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流體力學基本概念范文1
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.
關鍵詞：流體力學；過程裝備與控制；教學改革
Key words： Hydromechanics；process equipment and control；teaching reform
0 引言
《流體力學》課程主要描述自然環境中的流體運動的一般規律及特定條件下流動機理。其內容涉及基本概念的理解、公式推導、計算方法等。考慮到大二學生尚未接觸實際工程問題，因此教學雙方對流體力學的學習過程均存在困惑。本文針對流體力學課程的特點及教學過程中遇見的問題，對《流體力學》教學改革進行相關探索，總結教學過程中積累的經驗，提出相應改進方案。
1 合理運用現代化教學手段與技術
首先，以《流體力學》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習流體力學的興趣與積極性，傳統的教學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分布，無法有效吸引學生注意力，使學生對流動機理有進一步深刻認識和理解，從而降低教師的教學效率和教學效果。
在《流體力學》教學中采用多媒體課件，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生眼前，表現形式相對新穎、活潑、再加上圖文并茂的效果，使學生可以直觀地觀察有趣的物理流體現象，通過這一環節的改進，可以主動改變沉悶的教學過程，創造出生動活潑的教學場景，激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性。
其次，《流體力學》教材中涉及了大量的基本概念、假設、原理及公式推導等，據統計大量公式的推導過程占據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大綱規定的教學內容，降低教學效率。在《流體力學》教學中的應用PPT多媒體技術，復雜繁瑣的公式推導可以較形象地展現在學生面前，對學生理解公式有較大好處。一旦形成這樣的教學場景，那么在規定的課堂時間內必將可以細致透徹地完成教學任務，達到事半功倍的教學效果。
靈活采用各種PPT制作技術在一定程度上可以避免“多媒體”變成“單媒體”，在《流體力學》教學中對多媒體的使用多集中于流體運動學與動力學基礎、圓管流動、薄厚壁孔口出流、縫隙流動及氣體動力學基礎等。
此外，考慮到多媒體教學蘊含的信息較大，合理分配PPT播放時間對教師的課堂教學掌控能力是一個挑戰。如果“整個教學過程從頭到尾充斥著大量復雜的信息、不停轉動的畫面，而沒有充分考慮學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，不斷向學生灌輸，這樣的‘填鴨’式教學形式會引起學生的‘消化不良’，扼殺了學生創作的機會”。
2 建立新的教學手段模型，提高考試成績
本文所建立的教學模型如圖1所示，為提高教學效果及學生考試成績，采用立體式的教學手段。該模型包括以下四項內容：情景式啟發，多媒體技術，工程實例講解，動態視頻輔助。
情景式啟發屬于現代教學論范疇，創造一定的“休閑、放松、特色”的學習環境。通過營造啟發式學習的氛圍，讓學生獲得更加美好的學習體驗。這種方式能充分調動學生的學習積極性，對激發學生的學習熱情和學習需要能夠產生有效的激勵作用。
工程實例講解是以學生常見的工程問題作為引入點，但同時大部分同學對該類問題理解不深或是出現偏頗。結合該類問題，解釋其中所蘊含的流體力學定理，加深學生對該問題及相關定理的認識，無疑有利于學生學習流體力學。
動態視頻輔助是一些在實際生活中難以見到，但又屬于流體力學理論范圍的現象再現，通過這些視頻可以加深學生對流體力學相關理論的理解。
最后可以發現：采用先進教學手段的班級，無論是考試的優良率還是平均分數均比采用傳統教學方法講解的班級高出約15%左右，從而達到提高教學效果的目的。
3 重組教學內容，調整知識布局
根據《流體力學》課程的教學大綱，借鑒國內外對本課程改革的成果，按照當前教學改革發展的要求對教材內容進行調整，以流體的流動為主線，將相關內容有機地融合在一起最終形成能夠相互促進的教學模式，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內容；第二部分是運動的液體，使學生掌握流體運動學及動力學規律，對簡單的管道流動及縫隙流動有定性及定量的認識；第三部分是運動的氣體，可以把這章內容采用視頻播放加師生互動方式講解，來培養學生獨立自學的能力。
4 加強實踐教學，提高學生認知能力
