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流體靜力學方程的應用范文1
關鍵詞 知識背景 水力學 教學實踐
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.01.042
0 引言
作為流體力學的一部分，水力學主要以水為研究對象，分析其平衡和運動規律的具有較強理論性和實際工程意義的一門課程。在土木工程、市政工程、水利工程等專業中，水力學作為一門專業基礎課程對其他專業知識的學習影響深遠。
曾經有一位電子工程師談到他在大學學習數字信號課程時遇到一大堆數學公式，但只有在多年后的應用中才真正懂得什么是數字信號，水力學課程的學習也有類似之處。①水力學教師一般習慣于將教案中水力學理論知識按照其推導過程進行設計，在課堂講授時則一步一步詳細介紹其推導過程，其目的是讓學生清楚知道該理論的來源和數學依據，整個形式似乎是 “完美”的。但是，這樣的教學過程容易讓學生感覺水力學課程是“微積分的應用題”，不利于水力學課程“物理本質”的理解。
當然，水力學課程和其他力學課程一樣，與高等數學等基礎課程聯系密切，很多理論知識是利用數學知識推理而來，但是它又不同于數學，是一門具有實際物理意義的課程，這就是水力學和其它工程類專業基礎課程共同所具有的重要特點之一。為了讓學生在課堂學習的過程中能夠最高效地理解水力學課程的“物理本質”，而不是僅僅停留在“數學層面”上，這就要求水力學教師在教學過程中幫助學生實現從讀懂數學到理解流動過程物理本質這一轉變。筆者通過與學生的密切交流，在了解學生有關水力學知識背景的前提下開展了基于學生水力學知識背景的課堂教學實踐。通過在兩屆土木專業學生水力學課程上的課堂教學實踐，立足于水力學知識背景的教學方法在幫助學生課堂上加強對水力學物理本質的認識上取得了很好效果。下面就立足于水力學知識背景的教學方法舉兩個具體的例子進行闡述。
1 立足于知識背景的教學實踐舉例
我們在對“重力作用下流體靜壓強的分布規律”②一節進行教案設計時，往往習慣開始于歐拉平衡微分方程的綜合式表達式 = （ + + ），隨后分析作用在流體上的質量力只有重力情況下的單位質量力，將各方向單位質量力代入該式，經過縝密的微積分推導得到重力作用下流體靜力學基本方程 + = 。這個過程理論性強而且流暢，是許多教師習慣的課堂講授過程。其實，對學生而言，在中學物理課中就已經知道靜水的壓強表達式為 = 和 = + 。如果我們從學生已掌握的水力學知識背景出發，在教案設計中首先開始于 = 和 = + ，分析對比后得到重力作用下流體靜力學基本方程 + = ，如圖1所示。這樣的過程將更有利于學生對 + = 背后所代表的物理意義的理解。同時，這也是一個由已知到未知的過程，符合學生對知識的認知規律。這一過程弱化了微積分推導過程，讓學生學習的重點不在推導過程，而是在對水力學概念及其物理意義的認知上。顯然，立足于知識背景進行水力學教案設計和課堂講授更有利于加強和加速學生對水力學知識物理本質的理解。
水力學知識背景不僅僅局限于我們生活中的水力學常識，水力學課程前部分所學知識即為后部分知識學習過程中的知識背景。教學過程中充分利用已學的水力學知識，融會貫通，前后知識的比較和分析，可加深學生對新知識的理解，特別是對水力學問題物理本質的理解。例如，我們在對“伯努利方程”一節進行教案設計時，將其與前面靜力學知識建立類比關系進行分析，如圖2所示。顯然，通過與靜力學知識物理意義的類比更加加深了學生對伯努利方程背后所代表的物理意義的理解。
將新學知識建立在已學知識的基礎上，新知識和已學知識進行類比的教學設計，不僅幫助學生將整個水力學課程所需要掌握的知識內容貫穿起來，形成一張相互關聯的知識網，有利于了解各內容內在的本質聯系，而且通過這種類比更加有利于快速高效地掌握新知識背后所代表的物理本質。
2 實踐效果與思考
多年來，許多教師開展了有關水力學課程教學的研究工作，通過一系列的教學方法和教學模式的改進和創新，使得教學效果有了顯著的提高?；趯W生的水力學知識背景開展課程教學實踐，對課程內容的講授靈活變通，一方面不僅有利于節約課堂教學時間，適應高校教學體制變革和學分制深入開展過程中水力學課堂學時縮減的實情，同時也豐富了教學方式，對改變課堂沉悶狀態、調動學生課堂積極思考有一定的促進作用；另一方面也更加有利于幫助學生實現從讀懂數學到理解流動的物理本質這一轉變，加強學生對水力學知識點的掌握及其物理意義的理解。
但是，在以水力學知識背景為出發點的教學過程中也需要注意一些問題。一方面，教師要在開課之前必須對學生所掌握的知識背景進行深入細致的了解，只有了解了學生的知識背景程度才能設計好課程教案；另一方面，教師必須全面而準確地把握水力學課堂內容，吃透教材，將課程內容巧妙地與學生的知識背景聯系起來。
基金項目：南昌大學教改基金項目（項目編號：NCUJG LX-13-1-88）
注釋
流體靜力學方程的應用范文2
關鍵詞：教學條件；化工原理；興趣
中圖分類號：G642.41文獻標識碼：A 文章編號：1006-5962（2013）03-0273-01
化工原理課程不同于其他理論課程，化工原理是研究化工生產過程中各種單元操作的工程學科。它緊密聯系生產實際，是石油、化工、輕工等專業學生必修的一門技術基礎課程[1]。那么《化工原理》這樣一個龐大的科學體系，如何在有限的時間內全面系統地向學生傳授知識呢，如何保證良好的教學效果和教學質量，關鍵是看學生對這門課程的興趣如何。如何提高學生對化工原理的興趣呢，我們化工原理組的成員根據多年的教學經驗，得出如下四方面。
1從第一節課的教學中啟發學生的興趣
俗話說萬事開頭難。很多學生可能從高年級的同學那里聽到有機化學，化工原理呀都是很難學的課程，不及格的人數相對來說比其他課程多一點。那么，從心里開始畏懼化工原理課程。這就需要我們老師來調整學生對這門課的心態，怎么調整呢，我認為第一節課是非常關鍵的，第一節決定學生能否對這門有興趣。我們老師要引導，把學生認為難的化工原理課程給他們簡單化了。我一般上課就告訴他們化工原理很簡單，就學三方面知識：傳質、傳熱、
設備。傳質就學質量守恒定律，傳熱主要是熱能守恒。當講到具體的知識點在細說。這樣就把很復雜的東西簡單化了，學生聽起來也就覺得很輕松了。
在第一節課中再給學生舉一些生活中碰到的問題，需要用化工原理的知識解決。如北方的冬天玻璃窗戶使用雙層玻璃，這是為什么呢，就會提到傳熱系數的問題。如化工廠里乙炔發生爐壓力的測量與控制，這就用到了靜力學方程。
如圖1所示，某廠為了控制乙炔發生爐a內的壓強不超過14.7KPa（表壓），需在爐外裝有安全液封（又稱水封）裝置，液封的作用是當爐內壓力超過規定值時，氣體便從液封管b中排出。試求此爐的安全液封管應插入槽內水面下的深度 h.
