流體力學的現(xiàn)象
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流體力學的現(xiàn)象范文第1篇
關鍵詞：計算流體力學；課程改革；應用型本科；項目驅動
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）22-0123-02
計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一門集成了流體力學、計算數(shù)學與計算機科學的交叉學科。計算流體力學的基本思想為[1]：通過計算機數(shù)值計算和圖像顯示，對包含流體流動和傳熱等相關物理現(xiàn)象做出系統(tǒng)的分析。隨著計算機技術的發(fā)展，計算流體力學在各行各業(yè)得到了廣泛的應用。
《計算流體力學》課程開設的主要目的在于使學生掌握流動及傳熱問題數(shù)值模擬的基本理論與建模思路、掌握常用商用CFD軟件的使用方法，能夠利用計算流體力學方法解決實際研究問題[2]。課程內(nèi)容涉及了流體力學理論、數(shù)值計算理論、計算機程序設計以及計算軟件的工程應用等。課程理論內(nèi)容較多，學生學習起來較為吃力，常處于被動學習狀態(tài)，因此需要改進教學策略，培養(yǎng)學生學習興趣，改被動學習為主動學習[2]。同時該課程還與實際應用聯(lián)系緊密，如何將理論與工程實際相結合，培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力，也是本課程教學中需要探討的問題。經(jīng)過多年在教學過程中的改革和摸索，下面淺談一下我們在《計算流體力學》課程改革方面的一些探索。
一、計算流體力學課程內(nèi)容
計算流體力學包含內(nèi)容甚廣，從總體上講，可按照不同的應用領域分為兩個主要方向：
1.將計算流體力學自身作為對象的課程體系。該體系的研究對象為計算流體力學本身，主要以流體力學數(shù)學物理模型模型構建、數(shù)值離散方法、高性能數(shù)值計算算法開發(fā)為主要內(nèi)容，側重點為計算流體力學理論及其實現(xiàn)方法。
2.以算流體力學應用為主的課程體系。此體系以如何更好地將計算流體力學方法應用于工程作為研究對象，主要以應用技能為課程目標，側重點為現(xiàn)實物理問題的簡化建模、利用計算機程序解決物理問題以及對計算結果的科學解釋等。
對于應用型本科《計算流體力學》課程來講，應當更多地關注計算流體力學在工程中的應用，將計算流體力學作為一項解決工程問題的工具，培養(yǎng)學生在利用該工具解決實際工程中的流體問題的能力[3]。
二、原有教學方法的弊端
西南石油大學機械工程專業(yè)較早開設了《計算流體力學》課程，培養(yǎng)了多屆學生，積累了一些寶貴的教學經(jīng)驗。然而，該課程教學方式仍不夠成熟，存在一些弊端，教學效果受到影響。這些弊端主要表現(xiàn)為：
1.教學內(nèi)容偏于理論。在教學過程中，當前的教學內(nèi)容還延續(xù)中傳統(tǒng)的計算流體力學的基本內(nèi)容，即：流體流動控制方程的推導、離散方法及線性方程的解法等，在課程講解過程中，仍以有限差分法、有限體積法及這些數(shù)值算法的收斂性、穩(wěn)定性、計算精度等方面作為主要的講解對象，教授過程中涉及到大量的理論推導及數(shù)學理論的應用。在教學過程中，學生們普遍反映教學內(nèi)容難懂難學，枯燥乏味。同時大量的理論教學還影響了上機教學時間。
2.工程實踐能力轉化不足。當前教學計劃中雖然搭配了16個課時的上機教學，但仍顯不足。經(jīng)過多次的上機練習，部分學生能夠掌握利用計算流體動力學方法解決工程問題的一般流程，但是大部分學生仍然不具備解決新問題的能力。在上機練習過程中，學生按照教師提供的上機指導書中的計算模型操作完成，而對于計算中非常重要的如計算區(qū)域創(chuàng)建、網(wǎng)格劃分、數(shù)值計算模型選擇、邊界條件、初始條件及計算控制參數(shù)等缺乏自主的思考。針對上述問題，迫切需要對課程進行教學改革，提出新的教學理念，利用合理的教學方式，提高教學質量。
三、課程改革措施
計算流體力學課程改革主要從三方面進行。
流體力學的現(xiàn)象范文第2篇
關鍵詞 血壓測量；流體靜力學；創(chuàng)新實驗
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2014）06-0112-02
1 引言
流體力學是高校工科專業(yè)的基礎理論課程，流體力學實驗對于流體力學的課程教學起到十分重要的作用。國內(nèi)90%左右的工科高校都采用浙江大學力學基地所研制的流體力學實驗儀器。為了直觀流動現(xiàn)象，流體力學實驗裝置多數(shù)采用透明的有機玻璃材料，非常容易損壞，而且裝置體積大，占用了實驗室內(nèi)較大的空間。北方地區(qū)高校為了避免水結冰，裝置脹裂，每年冬季會將大量的實驗用水放掉，水資源浪費嚴重。通過改進使用血壓測量計，將人體血液循環(huán)和血壓測量相結合開發(fā)流體靜力學演示實驗，創(chuàng)新教學方式，提高實驗效率，增強教學質量，服務社會公益，可以取得良好的教學效果和社會公益效果。
