導語：如何才能寫好一篇流體靜力學方程的應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞 流體靜力學 實驗教學 改進措施

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Measures to Improve Hydrostatic Experimental Teaching Content

SU Linfang

（Dalian Maritime University， Dalian， Liaoning 116026）

Abstract In this paper， for the contents of the hydrostatic test， discuss how to understand the detail of isobaric surface statics concept， negative and atmospheric pressure and hydrostatic equation， etc.， and explain how to use it to guide life and production practices.

Key words hydrostatic； experimental teaching； improvement measures

針對本科課程開設的流體靜力學實驗，其實驗的目的：

第一為利用測壓管測量流體靜壓強；

第二為驗證不可壓縮流體靜力學基本方程，即

+ = （公式一）

第三為理解正壓及真空概念，測量真空度；

第四為測量油的比重。

為了更好地配合理論課教學實踐，本著寓教于樂、將理論轉換為日常生活生產(chǎn)實踐的指導思想，通過以上實驗內容，本文著重分析并闡述如何將之加以活學活用。例如，如何通過靜力學等壓面原理，解釋現(xiàn)實生活中的諸多靜力學現(xiàn)象，如熱水器出水等馬里奧特変液位下恒定流裝置原理、液位計原理；如何將負壓及大氣壓概念，應用到日常生活實際中；如何利用靜力學基本方程定制各種形式的測壓計等。從而使教育內容更加豐富，并達到一定的拋磚引玉的作用。

在日常生活中，經(jīng)常能看到進水供水量不斷變化，出流均勻的現(xiàn)象，如熱水器、飲水機及輸液點滴瓶等。如何理解這些現(xiàn)象，還得從靜力學等壓面概念來加以分析。在靜力學實驗教學中提出，等壓面的概念，是指流體中壓強相等的各點所組成的面。

即 = = 0 + + = 0

其重要特性是指等壓面上任一點的質量力恒正交于等壓面，即靜止流體上任一點的質量力恒垂直于通過該點的等壓面。例如，自由液面及處于平衡狀態(tài)下的兩種液體的交界面均為等壓面。

那么如何運用靜力學等壓面概念來解釋以上所提到的日常隨處可見的現(xiàn)象呢？諸如熱水器均勻出流、飲水機均勻出流等。

首先，針對熱水器出水原理，詳解如下。

使用熱水器的時候會發(fā)現(xiàn)，一旦調節(jié)好開關大小，淋浴頭的出水速度是恒定不變的流出。熱水器結構有加熱元件、內膽（儲水裝置）、溫度控制器、限壓閥、出水口、進水口及混水閥等。其中，進水口的上表面低于出水口的上表面。當電熱水器的水溫達到設定溫度后，溫度控制器停止供熱源，當打開熱水器開關，即進水口與自來水管相連，達到接近100kpa，冷水流入內膽，經(jīng)混水裝置到合適溫度，熱水從出水口流出。工作過程中，過進水口上表面的水平面的壓強近似自來水管壓強，這個壓強值不會隨著內膽內的液位變化而改變。其原因就是，當內膽的熱水流出時，進水口一定向內補充空氣，否則，內膽將產(chǎn)生一定的真空度，在負壓的作用下，熱水無法流出。當關閉熱水器開關時，沒有空氣進入內膽，密閉內膽的液面以上形成真空，熱水便不再流出。在實際操作過程中，打開熱水器開關，經(jīng)過細心觀察，有時能聽到水箱中有咕嘟咕嘟的水冒泡的聲音，時斷時續(xù)，這也表明，該等壓面壓強確實近似大氣壓強，無論內膽中液體滿度如何變化，其作用在噴頭上的水壓力與該等壓面供液壓力相等，所以流速恒定也是自然的事了。

其次，針對飲水機出水原理基本詳解如下。

飲水機的結構有水桶、熱水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、冷熱水龍頭、電熱器、儲水槽及聰明座（連接水桶與飲水機的穩(wěn)固水桶）等。飲水機的水桶是倒扣在聰明座上的，聰明頭插入水桶口，儲水槽中的液位線為一等壓面。當打開供水開關時，水箱中的水經(jīng)聰明頭流入儲水槽，箱體內液面產(chǎn)生一定真空度，在大氣壓力的作用下，空氣經(jīng)聰明頭進氣孔進入到水桶中，當關閉供水開關，儲水槽的液位高度增加，淹沒聰明頭的進氣孔，水桶的水便不再流出。

最后，針對輸液點滴瓶的出水原理，詳解如下。

輸液點滴瓶的結構是，鹽水瓶倒掛在架子上，瓶口插有兩根細管，一根管是帶注射針頭的聯(lián)通細管，另一根是連接大氣的通氣管。這個也是利用大氣壓作用的例子。鹽水瓶是密閉容器，當調節(jié)好點滴流速時，鹽水流出時，過通氣管上表面做一等壓面，該液面以上的壓力小于大氣壓力，則空氣經(jīng)通氣管進入，使等壓面壓力恒定，以此來控制出水流量，流速穩(wěn)定。

總之，這種結構為一密封容器，設有進氣口，液體由下部出水口流出，由進氣口輸入大氣壓，以防止出水導致的密閉容器內液位以上負壓的情況發(fā)生，使得出水口均勻流出液體，這種変液位下的流速、流量均不隨時間變化的容器裝置，統(tǒng)稱之為馬里奧特容器。其原理都是利用大氣壓力作用，進氣口不斷有空氣進入，使得在出水口處的等壓面的壓強維持在一個大氣壓下，出水口的液體流出，不受液位變化的影響，保持恒定。

有關液位計的測量原理，也是利用等壓面概念。用打氣球加壓，使得被測液體與U型管內液面之間的管系部分充滿空氣，則被測液體與深入液體內的管路下邊緣處的壓強，與U型管內未與大氣壓相連一側的液面處壓強相等，過該液面做一等壓面，則有