《流體力學》實驗是學生職業技能培養的重要環節，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象給學生展示實驗結果，加深學生對流動原理、流場結構特點等信息的了解。同時教師在指導流體力學實驗過程中可對部分操作手段進行相應改進，也可設計并提出一些新的實驗內容。合理利用已有條件培養學生理論與實踐相結合的能力，做到學以致用。
5 結束語
《流體力學》教學改革是一項艱巨、長期的工作，本文從合理運用現代化教學手段與技術，建立新的教學手段模型，提高考試成績，重組教學內容調整知識布局、加強實踐教學，提高學生認知能力等三個方面論述了相關經驗和具體的實施手段。雖然在一些方面探索出若干經驗并取得了一定的效果，但還相對薄弱。改進教學手段，引入多種教學方法，因材施教等均可提高學生的學習和接受能力，為以后學習專業課及工作奠定堅實的基礎。
參考文獻：
流體力學基本概念范文2
注重多媒體與傳統板書教學的有機結合
隨著計算機技術的普及和網絡技術的迅速發展，以多媒體技術為主的教學手段已經普遍應用于高校的課堂教學中[1]。在流體力學教學過程中，采用多媒體教學手段可以將流體力學中抽象的概念和理論具體化、形象化，在有限的時間內將許多復雜的流動物理圖像直觀的展現給學生，有利于加強學生對流動現象的感性認識，加深對概念的理解，從而激發學生的學習興趣，提高課堂教學效率，擴大學生知識面。另一方面，使用多媒體教學手段增加了授課容量的同時也提高了講課速度，教師容易忽略學生對課件內容的消化吸收過程，致使學生的思維跟不上教師講解的速度，降低了教學效果。因此，就流體力學的課程特點而言，多媒體技術并不能完全取代傳統的板書教學，教師應采取多媒體和傳統板書有機結合的方式，充分利用二者的優點，達到最佳的教學效果。如在講解流體流動的兩種流態時，放映雷諾實驗的Flas，學生可以清楚地理解層流和湍流的現象與特點;輔以PowerPoint幻燈片可以清晰直觀地表現尼古拉茲實驗曲線和莫迪圖的五個分區等。
注重實驗教學及課后作業
實驗教學是流體力學課程的重要環節，通過實驗，各種水流現象一目了然，能夠將抽象的理論知識形象化;同時通過實驗數據的采集和處理、實驗誤差分析，基本儀器的原理及使用等，加深學生對基礎理論和概念的理解和掌握，有助于開拓學生視野，培養學生的動手能力和思考能力。改變傳統實驗教學模式，將實驗內容分為實驗錄像、演示實驗、驗證性實驗以及綜合設計性實驗等不同層次。建議將靜壓傳遞實驗、流體橫向繞流實驗、紊流射流實驗等以實驗錄像的形式展示給學生;將流線實驗、雷諾實驗、水躍實驗等作為演示實驗;學生自制動手完成流速和流量的測定實驗、能量方程實驗和動量方程實驗的內容[2];鼓勵學有余力的學生利用課余時間，多留意身邊的流體力學現象，結合課堂所學知識，設計應用性小實驗，如三角形堰和梯形堰在流量測量中的應用等。課后作業是對學生所學知識理解、掌握程度的檢查，是加強對上課所學內容的強化，同時也是對學生獨立分析、解決問題能力的培養。首先由學生獨立完成一定數量的課后作業題，可以幫助學生加深對基本概念和理論知識的理解;然后由教師通過習題課的方式，對有代表性的習題和學生普遍出現錯誤較多的習題進行講評，引導學生從解題的過程中掌握解決問題的思路、方法和技巧，以便達到舉一反三、觸類旁通的效果，在以后的學習工作中學以致用，可以有效的增強學生分析并解決實際問題的能力。
考核方式的改變
傳統的考核方式是以期末一次性考試為主，這種考核方法會造成學生平時不努力，考前幾天突擊考試的現象，不利于對學生綜合能力的考查。對于流體力學課程來說更是如此，學習的目的是要提高學生運用所學知識對實際工程問題進行分析和解決的能力，而不是對課本理論知識和大量復雜公式的記憶能力。因此，對傳統的考核方式進行適當的改變，實行綜合成績評定方法，降低期末考試在成績中所占比重，增加課堂互動、課后作業和實驗能力考查等環節。并且期末試卷中集中給出考題中所涉及的相關的經驗公式、圖表等，供學生選擇使用，可以減少學生無謂記憶經驗公式的時間，而又較好地考查了學生利用基本理論和公式分析解決實際問題的能力[3]。
結語
流體力學基本概念范文3
關鍵詞：流體力學；多媒體；交互式學習
作者簡介：葉學民（1973-），男，河北邢臺人，華北電力大學能源動力與機械工程學院，副教授；李春曦（1973-），女，河北唐山人，華北電力大學能源動力與機械工程學院，副教授。（河北?保定?071003）
基金項目：本文系華北電力大學2010年本科教育教學改革教育教學重點項目的研究成果。
中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）22-0052-02
一、“流體力學”教學現狀