另外，舉一些生活中遇到的常識，這樣激發學生對化工原理的興趣。
2從多媒體教學啟發學生的興趣
多媒體教學已成為現代教學過程中必不可缺少的一部分，并發揮著日益顯著的作用， 在新形勢下，探討如何通過多媒體的組合達到課堂教學的優化成為當務之急。在許多課程教學過程中使用現代化電教手段，結合多媒體及其組合發揮其作用已成為新的趨勢[2]。目前，我校幾乎每個教室都配備了多媒體設備，希望大家使用多媒體教學方法能在教學過程中起到良好的作用，能使教學成果顯著。那么，化工原理教學過程中使用多媒體教學效果如何，能不能起到我們教師希望的效果，學生的學習興趣能否得到改善呢。
根據我校學生的特點，很多學生是從文科轉到工科，從學生自身來說，本身就不愛學習理科，更何況化工原理呢，那怎么引起學生對這門課的興趣呢，我們通過多媒體教學收到了良好的效果，把靜態的教學方式變化成動態的教學[3]。
那么，運用多媒體教學中應注意到兩點：
1、引思原則
多挖掘多媒體在啟發學生思維方面的特殊功能， 要求學生主動思考的， 決不"包辦"。
2、激勵原則
激勵的目的是為了激發學生內在的認知動機。我們通過精心選擇多媒體， 設計適當的教學情景或制造扣人心弦的教學懸念等手段來引起學生興趣， 激其情， 奮其志， 引其思， 使學生的學習活動在"期望--探索--成功--更高的期望--更深的探索--更大的成功"這一動態過程中進行[4]。
舉一個最簡單的例子，化工原理的第一章流體流動學，內容很多，也很復雜，學生學了頭就大了，那怎么辦呢。我們老師講到每個知識點，首先不是去把內容講了，而是給學生講這個知識在實際中能干什么用，能解決什么樣的問題，然后再講內容，舉到實際的事例時，我們用多媒體演示，讓流體在管道中流動起來，看在管道中流體的流速怎么變化，這樣提高了學生學習的極大興趣。
3運用總結教學激發學生的興趣
講完每一章課時，我都給學生進行總結，而且盡量的簡單化。比如在學完流體流動時，告訴學生這章就知道三個主要方程就行了，那三個方程呢。
第一流體靜力學方程P1ρ+gz1=Pzρ+gz2
第二連續性方程 ub1A1ρ1=ub2A2ρ2
第三柏努力方程式 gz1+u212+P1ρ+ws=gz2+u222+P2ρ+wf
這三個方程又要知道什么知識點，能解決什么樣的問題，實際的事例有哪些，一一給學生列出來，一點蓋面，這樣把系統的知識都羅列出來了。
4留問題給學生，提高學生學習主動性和思維能力
不能用填鴨式教學方式，把更多的時間留給學生，讓學生自己思考，自己動手。當老師把系統知識傳授給學生時，化工原理有實驗課程，設計課程由學生獨立完成。充分發揮他們的想象能力，把所學到的知識應用到實際中去，這樣不但鞏固了他們所學的理論知識，而且激發了他們對這門課程的極大興趣。
參考文獻
[1] 夏清，陳常貴.化工原理（修訂版）[M]，天津，天津大學出版社，2005.1
[2]宋曉霞.高校多媒體教學改革與實踐研究[J].中國教育信息化：高教職教，2008 （1）：65-67.
