中学物理学所熟悉的流体静力学基本方程()和阿基米德原理(F浮=ρgV排),二者如何从流体静力学的角度来重新定义(序号4),也是这一章的难点。该难点的讲解宜采用启发性谈话法,该方法一定要注意谈话内容的设计合理性,以期对整个谈话过程有的放矢。流体静力学基本方程的限定条件是质量力仅有重力,也就是说,坐标系为惯性坐标系。如果将其推广到非惯性坐标系,则计算方法应为欧拉平衡微分方程的积分式,欧拉平衡微分方程是建立在牛顿第二定律基础上的。该部分需要学生将流体静力学基本方程与欧拉平衡微分方程积分式进行对照。阿基米德原理是计算浮力的基本原理为中学生所熟知,在中学物理中往往解释成由实验研究获得,实际上在大学工程流体力学中可以解释成曲面所受静压力的合效应使其意义更广泛。

流动现象如何用数学语言描述,这是流体力学建立的基础,该难点的处理宜采用讲授法。描述流体运动的方法有两种,即拉格朗日法和欧拉法(序号5)。拉格朗日法是从流场中选择关键性流体质点组成流体质点系,跟踪每一个流体质点,研究其运动规律,进而总结出质点系运动规律,从而推演出整个流场运动规律,该方法概念清晰,但是分析和计算过程复杂。欧拉法是从流场中选择有代表性的空间点,分析这些空间点的运动规律,从而总结出整个流场运动规律。在计算流体力学中,常常采用拉格朗日法,在工程流体力学中常常采用欧拉法。

流体微元运动的基本形式包括平移、转动、角变形、线变形等。在流体微元内部,如果已知其中一点的运动要素,在微元内其他空间点的运动要素可以用已知点的运动要素表达出来,该定理称为亥姆霍兹速度分解定理(序号6)。很多学生对该定理存在疑问:微元内部这两个空间点之间怎么会存在联系?该问题适合采用探究发现法进行介绍,教师可首先将其转化成高等数学的模型,提示学生用微积分的方法来处理,具体而言,二者之间的联系是通过高等数学中的泰勒公式建立的。

理想流体动力学和实际流体动力学(序号7)在工程流体力学中是可以合并讲授的,采用系统讲授法更合适,这样更有利于知识的完整性。流体动力学主要涉及三大方程的后两个,即能量方程和动量方程。首先介绍理想流体运动微分方程和实际流体运动微分方程,前者也称为欧拉运动微分方程,后者也称为N-S方程,这两个重要方程均由牛顿第二定律推导获得,二者可作为计算流体力学基础,由此也可推导出能量方程。另一点需要注意,能量方程有两种形式,理想流体能量方程和实际流体能量方程,前者可以统一到后者中去,由于实际流体存在粘滞力,可产生能量损失,即单位重量流体从计算断面1-1运动到计算断面2-2时的平均能量损失;如果是理想流体,则粘滞力不存在,产生的能量损失为0。

量纲分析和相似原理主要涉及到(动力)相似准则里的牛顿一般相似原理和单项力相似准则之间的辩证关系(序号8)。该部分知识琐碎,宜采用讲授法。两个流动,即原型和模型流动,如果要实现流动相似,几何相似和初始条件、边界条件相似是基础,动力相似是保证,运动相似是目标。如果要实现动力相似,需要对应空间点处各个同名力方向相同,大小成固定比例,这称为牛顿一般相似原理。但如果在几何相似和牛顿一般相似原理都成立的前提下,原型和模型的几何形状和大小完全一致,失去了模型实验可缩小原型几何尺寸的意义。正是基于此,所以提出单项力相似准则,在流动中起主导作用的力往往只有一种,这是流动现象的特点,所以如果在原型和模型中,起主导作用的力相似的话,可认为二者的动力相似已实现。

普朗特混和长度理论(序号9)是学生学习的难点,大多数学生感觉该部分不知所云。比如说,该半经验理论的意义是什么,问题从何而来?该部分宜采用讨论法。流体处于湍流状态时,运动参数可以分为时均流速和脉动流速,时均流速产生时均切应力,脉动流速产生附加切应力,时均切应力的计算采用牛顿内摩擦定律,附加切应力计算采用脉动流速计算,即,其中脉动流速ux’和uy’计算困难,需要通过普朗特混和长度理论进行计算,该理论通过将湍流脉动与理想气体自由程理论进行类比,提出自由程概念,从而将脉动速度与时均速度建立联系,实现了附加切应力的计算可行性。

孔口、管嘴出流和有压管流(序号10)是研究水力设备和输配水管网的基础,这一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、长管、管网,对这些模型的深入研究需要采用上册流体动力学的连续性方程和能量方程,在深入分析流动规律后,可得最一般的规律性,即流量和断面平均流速的计算公式。这部分可以看成针对几种特殊边界应用动力学方程来求解计算题,所以在介绍了孔口或短管以后,其他形式的边界流动由学生通过练习法和讨论法来自学,最后由教师进行总结。

在缓流中,为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁称为堰,缓流经堰顶溢流的局部水流现象称为堰流(序号11)。在环境类专业中,堰是常用的溢流集水设备和量水设备,在一确定的堰流中,流量与其它特征量的关系明确。薄壁堰可在环境类构筑物中作为出水设施,如二次沉淀池出水等。该部分内容生疏,宜采用演示法和讲授法。

渗流(序号12)是指流体在孔隙介质中流动,该流动状态在地下水中广泛存在,对地下取水井的设计往往要采用该模型的相关理论。该部分多在研究生阶段深入学习。

三、结语

工程流体力学在环境类专业中的现实意义和理论意义重大,在注册环保工程师基础考试中份额可观。该课程学习难点颇多,对于本科生来说学习的压力较大,需要教师在知识点梳理、难点筛选、师生沟通、教学方法总结等方面多做工作,笔者通过对环境类专业工程流体力学教学的自身体会完成此文,希望对教学一线的教师有所帮助。

参考文献:

[1]闻德荪.工程流体力学(水力学)[M].第3版.北京:高等教育出版社,2010.

[2]陈卓如.工程流体力学[M].第2版.北京:高等教育出版社,2008.

[3]吴持恭.水力学[M].第4版.北京:高等教育出版社,2008.

[4]哈尔滨建筑工程学院,沈阳建筑工程学院.理论力学[M].哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版社,1992

[5]刘鸿文.简明材料力学[M].北京:高等教育出版社,2007.

[6]王焕定,章梓茂,景瑞.结构力学[M].第3版.北京:高等教育出版社,2011

[7]东南大学等七所工科院校.物理学[M].第五版.北京:高等教育出版社,2008

[8]教育部人事司.高等教育学[M].北京:高等教育出版社,1999.

[9]教育部人事司.高等教育心理学[M].北京:高等教育出版社,1999.

流体力学重点例3

【中图分类号】TU4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2012)10-0256-01

《土力学》是土木工程专业一门重要的专业基础课,对初学者来说,主要表现为土力学教材各章节之间具有相对独立性,联系不紧密,课程内容多而杂,许多重要理论和公式来源于实验或实践经验,缺乏严格的理论推导,强调实用性和技术性,这使得土力学成为一门较难掌握的课程。

1.概述

土力学研究内容可概括为:土的三个特性、土的三个工程问题、土力学三大主要理论。其中,土的特性导致了土的三大工程问题,即强度问题、变形问题和渗流问题。

根据课程脉络主线可见,渗流问题是土力学中必须解决的三大问题之一,渗流问题有其相对独立性,又与变形、强度问题相互交叉,掌握好土的渗流特性对于掌握好土的变形、强度特性有促进作用。依笔者的教学经验,学生对于“土的渗透性及渗流”内容普遍反应较难掌握。

2.教学内容与教学方法改革探索与实践

2.1抓课程内容主线

针对渗流问题的教学内容多而杂的特点,课堂教学中应注重把握知识体系,形成清晰的教学脉络,用教学主线将课程内容紧密串连(图1)。

图1 课程内容主线

2.2注重水力学基础

土的渗透性与渗流主要涉及到水静力学与水动力学两部分水力学基础理论,对于理解土的渗透性与渗流有一定的促进作用。

在水静力学方面,掌握静止流体中任意一点各个方向受到的压强值的大小是相等的这一静止流体的应力特征;理解流体静止的微分方程;掌握重力作用下静止液体的压强分布特征。在水动力学方面,掌握流线、过流断面、流量、断面平均流速等概念与流体的运动的连续性条件;伯努利方程,是解决土中渗透问题的基础。