=

又根據(jù)靜力學方程，即公式一

=

則被測液體的高度與U型管內液面升高高度之間的關系為

= （、分別為U型管內液體密度及被測液體密度），

根據(jù)以上公式，便可測出被測液面的高度。

實際上，有關靜力學中諸如等壓面概念應用的例子很多，包括負壓和大氣壓概念的應用，如用喝果汁的吸管，通過抽吸空氣，管內形成負壓，液體便流向吸管，還有就是壓在墻體上的掛鉤，也是通過擠壓空氣，中間橡皮圈內形成負壓，使得掛鉤牢牢地吸附在墻壁上。

除了以上列舉的靜力學相關概念在日常生活中的實際運用，在用實驗方法研究流體力學問題時，經(jīng)常需要用測壓計來測量流體中的壓力分布。針對船舶與海洋工程專業(yè)的學生，很直接的研究對象就是，測量沿船體、水翼、舵等的壓力分布，從而研究流體對物體作用的力和力矩的一般規(guī)律。而且，由伯努利方程可知，流體的速度和壓力有一定關系，為了得到流體的速度分布，也需要用測壓計測量流體中的壓力分布。根據(jù)公式一，即靜力學基本方程，可以定制出各式各樣的測壓計。

（1）U形管測壓計。U形管測壓計，結構簡單，一端連通于流體被測點，另一端接入已知壓力，即內徑為10mm左右的圓管。通過測量兩端自由液面的高度差，根據(jù)公式一，便可以計算出來所測壓力。正如本實驗的用到的U形測壓管。

（2）微壓計。當被測點壓力與已知壓力很接近的時候，可以將U形管中的液體換成酒精或水銀。同時，U形管的結構改成，兩邊是兩個一大一小不等的圓形截面、，中間用截面為細圓管相連。在中間細圓管處用一個塞子隔離，使流體不連續(xù)，但塞子在管中可以滑動。當用洗耳球或風扇對著左邊截面吹氣時，塞子受到壓力作用，向右滑移。則有

· = · = 2·

又根據(jù)靜力學基本方程有

= = 2 ··

由此可以定制出微壓計，管中的液體換成比重為13.6的水銀，測量結果將更為準確。

（3）杯形壓力計。當所測量的自由表面的高度差較小，后果是造成較大測量誤差，因此，U形管的結構改成，左邊截面為的大容器，右邊截面為，并與左邊相連通的傾斜小細管，傾斜角度為，即杯形測壓計。當被測點壓力小于已知壓力時，將被測壓力接入截面的小細管，在測量自由液面的高度差時，直接沿小細管長度方向測量液體變化的長度。根據(jù)測量得到的長度，可以通過相關計算得到所測壓力值。例如：

· = · （為大截面容器內液面下降的高度）

= · （為小截面容器內液面下降的高度）

= （ + ） = （· + ·）

= ···（1 + ）（ = 1 + ）

由以上計算可知，測量長度，較之測量自由液面的高度差，使得所測壓力值的精度更高，而且，隨著的角度越小，即小細管傾斜的越靠近水平，則在同一高度差的情況下，值越大。

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關鍵詞:農(nóng)林高校;熱工基礎及流體力學;課程教學;實踐創(chuàng)新

當前，在“綠色發(fā)展理念”深入人心的時代背景下，農(nóng)林類高校迎來了很好的歷史發(fā)展機遇;同時社會和企業(yè)對農(nóng)林類專業(yè)人才的需求更加重視質量，對人才的知識深度、廣度和對專業(yè)基礎課、專業(yè)特色課核心知識的實踐運用能力，均提出了更高要求。提高機械設計制造及其自動化專業(yè)學生林業(yè)裝備系統(tǒng)總體及其子系統(tǒng)技術的掌握程度，拓展學生在林業(yè)裝備系統(tǒng)上運用專業(yè)基礎課、專業(yè)特色課中核心知識的科研能力，是農(nóng)林類高教工作者面臨的共同課題［4］。

1課程教學剖析

1．1課程內容

“熱工基礎及流體力學”這門課程是機械設計制造及其自動化專業(yè)的一門綜合性專業(yè)基礎課，是后續(xù)液壓與氣體傳動、泵與風機、林業(yè)機械等專業(yè)及特色專業(yè)課的重要基礎。課程目標包括:掌握工質的熱力學性質、熱力學第一定律、第二定律、熱工轉換的規(guī)律和理想氣體的熱力學過程，學會基本的理論分析與計算方法;通過對熱量傳遞的三種基本方式、導熱基本理論、對流換熱基本規(guī)律、黑體輻射基本定律等內容的學習，使學生具備對基本的傳熱學問題進行分析和總結的能力;掌握流體的主要物理性質和流體靜力學的基本理論知識，學會流體上的作用力分析，能夠推導流體動力學方程的連續(xù)性方程和伯努利方程，針對黏性流體，能對管內流動狀態(tài)進行判斷;能夠對“傳熱學”“工程流體力學”的實驗結果進行分析和解釋，通過實驗數(shù)據(jù)綜合分析工程中的現(xiàn)象及問題，并得到合理有效的結論。總體來看，本課程講授內容包括工程熱力學、傳熱學以及工程流體力學三大板塊的內容，是在高等數(shù)學、大學物理、理論力學、材料力學的基礎上進行深化學習，拓展到實際的工程問題，所以本課程不僅理論性強，而且工程應用性也很強;與機械設計制造及其自動化專業(yè)其他課程相比，該課程涵蓋了本應三門獨立開設的課程內容，知識難點聚集、微積分公式眾多、三大知識板塊思維跨度大、學生融會貫通掌握難。但是，學生對課程內容的掌握程度直接影響后續(xù)專業(yè)特色課程的學習情況。

