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流體力學的基本原理范文1
論文關鍵詞：流體力學；制冷與低溫工程；教學改革
目前，鄭州輕工業學院（以下簡稱“我院”）的制冷與低溫工程專業已被評為國家級特色專業。為了加強制冷與低溫工程專業學生能力的培養，造就人才，有必要對制冷與低溫工程專業的教學進行全面的改革。
“流體力學”是制冷與低溫工程專業的一門重要的專業基礎課，主要分為流體靜力學和流體動力學，研究流體平衡、運動規律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實際應用的科學。由于流動現象和流動規律及其影響因素十分復雜，故其具有理論性強、概念抽象和公式較多、實際工程應用廣、對學生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點。加上學生對流體流動機理普遍缺乏感性認識，導致“流體力學”課程歷來被公認為是教師難教、學生難學難懂的課程之一。因此，迫切需要進行“流體力學”課程教學改革，使學生學好本門課程，提高課程教學質量，使學生能更深刻地理解和掌握專業理論知識，培養學生的綜合分析應用能力和創新能力，全面提高專業素質。
分析目前我院制冷與低溫工程專業“流體力學”課程教學的現狀，發現存在以下主要問題：首先，“流體力學”理論性強，概念多而抽象，難以理解，學生普遍缺乏對流體力學問題的感性認識，學習興趣不高；其次，課程中公式繁多，推導過程復雜，且大多涉及到“高等數學”的偏微分方程，另還涉及到“大學物理”、“理論力學”、“材料力學”等方面的知識，學生理解困難；另外，學生對所學的知識不能靈活應用。因此怎樣激發學生的學習興趣，選擇合適的教學模式組織教學，全面實現該課程教學目標，提高教學質量，是該課程教學亟待解決的問題。
一、改革教學方法
學好“流體力學”這門課對于制冷與低溫工程專業的學生來說至關重要。讓學生理解流體靜止和運動的規律及其影響因素，不僅能為學生學習后續的專業課程提供必要的理論基礎，也能為學生以后分析解決實際工程中的實際問題提供理論指導。怎樣才能讓學生學好這門課，筆者結合自己的教學經驗，認為可以從以下幾方面著手。
1.激發學生學習興趣
學生是學習的主體，而“流體力學”又是大家公認難學的課程，因此學生的學習積極性高低決定著“流體力學”這門課教學的成敗。
要提高學生學習“流體力學”的積極性，首先要上好“緒論”課?！熬w論”課是學生接觸和了解“流體力學”這門課的窗口，也是教師的教學水平和教學方式的第一次展示，“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學”課程教學的成功與否。通過“緒論”課讓學生對“流體力學”的發展及其廣泛的工程實際應用有一個大致的了解，使他們充分意識到“流體力學”知識和我們的生活及國家的建設密切相關，深刻理解“流體力學”知識在今后的學習和解決實際工程問題中的重要作用。
教師在講授一些理論知識之前，可先舉出很多貼近生活的有趣實例或者先提一些問題來激發學生的學習興趣，啟發引導學生積極地思考。例如在講液體的粘性之前，可以先問學生：在水中游得快還是在油中游得快？為什么？又如在描述流體運動有兩種方式——拉格朗日法和歐拉法時，可以將在座的學生和教室里的每個座位作為研究對象來進行類比，從而讓學生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式，讓學生帶著問題去學習，讓學生親身感受到參與教學活動是一件樂事、趣事，由愿學到愛學再到樂學。實踐表明：列舉事例或提問的方式可以避免學生學習的枯燥感，活躍課堂氣氛，不僅可以吸引學生的注意力，激發學生學習的主觀能動性，還可以使學生充分意識到本課程對今后學習和工作的重要意義，并且能加深學生對所學知識的理解和記憶，使學生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外，還應充分利用多媒體，通過圖片、動畫讓學生直觀了解各種流動現象，而不是停留在抽象層面，從而提高學生學習“流體力學”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動現象和分析流動機理，需要應用數學工具。學生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要讀懂數學，然而讀懂了數學不一定意味著明白了數學符號背后所代表的物理意義。“流體力學”教學實踐表明，學生從讀懂數學到理解流動問題的物理本質有一個過程。教師的一個重要任務就是做好各方面的工作，幫助學生完成從讀懂數學到理解流動的物理本質這一過程的轉變，進一步建立起科學的思維方式。