2.3启发式教学

2.3.1案例启发式教学

土的渗流问题这部分内容讲授时可采用启发式教学,调动学生的兴趣和思维。列举工程事例,如水井渗流、渠道渗流等;渗透变形或破坏,工程的目的是要解决这些变形或破坏;渗透力才能产生渗透变形或破坏,接着推导渗透力及临界水力梯度的计算公式;介绍实际工程中常用的“止水帷幕”。止水帷幕的设置加大了地下水渗流的距径。

2.3.2例题启发式教学

流网的绘制与应用可以采用例题启发式的教学方法:等势线与流线正交,等间隔流线与等间隔等势线形成的流网中,各个网格的长宽比c应为常数。提出问题,如何通过流网可以得到流场中任一点的水头、水力梯度、孔隙水压力、流速、流量等指标值,然后逐步介绍各个指标的计算过程以及流网绘制的初步过程,讲授过程中再次强调掌握流网特点的重要性。使学生更深入的理解了流网的应用,并初步体会了其绘制过程。

3.注意的几个概念

3.1水力梯度

水和梯度的定义较为简单,水力梯度i=h/L,其中h为两点处的总水头差,L为两点间的渗流长度,特别强调的是L叫作渗流路径或渗流长度,不是两点的直线距离,求ND间的水力梯度,hND=8.0m,L=NB+BC+CD=26.0m不是L=NB=8.0m,因此水力梯度i=h/L=0.31。

3.2孔隙水压力

水力学课程中与孔隙水压力相关的只有静水压力,没有专门提出孔隙水压力概念,在土力学中这样定义孔隙水压力,如图1,渗流场中各点的孔隙水压力,等于该点以上测压管中的水柱高度hu乘以水的重度γw,故a点的孔隙水压力为:

ua=hua×γw

应当注意,图中所示a、b两点位于同一等势线上,其测管水头虽然相同,即ha=hb,但其孔隙水压力却不同,ua≠ub。众多土力学教材中定义,“由土体孔隙内的水承担的那部分应力为孔隙水压力”。一般地,孔隙水压力应包括静水压力和超静孔隙水压力两部分,但大多数教材中,在土体的渗透固结部分中突然出现超静孔隙水压力,并未对其进行特别说明。

《岩土工程基本术语标准》(GB/T50279-98)规定静水压力是“给定点与自由水位差引起的压力”;超静孔隙水压力是“饱和土体内一点的孔隙水中超过静水压力的那部分”。借用以上两个概念,两者在物理本质上是一致的,分开定义在本科教学过程的渗透固结部分,测压管水头压力为静水压力和超静孔隙水压力之和。

4.结语

教学实践表明,针对土力学课程的特点,在教学中根据不同知识内容的讲解需求,遵照科学的认知规律以实际教学效果为目标,灵活应用多种方法进行教学活动,可促进学生对土力学知识学习的融会贯通。

参考文献:

流体力学重点例4

流体力学的研究对象包括液体和气体两大物质形态,流体力学的基本任务是建立描述流体运动的基本方程,确定流体经各种通道及绕流不同物体时速度、压强的分布规律,探求能量转换及各种损失的计算方法,并解决流体与限制其流动的固体壁之间的相互作用问题。[1]在实际工程的许多领域里,流体力学一直起着十分重要的作用。无论是水利工程、动力工程、航空工程,还是化学工程、机械工程等都在日益广泛地应用着流体力学。就某种意义而言,也正是在流体力学的研究工作不断取得成就的前提下,才促进了这些工程领域的大力发展。工程流体力学是在阐述流体力学的基本理论的基础上,重点阐述和研究流体力学在工程上的应用,工程流体力学广泛应用于动力、水利、机械、化工、石油、土建、冶金、航空、航海、气象、环境等众多领域,是这些领域相关专业的主干技术基础课程。

一、教材与教学内容选取

“工程流体力学”教材种类繁多,[2]但是目前为止还没有一本针对能源类本科成人教育《工程流体力学》教材,笔者通过对多种教材的研读,以及往年成教上课的经验,根据各教材所涵盖的基本理论,及描述流体特性表达式推导过程的深度和难度、教材内容的广度,最终选用杨建国等人编著的《工程流体力学》(北京大学出版社,2010年1月第1版)作为成教热能专业的临时教材。wWW.133229.COm

“工程流体力学”的内容繁杂、学科综合性强,流体力学内容很抽象,偏微分方程几乎贯穿全部课程。流体力学欧拉方法的思路与物理及其他力学不同,学生理解、掌握起来有困难。[3]鉴于成人教育对象数学基础和力学基础相对薄弱的特点,在授课中应尽量避免大量的数学公式的推导和微元的受力分析,把第七章相似原理与量纲分析作为自学内容,在讲解动量定理、动能定理和质量守恒定理时,把输运定理作为主要的公式推导工具,着重强调基本概念和基本原理的学习和掌握。

二、授课目标及教学方法

1.明确教育目标的职业性和教育内容的实用性

成人教育是以提高社会从业人员的履职能力和适应职业变化能力为目标的教育,其教育内容与职业需求联系紧密,以补充、改善成人的职业知识和技能为目的,实用性较强。[4]

对于成人教育一定要明确教育目标的特点,做到有的放矢,才能起到事半功倍的效果。成人教育对象(以下称为“成人”学生)的特点可以归结为以下几点:

第一,“成人”学生职业性强;

第二,“成人”学生都有固定的工作岗位,有着丰富的实践经验,在某些方面的认识和能力要强于授课老师;

第三,“成人”学生专业基础课,例如数学和物理等的基础知识比较薄弱,很难理解深度较高、难以理解的原理和公式推导;

第四,“成人”学生渴望获取知识,尤其是能帮助其解释工作中遇到的实际问题的理论知识;

第五,“成人”学生一般工作繁重,上课时间一般是挤出来的,因此课堂授课的效率尤为重要;

第六,“成人”学生学习目的性很强,对于不相关的内容很少去涉猎,因此造成了知识面相对狭窄,从而增加了授课的难度;

第七,“成人”学生的自主学习能力强,这跟现在在校大学生的自主学习能力差形成了鲜明的对比。

因此,要时刻谨记以上七条“成人”学生的特点,在教学中要时刻把握住“成人”学生的职业性,并注意授课内容的实用性。在教学学时有限的情况下,在提高教育目标理论水平基础上,使其掌握并能运用这些理论分析在生产实践中遇到的各种实际问题,提高预判生产中出现重大问题的能力,对于某些技术人员,应使其具备流体设备及机械系统和装置的设计、运行管理的工程技术能力。技术人员经过理论知识的强化学习,再加上自身实践经验,最终可成为基础扎实、知识面宽、有较强实践能力和创新意识的复合型人才。

如何增强授课内容的实用性是授课的关键问题之一,因为授课对象是能源类“成人”学生,因此笔者认为授课内容应该结合世界目前面临的重大问题:能源危机和环境污染,也就是国家的重大政策——节能减排。当今世界能源越来越紧张,污染越来越严重,而且世界的大气污染形势和应对政策一直在变化,因此在授课中适度加入相关节能减排的内容,使“成人”学生了解世界,尤其是我国大气污染的严峻性,树立节能环保意识。增加我国最新政策和法规的讲解,如“十一五”期间的烟气脱硫;在“十二五”期间,我国将对氮氧化物进行总量控制等,以及解决这些问题所用到的必备知识之一就是流体力学。例如要想取得好的脱硫除氮的效果,就要把握烟气的流动,研究烟气流动正是流体力学的责任。我国的科技水平迅速提高,需要让学生了解污染物控制的发展趋势,如哪些理论问题仍需深入研究,哪些技术是当今热点,使“成人”学生在未来的学习研究和工作中容易找准方向。就笔者以往的授课经验,“成人”学生大多为热能专业的学生,而且大多来自发电厂或与发电厂相关的单位,他们对烟气脱硫设备比较熟悉,有可能在今后的工作中参与脱硫塔设计或运行,因此将该部分作为本课程的一个重点。通过大量图片、动画和视频讲解各种常用烟气脱硫中气体流动的特点,加入影响脱硫效果的设计思路和方法,主要是讲解烟气流动的流场、流线、流型的相关概念及理论,使“成人”学生系统掌握烟气脱硫技术中流体力学的作用。

