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[關鍵詞] 流體力學課程；創(chuàng)新性實驗；科研訓練；實踐教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-893X（2013）01?0072?02

流體力學作為理工科院校的專業(yè)基礎課，國內(nèi)的高等院校都十分重視。大部分院校在開出能量方程實驗、雷諾實驗等基礎型實驗以外，還開設了研究創(chuàng)新性實驗。如浙江大學國家力學實驗教學示范中心開設有西湖流場電擬實驗、沖排沙旋流器實驗設計與試驗、流量檢測與控制實驗、新型滲流實驗等，新開發(fā)綜合型、研究型和設計型教學實驗20多項。[1]哈工大依托力學學科的國防與航天特色，利用科研成果研制開發(fā)具有較高水準、融合多門基礎力學課程的綜合性、研究性實驗，形成了高起點、實踐性與設計性強、突出綜合能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗教學體系，為培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力提供了良好的平臺，建設了具有哈工大特色的力學創(chuàng)新實驗教學體系，研制開發(fā)研究性實驗項目3個[2]。同濟大學力學實驗中心有13 個全天開放的設計性、創(chuàng)新性開放性實驗項目，如：塔桅結(jié)構(gòu)動、靜測試創(chuàng)新實驗，結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測開放實驗等[3]。河海大學力學實驗教學中心在學校支持下，從硬條件和軟資源兩方面為大學生創(chuàng)新活動提供服務平臺。其專門設有大學生力學創(chuàng)新制作室，為大學生課外制作活動提供工作用房，添置必要加工機械設備，如車床、銑床和鉗工臺等，為學生的模型制作提供條件[4]。

南京理工大學（簡稱南理工）流體力學實驗室結(jié)合本校的專業(yè)特點和現(xiàn)有資源，在開展研究創(chuàng)新性實踐教學方面也做了大量的工作。

一、基本情況

流體力學是南理工工科專業(yè)的基礎課，開設該課程的專業(yè)有工程力學、安全工程、特種能源工程與煙火技術、熱能與動力工程、建筑環(huán)境與設備工程、武器系統(tǒng)與發(fā)射工程、新能源技術、機械工程及自動化、交通工程、車輛工程等。課程大綱要求學生從實驗中觀察流體力學現(xiàn)象，驗證能量方程等，并掌握一些基本的流體力學測試技能，并對武器系統(tǒng)與發(fā)射工程等專業(yè)的學生提出了開展研究創(chuàng)新性實驗的要求。實驗室利用現(xiàn)有資源面向全校開出了大部分流體力學基礎性實驗，如流體靜力學實驗、伯努利方程實驗、動量定律實驗、畢托管測速實驗、雷諾實驗、文丘里流量計實驗、沿程水頭損失實驗、局部阻力系數(shù)實驗、孔口與管嘴出流實驗、流動演示實驗、流譜流線顯示、水擊綜合實驗、靜壓傳遞自動揚水實驗、虹吸原理實驗、空化機理實驗、紊動機理實驗和風洞測力實驗。這些實驗增強了學生對流體力學知識的理解和培養(yǎng)了學生的實踐能力，激發(fā)學生學習流體力學的興趣，培養(yǎng)學生的動手能力。同時開出了部分綜合性、設計性實驗項目，如低速翼型繞流流動特性實驗、風洞模型設計實驗等。同時，還積極開展本科生科研訓練與課外科技活動，開出一定比例的創(chuàng)新性實驗項目。如某飛行器外流場的并行數(shù)值仿真、某型有翼彈箭氣動特性計算、PXI總線在風洞測控系統(tǒng)中的應用研究、空壓機電氣控制設計等科研訓練項目。另外，實驗室還承擔了部分本科生和研究生的畢業(yè)設計實驗教學任務。

二、主要項目

南理工流體力學實驗室是江蘇省力學實驗教學示范中心的重要實驗室，師資力量雄厚，流體力學設備先進、齊全。設備主要有低速風洞、自由射流超跨音速風洞、亞跨超音速風洞、集群計算機和完整配套的流體力學試驗教學設備等。作為江蘇省首批力學實驗教學示范中心重點建設單位，經(jīng)過學校本科一期、二期、三期建設后，實驗室在開出大量基礎型實驗、提高性實驗的基礎上，開出了部分前沿性創(chuàng)新性實驗項目。如某彈箭氣動布局與設計、翼型繞流流動特性實驗、高速風洞流場觀測與參數(shù)測試、高速風洞壓力分布實驗、某型彈箭氣動力測試實驗等。這些實驗項目充分利用現(xiàn)有資源優(yōu)勢，并與科研工作緊密結(jié)合，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識有十分積極的意義。這些實驗要求有一定的空氣動力學知識，武器類專業(yè)的學生對這些實驗興趣濃厚。盡管由于加工經(jīng)費較多，風洞運行成本較高，實驗開展受到一定影響，且由于風洞是大型科研貴重儀器設備，只有專職教師才能進行風洞運行操作，學生的動手能力培養(yǎng)方面受到一定制約，但是，在模型設計、氣動布局設計等方面，學生的設計能力和創(chuàng)新意識等能夠得到提高。所以，實驗室克服困難，充分利用風洞資源優(yōu)勢，堅持積極開展流體力學研究創(chuàng)新性實踐教學活動。學校在流體力學研究創(chuàng)新性實驗項目建設中充分利用現(xiàn)有資源優(yōu)勢，在現(xiàn)有實驗項目基礎上，結(jié)合科研任務，利用低速風洞和超音速風洞已經(jīng)開出或計劃開出的研究創(chuàng)新性項目有：

① 風機翼型氣動特性研究。該實驗是為了適應南理工新能源專業(yè)教學需要而新開設的研究創(chuàng)新性實驗，目的在于研究不同翼型的氣動特性，為風機翼型選擇提供依據(jù)。

② 激光煙流法流動顯示實驗。該實驗主要用于低速繞流流譜分析、繞流流動機理研究，對學生觀察復雜流動現(xiàn)象、分析流動機理、理解深奧的流體力學理論知識有較大幫助。

③ 彩色紋影流動顯示實驗。該實驗用彩色紋影技術顯示復雜流場，讓學生了解超音速流場建立過程、超音速流場建立的條件和流場波系構(gòu)成，學生運用光學知識進行流場顯示，提高其綜合實驗技能和分析能力。通過該實驗對看不見、摸不著的流場有了全新的認識。

④ PIV三維速度場測量與非定常復雜流動研究。該實驗目的在于讓學生了解先進的流體力學測量儀器，掌握三維速度場測量方法，開展非定常復雜流動研究工作。

⑤ 風洞天平校準技術研究。風洞天平是風洞實驗最重要的測量儀器之一，其精度直接影響到測量數(shù)據(jù)的可靠性、有效性。因此，對其進行高精度的校準十分重要，開展該研究有助于學生更好地了解風洞天平工作原理、掌握先進的校準技術，并提高學生軟件設計能力和開發(fā)能力。

⑥ 彈箭氣動布局設計實驗。該實驗的目的是提高學生氣動設計水平，培養(yǎng)學生彈箭氣動設計能力和創(chuàng)新能力。

⑦ 翼型氣動特性遙測與分析。該項目要求學生采用遙測技術對翼型氣動特性進行研究、設計。

三、教學效果

流體力學研究創(chuàng)新性實驗和教師科研任務結(jié)合起來，讓學生參與到科研工作中，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識、協(xié)作精神，教學效果顯著。如電氣專業(yè)和建環(huán)專業(yè)本科生鄭建、黃華和陳守信等3名學生組成團隊，進行了翼型氣動特性測試與分析研究，其共同完成的作品“翼型氣動特性遙測與分析” 獲全國挑戰(zhàn)杯競賽三等獎，“風洞試驗無線測壓裝置”獲實用新型專利。該次跨專業(yè)團隊科研訓練項目共分三個子課題，一個是翼型設計及風洞試驗子課題，第二個是氣動數(shù)值計算，另外一個是無線測試技術子課題。三個子課題之間必須相互協(xié)調(diào)才能順利完成，通過這次科研訓練，學生對成員之間協(xié)調(diào)配合的重要性有了深刻認識。

風洞實驗是部分學生特別感興趣的項目之一，學生對其實驗原理、實驗現(xiàn)象的分析有濃厚的興趣和研究探索的欲望，對飛行器受力分析、飛行控制和彈道計算也產(chǎn)生了了解、探索的欲望。因此，開設這些流體力學實驗，不但提高了學生的操作技能、綜合分析能力，還激發(fā)了學生學習相關課程的興趣，培養(yǎng)了學生研究、探索、創(chuàng)新的意識。

參考文獻：

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關鍵詞：留學生 生理學 實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）03（b）-0203-02

隨著國際交流的不斷擴大和我國醫(yī)學事業(yè)的不斷進步，來華學習的外國留學生日益增多，我國醫(yī)學高等教育的國際化成為了對外交流以及海內(nèi)外醫(yī)療人才培養(yǎng)的重要平臺[1]。我校從1992年開始接受醫(yī)學留學生，目前留學生已經(jīng)遍及巴基斯坦、印度、阿富汗等18個國家。本教研室承擔了我校醫(yī)學留學生的生理學理論和實驗教學任務。生理學作為一門重要的醫(yī)學基礎課，而且是一門實踐性很強的學科[2]。讓學生掌握扎實的生理學基礎理論并培養(yǎng)其獨立動手能力和解決問題的能力是留學生生理學教育的重點。實驗教學是理解和應用理論知識的必要環(huán)節(jié)，其效果的好壞將影響本課程的整體教學質(zhì)量。本文在長期教學的基礎上，主要針對留學生的生理學實驗教學內(nèi)容、教材選擇和教學方法等環(huán)節(jié)進行總結(jié)，形成切實可行的教學模式，為我校留學生教育的深入開展提供參考。

