導(dǎo)語：如何才能寫好一篇流體力學(xué)及其工程應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；課程體系；創(chuàng)新

Construction and improvement of course system on engineering fluid mechanics

Lan Yamei， Wang Shiming， Song Qiuhong， Liu Shuang

Shanghai Ocean University， Shanghai， 201306， China

Abstract： Combined with the working practice on construction process of engineering fluid mechanics， which is rated as Shanghai elite course， construction and improvement of course system is discussed on engineering fluid mechanics on Shanghai Ocean University. The main contents include teaching content， textbook publishing， improvement of experimental condition， training of innovation ability.

Key words： engineering fluid mechanics； course system； innovation

隨著我國(guó)海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我校在海洋學(xué)科和相關(guān)專業(yè)建設(shè)方面發(fā)展迅速，流體力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用愈來愈廣泛。流體力學(xué)是工科院校普遍開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)科的滲透性很強(qiáng)，與所有基礎(chǔ)和專業(yè)學(xué)科之間都有交叉，在學(xué)生知識(shí)能力培養(yǎng)和知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。2013年，我校流體力學(xué)被評(píng)為上海市精品課程。在4年多的建設(shè)過程中，流體力學(xué)課題組先后承擔(dān)了校級(jí)、上海市級(jí)重點(diǎn)課程建設(shè)及重點(diǎn)教材建設(shè)等多項(xiàng)教改項(xiàng)目，堅(jiān)持以培養(yǎng)海洋工程創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，在流體力學(xué)教學(xué)體系的建設(shè)方面取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 結(jié)合海洋大學(xué)特點(diǎn)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，完善課程體系

我校流體力學(xué)類課程覆蓋海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、熱能動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)，每年選課學(xué)生超過700人。針對(duì)各個(gè)專業(yè)學(xué)生的不同需求，我們?cè)谡n程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容上都做了相應(yīng)的調(diào)整與完善。本課程在我校的定位是：以海洋學(xué)院的海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、環(huán)境工程專業(yè)為重點(diǎn)的海洋類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程；面向食品學(xué)院和生命學(xué)院的熱能動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境科學(xué)專業(yè)的工程應(yīng)用類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課程，滿足工程學(xué)院的機(jī)制專業(yè)培養(yǎng)要求。以工程流體力學(xué)課程為龍頭，以培養(yǎng)海洋人才的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，完善優(yōu)化流體力學(xué)類課程群的配置、學(xué)時(shí)安排，并完成所有課程新教學(xué)大綱的編寫工作，逐步形成一個(gè)完整的課程體系，重點(diǎn)完成了實(shí)驗(yàn)課和仿真課程軟硬件的配套建設(shè)，突出強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐環(huán)節(jié)。根據(jù)工程實(shí)際需要，將流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分為三個(gè)層次，即流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論、流體力學(xué)知識(shí)與進(jìn)展、流體力學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐。根據(jù)不同專業(yè)對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的需要，設(shè)計(jì)了不同的模塊組合。如對(duì)海洋相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，增加了水波理論，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)；針對(duì)食品專業(yè)的需要，增加了氣體及熱力學(xué)類內(nèi)容，并編寫了多套相關(guān)自測(cè)題供學(xué)生選用；針對(duì)水產(chǎn)及生物類專業(yè)的學(xué)生，為讓學(xué)生能夠更好地研究魚類等的動(dòng)物習(xí)性，增加了數(shù)值仿真模擬，克服了以往過分重視理論知識(shí)的介紹，輕視其應(yīng)用的弊端。此外，還相繼開出了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課、計(jì)算流體力學(xué)等。

2 出版多部教材，完善流體力學(xué)課程教材體系完備

2002年，《工程流體力學(xué)》教材被列為上海市教委普通高等學(xué)校教材重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，歷經(jīng)3年多的編寫和有關(guān)專家的評(píng)審，我校教師編寫的《工程流體力學(xué)》于2006年2月由上海交通大學(xué)出版社出版。該教材的最大特點(diǎn)是考慮到普通工科院校非力學(xué)專業(yè)學(xué)生的情況，尤其是一般工科專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要，盡可能簡(jiǎn)化對(duì)公式、定理的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，注重對(duì)物理概念的闡明、理解和應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。2007年，《工程流體力學(xué)》教材被上海市教委評(píng)為優(yōu)秀教材三等獎(jiǎng)，2008年獲上海海洋大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。2011年，我們對(duì)第一版教材部分章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行了更新、充實(shí)和修訂，更加注重拓寬知識(shí)面和實(shí)際工程應(yīng)用。2012年9月，第二版《工程流體力學(xué)》及配套教材《工程流體力學(xué)習(xí)題解析》由上海交通大學(xué)出版社出版發(fā)行。2011年3月，由同濟(jì)大學(xué)出版社出版的《力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)》，其中的流體力學(xué)部分（第三大部分），重點(diǎn)強(qiáng)化課程體系中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，完善了流體力學(xué)課程的教材體系。我們還完成了流體力學(xué)試題庫建設(shè)工作，提高了試題質(zhì)量，真正做到了教考分離，為相關(guān)師生提供了豐富的教學(xué)資源庫，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。

早在2006年，我們就開始了“流體力學(xué)研究型教學(xué)的改革與實(shí)踐”上海水產(chǎn)大學(xué)（2008年更名為上海海洋大學(xué)）一般課題項(xiàng)目的研究工作；為配合新出版的教材，我們還申請(qǐng)了校級(jí)一般課程建設(shè)項(xiàng)目“工程流體力學(xué)（CAI課件）建設(shè)”，制作了與教材配套的、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的課件光盤，課件共有700余張PPT，圖片色彩鮮明，其中插入的20多個(gè)原創(chuàng)動(dòng)畫形象生動(dòng)逼真，做到了工程流體力學(xué)電子教案光盤版與教材同步發(fā)行。

3 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，形成完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

隨著我國(guó)，特別是上海市海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我校海洋學(xué)科發(fā)展迅速。首先，為配合新開設(shè)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，添置了多種類、多套數(shù)的多功能流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、動(dòng)量定理實(shí)驗(yàn)儀、空化實(shí)驗(yàn)儀等流體力學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，保證了高質(zhì)量完成流體力學(xué)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。根據(jù)購置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，自行編寫了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，明確了儀器設(shè)備的工作原理、實(shí)驗(yàn)過程的具體步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和處理以及實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)等內(nèi)容；為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多樣化，自行編制了工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示軟件，內(nèi)容形象直觀，使學(xué)生一目了然；合作研制了小型循環(huán)水槽及直流式風(fēng)洞，并配備了數(shù)據(jù)測(cè)試采集系統(tǒng)，可進(jìn)行圓柱、翼型、浮標(biāo)、波能裝置等模型的流場(chǎng)顯示及水動(dòng)性能測(cè)試，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率得到了提高。針對(duì)個(gè)別專業(yè)的特殊需要，開設(shè)了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課。實(shí)際的流體運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，而流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是揭示流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要手段，為此，經(jīng)多方籌建，我校海洋環(huán)境專業(yè)于2009年開設(shè)了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論的理解，更好地用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實(shí)際中的問題。實(shí)驗(yàn)課共16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：能量方程實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)、沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)、局部水頭損失實(shí)驗(yàn)、畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)、管道測(cè)流量實(shí)驗(yàn)、流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)、虹吸實(shí)驗(yàn)及勢(shì)流疊加實(shí)驗(yàn)等。針對(duì)食品專業(yè)的需要，開設(shè)了氣體及熱力學(xué)類實(shí)驗(yàn)。

為了滿足海洋學(xué)科對(duì)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的更高要求，我們陸續(xù)建成了大型室內(nèi)動(dòng)力深水壓力桶，配備了數(shù)據(jù)測(cè)試采集系統(tǒng)，可進(jìn)行圓柱、翼型、浮標(biāo)、波能裝置等模型的流場(chǎng)顯示及水動(dòng)性能測(cè)試。我校地處臨港，旁臨東海，學(xué)生參加各種海試試驗(yàn)方便。利用這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，相繼開設(shè)了多種設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，主要包括湍流、流體數(shù)值模擬計(jì)算應(yīng)用、波浪能發(fā)電裝置開發(fā)等，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用。

4 以科研促進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系

近三年，教師發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，SCI收錄4篇；課題組教師主持省部級(jí)及以上科研課題共20余項(xiàng)，其中國(guó)家自然科學(xué)基金1項(xiàng)，上海市自然科學(xué)基金2項(xiàng)，農(nóng)業(yè)部專項(xiàng)3項(xiàng)，海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金2項(xiàng)，國(guó)家海洋局重大專項(xiàng)2項(xiàng)，上海市教委創(chuàng)新項(xiàng)目2項(xiàng)。有20余名碩士研究生、多名本科生參與科研項(xiàng)目，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力得到了培養(yǎng)與鍛煉。近年來，學(xué)生在科研創(chuàng)新方面熱情很高。在全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中，2011年，我校羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青的“一種新型海洋波浪能發(fā)電裝置”獲得全國(guó)競(jìng)賽三等獎(jiǎng)；2012年，曹星、陳功的“風(fēng)浪發(fā)電轉(zhuǎn)換機(jī)”獲得全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽上海賽區(qū)二等獎(jiǎng)。工程學(xué)院學(xué)生孫奇結(jié)合所學(xué)流體力學(xué)知識(shí)，自主創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)立了上海鑫靚科技服務(wù)有限公司，開辦節(jié)水高效汽車洗車業(yè)務(wù)服務(wù)師生。2011～2012年，學(xué)生成功申報(bào)市、校、院級(jí)涉及海洋工程方向的大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目16項(xiàng)。在流體力學(xué)教師指導(dǎo)下，學(xué)生還獲得43項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利，另有多項(xiàng)發(fā)明專利進(jìn)入實(shí)審階段。學(xué)生參加教師科研項(xiàng)目19項(xiàng)，均取得了很好的成效。在我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中，海洋工程類流體力學(xué)相關(guān)研究比例較高，特別是在大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)中心的組織下，我校成為上海市船舶與海洋工程學(xué)會(huì)的團(tuán)體會(huì)員單位，并在我校建立了上海市船舶與海洋工程學(xué)會(huì)學(xué)生分會(huì)，流體力學(xué)的師生參與熱情較高。

5 結(jié)束語

工程流體力學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它具有較強(qiáng)的理論性、抽象性和實(shí)踐性。筆者主要介紹了我校工程流體力學(xué)課程體系的建設(shè)與實(shí)踐，主要包括：多層次、多專業(yè)的課程體系構(gòu)建；先后出版了《工程流體力學(xué)》《工程流體力學(xué)習(xí)題解析》和《力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料學(xué)、流體力學(xué)》教材，流體力學(xué)課程教材充足；完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，形成完整的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系；以科研促進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系，不斷培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力，提高創(chuàng)新能力，使學(xué)生真正掌握該課程的核心知識(shí)，提高分析問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)改革；探討

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

流體力學(xué)是一門研究流體運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律以及流體與物體之間的相互作用力的學(xué)科，它作為一門嚴(yán)密的且應(yīng)用面很廣的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，是以數(shù)學(xué)、物理學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，也是土木、機(jī)械、動(dòng)力、水利、環(huán)境等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程。改革開放以來，雖然各院校在該課程教學(xué)實(shí)踐中都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)并取得了不少成果，但是在該課程建設(shè)中仍存在著許多問題。論文結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀，從學(xué)生興趣培養(yǎng)、教學(xué)方法改革以及師資隊(duì)伍建設(shè)三方面探討提高流體力學(xué)教學(xué)水平的方法。

一、 流體力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

流體力學(xué)是一門主要研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，具有理論性強(qiáng)、工程實(shí)際應(yīng)用廣、概念和方程較多且易混淆、對(duì)學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識(shí)及綜合分析和處理問題能力要求較高等特點(diǎn)。流體力學(xué)建立在理論、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)三大技術(shù)手段之上，是化工、土木、機(jī)械等眾多學(xué)科或?qū)I(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科。另外，流體力學(xué)在環(huán)境工程設(shè)計(jì)和實(shí)際工程中也有著廣泛的應(yīng)用，是水處理設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用的必備知識(shí)，以及生態(tài)分析的重要理論基礎(chǔ)。同時(shí)，流體力學(xué)是環(huán)境工程與其他學(xué)科體系溝通的橋梁，這個(gè)橋梁作用是其他基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課無法替代的，直接影響到環(huán)境工程學(xué)科體系的完善性。因此，提高流體力學(xué)課教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生學(xué)好本門課程，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力和創(chuàng)新能力，對(duì)流體力學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改革以適應(yīng)學(xué)科發(fā)展顯得十分必要。

目前國(guó)內(nèi)院校的流體力學(xué)課程教學(xué)過程大體可歸納為“課前預(yù)習(xí)、課堂教師講授、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、課后教師評(píng)閱”的四段串行模式。實(shí)踐證明，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式在強(qiáng)化理論教學(xué)成果以及動(dòng)手能力的培養(yǎng)方面效果比較顯著，然而在創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)方面卻收效甚微。原因在于：①理論教學(xué)中注重經(jīng)驗(yàn)理論與公式的講解，而公式多且乏味，導(dǎo)致教師難教，學(xué)生難懂，課堂教學(xué)缺乏生動(dòng)性。另外，本科流體力學(xué)理論教學(xué)模式多為填鴨式教育，對(duì)學(xué)生而言，流體力學(xué)課缺少客觀體驗(yàn)，理論抽象，不易理解，而由此帶來了一系列的問題是現(xiàn)在流體力學(xué)課程教學(xué)的主要障礙；②目前，大部分院校的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多采用傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，每一學(xué)生進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)完全相同，教師由實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。雖然實(shí)驗(yàn)有利于增進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，但此手段不能激發(fā)學(xué)生的積極性，無法體現(xiàn)學(xué)生的主體性，也不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性[1]。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在按既定的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方案實(shí)踐的過程中，學(xué)生所得到的主要是從理論知識(shí)到實(shí)踐成果的收獲，而教師的作用主要是理論知識(shí)的傳授，具體實(shí)驗(yàn)的演示、引導(dǎo)與糾錯(cuò)，甚至有時(shí)會(huì)耳提面命，因此學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的創(chuàng)造性很難有機(jī)會(huì)得到展示。

因此，采用一種有效的教學(xué)方法進(jìn)行流體力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，以提高流體力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，并對(duì)相關(guān)專業(yè)產(chǎn)生積極的影響，從而促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新性的培養(yǎng)非常有必要。

二、 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)邏輯思維的興趣

學(xué)生對(duì)任何概念和公式的形成、理解有一個(gè)過程，而在流體力學(xué)中，這些概念、公式又較為抽象，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的邏輯思維能力，因此，根據(jù)學(xué)生掌握知識(shí)的快慢，耐心引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行邏輯思維，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)邏輯思維的興趣，使他們產(chǎn)生對(duì)邏輯推理的愛好，就成為教學(xué)中的關(guān)鍵。例如，流體力學(xué)中的三大方程――連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程需通過輸運(yùn)公式逐步推導(dǎo)而來，如此的教學(xué)安排便使知識(shí)較為系統(tǒng)、連貫、緊湊，并有利于認(rèn)識(shí)各個(gè)方程的物理意義。而輸運(yùn)公式的推導(dǎo)由于邏輯性較強(qiáng)，講授時(shí)就需要花費(fèi)較多的學(xué)時(shí)和精力來理清邏輯思路，理解每一步推導(dǎo)中的物理含義和數(shù)學(xué)要領(lǐng)，使學(xué)生對(duì)輸運(yùn)公式有一個(gè)清晰準(zhǔn)確地理解。最后，將輸運(yùn)公式中的物理量換成質(zhì)量、動(dòng)量、能量即可得出連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程，如此便形成了較為完整的邏輯演繹體系。此種方式不僅使理論教學(xué)更加清晰明了，而且會(huì)使學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的知識(shí)接受產(chǎn)生極大興趣，具有更加強(qiáng)烈的探索感和求知欲。

