流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)范文

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篇1

一、流體力學(xué)課堂的教學(xué)方法

流體力學(xué)是工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，其課程性質(zhì)決定了其課堂教學(xué)的內(nèi)容理論性知識(shí)多、記憶量大，比較枯燥。學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程中，容易產(chǎn)生乏味感和懈怠感，導(dǎo)致流體力學(xué)的課堂效果不佳，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況不好等問(wèn)題。在課堂上學(xué)生無(wú)法做到全神貫注地學(xué)習(xí)和理解，也就使學(xué)生無(wú)法做到對(duì)知識(shí)點(diǎn)的有效掌握，就會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降。特別是流體力學(xué)與其他學(xué)科和行業(yè)都有一定的聯(lián)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中如果不能理解所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)其在其他相關(guān)學(xué)科中的學(xué)習(xí)也有一定的阻礙。由于流體力學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)性學(xué)科，學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，其基本的任務(wù)是要將流體力學(xué)的理論知識(shí)與重點(diǎn)深入地理解和掌握，但學(xué)生往往忽視了基礎(chǔ)知識(shí)以及理論知識(shí)的重要性，過(guò)分地關(guān)注在例如方程推導(dǎo)等內(nèi)容上，使學(xué)生的學(xué)習(xí)出現(xiàn)斷層，無(wú)法做到整體的理解和掌握。針對(duì)這些問(wèn)題，教師可以在課堂中進(jìn)行一定的改革和變化。首先，教師可以在每日上課前對(duì)本次課程所要講解的內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)。通過(guò)精彩的引言，將本次課程所講的內(nèi)容與前后知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，使學(xué)生能夠得到具有極大吸引力以及趣味性的課堂形式。在進(jìn)行講解過(guò)程中可以將流體力學(xué)知識(shí)與生活中的自然現(xiàn)象以及科學(xué)原理進(jìn)行闡釋?zhuān)瑥纳钪袔?，使學(xué)生產(chǎn)生共鳴，進(jìn)而做到有效的學(xué)習(xí)。而在課堂結(jié)束后，為了保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，檢查學(xué)生的記憶效果，則可以為學(xué)生進(jìn)行別致的課后作業(yè)，在課后作業(yè)的幫助下，使學(xué)生能夠有效地記憶知識(shí)點(diǎn)和概念，使學(xué)生能夠改善知識(shí)點(diǎn)掌握不良的情況，為學(xué)生在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中增添助力。而教師在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)也十分重要。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容理解偏頗、學(xué)習(xí)方法不當(dāng)以及學(xué)習(xí)的重點(diǎn)掌握不明等問(wèn)題，這時(shí)教師應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行積極有效的引導(dǎo)，特別是在概念的記憶方面，引導(dǎo)學(xué)生以記憶概念為主的學(xué)習(xí)方法，防止學(xué)生過(guò)分追求解題而導(dǎo)致的知識(shí)點(diǎn)記憶斷層。教師在每章節(jié)的教學(xué)后，應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行一定的復(fù)習(xí)教學(xué)與指導(dǎo)，幫助學(xué)生明確每一章節(jié)的重要內(nèi)容，并對(duì)學(xué)生的知識(shí)理解做到有效的掌握和補(bǔ)充。

二、多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

多媒體教學(xué)作為當(dāng)前較為先進(jìn)的教學(xué)方式，對(duì)豐富教學(xué)內(nèi)容，增添教學(xué)形式都有重要的地位和作用。多媒體教學(xué)目前也成為流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中重要的教學(xué)形式之一。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的地方在于，教師不需要在課堂上利用板書(shū)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的展示和講解，在教學(xué)過(guò)程中，能夠加快教師的教學(xué)進(jìn)度，使學(xué)生能夠輕松地完成繁重的教學(xué)任務(wù)，并通過(guò)多媒體教學(xué)形式，在較為復(fù)雜且理解性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，能夠通過(guò)動(dòng)畫(huà)、圖像、視頻以及聲音等內(nèi)容進(jìn)行輔講解，使學(xué)生更好地理解所要掌握的內(nèi)容。但多媒體教學(xué)也存在著一定的缺陷，例如在多媒體教學(xué)的模式下，教師不需要通過(guò)板書(shū)進(jìn)行講解和推導(dǎo)，學(xué)生理解和記憶的時(shí)間短，無(wú)法保證所有學(xué)生都能夠做到對(duì)所講知識(shí)有效地理解和掌握，而多媒體教學(xué)在師生互動(dòng)方面也存在一定的缺陷，學(xué)生與教師的互動(dòng)減少，教師則無(wú)法通過(guò)學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)的進(jìn)度和速度，使學(xué)生在高壓高速的課堂氛圍下進(jìn)行學(xué)習(xí)，長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)造成學(xué)生注意力不集中，教學(xué)效果大打折扣。可見(jiàn)，多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中缺一不可。可以通過(guò)對(duì)二者的結(jié)合，將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)互補(bǔ)，以做到最有效最積極的課堂教學(xué)形式和效果。

三、結(jié)語(yǔ)

篇2

關(guān)鍵詞：地方高校；流體力學(xué)；理論；實(shí)踐

0引言

以航空為特色的濱州學(xué)院的航空專(zhuān)業(yè)學(xué)生，流體力學(xué)是后期學(xué)習(xí)氣體動(dòng)力學(xué)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造、航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理等等課程的基礎(chǔ)課程，航空發(fā)動(dòng)機(jī)分為活塞式和噴氣式，目前大型飛機(jī)多采用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)的推力，其原理是從外部大氣中吸入大量的氣體經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后部分氣體流入燃燒室和燃油充分混合燃燒后形成高溫高壓的熱氣流入渦輪，最后所有吸進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體由尾噴管?chē)姵?，吸入前和排除的氣體發(fā)生了變化變?yōu)楦邏焊邷馗咚贇怏w，根據(jù)力的反作用，由尾噴口噴出的氣體可在發(fā)動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生強(qiáng)勁的推力，先進(jìn)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)階段會(huì)根據(jù)相應(yīng)的流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)不同管徑的流道，設(shè)計(jì)壓氣機(jī)和渦輪的葉片，因此理順流體力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)及學(xué)習(xí)思路至關(guān)重要。流體力學(xué)的研究方法可分為理論方法、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)值方法[1-2]。因此在教學(xué)時(shí)，可將3種研究方法貫穿流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中。課程學(xué)習(xí)目標(biāo)有如下4項(xiàng)：①了解流體力學(xué)與其他力學(xué)的本質(zhì)的區(qū)別；②掌握最基本的流體力學(xué)理論知識(shí)點(diǎn)，如靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等；③具有應(yīng)用流體力學(xué)的知識(shí)，分析、處理基本流體力學(xué)問(wèn)題的能力；④利用數(shù)值方法和實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。

1理論方法

理論知識(shí)的學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而流體力學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，多注重公式的推導(dǎo)。本文以流體力學(xué)的三大方程之一的連續(xù)性方程為例，講解該公式學(xué)習(xí)的具體的過(guò)程，連續(xù)性方程式是質(zhì)量守恒在流體力學(xué)中的表達(dá)式。首先學(xué)習(xí)連續(xù)性微分方程。需要建立流體的模型，在空間坐標(biāo)系下選取一個(gè)微小的直角六面體A，并假設(shè)六面體內(nèi)流體的密度ρ有梯度，六面體內(nèi)流體的流動(dòng)沿著x、y、z軸向，速度為ux、uy、uz，如圖1所示。dt時(shí)刻內(nèi)微小的直角六面體A的質(zhì)量流量該變量駐M可分解為在x、y、z方向上質(zhì)量流量的改變量駐Mx、駐My、駐Mz。以x方向?yàn)槔?，dt時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)六面體A的流體質(zhì)量流量Mx為ρuxdxdydt，流出六面體A的流體質(zhì)量流量Mx′為。因此，dt時(shí)刻內(nèi)在x方向上的流出的質(zhì)量流量駐Mx可表示為：根據(jù)上述推導(dǎo)，可知dt時(shí)刻內(nèi)在y、z方向上流出的質(zhì)量流量駐My、駐Mz的大小表示為：因此，dt時(shí)刻內(nèi)流出微小的直角六面體A的質(zhì)量流量駐M：結(jié)合質(zhì)量守恒定律，可推出dt時(shí)刻內(nèi)直角六面體A的質(zhì)量流量的變化量的變化關(guān)系。質(zhì)量流量與密度、體積、速度的變量有關(guān)，又因?yàn)轶w積及速度沒(méi)有變化，因此只和密度有關(guān)?？刂企w內(nèi)密度的減小而減少的質(zhì)量流量：然后學(xué)習(xí)恒定總流的連續(xù)性微分方程對(duì)總流的積分。從恒定總流A任意截取出來(lái)的細(xì)微的一段管道稱(chēng)為控制體[3-4]。其控制面如圖2所示。過(guò)流斷面截面積為A1、A2，平均流速為u1、u2。在單位時(shí)間內(nèi)，經(jīng)控制面流進(jìn)流出控制體積內(nèi)的液體質(zhì)量流量應(yīng)相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面處的速度與面積成反比關(guān)系，截面積越大速度越小，反之亦然。