1．2教學思路

目前，本課程總學時為48學時，理論授課42學時，實驗授課6學時。三大板塊的教學內容多，理論授課課時較少，矛盾突出:(1)學生由固體學科切換到流體學科的學習需要較長適應期;(2)課程中較多章節(jié)內容抽象，且涉及大量公式推導及專業(yè)的概念鋪墊，加之為了跟上教學進度教學內容更新較快，學生普遍反映課程難度較大;(3)教學內容和后續(xù)專業(yè)及特色專業(yè)課內容銜接性不夠緊密;(4)從內容的充實性和課程的結構上來看，“熱工基礎及流體力學”這門課程的教學內容已經(jīng)滿足要求，但是對接林業(yè)機械領域最新技術，強化學生創(chuàng)新思維方面，當前的課程建構仍無能為力;(5)由于本課程的學習不涉及具體的機械裝備系統(tǒng)，使得同學們對本課程在專業(yè)中的地位認知不足，學習積極性欠佳，這些現(xiàn)狀使得提升教學效果難度較大。針對上述課程特點及教學現(xiàn)狀，結合農(nóng)林類高校“機械設計制造及其自動化”專業(yè)的實際情況，制定了如下教學思路:(1)授課時，使學生從機電系統(tǒng)、固體力學等學科的思維中切換出來，將空間觀測法跟同學們探討透徹，基于空間觀測法開展“熱工基礎及流體力學”的課程教學。(2)在教學大綱中刪除過于抽象、應用面較窄的教學內容，深入講解與后續(xù)“液壓與氣體傳動”“泵與風機”“林業(yè)機械”等課程關聯(lián)度較深的內容，為專業(yè)及特色專業(yè)課的學習做好扎實鋪墊。(3)結合在林業(yè)機械領域與“熱工基礎及流體力學”緊密關聯(lián)的科研經(jīng)歷，探索寓教學于科研、科研反哺教學的授課模式，強化同學們對“熱工基礎及流體力學”在“機械設計制造及其自動化”專業(yè)里占有重要地位的基礎認知，顯著提升同門們自愿學習、自主學習的熱情。(4)注重思維方式、終身學習意識的培養(yǎng)。教學過程中注重切入問題角度的講解，使得同學們在明白問題的同時更養(yǎng)成學習思考問題方法的習慣;從固體學科到流體學科是一個較大的跨越，在跨越的過程中，使同學們樹立終身學習意識，為以后培養(yǎng)同學們提出、解決林業(yè)機械領域學科前沿性、熱點性問題的能力打下堅實基礎。

2課程構建探討

在“碳達峰、碳中和”的硬性發(fā)展要求及“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念加速推進的浪潮之下，農(nóng)林高校“機械設計制造及其自動化”專業(yè)的畢業(yè)生在高等教育系統(tǒng)中的地位不斷提升，所以基礎專業(yè)課程構建更需獲得與之地位匹配的重視。一方面，基礎專業(yè)課課程構建要體現(xiàn)基礎知識的深度和廣度;另一方面，內容要很好銜接并服務于核心專業(yè)課、特色專業(yè)課，為學生后期畢業(yè)設計、研究生科研深造做好鋪墊。

2．1課程內容深度銜接核心專業(yè)課

“林業(yè)機械”是南京林業(yè)大學“機械設計制造及其自動化”專業(yè)的核心專業(yè)課，內容涵蓋林業(yè)動力、整地、清理、苗圃、造林、撫育、保護、防火、采伐、采摘、智能化等機械。其中，和“熱工基礎及流體力學”專業(yè)基礎課相關的包括動力、清理、保護、采摘等板塊。林業(yè)動力機械(包括泵、風機)涉及“工程熱力學”中熱能和機械能之間的轉化問題，同時也涉及“工程流體力學中”可壓縮混合氣體壓強、溫度變化和裝置的動力匹配問題;林業(yè)清理機械涉及“工程流體力學中”不可壓液態(tài)水在管道內部的流動，在霧化器內的流態(tài)分布、出口后霧化粒徑分布等復雜多相流問題，如圖1所示;林業(yè)保護機械中噴霧射程、噴霧穿透涉及“工程流體力學中”可壓縮流體空氣的外部流動及耦合風場、霧滴的多相流動問題，如圖2所示;林業(yè)采摘機械中，基于負壓的采摘系統(tǒng)涉及可壓縮流體空氣的管內流動問題。從銜接核心專業(yè)課的角度來看，一方面，農(nóng)林類高校“熱工基礎及流體力學”這門專業(yè)基礎課程應該深耕“工程熱力學”和“工程流體力學”，而“工程流體力學”應該是重點中的重點;另一方面，也好兼顧課程內容的完整性，“傳熱學”也要適度調整。

2．2匹配三大板塊關系，優(yōu)化課程結構

建議協(xié)調、平衡三大板塊的課時占比，同時明晰課程內容的內在邏輯關系，在此基礎上進一步優(yōu)化課程結構。在“工程熱力學”(熱能的間接應用)板塊中，我們將實現(xiàn)熱力學能向機械能轉化的媒介稱之為“工質”，媒介一般是“單一氣體”或者“混合氣體”，熱力學第一定律、熱力學第二定律、工質熱力學性質及理想氣體的熱力過程等課程內容和專業(yè)核心課程林業(yè)機械吻合度較好。“工程流體力學”中，對流體的終結性定義是“抓不起來的物體”，一般性的定義是“氣體和液體”的總稱，但課程內容中流體基本概念的鋪墊、流體靜力學、流體運動學、流體動力學及黏性流體等課程內容都是基于不可壓的液體，同為流體，但氣體和液體的性質及研究重點相差甚遠，“氣體”這種流體相關課程內容的缺失為后續(xù)專業(yè)核心課程的學習帶來很大知識結構缺陷?！皞鳠釋W”(熱能的直接應用)中，對導熱、對流傳熱(混合傳熱，主要是流體和固體之間)、輻射傳熱的基本原理、工程應用等課程內容做了比較詳細的講解，但是后續(xù)專業(yè)核心課程對傳熱學中的知識需求很少，僅僅在脈動燃燒技術這一研究領域有所涉及?？傮w來看，不管是“工程熱力學”中的“工質”，還是“工程流體力學”中的“氣體”，再或者“對流換熱”中的“流體”，其中“氣體”是課程的“最大公約數(shù)”，也是和林業(yè)機械這一專業(yè)核心課程相關的“最大公約數(shù)”。鑒于此，“工程熱力學”教學內容總體上可以維持不變，部分章節(jié)可以簡化，不重要的知識點減少不必要的推導，側重理論、公式概念的理解和應用，這樣可省出一部分課時?？傉n時不變的情況下可以合理縮減“傳熱學”的課時，對輻射傳熱只做一般性介紹;考慮到相似原理在流體力學的試驗研究中也有重要應用，可以在這里對相似準則進行深入講解，省出較多課時。將“工程流體力學”放在最突出的位置，省出來的課時分配給這一部分;增加可壓縮流體“漩渦勢流理論”“相似理論中的量綱分析法”、包括氣體動力學中“擾動在外空間流場中的傳播”及“管內氣體的流動”等內容，以匹配林業(yè)機械核心專業(yè)課。