三、 教學(xué)方法探討

教學(xué)方法作為聯(lián)結(jié)教師和學(xué)生的重要紐帶，在提高教學(xué)質(zhì)量方面起著重要的保證作用。為了更好地適應(yīng)學(xué)科發(fā)展要求，工科“流體力學(xué)”課程方法的改革勢(shì)在必行，作者結(jié)合自身多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該課程特點(diǎn)，認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)方法改革。

（1）重視緒論課的作用

部分教師認(rèn)為緒論課僅是對(duì)流體力學(xué)的簡(jiǎn)單介紹，作用不大，所以對(duì)緒論的授課過程照本宣科、枯燥無味。其實(shí)緒論課對(duì)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的成功與否起了至關(guān)重要的作用，它不僅是學(xué)生了解流體力學(xué)課程的窗口，也是教師教學(xué)水平的第一次展示。

講授緒論課的較好方法是介紹流體力學(xué)的成就、發(fā)展方向、廣闊前景及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用等。教師要注重講解流體力學(xué)知識(shí)在工程中的應(yīng)用，特別是教師自己承擔(dān)的科研項(xiàng)目，以展示流體力學(xué)在科學(xué)和工程技術(shù)中所取得的輝煌成就[2]。例如，通過介紹流體力學(xué)理論在“神舟號(hào)”系列飛船上的廣泛應(yīng)用，使學(xué)生明白流體力學(xué)這門相對(duì)古老的學(xué)科還具有旺盛的生命力；通過介紹美國(guó)華盛頓州的塔科馬懸索橋在1940年秋天的大風(fēng)中倒塌的例子，說明在實(shí)際工程中忽視流體力學(xué)會(huì)造成巨大的災(zāi)難[3]。另外，流體力學(xué)的發(fā)展史對(duì)于激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也有著非常重要的作用。在上課的同時(shí)，要善于借助互聯(lián)網(wǎng)，及時(shí)的將一些重要理論的發(fā)展過程、重要研究成果展現(xiàn)在學(xué)生的面前[4]。

（2）從實(shí)例中引出教學(xué)內(nèi)容

流體力學(xué)雖有概念多、邏輯性強(qiáng)、理論上較難理解的特點(diǎn)，但卻與生活和生產(chǎn)實(shí)際密切相關(guān)。在具體教學(xué)內(nèi)容的講解過程中，穿插一些生活中的現(xiàn)象，并結(jié)合課本中的理論“雙管齊下”，利用學(xué)生求趣、求新、求知的心理，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握教學(xué)內(nèi)容。例如，在講流體粘性時(shí)，比較水的粘性和油的粘性；在講流體靜力學(xué)知識(shí)時(shí)，可講一些水庫垮壩事件，主要是設(shè)計(jì)時(shí)有缺陷和施工存在著質(zhì)量問題，不能承受水對(duì)壁面的靜壓力。另外，還可以進(jìn)行一些相關(guān)事例的延伸，如是否建設(shè)三峽工程時(shí)流體力學(xué)專家的爭(zhēng)論，通過分析得到的建設(shè)三峽工程必要性的結(jié)論等，使學(xué)生切實(shí)體會(huì)到學(xué)好流體力學(xué)的重要性[5]。利用這些鮮活的事例，使課堂教學(xué)更生動(dòng)、更有意義。

（3）師生互動(dòng)，培養(yǎng)良好學(xué)風(fēng)

調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)風(fēng)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，是加強(qiáng)流體力學(xué)教學(xué)效果的重要條件。作者在每次講課后都會(huì)對(duì)本次課程的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，然后下次課隨機(jī)抽取部分學(xué)生回顧上次課的內(nèi)容，并讓其他學(xué)生作出補(bǔ)充和建議。在課堂上，多為學(xué)生提供隨堂練習(xí)的機(jī)會(huì)，師生互相之間進(jìn)行探討和思考，針對(duì)練習(xí)中的問題講解做題思路和方法，給予糾正和補(bǔ)充。這種授課模式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，課堂氣氛活躍，有利于拓寬學(xué)生的思維深度，查漏補(bǔ)缺。學(xué)風(fēng)對(duì)于任何一門課程教學(xué)的成功與否都起到了非常關(guān)鍵的作用，所以從第一堂課、第一次作業(yè)就要嚴(yán)格要求學(xué)生，對(duì)作業(yè)的批改做到一絲不茍，指出其作業(yè)中的各種問題并要求其修改。例如，要求學(xué)生對(duì)作業(yè)中的每道題，在解答時(shí)必須寫出已知、求解，并畫出相應(yīng)圖示，這些小細(xì)節(jié)可以幫助學(xué)生以簡(jiǎn)明的方式加深理解題意，取得了較好的效果。

（4）重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

流體力學(xué)按研究方法可以分為理論流體力學(xué)、實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)是理論流體力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，是計(jì)算流體力學(xué)的檢驗(yàn)依據(jù)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)中有著極其重要的地位。流體力學(xué)中的公式繁多，難以記憶，難以理解，通過實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)公式的感性認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生深刻理解公式和概念的物理意義。例如，在講解伯努利方程意義的時(shí)候，單從公式上講解并不形象，通過能量方程實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生非常直觀的理解伯努利方程中每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的意義。對(duì)于沒有開的實(shí)驗(yàn)課，通過在網(wǎng)絡(luò)上收集照片、視頻等展示給學(xué)生，也可提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解[6]。

（5）傳統(tǒng)教學(xué)方式和多媒體技術(shù)互補(bǔ)

過去，流體力學(xué)課程在教學(xué)手段上采用板書教學(xué)，這種方式能夠在教師的書寫和同步的講解中促進(jìn)學(xué)生的積極思維與參與意識(shí)，但對(duì)教學(xué)內(nèi)容中比較抽象的概念、復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象和流動(dòng)規(guī)律，很難用語言和文字準(zhǔn)確、形象地描述。多媒體教學(xué)最大的優(yōu)點(diǎn)是形象、生動(dòng)、具體、直觀、易于理解且信息量大，但也有不能突出推導(dǎo)過程和思維、學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握比較膚淺的一些弊端。將傳統(tǒng)教學(xué)方法和多媒體技術(shù)綜合應(yīng)用于教學(xué)過程是一種很好的方法，在講授偏重于推導(dǎo)過程的內(nèi)容時(shí)采用傳統(tǒng)授課方式，而講授直觀形象的內(nèi)容時(shí)采用多媒體教學(xué)方法，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)化組合，會(huì)獲得較好的教學(xué)效果[7]。

四、師資隊(duì)伍的建設(shè)

為適應(yīng)素質(zhì)教育的需要，教師不僅要掌握先進(jìn)的教學(xué)手段，而且要努力研究實(shí)施素質(zhì)教育的教學(xué)方法。在實(shí)際教學(xué)過程中，要靈活應(yīng)用各種教學(xué)方法，并且要善于歸納總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，虛心向有經(jīng)驗(yàn)的教師請(qǐng)教，同時(shí)要高度重視學(xué)生的反饋信息，不斷調(diào)整自己的教學(xué)思路，只有這樣才能逐步提高自己的教學(xué)水平。社會(huì)發(fā)展對(duì)教師的自身素質(zhì)提出了更高的要求，教師要明確教學(xué)水平的提高和發(fā)展是一個(gè)畢生的過程，教師應(yīng)該不斷開闊視野，更新知識(shí)體系，才能形成對(duì)流體力學(xué)更深層次的理解和認(rèn)識(shí)。

五、 結(jié)論

論文結(jié)合流體力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，從學(xué)生興趣培養(yǎng)、教學(xué)方法改革及師資隊(duì)伍建設(shè)三方面論述的教學(xué)方法，將教與學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，使枯燥的流體力學(xué)課堂變得生動(dòng)活潑，多方面激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性及創(chuàng)造性。將上述方法運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，該方法能夠有效的提高流體力學(xué)課程的教學(xué)效果。

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篇3

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(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際工程應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)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(dòng)現(xiàn)象，但是由于缺乏對(duì)生活的觀察，學(xué)生很難做到對(duì)課本講授內(nèi)容形成直觀映像。此外，自然界中的流動(dòng)現(xiàn)象往往包含多種流動(dòng)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(yàn)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(shí)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(shí)現(xiàn)。還對(duì)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(shì)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(dòng)力工程專業(yè)二年級(jí)階段。對(duì)揚(yáng)州大學(xué)的學(xué)生的問卷調(diào)查顯示，多數(shù)學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”課程的評(píng)價(jià)是“難學(xué)”。為何會(huì)有這樣的評(píng)價(jià)，通過分析發(fā)現(xiàn)，存在幾個(gè)方面的原因。

1.研究對(duì)象比較抽象

“工程流體力學(xué)”課程本身研究對(duì)象是流體，沒有一定的形狀和具有流動(dòng)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(yàn)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(duì)“固體”平衡和運(yùn)動(dòng)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(gè)很重要的方面。

2.教師與學(xué)生

“教學(xué)”包括“教”與“學(xué)”兩個(gè)方面的內(nèi)容，忽視任何一個(gè)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和應(yīng)用于工程實(shí)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(duì)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(shí)更新，教學(xué)內(nèi)容與實(shí)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(tái)上只顧著自己滔滔不絕地講，忽視了課堂教學(xué)的互動(dòng)性和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生了無興趣的在座位上睡覺、開小差、玩手機(jī)，基本上是教師在向?qū)W生單方面地傳授知識(shí)，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(gè)特點(diǎn)：課程增加，課時(shí)壓縮，總學(xué)分保持不變。“工程流體力學(xué)”課程理論課學(xué)時(shí)從64壓縮到48學(xué)時(shí)，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)。“浮躁”是當(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(shí)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(shí)代的要求為目的；加強(qiáng)教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革，提高“教”的質(zhì)量；加強(qiáng)課程的應(yīng)用性，解決基礎(chǔ)理論課程的知識(shí)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(qiáng)課程教學(xué)評(píng)價(jià)與考核體系改革，引入全程教學(xué)評(píng)價(jià)與考核機(jī)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(shí)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(yáng)州大學(xué)熱能與動(dòng)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(shí)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(dòng)力，能否在開始就激發(fā)學(xué)生對(duì)“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(yùn)用多媒體技術(shù)，通過生動(dòng)的視頻和動(dòng)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(jì)依據(jù)，飛機(jī)機(jī)翼能夠產(chǎn)生巨大升力，跑車外形設(shè)計(jì)成流線型又是什么道理等等。此外我國(guó)正在實(shí)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(shí)，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(duì)流動(dòng)現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)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(huì)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(shí)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(jī)結(jié)合的教學(xué)方式可以充分利用各自的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)械、能源、化工、動(dòng)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(diǎn)，對(duì)流體力學(xué)知識(shí)需求的側(cè)重點(diǎn)也不同。因此，教材的選取要有針對(duì)性，即根據(jù)本專業(yè)特點(diǎn)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(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，做到課程內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)。

3.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證，從而加深對(duì)課程基本概念和理論的理解和掌握。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)外增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、建立開放性實(shí)驗(yàn)室，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

4.課程評(píng)價(jià)與考核體系

對(duì)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(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)際工程問題的進(jìn)行分析和解決的能力，而不是對(duì)課本理論知識(shí)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(píng)價(jià)與考核體系非常重要。針對(duì)學(xué)生普遍存在的平時(shí)不努力、考前幾天突擊考試的現(xiàn)象，摒棄“一考定成績(jī)”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(shí)成績(jī)所占最終成績(jī)權(quán)重，包括出勤率、課堂互動(dòng)和討論、小測(cè)試、作業(yè)質(zhì)量等平時(shí)學(xué)習(xí)各方面的表現(xiàn)；期末考試成績(jī)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(huì)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(shí)間去記憶毫無規(guī)律可言、而又易忘的經(jīng)驗(yàn)公式，同時(shí)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(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目的。

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[論文摘要]論文結(jié)合教學(xué)實(shí)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(shí)例講清楚基本概念，夠用為度重點(diǎn)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(jī)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計(jì)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(diǎn)，對(duì)學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)知識(shí)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(duì)流體力學(xué)理論的感性認(rèn)識(shí)，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(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)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(shí)和技能，它是各專業(yè)后續(xù)課程如：液壓傳動(dòng)、水力學(xué)、流體機(jī)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(shí)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(shí)模塊，它要求學(xué)生具備扎實(shí)的微積分知識(shí)、力學(xué)知識(shí)等。學(xué)生在接觸流體力學(xué)課程伊始，對(duì)抽象的理論理解速度慢，對(duì)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?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的課堂教學(xué)中，學(xué)生獲取知識(shí)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(diǎn)、強(qiáng)調(diào)難點(diǎn)，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(shí)間，再配合上教師的表情、手勢(shì)、師生之間的互動(dòng)，會(huì)達(dá)到很好的教學(xué)效果。

(一)結(jié)合實(shí)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(shí)例對(duì)這些抽象的概念進(jìn)行講解，例如在講授描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時(shí)，學(xué)生們很難理解。為了將概念通俗化，上課時(shí)筆者以城市公共交通部門統(tǒng)計(jì)客運(yùn)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(shí)刻（站點(diǎn)）上下車人數(shù)，此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點(diǎn)跟蹤，它與跡線的定義對(duì)應(yīng)；②在每一公交站點(diǎn)安排記錄員，記錄不同時(shí)刻經(jīng)過該站點(diǎn)車輛的上下車人數(shù)，此法等同于歐拉法，與流線的定義對(duì)應(yīng)。

在講解伯努利方程原理的時(shí)候，例舉1912年“豪克”號(hào)鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號(hào)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(qiáng)與它的流速有關(guān)，流速越大，壓強(qiáng)越??；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(huì)使公式的講解和推演變得更加簡(jiǎn)易。利用淺顯易懂的生活實(shí)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(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

（二）以用為度，重點(diǎn)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(dòng)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(shí)候，先從容易理解的靜力學(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開始，強(qiáng)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(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生如何理解公式各項(xiàng)的幾何意義和物理含義，掌握公式的實(shí)際應(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動(dòng)力學(xué)伯努利方程時(shí)，先易后難、循序漸進(jìn)，學(xué)生就覺得不會(huì)那么深?yuàn)W。在講解相對(duì)平衡的流體壓強(qiáng)分布規(guī)律時(shí)，就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過程，因?yàn)樗诮鉀Q一般平衡流體內(nèi)部的壓強(qiáng)分布規(guī)律及其對(duì)固體壁面的作用力問題時(shí)非常重要。而對(duì)于連續(xù)性方程和動(dòng)量方程的學(xué)習(xí)，只強(qiáng)調(diào)記住結(jié)論和理解公式中各個(gè)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(diǎn)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(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)開始，逐步上升到理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而能夠達(dá)到運(yùn)用知識(shí)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(duì)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(jì)與制作多媒體課件時(shí)，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(dòng)學(xué)生思路、逐條在黑板上書寫的特點(diǎn)，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(shí)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(dòng)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(duì)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(shí)候，制作了雷諾實(shí)驗(yàn)的FLIASH素材，以動(dòng)畫的形式向?qū)W生展示了流體流動(dòng)的兩種不同狀態(tài)，以及流態(tài)判據(jù)—雷諾數(shù)與流動(dòng)速度、管徑、流體種類有關(guān)系。運(yùn)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(diǎn)，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(shí)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(diǎn)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(shí)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(jī)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(diǎn)；也有的教師忽略學(xué)生對(duì)課件內(nèi)容理解消化的時(shí)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(huì)造成一種新形式的“滿堂灌”，只不過是由“人灌”變成“機(jī)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(shí)貫通，突出重點(diǎn)，化煩就簡(jiǎn)、引入實(shí)例形象闡述概念原理，促進(jìn)知識(shí)的系統(tǒng)化進(jìn)程；多媒體教學(xué)能將難于理解的知識(shí)通過圖文、音像生動(dòng)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(jī)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(shí)踐中的體會(huì)，愿與同行共同切磋。

基金項(xiàng)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(guó)防工業(yè)出版社,2006．

篇5

論文摘要：從石油工業(yè)對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)本科畢業(yè)生的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力的要求出發(fā)，通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法手段進(jìn)行改革，改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，不斷培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力，提高創(chuàng)新能力。  