“流體力學”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運動方程、連續方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時都有大量的公式，這些公式涉及一些高數、物理、力學方面的知識，特別是大量的偏微分方程，加上“流體力學”的公式推導采用歐拉法，與物理及其他力學不同，學生的觀念不易改變，而且推導過程復雜，學生理解掌握很困難。如果過分強調“流體力學”知識的嚴密性和完整性，對每個公式的每個推導細節都逐一介紹，推導過程將會枯燥無味，學生只會被弄得糊里糊涂，興趣全無。而如果直接給出公式，讓學生死記硬背，只能讓學生不知其所以然，當然也就不能真正用所學知識來解決實際問題了。
根據多年的教學經驗，筆者認為：“流體力學”中公式的講解應將重點放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應用限制上。首先對基本概念力爭講透，概念清楚了，公式的講解推演才有意義。然后重點使學生明確公式的物理意義及公式中各項參數的物理意義和幾何意義，只有真正理解了公式的物理意義，才能靈活使用公式解決實際工程問題。最后應強調公式的應用范圍及應用注意事項。由于流動的多樣性，“流體力學”中的很多方程都是在一定的條件下得到的，如伯努利方程就有多種形式（理想流體、實際流體、流體是否可壓等），在具體運用時，要根據具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業
學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。如果基本原理掌握了，接下來就是如何用這個原理去解決實際問題。課后作業是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養學生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應由學生獨立地完成一定量的課后練習題，這是“流體力學”學習過程的重要組成部分，解題過程實質就是利用“流體力學”的基本原理和基本方程分析和解決實際問題的一個訓練過程，課后習題可以幫助學生加深對基本概念和基本理論知識的理解。
然后再由教師通過習題課的方式，利用具有代表性的習題和一些學生普遍認為困難、出錯多的習題，講述流體力學原理在工程實例中的應用。在講解習題時，重在提供條理清晰的解題思路、詳細具體的解題步驟，使學生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧，以便在以后的學習工作中舉一反三、觸類旁通、學以致用。這一過程增強了學生對流動過程物理本質的理解，將物理問題與數學工具有機地結合起來，有助于學生對與專業相關聯的實際工程問題進行認真思考，有效的增強了學生分析并解決實際問題的能力。
二、改革教學手段
多媒體教學以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學特點，豐富的教學內容，被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的歡迎。