1 留學生實驗教材的選擇

教材是教學的基礎，選擇教材至關重要[3]。如何因人選材是留學生生理學實驗教學的重點。我們主要從兩個方面制定選材標準：一是配合理論，注重基本功培養(yǎng)。以生理學理論課和臨床實踐需要為出發(fā)點，實驗內(nèi)容涵蓋生理學基本實驗操作技能，并適當?shù)刈⒅卣故粳F(xiàn)代生理學實驗的新知識、新技術。二是語言必需準確、簡介、易懂、可操作性強。因此，通過充分參考原版英文教材，本教研室以理論課為基礎，結(jié)合臨床需要，根據(jù)現(xiàn)有實驗內(nèi)容，編寫出了一本通俗易懂、過程清晰的全英文生理學實驗教材，此教材的應用很好地促進了學生的學習。

2 實驗教學中應用多媒體并錄制視頻

我校留學生以中亞、西亞居多，英語水平雖然較好，但是帶有濃重的地方口音，給師生之間的交流帶來了不少困難。多媒體和錄像等現(xiàn)代教育技術使教學更加形象而直觀[4]。通過對生理實驗課程梳理，針對留學生的教育背景和思維習慣，組織教師制作全英文多媒體課件。通過重點知識引導，結(jié)合教師深入講解，使教師的教和學生的學更加融洽。

生理學實驗是動手課程，對操作方法和技巧要求很高。教學中，我們每組配備一名實驗輔助老師，及時指導學生進行規(guī)范操作。但學生的學習和動手能力參差不齊，再加上理論講解和示教時間比較短，部分學生在自己動手的時候仍難免手忙腳亂。組織教師親自錄制操作視頻，近距離拍攝并配專業(yè)講解字幕，對重點環(huán)節(jié)和步驟進行強調(diào)處理，這樣將抽象的實驗具體化，讓學生和老師的互動的更加活躍有效。

3 實驗課堂教學安排

培養(yǎng)對生命的敬畏意識，嚴格規(guī)范每一個操作細節(jié)。首先我們通過實例教育使“敬畏生命、嚴謹規(guī)范”的思想深入到每一位學生心中。其次安排教學，環(huán)節(jié)如下：首先配合模型，使用全英文的多媒體課件進行講解，使學生們明白此次實驗內(nèi)容、目的、流程，并強調(diào)關鍵步驟和注意事項。然后進行錄像講解，引領學生熟悉規(guī)范操作，之后帶教老師分組進行示范操作，同時在重點部位和關鍵步驟進行強調(diào)性示范。最后學生進行實驗，學生試驗中詳細記錄相關步驟和數(shù)據(jù)、教師時刻糾正和規(guī)范學生出現(xiàn)的錯誤操作。實驗結(jié)束后，保留5～10 min的時間，組織學生對試驗中的問題和失誤進行反饋，讓學生及時對錯誤形成認識并明確規(guī)范操作，最后由學生對實驗總結(jié)注意事項并完成實驗報告。鑒于部分留學生課堂紀律較差，做完實驗不仔細清潔器械，因此，將衛(wèi)生清掃列為平時成績的考核之一，使學生養(yǎng)成良好的實驗習慣以更好地適應今后的工作。

4 實驗記錄與匯報

要培養(yǎng)學生優(yōu)秀的科研思維和良好的科研習慣，實驗記錄與報告是重要的環(huán)節(jié)。規(guī)范記錄并撰寫實驗報告不僅有利于鍛煉學生分析問題的能力還有助于培養(yǎng)學生們書面表達和總結(jié)歸納的能力。很多留學生在實驗中隨意性很大，不注意科學規(guī)范地記錄實驗現(xiàn)象與結(jié)果，對實驗中遇到的問題和現(xiàn)象不進行分析，探究性思維很差。此外，存在對實驗報告不重視，常抱有完成差事的思想，甚至相互抄襲。教學中通過講述著名科學家的經(jīng)典實例，引導學生對自己所獲得的實驗結(jié)果進行分析和討論并得到結(jié)論，從而充分培養(yǎng)學生的科研與臨床醫(yī)療素養(yǎng)。同時，教師應該仔細的批閱上交的實驗報告，從中尋找教學上的失誤，及時改進教學方法。

5 討論

隨著我校的醫(yī)學教育在西亞地區(qū)的影響力也不斷提升，已經(jīng)吸引了大量中東及其周邊國家的生源。全面提升留學生教育綜合質(zhì)量是亟待解決的問題[5]。本文從教材選擇、現(xiàn)代教育技術引入、內(nèi)容設置等方面對留學生生理學實驗教學模式進行了探索與總結(jié)。通過在教學中的應用與檢驗，取得了卓有成效的效果。留學生對學科認同增強，生理學理論基礎、動手操作和思考能力明顯加強，并形成了良好的科研思維與工作習慣。通過該模式，可以為留學生的教育和醫(yī)學專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)提供切實可行的方法。

參考文獻

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關鍵詞：工程流體力學；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

隨著我國海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟的發(fā)展，我校在海洋學科和相關專業(yè)建設方面發(fā)展迅速，流體力學知識的應用愈來愈廣泛。流體力學是工科院校普遍開設的專業(yè)基礎課程，學科的滲透性很強，與所有基礎和專業(yè)學科之間都有交叉，在學生知識能力培養(yǎng)和知識體系結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。2013年，我校流體力學被評為上海市精品課程。在4年多的建設過程中，流體力學課題組先后承擔了校級、上海市級重點課程建設及重點教材建設等多項教改項目，堅持以培養(yǎng)海洋工程創(chuàng)新型人才為目標，在流體力學教學體系的建設方面取得了寶貴的經(jīng)驗。

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

我校流體力學類課程覆蓋海洋漁業(yè)科學與技術、海洋環(huán)境、海洋技術、熱能動力工程、建筑環(huán)境與設備工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學、機械設計制造及其自動化等專業(yè)，每年選課學生超過700人。針對各個專業(yè)學生的不同需求，我們在課程設置、教學內(nèi)容上都做了相應的調(diào)整與完善。本課程在我校的定位是：以海洋學院的海洋漁業(yè)科學與技術、海洋環(huán)境、海洋技術、環(huán)境工程專業(yè)為重點的海洋類本科生的專業(yè)基礎主干課程；面向食品學院和生命學院的熱能動力工程、建筑環(huán)境與設備工程、環(huán)境科學專業(yè)的工程應用類本科生的專業(yè)基礎平臺課程，滿足工程學院的機制專業(yè)培養(yǎng)要求。以工程流體力學課程為龍頭，以培養(yǎng)海洋人才的創(chuàng)新能力為目標，完善優(yōu)化流體力學類課程群的配置、學時安排，并完成所有課程新教學大綱的編寫工作，逐步形成一個完整的課程體系，重點完成了實驗課和仿真課程軟硬件的配套建設，突出強調(diào)流體力學的應用實踐環(huán)節(jié)。根據(jù)工程實際需要，將流體力學的教學內(nèi)容分為三個層次，即流體力學的基礎理論、流體力學知識與進展、流體力學應用與實踐。根據(jù)不同專業(yè)對流體力學知識的需要，設計了不同的模塊組合。如對海洋相關專業(yè)的學生，增加了水波理論，重點強調(diào)實驗實踐環(huán)節(jié)；針對食品專業(yè)的需要，增加了氣體及熱力學類內(nèi)容，并編寫了多套相關自測題供學生選用；針對水產(chǎn)及生物類專業(yè)的學生，為讓學生能夠更好地研究魚類等的動物習性，增加了數(shù)值仿真模擬，克服了以往過分重視理論知識的介紹，輕視其應用的弊端。此外，還相繼開出了流體力學獨立實驗課、計算流體力學等。

2 出版多部教材，完善流體力學課程教材體系完備

2002年，《工程流體力學》教材被列為上海市教委普通高等學校教材重點建設項目，歷經(jīng)3年多的編寫和有關專家的評審，我校教師編寫的《工程流體力學》于2006年2月由上海交通大學出版社出版。該教材的最大特點是考慮到普通工科院校非力學專業(yè)學生的情況，尤其是一般工科專業(yè)學生的基礎和專業(yè)需要，盡可能簡化對公式、定理的數(shù)學推導，注重對物理概念的闡明、理解和應用，特別強調(diào)知識的實際應用。2007年，《工程流體力學》教材被上海市教委評為優(yōu)秀教材三等獎，2008年獲上海海洋大學教學成果一等獎。2011年，我們對第一版教材部分章節(jié)的內(nèi)容進行了更新、充實和修訂，更加注重拓寬知識面和實際工程應用。2012年9月，第二版《工程流體力學》及配套教材《工程流體力學習題解析》由上海交通大學出版社出版發(fā)行。2011年3月，由同濟大學出版社出版的《力學基礎實驗指導―理論力學、材料力學、流體力學》，其中的流體力學部分（第三大部分），重點強化課程體系中的實驗環(huán)節(jié)，完善了流體力學課程的教材體系。我們還完成了流體力學試題庫建設工作，提高了試題質(zhì)量，真正做到了教考分離，為相關師生提供了豐富的教學資源庫，促進了教學質(zhì)量的提高。

早在2006年，我們就開始了“流體力學研究型教學的改革與實踐”上海水產(chǎn)大學（2008年更名為上海海洋大學）一般課題項目的研究工作；為配合新出版的教材，我們還申請了校級一般課程建設項目“工程流體力學（CAI課件）建設”，制作了與教材配套的、有自主知識產(chǎn)權的課件光盤，課件共有700余張PPT，圖片色彩鮮明，其中插入的20多個原創(chuàng)動畫形象生動逼真，做到了工程流體力學電子教案光盤版與教材同步發(fā)行。