“流體力學”作為能源動力類專業的一門專業基礎課，以研究流體的運動規律為主要內容，并為后續的傳熱學課程學習提供必要的基礎。由于教學內容涉及面較廣，既有工程應用性，又包括大量的理論性內容，且運用高等數學知識較多，因此學生普遍感到該課程概念模糊、內容抽象且理論性較強，這在一定程度上影響了教學效果。[1-3]究其原因，一方面，傳統的板書教學模式雖然在公式推導、理清思路、強化記憶、深入思考方面具有不可替代的優勢，但同時也存在缺乏生動、活潑、形象的一面；另一方面，由于學生尚未具備對多數基本概念的物理直覺、對于呆板文字描述的理解需要豐富的想象力，難以激發其積極性。
多媒體技術作為一種新的教學手段，通過教材內容與動態文本、圖像、動畫、音頻、計算機模擬技術的有機整合，使得原來抽象的概念形象化、枯燥的方程式清晰化、晦澀的物理過程機理生動化，可從多方面激發學生的積極性和創新思維，并且通過與傳統教學模式相結合起到了相得益彰的作用。近年來，隨著多媒體技術在計算機輔助教育領域的深入應用，多媒體輔助教學模式在高等教育中發揮了愈來愈重要的作用。[4-5]本文通過介紹自行開發的多媒體流體力學輔助教學系統，分析了該輔助教學系統在教學實踐中的應用效果，為進一步提高教學效果起到了積極的示范作用。
二、輔助教學系統簡介
以Visual C++作為編程語言，結合Windows Media Player多媒體功能，在遵循軟件開發一致性、易用性、容錯和聯機幫助等設計原則基礎上，通過對教學內容的系統性和連貫性梳理，并參考國內外多媒體流體力學的基礎上，[6]開發了多媒體流體力學輔助教學系統，其界面如圖1所示。該系統包括動力學、邊界層、運動學、名人堂、虛擬實驗室、演示、模擬、模擬器、圖片和表格、流動可視化等模塊，涵蓋了流體力學的絕大部分內容。
動力學包含了流體的經典研究方法、牛頓第二運動定律、納維爾-斯托克斯方程和各種邊界條件等。邊界層包含了邊界層概念、平板突然啟動產生的邊界層、層流邊界層、邊界層分離、不穩定現象和紊流邊界層等，其中的教學短片不乏趣味性、生動性。運動學涵蓋了由質點到場和由物質導數到各種流動線等內容，生動細致地描述了跡線、流線、脈線和等時線等抽象概念，通過運用豐富的流動顯示技術將運動過程展示出來。虛擬實驗室將動力學、運動學和邊界層等模塊中需要深入討論的部分細化出來，結合Java虛擬技術，讓使用者親自實現對流體流動等方面的模擬演示。演示將一部分錄像短片組織起來，作為特殊的演示呈現給使用者。模擬器基于Java虛擬機，將分子動力學模擬器、流體勢流構造器和邊界層微分方程數值解等獨立出來，從使用者親自實踐。圖片和表格將一些紛繁蕪雜的圖片和教學短片有機地綜合起來，通過表格或視頻播放的形式，將這些信息歸納整理起來。流動可視化通過可視化手段將不可見的流體流動清晰演示出來。名人堂中闡述了十五位具有杰出貢獻的科學家的生平和卓越貢獻。
三、教學實踐效果分析
在“流體力學”的教學實踐中，適時地應用了多媒體流體力學輔助教學系統（以下簡稱輔助教學系統），取得了良好的教學效果，現分析如下。
1.激發學生的求知欲
激發學生的興趣和求知欲是開展學習并獲得良好學習效果的前提。如果學生對于課程內容的學習缺乏基本的興趣，很難想象他能投入到課程的有效學習之中，更無從談起知識的綜合運用。因此，提高學習興趣就成了擺在授課教師面前的首要問題和關鍵所在。流體力學的內容浩如煙海，涉及日常生活和工業應用的方方面面，輔助教學系統的各模塊中提供了大量的鮮活實例，從而可有效地激發學生的求知欲。
在講解緒論和各章節時，可通過觀看錄像、圖片集、名家事跡等提高學習興趣和動力。如因人體與外界環境存在溫差產生的自然紊流對流及鼻孔處的強迫紊流（圖2a），又如自然界中水蜘蛛在水面上運動形成的毛細波（圖2b），再如通過數值模擬獲得的肺部氣管和支氣管在呼吸過程中氣體的速度分布（圖2c）。這樣的生動活潑的實例讓學生感到大量有趣的流體力學現象就在身邊，但對其內部物理機理的理解又需學習流體力學知識，從而可激發學習動力。另外，輔助教學系統中的名人堂模塊，不僅可使學生了解諸如達芬奇（圖2d）、牛頓、馮卡門等15名著名流體力學家的生平，也使其對流體力學和其他學科的卓越貢獻有了較為全面的認識，從而激發學生探索自然科學的積極性和主動性。
2.建立物理直覺
流體力學基本概念范文4
關鍵詞：建構主義；認知靈活性理論；熱工理論
作者簡介：衣曉青（1956-），女，山東青島人，長沙理工大學能源與動力工程學院，教授；石爾（1979-），女，湖南長沙人，長沙理工大學能源與動力工程學院，講師。（湖南 長沙 410004）
基金項目：本文系2011年湖南省普通高等學校教學改革研究立項項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0069-02
“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”既是熱工理論的三大主干課程，又是能源動力類專業（方向）的主要技術基礎課。傳統的教學宗旨傾向于各門基礎課程自成科學體系，分別獨立教學，為后續專業課程打下牢固基礎。但是這種傳統的教學模式死板，致使學生缺乏學習興致，不易明確學習目的。建構主義的認知靈活性理論發現了新的教學要素——“案例教學”。按照認知靈活性理論，對以上熱工理論三大基礎主干課程進行優化整合，以熱能動力類專業為場景，建構諸多新的知識點教學，組織全新的熱工理論基礎課程體系，可以使熱工理論基礎課教學克服以上不足。