血壓的測量原理 如圖1所示，在測量血壓時，在手臂上束緊袖帶1，袖帶1通過一根橡膠管2與一個小型氣泵3（通過反復捏擠給氣袋充氣）相連，通過氣泵給袖袋充氣而不斷擠壓手臂上的動脈，這時用聽診器4可以聽到血管中由于血液流動對管壁沖擊而發(fā)出的聲音；然后不斷束緊袖帶1來擠壓手臂上的血管，當壓力達到一定程度時，手臂上大動脈的血液流動將會完全停止，這時聽診器4聽不到原來有規(guī)律的脈搏聲；然后通過橡皮管2上的一個閥門慢慢把臂帶中的空氣釋放出來，袖帶對手臂大動脈的壓力也會慢慢降低，當下降到一定程度時大動脈中的血液又開始恢復流動，聽診器中就又可以聽到脈搏聲。此時血液對動脈壁的壓力和臂帶對手臂的壓力值是相等的，是心肌收縮時血液對動脈的壓力，稱收縮壓；當放出更多的空氣，臂帶的壓力進一步減少，當壓力降到某點，臂帶對于血管的壓力不會對肱動脈內(nèi)血液的流動產(chǎn)生影響，此時的壓力稱為為舒張壓。在將人體血液循環(huán)系統(tǒng)應用到流體力學的實驗中時，應盡量保持血管的正常流通狀態(tài)，而不會因為測量的過程中外界的壓力作用而改變血管的形狀。因此，要使血管內(nèi)的血液保持舒張壓的流通狀態(tài)，利用血壓計對人體血液循環(huán)系統(tǒng)進行流體力學實驗。
血壓測量與流體靜力學實驗 血壓的測量過程簡單方便，作為一種人體健康的檢查手段，醫(yī)生乃至普通人只需按照上述操作讀出水銀柱的高度即可知血壓是否正常，而且人體血液循環(huán)系統(tǒng)具有類似于實際管路流通的流體運動特點的組成結構，借助血壓測量計來實現(xiàn)流體力學的實驗驗證，具有簡單方便而且高效的優(yōu)勢。本文探討的是：在大學工學專業(yè)流體力學課程教學活動中如何利用血壓的測量過程解讀流體力學知識。
??公式P=P0+ρgh是流體靜力學方程的延伸形式，是平衡（靜止和相對靜止）流體中壓力分布的普遍規(guī)律，也是流體靜力學最基本的實驗內(nèi)容。但在流體力學教學中講課與實驗是不同的，通常實驗滯后于課程。因此，公式的解讀讓學生感覺枯燥、片面且印象不深，難以產(chǎn)生理想的教學效果。為此，借助血壓測量計來實現(xiàn)流體力學的實驗驗證，對血壓測量過程進行拓展，設計了圖2所示的基于人體血壓測量的流體靜力學演示實驗。圖2中所示的實驗裝置主要有：由袖帶1、小型氣泵2及其他測量裝置組成的血壓計3，在連接血壓計的橡膠管上連接另一條橡膠管并與玻璃導管4連接，接觸處安有閥門5，導管分別與兩個U型玻璃管6、7相連接，共同固定在帶有相同均勻刻度的木板8上，U型管中裝有密度不同的液體（如酒精、水等），其次是聽診器9。
在實驗過程中，按照上述方法對人體的血壓進行測量，待調(diào)整為舒張壓后打開閥門5，即可看到血壓計3、U型管6與U型管7有著不同的液柱高度差h。按照等壓原理，所測的部位血液作用于血管的壓力與袖帶內(nèi)氣體的壓力大小是相同的，袖帶外壓力通過氣體進行傳輸，一直傳輸?shù)経型管中測量液體的表面。此時作用于三只U型管液體表面的氣壓P（即所測血壓）是相同的，對U型管左側液體施加壓力，液體通過U型管向右側流動，U型管右端與空氣相連，使得U型管中右側液柱高度高于左側，形成高度差h。此時所測量的血壓值P等于標準大氣壓P0與高度為h的測量液柱的壓強ρgh之和，即：P=P0+ρgh。其中，ρ為液柱密度，g為重力加速度。因此，U型管中液體的密度不同，液柱高度h也不同，以此對流體靜力學方程進行了很好的實驗驗證。
2 結論
本文首次提出以“人體血液循環(huán)”作為流體力學實驗系統(tǒng)，對血壓儀進行拓展，開展實驗，實驗設備簡單，實驗操作易行；可以很好地實現(xiàn)跟隨課堂教學，提高課堂的學習效率，加深學生的對流體力學的理解和認識，增強學生的學習興趣，實現(xiàn)更高水平的教學。同時在創(chuàng)新實驗的過程中學習到的流體力學知識得以強化，以生動形象的方式為流體力學教學服務。作為一種全新的工科流體力學實驗教學模式，基于血液循環(huán)的流體力學實驗教學資源還有待進一步拓展。
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流體力學的現(xiàn)象范文第3篇
[關鍵詞]工程流體力學 教學方法 改革 工程實踐
一、提煉課程核心思想、調(diào)整教學內(nèi)容
近幾年來，隨著我國及上海市海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟的發(fā)展，上海海洋大學作為一所以海洋、水產(chǎn)和食品為特色的高校，在學科和專業(yè)建設方面取得了較大進步，《工程流體力學》作為一門專業(yè)基礎理論課，其地位愈來愈顯得重要。其中海洋學院、食品學院和工程學院幾十年來在本科和研究生教育中，一直將《工程流體力學》和《高等流體力學》作為一門相當重要的專業(yè)基礎課。特別是，工程學院的機制專業(yè)將《工程流體力學》作為該專業(yè)學生的一門必修課，隨著學校的發(fā)展，這門課程必將滲透到生命學院的水產(chǎn)、水生物、設施漁業(yè)、水環(huán)境等專業(yè)和方向中。目前根據(jù)已定的教學計劃，每學年有近650名學生學習這門課，由于各專業(yè)對其內(nèi)容眼球的不同，需要結合各專業(yè)的特點，提煉課程核心思想、調(diào)整教學內(nèi)容，通過不同的模塊組合，確實提高學生的學習興趣，促進教學質量的提高。