3 完善實驗教學條件，形成完整的實驗教學體系

隨著我國，特別是上海市海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟的發(fā)展，我校海洋學科發(fā)展迅速。首先，為配合新開設的獨立實驗課，添置了多種類、多套數(shù)的多功能流體力學實驗裝置、動量定理實驗儀、空化實驗儀等流體力學常規(guī)實驗設備，保證了高質(zhì)量完成流體力學本科實驗教學任務。根據(jù)購置的實驗設備，自行編寫了實驗指導書，明確了儀器設備的工作原理、實驗過程的具體步驟、實驗結(jié)果的分析和處理以及實驗中的注意事項等內(nèi)容；為了實現(xiàn)實驗教學的多樣化，自行編制了工程流體力學實驗教學演示軟件，內(nèi)容形象直觀，使學生一目了然；合作研制了小型循環(huán)水槽及直流式風洞，并配備了數(shù)據(jù)測試采集系統(tǒng)，可進行圓柱、翼型、浮標、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試，使實驗教學的質(zhì)量和效率得到了提高。針對個別專業(yè)的特殊需要，開設了流體力學獨立實驗課。實際的流體運動非常復雜，而流體力學實驗是揭示流體運動規(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年開設了流體力學獨立實驗課，幫助學生加深對所學理論的理解，更好地用所學理論解決生產(chǎn)實際中的問題。實驗課共16學時，實驗內(nèi)容主要包括：能量方程實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、畢托管測速實驗、管道測流量實驗、流動顯示實驗、虹吸實驗及勢流疊加實驗等。針對食品專業(yè)的需要，開設了氣體及熱力學類實驗。

為了滿足海洋學科對流體力學實驗的更高要求，我們陸續(xù)建成了大型室內(nèi)動力深水壓力桶，配備了數(shù)據(jù)測試采集系統(tǒng)，可進行圓柱、翼型、浮標、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試。我校地處臨港，旁臨東海，學生參加各種海試試驗方便。利用這些實驗平臺，相繼開設了多種設計性、綜合性實驗，主要包括湍流、流體數(shù)值模擬計算應用、波浪能發(fā)電裝置開發(fā)等，對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了至關重要的作用。

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

近三年，教師發(fā)表學術論文40余篇，SCI收錄4篇；課題組教師主持省部級及以上科研課題共20余項，其中國家自然科學基金1項，上海市自然科學基金2項，農(nóng)業(yè)部專項3項，海洋工程國家重點實驗室開放基金2項，國家海洋局重大專項2項，上海市教委創(chuàng)新項目2項。有20余名碩士研究生、多名本科生參與科研項目，學生創(chuàng)新意識和能力得到了培養(yǎng)與鍛煉。近年來，學生在科研創(chuàng)新方面熱情很高。在全國“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽中，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”獲得全國競賽三等獎；2012年，曹星、陳功的“風浪發(fā)電轉(zhuǎn)換機”獲得全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽上海賽區(qū)二等獎。工程學院學生孫奇結(jié)合所學流體力學知識，自主創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)立了上海鑫靚科技服務有限公司，開辦節(jié)水高效汽車洗車業(yè)務服務師生。2011～2012年，學生成功申報市、校、院級涉及海洋工程方向的大學生創(chuàng)新性項目16項。在流體力學教師指導下，學生還獲得43項國家實用新型專利，另有多項發(fā)明專利進入實審階段。學生參加教師科研項目19項，均取得了很好的成效。在我校機械設計制造及其自動化專業(yè)本科學生的畢業(yè)設計題目中，海洋工程類流體力學相關研究比例較高，特別是在大學生科技創(chuàng)新活動中心的組織下，我校成為上海市船舶與海洋工程學會的團體會員單位，并在我校建立了上海市船舶與海洋工程學會學生分會，流體力學的師生參與熱情較高。

5 結(jié)束語

工程流體力學是一門非常重要的專業(yè)基礎課程，它具有較強的理論性、抽象性和實踐性。筆者主要介紹了我校工程流體力學課程體系的建設與實踐，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》《工程流體力學習題解析》和《力學基礎實驗指導―理論力學、材料學、流體力學》教材，流體力學課程教材充足；完善實驗教學條件，形成完整的教學實驗體系；培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系；以科研促進教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系，不斷培養(yǎng)學生的工程意識和工程實踐能力，提高創(chuàng)新能力，使學生真正掌握該課程的核心知識，提高分析問題和解決問題的能力。

參考文獻

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篇4

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(yè)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(yè)的一門主干專業(yè)基礎課。該課程是聯(lián)系前期“高等數(shù)學”、“理論力學”等基礎課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁和紐帶，在學生能力培養(yǎng)和知識體系構(gòu)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(jīng)典理論或?qū)嶒瀮?nèi)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(gòu)建多元化教學模式的教學理念，即將啟發(fā)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(fā)展和高素質(zhì)教育，培養(yǎng)學生創(chuàng)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(fā)了學習興趣。

一、啟發(fā)式教學模式

啟發(fā)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(jié)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(fā)學生的智力，培養(yǎng)學生的能力。筆者在教學過程中將啟發(fā)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(fā)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(fā)現(xiàn)D點比C點、A點比B點在X方向的速度大，這勢必產(chǎn)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(fā)現(xiàn)B點比C點、A點比D點在Y方向的速度大，這勢必產(chǎn)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(fā)現(xiàn)、解決和總結(jié)。除了在分析問題時采用啟發(fā)式教學外，也可以啟發(fā)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(nèi)在聯(lián)系和區(qū)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)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(shù)、工程熱力學、高等數(shù)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(jīng)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(lián)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(jié)時，筆者就會問學生：在理論力學中，如果物體處于平衡狀態(tài)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(zhì)點，而流體質(zhì)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(yǎng)于一體。[4]為了適應個性化發(fā)展和高素質(zhì)教育，培養(yǎng)學生創(chuàng)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(jié)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(jié)的學習，學生明白了解決許多工程問題可以從多個側(cè)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(jié)果，殊途同歸，增強了創(chuàng)新意識。

除了在教學過程中改變傳統(tǒng)的教學方法，構(gòu)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(fā)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(fā)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(tài)的判別和波的傳播、邊界層的形成等內(nèi)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(jié)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(fā)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(xiàn)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(jié)之間內(nèi)在的關聯(lián)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(yǎng)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：

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[2]孫恒，朱鴻梅，舒丹.“啟發(fā)—聯(lián)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.

篇5

注重多媒體與傳統(tǒng)板書教學的有機結(jié)合

隨著計算機技術的普及和網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，以多媒體技術為主的教學手段已經(jīng)普遍應用于高校的課堂教學中[1]。在流體力學教學過程中，采用多媒體教學手段可以將流體力學中抽象的概念和理論具體化、形象化，在有限的時間內(nèi)將許多復雜的流動物理圖像直觀的展現(xiàn)給學生，有利于加強學生對流動現(xiàn)象的感性認識，加深對概念的理解，從而激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂教學效率，擴大學生知識面。另一方面，使用多媒體教學手段增加了授課容量的同時也提高了講課速度，教師容易忽略學生對課件內(nèi)容的消化吸收過程，致使學生的思維跟不上教師講解的速度，降低了教學效果。因此，就流體力學的課程特點而言，多媒體技術并不能完全取代傳統(tǒng)的板書教學，教師應采取多媒體和傳統(tǒng)板書有機結(jié)合的方式，充分利用二者的優(yōu)點，達到最佳的教學效果。如在講解流體流動的兩種流態(tài)時，放映雷諾實驗的Flas，學生可以清楚地理解層流和湍流的現(xiàn)象與特點;輔以PowerPoint幻燈片可以清晰直觀地表現(xiàn)尼古拉茲實驗曲線和莫迪圖的五個分區(qū)等。

注重實驗教學及課后作業(yè)

實驗教學是流體力學課程的重要環(huán)節(jié)，通過實驗，各種水流現(xiàn)象一目了然，能夠?qū)⒊橄蟮睦碚撝R形象化;同時通過實驗數(shù)據(jù)的采集和處理、實驗誤差分析，基本儀器的原理及使用等，加深學生對基礎理論和概念的理解和掌握，有助于開拓學生視野，培養(yǎng)學生的動手能力和思考能力。改變傳統(tǒng)實驗教學模式，將實驗內(nèi)容分為實驗錄像、演示實驗、驗證性實驗以及綜合設計性實驗等不同層次。建議將靜壓傳遞實驗、流體橫向繞流實驗、紊流射流實驗等以實驗錄像的形式展示給學生;將流線實驗、雷諾實驗、水躍實驗等作為演示實驗;學生自制動手完成流速和流量的測定實驗、能量方程實驗和動量方程實驗的內(nèi)容[2];鼓勵學有余力的學生利用課余時間，多留意身邊的流體力學現(xiàn)象，結(jié)合課堂所學知識，設計應用性小實驗，如三角形堰和梯形堰在流量測量中的應用等。課后作業(yè)是對學生所學知識理解、掌握程度的檢查，是加強對上課所學內(nèi)容的強化，同時也是對學生獨立分析、解決問題能力的培養(yǎng)。首先由學生獨立完成一定數(shù)量的課后作業(yè)題，可以幫助學生加深對基本概念和理論知識的理解;然后由教師通過習題課的方式，對有代表性的習題和學生普遍出現(xiàn)錯誤較多的習題進行講評，引導學生從解題的過程中掌握解決問題的思路、方法和技巧，以便達到舉一反三、觸類旁通的效果，在以后的學習工作中學以致用，可以有效的增強學生分析并解決實際問題的能力。