总之,授课内容的实用性是教学的关键问题之一,授课内容实用“成人”学生才爱听,效果才好。

2.教学手段和教学方法

(1)加强理论知识的讲授。成人教育的对象多数为参加工作多年和未受过正规高等教育的成年人,即“成人”学生,他们又有着丰富的实践经验。“成人”学生虽然专业经验丰富,但是专业理论相对薄弱,尤其是专业基础知识比较薄弱,用现在本科教育的术语讲,就是专业基础课不过关。从笔者实际函授授课的经验来看,“成人”学生专业基础课尤以高等数学的基础最为薄弱,然而流体力学的主要工具就是数学。

因此,要加强理论知识的讲授,对一些概念和基本理论要细讲精讲,为了提高他们的理解和记忆,在授课中多用一些现实生活中生动形象的实例,并加入一些图片和视频。例如在讲授流体的概念时,可以用“给他一点阳光他就灿烂,给他一点山花他就烂漫”这样朗朗上口的词句来形象说明流体的流动性;在讲授流线和迹线时,可以引用唐代大诗人王维写下的千古流传的名句“大漠孤烟直,长河落日圆”来形象地说明迹线的概念。这样既提高了学生的学习兴趣又加深了印象。此外,还可以在授课中适当插入一些图片和视频,来激发他们学习的兴趣。

(2)采用导学+启发式方法授课。实行“导学式”教学模式。即,贯彻“学生为主体、教师为主导”的教学理念,[5]在教学中实行启发式教学,充分发挥现代教育技术在提高教学效率和教学质量方面的重要作用。凭作者多年的授课经验可知,单纯采用教师讲、学生听的课堂教学模式,即使加入大量实例,教学效果仍然较差,所以讲授中进行启发互动式教学。所谓互动式教学,是在教学中教与学双方交流、沟通、协商、探讨,在彼此平等、彼此倾听、彼此接纳、彼此坦诚的基础上,通过理性说服甚至辩论,不同观点碰撞交融,激发教学双方的主动性,拓展创造性思维,以达到提高教学效果的一种教学方式。这种讲课的方式,不是老师一个人讲,而是启发学生思考。[6]

“工程流体力学”基础理论讲解比较枯燥,为了提高教学效果,经常在课堂上提出问题和例题,鼓励学生积极回答,并展开讨论,激发学生的主观能动性,从而加深理解。在教学中要把握“成人”学生的独特特点:那就是有自己固定的工作岗位,有着丰富的工作经验,对设备的结构和运行了如指掌,对设备处于非常规运行时有自己的处理方法,但是为什么这么处理他们并不清楚。例如,笔者在宁夏灵武电厂进行调研时,一个空冷岛运行专工在说到如何预测和解决空冷机组夏季出力不足的问题时,他们的经验就是大量喷水,但是他们不知道造成此现象的原因,也不清楚最佳的喷水量,也不知道雾化质量的重要性。因此在授课中就要充分发挥“成人”学生实践经验丰富的特点,让他们提出问题,然后通过自学解决问题并把自己的内容在课堂上“讲授”,教师对结果加以评论,并指出这些方法的优缺点,提高学生的创新意识;接下来精讲教材中的理论知识以及补充内容,并配以图片、动画、视频,鼓励学生思考,进行可行性分析,指出它们的优势和缺陷,并再次简要讲解相关理论,使学生的短时记忆转化为长时记忆。

(3)考核方式。由于成人教育不同于一般高校,因此采用平时成绩、期末考试成绩各占一定比例的考核方式,最终合理地给出学生的期末总成绩。平时成绩包括学生考勤、课堂讲授和问题回答情况、课下作业尤其是资料搜集情况、实验等,对整个教学过程中表现突出的学生,提高他们的平时成绩。

三、实验教学

“工程流体力学”课程的理论性和实践性都比较强,很多理论知识需要通过实验去理解、消化。因此实验教学是提高学生对知识掌握情况的必备环节。

实验教学主要的目的是通过直观的现象来理解课本知识,本课程精心选择了如下五个实验。

1.伯努利方程实验

观察液体在管道中流动时能量守恒和转换的物理现象、测绘玻璃水管管路上测压管水头线及总水头线。

2.流速和流量的测定实验

了解文丘里流量计及毕托管的测速原理。

3.雷诺实验

观察各种流态、测定流态与雷诺数的关系、观察层流时管道断面流速分布。

4.沿程阻力损失实验

加深了解圆管层流和紊流的沿程阻力损失随平均流速变化的规律。

5.局部阻力损失实验

对圆管突扩局部阻力系数的经验公式和突缩局部阻力系数的经验公式进行实验验证与分析。

四、结语

针对热能与动力工程专业“成人”学生的特点,对“工程流体力学”的教学进行了探讨,使课程更适合“成人”学生的特点,扩大了他们的知识面,增强了其主动思考的能力,丰富、深化了“成人”学生的理论知识,也为成人“工程流体力学”教学探索出有益手段。在今后的教学过程中要进一步探索新的教学方法和手段,学习和借鉴优秀教师的教学成果,不断提高自身的综合素质和专业理论知识,立足学校特色优势,继续努力进行“工程流体力学”课程的建设和探索,以期积累更多的经验和取得更大的成绩。

参考文献:

[1]陈卓如,等.工程流体力学[m].北京:高等教学出版社,2006.

[2]杨建国,张兆营,等.工程流体力学[m].北京:北京大学出版社,2010.

[3孙恒朱,鸿梅,舒丹.“启发—联想式”教学方法在流体力学教学中的应用[j].中国电力教育.2010,(5).

流体力学重点例5

流体力学的研究对象包括液体和气体两大物质形态,流体力学的基本任务是建立描述流体运动的基本方程,确定流体经各种通道及绕流不同物体时速度、压强的分布规律,探求能量转换及各种损失的计算方法,并解决流体与限制其流动的固体壁之间的相互作用问题。[1]在实际工程的许多领域里,流体力学一直起着十分重要的作用。无论是水利工程、动力工程、航空工程,还是化学工程、机械工程等都在日益广泛地应用着流体力学。就某种意义而言,也正是在流体力学的研究工作不断取得成就的前提下,才促进了这些工程领域的大力发展。工程流体力学是在阐述流体力学的基本理论的基础上,重点阐述和研究流体力学在工程上的应用,工程流体力学广泛应用于动力、水利、机械、化工、石油、土建、冶金、航空、航海、气象、环境等众多领域,是这些领域相关专业的主干技术基础课程。

一、教材与教学内容选取

“工程流体力学”教材种类繁多,[2]但是目前为止还没有一本针对能源类本科成人教育《工程流体力学》教材,笔者通过对多种教材的研读,以及往年成教上课的经验,根据各教材所涵盖的基本理论,及描述流体特性表达式推导过程的深度和难度、教材内容的广度,最终选用杨建国等人编著的《工程流体力学》(北京大学出版社,2010年1月第1版)作为成教热能专业的临时教材。

“工程流体力学”的内容繁杂、学科综合性强,流体力学内容很抽象,偏微分方程几乎贯穿全部课程。流体力学欧拉方法的思路与物理及其他力学不同,学生理解、掌握起来有困难。[3]鉴于成人教育对象数学基础和力学基础相对薄弱的特点,在授课中应尽量避免大量的数学公式的推导和微元的受力分析,把第七章相似原理与量纲分析作为自学内容,在讲解动量定理、动能定理和质量守恒定理时,把输运定理作为主要的公式推导工具,着重强调基本概念和基本原理的学习和掌握。

二、授课目标及教学方法

1.明确教育目标的职业性和教育内容的实用性

成人教育是以提高社会从业人员的履职能力和适应职业变化能力为目标的教育,其教育内容与职业需求联系紧密,以补充、改善成人的职业知识和技能为目的,实用性较强。[4]

对于成人教育一定要明确教育目标的特点,做到有的放矢,才能起到事半功倍的效果。成人教育对象(以下称为“成人”学生)的特点可以归结为以下几点:

第一,“成人”学生职业性强;

第二,“成人”学生都有固定的工作岗位,有着丰富的实践经验,在某些方面的认识和能力要强于授课老师;

第三,“成人”学生专业基础课,例如数学和物理等的基础知识比较薄弱,很难理解深度较高、难以理解的原理和公式推导;

第四,“成人”学生渴望获取知识,尤其是能帮助其解释工作中遇到的实际问题的理论知识;

第五,“成人”学生一般工作繁重,上课时间一般是挤出来的,因此课堂授课的效率尤为重要;

第六,“成人”学生学习目的性很强,对于不相关的内容很少去涉猎,因此造成了知识面相对狭窄,从而增加了授课的难度;