多媒體教學在“流體力學”教學過程中發揮著重要的作用。利用多媒體，可將“流體力學”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點，如拉格朗日和歐拉法的描述，流線與跡線、層流、湍流等，通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現給學生，使其從感性認識開始建立清晰的物理概念，較容易地掌握相關內容，并使學生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時間寫板書表述的和不易通過板書表述的內容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習題等。采用多媒體教學，授課的信息量增多了，教學內容更豐富了，學生在有限的時間內接收的知識更多了，學生的學習興趣提高了，學生的思路拓寬了，教學質量也提高了。
多媒體教學的發展并不意味著要摒棄傳統的板書教學。有很多學生認為板書能讓他們有更多的時間去思考消化一些抽象的東西，更有利于對基礎知識的理解和掌握。根據“流體力學”既有抽象復雜的流動機理又有大量的基本概念、基本方程的特點，在教學過程中應將多媒體教學與板書教學相結合，揚長避短，發揮各自的優勢，為教學工作更好地服務。如對某些特定的流動現象，可以通過多媒體教學，加深學生對流動現象和機理的理解。而對于較重要的公式及一些重點難點內容還是采用板書教學，例如流體力學基本方程的推導過程依然使用傳統教學中的板書，有利于學生集中注意力，讓學生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學生足夠的思考時間，又可加深學生對重要知識的理解，從而獲得良好的教學效果。
流體力學的基本原理范文2
【關鍵詞】專業認證流體力學教學改革考核方式
1.教學現狀及分析
流體力學是一門專業基礎課，其主要的先修課程有高等數學、大學物理、理論力學、材料力學等。由于流體力學對知識儲備要求高，研究對象又是不具固定形狀的流體，其理論教學比較抽象，因此教學現狀有以下幾個特點。課堂教學盡管采用多媒體方式，但流體力學的理論性太強，使得現有的多媒體教學課件形式單一，內容不夠豐富，導致教學仍以口授與板書為主，課堂互動性明顯不足，學生學習缺乏主動性、積極性；缺乏實踐性教學環節；缺少有效的師生溝通平臺。由于師生交流少，容易造成“教”、“學”分離，給課程的教學效果大打折扣。
2.考核現狀及分析
現階段流體力學的考核方式，大部分仍然采取30%的平時成績和70%期末考試成績。本課程包含大量的經驗公式及公式推導過程，對比近兩年的學生成績，目前該課程的考核方式并不理想。
3.改革措施
3.1教學改革措施
流體力學課程需要掌握的概念多、公式多，學生學習積極性不高，需要教師對課程不斷開展改革探索。為解決目前流體力學課堂教學中存在的問題，針對教學環節提出以下幾個改革方案。
3.1.1完善教學大綱
根據工程教育認證標準，應進一步修訂和完善教學大綱和教學計劃，優化學時分配。在保證《流體力學》基本概念、基本原理以及基本理論授課時間的基礎上對課程設計進行改革。比如，適當增加數學知識基礎；導入課程最好用動畫或者試驗吸引學生的注意力，提高學生學習的興趣；適當增加學生課后的作業，以討論性的分析和推導公式為主。
3.1.2增設案例及課堂討論環節
增加相關內容的案例，設置科學問題，然后分組討論，引導學生分析問題。以流體靜力學的基本公式為例，通過電視節目中模擬的桶裂實驗為引導，提出問題，留有懸念。然后通過公式推導理論驗證，最后給同學們討論的時間。另外，有條件的還可以專門設置一堂實驗課，課上分組展示并講解學生在課下自行設計的桶裂實驗。
3.2考核評價改革措施
增加平時考核的占比是課程改革的趨勢。根據專業認證的要求，增加平時的教學工作量，為學生準備與重點知識相關的小課題，增加課堂討論環節是一個新思路。根據課堂表現進行部分考核，提高學生平時考核成績。從而去除純記憶類題目，只考核綜合理解類和綜合應用類試題，適當增加期末考核難度，以督促學生平時注意積累。
3.3自編應用型教材