2實(shí)驗(yàn)操作

理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，離不開(kāi)強(qiáng)力的邏輯思維能力，但是地方高校學(xué)生普遍缺乏此能力。而結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備，適當(dāng)?shù)母M(jìn)實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)生理解理論知識(shí)，及時(shí)互動(dòng)。因此設(shè)計(jì)了基于截面積改變，流體流速變化情況的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)室采用了氣體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)臺(tái)模擬風(fēng)速，斜壓計(jì)測(cè)量截面處的動(dòng)壓強(qiáng)，斜壓計(jì)顧名思義就是液壓管傾斜放置的測(cè)壓儀器，與桌面存在夾角，因壓強(qiáng)變化量相對(duì)較小，傾斜放置可比豎直放置的管路讀取的壓強(qiáng)數(shù)值更為精確。如圖3所示。根據(jù)斜壓計(jì)的讀值，由下列公式計(jì)算流速。試驗(yàn)前先做好準(zhǔn)備工作，如連接好皮托管與斜壓計(jì)的橡膠管，皮托管可感受來(lái)流總壓和靜壓，從而得到動(dòng)壓差，皮托管如圖4所示。把斜壓計(jì)根據(jù)基座上的校正氣泡調(diào)成水平放置，在斜壓計(jì)內(nèi)適當(dāng)?shù)姆湃氩糠譄o(wú)水乙醇，純度為99.7%，它的密度為0.790*103kg/m3。液面和斜壓計(jì)0點(diǎn)重合。靜止時(shí)斜壓計(jì)讀數(shù)為0mm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)整出風(fēng)口截面積的大小，觀測(cè)斜壓計(jì)內(nèi)讀值（流速）與試驗(yàn)段截面積的關(guān)系，截面形狀示意圖如圖5所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，分析可知，在模擬風(fēng)速不變的情況下，流速與截面積的大小成反比，截面積越大流速越小。而在日常生活中，我們能看到很多的現(xiàn)象和此原理有關(guān)，如河道突然變窄的區(qū)域水流速度很大，山谷里的風(fēng)比平地上的風(fēng)大。

篇3

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)；流體力學(xué)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）48-0039-02

流體力學(xué)是一門(mén)研究流體的受力與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的嚴(yán)密科學(xué)，是一門(mén)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)中理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。在流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，涉及到的數(shù)學(xué)公式很多，過(guò)程較為復(fù)雜。歷年來(lái)，學(xué)生們普遍認(rèn)為流體力學(xué)課程枯燥無(wú)味，難以學(xué)懂，興趣不大，導(dǎo)致教學(xué)效果較差。分析材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)現(xiàn)狀可知，目前，該課程體系教學(xué)中存在著較大弊端：一方面，太偏重于數(shù)學(xué)推導(dǎo)與公式的理解，忽視了課程理論的物理意義與工程應(yīng)用的有效結(jié)合；另一方面，忽視了課程的基礎(chǔ)作用，片面強(qiáng)調(diào)課程的專(zhuān)業(yè)性。為此，本文結(jié)合材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置，對(duì)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革探索。課堂教學(xué)是提升學(xué)生認(rèn)知的重要手段。筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面來(lái)提高流體力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

縱觀材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的流體力學(xué)課程體系，可將之分為基本理論知識(shí)、基本應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)部分、與其他學(xué)科的交叉內(nèi)容、工程實(shí)際應(yīng)用等方面。在教學(xué)過(guò)程中，筆者認(rèn)為采用模塊化教學(xué)方式能夠達(dá)到較好的效果。所謂模塊化教學(xué)是指根據(jù)學(xué)科或?qū)I(yè)的不同需求選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，將每個(gè)內(nèi)容或環(huán)節(jié)定義為模塊。每個(gè)模塊的目標(biāo)明確，針對(duì)性強(qiáng)，而且學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)較少，容易提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。當(dāng)然，各個(gè)模塊之間并不是孤立的，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，模塊是相對(duì)獨(dú)立的，但從課程的整體架構(gòu)上來(lái)說(shuō)又是有機(jī)關(guān)聯(lián)的，步步為營(yíng)，內(nèi)容豐富，難度螺旋式上升，使整個(gè)流體力學(xué)課程具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和完整性。目前，國(guó)內(nèi)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的流體力學(xué)課程體系基本按照如下形式貫穿：流體靜力學(xué)理想流體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)：一元流體相似理論泵與風(fēng)機(jī)。每部分的研究方法較為統(tǒng)一，所形成的體系由簡(jiǎn)到繁、由易到難，并且很容易實(shí)現(xiàn)模塊化處理。例如在講授流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)、動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)時(shí)，可以先從實(shí)際流體流動(dòng)的基本方程入手，使學(xué)生在本門(mén)課程開(kāi)始就接觸到流體動(dòng)力學(xué)的總的輪廓和最基本的理論方程，后面的理想流體動(dòng)力學(xué)及一元流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題作為其特殊情況處理，將理想流體、一元流動(dòng)的條件代入有關(guān)方程，即可得到理想流體、一元流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。建立的這種模塊體系具有由一般到特殊的特點(diǎn)，條理清楚。這樣一來(lái)，教師在講完一般形式的方程組后再來(lái)講具體一元流體動(dòng)力學(xué)及理想流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，就可略去大量的公式推導(dǎo)過(guò)程，節(jié)省了大量的課時(shí)，內(nèi)容組織層次感較強(qiáng)，講起來(lái)重點(diǎn)更突出，教學(xué)過(guò)程卻相對(duì)簡(jiǎn)化。

二、更新教材結(jié)構(gòu)

同時(shí)，考慮到材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的特色與應(yīng)用范疇，非常有必要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化處理，根據(jù)材料科學(xué)與工程的課堂要求，淡化一些理論推導(dǎo)過(guò)程，以工程應(yīng)用為根本。從學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律來(lái)看，一般學(xué)生剛學(xué)習(xí)課程的時(shí)候積極性和重視程度都比較高，在學(xué)習(xí)時(shí)花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，但隨著課堂內(nèi)容的推進(jìn)，學(xué)生們的興趣減弱，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革與優(yōu)化勢(shì)在必行。材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的流體力學(xué)課程內(nèi)容并不包括本領(lǐng)域的全部專(zhuān)業(yè)知識(shí)，主要講授流體流動(dòng)的基本原理與基本思路，并側(cè)重于工程應(yīng)用。因此，教材的選取要更具科學(xué)性，要根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和需要，結(jié)合學(xué)生興趣與學(xué)習(xí)層次，有針對(duì)性地選取講義，教材要更側(cè)重于基本原理與基本公式的講述與應(yīng)用，做到簡(jiǎn)單易懂，實(shí)用性較強(qiáng)。

三、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在流體力學(xué)教學(xué)的開(kāi)始，教師就應(yīng)該緊緊抓住學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，在緊扣教學(xué)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，以當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題為引導(dǎo)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性。因此，在流體力學(xué)教學(xué)的過(guò)程中，如何將教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐相結(jié)合，與熱點(diǎn)問(wèn)題相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是提升教學(xué)效果的重要措施之一。比如在給學(xué)生上緒論課的時(shí)候，可以通過(guò)一些生動(dòng)的圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)給學(xué)生形象地展示大自然與人類(lèi)生活密切相關(guān)的流體力學(xué)現(xiàn)象，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的感性認(rèn)識(shí)與興趣，如汽車(chē)為什么要做成流線型的；高爾夫球?yàn)槭裁丛诒砻嬗泻芏嗫?；火箭為什么能夠上天；海岸為什么是弧形；?zhàn)斗機(jī)為什么頭部是尖的等。這些問(wèn)題是日常生活中經(jīng)常見(jiàn)到的，通過(guò)這些問(wèn)題的設(shè)計(jì)與引導(dǎo)，可以讓學(xué)生們知道本課程的主要學(xué)習(xí)目標(biāo)是什么，能解決什么樣的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生們帶著疑問(wèn)和興趣去學(xué)習(xí)，效果將事半功倍。