一、打破僵化教學：認知靈活性理論的應用
建構主義教學理論沖破了傳統教學模式，克服了“填鴨式”教學把學生作為小綿羊馴服的弊端。[1]作為建構主義教學理論中的一個分支，斯皮羅提出的“認知靈活性”理論很好地解決了“死記硬背”傳統與極端建構主義（忽視抽象養成）之間的矛盾。認知靈活性理論的主要思想就是：通過情景（境）展現基本概念和基礎理論工具，學生既可以掌握基礎理論知識，又可以按抽象思維方式，放開視野尋找新的分析問題的工具。
為了解決傳統與極端的沖突，斯皮羅把知識抽象為兩種不同性質的結構：良構的與非良構的兩種領域。[2]良構的即是指：按照抽象思維，從概念到原理的演繹解析的知識體系，符合科學意義上的正統規范。非良構的即是指：在具體場景（案例）中，隱透出的各種良性結構的知識疊合；這種疊合的基礎知識能夠解釋或解決具體場景問題；不同的場景有不同的良性結構知識疊合的詮釋。由此得出結論，良性結構知識就存在于非良性結構知識之中，“認知靈活性”教學就可以讓學生通過非良性知識教學獲得更加深刻的良性結構的系統知識，而且是積極主動地、生動有趣地接受之。
熱工理論是研究熱（能）在釋放、轉換和傳遞中的流體流動及傳熱傳質等問題的科學，涉及流體運動規律、熱（能）轉換與傳遞規律。按照認知靈活性理論的教學觀，熱工理論基礎課教學也可分類為良構性和非良構性。熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學的基本概念、基本理論和基本知識的層次組織結構，應屬于良構性領域，其傳統的教學方式就是從概念到概念、從原理到原理、從公式到公式的演繹解析，邏輯性很強，范式文本較固定，程式較穩定，測驗作業較死板。
“認知靈活性”教學理論認為，這種教學方式僵化、被動，既不能啟動學生的興趣，也不能啟發學生的創造想象力，學生容易落入死記硬背、教條主義的套路，缺乏廣泛的知識聯系和舉一反三的思維訓練，更缺乏給學生以另辟蹊徑的想象空間。如果以流體介質為對象將熱工理論三大主干課程進行優化整合（雜交），并以熱工理論應用為主線，將能源動力類相關專業作為場景，構成非良構性知識結構，其所涉及的具體問題具有復雜背景和綜合影響因素，能夠從問題入手引出綜合知識的有機聯系，開闊學生發展思路，引導學生融會貫通，指導學生熟知專業背景。這種按照認知靈活性教學理論建立起來的熱工理論基礎課程的非良構性知識體系會沖破傳統的各自為主的單科系統性的課程教學模式，有利于克服“高分低能”的應試教育傾向，培養面對知識時代和信息社會的創新型人才。
二、創建問題教學：熱工理論基礎三大主干課程的優化整合
認知靈活性理論認為：學習者在建構知識意義的過程中，只有對知識進行多維表征，才能達到對知識的全面理解和靈活運用。這也是指導熱工理論基礎三大主干課程進行優化整合的基本思想。熱工理論基礎三大主干課程“工程熱力學”、“傳熱學”和“工程流體力學”是主要以流體介質為研究對象而緊密聯系在一起的動力類技術基礎性課程，三門課程相互依存，共同構成了熱工理論的主干課程體系。其中，工程流體力學是研究流體介質的位置勢能、壓力勢能和動能之間的相互作用的關系；工程熱力學是研究熱能與機械能之間的相互轉換的規律；傳熱學是研究熱量從高溫部分傳遞到低溫部分的機理。由此可見，能（熱）量轉換與守恒定律是熱工理論三大主干課程進行優化整合的內在動力。
基礎課理論自身系統的完善性使任何改動需求都帶有相當大的難度，只有進行優化整合，才能在不斷調整和深化過程中發展新的學習要素。例如，“傳熱和流體流動的數值方法”課程就是將傳熱學、流體力學知識進行融合后加入到數值計算科學這一更為廣泛的學科領域，為熱工理論知識的進一步發展奠定了基礎。同時，通過這一知識的優化整合，多維表征得以實現，使學生建構起在熱科學和流體科學中可以直接遷移和引用的關于熱物理方面的知識，超越了封閉、孤立課程所給的單一信息模式。
如果說熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學是良性結構知識的傳授，那么，把“三課”拆分，再按照具體能量轉換的場景問題有機組合，這種教學模式就屬于非良性結構教學。喬納生等人的研究把前者稱作低階學習階段，把后者稱作高級學習階段。[3]高級學習階段優于低級學習階段的實質就是變公式學習為問題學習。問題學習對于熱工基礎理論教學來說，打破其三大主干課程的各自理論體系是必然的，是要針對具體的場景問題而進行知識交叉組合。值得注意的是：根據認知靈活性教學理論，這種知識體系重組，必須避免極端建構主義干擾，必須遵循“專業問題、溯本求源、知識聯系”三原則，才是優化的、高級的教學模式。
三、重復多變教學：能源動力類專業問題逆向滲透于熱工理論基礎課程