2．3樹立自主學習、終身學習意識

目前，流體力學板塊中關于可壓縮流體的課程內容匱乏，教學中會鼓勵同學們在MOOC上尋找優(yōu)秀資源進行線上學習，使同學們樹立自主學習意識。通過工程流體力學板塊，我們在體力學的范疇內將研究運動的方法由拉格朗日法提升到歐拉法，這是一個顯著的改變，也是重要的進步，通過這一步，有助于培養(yǎng)同學們的終身學習意識。

結語

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化工原理課程需要重點論述單元操作的基本原理和計算方法，其中包含許多公式的推導和計算。教師充分利用網(wǎng)絡資源，制作多媒體課件進行啟發(fā)式教學，將抽象的原理以小視頻、Flas等形式展示給學生，提高教學效率，增強教學效果；使學生在教室中就了解到工廠產(chǎn)品的生產(chǎn)流程和設備。如第二章流體輸送機械中，使用動畫或者Flash影片播放各種輸送機械的工作過程，如離心泵、往復泵等，第四章傳熱中列管式換熱器使用三維動畫生動地展示其工作原理，使學生直觀的理解。我們從之前的教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，單純采用PowerPoint課件進行講解，公式在屏幕上顯示直觀感覺“亂”，造成學生視覺上的疲勞，而且許多學生往往還沒有反應過來，頁面就已經(jīng)翻過去了，學生會感到枯燥無味，造成多數(shù)學生不愛聽，失去學習化工原理的興趣。此部分內容教師需要借助板書，手寫推導，隨寫隨看，誘導學生進入動態(tài)思維過程，調動學生學習的能動性，從而讓學生跟著教師的思路走。此外，課堂上理論知識的講解，只能讓學生對化工原理涉及的單元操作和設備簡單的理論了解。安排學生進入化工廠參觀實習及實驗操作，結合工廠工程師的講解，增加學生的感性認識，使知識轉化為實踐，使學生對化工原理的知識掌握不再是“紙上談兵”。

2重視預習，調動學生主動學習積極性

化工原理課程是綜合運用數(shù)學、物理、化學、計算技術等基礎知識，分析解決化工類生產(chǎn)過程中各種物理操作問題的技術基礎課[3]。課程學習相對于其他科目難理解、難推導、難掌握，從以往的教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，部分學生對這門課程存在抵觸、害怕的情緒，使得學習和講授過程相對較難，互動較少，學習效果差。在第一堂課的授課過程中消除學生對本門課程的害怕抵觸情緒，之后的教學中教師提前布置預習任務，學生在課下主動學習，熟悉課堂內容，查閱資料[4]。課堂上以回答問題和分組討論的形式檢查預習情況，發(fā)現(xiàn)學生難理解的內容，再對其進行詳細講解和分析，使學生將課程內容理解掌握，提高學習效率。這種方式改變了傳統(tǒng)的學習方式，使學生從被動的接收內容轉變?yōu)橹鲃訉W習知識，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，并培養(yǎng)了自學能力。對于流體輸送機械、沉降與過濾、傳熱、精餾塔、干燥幾章內容，涉及到設備的結構與操作原理，采用以學生自學、查閱資料為主，自己制作多媒體課件，課堂上以講課的形式展示自己的自學成果，使學生真正成為課堂學習的主體[5]。

3習題課的重要性

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1.適當精簡原有課程內容。在我校制訂的教學計劃中，理科專業(yè)化學工程基礎課程的理論授課學時數(shù)為32學時。在授課學時數(shù)有限的條件下，既讓學生初步了解化學工業(yè)與化工生產(chǎn)過程的有關知識，又能領會該課程核心內容———“三傳”的精神，我們對該課程內容進行了適當?shù)木啠饕獜娜齻€方面進行。首先精簡選修課程（如物理、物理化學）中已學過的內容。例如流體靜力學、傳熱的三種基本方式、吸收過程的相平衡等。其次，不同章節(jié)中部分原理的理論推導過程（如伯努利方程式）進行弱化，直接導入結論，把理論推導過程作為學生的自學內容。另外適當削減以設備設計為目的的有關工科專業(yè)視為重點的教學內容。

2.將課程內容分為主講內容與略講內容兩部分。主講內容放在具有代表性的三傳單元操作上，流體流動與輸送、傳熱、精餾與吸收。主講內容的教學要求精、深，突出基本概念與共性規(guī)律。通過主講內容的教學，要求學生掌握三傳操作的基本原理和處理工程問題的思想方法，會用基礎理論知識解決工程中實際問題。略講內容如沉降、蒸發(fā)、干燥等單元操作則只要學生有一般了解，而且可以因專業(yè)、因人而異。如需了解更多的工程技術知識，可自學加教師課外輔導的辦法進行。

3.適當增加反映學科發(fā)展的新知識。當今社會的快速發(fā)展，要求學生具有較寬廣的知識面，因而課程講授內容應該緊跟時代的步伐，融入最新的科技成果。例如，在傳質分離方面，膜分離技術、超臨界流體萃取技術已成為當今分離科學中最重要的手段之一，使用范圍相當廣泛，已在許多行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。這些新技術、新設備、新成果在相關章節(jié)的補充講解，非常有利于拓寬學生的知識視野，同時也會增強學生的學習興趣。