教材是學習的依據，作為機械類流體力學教材要體現理論與實際相結合，突出應用性。對于有經驗的教師，可以在總結多年知識積累和教學、科研成果的基礎上，結合相關流體力學書籍，撰寫屬于自己的機械類教材《流體力學》。自編教材對學生而言更實用，體現在以下幾點。一是自編教材主要以教學大綱為依據，整體上與課堂教學具備較高的統一性。內容編排按課堂教學節次循序漸進，學生自學時，邏輯和思路清晰，課上課下的自然銜接，更具有啟發性；二是可以根據課上學生的反應精簡方程式數學推導內容和過程，盡量將抽象概念形象化、簡單化和透徹化，使之通俗易懂。或者在課堂上減少推導過程，而在書中將推導過程編寫的更加詳細，甚至添加多種推導方法，便于自學；三是理論聯系實際，集教學與科研成果于一體，使得課堂內容具有較高的客觀性、有效性和科學性，如此更有利于解決實際問題，指導工程實踐和生產活動；四是豐富例題和習題，除計算題外還設有簡答題、選擇題等多種題型，并給出參考答案。
流體力學的基本原理范文3
關鍵詞：流體力學；多元化；課堂教學模式
作者簡介：張明輝（1972-），女，河北滄州人，山東科技大學機械電子工程學院，副教授；陳慶光（1969-），男，山東臨沂人，山東科技大學機械電子工程學院，教授。（山東 青島 266590）
基金項目：本文系山東科技大學省級機械電子工程品牌專業建設項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）01-0064-02
“流體力學”課程是我國高等院校工科各專業的一門主干專業基礎課。該課程是聯系前期“高等數學”、“理論力學”等基礎課程和后續專業課程的橋梁和紐帶，在學生能力培養和知識體系構建過程中起著“承上啟下”的作用。[1]當前的“流體力學”主要以經典理論或實驗內容為主，教材中包含大量的計算公式及理論推導，這就要求學生具備一定的高等數學知識及較高的綜合分析和處理問題能力。但由于大多工科學生數學知識相對薄弱，再加上學生自主學習的能力較差，導致教師難教、學生厭學成為較普遍的現象。如何提高學生的學習興趣，讓學生正確理解和掌握流體力學知識，使“流體力學”課程的教學水平邁上一個新臺階，是教育工作者的責任和使命。許多文獻[2][3]為了提高流體力學的教學效果，在課堂教學模式、教學手段、實驗教學等方面進行了探討和研究。通過多年來在“流體力學”教學中的若干思考和實踐，筆者提出了構建多元化教學模式的教學理念，即將啟發式教學、對比分析法教學貫穿課堂教學中，以加深學生對理論知識的感性認識。同時，為了適應個性化發展和高素質教育，培養學生創新能力，在引導他們熟練掌握基本分析方法的同時，還要教會學生多視角、多層次的分析問題和解決問題。另外，為了提高教學效果，課堂教學中還運用多媒體技術作為輔助教學手段，工程圖片、計算機動畫和視頻素材等各種教育信息使得教學更加生動、直觀和多樣化，開闊了學生的視野，激發了學習興趣。
一、啟發式教學模式
啟發式教學就是讓學生充分運用他們擁有的知識和能力去正確比較、分析、綜合、判斷、概括、歸納和解決問題，探索結論。一方面可以使學生開動腦筋，積極思維，另一方面也能夠開發學生的智力，培養學生的能力。筆者在教學過程中將啟發式教學貫穿始終。例如，流體微團運動分析是流體力學中的一個難點問題，很多學生對微團運動過程中發生的角變形很困惑。為了讓學生更好地理解角變形的原因，筆者將矩形流體微團四個角點的速度全部寫出，如圖1所示。然后分別用紅筆標出C、D點和A、B兩點X方向速度的第三項，讓學生觀察兩者的差別，學生很快發現D點比C點、A點比B點在X方向的速度大，這勢必產生一個與垂直方向的夾角。接著，筆者又用藍色筆標出，C、B點和D、A兩點Y方向速度的第二項，讓學生觀察兩者的差別，學生很快發現B點比C點、A點比D點在Y方向的速度大，這勢必產生一個與水平方向的夾角。這樣，學生很自然就畫出了流體微團的角變形圖，如圖2所示。最后，筆者又把問題引申到三維，讓學生寫出其他兩個方向上的角變形公式。這樣學生在學習過程中，在理解和接受理論知識的基礎上，學會了發現、解決和總結。除了在分析問題時采用啟發式教學外，也可以啟發學生對所學的概念、理論、公式進行對比，在加深理解的同時找出它們的內在聯系和區別。譬如，在推導伯努利積分方程時先讓學生回憶流體靜力學基本方程。這樣學生很快發現兩者之間僅相差動能項。從而明白在流體靜力學中滿足勢能守恒，而在動力學中轉換為機械能守恒。通過對比分析，學生不但很容易地理解了伯努利方程的物理意義，也對靜力學基本方程加深了印象。
二、對比分析法教學