 

在西部大開發(fā)的推動(dòng)下，石油工業(yè)也以驚人的速度迅猛發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型石油工業(yè)人才已迫在眉睫。特別是榆林學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）所在的榆林市，作為重要的國(guó)家能源化工基地，對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)人才的需要更加突出。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的努力下，我院的油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)已被評(píng)為陜西省特色專業(yè)。為了加強(qiáng)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)學(xué)生能力的培養(yǎng)，造就工程型人才，對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的教學(xué)進(jìn)行了全面的改革，將專業(yè)理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，統(tǒng)籌規(guī)劃，使學(xué)生能更深刻地理解和掌握專業(yè)理論知識(shí)，培養(yǎng)工程意識(shí)，提高學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，?qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力，全面提高專業(yè)素質(zhì)。但是，由于我院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的發(fā)展相對(duì)榆林市石油工業(yè)的發(fā)展具有一定的滯后性，導(dǎo)致畢業(yè)學(xué)生不能達(dá)到目前油田企業(yè)的要求。因此，提高我院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的教學(xué)水平具有重要的意義。鑒于這樣的形勢(shì)，本項(xiàng)目提出對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)課程最重要的專業(yè)課程之一工程流體力學(xué)課程的教學(xué)改革。 

 

一、教學(xué)中存在的問題 

 

在油氣儲(chǔ)運(yùn)的課程編排中，《工程流體力學(xué)》課程是可以將儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐相銜接的很好橋梁。目前該課程的授課方式有所不妥，使得這門課不能充分發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此，在理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的條件下，應(yīng)該配套一系列仿真課件，與教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生才能更好地將書本知識(shí)融入腦海。仿真課件可以使學(xué)生掌握難以理解的抽象理論，從而更好地學(xué)習(xí)該專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程，以便為將來的其它專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 

在加強(qiáng)工程流體力學(xué)課程理論教學(xué)的同時(shí)，還要加以仿真課件的訓(xùn)練，再配合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過該課程的學(xué)習(xí)，結(jié)合實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以綜合地將課本理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，以利于提高學(xué)生綜合素質(zhì)，對(duì)于他們今后的工作或繼續(xù)深造發(fā)揮潛移默化的作用。 

分析目前我院工程流體力學(xué)課程與實(shí)踐教學(xué)之間的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題是：教學(xué)體系、內(nèi)容與實(shí)踐課之間存在脫節(jié)現(xiàn)象，具體表現(xiàn)在以下方面：首先，作為專業(yè)最重要的課程之一，《工程流體力學(xué)》課程是學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程的基礎(chǔ)，如果這個(gè)基礎(chǔ)打不好，那么其它課就很難學(xué)習(xí)。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很多都不太明白課程中一些具體的流態(tài)名詞，以及抽象的流體損失問題，如果有了仿真課件，這些疑難問題就一目了然了。其次，我院儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中，有些由于廠家設(shè)計(jì)問題造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，所以原本剛夠?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)的儀器數(shù)目，現(xiàn)在只能增加每小組的人數(shù)才可以維持正常開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程。由于該課程中涉及的實(shí)驗(yàn)數(shù)目較多，也導(dǎo)致了場(chǎng)地的嚴(yán)重不足。再次，教學(xué)中不能很好地將理論課知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)相互滲透。而《工程流體力學(xué)》課程作為本專業(yè)的基礎(chǔ)課程，與生產(chǎn)實(shí)習(xí)的相互滲透又甚為重要。 

 

二、改革教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 

 

為了更好地發(fā)揮該課程的作用，針對(duì)我院工程流體力學(xué)課程開設(shè)的現(xiàn)狀，以及國(guó)內(nèi)一些知名高校開設(shè)這門課程的情況，筆者提出幾點(diǎn)改革建議，以使學(xué)生能夠把學(xué)到的知識(shí)活學(xué)活用，提高他們分析問題和解決問題的能力。 

1.按照實(shí)用、新穎、精練的要求，著力進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的提煉與更新 

課程建設(shè)旨在突破學(xué)科專業(yè)局限，又要照顧到專業(yè)需要，對(duì)課程進(jìn)行整合、優(yōu)化，合理安排教學(xué)內(nèi)容。例如在本課程中加入非牛頓流體部分的教學(xué)內(nèi)容，形成課程的特色。 

2.強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)在流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用 

應(yīng)該在教學(xué)中加入一部分符合我院具體專業(yè)情況的仿真模擬課件的使用量，學(xué)生可以將所學(xué)的知識(shí)和課件相結(jié)合，更加深他們對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。這樣，不但順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，也節(jié)省了學(xué)生花在琢磨流型變化上的很多時(shí)間。鑒于課程自身的特點(diǎn)，對(duì)于各種工藝流程圖的介紹，傳統(tǒng)的板書方法已不能完全滿足教學(xué)需求。筆者因此針對(duì)不同專業(yè)的教學(xué)大綱，制定了相應(yīng)的教學(xué)課件，通過多媒體教學(xué)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法中抽象、晦澀、枯燥的缺點(diǎn)，使學(xué)生從動(dòng)態(tài)的畫面中，比較輕松地理解教師在教學(xué)中要傳授給學(xué)生的知識(shí)內(nèi)容。 

3.有效組織實(shí)踐環(huán)節(jié)至關(guān)重要 

工程流體力學(xué)是一門綜合性和實(shí)踐性均非常強(qiáng)的課程，因此有效組織實(shí)踐環(huán)節(jié)至關(guān)重要。學(xué)生通過在工廠的實(shí)習(xí)，可以將在學(xué)校中學(xué)到的理論知識(shí)與工廠中實(shí)際生產(chǎn)有效地結(jié)合起來，增強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解。應(yīng)盡快解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)論不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，使教學(xué)儀器百分之百地準(zhǔn)確投入到學(xué)生的學(xué)習(xí)當(dāng)中去，盡可能地將流體力學(xué)作為向外專業(yè)進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)，讓有興趣的學(xué)生也能參與。 

通過該項(xiàng)目制定的措施實(shí)施于油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)教學(xué)中，使每屆油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)學(xué)生受益。提高學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解深度，增強(qiáng)他們的專業(yè)技能，并能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)活學(xué)活用。此舉對(duì)學(xué)生的就業(yè)和繼續(xù)深造具有非常重要的意義。 

 

三、教學(xué)效果的考核 

 

前已述及，這門課程主要是油氣儲(chǔ)運(yùn)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)，這門課程的培養(yǎng)目標(biāo)旨在為以后的專業(yè)課打好扎實(shí)的基礎(chǔ)，樹立學(xué)生的應(yīng)用能力。因此，在考試方式上，更注重應(yīng)用能力的測(cè)試，考察學(xué)生與社會(huì)的接軌程度。這樣，考試題型多是一些發(fā)揮性的，讓學(xué)生用“漁”的本領(lǐng)去為本門課程的學(xué)習(xí)畫上休止符。 

四、結(jié)語 

總之，對(duì)于《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容改革的初步探索分析，可以促進(jìn)教學(xué)觀念的改變，按此目標(biāo)授課，對(duì)教師提出了更高的要求。同時(shí)，還可以促進(jìn)教材建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及其儀器設(shè)備的更新，提高學(xué)生的動(dòng)手能力及科研能力，從而實(shí)現(xiàn)“學(xué)有所用”，“教學(xué)相長(zhǎng)”。 

高等教育教學(xué)改革，特別是專業(yè)課程體系及教學(xué)內(nèi)容的改革，是一個(gè)系統(tǒng)和長(zhǎng)期艱巨的實(shí)踐過程，專業(yè)教師任重而道遠(yuǎn)。只要不斷努力和探索實(shí)踐，就可以開拓出一條提高油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量、更加富有成效的新途徑，而且可以取得更好的教改成果。 

 

篇6

[關(guān)鍵詞]流體力學(xué) 板書教學(xué) 多媒體教學(xué) 教學(xué)方法

[中圖分類號(hào)] TB126 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2013）012-0052-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多課程的板書教學(xué)被多媒體教學(xué)取代。流體力學(xué)作為機(jī)械、土木、能源、采礦等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，主要是研究包括液體和氣體在內(nèi)的流體在靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)的力學(xué)規(guī)律及其與固體壁面間的相互作用力的一門科學(xué)。流體力學(xué)的研究方法與理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等有所不同，其主要反映在用場(chǎng)論的觀點(diǎn)處理力學(xué)問題上。

流體力學(xué)中介紹了拉格朗日和歐拉法之間的區(qū)別，我們?cè)瓉矶际怯玫睦窭嗜辗▉斫鉀Q問題，即對(duì)物體的某個(gè)質(zhì)點(diǎn)屬性進(jìn)行研究。而由于流體力學(xué)中的研究對(duì)象流體具有易流動(dòng)性，因此某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的研究就不能代表整個(gè)流體，此時(shí)我們引入了歐拉法，即將物理參數(shù)（速度、壓強(qiáng)、動(dòng)量等）通過空間點(diǎn)的屬性來進(jìn)行研究，這是在學(xué)習(xí)中容易造成混亂的一個(gè)地方。此外，流體力學(xué)在研究不同問題時(shí)分別都做了各種假設(shè)條件。例如，N-S方程，到目前為止還沒有一般解的存在，那么在對(duì)N-S方程求解時(shí)，就必須做一些假設(shè)來簡(jiǎn)化該方程使其求解，這也是不太容易理解的一個(gè)地方。

流體力學(xué)被認(rèn)為是高等數(shù)學(xué)在工程力學(xué)中的應(yīng)用。因此，要想學(xué)好流體力學(xué)，首先要有扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)及大學(xué)物理的基礎(chǔ)。流體力學(xué)還有許多抽象的概念，如什么是黏性，在流體中體現(xiàn)在什么方面，黏性隨溫度、壓力變化的關(guān)系等都需要教師去認(rèn)真細(xì)致地講解。所以學(xué)習(xí)流體力學(xué)首先要改變觀念，要有比較強(qiáng)的建立物理模型和數(shù)學(xué)模型的能力，這樣才能學(xué)好這門課。那么如何教授這門課、將復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為容易理解的物理概念，并讓學(xué)生理解且記住，這就是教學(xué)方法的問題了。

一、板書教學(xué)方法

我們知道傳統(tǒng)的教學(xué)方法就是板書加講解，有的時(shí)候會(huì)用到一些教具，但這些都是靜態(tài)的，對(duì)于一些抽象的難理解的概念很難表達(dá)清楚。流體力學(xué)這門課程具有理論性強(qiáng)、概念抽象等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法只能口述進(jìn)行概念講解，學(xué)生看不到實(shí)物，即使和實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合，有部分概念還是無法表達(dá)清楚。而且除了概念以外，該課程還有大量的方程推導(dǎo)，很多的文字說明、畫圖等需要大量的板書，每次課幾乎都是在不停地寫、不停地擦，不僅教師感到筋疲力盡，學(xué)生也難以理解，因此很多教師和學(xué)生都反應(yīng)流體力學(xué)是很枯燥無味的一門課，但是很重要，不得不硬著頭皮去學(xué)。

二、多媒體教學(xué)方法

多媒體教學(xué)作為一種全新的教學(xué)方式，現(xiàn)在被越來越多地使用。但現(xiàn)在絕大多數(shù)的課程都是在幻燈片中放上講課的內(nèi)容，在上課的時(shí)候放出來進(jìn)行“照本宣科”，有的干脆只是課本的掃描，上這樣的課，絕大多數(shù)學(xué)生都是昏昏欲睡。

多媒體教學(xué)不僅是幻燈片在課堂上的應(yīng)用，還應(yīng)該包括二維及三維動(dòng)畫的演示，甚至是視頻或者實(shí)驗(yàn)錄像、現(xiàn)場(chǎng)工程錄像等。多媒體教學(xué)為理解難懂的概念、定義提供了先進(jìn)的手段，尤其是豐富的現(xiàn)場(chǎng)工程、實(shí)驗(yàn)的圖片、錄像等不僅豐富了課程的信息量，更能刺激學(xué)生的感官、激發(fā)學(xué)生的興趣、拓寬學(xué)生的思路、開闊學(xué)生的視野。

但對(duì)于流體力學(xué)這樣的課程如果僅有幻燈片加板書的內(nèi)容，那么對(duì)公式的推導(dǎo)也不能很全面地講解。我們知道，公式推導(dǎo)就是邊講解邊思考邊進(jìn)行，這樣才能更好地掌握。如果省略板書學(xué)生對(duì)于前因后果都不太容易理解，且信息量大，沒有思考時(shí)間。

如何將板書和多媒體相結(jié)合并能取得最佳的教學(xué)效果，一直是很多高校教師在研究的問題。

三、板書和多媒體教學(xué)有效結(jié)合的教學(xué)方法

對(duì)于制作的課件（包括幻燈片、動(dòng)畫、影片等）應(yīng)該與課本結(jié)合緊密，包括章節(jié)名稱、講解順序、重難點(diǎn)等都要根據(jù)課本內(nèi)容在PPT中按照板書表達(dá)出來。這里值得注意的一點(diǎn)是，不能一次出現(xiàn)整頁的文字，這樣不僅讓人看得眼花繚亂，也沒有時(shí)間思考，直接就能看到結(jié)果，根本不能達(dá)到預(yù)期的效果，而應(yīng)該逐字逐句通過人為的控制出現(xiàn)。在這個(gè)過程中我們可以邊講解邊讓學(xué)生思考，逐漸地出現(xiàn)我們所需要的答案。當(dāng)然這樣做需要很多的時(shí)間，但教學(xué)效果會(huì)大大提高。下面具體說明怎樣將多媒體與板書相結(jié)合。

首先，對(duì)于第一章緒論部分的講解，可以結(jié)合大量的實(shí)例，如都江堰、大禹治水、足球射門、火箭升空、消防等動(dòng)畫或視頻對(duì)學(xué)生講解本門課程的目的、學(xué)習(xí)方法和意義，以此可得出該課程與社會(huì)各領(lǐng)域之間的緊密聯(lián)系，讓學(xué)生對(duì)流體力學(xué)課程產(chǎn)生興趣，感到該課程并不難。

其次，對(duì)于難理解概念的講解，可以制作動(dòng)畫來表現(xiàn)。例如，流體質(zhì)點(diǎn)，我們定義的文字?jǐn)⑹鍪侵阁w積無限小的流體微團(tuán)，即宏觀尺寸充分小，微觀尺寸足夠大。那么如何來理解這兩句話呢？如何利用動(dòng)畫來表示？我們首先可以在一個(gè)流體中取出非常小的一個(gè)點(diǎn)，指出該點(diǎn)就是一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)，由于是一個(gè)點(diǎn)我們可以說它是沒有尺寸的，這個(gè)尺寸指的就是宏觀尺寸。再利用放大功能將該點(diǎn)無限放大，此時(shí)該點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)部存在無限多個(gè)細(xì)小顆粒（點(diǎn)），這無限多個(gè)點(diǎn)就代表了足夠大的微觀尺寸，再將放大鏡去掉，那么就又回到了宏觀上一個(gè)無尺寸的點(diǎn)。通過這個(gè)動(dòng)畫很好地表達(dá)了我們的第一個(gè)概念――流體的研究對(duì)象：流體質(zhì)點(diǎn)的定義，形象直觀，并能給學(xué)生留下深刻的印象。對(duì)于其他的內(nèi)容，如拉格朗日法、歐拉法的說明，以及流線、跡線等概念的解釋都可以用動(dòng)畫來表達(dá)清楚。這樣，學(xué)生對(duì)于這個(gè)生澀的定義就有了很好的理解。

再次，對(duì)于公式推導(dǎo)方面的講解，可以和板書相結(jié)合。例如，在講解靜止流體對(duì)平面壁的作用力時(shí)，用幻燈片給出已知條件即平面壁面積，與水平面所成的夾角，重心、型心所在的高度等，以及示意圖。但是，公式的推導(dǎo)過程必須使用板書，推導(dǎo)時(shí)給示意圖添加一些當(dāng)時(shí)所需要的力或假設(shè)條件，得到結(jié)論以后，就可以通過幻燈片對(duì)每一個(gè)物理量進(jìn)行更深層次的講解。例如，平面壁上的總壓力P=γhcA，這里說明A是淹沒面積，此時(shí)根據(jù)需要，幻燈片上的淹沒面積就可以用另一種顏色表示出來，這樣學(xué)生對(duì)公式的每個(gè)數(shù)學(xué)符號(hào)在計(jì)算時(shí)就不會(huì)帶錯(cuò)值，對(duì)公式也能有很深刻的認(rèn)識(shí)。

另外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)方面，可以將動(dòng)畫和實(shí)驗(yàn)視頻相結(jié)合播放給學(xué)生觀看并講解。以雷諾實(shí)驗(yàn)為例，可利用flas對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行描述，再逐一播放動(dòng)畫使學(xué)生了解層流和紊流的定義，以及各自存在的條件。等學(xué)生有了最初的印象后，再播放整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的錄像。這樣學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前就能對(duì)該實(shí)驗(yàn)有一個(gè)大概的印象，真正實(shí)驗(yàn)時(shí)就能更好地記住實(shí)驗(yàn)的條件、過程以及結(jié)論，并能很好地記住該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及一些注意事項(xiàng)。

最后，對(duì)于例題、作業(yè)的講解，如果是選擇題、填空題都可以直接在大屏幕上顯示出來。如果是計(jì)算題、證明題可以和公式推導(dǎo)類似，大屏幕上顯示題目和圖，利用黑板進(jìn)行講解。

四、結(jié)語

多媒體教學(xué)并不意味著摒棄一切傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段，而對(duì)于流體力學(xué)這門課的多媒體教學(xué)方法更需要我們不斷地進(jìn)行探索。多媒體教學(xué)不能完全替代傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法，只有將兩者有機(jī)結(jié)合才能發(fā)揮出最佳的教學(xué)效果。我們最終的目標(biāo)是讓學(xué)生感到流體力學(xué)這門課上起來是生動(dòng)有趣的，讓教師感到一節(jié)課下來是輕松愜意的。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李忠寶，王梓.生命化課堂教學(xué)的理論與實(shí)踐研究[J].大學(xué)教育，2012，（12）：79-80.