二、教學方法的改革

1.采用趣味教學?；瘜W工程基礎課程概念多、物理量多、公式多、計算多，課堂講授內容較為枯燥，學生學習起來也較為吃力。如何調動學生的學習主觀能動性是該課程主講教師面臨的重要任務。俗語說得好，興趣是最好的老師，學習化學工程基礎課程也是這樣，只有讓學生對這門課程產(chǎn)生濃厚的興趣，學生學習的主動性才能增強，才會獲得良好的教學效果和學習成果。在教學實踐中我們發(fā)現(xiàn)，把日常生活現(xiàn)象、工廠實例和書本知識相結合是一種非常好的教學方法。例如：由日本福島核事故、我國的“南水北調”工程引入流體流動單元操作；由火山噴發(fā)解釋抽象的靜壓能概念；由日常生活中的太陽能熱水器引入熱傳遞；由海水曬鹽引入蒸發(fā)單元操作；由實驗室傾倒純凈水引出物理虹吸現(xiàn)象；由石油的煉制引入精餾單元操作等。通過把這些生活中常見的事例及工廠實例引入到教學過程中，既增強了課堂的趣味性，又激發(fā)了學生的學習興趣，實現(xiàn)了教師授課和學生學習的雙贏。

2.引入課堂討論?！痘瘜W工程基礎》課程是為學生傳授化工基礎知識，提高他們理論聯(lián)系實際、分析和解決問題的能力。教學過程中應注重突出學生的主體地位，真正實現(xiàn)由“學會”轉變?yōu)椤皶W、會想、會用”等三個轉變。為此，加強師生間的互動交流，以一種平等、相互激活的課堂討論方式組織課堂教學活動是一種良好的教學模式。課堂討論課的教學一般應分三個步驟：第一步，設置問題，一般是授課教師有目的提出一個小型討論專題，可以在課前布置給同學們。第二步，同學們討論，要求學生用已學過的知識，提出解決問題的思路并進行相關論證，其他同學也可說出自己對專題內容的理解和看法，也可對他人觀點進行評議。第三步，教師總結，依據(jù)討論的結果，老師進行現(xiàn)場歸納總結。課堂討論能使學生的注意力高度集中，激發(fā)學生思維，使學生由被動學習變成主動學習，還能充分挖掘師生之間互動的內在潛力，提高教學效果。如在講解流體輸送機械一章節(jié)時，我們設計了一個討論專題“農(nóng)田灌溉時，離心泵為什么不能安裝太高？”，同學們暢所欲言，爭論不休，并自覺地應用前面所學習的流體流動能量守恒方程式來闡述和論證自己的觀點，在老師的引導下不由自主的就加深了對“氣縛、氣蝕”現(xiàn)象的理解，這種教學方式讓學生真正感受到了化學工程基礎課程的重要性及魅力所在。

3.樹立學生的工程意識?；瘜W工程基礎課程的學習目的是解決各單元操作過程和設備的開發(fā)、設計和操作過程中遇到的問題，這些問題都具有很強的工程性。在教學過程中應多結合工程實例，讓學生充分認識到學習不是理論知識的簡單累加，要學會運用掌握的知識和技能去分析與解決工程中的實際問題，讓學生感到學以致用，從而激發(fā)其學習的主觀能動性?？紤]到當前畢業(yè)求職的需要，學生對知識有“實用性”要求非常迫切。工程實例的引入，一方面使授課內容具體化，加深學生印象，同時也給學生一種成就感，認為自己是有能力解決工程中實際問題的，從而激發(fā)其學習興趣。

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關鍵詞：流體力學；教學改革；探討

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A

流體力學是一門研究流體運動基本規(guī)律以及流體與物體之間的相互作用力的學科，它作為一門嚴密的且應用面很廣的專業(yè)基礎學科，是以數(shù)學、物理學為基礎發(fā)展起來的，也是土木、機械、動力、水利、環(huán)境等學科的一門技術基礎課程。改革開放以來，雖然各院校在該課程教學實踐中都積累了豐富的經(jīng)驗并取得了不少成果，但是在該課程建設中仍存在著許多問題。論文結合教學現(xiàn)狀，從學生興趣培養(yǎng)、教學方法改革以及師資隊伍建設三方面探討提高流體力學教學水平的方法。

一、 流體力學教學現(xiàn)狀

流體力學是一門主要研究流體平衡和運動規(guī)律及其實際應用的技術科學，具有理論性強、工程實際應用廣、概念和方程較多且易混淆、對學生高等數(shù)學知識及綜合分析和處理問題能力要求較高等特點。流體力學建立在理論、計算、實驗三大技術手段之上，是化工、土木、機械等眾多學科或專業(yè)的基礎學科。另外，流體力學在環(huán)境工程設計和實際工程中也有著廣泛的應用，是水處理設備設計與應用的必備知識，以及生態(tài)分析的重要理論基礎。同時，流體力學是環(huán)境工程與其他學科體系溝通的橋梁，這個橋梁作用是其他基礎課或專業(yè)課無法替代的，直接影響到環(huán)境工程學科體系的完善性。因此，提高流體力學課教學質量，使學生學好本門課程，培養(yǎng)學生分析問題的能力和創(chuàng)新能力，對流體力學課程教學進行改革以適應學科發(fā)展顯得十分必要。

目前國內院校的流體力學課程教學過程大體可歸納為“課前預習、課堂教師講授、實驗室實驗、課后教師評閱”的四段串行模式。實踐證明，這種傳統(tǒng)的教學模式在強化理論教學成果以及動手能力的培養(yǎng)方面效果比較顯著，然而在創(chuàng)新意識培養(yǎng)方面卻收效甚微。原因在于：①理論教學中注重經(jīng)驗理論與公式的講解，而公式多且乏味，導致教師難教，學生難懂，課堂教學缺乏生動性。另外，本科流體力學理論教學模式多為填鴨式教育，對學生而言，流體力學課缺少客觀體驗，理論抽象，不易理解，而由此帶來了一系列的問題是現(xiàn)在流體力學課程教學的主要障礙；②目前，大部分院校的流體力學實驗教學多采用傳統(tǒng)驗證性實驗，每一學生進行的實驗完全相同，教師由實驗報告的數(shù)據(jù)評定實驗成績。雖然實驗有利于增進學生對理論知識的理解，但此手段不能激發(fā)學生的積極性，無法體現(xiàn)學生的主體性，也不能培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性[1]。由于實驗教學內容多數(shù)為驗證性實驗，在按既定的理論知識和實驗方案實踐的過程中，學生所得到的主要是從理論知識到實踐成果的收獲，而教師的作用主要是理論知識的傳授，具體實驗的演示、引導與糾錯，甚至有時會耳提面命，因此學生作為學習主體的創(chuàng)造性很難有機會得到展示。