由于“流體力學”課程涉及的知識比較廣，如材料力學、大學物理、線性代數、工程熱力學、高等數學等多學科的知識，再加上“流體力學”比較抽象，理解起來相當困難。在教學中“流體力學”這門課教師難教，學生難學。為了便于學生掌握流體力學的概念和基本原理，在講授流體力學知識時，筆者經常采用對比分析教學法，讓學生通過思考與對比增強所學知識的連貫性，提高學習效果。由于流體力學是力學的分支，因此力學的定律也適用流體力學，但流體的特性決定了流體力學在與固體力學有千絲萬縷聯系的同時，又有它獨有的一些特性。所以，筆者在授課時會讓學生先回憶相關的固體力學知識，再將固體力學定律引申到流體力學當中，讓學生輕松地理解和掌握流體力學中的概念和原理。例如在講授流體靜平衡微分方程這一章節時，筆者就會問學生：在理論力學中，如果物體處于平衡狀態應滿足什么樣的條件？學生很自然地想到要所有的合外力為零。然后筆者又會引導學生流體力學的研究對象為流體質點，而流體質點在空間上是很小的，需要對微元體建立平衡方程。換句話說就是微元體要保持平衡，其所受的合外力也需要為零，由此就可得到流體靜平衡微分方程。這樣靜平衡微分方程的物理意義就很直觀地展現在學生面前。除了將流體力學和固體力學進行對比分析外，筆者還會將流體力學中的一些概念通過列表的方式進行對比，讓學生了解這些概念的異同點。比如，筆者在講到流體運動學這一章節時講解兩種描述流體運動的方法，就給出了表1。學生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和歐拉法各自的特點。通過對比分析法不但有助于學生理解和掌握流體力學知識，還能讓學生將所學知識融會貫通，提高分析問題、解決問題的能力。
三、多層次多視角分析問題
現代教育觀念認為，高等教育應當融知識的傳授和能力的培養于一體。[4]為了適應個性化發展和高素質教育，培養學生創新能力，在引導他們熟練掌握基本分析方法的同時，還要教會學生多視角、多層次的分析問題和解決問題。為此，筆者除了講授基本方程、基本定理的推導，還會將問題進一步深化、演繹，將枯燥乏味的理論知識點進行歸納整合，建立學生的哲學思維觀。例如，在學習靜止流體對平面的總壓力這一節時要求學生能夠計算總壓力大小、方向和作用位置。講授首先從求解矩形水平面的總壓力入手，再延伸到求解矩形垂直面總壓力，再到求解矩形斜平面總壓力，最后求解任意平面的總壓力，如圖3所示。這種層層剝繭的講授讓學生不知不覺中掌握了求解總壓力的方法和技巧。逐層分析的方法教會了學生如何將一個復雜問題分解，然后再借助已有的知識進行求解，達到觸類旁通的效果。同時，為了讓學生更加深入、全面地了解平面所受的靜壓力，講授時又分別采用了解析法和壓力圖法進行求解。通過這一章節的學習，學生明白了解決許多工程問題可以從多個側面、多個視角分析，盡管采用的方法和理論不盡相同，但都可以獲得正確的結果，殊途同歸，增強了創新意識。
除了在教學過程中改變傳統的教學方法，構建多元化的課堂教學模式以外，為了提高教學效果，運用多媒體技術為基礎的立體化輔助教學手段也非常重要。隨著計算機技術的發展，工程實際圖片、動畫和視頻素材使各種教育信息的表達更加生動、直觀和多樣化，能很好地刺激學生的感官，激發學生學習的興趣，開闊學生的視野，可以收到純板書教學所無法達到的效果。因此，“流體力學”教學過程中對于難以理解的概念，如勢流與旋流、流線與跡線的概念、流場的演示、流態的判別和波的傳播、邊界層的形成等內容均利用計算機動畫給學生進行演示，起到了畫龍點睛的作用。
四、結束語
多元化課堂教學模式是一個先進的教學理念。本文提出的啟發式教學、對比分析和多視角教學模式將原本抽象的概念、復雜的理論推導直觀地展現在學生面前，讓學生在分析比較與思考中學會將固體力學遵循的原理定律融會貫通到流體力學中，尋求概念之間、知識點之間和章節之間內在的關聯性，舉一反三，把原本雜亂的概念形成清晰的知識體系。這種多元化的教學模式在很大程度上提高了學生的學習興趣和學習積極性，培養了學生分析、解決工程實際問題的能力，改善了教學效果。
參考文獻：
[1]王發輝，?？∮?，等.“流體力學”立體化教學體系的構建[J].中國電力教育，2009，（12）：102-103.
[2]孫恒，朱鴻梅，舒丹.“啟發—聯想式”教學方法在流體力學教學中的應用[J].中國電力教育，2011，（5）：81-82.