[2] 陳二云.多媒體技術(shù)在工程流體力學(xué)教學(xué)過程中的應(yīng)用[J].經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊，2010，（3）：247.

[3] 吳益華，謝洪勇.流體力學(xué)教學(xué)方法與教學(xué)手段初探[J].陜西教育，2009，（8）：65.

篇7

[關(guān)鍵詞]專業(yè)認(rèn)證；液壓與氣壓傳動(dòng)；教學(xué)大綱；評(píng)價(jià)體系

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）04-0090-02

概述

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，是檢查專業(yè)設(shè)置是否適應(yīng)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，是否適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。[1][2]專業(yè)認(rèn)證工作是職業(yè)工程師認(rèn)證工作的基礎(chǔ)，通過專業(yè)認(rèn)證工作的開展，可以更新教育思想，促進(jìn)真正意義的以學(xué)生為中心的教育觀念的形成，保證受教育者的權(quán)益。[3][4]

2006年，我國(guó)教育部正式組織開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，成立了全國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證專門機(jī)構(gòu)，目前已有機(jī)械制造及其自動(dòng)化等10個(gè)專業(yè)開始了專業(yè)認(rèn)證的試點(diǎn)工作。[5]河南工業(yè)大學(xué)2015年開始進(jìn)行機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)證申請(qǐng)，根據(jù)專業(yè)認(rèn)證對(duì)該專業(yè)的要求進(jìn)行系統(tǒng)改革，包括培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、師資條件，其中課程體系是改革的重中之重。以專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，機(jī)電學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)課程組對(duì)該課程進(jìn)行了較全面的改革。

一、液壓與氣壓傳動(dòng)課程在機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)中的地位

液壓與氣壓傳動(dòng)課程在機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)的課程體系中屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，是主干課程，其在機(jī)械類R悼緯燙逑抵釁鹱懦猩掀糲碌鬧匾作用。課程主要通過授課、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生熟悉流體傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生掌握各種液壓與氣動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及其應(yīng)用，掌握基本回路的組成和分析方法，進(jìn)而掌握液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)方法。學(xué)生通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，能為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

本課程在專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求部分共支撐5個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，2個(gè)課堂講授目標(biāo)，3個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。課堂講授目標(biāo)包括：1.理解數(shù)學(xué)、自然科學(xué)基本原理，能夠?qū)⑵渑c實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合；2.理解工程基礎(chǔ)知識(shí)原理，能將其應(yīng)用于復(fù)雜工程問題的表述、建模和求解過程中。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)總結(jié)起來為能夠利用課堂講授知識(shí)制訂合理的實(shí)驗(yàn)方案，并利用正確的方法搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；同時(shí)能夠?qū)λ脤?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出正確結(jié)論。

針對(duì)以上所提的畢業(yè)要求，我們對(duì)原課程進(jìn)行了較大程度的改革，提出了最新課程目標(biāo)，具體包括以下幾個(gè)方面。1.要求學(xué)生掌握流體傳動(dòng)的流體力學(xué)基礎(chǔ)（包括流體靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)），并能與實(shí)際相結(jié)合推導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用問題的靜、動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。2.掌握各種流體傳動(dòng)元件（動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件）的工作原理、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法；理解、分析基本液壓回路（方向回路、壓力回路、流量回路）；能夠運(yùn)用工程知識(shí)，通過類比、改進(jìn)或創(chuàng)新等方式，提出滿足特定需求的典型流體傳動(dòng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。3.能夠針對(duì)流體傳動(dòng)與控制裝置的性能等有效制定研究或驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案建立簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后能正確分析，解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

二、課程改革

（一）調(diào)整課程大綱

1.內(nèi)容調(diào)整。針對(duì)新的課程目標(biāo)，課程大綱的調(diào)整首先從學(xué)時(shí)入手，將原來的46學(xué)時(shí)調(diào)整為54學(xué)時(shí)，擴(kuò)充了原課程第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)部分的內(nèi)容。這一部分在原大綱里的講授內(nèi)容包括：（1）液壓油的主要物理性質(zhì)及選用；（2）液體靜、動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)；（3）液體流動(dòng)能量損失與流量計(jì)算。由于學(xué)時(shí)的限制，教師在講解這一部分內(nèi)容的時(shí)候大多采取簡(jiǎn)單帶過的做法，學(xué)生則無法真正理解流體力學(xué)與以往學(xué)過的固體力學(xué)之間的關(guān)系，這就導(dǎo)致部分學(xué)生只能機(jī)械地記住一些教師強(qiáng)調(diào)過的公式以應(yīng)付考試。

新大綱在（1）部分增加了流體的概念及連續(xù)性介質(zhì)假設(shè)部分。這部分內(nèi)容的增加對(duì)于學(xué)生理解流體與固體的區(qū)別，理解流體力學(xué)與固體力學(xué)的聯(lián)系至關(guān)重要。此外，新大綱在內(nèi)容（2）中增加了流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)部分內(nèi)容。這部分內(nèi)容的增加主要是為了讓學(xué)生更好地了解流體動(dòng)力學(xué)部分公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)，更好地理解掌握連續(xù)性方程、伯努利方程及流量方程的來龍去脈，為學(xué)生在后續(xù)液壓傳動(dòng)內(nèi)容中應(yīng)用這些公式打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.調(diào)整實(shí)驗(yàn)大綱。根據(jù)畢業(yè)要求調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，減少驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的方案搭建、論證，實(shí)驗(yàn)的過程記錄，數(shù)據(jù)分析等過程，主要培養(yǎng)學(xué)生將課堂所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的能力。與此相適應(yīng)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中增加實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、論證部分，并有相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

3.增加“成績(jī)考核評(píng)定”部分。新大綱中增加了考核成績(jī)?cè)u(píng)定辦法的表格，表格中規(guī)定了成績(jī)組成、考核評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)、分值、評(píng)價(jià)細(xì)則與對(duì)應(yīng)畢業(yè)的要求項(xiàng)，這為課程的后續(xù)評(píng)價(jià)提供了定量標(biāo)準(zhǔn)。通過這張表格，任課教師可以很清楚課堂教學(xué)中的每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于學(xué)生相應(yīng)能力培養(yǎng)的作用，從而使得各環(huán)節(jié)的實(shí)施更具有目的性和方向性。此外，表格中項(xiàng)目的具體內(nèi)容由任課教師自主設(shè)置，教師可以根據(jù)課程特點(diǎn)設(shè)定平時(shí)成績(jī)、考試成績(jī)等的比例，并制訂行之有效的評(píng)價(jià)細(xì)則，這樣更有助于提高課程評(píng)價(jià)的科學(xué)性與合理性。

（二）建立課程評(píng)價(jià)體系

課程結(jié)束后，如何評(píng)價(jià)課程達(dá)到的效果是教學(xué)中至關(guān)重要的一環(huán)，這一環(huán)節(jié)涉及后續(xù)的改進(jìn)。合理、科學(xué)的評(píng)價(jià)體系是持續(xù)提高課堂效果，達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)。以往的教學(xué)大部分以課程結(jié)課考試作為教學(xué)終點(diǎn)，并不會(huì)對(duì)結(jié)束后得到的教學(xué)資料進(jìn)行客觀的分析，僅僅以簡(jiǎn)單的試卷分析報(bào)告作為最終資料歸檔。

通過對(duì)專業(yè)認(rèn)證要求的分析，我們建立了液壓與氣壓傳動(dòng)課程的評(píng)價(jià)體系，具體環(huán)節(jié)如圖1所示。課堂教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后，課程負(fù)責(zé)人需要填寫課程自評(píng)表，自評(píng)教學(xué)過程是否支撐對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求。如滿足要求，則進(jìn)入考核環(huán)節(jié)。教師根據(jù)教學(xué)過程，對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求給出考核學(xué)生的題目――試卷，并根據(jù)試題的具體情況填寫課程試卷命題檢查表。表中總結(jié)了對(duì)應(yīng)于每個(gè)課程目標(biāo)的試題分值，通過這張表出}教師可以一目了然地看出所出試題是否與教學(xué)環(huán)節(jié)相適應(yīng)，即是否可以對(duì)學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)做出客觀評(píng)價(jià)。如果滿足要求，則試題可以用來作為課程是否達(dá)成課程目標(biāo)，學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)是否達(dá)到相應(yīng)畢業(yè)要求的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)。

考試結(jié)束并得到學(xué)生的考試成績(jī)后，教師需要對(duì)成績(jī)進(jìn)行匯總，根據(jù)匯總結(jié)果填寫分析報(bào)告。同時(shí)，學(xué)生需要填寫課程問卷調(diào)查，包括課堂教學(xué)過程以及試卷等方面，問卷調(diào)查的結(jié)果要在分析報(bào)告中體現(xiàn)。至此，本課程告一段落，分析報(bào)告作為重要的存檔材料將對(duì)課程的總體教學(xué)效果起到持續(xù)指導(dǎo)的作用。

（三）課程達(dá)成度評(píng)價(jià)

任課教師對(duì)自己任課的班級(jí)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)后，由課程負(fù)責(zé)人對(duì)課程的總體情況進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)，給出達(dá)成度的數(shù)值，填寫課程達(dá)成度評(píng)價(jià)表，對(duì)課程的總體效果給出客觀評(píng)價(jià)。

三、結(jié)論

改革優(yōu)化了課程內(nèi)容，增加了流體力學(xué)部分在本課程中所占的比重，使學(xué)生在課程初期對(duì)力學(xué)，包括固體力學(xué)與流體力學(xué)有了全面的認(rèn)識(shí)，能夠做到融會(huì)貫通，為后續(xù)液壓與氣壓內(nèi)容打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。改革建立了學(xué)生―任課教師―課程負(fù)責(zé)人為主的課程評(píng)價(jià)體系，通過各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控與評(píng)估，使學(xué)生達(dá)到課程所服務(wù)的畢業(yè)要求。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 余天佐，劉少雪.從外部評(píng)估轉(zhuǎn)向自我改進(jìn)――美國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)EC2000的變革及啟示[J].高等工程教育研究，2014（6）.

[2] 陳平，專業(yè)認(rèn)證理念推進(jìn)工科專業(yè)建設(shè)內(nèi)涵式發(fā)展[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2014（1）.

[3] 韓楚.以專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)促進(jìn)學(xué)風(fēng)建設(shè)之探究[J].新校園（上旬），2016（2）.

篇8

[關(guān)鍵詞] 力學(xué) 學(xué)科 發(fā)展報(bào)告

福建省力學(xué)學(xué)科在廣大的省內(nèi)力學(xué)工作者長(zhǎng)期不懈努力下，通過與國(guó)內(nèi)外同行廣泛交流、相互學(xué)習(xí)，以及不斷從國(guó)內(nèi)外引進(jìn)優(yōu)秀力學(xué)人才，近十年來取得不少成果。目前，雖然總體上在國(guó)內(nèi)還無法處于先進(jìn)行列，但在某些領(lǐng)域的一些研究成果達(dá)到了國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)影響也日益增加。但是，福建畢竟是力學(xué)小省，從事力學(xué)研究的隊(duì)伍很小，真正從事力學(xué)理論、基礎(chǔ)研究的人才更少。迄今，我省高校還沒有設(shè)置力學(xué)專業(yè)，更沒有力學(xué)或航空航天學(xué)院。正因?yàn)槲覀儧]有強(qiáng)大的力學(xué)研究隊(duì)伍，我們的研究成果不夠系統(tǒng)，也無法形成國(guó)內(nèi)外影響力大的研究團(tuán)隊(duì)。力學(xué)是目前世界上發(fā)展非?？斓囊粋€(gè)學(xué)科，是眾多工程技術(shù)的基礎(chǔ)，其研究成果被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)的航天航空技術(shù)、艦船技術(shù)、兵器技術(shù)、尖端的建筑領(lǐng)域、車輛技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、高速精密機(jī)床、電子技術(shù)、防震救災(zāi)等等。力學(xué)學(xué)科強(qiáng)的省份，其工程技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域普遍也強(qiáng)。由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限，福建省同其他一些省市一樣，對(duì)力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科重視不夠，導(dǎo)致工程技術(shù)人才隊(duì)伍總體素質(zhì)不是很高，研究后勁不足。除了高層建筑、大型橋梁、水庫等事關(guān)國(guó)計(jì)民生的大項(xiàng)目外，很少見到生產(chǎn)企業(yè)借助力學(xué)尋找疑難問題的答案，或開發(fā)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。為此，總結(jié)力學(xué)學(xué)科發(fā)展，不僅僅是有助于本學(xué)科更快更好的發(fā)展，更重要的是促進(jìn)力學(xué)對(duì)工業(yè)進(jìn)步的推動(dòng)作用。此外，還可以幫助年輕的力學(xué)工作者、力學(xué)愛好者，以及政府有關(guān)部門，更快更好了解我省乃至全世界力學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)、應(yīng)用與存在的問題，促進(jìn)力學(xué)人才隊(duì)伍的發(fā)展壯大。雖然我省力學(xué)人才數(shù)量與培養(yǎng)機(jī)制在國(guó)內(nèi)處于劣勢(shì)，然而，力學(xué)學(xué)科也同其他學(xué)科一樣， 有能力、也期待在海西建設(shè)中發(fā)揮更大的作用、得到更快的發(fā)展。

目前，我省力學(xué)學(xué)科研究領(lǐng)域主要集中固體力學(xué)、流體力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)與控制、細(xì)觀力學(xué)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等方面。研究?jī)?nèi)容既有理論方面的，也有許多工程實(shí)際應(yīng)用的，還有關(guān)于力學(xué)教育的。本學(xué)科報(bào)告將根據(jù)上述7個(gè)領(lǐng)域展開。

1固體力學(xué)