第七,“成人”学生的自主学习能力强,这跟现在在校大学生的自主学习能力差形成了鲜明的对比。

因此,要时刻谨记以上七条“成人”学生的特点,在教学中要时刻把握住“成人”学生的职业性,并注意授课内容的实用性。在教学学时有限的情况下,在提高教育目标理论水平基础上,使其掌握并能运用这些理论分析在生产实践中遇到的各种实际问题,提高预判生产中出现重大问题的能力,对于某些技术人员,应使其具备流体设备及机械系统和装置的设计、运行管理的工程技术能力。技术人员经过理论知识的强化学习,再加上自身实践经验,最终可成为基础扎实、知识面宽、有较强实践能力和创新意识的复合型人才。

如何增强授课内容的实用性是授课的关键问题之一,因为授课对象是能源类“成人”学生,因此笔者认为授课内容应该结合世界目前面临的重大问题:能源危机和环境污染,也就是国家的重大政策——节能减排。当今世界能源越来越紧张,污染越来越严重,而且世界的大气污染形势和应对政策一直在变化,因此在授课中适度加入相关节能减排的内容,使“成人”学生了解世界,尤其是我国大气污染的严峻性,树立节能环保意识。增加我国最新政策和法规的讲解,如“十一五”期间的烟气脱硫;在“十二五”期间,我国将对氮氧化物进行总量控制等,以及解决这些问题所用到的必备知识之一就是流体力学。例如要想取得好的脱硫除氮的效果,就要把握烟气的流动,研究烟气流动正是流体力学的责任。我国的科技水平迅速提高,需要让学生了解污染物控制的发展趋势,如哪些理论问题仍需深入研究,哪些技术是当今热点,使“成人”学生在未来的学习研究和工作中容易找准方向。就笔者以往的授课经验,“成人”学生大多为热能专业的学生,而且大多来自发电厂或与发电厂相关的单位,他们对烟气脱硫设备比较熟悉,有可能在今后的工作中参与脱硫塔设计或运行,因此将该部分作为本课程的一个重点。通过大量图片、动画和视频讲解各种常用烟气脱硫中气体流动的特点,加入影响脱硫效果的设计思路和方法,主要是讲解烟气流动的流场、流线、流型的相关概念及理论,使“成人”学生系统掌握烟气脱硫技术中流体力学的作用。

总之,授课内容的实用性是教学的关键问题之一,授课内容实用“成人”学生才爱听,效果才好。

2.教学手段和教学方法

(1)加强理论知识的讲授。成人教育的对象多数为参加工作多年和未受过正规高等教育的成年人,即“成人”学生,他们又有着丰富的实践经验。“成人”学生虽然专业经验丰富,但是专业理论相对薄弱,尤其是专业基础知识比较薄弱,用现在本科教育的术语讲,就是专业基础课不过关。从笔者实际函授授课的经验来看,“成人”学生专业基础课尤以高等数学的基础最为薄弱,然而流体力学的主要工具就是数学。 转贴于

因此,要加强理论知识的讲授,对一些概念和基本理论要细讲精讲,为了提高他们的理解和记忆,在授课中多用一些现实生活中生动形象的实例,并加入一些图片和视频。例如在讲授流体的概念时,可以用“给他一点阳光他就灿烂,给他一点山花他就烂漫”这样朗朗上口的词句来形象说明流体的流动性;在讲授流线和迹线时,可以引用唐代大诗人王维写下的千古流传的名句“大漠孤烟直,长河落日圆”来形象地说明迹线的概念。这样既提高了学生的学习兴趣又加深了印象。此外,还可以在授课中适当插入一些图片和视频,来激发他们学习的兴趣。

(2)采用导学+启发式方法授课。实行“导学式”教学模式。即,贯彻“学生为主体、教师为主导”的教学理念,[5]在教学中实行启发式教学,充分发挥现代教育技术在提高教学效率和教学质量方面的重要作用。凭作者多年的授课经验可知,单纯采用教师讲、学生听的课堂教学模式,即使加入大量实例,教学效果仍然较差,所以讲授中进行启发互动式教学。所谓互动式教学,是在教学中教与学双方交流、沟通、协商、探讨,在彼此平等、彼此倾听、彼此接纳、彼此坦诚的基础上,通过理性说服甚至辩论,不同观点碰撞交融,激发教学双方的主动性,拓展创造性思维,以达到提高教学效果的一种教学方式。这种讲课的方式,不是老师一个人讲,而是启发学生思考。[6]

“工程流体力学”基础理论讲解比较枯燥,为了提高教学效果,经常在课堂上提出问题和例题,鼓励学生积极回答,并展开讨论,激发学生的主观能动性,从而加深理解。在教学中要把握“成人”学生的独特特点:那就是有自己固定的工作岗位,有着丰富的工作经验,对设备的结构和运行了如指掌,对设备处于非常规运行时有自己的处理方法,但是为什么这么处理他们并不清楚。例如,笔者在宁夏灵武电厂进行调研时,一个空冷岛运行专工在说到如何预测和解决空冷机组夏季出力不足的问题时,他们的经验就是大量喷水,但是他们不知道造成此现象的原因,也不清楚最佳的喷水量,也不知道雾化质量的重要性。因此在授课中就要充分发挥“成人”学生实践经验丰富的特点,让他们提出问题,然后通过自学解决问题并把自己的内容在课堂上“讲授”,教师对结果加以评论,并指出这些方法的优缺点,提高学生的创新意识;接下来精讲教材中的理论知识以及补充内容,并配以图片、动画、视频,鼓励学生思考,进行可行性分析,指出它们的优势和缺陷,并再次简要讲解相关理论,使学生的短时记忆转化为长时记忆。

(3)考核方式。由于成人教育不同于一般高校,因此采用平时成绩、期末考试成绩各占一定比例的考核方式,最终合理地给出学生的期末总成绩。平时成绩包括学生考勤、课堂讲授和问题回答情况、课下作业尤其是资料搜集情况、实验等,对整个教学过程中表现突出的学生,提高他们的平时成绩。

三、实验教学

“工程流体力学”课程的理论性和实践性都比较强,很多理论知识需要通过实验去理解、消化。因此实验教学是提高学生对知识掌握情况的必备环节。

实验教学主要的目的是通过直观的现象来理解课本知识,本课程精心选择了如下五个实验。

1.伯努利方程实验

观察液体在管道中流动时能量守恒和转换的物理现象、测绘玻璃水管管路上测压管水头线及总水头线。

2.流速和流量的测定实验

了解文丘里流量计及毕托管的测速原理。

3.雷诺实验

观察各种流态、测定流态与雷诺数的关系、观察层流时管道断面流速分布。

4.沿程阻力损失实验

加深了解圆管层流和紊流的沿程阻力损失随平均流速变化的规律。

5.局部阻力损失实验

对圆管突扩局部阻力系数的经验公式和突缩局部阻力系数的经验公式进行实验验证与分析。

四、结语

针对热能与动力工程专业“成人”学生的特点,对“工程流体力学”的教学进行了探讨,使课程更适合“成人”学生的特点,扩大了他们的知识面,增强了其主动思考的能力,丰富、深化了“成人”学生的理论知识,也为成人“工程流体力学”教学探索出有益手段。在今后的教学过程中要进一步探索新的教学方法和手段,学习和借鉴优秀教师的教学成果,不断提高自身的综合素质和专业理论知识,立足学校特色优势,继续努力进行“工程流体力学”课程的建设和探索,以期积累更多的经验和取得更大的成绩。

参考文献

[1]陈卓如,等.工程流体力学[M].北京:高等教学出版社,2006.

[2]杨建国,张兆营,等.工程流体力学[M].北京:北京大学出版社,2010.

[3孙恒朱,鸿梅,舒丹.“启发—联想式”教学方法在流体力学教学中的应用[J].中国电力教育.2010,(5).