四、改革教學(xué)手段

目前，流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中教學(xué)手段較為豐富，但仍以板書(shū)和多媒體教學(xué)兩種方法為主。更多采用“多媒體為主，板書(shū)為輔”的方法。多媒體教學(xué)較為直觀、形象，所傳輸?shù)男畔⒘烤薮?。同時(shí)，伴隨著信息網(wǎng)絡(luò)化大形勢(shì)的進(jìn)一步深化，網(wǎng)絡(luò)電子資源更加豐富，這樣大大縮短了教師們的備課時(shí)間。但這種方式也有不足之處，最主要表現(xiàn)在多媒體授課速度偏快，學(xué)生尚未形成知識(shí)結(jié)構(gòu)體系就一帶而過(guò)，課堂上考慮的時(shí)間不足，很難形成師生之間的互動(dòng)。相對(duì)而言，板書(shū)備課時(shí)間較長(zhǎng)，課堂上書(shū)寫(xiě)時(shí)間也較長(zhǎng)，對(duì)于一些較難理解的內(nèi)容，可以給學(xué)生們足夠的思考空間，并在課堂上按照既定授課思路進(jìn)行，這樣能夠涵蓋較為瑣碎的知識(shí)點(diǎn)，易于形成師生間的“一問(wèn)一答”式的互動(dòng)關(guān)系。因此，在流體力學(xué)授課過(guò)程中宜采用二者結(jié)合的方式，對(duì)于系統(tǒng)性較差的知識(shí)點(diǎn)來(lái)說(shuō)采用多媒體方式，而對(duì)于重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容則主要采用板書(shū)的形式，真正做到對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的側(cè)重講解，疏而不漏。只有這樣才能使學(xué)生對(duì)課程既有充足的知識(shí)量，又有重點(diǎn)突出，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

五、重視實(shí)驗(yàn)與工程教學(xué)

流體力學(xué)課是一門(mén)與工程實(shí)踐結(jié)合緊密的學(xué)科。因此，在課程開(kāi)展的過(guò)程中應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)課與工程教學(xué)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前可以分為演示型和驗(yàn)證型，但教學(xué)方法單一，限制了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；同時(shí)，由于長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從屬于理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程教學(xué)的課程建設(shè)與發(fā)展受到了嚴(yán)重制約。因此非常有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)與工程教學(xué)進(jìn)行改革來(lái)適應(yīng)目前高校的培養(yǎng)模式。首先，實(shí)驗(yàn)與工程教學(xué)要注重同專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)較多適用于試驗(yàn)臺(tái)環(huán)境下，是國(guó)家根據(jù)課程規(guī)劃以及人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)需要設(shè)立的，這嚴(yán)重阻礙了學(xué)生們與工程實(shí)踐的有效溝通，因此，可以針對(duì)學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)逐步設(shè)立既符合本專(zhuān)業(yè)又具有工程背景的可操作性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，用以適應(yīng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的理解與創(chuàng)新需求。其次，有效利用高?？蒲袃?yōu)勢(shì)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)與工程教學(xué)的發(fā)展。以學(xué)科為依托，實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)互補(bǔ)，將科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這樣可以開(kāi)闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。第三，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與個(gè)性實(shí)驗(yàn)的互補(bǔ)。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，開(kāi)展一些更具有研究性和綜合性的實(shí)驗(yàn)，這樣對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)有一個(gè)較為有利的補(bǔ)充，同時(shí)也可以鍛煉學(xué)生們實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、整體規(guī)劃的能力，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾立云.流體力學(xué)課程教學(xué)方法研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，1（37）：123-125.

篇4

論文關(guān)鍵詞：高職院校；流體力學(xué)；學(xué)習(xí)興趣

“流體力學(xué)”課程是我國(guó)高等院校工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，涉及土木、能源、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、化工等許多領(lǐng)域。該課程是聯(lián)系前期“高等數(shù)學(xué)”、“理論力學(xué)”等基礎(chǔ)課程和后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的橋梁和紐帶，在學(xué)生能力培養(yǎng)和知識(shí)體系構(gòu)建過(guò)程中起著“承上啟下”的作用。流體力學(xué)因曾經(jīng)在20世紀(jì)五六十年代對(duì)航空航天事業(yè)的巨大推動(dòng)而倍受世人矚目。近年來(lái)，流體力學(xué)廣泛深入地向邊緣學(xué)科交叉滲透，這就要求相關(guān)領(lǐng)域的工作者要善于從錯(cuò)綜復(fù)雜的工程實(shí)際中獨(dú)立地提出問(wèn)題和解決問(wèn)題。

民辦高職院校的學(xué)生入學(xué)成績(jī)較差、自主學(xué)習(xí)的能力較差。很多學(xué)生對(duì)流體力學(xué)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)模糊，學(xué)生普遍感覺(jué)流體力學(xué)概念抽象，難以理解，對(duì)“流體力學(xué)”產(chǎn)生畏難情緒和厭學(xué)現(xiàn)象，學(xué)習(xí)積極性不高。2011年，江蘇省高職院校招生實(shí)行注冊(cè)入學(xué)，更意味著生源素質(zhì)的良莠不齊，這對(duì)工科專(zhuān)業(yè)的民辦高職院校的“流體力學(xué)”課程教學(xué)是個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

一、民辦高職院校學(xué)生的特點(diǎn)

1.入學(xué)成績(jī)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(xué)的學(xué)生往往入學(xué)成績(jī)較差，從這幾年金肯職業(yè)技術(shù)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）的錄取成績(jī)來(lái)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(xué)生往往數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)較差，計(jì)算能力較差，影響他們對(duì)工科課程的學(xué)習(xí)。

2.自主學(xué)習(xí)的能力較差

從和學(xué)生的交流情況來(lái)看，學(xué)生在課后很少主動(dòng)學(xué)習(xí)、看相關(guān)的書(shū)籍，甚至連作業(yè)都有不能按時(shí)保質(zhì)完成的時(shí)候。

二、如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的主觀能動(dòng)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(xué)”課程教學(xué)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(diǎn)來(lái)實(shí)行教學(xué)。

陶行知在《中國(guó)教育改造》中指出：“大凡選擇職業(yè)科目之標(biāo)準(zhǔn)，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(lè)業(yè)?！睂W(xué)習(xí)最有興趣的專(zhuān)業(yè)，因其興趣，才會(huì)有樂(lè)趣，才會(huì)安于學(xué)習(xí)。托爾斯泰說(shuō)過(guò)：“成功的教學(xué)所需要的不是強(qiáng)制，而是激發(fā)學(xué)生的興趣?！睂?duì)民辦高職院校的學(xué)生更應(yīng)注重興趣的培養(yǎng)。

1.教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，降低難度

（1）教學(xué)內(nèi)容精簡(jiǎn)，理論夠用為度。鑒于高職院校學(xué)生的特點(diǎn)，再結(jié)合高職專(zhuān)業(yè)所實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)——技能性人才，根據(jù)各專(zhuān)業(yè)的側(cè)重點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)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(zhuān)業(yè)為例，流體靜力學(xué)經(jīng)優(yōu)化后，保留靜壓強(qiáng)及其特性、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用、平面和曲面的靜水總壓力的內(nèi)容，側(cè)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(duì)我校學(xué)生而言，難以聽(tīng)懂，不如加強(qiáng)基本知識(shí)的介紹，如能透徹理解，對(duì)工作和生活更有用。