非良構的知識體系與良構性知識體系的區別就在于：一是前者比后者建立的概念龐大、復雜，它往往是多個不同學科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多變性，這是由問題教學場景多變性所決定的。熱工理論基礎知識在航天、航空、熱能動力、化工、核熱工、低溫工程、冶金熱工、微電子技術、材料和建筑等各個領域都有具體的應用，從知識體系的角度來看，其展現的知識點都是非良性的。實際上，在能源動力類相關專業的不同場景下，其呈現的非良性知識結構也存在著很大的差異性。例如，工程熱力學中的熱經濟性指標在熱機循環中的應用是熱效率，而在制冷循環中的應用是制冷系數。這說明熱經濟性概念在實際應用過程中具有復雜性。又如，流體力學在電廠中的應用以管內流動、物體繞流為主，而在建筑環境與設備工程專業中的應用以室內外環境通風、換氣的流動為主。傳熱學中對于散熱器來說需要強化傳熱效果，對于建筑物屏蔽掩體則要抵制傳熱。
在針對能源動力類專業的熱工理論基礎課程進行新的建構中，按照認知靈活性教學理論，必須將原有良性結構體系的知識與專業場景結合起來。這種有專業針對性的知識滲透，有學者稱其為專家知識學習階段，屬于更高層次。[2]比如，把能源動力類專業（方向）的“流體力學”、“泵與風機”兩門課程整合為熱工理論基礎課“泵與風機的流體流動”一章，以流體力學知識為基礎，反映了流體力學基本原理在流體機械中的具體應用場景，通過多媒體教學課件可以使學生建構泵與風機工作原理和結構的多維圖式，達到對流體力學基礎理論知識全面理解和靈活運用的目的。
按照斯皮羅的認知靈活性理論規范，對應專家知識學習階段的教學模式即“隨機通達教學法”，它的主要特點就是針對專業的眾多場景鏈，反復從不同問題視角，以不同的基本知識、基本公式、基本理論的多樣組合，不斷給予學習者良性知識的刺激，這會使學習者通過反復的從各種變式到抽象的過程，不斷加深對良性結構知識的各種理解，而且有助于學習者歷練分析問題和解決問題的能力，發揮創造性思維，為今后在專業上有所建樹打下堅實的學習基礎。貫穿于這一思想的新的“熱工理論基礎”課程體系，組織“鍋爐工質流動與熱交換”、“汽輪機流體流動與功能轉換效率”、“熱力發電廠工質循環與熱效率”等章節，探討基于專家知識學習理念的非良構知識領域的顯性建構，加入熱能動力類專業知識對熱工理論基礎課的反向滲透，有效增加課程教學的深度和廣度這一結果就自然生成了。
除了書本專業知識的反向滲透以外，通過與科研、生產單位合作的科研課題的有機結合，也是專家知識學習階段的案例來源。例如，教師通過某鋼鐵公司鍋爐尾部煙道聲學振動問題的科研活動，向學生們提出卡門渦街產生機理、影響因素以及卡門渦街產生后對設備及系統的危害和消除卡門渦街的措施等諸多學科問題，從而認知基本理論。
參考文獻：
[1]朱新卓.中國高等教育管理學：從拔苗助長到建構主義[J].高等工程教育研究，2005，（2）.
流體力學基本概念范文5
關鍵詞：工程流體力學；環境工程；教學方法；教學效果
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）43-0095-03
環境工程專業中關于污染物的遷移和擴散問題、流體在管路中的輸運問題均離不開流體力學的基本知識，因此，《工程流體力學》是該專業的專業基礎課程，其教學效果的好壞也直接影響了后續專業課程的學習。筆者對近十年的教學進行思考和總結，并就如何提高環境工程專業《工程流體力學》的教學效果做一些探討。
一、認真備課，形成自己的教學風格
流體力學課程的特點是系統性強、公式多，并對物理和高等數學的基礎要求高，這就要求教師對這門課的內容要熟練掌握，所以筆者在課下花了很多時間把講課的內容熟記于心，找到課程講解中的關鍵點，經過自己消化和提煉，建立起自己的教學體系和風格。通常，課堂內容被分成四個部分：（1）復習上堂課的知識點；（2）提出新的工程和應用問題；（3）在黑板上給出新問題所涉及的公式的推導過程；（4）應用和總結。工程和應用問題的引入可結合專業背景，多講實際的案例。如學生宿舍或教學樓的給水壓力應該如何計算，以此引出水頭損失的概念；高爾夫球表面的蜂窩狀設計會使其運動的阻力如何變化，由此引出曲面邊界層分離的概念。還可以在教學中適當介紹流體力學在實際生活中的應用，學生會被這些問題吸引，覺得流體力學不僅僅是速度和壓力的偏導公式，而是鮮活、有用而又有趣的，因而重視并逐漸喜歡這門課程的學習。在公式講解時要注重融會貫通，比如在講Navier-Stokes方程時，筆者會引導學生三步走：第一步，這個方程并不深奧難懂，就是牛頓力學中的F=ma；第二步，F在流體問題上的具體體現有哪些力？無非是質量力和表面力，而表面力又分壓應力和切應力，而加速度則是一個多元函數的求導問題，包括時變和位變加速度，這樣方程的形式就有了；第三步，如果流體處于靜止或相對靜止，方程變成歐拉平衡微分方程，如果流體無黏性，方程又變成歐拉運動微分方程。通過這樣一個由低到高再到低，由簡到繁再化簡的過程，學生就能深入理解前后學習的公式，消除學生的畏懼感。在課堂教學中，要不斷地對學生提問，引導學生積極思考。只要提問恰到好處，切中要害，發人深思，學生的思維就會活躍起來。在講解均勻流動斷面的壓強分布問題時，筆者會問學生，這是巧合嗎？為什么會有這樣的巧合？然后引導學生從過流斷面的受力入手分析壓強分布，學生豁然開朗。筆者也會引導學生發表自己的看法，這也無形中培養了學生的自信心，學生聽課的積極性更高，而這也有助于激發教師的教學熱情。