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流體靜力學方程的應用范文3
關鍵詞：活動星系核；黑洞質量；吸積盤；吸積率
1 標準薄盤模型
所謂標準薄盤是指由Shakura & Sunyaev[1]，Novikov & Thorne[2]，Lynden-Bell & Pringle[3]提出并發展起來的吸積盤理論。這種吸積盤在解釋觀測資料方面取得巨大成功，被尊為“標準”盤。由于假定了局域熱平衡，徑向結構和垂直向結構實際上是分別處理的。盤的徑向結構由連續性方程和角動量方程決定。要得到盤的垂直向結構，可以利用垂直向的流體靜力學平衡方程和能量傳輸方程。分析表明，描述一個幾何薄盤的方程為
由于吸積盤是光學厚的，出射輻射近似為黑體輻射。因此，輻射流為
令 ，由上式可得
的譜常稱為吸積盤的特征譜。
2 光學-紫外譜擬合黑洞質量
2.1 擬合吸積盤的光譜（標準薄盤模型）
由于類星體的紫外-光學譜彌散很大，擬合并不是針對合成的連續譜，而是針對每個具體的類星體的大藍包。利用參數的變化來擬合黑洞質量，（1）分別改變參數黑洞質量和視線與盤的法線的交角，cosi=0.1，0.25，0.5，0.75，1；黑洞質量分別為M=M109M；我們可以得到，吸積率和黑洞質量不變，隨著角度的減小，流量在增大。（2）分別改變參數吸積率和視線與盤的法線的交角，黑洞質量M=108M，吸積率分別為M=M，M=10-1M；cosi=0.1，0.25，0.5，0.75，1，我們可以得到，隨著角度的減小，流量在增大。（3）吸積率M=10M，cosi=1，黑洞質量分別為M=109M，M=108M，M=107M，M=106M；我們可以得到，在logv≤13.5，隨著黑洞質量的減小，流量在減?。辉趌ogv≥14.5，隨著黑洞質量的減小，流量在增大。（4）M=108M，cosi=1，黑洞質量分別為M=10M，M=M，M=10-1M，M=10-2M；我們可以得到，在同一頻率下，隨著吸積率的降低，流量在減小。
2.2 對大藍包的擬合結果
對八個類星體的大藍包的擬合圖如下：橫軸為logv，縱軸為logFv。八個類星體分別為0237-233；0844+349；0742+318；1004+130；0955+326；0958+551；1100+772；1115+080。以下圖1就是對八個類星體的大藍包擬合結果。
應用標準薄盤模型研究類星體和活動星系核的大藍包，在大多數情況下，模型光譜能夠較好地擬合觀測光譜。
3 討論
大部分類星體（AGN）中心黑洞質量的測定是由間接方法得到的，例如，由MBH～σbu1ge相關。這帶來一定的不確定性。除了方法本身的誤差外，還有兩個重要的原因。首先，我們現在還不清楚，這些相關是否對所有類型的活動星系核都一樣。另外，目前的許多方法是有小紅移樣本得到的，它們能否推廣到大紅移活動星系核？有人現已得到一批活動星系核中心黑洞的質量。結果表明，Seyfert星系的黑洞質量在107～108M；類星體的黑洞質量在108～109M。本文利用光學-紫外譜擬合活動星系核中心黑洞的質量，得到的結果大概在106M，與別人利用別的方法得到的活動星系核中心黑洞的質量有差異，但是活動星系核中心黑洞的質量的范圍是106～109M。而我們所得到得結果正好在這個范圍內。得到的結果為黑洞質量的下限，在擬合過程中可能與參數的調節有很大關系。我們給出利用reverberation mapping方法得到的黑洞質量，如下：
把以上兩個表進行比較，可以看出，本文用光學-紫外譜擬合活動星系核中心黑洞的質量的方法，得到的黑洞質量偏小，可能因為擬合時調整的參數比較多，帶來了很大誤差。但是總體來說，擬合的效果很好，只是得到的結果誤差可能比較大，所以這個方法的缺點就是參數太多，導致結果的不確定性。
[參考文獻]
[1]Shakura N I，Sunyaev R A.Black holes in binary systems. Observational appearance.1973，A&A，24：337.
[2]Novikov I D，Thorne K S.，1973，p.343.
流體靜力學方程的應用范文4
關鍵詞：流體力學；教學理念；內容調整；教學方法；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）04-0041-02
流體力學是研究流體平衡和運動規律的一門科學，是力學的一個重要分支，已廣泛應用到國民經濟的各部門。工程流體力學課程在哈工大是機械類、材料類、儀器儀表類、航空航天類、建筑工程類、熱能動力類、流體動力工程類等專業必修的技術基礎課程，既有基礎學科的性質，又具有鮮明的技術學科的特點，既與高等數學、大學物理、理論力學等課程有緊密的聯系，又是專業課的基礎，是一門理論性和工程實際意義都較強的課程[1]。哈工大流體力學教研室成立于1956年，歷來重視教學研究及教學質量，不斷積累教學經驗，改進教學思想，在基礎教學與實驗設施、師資隊伍建設、教學質量、教學研究與改革等方面都取得一系列成果，居于國內領先水平，并于2009年被評為國家精品課程，目前正在進行國家精品資源共享課程的升級。雖然取得了一系列的重要成績，但是仍然存在一些問題，需要進一步轉換觀念，從當前社會的實際需求出發，深入進行教學模式和教學內容等方面的研究和探索。
一、改革教學理念
課程建設的目的是提高教學質量，歸根到底是提高學生培養的質量，而學生質量的衡量標準則是其綜合素質及能力。工程流體力學課程的特點是抽象概念多，數學分量重，理論性較強，許多復雜的流動物理現象難以用言語和具體圖像清晰地表述[2]。工程流體力學課程中有很多較難的知識點，例如流體微元運動的Cauchy-Helmholts速度分解定理、粘性流體的運動微分方程、邊界層基本方程及近似計算等，這些知識點包含了大量的數學推導，往往要占用很多課時，同時這些理論知識的講解又是空洞和死板的，無法激發學生的學習熱情。即使是多數教師能夠本著負責的態度將這些知識難點講解清楚，也往往并不能使學生對這些難點留下深刻的印象。這種教學過程是事倍功半的，容易引起學生對這些知識做機械的符號記憶或者陷入對推導嚴密性的過度鉆研，無法建立起流體力學的全局思維方式，進而也不能提高學生的綜合分析應用能力。因此，教師在授課過程中要不斷引導學生梳理所講授的知識，使學生能夠運用流體力學知識進行綜合分析。要讓學生明白，流體力學的學習不是背定理、記公式，而是要通過學習這門課程，掌握一門新的科學知識，了解它的人文背景，學習它的思想和方法，掌握它的原理和應用。