考核方式的改變

傳統(tǒng)的考核方式是以期末一次性考試為主，這種考核方法會造成學生平時不努力，考前幾天突擊考試的現(xiàn)象，不利于對學生綜合能力的考查。對于流體力學課程來說更是如此，學習的目的是要提高學生運用所學知識對實際工程問題進行分析和解決的能力，而不是對課本理論知識和大量復雜公式的記憶能力。因此，對傳統(tǒng)的考核方式進行適當?shù)母淖?，實行綜合成績評定方法，降低期末考試在成績中所占比重，增加課堂互動、課后作業(yè)和實驗能力考查等環(huán)節(jié)。并且期末試卷中集中給出考題中所涉及的相關的經(jīng)驗公式、圖表等，供學生選擇使用，可以減少學生無謂記憶經(jīng)驗公式的時間，而又較好地考查了學生利用基本理論和公式分析解決實際問題的能力[3]。

結(jié)語

篇6

[論文摘要]結(jié)合學習主體所處的時代環(huán)境變化和流體力學知識體系的學科跨度大以及對數(shù)學基礎知識要求很高的特點，分析了流體力學教學中存在的問題和難點，提出大量采用實驗模型和實例教學以加強流體流動現(xiàn)象的觀察理解對提高流體力學教學效果的必要性和重要性。

前言

流體無固定形狀，即使受到的剪切力再小，只要持續(xù)存在，其變形便會隨時間持續(xù)增大，不像固體那樣，一定的受力只能產(chǎn)生一定的變形。流體力學的基本理論非常嚴密，描述流體流動現(xiàn)象的數(shù)學方程非常復雜，高度非線性[1]，因此學生對流體力學敬而遠之的現(xiàn)象比較嚴重。此外由于因特網(wǎng)及電子計算機的普及，各種虛擬現(xiàn)象泛濫，在這樣的環(huán)境下成長的學生接觸和感受實際發(fā)生的各種流體流動現(xiàn)象的機會大大減少，對自然現(xiàn)象的觀察和理解能力很弱。很多學生在接受流體力學教育之前所受的應試教育的影響下[2]，學習只是為了在短時間內(nèi)對給出的試題做出接近正解的答案獲得高分，這種教育具有多大的意義，近年來許多學者從教育學的角度提出了疑問[2]。只有直面實際的流體流動現(xiàn)象，抓住問題的本質(zhì)，才能誕生真正的學問和研究。筆者基于對本科和研究生的流體學教學中存在的難點和問題，指出了重視流體流動現(xiàn)象的觀察和理解對提高流體力學的教學效果的必要性和重要性。

一、流體力學教學面臨的問題

（一）新形勢下學生所處的社會環(huán)境變化

學生從小利用電腦打電子游戲的玩耍時間和機會大大超過了自己親自動手制作道具及模型的體感玩耍時間，通過體感玩耍接觸和觀察自然現(xiàn)象的機會大大減少。

因特網(wǎng)的普及使得在短時間內(nèi)獲得大量的信息或?qū)崟r獲得信息成為可能，近年來出現(xiàn)學生過度依賴因特網(wǎng)的傾向，疏遠了紙質(zhì)圖書及相關文獻這些知識比較系統(tǒng)邏輯性也有保證的傳統(tǒng)信息載體。但因特網(wǎng)上除了正確的信息外，還有很多不準確甚至錯誤的信息，即使是正確的信息，各信息段之間也缺乏系統(tǒng)性，因此學生僅通過因特網(wǎng)難以建立系統(tǒng)的知識體系的。

手機在學生中的普及也使得學生們在實際問題時，不是自己獨立分析問題，找出問題發(fā)生的原因，而是直接利用手機詢問他人求得答案，這樣很難培養(yǎng)獨立制定計劃，對可能事態(tài)進行預測，獨立進行解決問題的能力。這恰恰是對一個未來走向社會成為一個優(yōu)秀的技術人員的必經(jīng)的磨礪之道。

（二）流體力學教學面臨的問題

流體流動的力學模型及其運動的物理意義難以理解[3]。流體粘性產(chǎn)生的模型與牛頓粘性定律之間的對應關系就是最好的一個例證。大多數(shù)學生雖然能夠使用牛頓粘性定律進行計算，但對運動的流體為何會產(chǎn)生粘性卻不能正確的理解。的確，對于涉及到流體力學的某些技術或產(chǎn)品設計，只要懂得一定的計算即可，但是對于開發(fā)和設計全新的產(chǎn)品，如不能準確把握所涉及到的相關流體流動的物理本質(zhì)，有時會產(chǎn)生完全錯誤的設計結(jié)果。

流體的運動狀態(tài)繁多，流體力學融合領域廣，要求學生掌握更多的學科預備知識，尤其對數(shù)學知識的要求更高，使部分學生覺得流體力學是難以接近的一門課。同一流動現(xiàn)象常常可以從多個角度進行解釋，容易使學生產(chǎn)生混亂。比如對翼型的流體力學工作原理，可以從流體流動的動量變化、伯努利方程、壓力積分、流線的曲率變化等幾個方面進行解釋，解釋方法之多反而會使學生產(chǎn)生混亂，但每一種解釋方法都是正確的，解釋的都是一個本質(zhì)，只有完全理解各種解釋方法所依據(jù)的理論，才可以解除認識上的混亂，將學到的知識條理化、系統(tǒng)化。

描述流體流動的數(shù)學方程高度非線性化，數(shù)學上求解比較困難。描述流體流動的納維斯方程和能量方程是否可以求解以及數(shù)學解的唯一性的證明需要微分方程、偏微分方程、多元積分等很深的數(shù)學功底，但近年來學生的數(shù)學和力學基礎存在下降的趨勢。

學生在進入大學前所接受的應試教育的影響很大，以考試成績自評學習效果的認識根深蒂固[4]。實際的流體流動現(xiàn)象往往沒有單純的標準答案，有時甚至存在多個解，重要的是抓住流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)，系統(tǒng)的理解流體力學的基本原理。

二、教學方法對應

解決上述問題的根本方法，筆者認為只有從流體力學教學上，直面涉及流體的各種現(xiàn)象，使學生準確的把握物理本質(zhì)。為此在流體力學課堂上，廣泛采用流體模型教學和實例教學，增加學生觀察理解各種流動現(xiàn)象的機會，喚起他們對本門課的興趣的同時，讓他們形成為探究流動現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)進行思考的習慣，這對解決流體力學教學所面臨的問題至關重要。

使用電吹風斜向上吹一個讓學生事先準備好的氣球模型，沒經(jīng)驗的學生會意外的發(fā)現(xiàn)氣球會向斜上方飄起。這一流體流動現(xiàn)象可從風從氣球上部通過時，由于氣球表面的影響風的流向會產(chǎn)生變化，也就是流線產(chǎn)生彎曲，根據(jù)風的動量變化必然產(chǎn)生使得氣球浮起的升力得到解釋，還可以從物體繞流邊界層效應得到解釋。從這一簡單的模型教學，還可以解釋飛機的機翼通過改變空氣的流向進而獲得升力的流體力學上的工作原理。

在一個裝滿水的塑料瓶內(nèi)分別放入密度大于水和小于水的鋼球和泡沫小球，然后放在一個可移動桌面上，使桌面等直線加速運動，可發(fā)現(xiàn)鋼球運動較慢留在瓶底，而泡沫球運動較快停在瓶嘴附近。觀察這一個現(xiàn)象引導學生：泡沫球運動得較快是因為等加速運動瓶內(nèi)流體的靜壓在運動方向上遞減形成壓力梯度，小球的前進方向的壓力大于等加速運動產(chǎn)生的慣性力，因此小球相對于塑料瓶向前運動；而作用于鋼球的前進方向的靜壓力雖然與泡沫小球相同，但慣性力大于前進方向的靜壓力，因此鋼球相對于塑料瓶向后移動。這一模型教學比一般教科書上關于流體等加速直線運動流體的靜壓分布的例題更容易使學生抓住問題本質(zhì)，且能培養(yǎng)學生獨立思考之習慣，使學生體會到透過流體流動現(xiàn)象來正確觀察和理解把握流體力學基本規(guī)律的樂趣。

經(jīng)常使用立式洗衣機的人都知道，洗完衣服后，衣兜總要被翻過來，假如原來兜里裝有硬幣等硬物，也會被掏出來[5]。把這個實例在課堂上講出后，學生們甚有興趣，追問其中的奧秘，當教師根據(jù)伯努利定律做出解釋并介紹伯努利這位集物理學家、數(shù)學家、力學家及醫(yī)學家于一身的瑞士的大科學家的基本情況后，學生們頓時對這位科學家充滿了崇敬之情，通過大量這種實驗模型及實例教學，學生們對學習流體力學這門課更有了興趣和信心，教學效果的提高自不待言。

三、結(jié)語

本文詳盡的分析了計算機、因特網(wǎng)、手機等現(xiàn)代化通訊工具普及后對學生產(chǎn)生的影響，由于流體力學課程知識體系的特點，這種影響產(chǎn)生的負面問題很多，尤其是教授成長在應試教育體制下走入大學的學生，更需要轉(zhuǎn)換認識，改變教學觀念，在課堂教學中廣泛植入實驗模型教學和實例教學，讓學生直面實際存在的各種流體流動現(xiàn)象，通過實際的流體流動現(xiàn)象的觀察和理解，達到生動及形象的把握這些流動現(xiàn)象背后的流體力學的基本定理，有效提升教學效果的同時，通過簡單實驗模型的制作還可提高學生的動手能力，這對學生走向社會成為一個具有創(chuàng)造性思維能力、獨立思考的優(yōu)秀技術人員也是一個必不可少的雛形磨礪。

[參考文獻]