因此，采用一種有效的教學方法進行流體力學理論和實驗教學的改革，激發(fā)學生的學習積極性和主動性，以提高流體力學課程教學質量，并對相關專業(yè)產(chǎn)生積極的影響，從而促進學生創(chuàng)新性的培養(yǎng)非常有必要。

二、 培養(yǎng)學生對邏輯思維的興趣

學生對任何概念和公式的形成、理解有一個過程，而在流體力學中，這些概念、公式又較為抽象，要求學生具備較強的邏輯思維能力，因此，根據(jù)學生掌握知識的快慢，耐心引導學生進行邏輯思維，培養(yǎng)學生對邏輯思維的興趣，使他們產(chǎn)生對邏輯推理的愛好，就成為教學中的關鍵。例如，流體力學中的三大方程――連續(xù)性方程、動量方程和能量方程需通過輸運公式逐步推導而來，如此的教學安排便使知識較為系統(tǒng)、連貫、緊湊，并有利于認識各個方程的物理意義。而輸運公式的推導由于邏輯性較強，講授時就需要花費較多的學時和精力來理清邏輯思路，理解每一步推導中的物理含義和數(shù)學要領，使學生對輸運公式有一個清晰準確地理解。最后，將輸運公式中的物理量換成質量、動量、能量即可得出連續(xù)性方程、動量方程和能量方程，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更加清晰明了，而且會使學生對將要學習的知識接受產(chǎn)生極大興趣，具有更加強烈的探索感和求知欲。

三、 教學方法探討

教學方法作為聯(lián)結教師和學生的重要紐帶，在提高教學質量方面起著重要的保證作用。為了更好地適應學科發(fā)展要求，工科“流體力學”課程方法的改革勢在必行，作者結合自身多年的教學經(jīng)驗，針對該課程特點，認為應該在以下幾個方面進行課程教學方法改革。

（1）重視緒論課的作用

部分教師認為緒論課僅是對流體力學的簡單介紹，作用不大，所以對緒論的授課過程照本宣科、枯燥無味。其實緒論課對整個教學活動的成功與否起了至關重要的作用，它不僅是學生了解流體力學課程的窗口，也是教師教學水平的第一次展示。

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

（2）從實例中引出教學內容

流體力學雖有概念多、邏輯性強、理論上較難理解的特點，但卻與生活和生產(chǎn)實際密切相關。在具體教學內容的講解過程中，穿插一些生活中的現(xiàn)象，并結合課本中的理論“雙管齊下”，利用學生求趣、求新、求知的心理，引導學生學習并掌握教學內容。例如，在講流體粘性時，比較水的粘性和油的粘性；在講流體靜力學知識時，可講一些水庫垮壩事件，主要是設計時有缺陷和施工存在著質量問題，不能承受水對壁面的靜壓力。另外，還可以進行一些相關事例的延伸，如是否建設三峽工程時流體力學專家的爭論，通過分析得到的建設三峽工程必要性的結論等，使學生切實體會到學好流體力學的重要性[5]。利用這些鮮活的事例，使課堂教學更生動、更有意義。

（3）師生互動，培養(yǎng)良好學風

調動學生主動的學習，培養(yǎng)學生良好的學風，提高學生綜合素質，是加強流體力學教學效果的重要條件。作者在每次講課后都會對本次課程的內容進行總結，然后下次課隨機抽取部分學生回顧上次課的內容，并讓其他學生作出補充和建議。在課堂上，多為學生提供隨堂練習的機會，師生互相之間進行探討和思考，針對練習中的問題講解做題思路和方法，給予糾正和補充。這種授課模式充分調動了學生的主觀能動性，課堂氣氛活躍，有利于拓寬學生的思維深度，查漏補缺。學風對于任何一門課程教學的成功與否都起到了非常關鍵的作用，所以從第一堂課、第一次作業(yè)就要嚴格要求學生，對作業(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，要求學生對作業(yè)中的每道題，在解答時必須寫出已知、求解，并畫出相應圖示，這些小細節(jié)可以幫助學生以簡明的方式加深理解題意，取得了較好的效果。

（4）重視實驗教學

流體力學按研究方法可以分為理論流體力學、實驗流體力學和計算流體力學。實驗流體力學是理論流體力學發(fā)展的基礎，是計算流體力學的檢驗依據(jù)。因此，實驗教學在流體力學教學中有著極其重要的地位。流體力學中的公式繁多，難以記憶，難以理解，通過實驗可以加強學生對公式的感性認識，有助于學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候，單從公式上講解并不形象，通過能量方程實驗，可以使學生非常直觀的理解伯努利方程中每一項對應的意義。對于沒有開的實驗課，通過在網(wǎng)絡上收集照片、視頻等展示給學生，也可提高學生對理論知識的理解[6]。

（5）傳統(tǒng)教學方式和多媒體技術互補

過去，流體力學課程在教學手段上采用板書教學，這種方式能夠在教師的書寫和同步的講解中促進學生的積極思維與參與意識，但對教學內容中比較抽象的概念、復雜的流動現(xiàn)象和流動規(guī)律，很難用語言和文字準確、形象地描述。多媒體教學最大的優(yōu)點是形象、生動、具體、直觀、易于理解且信息量大，但也有不能突出推導過程和思維、學生對知識的掌握比較膚淺的一些弊端。將傳統(tǒng)教學方法和多媒體技術綜合應用于教學過程是一種很好的方法，在講授偏重于推導過程的內容時采用傳統(tǒng)授課方式，而講授直觀形象的內容時采用多媒體教學方法，做到取長補短、優(yōu)化組合，會獲得較好的教學效果[7]。