學生是課程學習的主體，在教學過程中需要注意教與學的同步，授課時關注學生的反映，根據學生的反應對授課進行調整，必要時放慢節奏或變換講解方法，也可以讓學生參與討論。學生有必要參與到深層的學科知識應用中，因此可以讓同學參加與學科相關的科學研究，引導同學應用流體計算模擬軟件，實現模擬實驗[3]。教師對學生的實踐引導可以消減同學對流體力學公式繁多的苦惱，而在實踐能力不斷提高的過程中，學生的創新意識和能力將得到很大的鍛煉。實踐證明，學生可以完成適當的工程流體力學課程內容的拓展研究，實現課程與科研工作的相互促進。在積極開展第一課堂的同時，還應該引導學生參加第二課堂活動，激發學生創造熱情，培養學生科學素質和創新精神，提高學生獲取知識、運用知識的能力和創新能力。例如科技創新和節能減排大賽這樣的大學生科技活動是開展素質教育的重要平臺，為學生提供了施展才能、張揚個性的舞臺，使學生得以將課本所學知識充分的運用，并從制作和創新過程中學到了比課本更多的知識，提高了其知識綜合運用能力、實踐動手能力。流體力學教師應該充分利用流體力學知識應用面廣、基礎性強的特點，引導并指導學生參與此類科技活動。另外，流體力學教師還應該經常舉行科技講座，豐富學生的專業和學科知識，培養學生的科研意識和科學精神。
二、課程內容調整
目前所使用的工程流體力學課程內容包括了流體靜力學、流體動力學、漩渦理論基礎、理想流體平面勢流、粘性流體動力學、相似理論基礎、流動的阻力與損失、管路的水力計算、粘性流體繞物體流動、氣體動力學基礎、機翼及葉柵理論、流體要素測量等內容。總的來說涵蓋了流體力學工程應用的多數情況，但是結構仍然需要進一步調整。首先，工程流體力學課程內容較多，多年未更新，有些知識也趨于老化，應適當地對內容進行增減。2006年專業調整后，能源與動力工程本科教學按一級學科制定教學內容，在這種體系下，工程流體力學課程應在主體結構保留的情況下，對于涉及到工程熱力學和空氣動力學的內容進行刪減，避免不同課程的內容重復，使課程之間的界線更加明晰。這樣的好處就是，學生利用有限的課時可以將流體力學主體結構體系學得更好。另外，由于工程流體力學更多的應該涉及流體力學的工程應用，所以關于漩渦理論、理想流體平面勢流及粘性流體繞物體流動章節內涉及的較多理論性知識且與工程應用關系不大的應該適當精簡，減少課時占用。其次，工程流體力學課程內容應適當增加與工程應用相關的內容。美國著名的流體力學教材《Mechanics of Fluids》（Prentice Hall International Editions出版）選取了貼近工程實際的管道流動、葉輪機械流動、環境流體力學等內容，作為經典流體力學主題內容的有機補充[4]。哈工大工程流體力學課程也應該針對學校定位及專業設置，在廣泛調研開課專業的需求基礎上，適當增加有普遍性、代表性的工程應用知識。最后，工程流體力學課程內容應更新與近期科技發展緊密聯系的內容。由于教材不可能年年更新，教師應該在教材內容基礎之上，適當增加與科技進展相關的內容，例如流動的虛擬實驗、流體參數的現代化測量、流體力學的發展現狀、流體力學的最新應用情況等，讓學生了解到流體力學的科技前沿，開拓學生視野，增強其學習流體力學的熱情和興趣。
三、改革教學方法
關于教學方法，哈工大流體力學教師較早地采用了不完全教學法、潛科學教學法、社會探究法、問題教學法、角度教學法等創新性教學法，將教學內容、教學媒體、教師活動、學生活動等課堂教學要素有機組織起來，發揮整體的最大效能。強調學生通過主動探求問題解決的途徑和方法，培養能力，以展素質；并將多媒體技術的運用與傳統教學手段、教學形式的改革統一起來，突出重點，突破難點，從而充分調動和激發學生的學習興趣和積極性。目前多媒體教學在高等教育中的應用越來越廣，在如何正確使用多媒體教學的問題上目前還有一些爭議和討論。工程流體力學課程知識點多，公式推導多，難度大，對于具體的知識點利用板書詳細推演在課堂教學中占用了大量的課時，同時也會影響到學生對流體力學整體思維的把握。由于工程流體力學課程的特點，很多流動現象概念比較抽象，難以用板書表達清楚，很顯然傳統教學方式達不到理想的教學效果。利用多種媒體手段可以更好地創設教學意境，變抽象為具體，變靜態為動態，變黑白為彩色，變無聲為有聲，通過豐富的圖例、連貫的動畫以及真實的實驗錄像，可以使枯燥、乏味的內容變得趣味盎然，使抽象、晦澀的內容變得直觀生動，同時也豐富了學生的信息量，可以更好地激發學習興趣[5]。另外，流體力學的特點是數學分量重、理論性強，所以又不能過多依賴多媒體教學。對于涉及到重要理論公式推導的內容，簡單地將推導過程搬到課件上去，并不能使學生了解重要理論公式的來龍去脈，也難以加深學生對這些關鍵知識點的理解程度。這個時候需要收起屏幕，用板書認真書寫每個符號，推導每個關鍵公式，并解釋其中的物理概念和意義。多媒體和板書都有各自的優缺點，因此我們可以取其長而避其短，采用兩者兼顧而又兩者不棄的原則，交互使用，相輔相成。
四、更新考評制度
哈工大工程流體力學課程作為技術基礎課，目前采取了綜合性的考評方法，總成績由作業、實驗、考試三部分組成，學生共計要完成60題左右的作業，由教師進行判分并作為總成績的10%；共計要完成11項左右的實驗，根據學生對每個實驗原理和操作技能的掌握及實驗報告的質量情況分為優、良、及格、不及格來評定成績，若有兩次不及格或者缺席者必須重做否則不得參加期末考試。實驗課成績占課程總成績的10%。期末考試為閉卷，占總成績的80%。流體力學考試的組卷與課堂教學內容息息相關，課堂教學如果注重內容的應用性、靈活性和綜合性，則在組卷時應適當減少客觀題，豐富試題類型，加大理解性和綜合性題目的分量，避免記憶性成分所占比重較大，而學生臨近考試加班加點應付考試的現象。另外，根據課堂教學和課外科研實踐的特點，對于偏重于工程應用的專題，可以探索利用撰寫科技論文、提交科研作品的方法進行考試，與傳統考試成績綜合來建立起更合理、更具實踐意義的考評制度。
工程流體力學課程是面向工程應用人才的課程，所以教學核心始終應該是學生知識應用能力的培養。為此，在教學中貫穿流體力學思維模式和綜合分析解決問題能力的鍛煉，使學生學有所成、學有所用，是工程流體力學課程改革的一個長期方向。
參考文獻：
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[4]C.P.Merle，C.W.David.Mechanics of Fluids（second edition）[M].NJ（U.S.A.）：Prentice Hall International Editions，1997.