流体力学重点例6

一、明确课堂教学中师生的地位

长期以来,我国的高等教育一直把学习已有的工业文明成果当作培养大学生的首要目标,教师在课堂教学中只是根据规定的教材和预估的学生共同认知规律在进行单向传授,过分强调了知识的继承与积累,而忽视了学生的学习主体地位与个性特征,在课堂教学中实施“满堂灌”。结果灌输式、保姆式、应试型的教学方法占据了整个课堂,学生的学习状态始终处于被动,课堂失去了活力,学习热情大减,上课仅仅是在走过场。为此,教师有必要更新教育理念,树立起以“学生为本”的思想,做到在重视学生主体地位的同时,发挥其导向作用。记得有人曾形容师生关系是“导师在学生面前‘喷烟’,直到把学生心中的火把点燃”。教师只有明确了自己的这一角色,教什么?怎么教?也就容易解决了。

二、研究每堂课知识、能力与素质的关系

在知识、能力与素质的关系中,知识是基础,传授学生知识是教育本身的首要职责,只有建立在这样的基础上,才能谈得上培养学生的能力与创新思维,提升学生的整体素质,以适应新形势下社会对人才的需求。

现就大学物理课程来讲,怎样处理好知识、能力与素质的关系,我们暂且可以从宏观、微观两个层面进行讨论,本文只就微观层面进行表述。所谓微观层次就是指从每节课做起,教师在授课前,不仅要做到明确本节课的教学目标、教学目的以及教学内容的重、难点,而且也要重点思考本节课在培养学生的能力与科学素质方面的作为。依照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会提出的《非物理类理工学科大学物理课程基本教学要求》的A、B类知识点,目前,我校部分班级大学物理课程的安排为:大一学生在第二学期学习经典物理基础(72学时),包括力、热、电磁、光四部分共十七章;大二学生在第一学期学习近代物理基础(56学时),包括相对论、量子、激光、固体、原子核五部分共十三章。按照教学日历,我们针对每节课(或每一小节)都制定出一套融知识、能力、素质于一体的教学方案,具体包括有:形象图片、核心内容、教学目标、教学目的、讲授方案、重点、难点、能力要求、素质提升及知识点应用十大方面。这里,不妨以第三章第三节理想流体定常流动一节为例予以介绍。具体教案是这样的:

(1)形象图片(略);

(2)核心内容:如何表征理想流体定常流动的连续性;

(3)教学目标:探讨连续性方程数学表达式的提出与意义;

(4)教学目的:为什么连续性方程是质量守恒定律在理想流体定常流动中的表现;

(5)讲授方案:以几何、代数、积分的不同方法描述流场,从均匀流场到非均匀流场,从非定常流到定常流,利用质量守恒引入连续性方程;

(6)重点:如何引入与表示通过可控闭合面的体积流量;

(7)难点:如何规定流入、流出闭合面体积流量的正、负;

(8)能力要求:应用数学方法描述理想流体定常流动特征的能力;

(9)素质提升:从复杂的流体运动中抽象出理想流体模型,运用几何、代数、分析的数学语言建立连续性方程的思路;

(10)应用:保温桶的流速计算。

在本次课的课程教学中,探究理想流体定常流动的连续性方程这一知识点是课堂教学的基础,而通过本节课培养学生应用数学方法去描述理想流体定常流动特征的能力则是培养的重点与核心;提升学生从复杂的流体运动中抽象出描述理想流体的模型,能运用几何、代数的数学语言去建立连续性方程则又成为本次课课堂教学的难点与关键。因为我们知道,要在课堂教学有限的时空域里建立起学生观察、分析、解决理想流体问题的思路与视角,达到从“必然王国”向“自由王国”的飞跃并非易事。但我们在本学期这一教学方案的试行过程中,却确实感觉到了通过给学生营造这样一种教学氛围,学生是真真切切体会到了“大学物理更多地倾向于研究掌握各种问题的物理学思想,更加注重于培养独立应用这些思想去解决问题的能力,对我们学生自己来讲,除了应改变思路、变换学习方法外,还需要下更多的功夫”(学生发表感言);另外,也有一些学生真实体会到了“在整个学习过程中,受益最多的是在方法上和将知识应用于实践的讲解……突然间‘学海无涯’再次闪现在我心中。在大学里,我们所学的不仅仅是课本上的那些东西,我们需要学习的还有和他人相处的礼节、各项事物的处理、个人生活的方成以及社会生存的经验。”(学生真实感言)

三、注重物理学方法向课堂教学的渗透

教学方法的改革是当前教学改革的切入点,常言道“授人以鱼,不如授人以渔”。教案制定了,思想明确了之后,我们教师在教学过程中还应注意什么,才能使学生的知识、能力与素质全面协调发展呢?

在摒弃传统教学方法,树立以人为本、照顾个性的教学理念的同时,结合学校的实际情况,在课堂教学中,时刻以教学内容和学生的认知能力为基础,想方设法给学生创建探索知识的环境与氛围,并注重物理学方法向课堂教学进行渗透,做到能积极引导学生自主学习、自主思考、自主探索、自主研究。因为我们知道,任何一种物理学方法都离不开物理学知识,而物理学知识又贯穿于物理学的方法论中,所以教师有必要在讲授物理学基本概念、原理的同时,尽最大可能将物理学方法与教学内容进行有机融合,让学生真正意识到学习物理知识本身并不是目的,只有了解了物理学方法的应用,才能从物理学方法的视角上去更好地把握内容。经实践,这一教学理念,教学方法,还是很受学生欢迎的。用学生自己在课程学习小结中的话来说,就是“老师在课堂上对物理学方法的专门讲解和重视在学习中的应用使我受益匪浅”;“通过一个学期的学习,我感受到了大学物理学的强大魅力……但使我感受最深的还是大学物理学中对各类方法的巧妙运用。这些方法使我真切体会到了人类智慧的博大精深以及科学的艰辛,物理学的思想、方法在一点一点地强化着我的思维。”

四、结束语

学生们能体会到“学好大学物理不仅为学业增添砝码,同时也能更好地锻炼自己的思维,为以后的就业、择业奠定良好的基础”……看着学生们写的学习物理课程的各种体会,我们不得不惊叹“以人为本,集知识、能力、素质于课堂教学”的教育理念与方法的确具有强大的生命力,新思维、新举措当在教学实践中不断地予以完善……

参考文献:

流体力学重点例7

中图分类号:O35

流体力学是材料成型、机械、航空航天、土木、化工等多个学科的专业基础课程,主要研究生产、生活中遇到的流体平衡和运动规律的问题。流体力学具有理论性强、公式推导和基本概念多、对学生的数学物理知识要求高、应用广泛等特点。熟练掌握流体力学这门专业基础课程,对解决工程实际问题有着重要的意义。

结合实际的教学经验,目前的流体力学课程教学中存在如下问题。首先,大量的基本概念、定理、公式和理论模型需要学生掌握,抽象复杂,教师满堂灌输,学生被动接受,导致“教师难教,学生难学”的现象。其次,流体力学虽理论性较强,但与工程实际息息相关,课堂习题和课后练习往往与工程实际脱节,学生缺乏理论联系实际,不能很好地将所学知识应用于实际工程问题。再次,流体力学课程实验多为演示实验,学生不能主动设计实验并加以验证,不利于培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。

针对流体力学课程特点和存在的问题,本文从教学内容、教学方法、教学考核等方面,对流体力学教学改革进行探讨。

一、 优化理论和实验教学内容

流体力学理论应该以掌握概念为基础,以分析计算为手段,以加强应用为目的来展开。教学过程中,应对教学章节划分轻重主次,进行合理取舍,课堂中引入工程实际问题,进行习题练习和思考分析,提高思考和解决问题的能力,培养出应用型人才。在内容选择上,根据专业人才培养方案的思路和流体力学自身规律,优化选取教学内容,注重点面结合。在完整全面介绍基础知识的前提下,实时穿插介绍流体力学最新科研成果、科学研究热点和具体的工程应用实例。在理论教学内容安排方面,应该遵循由简到繁,由易到难的原则,明确课程主线的基础之上,突出重点的基本概念、掌握基本方法和技巧、培养学生的思维方式。

在流体力学实验教学环节,学生可以加深对基本概念的理解和对重要公式的应用。实验教学内容分为三类:必开实验模块、选开实验模块和自主设计实验模块。在必开实验中,应该围绕流体力学最重要的理论内容,进行理解和掌握,去粗取精,探究核心内容。在选开实验中,应该结合流体力学科研热点和科研动向,整合实验教学资源,理论联系实际,进行工程应用的培养。自主设计实验模块从无到有,应该增大次模块比例,适当增加学生人数,培养学生自主创新和研发的能力,学生的实验作品,可进行展览或参赛,激发学生的创新热情,提高综合素质。