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篇7

關鍵詞：工程流體力學；教學改革；實踐；計算流體力學

中圖分類號：H191

工程流體力學是建筑環(huán)境與設備工程和土木工程等專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎課，是后續(xù)課程如建筑給排水、流體輸配管網(wǎng)、暖通空調(diào)等課程的基礎，也是開拓專業(yè)不可缺少的技術基礎理論學科。但是長期以來，工程流體力學一直是老師認為最難教、學生認為最難學的課程，因此如何提高工程流體力學課程教學質(zhì)量，激發(fā)學習興趣，加強能力培養(yǎng)，是目前迫切需要解決的問題。

在強調(diào)節(jié)能、注重環(huán)保的今天，面對未來生產(chǎn)的發(fā)展對能源動力的需求趨勢，許多相關聯(lián)的熱力工程技術、環(huán)境保護技術都需要工程流體力學作為其研究的理論基礎。因此，加深和拓寬工程流體力學的基本教學內(nèi)容，對原有課程進行有效整合及改革，延伸工程流體力學課程教學深度，提高該課程教學質(zhì)量，是我們在教學中急需解決的問題。

1、理論課的教學改革

由于傳統(tǒng)的極大慣性，理論課的改革須逐步進行，先進的教育理念本身在不斷發(fā)展，是動態(tài)的，這就決定了教學改革也是動態(tài)的[1]。

1）強化互動式教學。教師運用生動、詼諧的語言，深入淺出的比喻，靈活多變的講解，突出重點，重視基本概念、基本理論、基本方法的講解，講深、講透工程流體力學基本方程，結(jié)合講授內(nèi)容，有目的地介紹工程流體力學的各種基本方法、模型、技能以及工程和專業(yè)實際背景。要讓學生與教師互動起來。只有師生互動，才能有效地將學生帶到無限的探索和想象空間，激發(fā)他們的學習積極性和創(chuàng)造性，潛心探索以獲取新的知識。

2）采用板書與多媒體技術有機結(jié)合進行教學。

多媒體輔助教學是一種很有效的教學方式，是實現(xiàn)教學手段現(xiàn)代化的重要途徑。多媒體教學可以活躍課堂氣氛，激發(fā)學生學習興趣，增大課堂教學容量，克服傳統(tǒng)教學模式的弊端[2]。這種模式采用動畫、實驗演示等多種形式，化復雜為簡單，通俗易懂，生動活潑，具體形象地展示流體的一些流動現(xiàn)象，營造了一種圖文結(jié)合、視聽并舉的學習氛圍，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了教學效果及教學效率。但是在推導一些關鍵公式時，如果單一采用多媒體手段進行教學，可能導致學生出現(xiàn)思考不足、理解不透，如同看電影一樣匆匆而過的現(xiàn)象。所以，此時有必要結(jié)合傳統(tǒng)教學方式授課，留給學生足夠的時間思考、琢磨和消化。因此，教師應根據(jù)教學內(nèi)容將傳統(tǒng)教學和多媒體教學有機地結(jié)合起來，做到人機互補。

3）教師要轉(zhuǎn)變教學思想和更新教學觀念。教師應把教學從單純的專業(yè)技術知識教育轉(zhuǎn)變?yōu)橹刂R、素質(zhì)和能力并進的培養(yǎng)教育，激發(fā)學生解決工程實際問題的興趣。為了更好地學習理論知識，教師應優(yōu)選習題，加強課堂練習。只有扎實地掌握了工程流體力學的基本知識，才能更好地解決實際問題。因此，教師在課下一定要查閱大量的工程流體力學教材和習題集，整理出加深基本知識的選擇題和問答題以及從實際問題中抽象出來的計算題。

4）改革考核方式?，F(xiàn)在大多數(shù)學校對工程流體力學課程的考核主要是期末筆試，有些學校增加了平時成績，但平時成績大多是依據(jù)課堂考勤和平時作業(yè)，這在很大程度上制約著學生主體作用的發(fā)揮，有些學生比較反感，甚至造成抵制情緒，不利于良好教學氛圍的建立，有些同學甚至在考試時"鋌而走險"，因此改革考核方法勢在必行。期末考試除了筆試之外，還可把實驗現(xiàn)場操作和實驗報告的分數(shù)作為平時成績的一個方面，也可大膽地采用課程論文、課程答辯等形式，考核方式甚至可以采用開卷方式，制定考試方法必須是為實現(xiàn)教學目的服務，而不是為了考試而考試。

2、實驗課教學改革

工程流體力學實驗教學是理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的以教師為中心的實驗教學模式抑制了學生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。[3]目前工程流體力學實驗教學中存在著很多問題，[4]比如說傳統(tǒng)的教學方法使學生在實驗過程中創(chuàng)造性思維得不到發(fā)揮；實驗室設備條件在很大程度上不能滿足教學需要；實驗方法落后，不能激發(fā)學生的學習熱情；實驗教材過于簡單化；實驗報告不規(guī)范等等。為了解決上述問題，我們積極采取了很多措施，比如說以減少驗證性實驗，增加設計性、綜合性實驗來激發(fā)學生的動手動腦的學習積極性；采用多媒體輔助實驗教學；引進先進的實驗設備；設計合理的實驗報告；更新實驗教材等等。通過對工程流體力學實驗教學改革，改變了學生對實驗課的學習態(tài)度，提高了學生運用所學知識分析問題、解決實際問題的能力，激發(fā)了學生的求知欲望和創(chuàng)新意識，使得教學效果和教學質(zhì)量顯著提高。

3、加強CFD技術在工程流體力學中的應用

近來年，隨著計算機科學的發(fā)展，計算流體力學（簡稱CFD）技術日趨成熟，CFD軟件得到了較廣泛的應用。[5]-[6]該軟件可以生動、形象地展示各種常見的流動現(xiàn)象，將抽象的概念、理論變成形象的畫面，已成為解決各種流動現(xiàn)象的有力工具，過去只能靠實驗手段才能得到的某些結(jié)果，現(xiàn)在已經(jīng)完全可以借助于CFD技術的數(shù)值模擬來準確獲取。教師如果在講述枯燥的理論課時加以CFD模擬，這樣不僅便于學生對所學內(nèi)容的深入理解，而且達到激發(fā)學生的學習興趣，改善教學效果的目的。比如在講述雷諾實驗流體流動狀態(tài)時，[7]教師可以在課前利用CFD軟件模擬圓管內(nèi)流動，上課時學生只要通過觀看顏色水的流線就可非常輕松地辨別出流動形態(tài)。再比如在講述暖通空調(diào)課程時，教師可以給學生播放不同通風方式或不同送風狀態(tài)下的空調(diào)房間流場圖，[8]在強烈的視覺沖擊效果下，不僅大大加強了學生的記憶深度，而且還有助于學生對所學內(nèi)容的理解，甚至學生本人就可以歸納出不同通風方式或不同送風狀態(tài)的優(yōu)缺點。

4、結(jié)束語

作為一門專業(yè)基礎課，《工程流體力學》課程是面向工程應用人才的課程，所以所學理論內(nèi)容必須和工程實際緊密結(jié)合。該課程的教學改革必須不斷深入，這樣才能為培養(yǎng)新世紀綜合型專業(yè)人才奠定扎實的基礎。

參考文獻：

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[6]王福軍.計算流體動力學分析--CFD軟件原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2004

篇8

關鍵詞：教學質(zhì)量；保障體系；工程流體力學

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：B 文章編號：1674-9324（2012）12-0035-03

工程流體力學是熱能與動力工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，也是礦業(yè)工程、安全工程、礦物加工、環(huán)境工程等許多專業(yè)的重要專業(yè)基礎課。具有基礎知識涉及面廣、基本概念多、內(nèi)容抽象等特點，是一門理論性和實踐性均較強的課程，不但理論抽象，而且直接面向工程實踐。在工程流體力學的教學過程中，學生普遍認為“這門課難學”。其客觀原因主要體現(xiàn)在三方面：一方面是工程流體力學涉及的知識比較多，如材料力學、大學物理、高等數(shù)學等；另一方面是工程流體力學課內(nèi)容比較抽象，學生理解起來相當困難；最后還由于工程流體力學工程背景強，學生普遍缺乏實踐知識。為提高工程流體力學課程的教學質(zhì)量，我們從構(gòu)建教學質(zhì)量保障體系入手。根據(jù)全面質(zhì)量管理的理論和課程教學質(zhì)量保障體系的功能及影響因素的分析，高校課程教學質(zhì)量保障體系應由五個系統(tǒng)構(gòu)成[1]。教學質(zhì)量保障系統(tǒng)，就是把對教學產(chǎn)生重要影響的教學管理活動有機地聯(lián)結(jié)起來，形成一個能夠保障和提高教學質(zhì)量的系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化、持續(xù)化的整體，其實質(zhì)是不斷探索如何以更合理的方式管理學校的人才培養(yǎng)活動，以有效地滿足社會對高等教育不斷增長的各種要求[2]。

根據(jù)課程建設情況，制定了圖1的課程教學質(zhì)量保障體系。

一、課程教學質(zhì)量控制系統(tǒng)

工程流體力學課程教學質(zhì)量保障體系的核心是其教學質(zhì)量控制系統(tǒng)，主要包括教師隊伍建設、教材建設、教學大綱修訂、理論教學、實驗教學和考試方式改進等。