流體靜力學方程的應用范文5
關鍵詞：流體力學；課程教學；課程考核；改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0091-03
《流體力學》是我校環境工程專業一門重要的基礎理論課程。流體力學是應用力學的一個分支，它以物理學為基礎，力學為依據，以數學、科學實驗及計算機為工具，研究流體平衡和運動的基本規律，以及流體與固體的相互作用力。作為一門實用的工程科學，流體力學有比較完整的體系，它不但可以獨立解決一些工程實際問題，而且可以為學習多種工程專業課打下必要的基礎。其任務在于使學生掌握流體力學的基本理論、基本計算方法、基本實驗技能以及在工程實際中的初步應用。通過該課程的學習使學生初步具備分析和解決實際流體力學問題的能力，并對后續專業課程的學習以及將來從事相關專業的工作和科研打下良好的基礎。多年來，流體力學的教學內容主要是經典的流體力學理論和傳統的實驗分析方法，偏重于理論分析，教學內容比較抽象和單一，不能反映當前流體力學學科發展的趨勢，不利于拓寬學生的知識面、提高學生的學習能力和創新能力。具體可以概括為以下幾點：
1.流體力學的教學大綱不適應高等教育改革發展的需要，對教學目標和教學基本要求的定位不準，與培養目標的要求不太一致。
2.流體力學教學與環境工程其他專業課程結合不緊，導致許多畢業生在從事環境工程過程中感覺到流體力學對環境工程的指導作用不明顯。
3.流體力學中的部分概念與化工原理中的內容相重復。
4.流體力學教材中缺乏反映近代科技成果的新內容和流體力學的新發展，與現代科學技術的發展聯系不緊密。
5.教學方法和教學手段沒有考慮到學生主體。
6.流體力學教學中沒有引入演示實驗，將其中抽象的物理過程和物理圖像形象化、直觀化，學生不容易深刻理解和掌握。
7.成績評定形式單一，不能全面地考核學生所學知識和綜合運用知識的能力?？己诵问交旧鲜峭ㄟ^學期末的一次性閉卷考試完成，試卷題型也大都為考察課程主要知識內容點的選擇題、填空題、計算題、證明題等，這種考核形式有引導學生死記硬背的傾向，缺乏對學生綜合應用能力與創新能力的考核。
這些問題的存在導致在學生心目中，流體力學似乎沒有其他專業課重要，是一門可學可不學的課程。因此，傳統的教學大綱、教學內容、教學方式、成績評定不能適應流體力學教學的需要，必須進行適當地改革，構建面向工程的教學體系，注重實踐環節訓練，搭建能力培養平臺，建立更科學的考核機制，以適應形勢的變化發展。目前，我國高校所使用的流體力學教材主要有毛根海編著的《應用流體力學》、李玉柱、苑明順編著的《流體力學》、丁祖榮編著的《流體力學》、汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》。我校選用汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》作為指定教材。2012年，在認真梳理流體力學、化工原理及環境工程相關學科教學內容與環境工程專業培養目標的基礎上，對流體力學教學大綱進行了修訂、對教學手段進行改進，制作完成了與汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》相配套的多媒體課件，并在教學中投入使用，取得了良好的教學效果。
一、修訂教學大綱
根據環境工程專業培養目標修訂原有的教學大綱，使教學目標的工科特色更加明顯。
二、改革教學內容
1.刪減與化工原理重復的內容，對這部分知識點，把講授的重點放在深化和提高上。
2.將流體的物理性質、靜力學、動力學、水頭損失和水力計算作為教學的重點。
3.大幅增加適應環境工程實踐需要的內容，引入一些環境工程案例，讓同學們未進入社會就能體會到流體力學對環境工程的指導作用
三、改革教學方法
新生入學開始就召開師生見面會，讓學科負責人講解專業培養方案，有經驗的教師教授如何進入大學里的學習狀態，引導新生盡快適應大學的教育環境和人文環境，樹立全面人才培養的理念以及與之對應的教學模式、考核體系等內容。讓新生對自己的大學生活作全局規劃，從獲得知識、提高專業技能的方式方法上不斷開拓思維，尋求自己的努力方向。改變傳統的“注入式”傳授知識的教學方法，采用注重培養實踐能力的教學方法，針對具體教學內容，靈活采用內容講授、課堂討論、雙向交流、問題思考、習題訓練、器材設計與制作、企業觀摩考察等多種形式，使學生能較好地掌握流體力學的基本概念、基本規律，掌握分析解決流體力學問題的方法和思路，并使解決問題的能力得以提高。每次上新的章節時，先提出一些與環境工程實踐密切相關的問題，然后告訴學生這一章節要學習的內容，通過這些內容的學習，就可以運用所學的相關知識解決這些實際問題，讓學生帶著問題學習，就不會盲目地學，激發學習的興趣。如在流體的物理性質一章導入的階段提出“為什么經驗豐富的司機，總是要發動機預熱一段時間后才開始行駛”？在流體靜力學章節以“為什么點滴吊瓶的液體逐漸減少時而藥液的流速卻不變”？流體動力學中以“為什么飛機的頭部有一根長長的針狀物”等來導入。學完一個章節后，再告訴他們由于課堂教學時間有限，還有很多問題的解決需要更多的知識，引導大家自學。