（2）教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)職業(yè)特點(diǎn)。應(yīng)該在教學(xué)內(nèi)容中體現(xiàn)本專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容。對(duì)于面向給排水工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的“流體力學(xué)”課程，其專(zhuān)業(yè)和自來(lái)水、污水的運(yùn)輸和輸送緊密相關(guān)，都離不開(kāi)管、泵的設(shè)計(jì)與使用，這就涉及到流體力學(xué)的許多方面。例如，分析流體在管道內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律、壓力、阻力、流速和輸量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)向?qū)W生指出此處知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)是為了根據(jù)流動(dòng)規(guī)律和各參數(shù)關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)管徑、校核管材強(qiáng)度、布置管線以及選擇泵的大小和類(lèi)型、設(shè)計(jì)泵的安裝位置等，把知識(shí)點(diǎn)融入到職業(yè)特點(diǎn)中，編成例題進(jìn)行講解。有些概念和理論是學(xué)生首次在“流體力學(xué)”里學(xué)到的，并且會(huì)貫穿到整個(gè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，例如雷諾數(shù)、水頭損失、沿程水損等，所以，對(duì)于此類(lèi)知識(shí)的反復(fù)強(qiáng)調(diào)也是非常必要的。把“流體力學(xué)”和“泵與風(fēng)機(jī)”、“管道工程”、“水處理工程”等專(zhuān)業(yè)課聯(lián)系在一起，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)能做到心中有數(shù)，為以后專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。優(yōu)化內(nèi)容的同時(shí)，也不同程度地降低了學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度，這在客觀上為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性鋪平了道路。

2.活躍教學(xué)課堂氣氛，營(yíng)造輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境

（1）用重大事件激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的自覺(jué)性、主動(dòng)性和積極性。在教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎逯v述一些有關(guān)的重大事故、重大災(zāi)害和重大建設(shè)項(xiàng)目（統(tǒng)稱(chēng)“重大事件”），對(duì)于學(xué)生認(rèn)識(shí)現(xiàn)在的學(xué)習(xí)與未來(lái)工作之間的關(guān)系、提高學(xué)習(xí)自覺(jué)性、培養(yǎng)熱愛(ài)專(zhuān)業(yè)的思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)很有幫助，同時(shí)也有助于活躍課堂氣氛。

在講授“流體靜力學(xué)”這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，可舉1993年青海溝后水庫(kù)垮壩事件。1993年8月27日夜間，庫(kù)容為330萬(wàn)m3的青海省海南藏族自治州溝后水庫(kù)在庫(kù)水位低于設(shè)計(jì)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(jì)損失1.53億元。水利部專(zhuān)家組調(diào)查認(rèn)定，溝后水庫(kù)在設(shè)計(jì)上有缺陷，施工中又存在嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題，運(yùn)行管理工作薄弱，這次垮壩屬于重大責(zé)任事故。結(jié)合流體靜力學(xué)講述這一事件時(shí)指出：不管在什么崗位，責(zé)任心和專(zhuān)業(yè)技術(shù)素質(zhì)也許會(huì)關(guān)系到千百人生命財(cái)產(chǎn)的安全。

（2）用工程或生活實(shí)例讓學(xué)生感受到科學(xué)很奇妙，身邊處處有科學(xué)。興趣是學(xué)習(xí)的最大動(dòng)力，教師應(yīng)該讓學(xué)生直觀形象地了解流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用性以及內(nèi)容的趣味性，將與日常生活或生產(chǎn)實(shí)際有關(guān)的例子介紹給學(xué)生?！傲黧w力學(xué)”的理論性較強(qiáng)，公式較多，學(xué)生理解比較困難。如果教師在課程的講解過(guò)程中，多穿插一些實(shí)際生活中的現(xiàn)象，與課本中的理論結(jié)合起來(lái)講，一定會(huì)大大提高學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地熟記和應(yīng)用知識(shí)。在靜力學(xué)章節(jié)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，可舉“人能下潛多深？”的例子，幫助理解靜力學(xué)基本方程。小時(shí)候經(jīng)常玩的一個(gè)游戲——吹紙條。拿出一個(gè)小紙條，讓它自然下垂。沿水平方向在它上面吹氣，紙條就會(huì)飄起，這是由于流動(dòng)氣體的壓強(qiáng)小。而解釋流動(dòng)氣體壓強(qiáng)為什么小，要借助伯努利方程來(lái)解釋?！罢九_(tái)安全線的由來(lái)”，“神奇的香蕉球”是如何踢出來(lái)的？這也要用伯努利方程來(lái)解釋。身邊的科學(xué)無(wú)處不在，只要仔細(xì)觀察，便能從中領(lǐng)悟到許多道理。

從奇妙的魚(yú)缸、小鳥(niǎo)喝水的杯子到飲水機(jī)的原理，介紹靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用及等壓面的概念。簡(jiǎn)單的原理，小小的發(fā)明，卻給生活帶來(lái)極大的方便，這就是創(chuàng)造發(fā)明的價(jià)值所在。

（3）增加語(yǔ)言的藝術(shù)性，讓枯燥的流體力學(xué)變得優(yōu)美和富有哲理。子曰：“學(xué)而時(shí)習(xí)之，不亦悅乎？”學(xué)習(xí)應(yīng)該是快樂(lè)輕松的事。從幼兒園到小學(xué)，都倡導(dǎo)素質(zhì)教育、快樂(lè)教育。高等教育也應(yīng)該貫徹這一思想，學(xué)習(xí)才能持久。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)極容易枯燥乏味，使學(xué)生聽(tīng)課索然無(wú)味，這必將不利于教學(xué)質(zhì)量的提高。如果我們的授課語(yǔ)言?xún)?yōu)美，講述形象生動(dòng)，把美的氣息、哲理的意味注入“流體力學(xué)”的教學(xué)，使學(xué)生學(xué)得輕松、自由，甚至浪漫，營(yíng)造出輕松、快樂(lè)的學(xué)習(xí)氛圍。

在緒論中，可以談?wù)劻黧w力學(xué)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(zhì)，自古至今人們對(duì)它的了解、探索和應(yīng)用創(chuàng)造了豐富的文化物質(zhì)成果?！俺烨Ю锴迩?，水隨天去秋無(wú)際”。秋風(fēng)，天水一色，是大自然的美景，也是流體的流動(dòng)現(xiàn)象。它們賦予我們靈感，承載著我們的喜怒哀樂(lè)。古圣人喜歡從哲理上描述水性，歌頌水德。老子說(shuō)“智者樂(lè)水，仁者樂(lè)山”。老子的名言是“上善若水”。通過(guò)此類(lèi)講述，使流體力學(xué)增加美的氣息，使力學(xué)融入人文，既說(shuō)明我們的生活與其息息相關(guān)，又輕松了課堂氣氛。

在講授粘性流體流動(dòng)存在著兩種流態(tài)時(shí)，可以借用古代文學(xué)中相關(guān)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(kāi)，天光云影共徘徊”等佳句。這樣可以幫助學(xué)生建立對(duì)流態(tài)十分形象而深刻的印象，從而有助于學(xué)生理解、掌握相關(guān)知識(shí)。

在教學(xué)過(guò)程中，還可穿插著向?qū)W生介紹定律知識(shí)背景的形成過(guò)程，以及相關(guān)科學(xué)家的工作，讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)思想，輕松接受相關(guān)知識(shí)?！芭ｎD粘性定律”是牛頓對(duì)流體力學(xué)的主要貢獻(xiàn)之一，是流體力學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。我們不僅僅要教給學(xué)生科學(xué)知識(shí)的本身，還應(yīng)重視如何使學(xué)生感悟科學(xué)精神。此時(shí)穿插介紹牛頓的哲學(xué)思想和科學(xué)方法。牛頓用引力理論和運(yùn)動(dòng)三定律把天上行星和它們的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同地上重力下墜的現(xiàn)象統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了天上人間的統(tǒng)一，這是牛頓在自然哲學(xué)上的偉大貢獻(xiàn)。

3.突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊地位，讓學(xué)生樂(lè)在其中

突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊地位，使教學(xué)貼近實(shí)際，貼近生活。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、競(jìng)賽型的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)錄像、照片、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多種方式貫穿教學(xué)的全過(guò)程，讓學(xué)生看到各類(lèi)實(shí)驗(yàn)最深刻、真實(shí)的一面，從而豐富學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的見(jiàn)識(shí)，培養(yǎng)職業(yè)意識(shí)和實(shí)踐能力。