四、師資隊伍的建設

為適應素質教育的需要，教師不僅要掌握先進的教學手段，而且要努力研究實施素質教育的教學方法。在實際教學過程中，要靈活應用各種教學方法，并且要善于歸納總結教學經(jīng)驗，虛心向有經(jīng)驗的教師請教，同時要高度重視學生的反饋信息，不斷調整自己的教學思路，只有這樣才能逐步提高自己的教學水平。社會發(fā)展對教師的自身素質提出了更高的要求，教師要明確教學水平的提高和發(fā)展是一個畢生的過程，教師應該不斷開闊視野，更新知識體系，才能形成對流體力學更深層次的理解和認識。

五、 結論

論文結合流體力學教學現(xiàn)狀，從學生興趣培養(yǎng)、教學方法改革及師資隊伍建設三方面論述的教學方法，將教與學有機結合起來，使枯燥的流體力學課堂變得生動活潑，多方面激發(fā)學生的主動性、積極性及創(chuàng)造性。將上述方法運用于教學實踐后發(fā)現(xiàn)，該方法能夠有效的提高流體力學課程的教學效果。

參考文獻

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[6]岳建芝，李剛.流體力學教學中的幾點體會[J].科技信息，2009（29）：187

篇6

關鍵詞： 化工原理 實踐 趣味 教學改革

化工原理是化學工程與工藝、生物工程、食品科學與工程、制藥工程、環(huán)境工程等專業(yè)的一門重要基礎課。該課程的綜合性很強，涉及面較廣，在校的大學生普遍不具備工廠生產(chǎn)經(jīng)驗［1］，因此普遍感到原理多、公式長、計算繁、理解難，主動學習的興趣不高。如何讓學生牢固地掌握化工原理相關理論知識，并能將其靈活應用于生產(chǎn)實踐是任課教師不得不面對的難題。無論是杜威的“教育即生活”，還是陶行知的“生活即教育”，都說明了教育與生活是密切聯(lián)系、密不可分的。雖然在校生普遍缺乏相關化工生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，但在教學過程中，可以將化工原理的知識點與生活中出現(xiàn)的相關情景聯(lián)系起來，采用趣味性教育，注重激發(fā)學生主動學習的興趣?！芭d趣是最好的教師”，這樣的教學才會獲得事半功倍的效果。

一、趣味開場白，喚起學習興趣

“良好的開端是成功的一半”，開始講課前幾分鐘結合教材內容，創(chuàng)設問題情境，提出富有啟發(fā)性和有思考價值的問題。這些問題就會像一粒石子投入到平靜的水中，激起學生朵朵思維的浪花，喚起他們強烈的求知欲。

如講化工原理第一章流體靜力學時，可以在開始授課前設問學生：“為什么輸液時藥瓶一定要高于人體？”通過學生的回答，引入液體產(chǎn)生靜壓力的原因和相關計算的講解。在講到流體動力學時，拿一個玻璃漏斗和乒乓球，問學生：“如果將漏斗敞口朝下，再將乒乓球放到里面，通過漏斗細頸用嘴往下吹氣，乒乓球會不會掉下來？”這個問題最能喚起學生興趣。本實驗并未在教材中出現(xiàn)，而且道具簡單易得，并可以在課堂上即刻驗證，答案看起來很簡單：即使不往下吹氣，乒乓球都會掉到地上，更何況向下吹氣。但是實驗的結果讓學生大吃一驚，乒乓球不僅不會掉下來，還會被緊緊吸上去。看完這個即興小實驗，學生求知欲普遍高漲，由此引入流體流動的伯努利方程，再解釋該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，最后還可以給學生補充講解飛機為什么能上天等許多流體流動相關的趣味問題。這樣很快地就能把學生的注意力集中到學習內容中去，喚起學生學習新課的熱情，從而形成良好的學習氛圍。

二、直觀教學，提高學習興趣

化工原理課程理論性較強。上課時如果只按書本進行泛泛的講解，學生因為接觸不多，想象思維能力如果不夠好，往往不容易理解。要多結合教具和實驗進行直觀講解，這樣可以幫助學生理解和記憶，提高他們對本門課程的學習興趣。

如在講解流體流動經(jīng)過的管道閥門時，將用塑料制作的便于拆解的各種閥門發(fā)放給學生，讓他們親手觸摸，了解各種閥門的形狀、工作原理；講解板框過濾時，僅通過書本上的繪圖往往難以明白過濾和洗滌孔道及流向，將縮小的塑料過濾板、洗滌板模型給學生傳看，讓他們自己找濾漿入口，洗水入口，則整個過濾和洗滌過程一目了然；講解列管式換熱器時，拿出用有機玻璃材料制作的透明設備模型，可以讓學生更直觀性地了解不同類型的管程、殼程、折流擋板等部件。用這些實物進行直觀教學，相關化工設備結構、操作原理等難題就迎刃而解，大大提高了學生的學習興趣。

三、多媒體教學，激發(fā)學習興趣

在化工原理教學過程中，有部分化工單元操作情景學生難以想象，實驗又不便于觀察。這時僅靠傳統(tǒng)的教學手段較難使學生很好地掌握相關概念和規(guī)律。借助現(xiàn)代多媒體輔助教學手段，把化工單元操作中的設備結構，控制原理等抽象難懂、難以用語言表達清楚、變化復雜的教學內容以動畫的形式，生動、活潑地展現(xiàn)在學生面前，可以很好地彌補傳統(tǒng)教學中的不足［2］，增強了課堂教學的趣味性，大大激發(fā)了學生學習的興趣。