流體力學的基本原理范文4
關鍵詞：無機非金屬材料實驗；流體綜合實驗；柏努利方程；創新探索
1、前言
武漢理工大學材料學院所開設的“無機非金屬材料實驗”是一門國家級精品課程。在其基礎系列實驗中，包括了以柏努利方程為核心的流體綜合實驗。
柏努利方程（Bernoulli’s Theorem）因其由英國流體力學的先驅者柏努利推導出來而得名。其本質是自然界中普遍存在的能量守恒原理在流體力學中的具體應用。具體來說，該方程是關于在流體流動過程中，流體的勢能、壓力能、動能與因流動阻力造成的能量損失之間的轉換與平衡關系。在工程流體力學及其實踐中，該方程的使用十分有效，它幾乎可以解釋和解決工程流體力學中許多現象和問題。這也為我們講解以柏努利方程為核心的流體力學綜合實驗的原理以及解釋所出現的各種流體流動現象提供了良好的理論基礎。
柏努利方程盡管在物理意義上具有能量的含義，但因其中的各項具有“高度”的量綱。因此，它又有幾何的含義，由于英國人習慣用“頭（Head）”來表征高度，翻譯成漢語就是“壓頭”的概念。因此，柏努利中的各項就是“壓頭”的集合，分別稱為：幾何壓頭、靜壓頭、動壓頭和壓頭損失。
二、實驗和實驗授課過程中的創新探索
在本流體力學綜合實驗過程中，最重要的就是讓學生深刻地弄清（壓頭）阻力損失的概念。早期流體力學家根據數學、物理學的基本原理，對于阻力損失進行過的分類，按照英語原文直譯過來就是“摩擦阻力損失（Friction Loss）”和“局部阻力損失（Minor Loss）”。
關于摩擦阻力損失，它是指當流體流速的大小和方向均不改變時，純粹因流體內部的速度差所導致的摩擦阻力而引起的能量損失（或稱為：壓頭損失）。根據摩擦阻力損失的大小與流體經過的路程成正比的特點，我國國內普遍將其稱為：沿程阻力損失。
關于局部阻力損失，它是指在流體流動過程中當遇到局部障礙時，流體流速的大小、方向至少有一個會發生改變。于是，因流體質點速度分布重組和撞擊及其所引起的漩渦區而造成的、在障礙所在局部區域內的、除了原有沿程阻力損失之外的附加能量損失（壓頭損失）。弄清楚了以上概念及問題的本質，教師講課以及學生理解就相對容易許多。
本流體力學綜合實驗中的第一個實驗是：關于流體局部阻力損失的實驗。具體來說，就是流體在流經突擴管時，靜壓分布的變化規律表征、局部阻力系數的測量、在突擴管前后流體流速分布重組的情況以及有關渦旋區的形成原因。我們以實驗中的靜壓分布變化規律來驗證和加深這幾項內容。這樣也有利于通過實驗環節來理解局部阻力損失的成因，從而加深理論課學習的效果和印象。
本流體力學綜合實驗的第二個實驗是：關于柏努利方程效果的演示實驗。圖1就是我們根據真實實驗裝置所開發的實驗模擬軟件的一個截面圖。通過該實驗，可以直接明晰地呈現出流體流動因符合柏努利方程而產生的各種流動現象和效果。學生對該演示實驗中所呈現的各種流型和規律的反映效果較好。在此基礎上，我們又提出了在材料工程中、在日常生活中出現的各種流動現象，請同學們思考與并設法用柏努利方程來解釋，然后進行適當的引導，這樣有助于提高素質教育的結果。也就是說，有助于通過該實驗的學習將流體流動中所體現的真實規律應用到具體的材料工程中，包括材料的制備、加工，以及制備加工所用有關設備內的某些結構。這也為學生畢業以后從事具體的工作中和技術革新活動而貯備一定的基礎知識。
圖1柏努利方程實驗裝置
本流體綜合實驗的第三個實驗是：有壓滲流的電模擬實驗。該實驗的關鍵是弄清楚流體流動（尤其是滲流）的概念與特點。其實驗結果是用具有相同數學分布規律的電場（其參數可測量）來模擬出有壓滲流場的規律（直接測量較困難）。另外，在該實驗中，我們還講解了均勻地增加流體流動的阻力有助于提高流體流動的均勻度。這一道理在工程實驗中，經常被用到。
三、結論
作為國家級精品課程的一部分，我們在本流體力學綜合實驗過程別注意教學效果的深化、開拓與創新活動。經過以上所述的創新探索以及幾次該綜合實驗的教學，我們認為達到了這個目的。從學生的反饋意見來看，也驗證這一結論。希望本文對相關實驗教學活動有所裨益，也歡迎各方面的反饋意見和指導建議。我們將認真對待與積極改進，從而為無機非金屬材料專業方向的人才培養做出自己的貢獻。
四、致謝
本項目由武漢理工大學校級教學研究項目（項目號:201004）以及武漢理工大學實驗室開放項目（①材料工程流體力學實驗與其模擬實驗的開發；②材料工程基礎課程中傳熱學模擬開放實驗的開發）提供支持。
【參考文獻】
[1]劉立．流體力學泵與風機（第二版）.北京：中國電力出版社．2007．
[2]James R.Welty.Fundamentals of Heat，Momentum，Mass Transfer（4th ed）.Delhi， India：John Wiley & Sons， Inc.2001．
流體力學的基本原理范文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。可以單元測試時采用開卷考試，期末考試采用半開卷考試，試題有一半是自己出的試題。考核試題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：
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[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.