特別是課程教學已經過半以后，學生的基本流體力學知識有些儲備后，要鼓勵、啟發、指導有興趣的同學做一些拓展性的學習和思考，參與老師的科研或自己做些發明創造，如教學模具、實驗器具等科技作品，培養學生的創新能力和解決實際問題的能力。這時我會帶些有興趣的同學到污水處理廠、環?？萍脊救⒂^考察，了解企事業的技術需求和科技難題，和同學們一起思考探索問題的解決方案。針對流體力學中的概念和規律比較抽象和枯燥的特點，采用多媒體輔助教學與傳統教學方式相結合的教學手段，綜合運用圖像、文字、動畫等展現圖文并茂的教學內容，運用視覺效應加強教學效果、擴大知識面。例如，流體動力學章節中講述流線的性質時，我引入草原上的老鼠在夏天躲在洞穴里納涼的圖片。洞穴靠下風口堆了一個土包，外面涼爽的風能吹進洞穴，若下風口沒有土包，涼風進不去。以這種生動的形式展現課程內容，而不是簡單地播放幻燈片。學生不僅學到了知識，而且感受到知識的生動有趣性。對于重點內容，要嚴格進行板書推導，一方面有利于學生理清思路；另一方面，有利于培養學生嚴謹的科學作風，不能簡單地把熱熱鬧鬧當做生動有趣。對一些工程或生活中碰到的案例或常識，也不太容易做課堂實驗時，可以通過一些課件來模擬。將理論知識與視頻、動畫、工程案例、生活常識相結合，調動了同學們的學習激情，使其從被動式聽課轉變為主動式欣賞知識。如在流體動力學章節，我引入了美國南北戰爭時期的彼得斯堡戰役的一段視頻：講述一個叫普萊曾茨的士兵，運用流體力學知識解決地道通風的問題，巧妙地將叛軍的防御陣地炸毀。這些視頻、動畫、案例中的氛圍、情景不僅啟發了他們的思維，更讓他們享受到聽課的樂趣，激發了其學習的積極性。
四、引入演示實驗
整合現有的實驗中心、環境工程實驗室、環境科學實驗室的資源，自行搭建或購置一些演示實驗裝置，將演示實驗引入流體力學課堂，使流體力學中抽象的物理過程和物理圖像變得形象、直觀和可信，使教學內容更有表現力，便于學生深刻理解和掌握。若暫時沒有條件，也要積極引入一些相關實驗或實例的視頻，播放給同學們學習。如伯努利方程式是流體力學教學中的一個難點，非常抽象。因此，在學習這部分內容時，我就在課堂上做些表面上看起來匪夷所思的實驗，但卻可以用伯努利方程式很容易解釋這種現象。例如嘴用力吹一個漏斗，乒乓球而不落地。學生非常驚詫這個現象，立刻想知道為什么會這樣，學習的積極性立刻被調動起來。然后在黑板上畫出示意圖，再用伯努利方程式解釋，學生就會理解透徹、記憶深刻。
五、加強素質拓展
鼓勵學生積極與工程、生活、生產實際相結合，制作小發明小創造，參與科學研究、社會調查等。如在教學過程中，我多次組織學生參與各類科研論文大賽、發明大賽，取得了不錯的成績。通過這些鍛煉，不僅加深了學生對課程的理解，更重要的是培養了學生的能力，增強了學生的自信心。積極組織學生參與本科生創新創業訓練計劃、優秀畢業論文培育計劃、大學生科研論文大賽、大學生專利發明大賽以及環境與健康協會等；參與污水處理廠、環保部門、環保企業及各類生產單位的科研、生產工作。通過創建實習基地、培訓基地、現場調研、技術咨詢、項目合作等形式，獲得與流體力學有關的技術難題。再以這些問題為范例，通過現場考察、技術交流、故障診斷、問題分析、解決方案、實施效果等環節，供學生學習參考。不僅解決了工程實際問題，而且開闊了學生的視野。讓學生預先進入工作角色，以業務需求帶動求知欲望。只有在實際工作中，學生才能對專業知識的應用、交叉學科之間的作用以及教學科研的關系有越來越明晰的認識，對于專業課程的學習重點、專業知識的獲取有更明確的思路。
六、改革考核方法
教學內容、教學方法與教學手段的改革，必須與課程考核方法的改革相配套。為了提升考核環節對于人才培養的支撐度，推動教學理念與內容、方式與方法的變革，切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用，我校于2011年制定了本科生課程考試管理辦法，2013年制定了全面提高本科教學質量的實施意見，2014年學校啟動教學考核改革試點工作，《流體力學》是我校第一批立項的課程考核改革試點課程。在新的考核方案中，我更加注重學生對基本概念、基本規律的理解，學生分析、解決實際問題的能力。實行過程化考核、多種形式的考核。全面考察學生對知識的掌握程度、概括能力和綜合應用水平?？梢詥卧獪y試時采用開卷考試，期末考試采用半開卷考試，試題有一半是自己出的試題?？己嗽囶}中的開發性試題就是用所學流體力學知識解釋、處理日常生活、工程中的現象等。
1.豐富考核方式。緊扣課程目標，選擇能夠全面衡量學生學習效果的考核方式。將筆試、討論、口試、項目設計、調查報告等多種形式相結合，將知識理論識記的考察與分析解決問題能力的檢驗并重，對學生進行系統地評價。