固體力學(xué)研究變形固體在外界因素（如載荷、溫度、濕度等）作用下受力、變形、流動(dòng)、斷裂等。包括桿件及理想彈性體變形和破壞；變形固體塑性變形與外力的關(guān)系；細(xì)長(zhǎng)桿穩(wěn)定性理論；桿系結(jié)構(gòu)、薄板殼以及它們的組合體；裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)以及裂紋擴(kuò)展規(guī)律。復(fù)合材料構(gòu)件的力學(xué)性能、變形規(guī)律和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。固體力學(xué)不但促進(jìn)了近代土木建筑、機(jī)械制造和航空航天等工業(yè)的進(jìn)步和繁榮，而且為廣泛的自然科學(xué)提供了范例或理論基礎(chǔ)[1-2]。大到橋梁、航天航空器、核動(dòng)力結(jié)構(gòu)，小到計(jì)算機(jī)芯片、生物組織以及近年來高速發(fā)展的微/納米機(jī)械等都需要借助固體力學(xué)理論和方法。

1.1 我省固體力學(xué)研究現(xiàn)狀

1.1.1 斷裂與疲勞方向

通過三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，分別跟蹤監(jiān)測(cè)了40Cr鋼及它的兩種表面處理試樣疲勞損傷過程，得出了40Cr鋼經(jīng)過兩種表面處理對(duì)其疲勞裂紋萌生壽命有顯著影響的結(jié)果，提出了對(duì)疲勞裂紋萌生壽命測(cè)量的一種新方法[3]。根據(jù)材料對(duì)稱循環(huán)持久極限和靜載強(qiáng)度極限，導(dǎo)出任意循環(huán)特征下材料持久極限的估算公式。通過非線性有限元方法對(duì)橡膠―鋼球支座的橡膠層與鋼球粘結(jié)界面上及橡膠中間層在扭轉(zhuǎn)載荷作用下存在中心裂紋和環(huán)形邊緣裂紋的情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，給出撕裂能與裂紋尺寸、載荷和橡膠層厚度的關(guān)系曲線[4]。針對(duì)抽油機(jī)井常用油管在循環(huán)載荷作用下的疲勞斷裂問題進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)測(cè)油管載荷譜與應(yīng)變譜的基礎(chǔ)上應(yīng)用彈塑性有限元法計(jì)算油管螺紋內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，并進(jìn)行了有關(guān)的疲勞實(shí)驗(yàn)，以得到油管的疲勞強(qiáng)度。

* 第一執(zhí)筆人：嚴(yán)世榕，福州大學(xué)車輛振動(dòng)與電子控制研究所所長(zhǎng)、教授。

1.1.2 板殼、薄壁桿件及復(fù)合材料方向

利用群論方法提出周期區(qū)域的分片正交多項(xiàng)式連續(xù)函數(shù)，在周期區(qū)域內(nèi)利用正交分片多項(xiàng)式逼近位移函數(shù)可以大大地降低計(jì)算量[5]。推導(dǎo)了一般各向異性板彎曲的積分方程，運(yùn)用加權(quán)殘數(shù)配點(diǎn)法求解了正交各向異性板彎曲的積分方程。提出了兩種新的近似基本解加權(quán)雙三角級(jí)數(shù)廣義各向同性板解析形式的基本解和加權(quán)雙三角級(jí)數(shù)的疊加。根據(jù)Timoshenko幾何變形假設(shè)和Boltzmann疊加原理，推導(dǎo)出控制損傷粘彈性Timoshenko中厚板的非線性動(dòng)力方程以及簡(jiǎn)化的Galerkin截?cái)喾匠探M;然后利用非線性動(dòng)力系統(tǒng)中的數(shù)值方法求解了簡(jiǎn)化方程組[6]。假設(shè)翹曲位移及切向位移的分布函數(shù)，考慮剪切變形的影響，利用最小勢(shì)能原理建立了單位均布畸變荷載作用下的薄壁桿件畸變角微分方程[7]。采用一般解法對(duì)該畸變角微分方程進(jìn)行求解，并推導(dǎo)求解的初參數(shù)法。采用加權(quán)余量法提出一個(gè)簡(jiǎn)支工字型梁在橫向荷載作用下臨界荷載的計(jì)算公式；利用這個(gè)式子算出的值與試驗(yàn)結(jié)果以及其它數(shù)值方法等得到的結(jié)果吻合得很好，說明文獻(xiàn)[7]提出的公式能迅速、有效地計(jì)算薄壁桿件的橫向臨界荷載。以均布荷載下的拋物線鋼管拱為研究對(duì)象，在考慮雙重非線性的有限元分析基礎(chǔ)上，提出純壓鋼管拱穩(wěn)定臨界荷載計(jì)算的等效柱法[8]。提出了基于桿件連續(xù)分布的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，優(yōu)化結(jié)果不僅更接近理論解，而且克服了理論解的非均勻各向異性材料的制造困難，也完全避免了各種數(shù)值拓?fù)鋬?yōu)化普遍具有的數(shù)值不穩(wěn)定問題[9]。

1.1.3 彈性動(dòng)力學(xué)方向

分析了一般粘彈結(jié)構(gòu)特征值問題的特點(diǎn)，建立了一般粘彈結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析方法。與粘彈結(jié)構(gòu)已有的模態(tài)分析方法相比，該方法通用于更一般的粘彈結(jié)構(gòu)，在形式上不涉及粘彈本構(gòu)關(guān)系項(xiàng)，并只涉及一種模態(tài)向量[10]。導(dǎo)出了時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)計(jì)算擾動(dòng)的確定方法，并進(jìn)一步采用同步計(jì)算消除計(jì)算擾動(dòng)效應(yīng)和后續(xù)步計(jì)算消除計(jì)算擾動(dòng)效應(yīng)，兩種途徑抵消其不利影響。基于Distorted-Born Iterative方法，提出了一種求解彈性波強(qiáng)非線性逆散射問題的迭代方法。在數(shù)值模擬運(yùn)算時(shí)利用矩陣法進(jìn)行離散處理，并采用正則化原理避免求解病態(tài)矩陣方程。應(yīng)用多重尺度法推得從平方非線性振動(dòng)系統(tǒng)勢(shì)能井逃逸的時(shí)間。近似勢(shì)能法用于克服非線性帶來的困難。推導(dǎo)了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)方程。分析表明，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)量及動(dòng)量矩守恒關(guān)系得到的系統(tǒng)廣義Jacobi關(guān)系為系統(tǒng)慣性參數(shù)的非線性函數(shù)。證明了借助于增廣變量法可以將增廣廣義Jacobi矩陣表示為一組適當(dāng)選擇的慣性參數(shù)的線性函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)參數(shù)未知時(shí)由空間機(jī)械臂末端慣性空間期望軌跡產(chǎn)生機(jī)械臂關(guān)節(jié)鉸期望角速度、角加速度的增廣自適應(yīng)控制算法。在高速公路剛架拱實(shí)橋動(dòng)測(cè)及單車荷載作用研究基礎(chǔ)上，建立多車荷載激振模型，發(fā)展了研究剛架拱橋車激共振特性的可視化仿真方法，探討剛架拱橋在高速多車荷載作用下的共振條件，分析車距、車速和車數(shù)對(duì)豎向瞬態(tài)振動(dòng)峰值的影響，編制運(yùn)行多車荷載下振動(dòng)仿真分析可視化程序。提出了基于壓力傳感器的汽車重心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)理的力學(xué)模型。利用該模型能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車的整車重量、重心位置，提供安全裝載和安全車速監(jiān)測(cè)與報(bào)警，可為汽車安全系統(tǒng)提供可靠的重心計(jì)算力學(xué)模型，為研制汽車重心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了必要參數(shù)與依據(jù)。論述數(shù)值計(jì)算中新的小波基無單元方法，即用小波基函數(shù)取代傳統(tǒng)無單元方法中的冪級(jí)數(shù)基之后，使無單元法具有了小波變換的局域化和多分辨率等優(yōu)良特性，并能有效地克服有限單元法的網(wǎng)格敏感性和單元之間應(yīng)力不連續(xù)現(xiàn)象，從而不但拓展和豐富了無單元法的理論內(nèi)容，也為其工程應(yīng)用開辟了新的途徑[11]。

1.1.4 工程應(yīng)用

推導(dǎo)了T型截面梁的彎矩-軸力-曲率關(guān)系，提出了分析大偏心體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量和梁彎曲性能的通用方法。比較荷載作用前后，轉(zhuǎn)向座和錨具的變形差，計(jì)算出體外筋的應(yīng)變和應(yīng)力。因此這一方法考慮了體外筋的變形協(xié)調(diào)條件，同時(shí)自動(dòng)地考慮了體外筋偏心距的損失。以B樣條函數(shù)結(jié)合配點(diǎn)法直接求解框剪間有限個(gè)作用力與力矩，導(dǎo)出的遞推公式對(duì)任意水平荷載可直接應(yīng)用。采用動(dòng)力特解邊界元法在時(shí)域內(nèi)求解壩-水-地基動(dòng)力相互作用問題特性，研究了壩體、地基和系統(tǒng)阻尼對(duì)壩體的動(dòng)力特性、動(dòng)水壓力、動(dòng)力放大系數(shù)及穩(wěn)定系數(shù)的影響。提出了一種求解柔性多體系統(tǒng)控制方程數(shù)值方法，在每一時(shí)間步，利用Newmark-β直接積分法計(jì)算迭代初值，基于控制方程及約束方程的泰勒展開，推導(dǎo)出Newton-Raphson迭代公式，對(duì)位移及拉格朗日乘子進(jìn)行修正。引用Blajer提出的違約修正方法對(duì)數(shù)值積分過程中約束方程的違約進(jìn)行修正。提出了地震作用下摩擦耗能支撐參數(shù)優(yōu)化的一種新的數(shù)學(xué)模型，在給定的幾條地震波作用下，在滿足框架的規(guī)范層間位移角限值要求下，框架各層安裝的耗能支撐剛度之和最小，從而實(shí)現(xiàn)安裝較少的耗能裝置而能達(dá)到相同的抗震要求[16]。

1.2 與國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的對(duì)比與不足

整體上，我省還沒有建立起幾個(gè)系統(tǒng)、穩(wěn)定的固體力學(xué)研究方向。與國(guó)內(nèi)外比較尚處于相對(duì)落后的研究水平。許多研究領(lǐng)域尚處于空白。系統(tǒng)性、原創(chuàng)性研究成果就更少了。

1.3 國(guó)內(nèi)外固體力學(xué)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

固體力學(xué)的研究對(duì)象向跨尺度和復(fù)雜性方向發(fā)展；研究手段以跨學(xué)科、交叉性和系統(tǒng)性為特色。 其基本理論以研究力與熱、電、磁、聲、光、化學(xué)及生命領(lǐng)域的相互作用，實(shí)現(xiàn)從原子、分子的微觀結(jié)構(gòu)到納米結(jié)構(gòu)、細(xì)觀顯微結(jié)構(gòu)，直至宏觀結(jié)構(gòu)的多尺度關(guān)聯(lián)理論框架的建立。固體力學(xué)可以將地震、邊坡失穩(wěn)、泥石流、礦井崩塌等自然災(zāi)害提煉成為具有群體缺陷、裂紋和裂隙的不連續(xù)、非均勻介質(zhì)的力學(xué)演化過程，預(yù)測(cè)和防范突發(fā)災(zāi)害的發(fā)生。固體力學(xué)在陸地和海洋石油勘探采集和輸運(yùn)、核電技術(shù)、風(fēng)能技術(shù)、高壩技術(shù)和高功率水力發(fā)電技術(shù)、大型工程結(jié)構(gòu)的選址等重大工程中也將發(fā)揮愈來愈重要的作用。集傳感功能和驅(qū)動(dòng)功能為一體的智能材料和結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含著許多與傳統(tǒng)領(lǐng)域不同的力學(xué)問題。新型材料與結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)耦合力學(xué)，包括力－電－磁－熱耦合場(chǎng)基礎(chǔ)理論與體系、破壞理論、智能結(jié)構(gòu)性能等是固體力學(xué)領(lǐng)域充滿生機(jī)的研究方向。 利用生物學(xué)和生物技術(shù)來設(shè)計(jì)材料與器件將極大地沖擊整個(gè)工程界、生物界和醫(yī)學(xué)界。

1.4 我省固體力學(xué)發(fā)展對(duì)策

目前普遍強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用的大社會(huì)背景對(duì)力學(xué)這門基礎(chǔ)性學(xué)科的發(fā)展是極為不利的。鼓勵(lì)自由探索，促進(jìn)系統(tǒng)性、原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性的研究工作是促進(jìn)力學(xué)學(xué)科發(fā)展的最重要基礎(chǔ)工作。主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）固體力學(xué)作為影響廣泛的重要基礎(chǔ)學(xué)科，需要長(zhǎng)期、穩(wěn)定地投入。自由探索和基礎(chǔ)研究是科學(xué)新思想、新理論和新方法的重要源泉。需要以全面發(fā)展的觀點(diǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定地處理好基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工程需求的關(guān)系，營(yíng)造在各方面都鼓勵(lì)創(chuàng)新的環(huán)境。

（2）人才培養(yǎng)，特別是充分發(fā)揮優(yōu)秀人才作用是力學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要源泉。建立有利于人才培養(yǎng)的長(zhǎng)期、公正、公平、合理的科研成果和科技人才評(píng)價(jià)體系，力學(xué)學(xué)科的科學(xué)研究和人才培養(yǎng)尤其要避免急功近利。各高校在力學(xué)學(xué)科的建設(shè)上不能以其能否直接解決工程實(shí)際問題為取舍的依據(jù)，而要以現(xiàn)有人才和研究基礎(chǔ)為依據(jù)。穩(wěn)定、扎實(shí)的力學(xué)學(xué)科人才培養(yǎng)可以直接惠及眾多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

（3）從固體力學(xué)學(xué)科的性質(zhì)、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以及國(guó)家需求來看，目前的重要科學(xué)問題和前沿領(lǐng)域主要有：微納米力學(xué)、多尺度力學(xué)與跨尺度關(guān)聯(lián)和計(jì)算、新材料與結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)耦合力學(xué)、生物材料與仿生材料力學(xué)、科學(xué)與工程計(jì)算與軟件、儀器設(shè)備研制及實(shí)驗(yàn)力學(xué)新技術(shù)與新表征方法。國(guó)家建設(shè)需求的重要支撐點(diǎn)和應(yīng)用發(fā)展方向主要有：固體強(qiáng)度與破壞力學(xué)、計(jì)算力學(xué)軟件、固體力學(xué)在國(guó)家安全以及航空航天工程中的應(yīng)用、大型工程結(jié)構(gòu)與工業(yè)裝備的力學(xué)問題、爆炸與沖擊力學(xué)、環(huán)境與災(zāi)害關(guān)鍵力學(xué)問題等。

2流體力學(xué)

2.1 計(jì)算流體力學(xué)

流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究流體的運(yùn)動(dòng)以及流體和其它介質(zhì)間相互作用和流動(dòng)的規(guī)律。流體涉及面廣，它可以是氣、水，也可以是油或其它流變物質(zhì)。流體力學(xué)在氣象、水文、石油勘探、船舶、飛行器和工業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。流體力學(xué)數(shù)學(xué)上的描述是著名的Navier-Stokes方程及其各種變化。

空氣動(dòng)力學(xué)是流體力學(xué)針對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)問題的一個(gè)分支，也是流體力學(xué)研究的一個(gè)主要內(nèi)容。20世紀(jì)初，飛機(jī)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。航空器的研究需要了解飛行器周圍的壓力分布、飛行器的受力狀況和阻力等問題，這就促進(jìn)了流體力學(xué)在實(shí)驗(yàn)和理論分析方面的發(fā)展。20世紀(jì)中后期，流體力學(xué)開始和其他學(xué)科互相交叉和滲透，形成了新的交學(xué)科，如物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)、磁流體力學(xué)等。