流體力學的基本原理范文6
關鍵詞CDIO；流體力學；能力培養；教學改革
1引言
“流體力學”作為理工科的一門專業基礎課和必修課，它的重要性是眾所周知的，作為力學分支，其在安全工程專業有著廣泛的應用，與泄漏、火災、爆炸、通風等有著密切的關系，是后續工業通風、消防工程等專業課程學習的重要基礎。近年來流體力學學科發生深刻變化，對流體運動認識加深，測量手段更為先進，對流體運動分析和處理的能力空前強大，與工程應用結合更加緊密。然而“流體力學”這門課程概念抽象、數學公式多，在以往課程教學過程中更多重視理論知識的傳授，人才培養過程中存在著過分偏重理論知識學習，缺乏對學生工程能力的培養等不足之處。因此，本文借鑒國際流行的CDIO工程教育理念，擬對安全工程專業“流體力學”課程進行教學改革，使理論知識服務于后續的安全知識學習及工作實際，將知識教育和能力培養有機地結合起來，增強學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，使學生專業理論知識的學習真正地更好地融入之后的安全工作中。
2CDIO工程教育理念
CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Imple-ment）和運行（Operate）的簡稱?！癈”構思指系統性的構想、思考，明確產業需求。“D”設計是把將要被實現的計劃通過視覺的形式描述出來的活動過程；“I”實施是執行、施行實際的行為，指把設計轉變為產品的過程；“O”運行是指產品實現之后（即實施之后）使用其來達到想要的價值的過程。從構思、設計、實施到運行的全過程就是產品的整個生命周期，用它來代表工程的范疇[1]。CDIO教育模式提倡培養具有較高專業理論水平和符合產業需求的綜合性應用能力并重的高等工程教育專業學生，這種模式在安全工程專業領域具有一定的借鑒意義[2]。CDIO強調在系統和產品構思、設計、實施、運行的真實工程實踐環境中培養學生的工程能力，通過引導學生以主動的、實踐的、知識之間有機聯系的方式培養學生的工程能力，使學生在創新思維能力、終生學習能力、團隊合作能力和工程實踐能力等方面得到全面的訓練和提高。
3基于CDIO理念的流體力學課程實施
3.1優化教學內容
在教學時，教材的選取是非常重要的，首先要選擇一本好的教材，然后圍繞教材的內容，進行全方位的內容設計。湖南工學院安全工程專業選用的教材為蔡增基、龍天渝主編的《流體力學泵與風機》，該教材詳細介紹了流體力學及泵與風機的基礎知識，并配有豐富的習題供學生課后練習鞏固，另圍繞教學大綱，每章設置了思考題。但教材內容多是從供熱通風空調類專業角度出發，內容較多。按照安全專業職業能力與素質需求為導向，結合我校安全工程專業對該課程課時安排較少，學生文科生多，理科基礎薄弱的特點、安全工程專業需求及其與后續專業課程之間的關系，課程教學內容分為四部分：（1）流體靜力學。掌握流體平衡的規律，對其中與安全工程關系不大的小節進行刪除。（2）流體動力學。研究流體在運動狀態時，作用于流體上的力與運動要素之間的關系，以及流體的運動特征與能量轉換等。（3）有關流體靜力學和流體動力學在生產和生活中的應用，如孔口與管嘴恒定流、管道恒定流等。注重與工業通風、消防、安全工程中常見的泄漏等問題相結合。（4）泵與風機工作原理及運行知識，重點掌握如何選擇泵與風機。由于課時有限，其他知識可通過學生自主學習來完成。內容設置注重培養學生的創新能力、學習能力和分析解決問題的能力，不因課時少而刪除其物理背景、力學建模和求解過程等方面的學習，只講授結果、計算公式、圖表等這種短視的做法培養出來的學生只是現成公式的計算機器，面對新的問題將束手無策，學生沒有創新能力，沒有利用所學知識解決實際問題的能力。只有掌握正確的基本概念和流體運動一般規律，才能認識特殊規律，才能有分析實際問題的能力，才能正確應用和處理流體力學商業軟件。