如在講精餾塔單元操作時，采用投影儀先播放相關錄像，讓學生對塔的結構、類型、特點以及液泛、泄漏、霧沫夾帶等相關知識有一個初步了解，然后采用計算機模擬控制，使學生在屏幕上清楚地看到，當氣體通過塔板篩孔的速度不同時，氣液兩相在塔板上呈現(xiàn)出三種明顯不同的接觸狀態(tài)。還可以通過進一步調節(jié)液體或氣體的流量，觀察到板式塔的幾種不正常操作。多媒體教學過程中，學生思維相當活躍，教學效果較好。

四、理論聯(lián)系實際，延伸學習興趣

化工原理理論課程的教學，教師大多習慣于講授基本概念和繁多的數(shù)學推導及計算。這種從理論到理論的教學模式，缺乏感知認識，學生既感到枯燥無味，又學不到真正的化工原理知識。心理學研究表明，當學習內容和學生熟悉的生活情境越貼近，學生自覺接納知識的程度就越高。所以，教師要善于挖掘教學內容中的生活情境，讓化工原理知識貼近生活，盡量列舉貼近日常生活的各種事例，增加知識的實用性、趣味性，將書本知識延伸到生活中去，也就延伸了學生進一步主動學習的興趣。

比如在講解傳熱單元操作中熱傳遞的三種方式：傳導、對流、輻射時，將其聯(lián)系到課本中沒有介紹過的太陽能熱水器的工作原理，詳細講解太陽光通過輻射到達太陽能熱水器的真空管，黑色的內層涂料吸收了光能將其轉化為熱能，通過玻璃壁的傳導作用將熱傳遞給管內的冷水，冷水受熱后密度降低，上浮到頂部的大儲水圓筒，這時的傳熱就是自然對流作用，整個過程全面講解了這三種熱傳遞方式，即強化傳熱。反過來，儲水圓筒內厚厚的保溫層作用則是削弱熱傳導，真空管是徹底隔絕傳導和對流作用，防止熱水降溫。學生對這類涉及日常生活相關的化工原理現(xiàn)象特別感興趣，既能由此講透相關知識點，又能延伸他們對相關知識的理解、記憶和應用。

五、加強實踐教學，增強學習興趣

化工原理是一門實踐性很強的學科，學生只有通過具體的實踐操作，才能加深對所學理論知識的理解和應用。為了強化實踐教學，達到綜合訓練、培養(yǎng)學生實際動手能力的目的，我們采用了VB、Flash等軟件編寫的化工原理實驗仿真軟件［3］，使學生在進實驗室之前，必須先完成計算機仿真實驗。在進行仿真實驗過程中，某一步操作錯誤，系統(tǒng)就會立即給出錯誤反饋信息，使其不能進行下一步操作，迫使學生自己認真地找出錯誤的原因，并提供再次練習的機會。這些軟件到我校教學網(wǎng)站上供學生自由下載，學生在具體動手實驗之前就能直觀、形象地理解整個實驗過程，熟悉正確的操作步驟及注意事項，對具體分析和解決實際遇到的問題起了極大的促進作用。實驗完畢后，再用化工原理實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析?？杉皶r檢查實驗數(shù)據(jù)的準確性，在提高學生實踐動手能力的同時，還鍛煉了學生進行工程數(shù)據(jù)的處理和計算能力。這樣的實踐教學不但增強了學生對實驗的興趣，而且印象深刻，強化了實驗的效果和目的，還進一步提高了化工原理實驗的效率。

化工原理的實踐教學不能僅限于實驗室規(guī)模的幾個單元操作實驗，還要能操控工業(yè)規(guī)模的化工單元操作系統(tǒng)，所以最終的相關實踐教學是在化工廠完成的。去化工廠實踐，由于工廠生產(chǎn)安全等原因，學生往往不能親自操作，所以很難了解化工原理在各單元操作中的具體應用，更不容易了解實際生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)的問題及解決方法。由于現(xiàn)代化技術的發(fā)展，我校學生化工生產(chǎn)實習所在的大部分工廠都是采用自動化 DCS分散控制系統(tǒng)，所以我們在教學中引入化工單元操作仿真軟件CSTS，可以培訓學生進行化工原理相關的實際生產(chǎn)操作，如多組分復雜精餾、吸收等具體的大型化工單元DCS操作，這和學生在工廠看到的操作介面基本一致，學生可以在電腦上模擬實際化工生產(chǎn)中的冷態(tài)開車，正常停車，停電、停水等事故處理，然后再結合工廠實際實習，大大增強了學生對化工原理學習的興趣。

六、師生互動，調動學習興趣

教學活動是師生之間互動的過程，師生之間和諧合作是教學活動得以順利開展的重要前提。在教學過程中，教師應根據(jù)教學進程以及學生的情緒、反應，隨機應變地穿插一些生動幽默的語言，簡單的師生問答，以調節(jié)教學節(jié)奏，輕松課堂氣氛，彌補教學內容本身的呆板、枯燥，為學生營造一個輕松、愉快的學習環(huán)境。

由于課堂時間有限，而且許多學生不喜歡當面提問題，所以師生互動交流更多體現(xiàn)在課后，我們采用了ASP編程的網(wǎng)絡教學論壇（BBS）模式，學生可以自由地通過匿名發(fā)帖提問或提教學建議，教師和學生一起回帖參于討論化工原理相關問題，大家互相平等，更為融洽。師生的互動交流還體現(xiàn)在科研項目中，有部分學生提前參與了教師科研課題，在做課題的過程中，自然就會發(fā)現(xiàn)許多化工原理相關的問題。學生再將這些問題發(fā)表到論壇，大家用所學的化工原理知識共同來解決問題，這樣極大地調動了學生學習化工原理的興趣。

通過理論聯(lián)系實際的趣味性教育，化工原理的學習不再枯燥，學生的主動學習形成了良好的學風，取得了一定的成績，我院學生化工原理考研分數(shù)也逐年提高，即使是考其他化工專業(yè)院校的學生，化工原理考研成績平均也在130分以上（滿分150）。理論聯(lián)系實際的趣味性教育能使學生把課堂上學的知識很好地運用到實踐中去，真正做到了活學活用，反過來又激發(fā)了他們主動學習的熱情，真正提高了化工原理的教學效率和教學效果。

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