流體力學(xué)研究的手段主要有三：實(shí)驗(yàn)，理論分析，數(shù)值計(jì)算。理論分析是根據(jù)流體力學(xué)基本方程，通過數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析，得出各種定量和定性結(jié)果。由于流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)方法在流體力學(xué)中占有重要的地位?，F(xiàn)代流體力學(xué)就是在純理論的古典流體力學(xué)與偏重實(shí)驗(yàn)的古典水力學(xué)結(jié)合后才蓬勃發(fā)展起來的。實(shí)驗(yàn)對(duì)于驗(yàn)證流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，測(cè)定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，解釋物理現(xiàn)象均有重要意義。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種高效計(jì)算方法的發(fā)展，使許多原來無法用理論分析或?qū)嶒?yàn)研究的復(fù)雜流體問題有了求得數(shù)值解的可能性，形成了“計(jì)算流體力學(xué)”學(xué)科。從20世紀(jì)60年代起，在飛行器和其它相關(guān)工程的設(shè)計(jì)中，開始大量采用數(shù)值模擬，使得數(shù)值模擬成為與實(shí)驗(yàn)和理論分析相輔相成的一個(gè)重要研究手段，并正在成為流體力學(xué)的主要發(fā)展方向。數(shù)值模擬方法特點(diǎn)如下：

①給出流體運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)的離散解，而不是一般理論分析方法所關(guān)注的解析解；

②它的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展直接相關(guān)，因?yàn)閺?fù)雜的流動(dòng)問題要求大計(jì)算量的運(yùn)算；

③若物理問題的數(shù)學(xué)模型是正確的，則可在較廣泛的流動(dòng)參數(shù)（如馬赫數(shù)、雷諾數(shù)、氣體性質(zhì)、模型尺度等）范圍內(nèi)研究流體力學(xué)問題，且能給出流場(chǎng)參數(shù)的定量結(jié)果。

廈門大學(xué)在計(jì)算流體力學(xué)學(xué)科開展了多方面的研究，其主要研究力量分布在數(shù)學(xué)、海洋、化學(xué)、材料、物理機(jī)電等院系，并建立了多套高水平的大型計(jì)算服務(wù)器。特別值得一提的工作是：數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院在可壓和不可壓粘性流體數(shù)學(xué)模型的理論探索和高階數(shù)值模擬的研究中取得了具有國(guó)際水平的成果，豐富和發(fā)展了下面幾個(gè)重要方法:

2.1.1 譜方法（Spectral method）[17-19]。該方法是一類高階方法，它利用整體高階多項(xiàng)式逼近偏微分方程的解。它主要有兩種形式：從弱形式出發(fā)的Galerkin譜方法和從強(qiáng)形式出發(fā)的配點(diǎn)法，它們都可以認(rèn)為是加權(quán)殘差法的特殊形式。其中配點(diǎn)方法更像差分法，它要求在配置點(diǎn)上滿足原方程，與差分法不同的是：它用高階多項(xiàng)式的準(zhǔn)確求導(dǎo)代替了導(dǎo)數(shù)的差分逼近。Galerkin譜方法與有限元方法在原理上類似，都是先將偏微分方程定解問題轉(zhuǎn)化成與之等價(jià)的變分形式，然后通過試探函數(shù)和檢驗(yàn)函數(shù)的選取來逼近解，它們的主要不同在于試探函數(shù)和檢驗(yàn)函數(shù)的選取以及高維情況下基函數(shù)的構(gòu)造。譜方法的收斂速度取決于解的正則度，當(dāng)解無限光滑時(shí)可以達(dá)到指數(shù)階收斂，即比任何代數(shù)階的收斂速度都快，這是譜方法相比差分法和有限元法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 擬譜法和譜元法[20-21]。擬譜方法（Pseudo-spectral method）是一類準(zhǔn)譜方法，可以通過從弱形式出發(fā)的廣義Galerkin譜方法構(gòu)造，也可以由強(qiáng)形式出發(fā)的配點(diǎn)法得到。兩者在某些特殊情形下是等價(jià)的，但對(duì)絕大多數(shù)問題，配點(diǎn)法無法導(dǎo)出簡(jiǎn)潔的弱形式，導(dǎo)致理論分析十分困難?，F(xiàn)在配點(diǎn)法正漸漸淡出研究人員的視線。基于廣義Galerkin方法的擬譜方法的構(gòu)造分兩步：首先構(gòu)造問題的Galerkin譜方法，然后利用高精度Gauss型數(shù)值積分近似弱形式中的積分。有別于標(biāo)準(zhǔn)譜方法中使用的正交多項(xiàng)式基，在擬譜方法中，基函數(shù)通常選擇基于數(shù)值積分的Lagrange多項(xiàng)式基，這給計(jì)算，尤其是非線性問題的計(jì)算帶來了很大的便利。由于Gauss型數(shù)值積分的高精度，在大多數(shù)情形下擬譜方法的收斂速度與譜方法相同。傳統(tǒng)意義下的譜方法對(duì)于復(fù)雜區(qū)域的處理能力極其有限，這限制了它的應(yīng)用范圍。20世紀(jì)80年展起來的譜元法（spectral element method）很好地解決了這個(gè)問題。譜元法結(jié)合了譜方法和有限元法各自的優(yōu)點(diǎn)，既能處理復(fù)雜的計(jì)算區(qū)域，又有譜方法的高精度，它在不可壓流體的計(jì)算中取得了很大的成功，如今已是計(jì)算流體中最常用的方法之一。譜元法與hp-有限元方法很相似，但兩者在發(fā)展的初期有許多不同點(diǎn)，hp-有限元使用的多項(xiàng)式階數(shù)不高，所使用的基函數(shù)也與譜元法不一樣。不過隨著兩類方法的發(fā)展，它們呈現(xiàn)出越來越多的共同點(diǎn)，有些學(xué)者已把兩類方法歸結(jié)為同一種方法。由于譜方法還具有低耗散，低色散的優(yōu)點(diǎn)，如今它已成為湍流數(shù)值模擬的主要方法。

2.1.3 湍流大渦模擬（Large eddy simulation，LES) [20-22]。 自然界中的流體運(yùn)動(dòng)主要有兩種形式，即層流（laminar） 和湍流（turbulence），層流是指流動(dòng)時(shí)流線相互平行的流動(dòng)，而湍流則是無規(guī)則脈動(dòng)的，有強(qiáng)的渦旋和摻混性。目前一般的看法是：無論是層流還是湍流，它們都服從Navier-Stokes (NS)方程。由于湍流運(yùn)動(dòng)特征尺度的多樣性，一般來說，直接數(shù)值模擬(DNS)僅局限于湍流機(jī)理的基礎(chǔ)理論研究和一些較簡(jiǎn)單的問題。湍流大渦模擬（LES）是介于DNS和雷諾平均NS(RANS) 之間的一個(gè)折衷方法。LES需要的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)比DNS大大減少，這使得它能夠應(yīng)用于許多實(shí)際工程計(jì)算中。LES僅計(jì)算大尺度部分，而亞格子尺度運(yùn)動(dòng)（SGS）通過附加模型實(shí)現(xiàn)。目前廣泛使用的SGS模型有1963年Smagorinsky 提出的“渦粘性” 模型及其變種，如“尺度相似性” 模型，“動(dòng)力學(xué)模型”，“代數(shù)渦粘性”模型和“重正化群”模型等，這些模型均在某些特定的情形和適當(dāng)?shù)募僭O(shè)下適用， 且跟所選擇的數(shù)值方法相關(guān)。較新的LES模型包括速度估計(jì)模型以及無(顯式)模型的單調(diào)積分LES(MILES)和譜消去粘性（Spectral vanishing viscosity， 即SVV)LES。MILES的基本思想是借助非線性高頻限制器來限制高頻波段上的能量振蕩，可以起到與顯式SGS模型同樣的效果。而SVV-LES是在譜元法框架內(nèi)提出的，其基本思想是通過引入線性高頻粘性項(xiàng)來抑制可解尺度量在截?cái)囝l率附件的震蕩。與其它LES方法相比，SVV-LES簡(jiǎn)單且無附加計(jì)算量。

3計(jì)算力學(xué)

20世紀(jì)50年代，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算力學(xué)這個(gè)力學(xué)和科學(xué)計(jì)算的交叉學(xué)科得到了快速發(fā)展，特別是60年代后有限元法及其相應(yīng)軟件產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使得計(jì)算力學(xué)這個(gè)新興學(xué)科迅速滲透到土木、水利、機(jī)械、航空、電子及生命科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAE）的重要核心內(nèi)容，也使得力學(xué)這個(gè)傳統(tǒng)的學(xué)科煥發(fā)了新的強(qiáng)盛的生命力。在當(dāng)今科學(xué)研究和工程實(shí)踐中， 科學(xué)計(jì)算已經(jīng)成為與科學(xué)理論、科學(xué)實(shí)驗(yàn)并行的重要科學(xué)方法。2006年美國(guó)自然科學(xué)基金委員會(huì)了《基于數(shù)值模擬的工程科學(xué)》的研究報(bào)告，明確指出計(jì)算力學(xué)和數(shù)值模擬在工程科學(xué)發(fā)展中的重要地位。

近年來我省科技工作者在計(jì)算力學(xué)及其工程應(yīng)用方面開展了積極的研究工作，取得了一定的科技成果。在計(jì)算力學(xué)方法方面，我省學(xué)者系統(tǒng)地發(fā)展了土木水利、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域常見的梁板殼結(jié)構(gòu)的高效無網(wǎng)格分析方法，該方法采用整體坐標(biāo)建立板殼無網(wǎng)格近似，不僅簡(jiǎn)便直接，適用于任意復(fù)雜形狀的殼體，并且可以避免參數(shù)變換，大大提高了計(jì)算效率。同時(shí)該方法利用穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)積分構(gòu)造離散方程，兼顧了穩(wěn)定、效率和精度，為快速準(zhǔn)確地分析和設(shè)計(jì)這種類型結(jié)構(gòu)提供了一種有效的數(shù)值工具。同時(shí)，針對(duì)福建省暴雨天氣常見的土質(zhì)邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生的滑坡問題，建立了暴雨條件下土質(zhì)邊坡突發(fā)失穩(wěn)的大變形高效無網(wǎng)格模擬法，該方法可有效模擬失穩(wěn)剪切帶所引發(fā)的邊坡非線性大變形損傷破壞全過程，實(shí)現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的高效無網(wǎng)格法全過程仿真分析，可為暴雨條件下邊坡工程的設(shè)計(jì)施工、滑坡災(zāi)害的預(yù)報(bào)、預(yù)防和加固處理提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，有重要的理論和實(shí)際工程意義。另外，在雜交元研究方面提出了基于基本變形模式的正交化單元構(gòu)造方法，不僅概念明晰，而且由于不依賴于材料參數(shù)而大大提高了計(jì)算效率。并且，在拓?fù)鋬?yōu)化方面提出了類桁架結(jié)構(gòu)連續(xù)體的拓?fù)鋬?yōu)化方法，有效地避免了棋盤格問題。這些計(jì)算力學(xué)方法所取得的研究成果得到了國(guó)內(nèi)外同行的引用和認(rèn)可。

在工程應(yīng)用方面，我省學(xué)者對(duì)汽車減震及管道密封橡膠構(gòu)件的受力斷裂行為進(jìn)行了非線性有限元和無網(wǎng)格分析和模擬，提出了合理的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于大型土木結(jié)構(gòu)例如大跨橋梁、大壩與深水進(jìn)水塔以及深埋特長(zhǎng)隧洞等結(jié)構(gòu)，應(yīng)用有限元法進(jìn)行了動(dòng)力抗震抗風(fēng)分析，取得了滿意的結(jié)果，提供了有效的工程服務(wù)。另外，應(yīng)用從微觀第一原理到宏觀有限元無網(wǎng)格計(jì)算的多尺度高性能計(jì)算方法，成功地進(jìn)行了材料微觀設(shè)計(jì)。

雖然我省計(jì)算力學(xué)研究與應(yīng)用已經(jīng)得到快速發(fā)展，但在國(guó)內(nèi)仍然處于相對(duì)落后的地位，表現(xiàn)在原創(chuàng)性研究偏少，參與解決工程實(shí)際問題不夠。當(dāng)前我省相關(guān)科研工作者應(yīng)抓住海西發(fā)展的大好時(shí)機(jī)加大科研力度，爭(zhēng)取在高性能計(jì)算方法、大規(guī)模工程問題數(shù)值仿真分析、災(zāi)害條件下工程機(jī)構(gòu)性能的計(jì)算模擬及評(píng)估預(yù)防、先進(jìn)的汽車仿真方法與應(yīng)用以及高性能材料計(jì)算設(shè)計(jì)等方面取得新的突破，同時(shí)密切聯(lián)系實(shí)際，切實(shí)提高解決海西建設(shè)中的工程技術(shù)問題的能力。

4機(jī)械動(dòng)力學(xué)與控制

近年來，福州大學(xué)、廈門大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、華僑大學(xué)等在機(jī)械動(dòng)力學(xué)與控制方面做了不少工作。我省的機(jī)械動(dòng)力學(xué)與控制在以下幾個(gè)方面的研究在國(guó)內(nèi)具有較鮮明的特色和一定的影響力。

4.1 機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制問題的研究

福州大學(xué)在單臂、多臂、柔性臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)分析及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作。他們研究了載體姿態(tài)無擾、末端爪手障礙規(guī)避、機(jī)械臂關(guān)節(jié)受限等不同目標(biāo)要求下的多種運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃方法。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，分別給出了單、雙臂空間機(jī)器人關(guān)節(jié)空間軌跡及末端爪手慣性空間軌跡跟蹤的非線性反饋控制、變結(jié)構(gòu)滑?？刂啤erminal滑?？刂啤⒛：兘Y(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、復(fù)合自適應(yīng)控制、終端滑模自適應(yīng)控制、魯棒自適應(yīng)混合控制、自適應(yīng)Backstepping滑?？刂?、自適應(yīng)模糊滑?？刂?、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)控制、基于速度濾波器的魯棒控制、模糊小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊基函數(shù)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)補(bǔ)償控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制及閉鏈雙臂空間機(jī)器人基于內(nèi)力優(yōu)化配置原則的滑模變結(jié)構(gòu)控制、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模補(bǔ)償控制等一系列相關(guān)的控制方案[23-35]。在柔性臂空間機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，給出了各類期望運(yùn)動(dòng)的Terminal滑?？刂啤ackstepping反演控制、于奇異攝動(dòng)法的Backstepping反演控制、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)控制及柔性振動(dòng)的快速實(shí)時(shí)抑制、運(yùn)動(dòng)模糊控制及柔性振動(dòng)主動(dòng)抑制、運(yùn)動(dòng)魯棒跟蹤控制及柔性振動(dòng)主動(dòng)抑制等多種控制方案。其成果以150余篇論文形式，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊及會(huì)議上發(fā)表與交流。此外，福州大學(xué)還開展了爬墻機(jī)器人安全系統(tǒng)的控制研究，對(duì)其提出了變結(jié)構(gòu)控制方法、模糊控制方法等[36-37]。

4.2 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究

福州大學(xué)針對(duì)立井提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制、攤鋪機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)分析、以及汽車底盤動(dòng)力學(xué)控制[38-42]等方面進(jìn)行了系列研究，分析了影響提升設(shè)備動(dòng)力學(xué)特性的有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)，提出了減少其工作過程振動(dòng)的變結(jié)構(gòu)控制與模糊控制方法；針對(duì)高等級(jí)道路建設(shè)中重要設(shè)備――攤鋪機(jī)的國(guó)產(chǎn)化改造與開發(fā)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)研究了其工作原理、動(dòng)力學(xué)特性等，建立了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)模型，確定了影響整機(jī)正常工作的動(dòng)力學(xué)特性及其影響因素；為消化吸收并趕超國(guó)外先進(jìn)的汽車電子控制技術(shù)，開展了系統(tǒng)的汽車底盤總成的動(dòng)力學(xué)與電子控制技術(shù)的系列研究，其研究成果有助于相關(guān)新產(chǎn)品的問世或改進(jìn)。福州大學(xué)還對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)弦線橫向振動(dòng)控制進(jìn)行了多種控制方法的研究[43-46]，其成果可用于指導(dǎo)相應(yīng)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。