（1）開(kāi)發(fā)課堂演示教具和演示實(shí)驗(yàn)。開(kāi)發(fā)一系列課堂教學(xué)演示教具，可以使學(xué)生耳目一新，課堂氣氛變得活躍起來(lái)。課堂演示教具和演示實(shí)驗(yàn)的使用，必須簡(jiǎn)單易行，價(jià)廉物美，且能解決教學(xué)問(wèn)題，這對(duì)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(xì)管現(xiàn)象時(shí)，可演示毛巾浸濕的現(xiàn)象，順帶告訴學(xué)生如何在無(wú)人時(shí)給花草自動(dòng)滴灌的方法；演示移液管移液凹面的現(xiàn)象時(shí)，告訴學(xué)生如何讀數(shù)，如何避免毛細(xì)管現(xiàn)象引起的誤差，同時(shí)可教學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)。講述“流體靜力學(xué)”章節(jié)時(shí)，演示倒扣水杯的實(shí)驗(yàn)，讓枯燥的方程變得形象，易于理解。從廢棄飲水機(jī)上拆下的“聰明頭”，介紹靜力學(xué)基本方程的實(shí)際應(yīng)用。這些教具都非常簡(jiǎn)單，也易于獲得，甚至無(wú)需額外花錢(qián)，學(xué)生也非常感興趣。

（2）應(yīng)用多媒體教學(xué)演示。并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都能找到適合課堂演示的案例。隨著多媒體在教學(xué)中應(yīng)用的普及，一些復(fù)雜的演示實(shí)驗(yàn)和昂貴的演示教具可以通過(guò)多媒體教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如雷諾實(shí)驗(yàn)、水躍實(shí)驗(yàn)、水擊現(xiàn)象，在生產(chǎn)實(shí)踐中所應(yīng)用的各種堰，都可一一演示，遠(yuǎn)勝貧乏的語(yǔ)言描述。

（3）用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生參與其中，樂(lè)在其中。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)圍繞職業(yè)特色專(zhuān)題，依據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況而設(shè)，如：“自動(dòng)虹吸管的改進(jìn)與應(yīng)用”。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握及興趣度，將他們分成幾個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)小組，然后指導(dǎo)和協(xié)助學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，動(dòng)手組裝，最后依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：激發(fā)學(xué)生的求知欲望和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力；加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解并向外延展；節(jié)省高校實(shí)驗(yàn)室資金投入。

文中所提到的方法，最終需要教師來(lái)完成，這對(duì)教師提出了較高要求。雖然高職院校的教師的教學(xué)任務(wù)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(shí)的積累中完成，只需平時(shí)閱報(bào)、聽(tīng)新聞、上網(wǎng)瀏覽、注意周遭事物，多和同行交流就可以做到。

篇5

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、流體力學(xué)課程特點(diǎn)

流體力學(xué)是水利工程、環(huán)境工程、給水排水等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)必選課，與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課聯(lián)系緊密。如對(duì)于給排水專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，后續(xù)的水泵與水泵站、建筑給排水等課程的學(xué)習(xí)都需要用到流體力學(xué)方面的知識(shí)。流體力學(xué)具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，該課程理論抽象，理論公式推導(dǎo)和基本概念比較多，學(xué)生需要在掌握基本概念及理論公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，清楚了解公式的應(yīng)用限制條件，才能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。另外，實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與所學(xué)理論知識(shí)緊密相關(guān)，是驗(yàn)證理論、數(shù)值計(jì)算結(jié)果的重要途徑，是學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)的主要手段，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，加強(qiáng)對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的掌握方面起著重要作用。根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，目前，在流體力學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中存在著一些問(wèn)題：課堂例題和課后習(xí)題與工程實(shí)際脫節(jié)，理論與實(shí)際聯(lián)系不夠緊密，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)在實(shí)際工程的應(yīng)用不甚了解，只會(huì)機(jī)械照搬公式解題；教師主要采用課堂灌輸、學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)模式，與學(xué)生的互動(dòng)比較少；所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證型和演示型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并加以驗(yàn)證的機(jī)會(huì)甚少，不利于學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，更不利于學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)。因此，流體力學(xué)課程教學(xué)需要采用多元化教學(xué)模式、加強(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系、對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，以取得較好的教學(xué)效果。

二、教學(xué)方法探討

（一）理論教學(xué)方法探討

1.重視緒論的作用。

緒論對(duì)于講好一門(mén)課是非常重要的。通過(guò)對(duì)緒論的學(xué)習(xí)，學(xué)生可了解本課程涉及的主要內(nèi)容，在學(xué)科領(lǐng)域中的地位，發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展方向，與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的聯(lián)系，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位與作用等。通過(guò)對(duì)緒論的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)本學(xué)科的意義、目的及重要性，激發(fā)學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣，安排好學(xué)習(xí)計(jì)劃，為學(xué)好該門(mén)課做好充足的準(zhǔn)備。

2.采用啟發(fā)式教學(xué)手段。

現(xiàn)代教學(xué)論中的啟發(fā)式教學(xué)思想的特點(diǎn)是：強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實(shí)現(xiàn)教師主導(dǎo)作用與學(xué)生積極性相結(jié)合；強(qiáng)調(diào)學(xué)生智力的充分發(fā)展，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)知識(shí)的學(xué)習(xí)與智力的充分發(fā)展相結(jié)合；強(qiáng)調(diào)激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)內(nèi)在動(dòng)力與學(xué)習(xí)的責(zé)任感相結(jié)合；強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)書(shū)本知識(shí)與直接經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合[1]。因此，將啟發(fā)式教學(xué)思想應(yīng)用于流體力學(xué)課程教學(xué)，把學(xué)生放于主體地位，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生對(duì)本門(mén)課的興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果；教學(xué)中通過(guò)理論與實(shí)踐的緊密聯(lián)系，便于將理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中，要使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握更加靈活牢固，并為以后課程的學(xué)習(xí)及工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（1）采用對(duì)比法。授課時(shí)，將相近或相反的定義、概念進(jìn)行對(duì)比，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念的理解和掌握。如講解流線和跡線、恒定流和均勻流、層流和紊流等概念時(shí)，采用比較法授課，避免學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的混淆。另外，還可將新舊知識(shí)進(jìn)行對(duì)比，使學(xué)生在復(fù)習(xí)舊知識(shí)的同時(shí)，加深對(duì)新知識(shí)的掌握。如在講動(dòng)量方程時(shí)，可將動(dòng)量方程與能量方程的應(yīng)用前提條件、所能解決的問(wèn)題進(jìn)行比較，從而加深學(xué)生對(duì)這兩大基本方程的理解和掌握。

（2）采用聯(lián)系法。在講概念之前，先引入實(shí)例。如在講卡門(mén)渦街概念之前，先介紹電線在風(fēng)中發(fā)出聲響的原因；通過(guò)介紹汽車(chē)外形設(shè)計(jì)，講解繞流阻力的問(wèn)題；在講表面張力的時(shí)候，聯(lián)系露珠是球形的現(xiàn)象；在講毛細(xì)現(xiàn)象的時(shí)候，聯(lián)系當(dāng)毛巾部分浸在水中時(shí)，未浸在水中的部分也會(huì)變濕的生活現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)這些與生活緊密相關(guān)的流體力學(xué)問(wèn)題的思考，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大為增加，并且要加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。另外，還可聯(lián)系新舊知識(shí)，如有壓管流的水力計(jì)算其實(shí)就是能量方程在實(shí)際工程中的應(yīng)用，同時(shí)聯(lián)系后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)和日后所從事的工作，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)溫故知新，達(dá)到融會(huì)貫通的效能。

（3）采用“問(wèn)題式”教學(xué)法。在授課過(guò)程中，針對(duì)某些易混淆、易理解錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)，適當(dāng)?shù)靥岢鲆恍┱T導(dǎo)性問(wèn)題，以提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題為線索，達(dá)到學(xué)生掌握知識(shí)的目的。有些問(wèn)題先提出來(lái)，留出適當(dāng)時(shí)間，再讓學(xué)生回答；有些問(wèn)題提出來(lái)為引起同學(xué)注意，教師可自問(wèn)自答。如在推導(dǎo)作用在平面壁上靜水總壓力公式時(shí)，公式得出后，可向?qū)W生提問(wèn)“公式推導(dǎo)過(guò)程中所涉及的水深h和y值是否相同，若不同，它們之間有何關(guān)系”，讓學(xué)生回答，以加深學(xué)生對(duì)公式中各項(xiàng)符號(hào)的理解，避免應(yīng)用公式時(shí)混淆出錯(cuò)；在講液體作用在曲面上的靜水總壓力時(shí)，先提出問(wèn)題“能否用液體作用在平面上的靜水總壓力的求解方法來(lái)求解”，然后分析曲面和平面所受壓力的不同點(diǎn)，最后得出液體作用在曲面上的靜水總壓力的求解方法。