青年教師的培養(yǎng)是師資隊伍建設的重點。青年教師學歷層次高、基礎扎實；其不足是講課內(nèi)容與生產(chǎn)實際及后續(xù)課程結(jié)合較少，講課時還不能收放自如。為此，安排青年教師邊上課、邊助課。實踐證明，助課是一種培養(yǎng)年輕教師上好課的必要環(huán)節(jié)。教材是教學內(nèi)容的主要載體，我們根據(jù)專業(yè)特點編寫了一套符合專業(yè)培養(yǎng)目標、具有特色的高質(zhì)量教材和輔助教材。針對能源與動力類專業(yè)本科教學要求，并兼顧其他相關專業(yè)的教學需要，2002年出版了《工程流體力學》第一版。該教材在江蘇省教育廳的資助下，進行整體優(yōu)化、精簡、補充，突出工程背景和工程應用，作為江蘇省高校立項精品教材，于2010年出版了第二版。為使學生更好掌握工程流體力學的內(nèi)容，2007年，出版了配套學習輔導教材《流體力學學習輔導與習題解答》。該教材作為工程流體力學課程的配套學習輔導教材，受到學生的歡迎，取得了良好效果。同時，為滿足《工程流體力學》雙語課程教學需要，在參考國外原版教材的基礎上，結(jié)合我校的實際情況，于2010年出版了英文版《工程流體力學》教材，完善了我?！豆こ塘黧w力學》教材體系。為提高教材質(zhì)量，特邀美國肯塔基大學Jimmy Smart教授參與了教材的編寫工作，并對整本教材進行審閱、修改。在理論教學過程中，充分利用教師因素和學生因素[3]。教師是教學過程的組織者，在教學過程中發(fā)揮主導作用。通過實例讓學生理論聯(lián)系實際；通過實例來吸引學生的學習興趣，加深印象。實驗教學是理論聯(lián)系實際的主要環(huán)節(jié)，開放的實驗模式在對學生的基本實驗技能掌握，知識的綜合應用，創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和開拓能力的培養(yǎng)方面起著重要的作用[4]。我們的實驗教學以能力培養(yǎng)為重點，包括動手能力、觀察能力和分析問題能力。從1999年起，我校將實測實驗、演示實驗和計算機模擬實驗融為一體，極大地改善了實驗手段。工程流體力學課程配套了16學時的綜合實驗課，學生可根據(jù)個人情況，選擇合適的時間進行實驗。為學生創(chuàng)造了一流的、開放的實驗室課外學習基地，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和動手能力。熱能與動力工程專業(yè)本科生多次在全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽中獲獎，與工程流體力學綜合性、設計性實驗的鍛煉是分不開的?？荚嚦煽兪呛饬拷膛c學效果的一個主要指標，確?？荚嚨膰烂C性和公平性，并使考試成績能夠如實反映教與學的效果。從學校的情況來看，還是以筆試為主，主要是考核學生對基礎理論的掌握情況，是檢驗教學質(zhì)量的主要手段，也是驗證教學效果的主要途徑[5]?？荚嚨哪康氖菫榱肆私鈱W生對本課程知識體系的掌握情況，不能單靠死記硬背來檢驗學生對知識的掌握程度，考試內(nèi)容要注重學生對基本理論的理解和運用上。使學生把學習的重點放在對基本理論和基本概念的應用和理解上，避免死記硬背式的學習方法。而計算題則突出對解題步驟的要求，按步驟給分，沒有步驟就不給分。目前，我們正在積極開展工程流體力學習題庫和試題庫建設。在同時開課班級較多的情況下，采取統(tǒng)考的形式，使考、教分離，使考試能夠更好地檢查教與學的質(zhì)量和效果。

二、課程教學質(zhì)量信息收集與處理系統(tǒng)

課程教學質(zhì)量信息收集與處理系統(tǒng)包括領導聽課、教學檢查、督導檢查、學生信息員、學生評測等，目的是從不同側(cè)面收集課程教學的相關情況，對課程教學質(zhì)量進行監(jiān)控。

領導聽課主要是學院和系領導，通過聽課了解工程流體力學課程的教學情況，解決教學問題。教學檢查包括開學初、期中、期末教學檢查，掌握教學信息，穩(wěn)定教學秩序。教學督導員的工作以聽課為主，督導員可隨時對課堂教學、實驗教學等進行聽課檢查、指導。為提高教學質(zhì)量、加強教學管理、促進教學相長，我校2009組建了校、院兩級學生教學信息員小組。學生教學信息員覆蓋了全校所有的專業(yè)和班級，能全面地反映同學們在學習工程流體力學課程過程中發(fā)現(xiàn)的問題及建議，及時反映教學管理、教師教學中存在的問題。為更好地搞好工程流體力學課程建設，我們通過大范圍調(diào)查問卷和小范圍收集學生個人對工程流體力學課程的意見等方式，及時掌握學生對工程流體力學課程的意見和建議。調(diào)查問卷內(nèi)容包括課程課時設置是否合適，教師教學方式安排，學生是否主動發(fā)言，學生對授課老師的要求，課程所使用的教材，課程作業(yè)量是否合適等。我們建立的這個教學質(zhì)量信息收集系統(tǒng)，目的是多渠道、科學地收集有關工程流體力學課程教學質(zhì)量的信息。本系統(tǒng)還有一個功能就是對這些信息進行科學的、合理的、公正的處理。信息收集和處理是為了診斷和評價，為了推進教學質(zhì)量的逐步提高，為了幫助教師改進教學，促進學生、教師、管理人員三者之間圍繞學校的辦學目的、課程教學目標建立更為密切的關系，協(xié)調(diào)工作。

三、課程教學質(zhì)量信息反饋系統(tǒng)

課程教學質(zhì)量信息反饋系統(tǒng)包括教務處反饋、督導組反饋、教學秘書反饋、任課教師反饋和學生信息員反饋。我校常年承擔工程流體力學課程教學的主講教師6人，經(jīng)常承擔工程流體力學課程教學任務的教師6人。根據(jù)教務系統(tǒng)要求，每次課程結(jié)束后，每個學生均必須對本課程教學過程以及任課教師作出評價，并由教務處反饋給學院和教師。我校本科教學督導組分為學校和學院兩級。督導組分別為學校、學院的教學改革工作提供咨詢。通過聽課、座談、訪問、征詢、專題評估等各種方式對教學過程進行監(jiān)督，并及時提供信息和反饋意見。在制定本科人才培養(yǎng)方案，教材建設，課程體系、教學內(nèi)容改革，教學實踐改革，教學管理以及教師教書育人，學風建設等方面提出意見和建議。教學秘書的工作涉及本院的全部教學工作，是連接各方面教學活動的橋梁和紐帶，具有承上啟下、協(xié)調(diào)左右、溝通信息和改善關系的作用。由于教學秘書非常熟悉教學管理、教學環(huán)節(jié)，又同時接觸教師和學生。因此，通過教學秘書反饋的對于課程的意見和建議，對提高工程流體力學課程教學質(zhì)量具有非常重要的作用。工程流體力學任課教師根據(jù)其教學過程的切身體會，對教與學兩方面情況均比較熟悉。任課教師的反饋對于課程教學質(zhì)量的提高具有直接的促進作用。教師還可通過教學例會及時反饋教學中的信息，解決教學中存在的問題。學生教學信息員小組是完善通暢的教學信息網(wǎng)絡和健全教學檢查、反饋、監(jiān)督機制的重要手段，是學生和學校教學管理部門之間有效的信息溝通渠道。學院通過信息員反饋、學生測評、畢業(yè)生信息反饋等及時了解并解決教學問題。課程教學質(zhì)量信息反饋系統(tǒng)通過以上多種渠道收集反饋意見，經(jīng)過診斷和評價后，將結(jié)果反饋給教師，目的是幫助他們改進教學方法、提高教學質(zhì)量。在我們的工程流體力學精品課程網(wǎng)站上，還有師生互動平臺，學生可以將他們的意見和建議直接反饋給教師，教師也可以將其建議直接返回給學生。

工程流體力學是一門理論性和實踐性均較強的課程，為切實提高其教學質(zhì)量，構(gòu)建了教學質(zhì)量保障體系。該教學質(zhì)量保障體系以課程教學質(zhì)量控制系統(tǒng)為核心，通過教學過程信息收集、處理，并將意見和建議進行反饋，達到改進教學方法、提高教學質(zhì)量的目的。

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篇9

患腦血管疾病的病人大多有不同程度的意識障礙、肢體癱瘓、失語以及大小便失禁等，加之輸入液體刺激性大，輸液時間長，每日輸液次數(shù)多，為保證病人治療的順利進行，故輸液工具的選擇非常重要。我科采用BD留置針――萬瓏TM進行靜脈留置來完成輸液治療，使用靜脈留置針能保護病人的血管，減少穿刺次數(shù)，減輕病人因多次穿刺帶來的痛苦，在輸液過程中，使病人更舒適，不用擔心血管被刺破，方便安排合理用藥時間和緊急搶救，提高藥效和搶救成功率，減少花費，同時也大大的減輕了護士的工作量，提高了護理質(zhì)量。但由于腦血管疾病病人的特點，在使用中存在著一些護理問題，針對問題進行及時的處理才能使病人的治療安全進行，現(xiàn)將存在的護理問題和護理對策總結(jié)如下：

1 護理問題

1.1 導管堵塞 造成導管堵塞的原因很多，通常與輸液后封管液種類、用量、封管的操作方法以及推注速度選擇不當，靜脈輸營養(yǎng)液后導管沖洗不徹底，病人凝血機制異常以及病人因意識不清反復躁動和病情輕的病人輸液肢體反復活動等有關。

1.2 液體滲漏 血管選擇不當，進針角度過小，固定不牢，病人躁動不安，外套管未完全送入血管內(nèi)或套管與血管壁接觸面積太大等原因均可導致液體外滲［1]。輕者出現(xiàn)局部腫脹、疼痛等刺激癥狀，重者可導致組織壞死。

1.3 皮下血腫 穿刺及置管操作不熟練，技巧掌握不好，送外套管時未繃緊皮膚，動作不穩(wěn)，操之過急等因素都可使留置針穿破血管壁而致穿刺失敗，造成皮下血腫。

1.4 靜脈炎 靜脈炎是靜脈留置針常見并發(fā)癥，其發(fā)生原因與留置針留置時間過長、病人個體差異，輸入藥物的酸堿性、滲透壓和細菌感染等有關［2，3]，主要表現(xiàn)為穿刺部位血管紅、腫、熱、痛，觸診時靜脈如繩索樣硬、滾、滑、無彈性，嚴重者局部針眼處可擠出膿性分泌物，伴有發(fā)熱等全身癥狀。耿少英等［4]研究，炎癥以近心端和穿刺點部位發(fā)生率高且程度也較遠心端為重。