4.3 研究不足與展望

迄今，還沒有系統(tǒng)地將機(jī)械動(dòng)力學(xué)及其控制的研究成果應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)品的更新?lián)Q代中。目前，國(guó)內(nèi)急需高精尖機(jī)床的開發(fā)技術(shù)與動(dòng)態(tài)分析優(yōu)化技術(shù)等。我省目前是工程機(jī)械大省，但還不是強(qiáng)省，進(jìn)一步提高相關(guān)產(chǎn)品性能與可靠性，仍然需要開展大量的工作。我省的工程機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代（如集成優(yōu)化、計(jì)算機(jī)智能控制等）、工程機(jī)械新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)與分析、汽車整車集成優(yōu)化與設(shè)計(jì)分析、新型汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)、高速設(shè)備性能分析與改進(jìn)、機(jī)械設(shè)備計(jì)算機(jī)智能故障診斷、微型機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)等等，均以力學(xué)的分析研究為其成功的關(guān)鍵。

為改變這個(gè)落后局面，尤其是海西經(jīng)濟(jì)建設(shè)中更好發(fā)揮力學(xué)的作用，需要政府、企業(yè)、高校等投入更多人力物力，更積極主動(dòng)地對(duì)重要機(jī)械產(chǎn)品、大批量生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品與汽車等開展機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析研究，對(duì)相關(guān)進(jìn)口軟件進(jìn)行二次開發(fā)或早日開發(fā)出自己的專用機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析軟件，以提高企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力與開發(fā)速度。同時(shí)增強(qiáng)完善實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要機(jī)械產(chǎn)品開展動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)，以確保產(chǎn)品性能穩(wěn)定與可靠性。積極利用國(guó)內(nèi)外的動(dòng)力學(xué)研究成果，開展重要設(shè)備、大型設(shè)備、危險(xiǎn)設(shè)施或設(shè)備的動(dòng)態(tài)故障診斷研究，確保這些設(shè)備、設(shè)施安全可靠高效地運(yùn)行。

5細(xì)觀力學(xué)

細(xì)觀力學(xué)是固體力學(xué)的一大分支，即采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法分析具有細(xì)觀結(jié)構(gòu)的材料的力學(xué)問題，是固體力學(xué)與材料科學(xué)的交叉學(xué)科，其發(fā)展對(duì)固體力學(xué)研究層次的深入以及對(duì)材料科學(xué)規(guī)律的定量化表達(dá)都有重要意義。

前幾年我省在細(xì)觀力學(xué)方面的研究進(jìn)展不多，近幾年來才有所發(fā)展。研究主要集中在PZT和PLZT鐵電陶瓷的電致疲勞機(jī)理，微觀電疇原位觀測(cè)，應(yīng)力、高溫、腐蝕性環(huán)境介質(zhì)等耦合作用下固體材料的微結(jié)構(gòu)和變形斷裂行為的演變規(guī)律等幾個(gè)方向：

①根據(jù)鐵電材料自發(fā)應(yīng)變與自發(fā)極化不唯一性，以及晶界的不同取向，提出自發(fā)極化過程中材料能量密度是變形梯度和電位移向量的非凸函數(shù)，從能量角度出發(fā)，導(dǎo)出鐵電鐵彈材料的自極化穩(wěn)定構(gòu)形所應(yīng)滿足的必要條件，利用兩電疇的Gibbs 自由能之差作為疇變方向的判據(jù)，由要求板的Gibbs 函數(shù)最小來確定疇變量的大小。②進(jìn)行了PZT 鐵電陶瓷四點(diǎn)彎曲試樣在交變力、交變電場(chǎng)及機(jī)電耦合疲勞作用前后的微裂紋和電疇的觀察，獲得裂紋擴(kuò)展與極化方向，加載類型之間關(guān)系。③發(fā)展了一種原位XRD觀測(cè)電疇系統(tǒng)，對(duì)電疲勞過程中PLZT鐵電陶瓷試樣表面X射線衍射峰隨疲勞次數(shù)的變化進(jìn)行了原位觀測(cè)。同時(shí)，利用SEM觀察了疲勞前后試樣的斷口形貌，并系統(tǒng)地進(jìn)行了電場(chǎng)特征和溫度對(duì)PLZT試樣電疲勞性能影響的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。④基于Raman散射原理，建立原位觀測(cè)電疇翻轉(zhuǎn)的Raman測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)三種不同預(yù)極化處理的PLZT試樣在靜電場(chǎng)作用、電循環(huán)作用下的裂紋尖端的疇變行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究；通過原位Raman觀測(cè)PLZT材料在準(zhǔn)同型相界附近的相變過程。⑤系統(tǒng)進(jìn)行牛皮質(zhì)骨在拉伸、剪切、撕裂三種載荷類型下的裂紋起裂韌性研究。研究了皮質(zhì)骨中礦物成分對(duì)皮質(zhì)骨動(dòng)態(tài)粘彈性性能的影響，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)骨中的礦物質(zhì)成分存在將降低膠原纖維的可動(dòng)性，增強(qiáng)材料的粘彈性特性。⑥對(duì)牙齒等生物復(fù)合材料的性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)牙齒具有很明顯的壓電效應(yīng)，壓電性能與濕度和細(xì)管的分布密切相關(guān)。⑦研究在不同保護(hù)氣氛中，不同退火溫度對(duì)碳化硅纖維的材料斷裂強(qiáng)度的影響，揭示了微結(jié)構(gòu)的演變和宏觀性能之間的相互關(guān)系。2004年3月29～31日，張穎教授于廈門組織召開了全國(guó)細(xì)觀力學(xué)會(huì)議，清華大學(xué)，中科院力學(xué)所，浙江大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)等國(guó)內(nèi)知名高校和研究所的眾多教授、專家參加了本次會(huì)議。

細(xì)觀力學(xué)和微納米力學(xué)在全球、全國(guó)范圍內(nèi)正在迅速擴(kuò)展和深入，具有多學(xué)科交叉的強(qiáng)烈特征，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。我省學(xué)者在細(xì)觀力學(xué)方面和微納米力學(xué)方面的投入較少，今后應(yīng)該在非線性，動(dòng)態(tài)，多物理場(chǎng)，跨尺度、尺度效應(yīng)，微納米力學(xué)和器件等方面加大研究投入。

6實(shí)驗(yàn)力學(xué)

1991年，福建省力學(xué)學(xué)會(huì)成立了實(shí)驗(yàn)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)。福建省力學(xué)學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)力學(xué)專業(yè)委員掛靠福州大學(xué)土木工程學(xué)院。

為更好開展實(shí)驗(yàn)力學(xué)工作，經(jīng)過多年多方面努力，我省實(shí)驗(yàn)力學(xué)條件不斷改善。2006年6月福州大學(xué)“工程結(jié)構(gòu)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”被批準(zhǔn)成立，2008年與臺(tái)灣大學(xué)聯(lián)合成立了“福建省海峽兩岸地震工程研究中心”，2008年“土木工程本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”獲批“福建省本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。2008年福州大學(xué)土木工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心擁有土木綜合實(shí)驗(yàn)館、工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)館、巖土及地下工程實(shí)驗(yàn)館、水利工程實(shí)驗(yàn)館等場(chǎng)館，總面積超過1.7萬多平米，現(xiàn)有儀器設(shè)備總價(jià)值超過6000萬元。其中裝備的美國(guó)MTS大型結(jié)構(gòu)加載系統(tǒng)價(jià)值超過1280萬元，共有7個(gè)作動(dòng)器，具備靜載全過程、疲勞、多維擬靜力和多維擬動(dòng)力試驗(yàn)功能。此外，正在建設(shè)的“福州大學(xué)地震模擬振動(dòng)臺(tái)三臺(tái)陣系統(tǒng)”（價(jià)值2500余萬元）包括三個(gè)振動(dòng)臺(tái)，其中中間為固定的4m×4m水平三自由度振動(dòng)臺(tái)，兩邊為2.5m×2.5m可移動(dòng)的水平三自由度振動(dòng)臺(tái)各一個(gè)，三個(gè)臺(tái)在12m32m的基坑內(nèi)呈一直線布置，其中邊臺(tái)最大可移動(dòng)距離10m，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)同步或異步地震輸入，拓展了地震模擬實(shí)驗(yàn)的空間，該臺(tái)陣系統(tǒng)將于2009年12月全面建成投入使用。該臺(tái)陣系統(tǒng)的建成將使福州大學(xué)成為目前世界上少數(shù)幾個(gè)擁有地震模擬振動(dòng)臺(tái)臺(tái)陣的單位之一。

7結(jié)構(gòu)力學(xué)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及建筑工程、結(jié)構(gòu)工程、道路工程、橋隧工程、水利工程及地下工程等。一方面它以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，另一方面，它又成為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)抗震等專業(yè)課程的基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)中起著承前啟后的關(guān)鍵作用。

為增強(qiáng)基礎(chǔ)教育并提高結(jié)構(gòu)力學(xué)在工程中的應(yīng)用，自上世紀(jì)90年代初，我省高校興起結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)法研究熱潮，把結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革推向新的高度，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了模塊結(jié)構(gòu)改革，將結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容歸納為基礎(chǔ)型、擴(kuò)展型和研究型模塊。使用高等教育出版社出版的由龍馭球、李廉錕等教授主編的統(tǒng)編教材的同時(shí)，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)部分，融入結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、抗震、車激振動(dòng)等學(xué)科前沿知識(shí)，增加了隔震結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的內(nèi)容，補(bǔ)充和修正了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容中關(guān)于“伴生自由振動(dòng)”的相關(guān)結(jié)論，實(shí)現(xiàn)了與學(xué)生原有知識(shí)的有機(jī)融合；有兩項(xiàng)重要教研成果：階梯形變截面梁“圖乘貼補(bǔ)簡(jiǎn)化”計(jì)算方法和剛架拱“考慮二階效應(yīng)影響線”問題引入課堂討論，更新了教學(xué)內(nèi)容。

上世紀(jì)90年代末，我省結(jié)構(gòu)力學(xué)平面教材和多媒體立體化教材建設(shè)取得突破，先后出版了《結(jié)構(gòu)力學(xué)解題與思考》（陳，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999。2007年該書由煤炭工業(yè)出版社修訂再版）、《廣義結(jié)構(gòu)力學(xué)及其工程應(yīng)用》（陳，中國(guó)鐵道出版社，2003）、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》（祁皚參編，清華大學(xué)出版社，2006）等。

正如王光遠(yuǎn)院士所指出，結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)科呈現(xiàn)出“從狹義到廣義，從被動(dòng)到主動(dòng)，從確定到不確定，并與結(jié)構(gòu)工程滲透融合”的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)在力學(xué)領(lǐng)域的理論研究已位居世界先進(jìn)行列，但在應(yīng)用軟件的研制方面落后了一大步，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用軟件寥若晨星。結(jié)構(gòu)力學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)教育與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，體現(xiàn)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)教育思想；完善教學(xué)資源庫建設(shè)，加強(qiáng)國(guó)際教學(xué)交流是當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)工科專業(yè)特點(diǎn)，面向能力培養(yǎng)、面向工程實(shí)踐、面向信息時(shí)代、面向一流水準(zhǔn)，應(yīng)是我省結(jié)構(gòu)力學(xué)研究與教學(xué)所追求的目標(biāo)。

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課題組成員：

1、嚴(yán)世榕，福州大學(xué)車輛振動(dòng)與電子控制研究所所長(zhǎng)、教授。

2、周瑞忠，福州大學(xué)土木工程學(xué)院教授（本文顧問）。

3、周克民，華僑大學(xué)土木工程學(xué)院教授。

4、許傳矩，廈門大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院教授。

5、王東東，廈門大學(xué)建筑與土木學(xué)院教授。

6、陳力，福州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授。

7、周志東，廈門大學(xué)材料學(xué)院副教授。

篇9

關(guān)鍵詞：研究型教學(xué)模式；流體力學(xué)；數(shù)值模擬

【中圖分類號(hào)】G64.25 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】

所謂研究型教學(xué)模式是指在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生逐步深入研究某一個(gè)問題的教學(xué)模式，是以具體的實(shí)例為研究對(duì)象，利用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并結(jié)合現(xiàn)代的研究手段進(jìn)行逐步的深入研究，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，目的是培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的思維模式和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度。這是將現(xiàn)代科研研究方法和研究?jī)?nèi)容引入課堂的重要途徑，也是達(dá)到培養(yǎng)研究型人才的重要過程。本文在流體力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了相關(guān)的嘗試，并獲得了較好的教學(xué)效果。

一、 研究題目的選取

由于是課堂教學(xué)，受時(shí)間的限制，研究題目要求適當(dāng)，即簡(jiǎn)單易懂、清晰明了，又有實(shí)用價(jià)值和深入研究的前景，在具體教學(xué)中選取了如下的問題。

結(jié)構(gòu)如圖1所示，閥門A固定，閥門B可上下移動(dòng)，水在閥門A、B所開啟的通道內(nèi)流動(dòng)。若閥門A入口處的來流速度為已知，試分析流域內(nèi)的壓力分布、速度分布，并計(jì)算閥門B所受到的合力。

對(duì)于這個(gè)問題，在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)流動(dòng)進(jìn)行分析的同時(shí)，提出了如下的問題：

（1） 水流對(duì)閥門B的作用力是促使閥門B關(guān)閉還是開啟？

（2） 水流在a、b處的流動(dòng)方向如何？

（3） 水流對(duì)閥門B的作用力與閥門開啟之間的關(guān)系如何？

這個(gè)題目是來自于工程實(shí)踐中的閥門控制問題，在進(jìn)行閥門開啟的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)中，要求確認(rèn)閥門B的受力大小及方向。問題提出后，可要求學(xué)生根據(jù)自己對(duì)問題的理解，先猜想一下結(jié)果，然后再進(jìn)行深入的計(jì)算研究加以驗(yàn)證，并利用流體力學(xué)基本原理進(jìn)行理論的分析和解釋。

二、 研究手段應(yīng)具有先進(jìn)性

介紹先進(jìn)的研究方法，把現(xiàn)代研究工具融入到日常教學(xué)中，是教學(xué)改革的重要內(nèi)容和任務(wù)。就本問題而言，這個(gè)問題看似簡(jiǎn)單，實(shí)際是一個(gè)比較復(fù)雜的紊流流動(dòng)問題。鑒于理論求解的復(fù)雜性和實(shí)驗(yàn)研究的局限性，采用數(shù)值模擬的方法即體現(xiàn)了先進(jìn)的研究手段，又適合于課堂研究討論和對(duì)問題的深入研究和引導(dǎo)。

目前流體力學(xué)的研究方法有三種，一是理論的方法，二是實(shí)驗(yàn)的方法，三是數(shù)值的方法。傳統(tǒng)的流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與方法，基本上是基于理論的教學(xué)，并輔之以部分簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。利用理論解析的方法求解流體流動(dòng)問題，由于受到求解非線性方程沒有成熟的數(shù)學(xué)方法的制約，研究進(jìn)展緩慢，到目前為止，也只有極少數(shù)的特例得以進(jìn)行理論求解。對(duì)于利用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究，由于受到實(shí)驗(yàn)的局限性，以及大量人力物力的消耗，不適于本問題的課堂教學(xué)研究和教學(xué)目的。近年來，隨著計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)生活和科學(xué)研究方法也產(chǎn)生了巨大的變化，利用數(shù)值模擬計(jì)算的方法已經(jīng)是當(dāng)前各個(gè)研究單位的首選研究手段。

鑒于以上論述，在對(duì)問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，同時(shí)介紹現(xiàn)代的研究方法和數(shù)值模擬計(jì)算平臺(tái)（例如Fluent，CFX等），即給學(xué)生深入研究提供了研究手段，又達(dá)到了將教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代研究方法相結(jié)合的目的，對(duì)培養(yǎng)研究型人才具有重要意義。