上海海洋大學《工程流體力學》任課教師根據(jù)多年的教學大綱及要求編寫了“工程流體力學”教材，同時完成了配套教材的ppt電子教案，要求學生掌握流體力學的基本知識、原理和計算方法，主要包括：靜平衡微分方程、流體對固壁的總壓力、流體運動的描述、伯努利方程、動量（矩）方程、量綱分析、相似原理、繞流阻力等。在弄清概念，掌握理論的基礎上，能夠學會運用基本理論分析解決實際問題，并掌握基本的實驗技能，為從事專業(yè)工作、科研和其他專業(yè)課的學習打下基礎。為了便于學生的自主學習，又出版了配套教材的“工程流體力學習題解析”一書。同時根據(jù)實際工程需要，將《工程流體力學》的教學內(nèi)容分為3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， 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。
同時，根據(jù)不同專業(yè)的具體需求，在課程設置、教學內(nèi)容上都作了許多相應的調(diào)整。例如在全校新開了“工程流體力學的應用”課程，受到了學生們的歡迎，選修這門課的學生相當多，容量達95%以上。并設計了不同的模塊組合，對機械專業(yè)的學生，在已完成《工程流體力學》教材的二版修訂中，在第8章中增加了明渠流動內(nèi)容，增加了水波理論等內(nèi)容；針對食品專業(yè)的需要，增加了氣體及熱力學類內(nèi)容，并補充五套自測題供學生選用，確實提高了學生的學習興趣，并促進了教學質量的提高。
二、改進教學手段，優(yōu)化教學過程，加強教學互動
由流體力學團隊編寫的《工程流體力學》教材，于2006年由上海交通大學出版社出版，同時出版了與之配套的“工程流體力學習題解析”，為了便于教師教學，同時制作了與本教材配套的制作精美、圖文并貌的CAI課件，生動地描述了流體力學的一些理論及現(xiàn)象，大大減輕了流體力學理論的學習難度，提高了學生學習的興趣和效率。這些系列教材的出版，對該課程的建設和質量提升，起到了非常重要的作用。不但受到了本校學生的好評，同時還受到陜西理工大學、中國民航大學、浙江海洋學院及天津城市建設管理職業(yè)技術學院等許多學校的歡迎，這些學校對系列教材給予了充分肯定。圖書發(fā)行突破2萬本，出版方已無庫存。
充分利用網(wǎng)絡資源，將課堂理論教學教案、主講教師課堂教學的部分錄像進行網(wǎng)上共享，使用錄像片、流體力學演示實驗教學片、電子教材等多媒體教學手段，使學生感到難以接受的流動力學概念變得十分生動具體，加深對教材內(nèi)容的理解，提高教學質量。使學生能夠隨時復習、預習相應的課堂教學內(nèi)容。同時充分利用上海海洋大學的E-Class網(wǎng)絡平臺，進行網(wǎng)絡實時習題、例題解答，以及課后答疑網(wǎng)絡資源及軟硬件的建設，形成師生交流的互動平臺，真正提高網(wǎng)絡教學的實用性。強調(diào)計算機在流體力學教學中的應用
在充分利用現(xiàn)代教學手段的同時，不能忽視傳統(tǒng)教學方法的作用。本課程采用多媒體與板書相結合的教學模式，充分利用多媒體教學信息量大,圖像清晰生動的特點, 結合傳統(tǒng)板書講解復雜理論推導的優(yōu)點，不僅直觀清晰，一目了然，而且對重點部分又能反復講解，以達到學生基本理解并具有一定想象能力。例如在講解研究流體運動的兩種方法：質點法和空間點法時，多媒體上會出現(xiàn)公交車客流量觀察方法的動畫，使學生既易于分清這兩種方法的不同，同時又強調(diào)一個相同的目的。又如在講到流體的漩渦運動時，有龍卷風作強烈旋轉運動的畫面；講到伯努利方程時，有踢任意球進球門的畫面。理論教學上嚴謹，但是動畫及多媒體生動、形象，使得學生在學習時既不感到枯燥，同時又能加強對基本理論的理解。由于學生數(shù)很多，教學上采用大班課的形式（基本上每個教學班有近100名學生），多媒體教學發(fā)揮了很大的作用。它使繁冗的公式推導成為一個簡單的講解過程，將復雜的流體運動生動形象地表現(xiàn)出來，同時對重點和難點反復在黑板上演示講解。這兩個方法相輔相承，取得了很好的教學效果。這種授課方式既有利于避免研究生因長時間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞,又有利于他們理解并掌握復雜的流體力學基本理論。
2008年“工程流體力學”教材獲上海海洋大學教學成果一等獎。作為普通高校重點教材建設項目之一，2009年被上海市教委評為優(yōu)秀教材三等獎，2011年獲得上海市教委重點課程建設項目（滬教委高〔2011〕48號），極大地提高了上海海洋大學來在流體力學行業(yè)的影響力。
三、完善實驗教學條件，形成完整的教學實驗體系