2.強化全程評價。把課程考核貫穿于教學的全過程，將過程評價與終結評價相結合，設計不同階段、不同方式考核的分值比例，對學生的學習效果進行有效評價，改變“一考定成敗”的現象，扭轉“期末突擊死記硬背”的不良學風。過程考核在評定學生綜合素質和能力的同時，加強了對學生學習態度等非智力因素的考察，分課堂表現和課下表現，各占總成績的10%。過程考核成績占總成績的30%，期末考核占總成績的50%。過程考核有章節考核、期中考核和歸納總結考核。章節考核分3次進行，考核形式為開卷，每次5分，滿分為15；期中考核，考核形式為開卷，滿分為10分。每次考核用兩套試題，一半學生用A試題，一半同學用B試題，學生預先不知道自己拿到何種試題；歸納總結能力考核，學生根據自己對課程的把握、見解出一份合適的試卷，教師據此評分，滿分為5分。期末考核的考試形式為半開卷（一張復習紙的開卷考試），試題范圍覆蓋教學大綱，沒有課本中能直接找到的概念性記憶性試題，但又要熟記并靈活運用課本知識，強調知識的綜合應用和實踐運用。題型包括選擇題、計算題、作圖題、項目設計型和開放性試題。建立電子試題庫，實行抽題組卷，實現教考分離。試題庫中有一半是學生出的試題（由教師篩選出優質的試題，或稍作修改），一半為教師出的試題。
3.優化考核內容。以促進學生全面發展為原則，選擇考核內容。在評定學生對基礎知識、基本理論和基本技能的同時，突出對學生分析解決問題、動手能力及綜合素質的考察。采用體現創新特點的考試題型，以適應學科專業與相關行業發展的新要求。堅持合理性原則，考核內容的選擇符合考核課程目標的要求。理論知識考核的重點為課程知識體系中核心要點、基本原理的理解與運用；實踐知識方面突出對操作流程的熟悉程度、實踐結果分析運用能力的檢測；綜合素質方面的考察堅持以能否有效支撐專業發展為標準。課程考核綜合考慮各方面因素，首先是課堂表現，即學習態度，考核實行扣分制，滿分為10分。如上課曠課、玩手機、聽音樂、交頭接耳等，第一次扣1分，第二次扣2分，第三次扣5分，四次以上全扣。其次是作業考核，滿分為10分。作業次數為7，交1次作業得1分，總作業次數分為7；質量分為3，視工整度、正確率給分。
4.暢通信息反饋?？己私Y果及時上網公布，學生可以查看自己的考核成績，對自己前段時間的學習效果有一個清醒的認識，及時調整學習態度、學習方法，激發學生學習的主動性與積極性。切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用，對教學內容與方式改革的推動作用，對學生學習投入的引導作用，促進本科教學質量的不斷提高。在教學過程中，選擇適當時機向學生征求關于教學方法、考試考核模式等方面的意見或建議，以及前段時間學習的感受，我再根據學生反饋來的信息，及時調整教學方法、手段、進度等，認真處理好教與學的關系。并根據學生的意見、可采納程度、對教學的關注程度進行打分，并計入該門課程的平時成績。
七、結束語
流體力學是一門系統性、理論性很強的應用力學課程，體現了力學、數學、物理等交叉學科在工程中的應用。因此，如何將知識傳授與提高學生應用能力、培養學生科研意識、適應社會需求相兼顧，對于教師自身素質、教學水平和教學方法是一個嚴峻的挑戰。以環境工程專業學生流體力學的工程應用能力及創新能力為目標進行教學改革，并對考核方式、內容、過程和反饋進行配套改革，推動教學理念、方法的變革。加強學生學習的積極性和主動性，對所學知識的理解和應用，真正掌握相關知識，為日后工程，科研和工作打下良好基礎。
參考文獻：
[1]王燁，李亞寧.流體力學實踐教學改革網絡體系的構建[J].力學與實踐，2013，35（3）：89-91.
[2]謝翠麗，倪玲英.工程流體力學本科課程引入CFD教學的探討[J].力學與實踐，2013，35（3）：91-93.
流體靜力學方程的應用范文6
關鍵詞：氣象觀測；氣象儀器；國際綜合觀剛計劃
引言
2008年世界氣象日的主題是“觀測我們的星球，為了更美好的明天”。氣象觀測是指對地球大氣圈及其密切相關的水圈、冰雪圈、巖石圈（陸面）、生物圈等的物理、化學、生物特征及其變化過程進行系統的、連續的觀察和測定，并對獲得的記錄進行整理的過程。氣象觀測具有準確性、代表性與可比較性3個特點，要為氣象預報預測、氣象服務和氣象科學研究提供高質量、可靠的觀測數據。
IPCC第四次報告表明，許多自然系統正在受到區域氣候變化，特別是溫度升高的影響，并且人為增暖已經對自然和許多生物系統產生了可辨別的影響。因此我們要建立綜合氣象觀測系統，把握天氣氣候變化的實況和造成的災情，為弄清其變化機理，進而制作天氣預報和氣候預測提供可靠的依據。
一、氣象觀測發展概況
氣象觀測是基礎理論與現代科學技術相結合、多學科交叉融合的獨立學科，處于大氣科學發展的前沿。氣象觀測信息和數據是開展天氣預警預報、氣候預測預估及氣象服務、科學研究的基礎，是推動氣象科學發展的動力。
1597年，意大利物理學家和天文學家伽利略發明了空氣溫度表；1643年意大利物理學家托里拆利發明了氣壓表；1662年，英國的雷恩發明了虹吸式自記雨量計；1667年英國物理學家和數學家胡克發明了壓板式風速器；1783年瑞士索絮爾發明了毛發濕度計。這些儀器以及其他觀測儀器的陸續發明和不斷改進，使氣壓、氣溫、大氣濕度、風速等實現了定量觀測，為大氣科學的建立奠定了基礎。氣象要素的定量測量，尤其是氣壓表的發明，使人們不僅獲得了氣壓的概念，而且能夠定量測出不易為人感知的大氣壓強，從而使研究氣體狀態方程、流體靜力學方程和一切大氣運動方程成為可能。1802年拉馬契克進行了云狀分類，逐步發展了云和天氣現象的目測內容。