3.2轉變教學方法
在課堂教學中注重學生綜合思維、系統思維和工程能力的培養。結合傳統的教學方法，采用以問題學習的形式，要求學生基于問題學習。（1）首先要講授該門課程的性質及作用，讓學生掌握該課程在整個專業培養中的作用以及工程實踐中的具體應用價值，以及該課程與其他課程之間的關系，從而在學生的整體知識架構中建立起清晰的課程邏輯聯系[3]，培養學生的系統思維能力。（2）各知識點的教學過程采用啟發式教學法，先由老師設置問題，讓學生帶著問題進行學習；學完之后讓學生思考學了什么，有什么用；除了基本的教學過程外，在課程中設置一些小專題討論，培養學生分析問題、解決問題的能力。（3）傳統的教學模式由于缺乏對知識的應用，學生通常將通過考試作為學習目標而專注于記憶考試內容。因此在教學中注重相應知識點的講解的同時，注重對各知識點的應用和拓展，各知識點多方面地與安全工程專業相結合（如在講述孔口管嘴出留時與危險化學品物質泄漏進而導致火災、爆炸、中毒事故相結合；講述流動阻力時與工業通風管道設計、消防水管道設計相結合），強調其對專業的支撐作用，要求理論知識必須服務于安全工作實際，將知識教育和工程能力培養有機地結合起來。
3.3實驗教學改革
實驗環節是CDIO模式下教學環節的非常重要的組成部分，學生工程能力的培養和綜合應用能力的提高，有賴于此環節[4]。實驗教學方面通過建設流體力學實驗室，將實踐教學貫穿于學生的整個學習過程，實現對學生的動手實踐能力、技術應用能力、研究創新能力的培養。實驗模塊分為基礎驗證類實驗模塊、綜合性實驗模塊和開放性實驗模塊?；A驗證類實驗主要包括雷諾實驗、能量守恒驗證實驗、沿程阻力實驗、局部阻力實驗、文丘里管實驗、流量計實驗、離心泵實驗等[5]。這些實驗過程簡單，能幫助學生更好地理解流體力學的基本原理和定律，但缺乏創造性，沒有與安全工程專業實際相結合。綜合性實驗如與工業通風課程相結合，設計一個通風除塵管道模型，學生通過流體力學知識制定實驗方案，使用儀器測量風速、壓強等相關參數計算通風阻力。讓學生把流體力學知識更好地與安全工程專業相結合，解決專業實際問題。綜合類型的實驗相對較復雜，采用團隊協作的方式，通過互相交流討論解決實驗過程中遇到的問題，發散思維，實驗結束后進行匯報，培養學生的團隊協作能力和溝通能力。開放性實驗模塊通過建設開放性實驗室，為學生參加各類學科競賽、科技創新活動、自主實驗、參與大學生研究性與創新性實驗項目、參與教師科研項目提供實踐平臺。如學生可進行計算機虛擬流體力學實驗、利用flunet軟件模擬火災發生時煙氣流動過程。開放性實驗可鍛煉學生創新能力。
4結論
1）安全工程專業“流體力學”課程作為一門學科基礎課，其教學改革應以專業能力需求為導向、學生能力培養為目標，引入CDIO理念進行教學改革，可提高學生創新思維能力、系統思維能力、和工程能力的培養，提高學生的工程意識及大工程觀。2）基于CDIO理念的“流體力學”課程教學改革應注重學生主體作用的發揮，以學生為主體、教師為主導，采用問題學習的形式進行教學，培養學生用基礎理論分析、解決實際問題的能力。3）在“流體力學”課程教學改革中，應注重實驗教學環節，實驗教學除了基本的基礎驗證類實驗外，組織學生做一些綜合性、設計性、開放性實驗，教學中注重學生團隊協作能力，人際交往能力和創新能力的培養。
參考文獻
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