在注重理論教學的同時，加強實驗教學環(huán)節(jié)，2011年3月由上海海洋大學主編的《力學基礎實驗指導-理論力學、材料力學、流體力學》，由同濟大學出版社正式出版發(fā)行，其中的流體力學部分（第三大部分），從根本上解決了實驗指導書與實驗儀器不配套的問題，有效提高了流體力學實驗教學質量。2009年下半年新添置了多功能流體力學實驗裝置、動量定理實驗儀、流動圖形顯示儀、畢托管測速實驗儀、虹吸管實驗儀、勢流疊加儀、空化實驗儀等流體力學實驗設備，新開設了大量的設計型和創(chuàng)新型流體力學實驗，使學生、教師互動，用實驗數(shù)據(jù)來驗證理論，來觀察抽象的流體運動；用理論知識解釋一些流體現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象。這種教學手段提高了教學效果。同時在互動中，將有關科研上對于流體力學的一些熱點問題以討論的形式引入教學，充分地調(diào)動了學生的學習熱情。通過實驗驗證加強感性認識：在許多重點和難點的地方，基本上有配套的實驗，從實驗中學習，既能培養(yǎng)學生從實踐中發(fā)現(xiàn)問題并進行深入分析的思維習慣，激發(fā)他們的學習熱情，同時也是加強印象、加深理解、克服難點的手段之一。
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，因此通過流體力學實驗是揭示流體運動規(guī)律的一種重要手段，為了幫助學生加深對所學理論的理解，更好的用所學理論解決生產(chǎn)實際中的問題，經(jīng)過多方籌建，2009年我校海洋環(huán)境專業(yè)開設流體力學獨立實驗課，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。
四、實現(xiàn)教學和科研的互動
在任課教師積極參加各類相關的學習與培訓的同時，強化任課教師的科研觀念，以科研帶動教學，以教學促進科研，進行有效的縱、橫向科研聯(lián)合。任課教師積極參與各類教學改革和科研項目，如深水網(wǎng)箱水動力研究、漁船螺旋槳軟件系統(tǒng)設計、人工魚礁流場分析、海洋結構物的流固偶合分析、海洋波浪能的研究開發(fā)等。通過這些項目的研究，加深了對流體力學在海洋科學中實際應用和最新進展的了解。在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，每年選作以流體力學基礎理論及其工程應用為畢業(yè)論文課題的本科學生20余人，研究生10人。取得多項教學改革和教學研究成果，并在生產(chǎn)實踐中得到應用，如流體力學團隊教師編制的“漁船螺旋槳系統(tǒng)設計軟件”獲得2007年上海海洋大學科技成果三等獎，該軟件目前已被濰坊柴油機廠、玉林柴油機廠等國內(nèi)主要柴油機生產(chǎn)廠家廣泛應用。我校工程學院羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青同學的“一種新型海洋波浪能發(fā)電裝置”項目，參加2011年由、中國科協(xié)、教育部、全國學聯(lián)和地方政府共同主辦的、在大連理工大學舉行的第十二屆“挑戰(zhàn)杯”終審決賽，在全國1935所高校選送的16976件作品中突潁而出，獲得“全國競賽三等獎”。該項目由流體力學老師指導，并突破了波浪及流固耦合理論，極大地激發(fā)了學生對本課程的學習熱情。今后，本課程將在大學生科技創(chuàng)新中發(fā)揮更大的作用。
五、教學效果的考核
《工程流體力學》課程具有理論性強、公式多、數(shù)理基礎要求高的特點,為幫助學生的學習,僅僅通過教材講解還遠遠不夠,需要配套必要的習題。在現(xiàn)有基礎上，更新試題內(nèi)容，完善試題庫建設，考慮到我校研究生教學的特點, 團隊根據(jù)新編著教材的主要內(nèi)容, 以章節(jié)為單位,精心篩選和編寫了典型習題集,力圖做到其中的習題一定要具有典型性。習題的數(shù)量不能多,更不能類似和重復,學生通過習題練習,能有效地掌握教材中的基本知識。提高試題質量，真正做到教考分離，促進教學質量的提高。該試題庫具有以下功能：平臺提供自動組卷、手動組卷、互動組卷，條件設定靈活全面；試卷自動轉換成WORD文檔，方便打印輸出；自定義追加試題入庫，采用WORD文檔格式編輯批量入庫。
在考核中，平時成績、實驗課成績和期末成績比例為15%、20%和65%。實踐證明，該考核方法取得了很好的效果。
六、結語
總之，對于《工程流體力學》課程教學內(nèi)容改革的初步探索分析，可以促進教學觀念的改變，按此目標授課，對教師提出了更高的要求。同時，還可以促進教材建設、實驗室建設及其儀器設備的更新，提高學生的動手能力及科研能力，從而實現(xiàn)“學有所用”，“教學相長”。
高等教育教學改革，特別是專業(yè)基礎課程體系及教學內(nèi)容的改革，是一個系統(tǒng)和長期艱巨的實踐過程，專業(yè)教師任重而道遠。只要不斷努力和探索實踐，就可以開拓出一條符合各個專業(yè)需求的、更加富有成效的新途徑，取得更好的教改成果。
本文受“2011年度上海市教委重點課程建設項目（滬教委高〔2011〕48號）”資助
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流體力學的現(xiàn)象范文第4篇