觀測站的建立，觀測資料的積累，又使人們可以用圖表等形式分析氣象要素的空間分布和時間變化，為進一步研究大氣環流和天氣氣候的變化提供了條件。而觀測項目、觀測時間和記錄格式的統一，對于大氣科學研究的進展具有非常重要的意義。大氣遙感技術的發展極大地推動了大氣探測的發展，擴展了大氣探測的范圍，提高了探測的連續性，突出標志是氣象雷達與氣象衛星的應用。1960年代以來，聲雷達、激光雷達、風廓線雷達、微波輻射計的研制與試驗成功，拓展了獲取高空三維空間氣象信息的手段。隨著電子傳感器與單片機的發展，推動了氣象觀測的自動化進程，氣象觀測臺站常規的溫度、濕度、氣壓、風向、風速、輻射等氣象要素實現了自動化觀測，觀測數據的穩定性、準確性與客觀性都大為增強，觀測數據實現了分鐘級的采集，大大減輕了人工負擔。
隨著氣象儀器自動化程度的提高，多種遙測與遙感技術應用，一個嶄新的現代地球大氣探測系統已經展現在我們的眼前。
二、氣象觀測推動了氣象預報服務的發展
回顧歷史，可以看到，地面觀測系統的建立，形成了早期的天氣圖預報方法和有限能力的短期天氣預報；全球高空氣象探測網資料對于數值天氣預報的發展做出了重要貢獻；天氣雷達網建設，有力地推進了中小尺度強對流天氣的研究和短時臨近天氣監測預警的發展；而全球氣象衛星觀測網的形成，為地球系統科學研究和全球天氣預報服務提供了實時覆蓋全球的觀測數據。每一次探測技術的革命性進步，都推動了氣象科學與業務的巨大發展。
隨著氣象臺站網的建立，使氣象資料的組網應用成為可能。天氣圖的誕生，是近代氣象學研究起點的標志。1851年，英國的格萊舍利用電報傳送資料，繪制了天氣圖。法國巴黎天文臺臺長勒威耶在總結克里米亞戰爭黑海風暴事故天氣原因的基礎上，提出了組織氣象臺站網、開展天氣圖分析和天氣預報的建議，于1856年組織了氣象觀測網，1860年創立風暴警報業務。從此，繪制天氣圖便成為一項日常業務，并陸續推廣到歐美各國。
由于氣象觀測業務對社會經濟的巨大影響和自身的重要科學價值，WMO十分重視全球氣象觀測系統建設，現已建成了世界天氣監視網（WWW）。除了常規的天氣觀測網以外，針對多種多樣的服務需求，還形成了生態與農業氣象、海洋氣象、交通氣象、城市環境氣象、氣候資源、干旱監測、雷電監測、水文氣象等專業觀測網，為預報預測與專業氣象服務提供了堅實的基礎。
改進預報是大氣觀測的主要目的之一，而觀測的可實現性限制了預報的提高，這也是一個歷史性的難題；觀測的改進為預報的改進提供了基礎條件，但是觀測的改進并不一定帶來預報的明顯改進，觀測對預報的貢獻依賴于觀測的要素、位置、時間、天氣形勢等多方面的因素。改進觀測的代價一般十分昂貴，必須充分考慮取得的效益。因此要由觀測決定預報轉到由預報指引觀測的理念，推進觀測與預報的互動。國際上正在開展THORPEX計劃，通過適應性加密觀測試驗，確定觀測對于數值預報的敏感區，進而有目的地改進觀測系統。
三、綜合氣象觀測系統發展展望
未來的氣象觀測將從人工觀測向自動化遙測遙感發展，從定性觀測到定量觀測，從單一的大氣圈觀測到地球各大圈層及其相互作用的綜合觀測；綜合利用多種手段、多種技術，實現高精度、高時空分辨率、連續、自動、一體化定量觀測。為了滿足精細化氣象服務的需求，探測設備空間網格更密，資料時間密度更高，從二維觀測向三維立體觀測發展，從大尺度的天氣觀測向中小尺度天氣觀測發展。
3.1傳感器技術發展
自動化與電子化是氣象探測的發展方向，而傳感器是其中的關鍵因素。當今傳感器技術的主要發展動向是實現傳感器的微型化、陣列化、集成化和智能化。
3.2氣象探測手段拓展
主動遙感技術將會得到進一步應用。風廓線雷達將越來越多地進人業務觀測系統，實現風的全天候自動化遙感探測，獲得邊界層信息，從時空密度方面彌補常規探空的不足；隨著技術成熟，地面激光雷達將被用來自動連續探測大氣精細風場與大氣成分；超聲風設備以其采樣頻次高、設備免維護的特點，預期將在地面觀測中得到廣泛使用；值得注意的是國外已經有將聲雷達應用到降水測量方面的例子，可以獲取降水的粒子譜分布特征，拓展了降水的測量方法。
3.3國際地球觀測系統計劃
隨著經濟和社會的發展，氣象災害的影響越來越廣泛，造成的損失也越來越大，與此相適應，國家和民眾對氣象服務的要求越來越高。因此氣象觀測的內容越來越廣，將形成涵蓋五大圈層的綜合氣象觀測系統。
為進一步提高對全球氣候變化的監測、預測能力，WMO和有關國際組織正在推動建立全球氣候觀測系統（GCOS），對于不同的氣候區進行目標性觀測，開展多圈層綜合觀測。
為了進一步整合全球氣象觀測系統，WMO正在建立綜合全球觀測系統（Wl-GOS），從觀測儀器和方法標準、信息基礎設施、終端產品質量保證等3個方面進行整合。Wl-GOS是一個綜合、協調一致和可持續的觀測系統，它建立在所有WMO計劃的觀測需求基礎上，確保通過WMO系統獲取有用的資料和信息。觀測系統的整合要提高不同系統的可相互操作性，從綜合整體系統的角度著手解決大氣、海洋、水文、平流層和陸地領域的需求問題。
展望未來，隨著現代化觀測技術與觀測設備不斷發展，全球氣象觀測資源的持續有序整合，觀測系統必將進一步提升氣象觀測水平，進而推動預報預測水平的發展，更好地為經濟社會發展服務，為擁有一個更加美好的地球而服務。
參考文獻