1.5 靜脈血栓形成 靜脈血栓形成見于血流緩慢的靜脈內(nèi)。據(jù)報道，久病臥床病人發(fā)生在下肢靜脈的血栓比上肢靜脈的血栓多3倍，另外，反復多次在同一部位使用留置針進行靜脈穿刺導致血管壁損傷，也是血栓形成的主要因素。

1.6 固定不規(guī)范 常見有敷貼卷邊，未采取無張力性粘貼，敷貼粘貼位置不正確造成敷貼邊緣不封閉，標注條粘貼位置不正確，留置針尾端固定位置不恰當。

1.7 留置時間過短和過長 因病人躁動造成輸液部位外滲，導管堵塞，輸入液體刺激性大病人感覺疼痛，病人自行抓扯等因素均可導致留置針不能保留96小時。由于護士進行輸液時未檢查留置針留置的時間，個別病人因留置針保護較好又怕穿刺疼痛或靜脈條件不好而強行要求繼續(xù)使用，故而造成留置時間超過96小時。

2 護理對策

2.1 做好健康教育 使用前要給病人和家屬講明留置針使用的目的，好處以及費用，讓其了解有關留置針的護理知識，常見的并發(fā)癥及其預防方法，輸液后可以適當活動，如寫字、簡單家務、洗澡等，但不要劇烈活動，如提重物、打球等，置管期間注意保持穿刺部位干燥、清潔，在洗澡時，建議外包一層保鮮膜防止進水，淋浴時不要長時間浸泡在水中，通過講解取得病人和家屬的配合以預防堵管、液體外滲、靜脈炎等并發(fā)癥的發(fā)生。

2.2 對于腦血管疾病病人的輸液通路均采取靜脈留置針，盡量杜絕使用鋼針輸液。

2.3 正確選擇血管 根據(jù)病人年齡、病情及血管情況選擇血管，一般選擇與肢體縱軸平行長度在2.5cm以上，彈性好，無靜脈瓣的可視血管為最佳穿刺血管［5]。成人選擇血管的順序一般為前臂中段、手背、手腕、手肘，穿刺時注意保護好血管，避免在同一部位反復穿刺，并盡量避免使用下肢靜脈和癱瘓肢體的靜脈，因為下肢和癱瘓肢體的血液循環(huán)差，易發(fā)生血栓和靜脈炎，另外在輸液過程中，囑患者經(jīng)常松握拳，以促進血液循環(huán)，也可減少靜脈炎的發(fā)生。

2.4 留置針大小的選擇要合適 原則是在滿足病人輸液要求前提下，選擇最小最細的導管［6]。

2.5 護士應熟練掌握穿刺技術 按規(guī)范進行操作，把握好進針的角度，送外套管時要繃緊皮膚，掌握好技巧，動作要穩(wěn)，不能操之過急，盡量保證穿刺的成功，避免皮下血腫的發(fā)生。如病人局部出現(xiàn)皮下淤血時，可避開針眼處用生土豆切成薄片敷于淤血處以減輕疼痛，促進局部皮下淤血消散。

2.6 正確封管 封管液選用肝素稀釋液（NS250mL+肝素12500u），輸液結(jié)束后吸3-5mL肝素稀釋液進行脈沖式正壓封管，如病人輸入靜脈營養(yǎng)液后應用NS 5mL徹底沖洗導管后再用肝素稀釋液進行封管，封管時要注意推注速度不能過快。曲瑤等［7]觀察120例進行快速推注與緩慢推注效果比較，緩慢推注組成功率為95.0%，而快速推注組成功率為53.3%。張家榮等［8]通過臨床觀察，也發(fā)現(xiàn)快速推注封管液使局部靜脈炎和外滲腫脹率明顯提高。

2.7 規(guī)范固定留置針及敷貼 穿刺成功后，固定敷貼時要采取無張力性粘貼，以穿刺點為中心進行粘貼，注意將留置針分叉處覆蓋，保證敷貼的邊緣粘貼緊密并處于封閉狀態(tài)，標注條寫好留置的日期、時間和操作者固定于留置針分叉處敷貼的上面，但不能遮蓋針眼處，以免影響局部的觀察，固定留置針尾端時應避開敷貼和穿刺靜脈的走行，特別是固定留置針尾端的膠布也不能粘貼在敷貼上，以免影響留置的時間和輸液的通暢。

2.8 加強局部的觀察 注意觀察針眼有無紅腫、有無滲血和滲液，導管有無堵塞，穿刺部位有無腫脹和炎性反應，敷貼有無卷邊，留置時間有無超過96小時。如發(fā)現(xiàn)有炎性反應時應給予拔除，局部可用生土豆切成薄片或用50%的硫酸鎂液敷于紅腫部位，注意避開針眼處。如出現(xiàn)導管堵塞，可用5ml注射器進行回抽，回抽仍不暢通時應拔除，切忌用NS進行推注以免引起栓塞。如出現(xiàn)敷貼卷邊、粘貼不牢固時應進行消毒后更換敷貼。如出現(xiàn)留置時間超過96小時應拔除重新穿刺，如遇病人留置時間超過96小時仍要繼續(xù)輸入時，護士要耐心解釋，講解繼續(xù)使用可能出現(xiàn)的并發(fā)癥，讓病人及家屬理解、配合。

2.9 護士應有高度的工作責任心和慎獨精神 輸液過程中加強巡視，如病人躁動不安時可適當進行約束，及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

篇10

關鍵詞：工程流體力學；環(huán)境類；教學難點；教學方法；銜接技巧

作者簡介：齊旭東（1981-），男，河北唐山人，河北工業(yè)大學能源與環(huán)境工程學院，講師。（天津 300401）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0130-02

一、環(huán)境類工程流體力學的學科特色分析

環(huán)境類專業(yè)涉及流體力學的內(nèi)容廣泛，而且與機械、熱能動力、水利等傳統(tǒng)學科對流體力學的要求有明顯不同。[1-3]河北工業(yè)大學（以下簡稱“我?！保┉h(huán)境工程專業(yè)采用聞德蓀先生編著的《工程流體力學》教材，由高等教育出版社出版，分上下兩冊，上冊為《理論流體力學基礎》，下冊為《應用流體力學》。該教材與其它傳統(tǒng)學科所采用的流體力學教材相比區(qū)別較大：由于人類生活和生產(chǎn)主要局限在生物圈，生物圈中水和氣是無處不在的，環(huán)境類專業(yè)主要圍繞水和氣，因此，上冊《理論流體力學基礎》的覆蓋面極大，包括靜力學、運動學、動力學、恒定平面勢流、流動相似原理、流動阻力和能力損失等模塊；下冊《應用流體力學》包括孔口和管嘴出流、有壓管流、明渠流、堰流、滲流等模塊。下冊以水為主，旁及氣體，實際上是水力學基礎。但是，與傳統(tǒng)水力學又有著明顯的不同，這一不同并不是教材主要內(nèi)容的差異，而是學科體系的構(gòu)建不同。傳統(tǒng)水力學在學科構(gòu)建上有著鮮明的學科特色，而環(huán)境類專業(yè)所學習的《應用流體力學》（教材下冊）是采用更加簡單的方式初步介紹水力學。換言之，是上冊《理論流體力學》的動力學在幾種特殊邊界流場中的具體應用，這些特殊流場的研究對于設計和計算環(huán)境類的反應器、構(gòu)筑物的形式和尺寸，以及流體輸配具有重要意義。

工程流體力學與三大力學（理論力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學）相比，其主要概念和原理幾乎沒有相似之處，[4-6]與大學物理學相比也無相似之處。[7]換言之，在工程流體力學中涉及的概念和原理對本科生來說幾乎是全新的。工程流體力學建立在連續(xù)介質(zhì)假設基礎上，是通過牛頓經(jīng)典力學和高等數(shù)學知識對流體靜止和運動規(guī)律進行研究，通過歐拉法或拉格朗日法對流動現(xiàn)象建立數(shù)學模型，從而用微積分等高等數(shù)學方法解決流體流動問題。該學科的基本概念和原理在三大力學或大學物理學中幾乎是從未提及過的。

可見，工程流體力學的學科特點鮮明，是環(huán)境類專業(yè)的重要骨干課程。筆者從事工程流體力學教學7年有余，并主動向老教師或其他同行學習探討，發(fā)現(xiàn)除了要把握好該課程的學科特點外，對教學難點也要廣泛篩選、收集和研究，并結(jié)合教學方法進行探討論證，[8-12]具體分析見表1及下文。

表1 若干教學難點與教材章節(jié)對應一覽表

序號 教學難點 教材章節(jié)[1]