二、選擇合適的教學手段
隨著現代化多媒體教學手段的出現，現在課堂大多以教學課件為中心展開教學，由于節約了大量板書時間，課件中又可插入圖形、圖像、動畫和錄像等多種媒介，從而使得多媒體教學具有信息量大、教學內容形象直觀等優點，這些都有助于引發學生對課程的學習興趣。然而，筆者在教學過程中也發現，如果對流體力學中公式推導和習題講解也采用多媒體方式，其教學效果卻不如板書理想。因此，對于流體力學課程的主體教學內容應以傳統的教學手段為基礎，而在復習上堂課的知識點、提出新的工程和應用問題以及公式的應用和總結上，多媒體的教學手段更為合適。在緒論課上有關流體力學在專業中的應用、流體力學學科發展歷史，以及后續課程中壓力體畫法、雷諾試驗、曲面邊界層分離等內容則可充分發揮多媒體的優勢，通過動畫、圖片以及錄像等內容向學生進行介紹?？傊诹黧w力學的教學過程中，教師應以提高教學效果為目的，對各種教學手段揚長避短，綜合利用，根據教學內容的特點靈活選擇合適的教學方式。
三、及時與學生溝通，調整教學內容與進度
學生反饋是評價教學效果的重要一環，因此筆者經常利用課后時間與學生進行溝通，及時了解學生的學習情況，并根據學生的反饋信息，實時動態調整教學內容和教學進度。筆者在平時與學生的溝通中發現，學生認為流體力學難學，其難點主要是相關的高等數學、大學物理和理論力學的知識點較多，并且已有所遺忘造成。因此，如果在上課中直接引入，學生必然會有陌生感，也就影響了相關的流體力學知識點的學習效果。針對上述情況，筆者在靜力學的流體平衡微分方程推導前，先給學生復習泰勒級數的相關內容，在液體作用在平面上的總壓力的教學前，先復習靜面矩、慣性矩等相關內容，在流體運動學內容的教學前，先給學生復習梯度、旋度和散度的概念。通過上述措施，教學效果有明顯改善。在學習不可壓流體動力學基礎時，由于相關概念較抽象，涉及較多高等數學的知識點，因此學生感到吃力，上課的互動效果也變差，這時，教師應適當放慢教學進度，同時也可根據學生掌握的實際情況，適當降低教學要求和難度，將教學重點放在對概念的理解上。畢竟，在目前各專業及其基礎課程學時數減少的背景下，適當地對某些知識點的教學要求進行調整是有必要的。
四、注重作業批改，上好習題課
作業是流體力學教學中的重要環節，學生通過獨立完成作業，可深化對課堂所學知識的理解，提高對實際工程問題的分析能力和解決能力，并進一步檢驗課堂教學的實際效果。學生的作業布置應該做到“少而精”，并力求習題具有典型性，能涵蓋主要的教學內容，教師應緊扣基本概念和基本方法精選題目，同一類型的題目一般控制在2道以內[1]。在作業的批改過程中，教師不應只是給出對或錯的評判，而是應該根據學生的解題過程，給出求解出錯的關鍵點，并在作業本上明確標示出，筆者還會在學生的作業本上寫上批語，對于完成情況較好的學生，針對其解題思路和書寫情況等給出肯定的評價，而對于完成情況較差的學生，也會指出其應注意的地方，并提出改正的要求，最后再根據學生的完成情況給出成績等級。通過上述方法，使學生自覺意識到作業的重要性，同時也感受到教師對其學習行為的尊重，上述措施也能促使學生認真完成作業，減少抄襲現象。為了能深刻理解流體力學的理論知識并能加以靈活運用，需要求解各類典型題目來獲得經驗并不斷消化各知識點并達到觸類旁通的效果[2]，習題課正是實現上述目的的有效手段。習題講解不能只給解答過程，而是要站在學生的角度，以學生為主體和他們一起討論問題、研究問題、解決問題，體現互動式教學；對于某些問題的求解，也力求能從不同的方法入手，開闊學生思路，例如對于平面和曲面在液體中的受壓大小問題，教材分別給出了這兩個問題的求解公式，教師可引導學生：既然平面是曲面的一種特殊情況，那么能不能用曲面的壓力體概念去求解平面在鉛垂方向的受力大小呢？結果證明是可以的。習題的講解還應反映學生對課程的掌握情況，因此不僅要講正確的分析過程，還要講作業中出現的錯誤的分析過程，并通過對比分析，找到出錯的原因，進一步厘清和深化概念。教學工作是一項繁重而又細致的任務，需要教師有扎實的專業基礎，“學而不厭，誨人不倦”，因此教師也要在教學過程中不斷地學習，從掌握學科知識的深度和廣度上不斷要求自己，在教學內容、教學方法和教學手段等方面做有心人，只有這樣，才能不斷改善教學效果，為環境工程專業的人才培養打下堅實的基礎。
參考文獻：
[1]張羽，張仙娥.環境工程專業《流體力學》的教學探討[J].華北水利水電學院學報（社科版），2010，26（4）：156-157.