二、 改进教学方法和手段

流体力学课程内容复杂枯燥且抽象,对于高等数学的要求较多,大部分学生学习困难较大。为了培养学生学习兴趣,激发创造力,我们应该对教学方法进行探索和改进。

为了丰富课堂内容,教师应该巧妙地设计身边有趣的问题,将问题抛进课堂,启发学生的思维。例如,介绍伯努利方程之前,可以搜集吹纸片和吹风机吹乒乓球等有趣的伯努利现象,向学生提出问题,引入相对枯燥的课程内容,从而提高学生的学习兴趣。在课堂教学过程中,适当介绍最新的研究成果和研究热点,可以调节课堂气氛,极大地丰富了学生的知识面,提高学习积极性。例如讲解动量方程时,可以介绍军舰的不同推进方式,增加学生对流体力学用于军事装备的了解,增强了学习动力。教师讲解课堂内容时,不能仅限于内容本身,应该引入研究背景、科学家的研究思想和发展进程。通过此类介绍,使学生学会在实际工作中发现问题、提出问题、分析问题和自主解决问题,通过理论联系实际,从而达到培养综合能力的目的。最重要的是,教师讲解应该形成清晰的立体空间,讲解知识点的过程中,注意点线面相结合,形成清晰的脉络,有利于学生对课程的掌握。

三、 完善课程考核方式

考核的目的在于考察学生掌握程度,检验教学成果,从而促进教学方法的改M和课程的优化改革。因此,流体力学的课程考核应该在一定程度上反映学生的主观能动性,这样有助于营造良好的课堂氛围,促进教师与学生之间的互动和交流。相比于期末考试成绩占百分之百比重的传统考核方式,目前综合考核的方式更加人性化、合理,操作起来也更加复杂。

目前,我院主要采用平时成绩和期末成绩综合考核的方式进行课程评价。平时成绩包括课堂考勤、作业和实验报告,每一个部分占一定的成绩比例。平时成绩是学生对该课程的学习状况、掌握情况的重要反映,也是教师及时了解教学整体情况的重要途径,平时成绩应该是考核中最重要的内容。在平时成绩考核过程中,教师应该对作业和实验内容进行精心设计和优化,不能盲目采用题海战术,应分轻重主次,让学生对各章节的学习有的放矢,有利于调动学生学习积极性,进行综合素质的培养。期末考试可以采用开卷、半开卷的新形式,着重考核学生利用知识分析问题的能力和创新能力。

结束语:

流体力学对后续专业课程的学习和解决实际工程问题是非常重要的,教师应该在教学过程中不断发现问题、分析问题和解决问题,不断改善教学方法,最终提高教学质量,培养学生的综合能力。

参考文献

[1]张志宏,顾建农,王家楣.“流体力学”课程教学改革的实践与探索[J].高等理科教育,2006(5):87-91。

[2]欧阳莉.“流体动力学”教学内容及考核方法研究[J].大学教育,2015:117-118。

流体力学重点例8

作者简介:李伟锋(1976-),男,湖北麻城人,华东理工大学资源与环境工程学院,副教授;刘海峰(1971-),男,山东文登人,华东理工大学资源与环境工程学院,教授。(上海 200237)

基金项目:本文系华东理工大学本科教育教学改革重点项目、华东理工大学“流体力学”精品课程建设项目的研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)08-0077-02

2012年8月29日,中共中央政治局委员、国务委员刘延东在出席“科教结合协同育人行动计划”启动仪式时强调,要认真贯彻全国科技创新大会精神和教育规划纲要,深化人才培养模式改革,大力推进科技与教育协同育人,促进科研与教学互动、科研与人才培养结合,努力培养造就高素质人才和拔尖创新人才。从刘延东同志的讲话中可以看出,教学—科研互动已成为新形势下教育改革和发展的重要方向、内容。

本文以华东理工大学“流体力学”课程建设为例,抛砖引玉,介绍如何通过教学—科研互动来提升课程质量和大学生的创新能力。

一、教学—科研互动的基础

华东理工大学是以工科为特色的全国重点大学,在产学研实践方面走在全国高校的前列。课程教学团队所在的华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室(教育部创新团队)长期从事含碳物质的气流床气化的相关基础理论研究和技术开发,承担了多项国家973、863项目和省部级及企业横向项目,是国际一流、国内领先的气流床煤气化研发基地。本团队在国家科技计划支持下,通过产学研结合成功开发的具有国际先进水平的新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化技术获“国家科技进步二等奖”、“中国石油和化学工业协会科技进步特等奖”和“中国高等学校十大科技进展”和“中国高校—大型企业合作科技创新十大案例”称号,已推广应用30余家企业,并成功出口到美国,产生了较大的经济效益和社会效益。2012年5月14日,中共中央政治局委员、国务委员刘延东,全国政协副主席、科技部部长万钢,教育部副部长郝平在上海市委副书记、市长韩正及上海市委副书记殷一璀等的陪同下视察了煤气化及能源化工教育部重点实验室。刘延东同志对实验室围绕国家重大需求、服务国民经济和社会发展主战场、坚持走产学研结合之路,在煤气化领域取得的突出成绩给予了充分肯定,殷切希望实验室全体师生:“攀登科学高峰,为振兴中华作贡献!”

实验室建有多套用于流体力学研究的实验装置,拥有诸如激光多普勒动态粒子分析仪、热线风速仪、粒子图像测速仪、高速摄像仪、马尔文激光测粒仪、马尔文雾滴测试系统和旋转流变仪等一大批先进的流体测量仪器,还拥有Fluent 6.1、Phoenics 3.0等计算流体力学软件和DELL高性能计算平台。这些流体力学方面的软硬件条件为流体力学课程提供了良好的平台,可供师生参观、学习和开展教学—科研互动。

本授课团队长期从事流体力学领域的教学和科学研究,已经在国际权威刊物上发表流体力学相关的学术论文10余篇,涉及射流、撞击流、气流式雾化、气力输送等研究方向。授课团队成员长期参与产学研合作,将流体力学理论基础同科学研究、技术研发和工程应用相结合,这为流体力学课程的教学—科研互动提供了重要的保障。

二、教学—科研互动实施方式

1.授课中的教学—科研互动

流体力学课程中有的知识点偏重基础理论,有的偏重生活常识,还有的偏重实践应用。对于不同类型的知识点可以采用不用的方法进行教学—科研互动。对于偏重基础理论的内容,比如纳维—斯托克斯方程、欧拉方程、湍流和流动显示等,可以结合流体力学的学术研究向学生讲述科学研究的思路与方法,同时介绍这些流体力学科学问题的最新研究进展,为学生将来从事科研工作和进一步深造打下有益的基础。比如湍流,这是流体力学中100多年来公认的难题,但是近年来关于湍流模型和标度率等方面的研究进展很快。因此在讲述湍流时,授课老师可以一方面介绍近年来湍流的最新进展,另一方面向学生演示本团队用高速摄像仪拍摄的各种流体流动图像和利用热线风速仪采集的湍流脉动信号,使学生既理解了课本上湍流的基本概念和理论,也了解了湍流研究的最新进展,更重要的是了解了科研中湍流研究的手段和方法。

流体力学课程中也有不少和生活常识密切相关的知识点,比如日常生活中自来水输水管网涉及流动阻力分布规律、龙卷风涉及旋涡知识、汽车的风噪涉及绕流阻力等。对于此类知识点,授课老师可以从网络和科普读物中收集相关素材制作生动的多媒体课件。比如,在讲授绕流阻力时,授课老师向学生展示了各种年代的汽车外形设计图片以及对应的绕流阻力系数,还向学生讲解了为何表面粗糙的高尔夫球能飞得很远,为什么穿上表面有纹理的“鲨鱼皮”泳衣能游得更快。通过将生活中的现象和流体力学的相关知识点结合,使课堂授课变得鲜活和生动起来,也使学生对这些知识的理解更加深刻。

流体力学课程中有些知识点是和工业应用密切相关的,比如流体压力和流量测量、管流阻力损失、流体输送机械、射流等。对于这些知识点,授课老师通过向学生展示大量的工业现场照片和工业应用案例来强化教学、科研的互动,让学生深刻领会流体力学知识是如何应用以及如何转化为生产力的。

2.教学—科研互动的实践环节

(1)开设专业实验。除了流体力学实验课之外,本团队还开设了热能工程专业实验“水煤浆流变特性测定”和短学期实验“液体雾化滴径测量”。通过开展这些实验,学生掌握了旋转粘度计和激光粒度仪的测量原理、使用方法,同时对热能工程中重要的水煤浆流变特性和粘性流体的喷雾过程有了更为深刻的认识,为将来从事热能工程相关专业的研究和工作打下了基础。在实验过程中,除了注重学生实验动手能力的培养之外,指导老师还鼓励学生带着问题做实验,带着批判精神做实验,以此培养学生的创新能力。