3.充分利用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段。

在教學(xué)過(guò)程中，采用板書(shū)和現(xiàn)代多媒體技術(shù)相結(jié)合的方式，充分利用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，將聲音、圖形和動(dòng)畫(huà)等與授課知識(shí)靈活結(jié)合，提高學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣。教師可以在講授偏重于推導(dǎo)過(guò)程的內(nèi)容時(shí)采用傳統(tǒng)授課方式，而講授需要直觀形象的內(nèi)容時(shí)采用多媒體教學(xué)方法。如在講局部損失時(shí)，通過(guò)流體力學(xué)模型局部障礙處漩渦的形成演示，加深學(xué)生對(duì)造成局部水頭損失影響因素的理解；在講壓力體和靜水壓強(qiáng)分布圖繪制時(shí)，利用多媒體演示圖形的疊加、抵消過(guò)程，使學(xué)生一目了然，起到事半功倍的效果。

4.加強(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系。

由于學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)際工程的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)抽象的理論在理解上有一些困難，因此在講課時(shí)要加強(qiáng)所講授的理論知識(shí)與工程實(shí)際的聯(lián)系。例如，在講流線時(shí)，可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室觀看流體力學(xué)模型的水流現(xiàn)象，或做成動(dòng)畫(huà)演示，使學(xué)生對(duì)實(shí)際的水流現(xiàn)象有直觀的認(rèn)識(shí)，從而加深對(duì)流線概念的理解；對(duì)工程中常用到的流體力學(xué)知識(shí)，如能量方程，應(yīng)在推導(dǎo)及應(yīng)用條件等方面深入講解，并舉例講解該方程在實(shí)際工程中能解決的問(wèn)題，如在城市給水管網(wǎng)中管道埋深確定方面的應(yīng)用等，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該方程的理解，做到靈活運(yùn)用，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。在授課時(shí)，還應(yīng)盡量將流體力學(xué)的有關(guān)知識(shí)與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容更加充實(shí)，并可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。如將有壓管道的水力計(jì)算與后續(xù)課程給水管道的設(shè)計(jì)相結(jié)合；將無(wú)壓管道的水力計(jì)算與排水管道的設(shè)計(jì)相結(jié)合；將水頭損失計(jì)算與建筑給水系統(tǒng)中水箱的設(shè)置高度、水泵揚(yáng)程選擇等相結(jié)合。

5.重視課堂習(xí)題和課后作業(yè)。

流體力學(xué)課程中的理論公式和概念比較多，為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本概念的掌握，熟練運(yùn)用理論公式解決問(wèn)題，要重視課堂習(xí)題和課后作業(yè)對(duì)知識(shí)鞏固的作用。教師在講完理論知識(shí)后，應(yīng)選擇有代表性的例題，通過(guò)對(duì)典型例題的剖析，啟發(fā)學(xué)生舉一反三，達(dá)到靈活掌握所學(xué)知識(shí)的目的。另外，通過(guò)適量的課堂習(xí)題檢查，鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，給學(xué)生提供課堂討論的機(jī)會(huì)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維的鍛煉。給學(xué)生布置適量的課后作業(yè)也非常重要。通過(guò)課后作業(yè)，可促使學(xué)生復(fù)習(xí)學(xué)過(guò)的知識(shí)，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握。另外，教師通過(guò)對(duì)作業(yè)的批改，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的弱點(diǎn)和不足，再加以重點(diǎn)講解，從而在教學(xué)過(guò)程中可做到有的放矢，增強(qiáng)教學(xué)效果。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討

流體力學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果對(duì)整個(gè)課程體系產(chǎn)生著直接的影響。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以彌補(bǔ)理論教學(xué)的不足，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的理解和掌握，如雷諾實(shí)驗(yàn)的演示，可加深學(xué)生對(duì)層流和紊流概念的理解。另外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)還可培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力。目前流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證型和演示型實(shí)驗(yàn)，綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)很少，基本上是學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的實(shí)驗(yàn)步驟，一步一步做，而不是自己動(dòng)腦設(shè)計(jì)并加以驗(yàn)證，這樣就無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。為更好的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，應(yīng)多開(kāi)設(shè)一些綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自己提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)操作、整理實(shí)驗(yàn)成果、得出結(jié)論。學(xué)生在自主完成實(shí)驗(yàn)的全部環(huán)節(jié)時(shí)，能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)的理論知識(shí)和學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)技能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，動(dòng)手能力、分析解決問(wèn)題的能力均得到綜合訓(xùn)練。另外，在條件允許的情況下，實(shí)驗(yàn)室可全天開(kāi)放，學(xué)生可根據(jù)自己的時(shí)間安排完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，教師負(fù)責(zé)答疑。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)應(yīng)由實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合得出，以一定比例計(jì)入本門(mén)課的總成績(jī)。這樣可激勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視，調(diào)動(dòng)其積極性。

三、結(jié)語(yǔ)

在流體力學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)充分利用啟發(fā)式教學(xué)和現(xiàn)代化教學(xué)手段，加強(qiáng)與工程實(shí)際的聯(lián)系，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和思維能力，提高本門(mén)課程的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[4]陳正壽，孫孟.流體力學(xué)多元化教學(xué)模式改革與探討[J].中國(guó)水運(yùn)，2011，11（12）：57-58.

篇6

關(guān)鍵詞：能源與動(dòng)力工程；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)；混合式教育

作者簡(jiǎn)介：代乾（1981-），男，河北滄州人，天津城市建設(shè)學(xué)院能源與安全工程學(xué)院，講師；王澤生（1964-），男，天津人，天津城市建設(shè)學(xué)院能源與安全工程學(xué)院，教授。（天津 300384）

基金項(xiàng)目：本文系天津城市建設(shè)學(xué)院2012年度教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JG-1207）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0074-02

2012年9月，教育部頒布實(shí)施新的《普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄（2012年）》，熱能與動(dòng)力本科專(zhuān)業(yè)更名為能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)。由專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)可見(jiàn)該專(zhuān)業(yè)的內(nèi)涵更加廣闊和深遠(yuǎn)，從而也說(shuō)明隨著能源動(dòng)力科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和新問(wèn)題地提出，社會(huì)對(duì)人才的培養(yǎng)提出了新的要求。目前，大約有170多所高校設(shè)置了熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)。[1]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源與環(huán)境逐漸成為世界各國(guó)所面臨的重大科技和社會(huì)問(wèn)題。培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新意識(shí)的能源工程專(zhuān)業(yè)人才是本學(xué)科義不容辭的責(zé)任。而熱工系列課程作為重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。合理的課程體系是體現(xiàn)教育教學(xué)理念的重要載體，是實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、構(gòu)建學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的中心環(huán)節(jié)，建立適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要、體現(xiàn)熱能動(dòng)力技術(shù)學(xué)科內(nèi)在規(guī)律、科學(xué)合理的課程體系極為重要。[2]為了使該課程適應(yīng)新的要求，非常有必要對(duì)其進(jìn)行一定的改革，以培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)社會(huì)發(fā)展需要的人才，同時(shí)對(duì)推動(dòng)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。

一、實(shí)施混合式教育方式

開(kāi)發(fā)混合式學(xué)習(xí)方案的關(guān)鍵因素在于確定適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，使用適當(dāng)?shù)幕旌戏绞剑瑸檫m當(dāng)?shù)膶W(xué)生施行教學(xué)。而教師想要運(yùn)用適當(dāng)?shù)幕旌戏绞叫枰紤]學(xué)習(xí)地點(diǎn)的設(shè)置、信息傳輸技術(shù)及時(shí)間的安排、教學(xué)策略和績(jī)效援助策略等。[3]混合式教學(xué)模式一般可分為以下幾個(gè)階段：[4-6]

1.前期分析

學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體是有認(rèn)知、有情感的，學(xué)生本身的知識(shí)水平、學(xué)習(xí)能力和社會(huì)特征都對(duì)學(xué)習(xí)的信息加工過(guò)程產(chǎn)生影響，教師進(jìn)行學(xué)生特征分析有助于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備和學(xué)習(xí)風(fēng)格，從而為后面的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)和媒體的選擇提供依據(jù)。