關鍵詞：流體力學；教學方法；應用型本科院校
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）12-0033-02
流體力學是宿遷學院土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。流體力學具有基本概念多、公式復雜、內(nèi)容抽象等特點，是一門既有較強理論性又有較強工程實際意義的課程，因此，該課程既可以培養(yǎng)學生良好的邏輯思維能力和分析推理能力，又可以培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。然而學生的實際情況是由于在大學前兩年接觸最多的是固體力學，已形成一定的思維定式，而且由于精簡學時的原因很多流體力學課程中需要的高等數(shù)學知識沒有講解，到了大三一旦遇上流體力學這個新鮮事物，可能接受起來會碰到許多困難[1]。學生普遍感覺該課程枯燥乏味、難學，存在畏難、厭學情緒，期末考試不及格率較高。在學校提倡培養(yǎng)應用型人才的大背景下，有必要根據(jù)課程性質從提高教師教學水平和提高學生學習效果進行探討。
一、引導學生重視，激發(fā)學生的學習興趣
（一）強調(diào)課程的地位和重要性
教師除了說明流體力學在整個專業(yè)教學中的地位和作用外，還可補充說明它是注冊結構工程師基礎考試中公共基礎考試科目。此外，還可說明往年期末考試通過率的情況，以給學生適當加壓。當然，更重要的是還要說明該課程的學習方法，以幫助學生樹立信心。
（二）通過人物、工程實例及專業(yè)應用調(diào)動學生的學習興趣
“興趣是最好的教師，而教師則是點燃學生學習興趣的火炬”。如何調(diào)動學生的學習興趣是教師考慮的首要問題。在教學過程中可以穿插舉出古今中外的科學家、工程師生平事跡和工程實例以調(diào)動學生的學習興趣。如大禹采取疏壅導滯的方法治水三過家門而不入；理想流體力學奠基人歐拉16歲就獲得碩士學位，雙目失明后仍然從事科學研究直至去世當天還在進行科學研究等[2]。如兩千多年前李冰利用“深淘灘，低作堰”建造的都江堰；大約在同時期，古羅馬人建成了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)等。除此之外，還可以介紹流體力學在土木專業(yè)及其他專業(yè)的應用，如美國華盛頓州塔科馬大橋被大風摧毀、汽車“風阻”和飛機“音障”等事例。
（三）將CFD技術引入課堂調(diào)動學生興趣
計算流體動力學（簡稱CFD）技術日趨成熟，已經(jīng)成為研究流體力學的一種重要方法。在流體力學教學過程中引入CFD技術，不但可以將理論性較強的內(nèi)容形象化，加深學生對基礎理論的理解，而且可以開闊學生的眼界，激發(fā)學生的學習興趣和探索精神。如對歐拉法中流線的模擬、圓管中層流和湍流流速的分布、局部阻力損失的流場分析[3]。
二、教學內(nèi)容的取舍和教學環(huán)節(jié)設計
（一）教學內(nèi)容的取舍
流體力學知識面廣，內(nèi)容繁多，在學時限制的條件下要結合專業(yè)教學要求合理取舍。對土木工程專業(yè)而言需要掌握的內(nèi)容有：（1）流體物理性質；（2）流體靜力學；（3）流體運動學和流體動力學；（4）阻力損失；（5）管道流、明渠流及滲流。
1.重要問題的處理。首先，要從力學角度分析流體的流動性。流體與固體的主要區(qū)別在于流體的流動性，其根本原因是流體和固體對承受剪切力的表現(xiàn)。為了形象說明，可以引用“抽刀斷水水更流”的詩句[4]。當然，還需說明無論流體靜止還是運動均不能承受拉力。
其次，要理解連續(xù)介質假設的概念。微觀上，流體是由大量分子構成的，是離散的，不連續(xù)的，這給我們研究流體力學問題帶來了困難。連續(xù)介質假設認為流體是由內(nèi)部無間隙的連續(xù)流體質點構成。這里要理解流體質點微觀上“充分大”、宏觀上“充分小”的含義。如此流體在空間上就變?yōu)檫B續(xù)的，可以借助高等數(shù)學的方法來研究。
2.公式推導的處理。流體力學學習過程中會遇到大量復雜的公式，特別是實際流體伯努力方程的推導讓人很難掌握。筆者在處理公式推導問題時強調(diào)公式推導的目的是讓學生學習一種思想，學習一種處理問題的方法，將精力集中在公式建立的基本原理和適用條件上，從思路上進行分析整理，淡化煩瑣的數(shù)學推導過程。這樣學生有了獨立思考的空間，教師也有了更多的時間來講解基本概念和基本方法。需要強調(diào)的是，流體力學中很多公式都是在一定條件下推導出的，因此其應用也是具有一定范圍的，公式的應用往往也有一定的技巧，如伯努力方程的“三選一列”。
（二）教學環(huán)節(jié)的設計
1.調(diào)整習題或考題構成，重視習題課。這里有兩個問題需要注意。一方面，流體力學習題歷來存在重計算、輕概念的現(xiàn)象，特別是考題如果全是計算題，就會形成無形的指揮棒。這就不利于學生從整體上掌握該課程的重點，習題或考題的題型應豐富，除了計算題之外，還應有填空、選擇、判斷、作圖、名詞解釋等考查基本概念的題目。另一方面，在精選題目時，要注意將理論教學和實際應用結合起來，如查找資料的技能培養(yǎng)。在流體力學的牛頓內(nèi)摩擦定律、能量損失計算和管道流等部分很多數(shù)據(jù)都是要查有關工程手冊和圖表的[5]。