1 連續(xù)介質(zhì)假設 第一章緒論

2 隔離體受力分析 第一章緒論

3 流體相對平衡 第二章流體靜力學

4 流體靜力學基本方程、阿基米德原理 第二章流體靜力學

5 拉格朗日法、歐拉法 第三章流體運動學

6 亥姆霍茲速度分解定理 第三章流體運動學

7 理想流體動力學、實際流體動力學 第四章理想流體動力學和平面勢流、第五章實際流體動力學基礎

8 牛頓一般相似原理、單項力相似準則 第六章量綱分析和相似原理

9 普朗特混和長度理論 第七章流動阻力和能量損失

10 孔口、管嘴出流和有壓管流 第九章有壓管流和孔口、管嘴出流

11 堰流 第十章明渠流和閘孔出流及堰流

12 滲流 第十一章滲流

二、環(huán)境類工程流體力學的教學難點與教學方法銜接技巧分析

連續(xù)介質(zhì)假設（序號1）是工程流體力學的基礎，其重要性不言而喻，但是作為一門新課程的開始，學生往往很難接受這樣的模型假設。因此，宜采用討論法處理該問題，討論法的難點是避免討論課的無計劃性。質(zhì)點的概念對于研究流體運動是至關重要的，但是有大半學生掌握不到要領。具體體現(xiàn)在，把流體質(zhì)點的概念與物理學剛體質(zhì)點的概念混淆，覺得二者完全一致，沒有特殊涵義。面對這一問題，與學生針對兩個“質(zhì)點”概念進行詳細的機理分析是很必要的。連續(xù)介質(zhì)假設的核心理念是流體質(zhì)點概念的提出，流體質(zhì)點是這樣定義的：流體質(zhì)點是指尺度大小同一切流動空間（流場）相比微不足道又含有大量分子，具有一定質(zhì)量的流體微元；物理學中的剛體如果只發(fā)生平移運動的話，該剛體可簡化成質(zhì)點處理，即用一個質(zhì)點代替剛體，使物理運算變得很方便。因此，這兩個“質(zhì)點”概念有著不同的涵義，流體的主要特點之一就是易流動性，流場的形狀受制于邊界條件，流場在流動過程中，邊界形狀不斷變化，所以，流場形狀也在不斷變化，因此，流體質(zhì)點不能替代流場，而是由大量的流體質(zhì)點組成連續(xù)介質(zhì)，填充整個流場。

工程流體力學本質(zhì)上講是力學問題，需要在解題前進行受力分析（序號2）。在中學物理學中，受力分析貫穿始終，為中學生所熟知。所以，該部分的學習推薦采用自學指導法和對比分析法，這樣可以充分調(diào)動學生的學習積極性。由于流場形狀受制于邊壁，流體的受力分析規(guī)律性不明顯，這與中學物理學的剛體受力分析區(qū)別較大。流體受力分析，均可從兩個方面進行，即質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力包括重力和慣性力，屬于遠程力，作用在整個流場的所有質(zhì)點上，其中，慣性力的存在與否取決于坐標系的選擇。如果選擇慣性坐標系，則慣性力肯定不存在；如果選擇非慣性坐標系，則慣性力肯定存在。表面力包括切應力和壓應力，概念的內(nèi)涵與剛體的表面力相似，切應力和壓應力之間的區(qū)別在于作用力方向的不同。

很多學生不了解學習流體相對平衡（序號3）的意義何在，根據(jù)該知識的特點，可采用探究發(fā)現(xiàn)法處理該部分內(nèi)容。流體相對平衡的意義，在于將特殊的運動問題轉(zhuǎn)化成相對靜止的問題，從而使計算得到簡化。當整個流場與固體邊壁無相對運動時，選擇非慣性坐標系，根據(jù)達朗貝爾原理引入慣性力，可用相對平衡條件來處理該問題，即對隔離體采用受力平衡條件，可使計算過程大大簡化。

中學物理學所熟悉的流體靜力學基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何從流體靜力學的角度來重新定義（序號4），也是這一章的難點。該難點的講解宜采用啟發(fā)性談話法，該方法一定要注意談話內(nèi)容的設計合理性，以期對整個談話過程有的放矢。流體靜力學基本方程的限定條件是質(zhì)量力僅有重力，也就是說，坐標系為慣性坐標系。如果將其推廣到非慣性坐標系，則計算方法應為歐拉平衡微分方程的積分式，歐拉平衡微分方程是建立在牛頓第二定律基礎上的。該部分需要學生將流體靜力學基本方程與歐拉平衡微分方程積分式進行對照。阿基米德原理是計算浮力的基本原理為中學生所熟知，在中學物理中往往解釋成由實驗研究獲得，實際上在大學工程流體力學中可以解釋成曲面所受靜壓力的合效應使其意義更廣泛。

流動現(xiàn)象如何用數(shù)學語言描述，這是流體力學建立的基礎，該難點的處理宜采用講授法。描述流體運動的方法有兩種，即拉格朗日法和歐拉法（序號5）。拉格朗日法是從流場中選擇關鍵性流體質(zhì)點組成流體質(zhì)點系，跟蹤每一個流體質(zhì)點，研究其運動規(guī)律，進而總結(jié)出質(zhì)點系運動規(guī)律，從而推演出整個流場運動規(guī)律，該方法概念清晰，但是分析和計算過程復雜。歐拉法是從流場中選擇有代表性的空間點，分析這些空間點的運動規(guī)律，從而總結(jié)出整個流場運動規(guī)律。在計算流體力學中，常常采用拉格朗日法，在工程流體力學中常常采用歐拉法。

流體微元運動的基本形式包括平移、轉(zhuǎn)動、角變形、線變形等。在流體微元內(nèi)部，如果已知其中一點的運動要素，在微元內(nèi)其他空間點的運動要素可以用已知點的運動要素表達出來，該定理稱為亥姆霍茲速度分解定理（序號6）。很多學生對該定理存在疑問：微元內(nèi)部這兩個空間點之間怎么會存在聯(lián)系？該問題適合采用探究發(fā)現(xiàn)法進行介紹，教師可首先將其轉(zhuǎn)化成高等數(shù)學的模型，提示學生用微積分的方法來處理，具體而言，二者之間的聯(lián)系是通過高等數(shù)學中的泰勒公式建立的。

理想流體動力學和實際流體動力學（序號7）在工程流體力學中是可以合并講授的，采用系統(tǒng)講授法更合適，這樣更有利于知識的完整性。流體動力學主要涉及三大方程的后兩個，即能量方程和動量方程。首先介紹理想流體運動微分方程和實際流體運動微分方程，前者也稱為歐拉運動微分方程，后者也稱為N-S方程，這兩個重要方程均由牛頓第二定律推導獲得，二者可作為計算流體力學基礎，由此也可推導出能量方程。另一點需要注意，能量方程有兩種形式，理想流體能量方程和實際流體能量方程，前者可以統(tǒng)一到后者中去，由于實際流體存在粘滯力，可產(chǎn)生能量損失，即單位重量流體從計算斷面1-1運動到計算斷面2-2時的平均能量損失；如果是理想流體，則粘滯力不存在，產(chǎn)生的能量損失為0。

量綱分析和相似原理主要涉及到（動力）相似準則里的牛頓一般相似原理和單項力相似準則之間的辯證關系（序號8）。該部分知識瑣碎，宜采用講授法。兩個流動，即原型和模型流動，如果要實現(xiàn)流動相似，幾何相似和初始條件、邊界條件相似是基礎，動力相似是保證，運動相似是目標。如果要實現(xiàn)動力相似，需要對應空間點處各個同名力方向相同，大小成固定比例，這稱為牛頓一般相似原理。但如果在幾何相似和牛頓一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的幾何形狀和大小完全一致，失去了模型實驗可縮小原型幾何尺寸的意義。正是基于此，所以提出單項力相似準則，在流動中起主導作用的力往往只有一種，這是流動現(xiàn)象的特點，所以如果在原型和模型中，起主導作用的力相似的話，可認為二者的動力相似已實現(xiàn)。

普朗特混和長度理論（序號9）是學生學習的難點，大多數(shù)學生感覺該部分不知所云。比如說，該半經(jīng)驗理論的意義是什么，問題從何而來？該部分宜采用討論法。流體處于湍流狀態(tài)時，運動參數(shù)可以分為時均流速和脈動流速，時均流速產(chǎn)生時均切應力，脈動流速產(chǎn)生附加切應力，時均切應力的計算采用牛頓內(nèi)摩擦定律，附加切應力計算采用脈動流速計算，即，其中脈動流速ux’和uy’計算困難，需要通過普朗特混和長度理論進行計算，該理論通過將湍流脈動與理想氣體自由程理論進行類比，提出自由程概念，從而將脈動速度與時均速度建立聯(lián)系，實現(xiàn)了附加切應力的計算可行性。

孔口、管嘴出流和有壓管流（序號10）是研究水力設備和輸配水管網(wǎng)的基礎，這一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、長管、管網(wǎng)，對這些模型的深入研究需要采用上冊流體動力學的連續(xù)性方程和能量方程，在深入分析流動規(guī)律后，可得最一般的規(guī)律性，即流量和斷面平均流速的計算公式。這部分可以看成針對幾種特殊邊界應用動力學方程來求解計算題，所以在介紹了孔口或短管以后，其他形式的邊界流動由學生通過練習法和討論法來自學，最后由教師進行總結(jié)。

在緩流中，為控制水位和流量而設置的頂部溢流的障壁稱為堰，緩流經(jīng)堰頂溢流的局部水流現(xiàn)象稱為堰流（序號11）。在環(huán)境類專業(yè)中，堰是常用的溢流集水設備和量水設備，在一確定的堰流中，流量與其它特征量的關系明確。薄壁堰可在環(huán)境類構(gòu)筑物中作為出水設施，如二次沉淀池出水等。該部分內(nèi)容生疏，宜采用演示法和講授法。

滲流（序號12）是指流體在孔隙介質(zhì)中流動，該流動狀態(tài)在地下水中廣泛存在，對地下取水井的設計往往要采用該模型的相關理論。該部分多在研究生階段深入學習。

三、結(jié)語

工程流體力學在環(huán)境類專業(yè)中的現(xiàn)實意義和理論意義重大，在注冊環(huán)保工程師基礎考試中份額可觀。該課程學習難點頗多，對于本科生來說學習的壓力較大，需要教師在知識點梳理、難點篩選、師生溝通、教學方法總結(jié)等方面多做工作，筆者通過對環(huán)境類專業(yè)工程流體力學教學的自身體會完成此文，希望對教學一線的教師有所幫助。

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