流體力學基本概念范文6
【關鍵詞】實驗考核體系；實驗能力；流體力學實驗
實驗教學是高等學校教學工作的重要組成部分。高校實驗教學應該注重培養學生的實驗能力，滿足高等教育應用型、創新型人才培養的要求。學生在實驗室通過觀察、思考和操作，來提高判斷能力和創新能力，做到有思想地做實驗，自主完成實驗任務。實驗能力的培養應該配合實驗考核來具體實施，文章就此提出了一套旨在提高學生實驗能力的流體力學實驗考核體系，對實驗前、實驗中、實驗后的各個環節列出了具體的考核方法，主要包括五個考核部分：實驗準備、實驗操作、實驗報告、實驗創新和實驗考試。
1．實驗準備考核
實驗準備要求學生在實驗前理解實驗原理，明確實驗要求，熟悉實驗內容及步驟，并按照要求言簡意賅地編寫實驗預習報告。通過實驗準備培養學生的自學能力，加深對流體力學理論知識的理解。實驗教師根據學生的實驗準備情況進行具體考核，對實驗預習報告打分，對未完成實驗準備的學生，取消其實驗資格。實驗準備考核占實驗總成績的10%，詳細評分標準見表1，取所有實驗準備考核分值的平均分作為實驗準備考核成績。通過實驗準備考核，可以起到兩個作用：一是實驗準備考核成績組成實驗總成績的一部分；二是實驗準備考核對學生進實驗室起到一個篩選作用。
表1 流體力學實驗準備考核評分標準
序號 評分標準 分值
1 實驗準備充分，實驗預習報告規范認真，有預習思考 10
2 實驗準備比較充分，實驗預習報告規范認真，有預習思考痕跡 8
3 實驗準備基本充分，實驗預習報告規范認真，但僅是抄書，無思考痕跡 6
4 實驗準備不充分，實驗預習報告馬虎，不規范，無思考痕跡 4
5 未完成實驗準備，未完成實驗預習報告 0
在實驗準備這一階段，實驗教師需要給學生準備具體的預習資料，包括：學生實驗守則，規定學生進實驗室需要遵守哪些規則；流體力學實驗要求細則，對學生說明參加流體力學實驗的具體要求；流體力學分室平面布置圖，以便學生了解實驗室情況；流體力學實驗指導書，主要給學生提供每個實驗的具體指導，如：實驗目的要求、實驗儀器、實驗原理、實驗方法與步驟、實驗成果及要求、實驗分析與討論、實驗數據記錄表、實驗數據計算表；另外，還可以補充說明一下，實驗預習報告書寫要求、原始實驗數據記錄要求、實驗報告要求書寫哪些內容等等。
特別是實驗儀器這一塊，因為學生事先不熟悉儀器，實驗時操作儀器比較困難，所以一定要先讓學生熟悉儀器設備，有必要提供實驗儀器的說明書。另外，實驗教師還可以提供一些經典實驗的介紹，如雷諾實驗的工作環境，增加學生的學習興趣。實驗教師可以把這些資料編寫成流體力學實驗指導書，印發給每位學生，還可以把相關資料放到實驗室網站上去，讓學生自行下載查閱學習。
2．實驗操作考核
實驗操作考核作為實驗教師對學生連續評估的主要形式，在平時實驗當中對學生進行觀察，并將觀察記錄作為對學生操作能力的直接評價。實驗操作主要考核學生實驗操作技能和分析問題、解決問題的能力[1]。實驗教師在實驗指導過程中，以啟發學生思維為主，充分發揮學生的主動性，在學生提問時予以適當指點和提示，主要考察學生的動手能力和排除故障能力。因為這部分考核以實驗教師的主觀判斷為主，所以在實驗操作考核過程中要作定性定量處理，以便實驗操作考核具體實施。實驗操作考核占實驗總成績的20%，具體評分標準見表2。下面簡要介紹一下流體力學實驗操作考核的過程。
實驗開始時，實驗教師對每組學生的實驗情況進行觀察，簽字確認。如能量方程（伯努利方程）實驗開始時，檢查每組學生是否將能量方程實驗儀的所有測壓管液面調整到齊平狀態，簽字確認。
實驗過程中，實驗教師檢查學生的實驗操作情況。如實驗操作時間是否符合要求，實驗次數是否達標等等。
實驗結束時，實驗教師對每位學生的實驗原始數據記錄進行初步分析，判斷實驗結果是否符合規律，確保實驗質量。引導啟發學生分析歸納實驗結果，撰寫好實驗報告。對實驗有重大錯誤、失敗或不能完成者，安排其在實驗室開放時間重做。
實驗結束后，要求學生按要求關閉儀器，清理現場，做好環境清潔工作。實驗教師檢查每組學生儀器設備整理情況，電源是否關閉，水桶（水杯）水是否倒入水箱中，雷諾實驗的有色水閥門是否關閉，桌面是否整理，并作相應記錄。
表2 流體力學實驗操作考核評分標準
序號 評分標準 扣分值
1 測壓管齊平缺認可/次 –0.5
2 測壓管測點未達到實驗要求/次 –0.5
3 排氣泡缺核查/次 –0.5
4 操作時間未達到實驗要求/次 –0.5
5 操作次數未達到實驗要求/次 –1
6 儀器電源未關、閥門未關水未處理、桌面未整理/項 –0.5
7 實驗結果不符合規律/組數據 –0.5
8 沒參加實驗操作/個實驗 –5
注：流體力學實驗操作考核滿分20分，如在實驗過程中，發生上述情況，則扣除相應的分值，扣完為止。
3．實驗報告考核
實驗報告作為考核的依據，自身存在不足的地方，既不能反映學生的操作技能，不能表現學生動手解決實際問題的能力。即使學生不動手或不作為主要參與者，也可以寫出一份較好的實驗報告。另外，由于實驗報告是在實驗室外完成的，可能會出現修改數據的現象，實驗教師也很難了解學生對某些問題的理解程度和真實的看法。因此，實驗報告需要補充一些主觀方面的報告成果，比如實驗作業、實驗總結等等。實驗報告考核占實驗總成績的30%，由三部分組成：實驗報告成績、實驗作業成績和實驗總結成績。