習題課是流體力學教學的重要環(huán)節(jié)，為了能夠在學時緊張的前提下開展習題課，教師必須重視習題選擇和習題評講兩個方面。一方面，教師應選擇具有代表性的題目，另一方面，習題講評應使學生從解題過程中獲得解決問題的思路、方法和技巧，達到觸類旁通的效果。
2.重視實驗教學，強化實踐環(huán)節(jié)。實驗教學是流體力學教學中的重要組成部分，通過實驗，不但可以加深學生對流體力學基本原理的理解，而且有助于培養(yǎng)學生的動手能力、獨立工作能力和創(chuàng)新能力。如通過水靜壓強試驗，學生明確了測壓管水頭的含義；通過雷諾實驗，學生加深了層流、湍流及臨界雷諾數(shù)的理解。當然，由于實驗室條件的限制，目前的實驗主要以驗證性居多，在條件許可的情況下應進行設計性實驗。
此外，每學期筆者都會布置一個任務，讓學生留意身邊感興趣的流體力學現(xiàn)象，然后根據(jù)課堂所學知識和個人理解撰寫論文，以此增強學生的實踐應用能力和培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。
三、教學方法和手段的改進
（一）注重討論法與案例教學法的運用
1.討論式教學方法。教學活動應該是雙向的師生互動過程，不應是教師的一言堂。教師應創(chuàng)造和諧、輕松的課堂氣氛，鼓勵學生積極發(fā)言，表達自己的疑問、見解，激發(fā)學生的學習積極性和創(chuàng)造性。如在課堂上通過提問的方式回顧上次課的主要內(nèi)容，通過“自學―提問―討論―總結”的方法學習新內(nèi)容，在考慮學生接受能力的前提下，甚至可以讓學生來講一次課。如通過反證法證明流體靜壓強的方向，通過隔離體分析法證明流體靜壓強的大小。通過討論式的教學方法不但可以調(diào)動學生的學習積極性，樹立信心，而且還可以培養(yǎng)學生勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
2.案例式教學方法。通過將生活和工程案例引入課堂，不但可以增強學生的學習興趣，而且可以加深學生對理論知識的理解，提高學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。生活案例有馬利奧特容器原理應用于點滴吊瓶和家用飲水機[6]、洗衣機為什么老翻衣服兜[7]、撈面條的學問等。工程案例如1993年青海省溝后水庫在低于設計水位0.75m的情況下突然垮壩的事故；三峽工程如何在最大流量10×104m3/s、水頭高達100m、最高流速高達45m/s的情況下不會產(chǎn)生巨大的破壞力等[8]。
（二）綜合運用各種教學手段
流體力學概念抽象、繁多，僅靠傳統(tǒng)的一塊黑板、一支粉筆不能激發(fā)學生的學習興趣。借助于多媒體技術，利用其形象、生動、直觀、易于理解并可加強記憶的優(yōu)點，通過動畫、視頻資料、數(shù)值模擬等手段將復雜的流動現(xiàn)象展示給學生，可取得事半功倍的效果。但是，考慮到多媒體技術授課和傳統(tǒng)的授課方法各自的優(yōu)缺點，結合流體力學課程特點，采用取其長而避其短、兩者兼顧而又兩者不棄的原則。
“教學有法，但無定法，貴在得法”。我們要不斷更新教學理念，努力提升自身的綜合素質，及時總結教學過程中出現(xiàn)的問題并加以改進，注重教學過程中的每一個環(huán)節(jié)，多管齊下，才能保證學生取得良好的教學效果。
參考文獻：
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[6]毛根海.應用流體力學實驗[M].北京：高等教育出版社，
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2008：1-7，25-30.
流體力學的現(xiàn)象范文第5篇
論文關鍵詞：高職院校；流體力學；學習興趣
“流體力學”課程是我國高等院校工科專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎課，涉及土木、能源、醫(yī)學、環(huán)境、化工等許多領域。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)和知識體系構建過程中起著“承上啟下”的作用。流體力學因曾經(jīng)在20世紀五六十年代對航空航天事業(yè)的巨大推動而倍受世人矚目。近年來，流體力學廣泛深入地向邊緣學科交叉滲透，這就要求相關領域的工作者要善于從錯綜復雜的工程實際中獨立地提出問題和解決問題。
民辦高職院校的學生入學成績較差、自主學習的能力較差。很多學生對流體力學現(xiàn)象認識模糊，學生普遍感覺流體力學概念抽象，難以理解，對“流體力學”產(chǎn)生畏難情緒和厭學現(xiàn)象，學習積極性不高。2011年，江蘇省高職院校招生實行注冊入學，更意味著生源素質的良莠不齊，這對工科專業(yè)的民辦高職院校的“流體力學”課程教學是個嚴峻的挑戰(zhàn)。
一、民辦高職院校學生的特點
1.入學成績較差