2.混合式教學(xué)的組織與管理

教師應(yīng)按照教學(xué)進(jìn)度有針對(duì)性地選擇和設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)要參照已經(jīng)設(shè)計(jì)好的課程目標(biāo)、課程內(nèi)容及其呈現(xiàn)形式，將其與具體的章節(jié)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。教學(xué)活動(dòng)的作用在于為學(xué)生創(chuàng)造具體的學(xué)習(xí)情境，并加強(qiáng)師生、生生之間的交流互動(dòng)，因此恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略對(duì)于教學(xué)活動(dòng)的順利展開(kāi)尤為重要。

3.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及教學(xué)資源建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)的對(duì)于教學(xué)來(lái)說(shuō)不應(yīng)當(dāng)只是教學(xué)內(nèi)容，而更多的應(yīng)該是支持教學(xué)交互、教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)管理，教學(xué)交互、教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)管理是保證教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，這就需要有一個(gè)集教學(xué)內(nèi)容與管理、課堂教學(xué)、在線教學(xué)交互、在線教學(xué)評(píng)價(jià)、基于項(xiàng)目的協(xié)作學(xué)習(xí)、發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)管理等功能于一體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)來(lái)支撐混合式教學(xué)。本校對(duì)“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”、“工程流體力學(xué)”原有的教學(xué)網(wǎng)站進(jìn)行了全面改版，并于2010年先后投入運(yùn)行。其中“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)網(wǎng)站主頁(yè)如圖1所示。網(wǎng)站按照省部級(jí)精品課程的要求制作，網(wǎng)上教學(xué)內(nèi)容詳實(shí)，包括課程的概況、教學(xué)文件、習(xí)題及答案、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)等各種資源。學(xué)生可通過(guò)瀏覽網(wǎng)站學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，這對(duì)課堂教育來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常有益的補(bǔ)充，并有助于實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)。

二、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

“工程流體力學(xué)”是理解能源動(dòng)力系統(tǒng)工質(zhì)流動(dòng)與流量、能量分配的基礎(chǔ)?！肮こ虩崃W(xué)”是研究如何充分和有效利用能量的學(xué)科，其基本內(nèi)容是熱力學(xué)基本定律和工質(zhì)熱物性、熱過(guò)程的研究，是理解能源動(dòng)力系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換基本規(guī)律和提高系統(tǒng)能源利用效率的理論基礎(chǔ)?！皞鳠釋W(xué)”研究熱量傳遞的基本規(guī)律，是理解和控制能源動(dòng)力系統(tǒng)熱量傳遞過(guò)程的理論基礎(chǔ)?！盁峁W(xué)”集成了“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”的基本理論和核心內(nèi)容，為能源動(dòng)力類(lèi)安全工程專(zhuān)業(yè)等提供必要和少量學(xué)時(shí)的熱工理論基礎(chǔ)教育，也是其他非能源動(dòng)力類(lèi)專(zhuān)業(yè)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用的理論基礎(chǔ)課程。“熱工測(cè)量技術(shù)”和“流體熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程則是關(guān)于“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”的實(shí)驗(yàn)理論的技術(shù)基礎(chǔ)課程，旨在揭示相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)、原理、方法以及應(yīng)用。

1.熱工系列課程間內(nèi)容關(guān)聯(lián)性分析

（1）“工程流體力學(xué)”與“工程熱力學(xué)”在教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性之處主要體現(xiàn)以下兩個(gè)方面：“工程流體力學(xué)”中的一維無(wú)粘性重力流體流動(dòng)能量方程（伯努利方程）與“工程熱力學(xué)”中的熱力學(xué)第一定律穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程式具有相同的理論基礎(chǔ)，后者是普遍適用的能量方程式，而后者是前者在一維無(wú)粘性重力流體條件下的特例和不同的表達(dá)方式；“工程流體力學(xué)”中的可壓縮流體流動(dòng)基礎(chǔ)與“工程熱力學(xué)”中的氣體和蒸汽的流動(dòng)研究對(duì)象及理論基礎(chǔ)完全相同，只不過(guò)研究的側(cè)重點(diǎn)不同，前者強(qiáng)調(diào)流動(dòng)特性，后者注重能量傳遞與轉(zhuǎn)換過(guò)程。

（2）“工程流體力學(xué)”與“傳熱學(xué)”課程在教學(xué)內(nèi)容方面具有緊密的關(guān)聯(lián)性和延續(xù)性，主要體現(xiàn)在“工程流體力學(xué)”中粘性流動(dòng)方面與“傳熱學(xué)”中對(duì)流換熱方面的相關(guān)內(nèi)容，具體為：

1）研究對(duì)象均為傳遞現(xiàn)象，“工程流體力學(xué)”研究的是動(dòng)量的傳遞，而“傳熱學(xué)”研究的則是熱量的傳遞，其規(guī)律及分析方法具有類(lèi)比性。首先，傳遞驅(qū)動(dòng)力分別為速度差和溫度差；其次，傳遞方式均為分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散，其中對(duì)于分子擴(kuò)散基本規(guī)律兩者具有類(lèi)似的形式，即牛頓摩擦定律及傅里葉定律，也均有描述傳遞能力的物性參數(shù)，即運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）和熱擴(kuò)散系數(shù)（m2/s），而且流動(dòng)邊界層與熱（溫度）邊界層具有相似的定義和相同的邊界層結(jié)構(gòu)；最后，描述傳遞現(xiàn)象的控制方程，即動(dòng)量微分方程式（N-S方程）和能量微分方程，也具有相似的形式。這也是“傳熱學(xué)”中動(dòng)熱類(lèi)比分析方法（類(lèi)比律，即將阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接用于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算）的理論基礎(chǔ)。

2）如果粘性流體流經(jīng)壁面且具有與壁面不同的溫度時(shí)，就會(huì)同時(shí)發(fā)生動(dòng)量傳遞和熱量傳遞現(xiàn)象。此時(shí)“工程流體力學(xué)”與“傳熱學(xué)”研究的是同一現(xiàn)象的不同方面的特性，即阻力特性和傳熱特性。一般阻力特性是傳熱特性研究的基礎(chǔ)，某些特殊情況（流動(dòng)及對(duì)流換熱具有耦合特征）下兩者相互影響，如流體外掠平板的層流與紊流流動(dòng)及對(duì)流換熱、圓管內(nèi)層流與紊流流動(dòng)及對(duì)流換熱、外掠圓柱的層流與紊流流動(dòng)及對(duì)流換熱、各類(lèi)自由流動(dòng)及對(duì)流換熱等等。顯然在此類(lèi)教學(xué)內(nèi)容中，“工程流體力學(xué)”是“傳熱學(xué)”的基礎(chǔ)。

3）具有相同的分析、計(jì)算方法。正是由于動(dòng)量方程和能量方程具有相似的形式，理論分析法（包括微分方程組求解及積分方程組求解）、?；瘜?shí)驗(yàn)方法（相似原理）、數(shù)值計(jì)算方法均可應(yīng)用于阻力特性和傳熱特性的研究，甚至同一數(shù)值計(jì)算商業(yè)軟件（如FLUENT、ANSYS、PHINICS等）可同時(shí)分析求解同一現(xiàn)象的阻力特性和傳熱特性。因此在研究方法上，“工程流體力學(xué)”與“傳熱學(xué)”是并行的或者說(shuō)是相同的。

（3）“工程熱力學(xué)”與“傳熱學(xué)”課程在教學(xué)內(nèi)容具有關(guān)聯(lián)性之處主要體現(xiàn)以下兩個(gè)方面：“工程熱力學(xué)”中有關(guān)熱量傳遞只是討論熱力過(guò)程中熱量傳遞的量，而“傳熱學(xué)”研究的是熱量傳遞的機(jī)理、方式、影響因素、計(jì)算方法。在“熱力學(xué)”中熱量的單位是q（J/kg），而“傳熱學(xué)”中熱量（熱流密度）單位是q（W/m2），可見(jiàn)后者強(qiáng)調(diào)的是熱量傳遞的速率及能力，而后者以前者的理論（即熱力學(xué)第一定律—能量守恒規(guī)律）為基礎(chǔ)；“工程熱力學(xué)”中有關(guān)濕空氣焓及含濕量變化規(guī)律與“傳熱學(xué)”中的熱質(zhì)交換有著內(nèi)在聯(lián)系。如電廠冷卻塔中，“工程熱力學(xué)”討論了其工作原理及狀態(tài)參數(shù)的變化，而“傳熱學(xué)”則討論了其熱濕交換的具體方式和傳遞速率。