實驗報告主要考核學生實驗后對所做實驗進行的分析和評價，以及撰寫報告的能力，達到總結和提高的目的。實驗報告成績滿分20分，取所有實驗報告分值的平均分作為實驗報告成績，詳細評分標準見表3，主要根據實驗數據計算是否正確，實驗現象分析是否客觀完整等評定。對于實驗報告其固有的缺陷，流體力學實驗報告考核采用數據記錄復份，來避免學生修改數據。
表3 流體力學實驗報告評分標準
序號 評分標準 分值
1 實驗報告規范認真，圖表清晰，實驗數據計算正確，實驗現象分析客觀完整，能做較深層的探研，優秀 20
2 實驗報告規范認真，圖表清晰，實驗數據計算正確，實驗現象分析比較客觀，良好 16
3 實驗報告規范，圖表清晰，實驗數據計算基本正確，實驗現象分析基本客觀，及格 12
4 實驗報告格式規范，實驗數據計算不正確，實驗現象分析不正確，不及格 8
5 未完成實驗報告 0
實驗作業是根據實驗內容和實驗要求精心設計的，可以加深學生對實驗的認識、補充和擴展。實驗準備時，教師對將要進行的實驗提出問題，引導學生深入思考。學生通過查找資料，操作實驗，編寫實驗報告，將問題引入深層次的探究，然后回答問題。如能量方程實驗，提出問題：“測點2、3和測點10、11的測壓管讀數分別說明了什么問題？[2]”學生進行一系列思考后探究答案。實驗作業成績滿分5分，每個實驗作業以5分制為標準進行評分，最后求平均分作為實驗作業成績。
實驗總結在流體力學全部實驗結束后完成。此時，學生對實驗知識、技能、儀器設備等都有了真切的體會、深刻的認識，每個人都會有不同程度的收獲。學生可以在實驗總結中寫：實驗后的收獲和感想，對實驗教學的意見和建議，對實驗室發展的建設性意見。這些信息反饋給實驗教師，可使教師進一步了解學生對實驗的真實感受，從而總結出寶貴的經驗和教訓，改進實驗教學方法。實驗總結是教師提高實驗教學水平的基礎。實驗總結成績滿分5分，以5分制為標準打分。
4．實驗創新考核
實驗創新主要培養學生的創新能力。流體力學實驗創新分兩個方向：學習性實驗創新和創造性實驗創新。實驗創新考核占實驗總成績的20%。
對于那些創新能力比較薄弱的學生，可以從學習別人的已有成果開始，讓學生收集現有的實驗創新實例，運用學過的流體力學理論知識和實驗知識重新剖析，在規定的時間內闡明自己的觀點，進行答辯。學習性實驗創新成績滿分10分。
對于創新能力較強的學生，鼓勵學生在現有儀器設備基礎上，進行創新性、設計性研究與探索，組合成為新的實驗或量測新的內容，也可以通過電腦進行模擬。實驗創新也鼓勵改良改進設計實驗設備裝置。另外，鼓勵教師教改項目、科研項目帶進實驗室，開設綜合性、設計性實驗，研制開發教學儀器設備，更新和改造舊的實驗內容和手段。
開展實驗研究可由團體進行，研究的一般步驟包括：確定題目、收集資料、制訂研究計劃、實驗測試、分析與概括、反復論證或實踐驗證、完成實驗報告或論文。學生在教師的指導下，自主選題、自主進行研究性學習、自主進行實驗方法設計、開展實驗性研究、進行數據統計分析處理，撰寫研究性論文和總結報告等工作。實驗創新小組向全體參加同學和指導老師介紹實驗設計思路、實驗過程、創新點等主要內容，并回答同學和教師的提問，由同學和實驗教師一起打分考核。創造性實驗創新成績滿分20分。
通過實驗創新求得學生的發展，教師的發展，實驗室的發展。
5．實驗考試考核
流體力學實驗考核分兩種形式：教師與學生的交談、閉卷考試。實驗考試考核占實驗總成績的20%，實驗考試成績滿分100分，其中教師與學生交談成績50分，閉卷考試成績50分。
教師與學生的交談，可以了解學生在實驗室獲得知識的掌握情況，可以評估學生對知識的理解及口頭表達的技巧，以及對實驗結果的解釋等，具有教高的表面效度。
閉卷考試可以克服實驗報告的某些缺陷。流體力學實驗考試內容側重于實驗方法與原理的理解，流體流動的某些基本概念和基本原理的認識，靜態流動參數測試方法的掌握。
綜合流體力學實驗五個部分的考核，可以給出完整的流體力學實驗考核體系，如表4所示。
表4 流體力學實驗操作考核體系
序號 實驗考核 比例 分值 備注
結束語：
隨著實驗課程的獨立開設，需要更精確、更契合實際的實驗考核方法來適應實驗課程的發展建設需要。實驗考核要求能夠公平合理地評價每個學生的實驗成績，能夠對學生實驗學習起到較好的引導作用，激發學生的實驗興趣，規范學生的實驗過程，提高學生的實驗能力[3]。流體力學實驗考核體系根據實驗教學的過程，對實驗前、實驗中、實驗后各個環節，分別進行具體考核，提出了一套新的實驗考核體系。該實驗考核體系從實驗整體出發，注重培養學生各項實驗能力，提高學生綜合素質，提倡自主實驗來提高學生的學習自主性，通過定性定量的實驗操作考核來提高學生的實際動手能力，以實驗創新考核來推動學生的創新能力，從而真正提高實驗教學效果。
參考文獻
[1] 葛年明、周泉.電子電工實驗考核方法的改革〔j〕.實驗技術與管理，2008(4):146-147，166