民辦高職院校在高等院校中處于較低的地位，這尤其體現(xiàn)在招生中，往往是錄取批次的最后一批。這就意味著入學的學生往往入學成績較差，從這幾年金肯職業(yè)技術學院（以下簡稱“我校”）的錄取成績來看，從90分～330分都有，大多是在180分左右。因此民辦高職院校的學生往往數(shù)學物理基礎較差，計算能力較差，影響他們對工科課程的學習。
2.自主學習的能力較差
從和學生的交流情況來看，學生在課后很少主動學習、看相關的書籍，甚至連作業(yè)都有不能按時保質完成的時候。
二、如何調(diào)動學生學習“流體力學”的主觀能動性
民辦高職院校和公辦本科院校以及公辦高職院校有很大的區(qū)別，使得在“流體力學”課程教學中不能照搬上述公辦院校的方法，而要根據(jù)民辦高職院校的特點來實行教學。
陶行知在《中國教育改造》中指出：“大凡選擇職業(yè)科目之標準，不在適與不適，而在最適與非最適。所謂最適者有二，一曰才能，二曰興味。才能足以樂業(yè)。”學習最有興趣的專業(yè)，因其興趣，才會有樂趣，才會安于學習。托爾斯泰說過：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發(fā)學生的興趣。”對民辦高職院校的學生更應注重興趣的培養(yǎng)。
1.教學內(nèi)容優(yōu)化，降低難度
（1）教學內(nèi)容精簡，理論夠用為度。鑒于高職院校學生的特點，再結合高職專業(yè)所實現(xiàn)的目標——技能性人才，根據(jù)各專業(yè)的側重點，對教學內(nèi)容進行優(yōu)化。理論難度夠用為度，不求理論的系統(tǒng)性和完整性。以給排水工程專業(yè)為例，流體靜力學經(jīng)優(yōu)化后，保留靜壓強及其特性、靜力學基本方程的應用、平面和曲面的靜水總壓力的內(nèi)容，側重基本概念、基本定律和方程式，取消了平衡微分方程的內(nèi)容。對我校學生而言，難以聽懂，不如加強基本知識的介紹，如能透徹理解，對工作和生活更有用。
（2）教學內(nèi)容體現(xiàn)職業(yè)特點。應該在教學內(nèi)容中體現(xiàn)本專業(yè)的專業(yè)內(nèi)容。對于面向給排水工程專業(yè)開設的“流體力學”課程，其專業(yè)和自來水、污水的運輸和輸送緊密相關，都離不開管、泵的設計與使用，這就涉及到流體力學的許多方面。例如，分析流體在管道內(nèi)的流動規(guī)律、壓力、阻力、流速和輸量的關系時，應向學生指出此處知識點的學習是為了根據(jù)流動規(guī)律和各參數(shù)關系來設計管徑、校核管材強度、布置管線以及選擇泵的大小和類型、設計泵的安裝位置等，把知識點融入到職業(yè)特點中，編成例題進行講解。有些概念和理論是學生首次在“流體力學”里學到的，并且會貫穿到整個專業(yè)知識的學習過程中，例如雷諾數(shù)、水頭損失、沿程水損等，所以，對于此類知識的反復強調(diào)也是非常必要的。把“流體力學”和“泵與風機”、“管道工程”、“水處理工程”等專業(yè)課聯(lián)系在一起，相關知識點能做到心中有數(shù)，為以后專業(yè)知識的學習打下堅實的基礎。優(yōu)化內(nèi)容的同時，也不同程度地降低了學習內(nèi)容的難度，這在客觀上為提高學生的學習積極性鋪平了道路。
2.活躍教學課堂氣氛，營造輕松的學習環(huán)境
（1）用重大事件激發(fā)學生學習“流體力學”的自覺性、主動性和積極性。在教學中適當?shù)卮┎逯v述一些有關的重大事故、重大災害和重大建設項目（統(tǒng)稱“重大事件”），對于學生認識現(xiàn)在的學習與未來工作之間的關系、提高學習自覺性、培養(yǎng)熱愛專業(yè)的思想和嚴謹?shù)目茖W作風很有幫助，同時也有助于活躍課堂氣氛。
在講授“流體靜力學”這一章節(jié)內(nèi)容時，可舉1993年青海溝后水庫垮壩事件。1993年8月27日夜間，庫容為330萬m3的青海省海南藏族自治州溝后水庫在庫水位低于設計水位0.75m3的情況下突然垮壩失事，造成288人死亡，40人失蹤，直接經(jīng)濟損失1.53億元。水利部專家組調(diào)查認定，溝后水庫在設計上有缺陷，施工中又存在嚴重質量問題，運行管理工作薄弱，這次垮壩屬于重大責任事故。結合流體靜力學講述這一事件時指出：不管在什么崗位，責任心和專業(yè)技術素質也許會關系到千百人生命財產(chǎn)的安全。
（2）用工程或生活實例讓學生感受到科學很奇妙，身邊處處有科學。興趣是學習的最大動力，教師應該讓學生直觀形象地了解流體力學的廣泛應用性以及內(nèi)容的趣味性，將與日常生活或生產(chǎn)實際有關的例子介紹給學生。“流體力學”的理論性較強，公式較多，學生理解比較困難。如果教師在課程的講解過程中，多穿插一些實際生活中的現(xiàn)象，與課本中的理論結合起來講，一定會大大提高學習興趣，使學生更好地熟記和應用知識。在靜力學章節(jié)的學習過程中，可舉“人能下潛多深？”的例子，幫助理解靜力學基本方程。小時候經(jīng)常玩的一個游戲——吹紙條。拿出一個小紙條，讓它自然下垂。沿水平方向在它上面吹氣，紙條就會飄起，這是由于流動氣體的壓強小。而解釋流動氣體壓強為什么小，要借助伯努利方程來解釋。“站臺安全線的由來”，“神奇的香蕉球”是如何踢出來的？這也要用伯努利方程來解釋。身邊的科學無處不在，只要仔細觀察，便能從中領悟到許多道理。