(2)开展大学生创新实验。为了提高大学生的实践能力和创新能力,本校每年开展各种级别(校级、上海市级和部级)大学生创新实验计划项目,并进行一定的经费资助和跟踪管理。为此,指导老师每年开展多项流体力学相关的各种级别的大学生创新实验课题。这些课题分为两种类型:一种是修完流体力学课程的学生根据兴趣,通过查阅相关资料后自拟研究课题,如果项目可行性通过指导老师审核即可立项。另一类课题是从本团队承担的科研项目中挑选的内容,供学生进行双向选择。学生通过参加这些创新实验课题巩固了书本知识,更重要的是进行了教学—科研的互动以及理论和实践的结合,实践能力和创新能力得到了较大提高。

(3)开展毕业环节。每年指导老师会从本团队承担的科研项目中精心挑选合适的课题供大学生进行双向选择,这些课题和流体力学学术研究或者工程实践相关。学生通过长达一学期毕业环节的训练直接参与了科研项目,得到了从查阅文献、搭建装置、实验数据采集、数据处理、论文撰写到论文答辩的完整过程的训练,基本科研能力得到了较大提高。

三、教学—科研互动中存在的问题

1.教师的专业素养

社会上流传一句话:“没有不好的学生,只有不好的教师。”尽管有些绝对,但是也从一个侧面说明教师自身素质对教育质量的重要性。在教学和科研互动环节中,重要的一点是授课老师要有比较良好的科研素养和丰富的工程实践经验。否则,即使授课方法再好,教学—科研互动也只能是一句空话。

2.配套硬件条件

进行教学—科研互动应要有一定的实验装置、实验仪器和相关的科研项目作为支撑。长期以来,大学里的高级科研仪器为老师和研究生所使用,真正向本科生开放的高档仪器和设备很少。究其原因,一是因为大学里的高档仪器和设备主要服务于科研,而非用于本科教学和实验;二是本科生的专业知识还不足以掌握这些贵重仪器的操作和使用。要解决这些问题,需要扭转科研仪器只为科研服务的思想。这些仪器和设备可以在教学—科研互动中发挥重要作用,应在指导老师和研究生的帮助下逐步向本科生开放。

3.监督机制

流体力学重点例9

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2013)12-0033-02

流体力学是宿迁学院土木工程专业的一门重要的专业基础课。流体力学具有基本概念多、公式复杂、内容抽象等特点,是一门既有较强理论性又有较强工程实际意义的课程,因此,该课程既可以培养学生良好的逻辑思维能力和分析推理能力,又可以培养学生分析问题和解决问题的能力。然而学生的实际情况是由于在大学前两年接触最多的是固体力学,已形成一定的思维定式,而且由于精简学时的原因很多流体力学课程中需要的高等数学知识没有讲解,到了大三一旦遇上流体力学这个新鲜事物,可能接受起来会碰到许多困难[1]。学生普遍感觉该课程枯燥乏味、难学,存在畏难、厌学情绪,期末考试不及格率较高。在学校提倡培养应用型人才的大背景下,有必要根据课程性质从提高教师教学水平和提高学生学习效果进行探讨。

一、引导学生重视,激发学生的学习兴趣

(一)强调课程的地位和重要性

教师除了说明流体力学在整个专业教学中的地位和作用外,还可补充说明它是注册结构工程师基础考试中公共基础考试科目。此外,还可说明往年期末考试通过率的情况,以给学生适当加压。当然,更重要的是还要说明该课程的学习方法,以帮助学生树立信心。

(二)通过人物、工程实例及专业应用调动学生的学习兴趣

“兴趣是最好的教师,而教师则是点燃学生学习兴趣的火炬”。如何调动学生的学习兴趣是教师考虑的首要问题。在教学过程中可以穿插举出古今中外的科学家、工程师生平事迹和工程实例以调动学生的学习兴趣。如大禹采取疏壅导滞的方法治水三过家门而不入;理想流体力学奠基人欧拉16岁就获得硕士学位,双目失明后仍然从事科学研究直至去世当天还在进行科学研究等[2]。如两千多年前李冰利用“深淘滩,低作堰”建造的都江堰;大约在同时期,古罗马人建成了大规模的供水管道系统等。除此之外,还可以介绍流体力学在土木专业及其他专业的应用,如美国华盛顿州塔科马大桥被大风摧毁、汽车“风阻”和飞机“音障”等事例。

(三)将CFD技术引入课堂调动学生兴趣

计算流体动力学(简称CFD)技术日趋成熟,已经成为研究流体力学的一种重要方法。在流体力学教学过程中引入CFD技术,不但可以将理论性较强的内容形象化,加深学生对基础理论的理解,而且可以开阔学生的眼界,激发学生的学习兴趣和探索精神。如对欧拉法中流线的模拟、圆管中层流和湍流流速的分布、局部阻力损失的流场分析[3]。

二、教学内容的取舍和教学环节设计

(一)教学内容的取舍

流体力学知识面广,内容繁多,在学时限制的条件下要结合专业教学要求合理取舍。对土木工程专业而言需要掌握的内容有:(1)流体物理性质;(2)流体静力学;(3)流体运动学和流体动力学;(4)阻力损失;(5)管道流、明渠流及渗流。

1.重要问题的处理。首先,要从力学角度分析流体的流动性。流体与固体的主要区别在于流体的流动性,其根本原因是流体和固体对承受剪切力的表现。为了形象说明,可以引用“抽刀断水水更流”的诗句[4]。当然,还需说明无论流体静止还是运动均不能承受拉力。

其次,要理解连续介质假设的概念。微观上,流体是由大量分子构成的,是离散的,不连续的,这给我们研究流体力学问题带来了困难。连续介质假设认为流体是由内部无间隙的连续流体质点构成。这里要理解流体质点微观上“充分大”、宏观上“充分小”的含义。如此流体在空间上就变为连续的,可以借助高等数学的方法来研究。

2.公式推导的处理。流体力学学习过程中会遇到大量复杂的公式,特别是实际流体伯努力方程的推导让人很难掌握。笔者在处理公式推导问题时强调公式推导的目的是让学生学习一种思想,学习一种处理问题的方法,将精力集中在公式建立的基本原理和适用条件上,从思路上进行分析整理,淡化烦琐的数学推导过程。这样学生有了独立思考的空间,教师也有了更多的时间来讲解基本概念和基本方法。需要强调的是,流体力学中很多公式都是在一定条件下推导出的,因此其应用也是具有一定范围的,公式的应用往往也有一定的技巧,如伯努力方程的“三选一列”。

(二)教学环节的设计

1.调整习题或考题构成,重视习题课。这里有两个问题需要注意。一方面,流体力学习题历来存在重计算、轻概念的现象,特别是考题如果全是计算题,就会形成无形的指挥棒。这就不利于学生从整体上掌握该课程的重点,习题或考题的题型应丰富,除了计算题之外,还应有填空、选择、判断、作图、名词解释等考查基本概念的题目。另一方面,在精选题目时,要注意将理论教学和实际应用结合起来,如查找资料的技能培养。在流体力学的牛顿内摩擦定律、能量损失计算和管道流等部分很多数据都是要查有关工程手册和图表的[5]。

习题课是流体力学教学的重要环节,为了能够在学时紧张的前提下开展习题课,教师必须重视习题选择和习题评讲两个方面。一方面,教师应选择具有代表性的题目,另一方面,习题讲评应使学生从解题过程中获得解决问题的思路、方法和技巧,达到触类旁通的效果。

2.重视实验教学,强化实践环节。实验教学是流体力学教学中的重要组成部分,通过实验,不但可以加深学生对流体力学基本原理的理解,而且有助于培养学生的动手能力、独立工作能力和创新能力。如通过水静压强试验,学生明确了测压管水头的含义;通过雷诺实验,学生加深了层流、湍流及临界雷诺数的理解。当然,由于实验室条件的限制,目前的实验主要以验证性居多,在条件许可的情况下应进行设计性实验。

此外,每学期笔者都会布置一个任务,让学生留意身边感兴趣的流体力学现象,然后根据课堂所学知识和个人理解撰写论文,以此增强学生的实践应用能力和培养其创新能力。

三、教学方法和手段的改进

(一)注重讨论法与案例教学法的运用

1.讨论式教学方法。教学活动应该是双向的师生互动过程,不应是教师的一言堂。教师应创造和谐、轻松的课堂气氛,鼓励学生积极发言,表达自己的疑问、见解,激发学生的学习积极性和创造性。如在课堂上通过提问的方式回顾上次课的主要内容,通过“自学―提问―讨论―总结”的方法学习新内容,在考虑学生接受能力的前提下,甚至可以让学生来讲一次课。如通过反证法证明流体静压强的方向,通过隔离体分析法证明流体静压强的大小。通过讨论式的教学方法不但可以调动学生的学习积极性,树立信心,而且还可以培养学生勤于思考、善于发现问题、分析问题、解决问题的能力。