三、 計(jì)算結(jié)果應(yīng)有合理的解釋和分析

本文利用數(shù)值模擬的方法，通過對(duì)流域的建模、計(jì)算和后處理，對(duì)本問題進(jìn)行了流動(dòng)過程的研究。對(duì)這一部分教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)該對(duì)流場(chǎng)的邊界條件、邊界類型、紊流模型和計(jì)算方法等進(jìn)行較詳細(xì)的介紹和講解。鑒于大學(xué)本科教學(xué)內(nèi)容和流體專業(yè)知識(shí)的限制，可對(duì)流場(chǎng)的邊界條件和邊界類型多做一些講解，例如速度邊界、壓力出流邊界等；對(duì)紊流模型的來源及其應(yīng)用做簡(jiǎn)單介紹，而對(duì)諸如SIMPLE、PISO算法等僅僅介紹一下怎樣選取和使用即可。

經(jīng)過數(shù)值模擬計(jì)算，有如下發(fā)現(xiàn)：

（1） 水流的流動(dòng)對(duì)閥門B產(chǎn)生一個(gè)向下的力，促使閥門B趨向于關(guān)閉

對(duì)此結(jié)果，必須要有合理的解釋。通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)通道內(nèi)的壓強(qiáng)分布如圖2所示。對(duì)于閥門B來說，其上部為低壓區(qū)，而下部為高壓區(qū)，在這個(gè)壓力差作用下，迫使閥門B有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

這一部分的流動(dòng)，由于通道的變形，迫使水流改變?cè)械牧鲃?dòng)方向，在沖擊閥門B下端壁面的同時(shí)，也使閥門B上端壁面產(chǎn)生了低壓區(qū)，從而產(chǎn)生一個(gè)向下的合力。

（2）下部a處，水向通道內(nèi)流動(dòng)

數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，經(jīng)過口b的流動(dòng)方向是向上的，這很好理解，但經(jīng)過口a處的流動(dòng)方向也是向上的，而不是向下的出流，流動(dòng)情況如圖3所示，這就可能與最初的猜想相悖。

對(duì)此情況，可利用伯努利方程進(jìn)行解釋。當(dāng)水流流經(jīng)閥門A、B相接處時(shí)，由于通道的變窄，使得流動(dòng)速度加快，并產(chǎn)生一定的真空度。由于設(shè)定a處為大氣壓，則在此真空度的作用下，迫使水流向通道內(nèi)流動(dòng)。

四、 指出進(jìn)一步的研究?jī)?nèi)容

通過前面的教學(xué)，使學(xué)生對(duì)數(shù)值模擬這一現(xiàn)代研究手段及研究過程有了初步的了解，達(dá)到了將現(xiàn)代研究方法引入課堂的目的。為了更加有效的掌握教學(xué)內(nèi)容，在介紹完數(shù)值模擬平臺(tái)的使用，并對(duì)問題進(jìn)行了初步研究之后，還必須引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考和研究。

具體到本次教學(xué)，提出了閥門B的受力大小與閥門開啟之間有什么樣的關(guān)系，要求進(jìn)一步深入研究。這里首先要定義閥門的開啟度，應(yīng)該是一個(gè)無量綱的量。然后利用數(shù)值模擬平臺(tái)，進(jìn)行逐步的研究，并把計(jì)算結(jié)果繪制成曲線。這一部分工作，可留給同學(xué)課后完成，并要求以科研論文的格式寫出研究報(bào)告。實(shí)踐證明，這樣的要求激發(fā)了學(xué)生的研究熱情，也使學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的方法和內(nèi)容有了更深的體會(huì)。

本科生寫出科研論文是卓越工程師計(jì)劃的一部分，因此，這一部分的教學(xué)內(nèi)容對(duì)參與卓越工程師計(jì)劃的專業(yè)尤為重要。

五、 教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)該注意的一些問題

采用這種研究型教學(xué)模式，有如下的體會(huì)。

1、 教學(xué)時(shí)機(jī)的把握

采用這種教學(xué)方法，應(yīng)該是在講授完流體力學(xué)基本內(nèi)容之后進(jìn)行。這里的流體力學(xué)基本內(nèi)容包括流體流動(dòng)的連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量定理，并對(duì)粘性流動(dòng)的層流和紊流等進(jìn)行介紹之后進(jìn)行。

2、 教學(xué)方式即可以采用演示的方法，也可以采用師生互動(dòng)的方法

對(duì)于有條件的，應(yīng)該盡量采用師生互動(dòng)的方法進(jìn)行教學(xué)，從方案的設(shè)定，到計(jì)算結(jié)果的處理和分析，要求師生一起進(jìn)行，并進(jìn)行充分的討論，這樣的教學(xué)效果是最好的。

3、 題目的選取

采用研究型教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，應(yīng)以講解研究方法和研究過程為宗旨。其中題目的選取至關(guān)重要，一般來說，題目不易選得過于復(fù)雜，最好是來自于工程實(shí)際，并具有一定的代表性和后續(xù)研究?jī)?nèi)容。

4、 教學(xué)后期的把握

這種教學(xué)過程的重要一環(huán)是學(xué)生的課后練習(xí)和對(duì)題目的進(jìn)一步深入研究。另外，在要求完成本課題的后續(xù)研究并形成報(bào)告的同時(shí)，還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)自去發(fā)現(xiàn)問題，并利用學(xué)到的工具去解決問題。對(duì)于所完成的研究報(bào)告，應(yīng)影響到本門課程的最終成績(jī)。

本文所闡述的研究型教學(xué)方法，通過幾年來的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的研究能力起到了積極的作用，取得了較好的教學(xué)效果。教學(xué)效果在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)階段得到較充分的體現(xiàn)，受到師生的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

篇10

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；項(xiàng)目教學(xué)；教學(xué)方法；合作學(xué)習(xí)；考核評(píng)價(jià)

作者簡(jiǎn)介：徐硯（1961-），女，黑龍江呼蘭人，哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)力工程系，副教授；王洪旗（1964-），男，河北河間人，哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)力工程系，副教授。（黑龍江　哈爾濱　150030）

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）33-0057-01

在電廠熱能動(dòng)力裝置專業(yè)（簡(jiǎn)稱熱動(dòng)專業(yè)）開展的基于工作過程系統(tǒng)化課程開發(fā)試點(diǎn)工作中，根據(jù)熱動(dòng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)，認(rèn)真研究和分析了本專業(yè)崗位的典型工作任務(wù)和職業(yè)素質(zhì)需求特點(diǎn)，將原“工程流體力學(xué)”課程進(jìn)行分析論證整合，調(diào)整為學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程“流體流動(dòng)能量分析”，旨在強(qiáng)調(diào)流體作為電力生產(chǎn)的重要工作介質(zhì)所起的能量輸送和轉(zhuǎn)換的重要作用。采用更具有職教特點(diǎn)、更適合崗位工作要求的教學(xué)方法和內(nèi)容，先進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)理念和現(xiàn)代教育手段，小組合作學(xué)習(xí)的方法，注重學(xué)習(xí)過程和素質(zhì)能力的評(píng)價(jià)方式，全面提升教學(xué)質(zhì)量，全面提高學(xué)生的綜合職業(yè)素質(zhì)，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程、考取本專業(yè)相關(guān)的“職業(yè)資格證書”、完成本專業(yè)相關(guān)崗位的工作任務(wù)打下良好基礎(chǔ)。

一、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容

電廠熱能動(dòng)力裝置專業(yè)主要面向發(fā)電、電力建設(shè)等企業(yè)，培養(yǎng)能夠完成熱力設(shè)備安裝、檢修、運(yùn)行、調(diào)試和技術(shù)管理工作任務(wù)，德、智、體、美全面發(fā)展的高等技術(shù)應(yīng)用型專門人才?！傲黧w流動(dòng)能量分析”課程是本專業(yè)進(jìn)行職業(yè)崗位能力培養(yǎng)的一門核心課程，屬于專業(yè)基礎(chǔ)課的范疇，不直接對(duì)應(yīng)典型的工作任務(wù)，反映部分典型工作任務(wù)的某些共性內(nèi)容與要求。在本專業(yè)主要崗位群中（汽輪機(jī)運(yùn)行值班員、鍋爐運(yùn)行值班員、除塵脫硫值班員、鍋爐檢修工、汽輪機(jī)檢修工、泵與風(fēng)機(jī)檢修工等）都必備流體力學(xué)知識(shí)。按照本專業(yè)崗位的實(shí)際工作任務(wù)需求構(gòu)建課程體系、組織教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，采取了項(xiàng)目教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)模式，注重學(xué)生在校學(xué)習(xí)與實(shí)際工作的一致性，使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系，為崗位需求提供職業(yè)能力，為培養(yǎng)高端技能型人才提供保證。

采用將教學(xué)內(nèi)容模塊化、層次化的教學(xué)方式，面向電力生產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)工作任務(wù)和工作過程確定教學(xué)內(nèi)容，再通過歸納、總結(jié)、提煉并遵循認(rèn)識(shí)規(guī)律將教學(xué)內(nèi)容總結(jié)為教學(xué)項(xiàng)目，依據(jù)電廠熱力設(shè)備和系統(tǒng)的實(shí)際水力分析及計(jì)算的工作任務(wù)設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目和學(xué)習(xí)任務(wù)。針對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)按照咨詢、決策計(jì)劃、實(shí)施、檢查評(píng)價(jià)等進(jìn)行教學(xué)組織設(shè)計(jì)。本課程共設(shè)計(jì)了“流體及其壓力的認(rèn)識(shí)”、“靜止流體勢(shì)能轉(zhuǎn)換分析”、“流動(dòng)流體機(jī)械能轉(zhuǎn)換分析”、“流動(dòng)阻力損失的計(jì)算”、“繞流運(yùn)動(dòng)分析”、“氣體流動(dòng)特性分析”六個(gè)教學(xué)項(xiàng)目（含18個(gè)教學(xué)任務(wù)），每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)有知識(shí)目標(biāo)、專業(yè)能力目標(biāo)、職業(yè)素質(zhì)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)側(cè)重于應(yīng)知，重在基本概念、基本原理的掌握和理解；能力目標(biāo)側(cè)重于應(yīng)會(huì)，能用所學(xué)的流體力學(xué)知識(shí)分析和解決工程實(shí)際問題；素質(zhì)目標(biāo)強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)精神、職業(yè)道德、交流和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。緊密圍繞本專業(yè)崗位需求，學(xué)習(xí)實(shí)際工程所涉及到的流體力學(xué)的基本概念、基本原理，并具有一定的流體能量分析能力和管路水力計(jì)算能力。在完成相關(guān)訓(xùn)練項(xiàng)目的過程中學(xué)習(xí)有關(guān)的技術(shù)知識(shí)，分別對(duì)應(yīng)理論驗(yàn)證和單項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用能力的培養(yǎng)、動(dòng)手能力與設(shè)計(jì)計(jì)算能力的培養(yǎng)、知識(shí)拓展能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、教學(xué)方法和教學(xué)手段

采用工學(xué)結(jié)合、理實(shí)一體的教學(xué)模式，根據(jù)不同項(xiàng)目?jī)?nèi)容，在教學(xué)中靈活運(yùn)用項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例分析、多媒體演示、分組討論、實(shí)驗(yàn)、啟發(fā)引導(dǎo)、邊講邊練等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、樂于實(shí)踐，提高教與學(xué)的效果。授課前一周向?qū)W生下達(dá)項(xiàng)目任務(wù)書，內(nèi)容包括學(xué)習(xí)任務(wù)描述，學(xué)習(xí)場(chǎng)地、設(shè)備，知識(shí)、素質(zhì)、能力目標(biāo)，咨詢問題和途徑等，學(xué)生按照任務(wù)書的要求，咨詢信息形成學(xué)習(xí)筆記，小組討論形成項(xiàng)目實(shí)施方案。做到課內(nèi)教學(xué)與課外教學(xué)相結(jié)合，自主學(xué)習(xí)與指導(dǎo)教學(xué)相結(jié)合。通過貼近崗位工作的電力生產(chǎn)實(shí)際案例導(dǎo)入知識(shí)，訓(xùn)練分析和計(jì)算能力，使能力培養(yǎng)與工程實(shí)踐相結(jié)合。選題、選材注重共識(shí)性、綜合性、工程性、創(chuàng)新性，同時(shí)體現(xiàn)新穎性、趣味性、互動(dòng)性。將實(shí)踐性強(qiáng)、技能訓(xùn)練要求高的內(nèi)容，通過模擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)操作、邊講邊練的方式，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教育技術(shù)相融合，向?qū)W生提供教學(xué)資源庫（包括教學(xué)課件、自學(xué)指導(dǎo)書、習(xí)題集、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、模擬實(shí)驗(yàn)軟件、相關(guān)電力生產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng)視頻和圖片、國(guó)家精品課網(wǎng)址、其他參考教材等），開闊學(xué)生視野，拓寬學(xué)習(xí)渠道。充分利用多媒體課件、錄像片、圖、表、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化的教學(xué)手段，通過視覺、聽覺，全方位加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶，同時(shí)結(jié)合板書等傳統(tǒng)授課手段，揚(yáng)長(zhǎng)避短，獲得最佳效果。

三、學(xué)習(xí)方法和考核評(píng)價(jià)

以學(xué)生為中心，支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)和探究式學(xué)習(xí)，每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施都采用小組合作學(xué)習(xí)的方法，強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)參與和個(gè)性發(fā)展。班級(jí)40人，分成4個(gè)小組，課上先由小組派代表匯報(bào)咨詢信息情況、存在問題，再由教師適時(shí)講解、分析，最后小組討論總結(jié)，實(shí)驗(yàn)和水力計(jì)算項(xiàng)目由小組自行設(shè)計(jì)方案，分工合作完成。事實(shí)證明，試點(diǎn)班學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性明顯提升。

突破傳統(tǒng)考核模式，加強(qiáng)過程考核，注重素質(zhì)和能力培養(yǎng)，全面公正評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。職業(yè)能力評(píng)價(jià)占總成績(jī)的70%，職業(yè)素養(yǎng)評(píng)價(jià)占總成績(jī)的30%。

1.職業(yè)能力評(píng)價(jià)

（1）基礎(chǔ)知識(shí)評(píng)價(jià)。主要側(cè)重于對(duì)各個(gè)工作任務(wù)中所涉及到的基本概念、基本原理的掌握和理解，如連續(xù)性方程、能量方程、阻力損失計(jì)算等?？己朔绞綖槠谥袦y(cè)試和期末考試。

（2）專業(yè)能力評(píng)價(jià)。主要側(cè)重于用所學(xué)的流體力學(xué)知識(shí)分析和解決工程實(shí)際問題。包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作能力表現(xiàn)，設(shè)計(jì)計(jì)算能力，分析和解決問題的能力?？己朔绞綖橥瓿擅總€(gè)教學(xué)項(xiàng)目過程中的咨詢問題回答、學(xué)習(xí)檔案檢查、實(shí)驗(yàn)操作檢查、課業(yè)報(bào)告檢查。

2.職業(yè)素養(yǎng)評(píng)價(jià)

（1）平時(shí)考勤評(píng)價(jià)。根據(jù)平時(shí)上課和實(shí)驗(yàn)出勤率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）學(xué)習(xí)態(tài)度評(píng)價(jià)。根據(jù)每個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)完成過程的實(shí)際表現(xiàn)，如學(xué)習(xí)態(tài)度、是否遵守紀(jì)律、是否團(tuán)結(jié)互助等進(jìn)行評(píng)定?？己朔绞綖閭€(gè)人評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)和小組互評(píng)。

四、結(jié)束語

工學(xué)結(jié)合作為職業(yè)教育的重要特征已被大家所認(rèn)識(shí)，探索和建立適合國(guó)情、符合工學(xué)結(jié)合要求的新型職業(yè)教育課程模式，成為廣大職業(yè)院校提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。對(duì)熱動(dòng)專業(yè)的“工程流體力學(xué)”課程進(jìn)行了基于工作過程系統(tǒng)化的改革研究與實(shí)踐探索，旨在找到更具有職教特點(diǎn)、更適合崗位工作要求的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，全面提升教學(xué)質(zhì)量，全面提高學(xué)生的綜合職業(yè)素質(zhì)、能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]徐國(guó)慶.職業(yè)教育項(xiàng)目課程開發(fā)指南[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.