從奇妙的魚缸、小鳥喝水的杯子到飲水機的原理，介紹靜力學基本方程的應用及等壓面的概念。簡單的原理，小小的發(fā)明，卻給生活帶來極大的方便，這就是創(chuàng)造發(fā)明的價值所在。
（3）增加語言的藝術性，讓枯燥的流體力學變得優(yōu)美和富有哲理。子曰：“學而時習之，不亦悅乎？”學習應該是快樂輕松的事。從幼兒園到小學，都倡導素質教育、快樂教育。高等教育也應該貫徹這一思想，學習才能持久。
傳統(tǒng)的課堂教學極容易枯燥乏味，使學生聽課索然無味，這必將不利于教學質量的提高。如果我們的授課語言優(yōu)美，講述形象生動，把美的氣息、哲理的意味注入“流體力學”的教學，使學生學得輕松、自由，甚至浪漫，營造出輕松、快樂的學習氛圍。
在緒論中，可以談談流體力學中的人文文化。水與空氣都是流體的典型代表，是一切生命不可缺少的物質，自古至今人們對它的了解、探索和應用創(chuàng)造了豐富的文化物質成果。“楚天千里清秋，水隨天去秋無際”。秋風，天水一色，是大自然的美景，也是流體的流動現(xiàn)象。它們賦予我們靈感，承載著我們的喜怒哀樂。古圣人喜歡從哲理上描述水性，歌頌水德。老子說“智者樂水，仁者樂山”。老子的名言是“上善若水”。通過此類講述，使流體力學增加美的氣息，使力學融入人文，既說明我們的生活與其息息相關，又輕松了課堂氣氛。
在講授粘性流體流動存在著兩種流態(tài)時，可以借用古代文學中相關的名句，如描述湍流的有李白的“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”，描述層流的則有“半畝方塘一鑒開，天光云影共徘徊”等佳句。這樣可以幫助學生建立對流態(tài)十分形象而深刻的印象，從而有助于學生理解、掌握相關知識。
在教學過程中，還可穿插著向學生介紹定律知識背景的形成過程，以及相關科學家的工作，讓學生領悟科學思想，輕松接受相關知識。“牛頓粘性定律”是牛頓對流體力學的主要貢獻之一，是流體力學教學的重點內(nèi)容。我們不僅僅要教給學生科學知識的本身，還應重視如何使學生感悟科學精神。此時穿插介紹牛頓的哲學思想和科學方法。牛頓用引力理論和運動三定律把天上行星和它們的衛(wèi)星運動規(guī)律，同地上重力下墜的現(xiàn)象統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了天上人間的統(tǒng)一，這是牛頓在自然哲學上的偉大貢獻。
3.突出實驗教學的特殊地位，讓學生樂在其中
突出實驗教學的特殊地位，使教學貼近實際，貼近生活。通過演示實驗、學生驗證性實驗、競賽型的設計性實驗、實驗錄像、照片、仿真實驗教學等多種方式貫穿教學的全過程，讓學生看到各類實驗最深刻、真實的一面，從而豐富學生的經(jīng)驗，增強學生的見識，培養(yǎng)職業(yè)意識和實踐能力。
（1）開發(fā)課堂演示教具和演示實驗。開發(fā)一系列課堂教學演示教具，可以使學生耳目一新，課堂氣氛變得活躍起來。課堂演示教具和演示實驗的使用，必須簡單易行，價廉物美，且能解決教學問題，這對民辦高職院校的教師提出了較高的要求。講授表面張力和毛細管現(xiàn)象時，可演示毛巾浸濕的現(xiàn)象，順帶告訴學生如何在無人時給花草自動滴灌的方法；演示移液管移液凹面的現(xiàn)象時，告訴學生如何讀數(shù)，如何避免毛細管現(xiàn)象引起的誤差，同時可教學生化學實驗操作的細節(jié)。講述“流體靜力學”章節(jié)時，演示倒扣水杯的實驗，讓枯燥的方程變得形象，易于理解。從廢棄飲水機上拆下的“聰明頭”，介紹靜力學基本方程的實際應用。這些教具都非常簡單，也易于獲得，甚至無需額外花錢，學生也非常感興趣。
（2）應用多媒體教學演示。并不是所有的教學內(nèi)容都能找到適合課堂演示的案例。隨著多媒體在教學中應用的普及，一些復雜的演示實驗和昂貴的演示教具可以通過多媒體教學來實現(xiàn)。如雷諾實驗、水躍實驗、水擊現(xiàn)象，在生產(chǎn)實踐中所應用的各種堰，都可一一演示，遠勝貧乏的語言描述。
（3）用設計性實驗讓學生參與其中，樂在其中。設計性實驗圍繞職業(yè)特色專題，依據(jù)學生的實際情況而設，如：“自動虹吸管的改進與應用”。指導教師根據(jù)學生對所學知識的掌握及興趣度，將他們分成幾個不同的實驗小組，然后指導和協(xié)助學生自己設計實驗方案，動手組裝，最后依據(jù)實驗結果給出實驗成績。
該實驗教學模式的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：激發(fā)學生的求知欲望和培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力；加深學生對理論知識的理解并向外延展；節(jié)省高校實驗室資金投入。
文中所提到的方法，最終需要教師來完成，這對教師提出了較高要求。雖然高職院校的教師的教學任務很繁重，尤其是民辦高職院校的教師，但這些方法都可以在平時的積累中完成，只需平時閱報、聽新聞、上網(wǎng)瀏覽、注意周遭事物，多和同行交流就可以做到。