2.案例式教学方法。通过将生活和工程案例引入课堂,不但可以增强学生的学习兴趣,而且可以加深学生对理论知识的理解,提高学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。生活案例有马利奥特容器原理应用于点滴吊瓶和家用饮水机[6]、洗衣机为什么老翻衣服兜[7]、捞面条的学问等。工程案例如1993年青海省沟后水库在低于设计水位0.75m的情况下突然垮坝的事故;三峡工程如何在最大流量10×104m3/s、水头高达100m、最高流速高达45m/s的情况下不会产生巨大的破坏力等[8]。

(二)综合运用各种教学手段

流体力学概念抽象、繁多,仅靠传统的一块黑板、一支粉笔不能激发学生的学习兴趣。借助于多媒体技术,利用其形象、生动、直观、易于理解并可加强记忆的优点,通过动画、视频资料、数值模拟等手段将复杂的流动现象展示给学生,可取得事半功倍的效果。但是,考虑到多媒体技术授课和传统的授课方法各自的优缺点,结合流体力学课程特点,采用取其长而避其短、两者兼顾而又两者不弃的原则。

“教学有法,但无定法,贵在得法”。我们要不断更新教学理念,努力提升自身的综合素质,及时总结教学过程中出现的问题并加以改进,注重教学过程中的每一个环节,多管齐下,才能保证学生取得良好的教学效果。

参考文献:

[1]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建

筑,2008,(21).

[2]张志宏,顾建农,王家楣.“流体力学”课程教学改革的实

践与探索[J].高等理科教育,2006,(5).

[3]赵琴,杨小林,严敬.CFD技术在工程流体力学教学中的

应用[J].高等教育研究,2008,(1).

[4]刘建龙,王汉青,寇广孝.激发学习兴趣提高流体力学教

学效果[J].中国电力教育,2008,(20).

[5]徐艳萍.《工程流体力学》教学探讨[J].江西电力职业学

院学报,2003,(2).

[6]毛根海.应用流体力学实验[M].北京:高等教育出版社,

2008:8-10.

[7]武际可.拉家常・说力学[M].北京:高等教育出版社,

流体力学重点例10

作者简介:尹雪梅(1979-),女,四川资中人,郑州轻工业学院机电工程学院,讲师;张文慧(1980-),女,河南焦作人,郑州轻工业学院机电工程学院,讲师。(河南郑州450002)

中图分类号:G642.0     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2012)10-0098-02

目前,郑州轻工业学院(以下简称“我院”)的制冷与低温工程专业已被评为部级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养,造就人才,有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。

“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课,主要分为流体静力学和流体动力学,研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂,故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。[1]加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识,导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。[2]因此,迫切需要进行“流体力学”课程教学改革,使学生学好本门课程,提高课程教学质量,使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识,培养学生的综合分析应用能力和创新能力,全面提高专业素质。

分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状,发现存在以下主要问题:首先,“流体力学”理论性强,概念多而抽象,难以理解,学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识,学习兴趣不高;其次,课程中公式繁多,推导过程复杂,且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程,另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识,学生理解困难;另外,学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣,选择合适的教学模式组织教学,全面实现该课程教学目标,提高教学质量,是该课程教学亟待解决的问题。

一、改革教学方法

学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素,不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础,也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课,笔者结合自己的教学经验,认为可以从以下几方面着手。

1.激发学生学习兴趣

学生是学习的主体,而“流体力学”又是大家公认难学的课程,因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。

要提高学生学习“流体力学”的积极性,首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口,也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示,“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解,使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关,深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。[3]

教师在讲授一些理论知识之前,可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣,启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前,可以先问学生:在水中游得快还是在油中游得快?为什么?又如在描述流体运动有两种方式――拉格朗日法和欧拉法时,可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比,从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式,让学生带着问题去学习,让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事,由愿学到爱学再到乐学。实践表明:列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感,活跃课堂气氛,不仅可以吸引学生的注意力,激发学生学习的主观能动性,还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义,并且能加深学生对所学知识的理解和记忆,使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。

另外,还应充分利用多媒体,通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象,而不是停留在抽象层面,从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。

2.巧妙讲解公式

为了定量地描述流动现象和分析流动机理,需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式,首先就要读懂数学,然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明,学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作,帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变,进一步建立起科学的思维方式。

“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式,这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识,特别是大量的偏微分方程,加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法,与物理及其他力学不同,学生的观念不易改变,而且推导过程复杂,学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性,对每个公式的每个推导细节都逐一介绍,推导过程将会枯燥无味,学生只会被弄得糊里糊涂,兴趣全无。而如果直接给出公式,让学生死记硬背,只能让学生不知其所以然,当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。

根据多年的教学经验,笔者认为:“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透,概念清楚了,公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义,只有真正理解了公式的物理意义,才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性,“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的,如伯努利方程就有多种形式(理想流体、实际流体、流体是否可压等),在具体运用时,要根据具体情况选用正确的形式。

3.充分利用作业

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了,接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段,同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。

首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题,这是“流体力学”学习过程的重要组成部分,解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程,课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。

然后再由教师通过习题课的方式,利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题,讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时,重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤,使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧,以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解,将物理问题与数学工具有机地结合起来,有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考,有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。

二、改革教学手段

多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点,丰富的教学内容,被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。[4]

多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体,可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点,如拉格朗日和欧拉法的描述,流线与迹线、层流、湍流等,通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生,使其从感性认识开始建立清晰的物理概念,较容易地掌握相关内容,并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学,授课的信息量增多了,教学内容更丰富了,学生在有限的时间内接收的知识更多了,学生的学习兴趣提高了,学生的思路拓宽了,教学质量也提高了。

多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西,更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点,在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合,扬长避短,发挥各自的优势,为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象,可以通过多媒体教学,加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学,例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,有利于学生集中注意力,让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间,又可加深学生对重要知识的理解,从而获得良好的教学效果。

三、 结束语

总之,高等教育教学改革,特别是专业课程的教学改革,是一个长期而艰巨的实践过程。“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课,在教学中要根据学校的具体情况改革教学方法和教学手段,借助现代教育技术与手段,充分调动学生的学习兴趣,结合生活、生产、科研中的实际问题,进行深入浅出、生动活泼的讲解,揭示问题的本质,向学生传授治学方法,扩大学生的知识面,培养学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力,培养学生的创新精神,以取得更好的教学效果。

参考文献:

[1]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建筑,2008,34(21).

流体力学重点例11

教材与学生分析

妇产科学是专门研究女性特有的生理、病理变化以及生殖调控的一门独立的临床学科,包括妇科学、产科学和计划生育三大部分。它既是临床医学,同时也是预防医学。但必须指出,上述三部分并不是互相割裂的,而是有着共同的基础,那就是均面对女性生殖系统的生理与病理,且存在着互为因果的关系。况且女性生殖器官仅是整个女性身体的一部分,它和身体其他脏器和系统均有密切的相关性。因此,妇产科学已成为临床医学本科医学生的必读课程和主干课程。但由于该学科涉及面较广,且独立性较强,学生学习难度较大,日常教学也由于课时相对较少,难度增大。“自然流产”作为临床常见疾病,是妇产科学的最基本章节,也是重点章节,通过对该章节基本知识、基本理论的学习,可使学生对自然流产的病理、病因、诊断及预防等有一个初步认识,从而为更好地从事临床医疗打下坚实的理论基础。

学生学习程度参差不齐,基础相对较差,对抽象内容的理解较困难,学生对学习不善于深入研究,缺乏对各学科之间的联系和沟通的能力,学习比较被动。针对自然流产的知识结构和笔者经验,特对本节教学做如下设计。

教学设计

教学目标:①知识目标:熟悉自然流产的概念和特点;掌握自然流产的病因、病理、临床表现、临床类型及其诊断和处理方法等。②能力目标:培养学生的理解能力、分析能力、判断能力和处理不同种类流产的实际操作能力。③情感目标:通过师生互动,联系生活实际,结合临床病例,引导学生提出问题,组织学生讨论问题,培养学生主动思考和主动参与的意识,全面增强学生对自然流产知识的掌握,继而提升学生对学好妇产科学的信心和决心。④质量目标:通过观看图片、模型和讲解归纳,把教学与生活结合起来,把理论学习与临床治疗结合起来,提高学生的理解能力,保证学生的学习效果,使学生学会用联系的、宏观的眼光看待妇产科学与其他医学学科之间的联系和沟通,从而提高整体素质和教学质量。