2.熱工系列課程教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化原則

依據(jù)培養(yǎng)方案，流體熱工系列課程時(shí)間安排順序是“工程流體力學(xué)”—“工程熱力學(xué)”—“傳熱學(xué)”（或“熱工學(xué)”）—“熱工測(cè)量技術(shù)”，“流體熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程與上述課程并行安排。因此，熱工系列課程教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化按照以下原則進(jìn)行：

（1）安排在前的課程。教師除完成本課程教學(xué)內(nèi)容外，須根據(jù)上述各課程之間知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，有意識(shí)地為后續(xù)課程涉及的內(nèi)容打下牢固的理論基礎(chǔ)?！肮こ塘黧w力學(xué)”課程的教師需要向“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”課程任課教師了解相關(guān)的內(nèi)容，如一元絕熱穩(wěn)定流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律、相似原理等等，在“工程流體力學(xué)”的教學(xué)中兼顧這些內(nèi)容的教學(xué)需求。

（2）安排在后的課程。教師依據(jù)上述各課程之間知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性分析，在相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程中，須了解前面課程任課教師的授課內(nèi)容和方法，精選授課內(nèi)容，避免不必要的重復(fù)，使該課程與前面課程有機(jī)銜接，且注意采取比較教學(xué)法，讓學(xué)生更容易掌握課堂知識(shí)。

（3）“熱工測(cè)量技術(shù)”和“流體熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程。課程任課教師應(yīng)了解和引用其他理論課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合。如溫度測(cè)量，教師除加強(qiáng)溫度測(cè)量原理、儀表、標(biāo)定及使用方法教學(xué)外，對(duì)于高速氣流溫度測(cè)量，需引用“工程熱力學(xué)”中氣流一維絕熱流動(dòng)能量方程以及滯止溫度和氣流溫度的關(guān)系等相關(guān)理論知識(shí)，說(shuō)明氣流速度對(duì)溫度測(cè)量誤差的影響；而對(duì)于高溫氣流溫度測(cè)量，需引用“傳熱學(xué)”的輻射換熱相關(guān)理論，說(shuō)明輻射對(duì)測(cè)溫誤差的影響以及消除誤差的措施；而對(duì)于鎧裝熱電偶或在加溫度計(jì)套管情況下，還需引用“傳熱學(xué)”的通過(guò)肋壁導(dǎo)熱的相關(guān)理論，說(shuō)明套管的存在對(duì)溫度測(cè)量誤差的影響以及消除誤差的措施。

三、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的教學(xué)體驗(yàn)和學(xué)生的反饋表明，該教學(xué)模式使教學(xué)效果得到很大提高。筆者認(rèn)為在以后的教學(xué)當(dāng)中，要把這種模式繼續(xù)深化并推廣到其他課程的教學(xué)當(dāng)中，熱工系列課程的教學(xué)改革也必然會(huì)取得成功。

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[4]Driscol1 M.Blended learning：Let’s get beyond the hype[J].learning and Training Innovations[R].2002.

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超空泡流場(chǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的有如下幾方面。(1)加深學(xué)生對(duì)超空泡理論及應(yīng)用技術(shù)的認(rèn)識(shí)。(2)掌握超空泡模型水洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b、測(cè)試系統(tǒng)、通氣系統(tǒng)使用等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。獲得超空泡流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)情況下，超空泡流場(chǎng)的變化規(guī)律及特殊物理現(xiàn)象。(3)使學(xué)生完整參與包括前期設(shè)計(jì)在內(nèi)的整個(gè)超空泡問(wèn)題科研實(shí)驗(yàn)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新開(kāi)拓的能力。該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)工作量很大，涉及多相流體力學(xué)、實(shí)驗(yàn)相似理論等學(xué)科知識(shí)，以及多個(gè)大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備及模型系統(tǒng)。如果由學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，則應(yīng)將其作為大學(xué)生科技創(chuàng)新選題，或本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，選題方向?yàn)槌张莺叫畜w的理論研究、應(yīng)用技術(shù)或水洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以是教師在科研中遇到的具體問(wèn)題，也可以是學(xué)生在文獻(xiàn)學(xué)習(xí)中想到的問(wèn)題。視題目設(shè)計(jì)難度的不同，整個(gè)周期2～4個(gè)月。該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作也可以由教師完成，學(xué)生只完成一次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。這種情況下，可將該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為流體力學(xué)理論課程中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，一次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)約需4學(xué)時(shí)。無(wú)論采用哪種教學(xué)模式，其基本的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是類(lèi)似的。下面以4學(xué)時(shí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為例，介紹具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。2．1實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作如不進(jìn)行LDV測(cè)速和天平測(cè)力，前期準(zhǔn)備工作包括以下幾個(gè)部分:(1)水洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)和加工;(2)通氣控制系統(tǒng)調(diào)試;(3)高速攝像系統(tǒng)調(diào)試;(4)水洞循環(huán)水過(guò)濾，水洞電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)調(diào)試。其中水洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)和加工工作周期很長(zhǎng)，無(wú)法在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)施。在實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，預(yù)先設(shè)計(jì)和加工了多套模型，每套模型中又加工了尺寸和幾何形狀不同的多套可更換部件。在課上實(shí)驗(yàn)工況確定過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)其掌握的文獻(xiàn)資料和計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的空泡效果，對(duì)模型和部件進(jìn)行選擇和組合。水洞本身的工作，如循環(huán)水過(guò)濾、電器系統(tǒng)調(diào)試等，因其周期較長(zhǎng)以及安全等因素，由教師在實(shí)驗(yàn)前完成，學(xué)生不參與。通氣控制系統(tǒng)和高速攝像系統(tǒng)的硬件設(shè)備由教師在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，操作規(guī)程需要學(xué)生提前預(yù)習(xí)。2．2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備完成后，即可安排現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需教師2名(一名操作水洞設(shè)備，另一名現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)與安全保障)，直接參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程的學(xué)生8名，其中2名學(xué)生負(fù)責(zé)組裝模型，并將模型安裝到水洞工作段;2名學(xué)生負(fù)責(zé)操作通氣控制系統(tǒng)，并記錄通氣參數(shù);2名學(xué)生負(fù)責(zé)操作高速攝像系統(tǒng)，并調(diào)整攝像照明;2名學(xué)生負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各系統(tǒng)工作，并發(fā)出控制口令。其他學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀摩，也可以根據(jù)情況臨時(shí)調(diào)換。完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)約需4學(xué)時(shí)，前兩個(gè)學(xué)時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)階段，首先由指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)，考察學(xué)生預(yù)習(xí)情況確定直接參與實(shí)驗(yàn)操作的8位同學(xué)，然后由同學(xué)們討論完善實(shí)驗(yàn)大綱，主要包括模型及可更換部件的選擇、實(shí)驗(yàn)工況確定等。接下來(lái)需要同時(shí)開(kāi)展的工作有:通氣控制系統(tǒng)和高速攝像系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、模型安裝、熟悉實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)過(guò)程預(yù)演等;模型安裝完畢后，需20分鐘使水位上升至汽水分離罐中部(實(shí)驗(yàn)水位高度)。第3學(xué)時(shí)為正式實(shí)驗(yàn)階段。工作段流速分別調(diào)整至實(shí)驗(yàn)大綱設(shè)計(jì)的流速，每個(gè)流速狀態(tài)穩(wěn)定后，調(diào)整通氣量，分別得到無(wú)通氣自然空化、局部空泡初生、局部空泡發(fā)展、超空泡等各狀態(tài)，待各自狀態(tài)穩(wěn)定后，手工記錄通氣參數(shù)、水洞參數(shù)、模型參數(shù);同時(shí)啟動(dòng)高速攝像機(jī)記錄流場(chǎng)狀態(tài)，觀察并分析空泡穩(wěn)定性、尾部回注射流等流場(chǎng)特性。該階段需特別提醒學(xué)生注意觀察生動(dòng)的超空泡流場(chǎng)現(xiàn)象。第4學(xué)時(shí)為整理階段。填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，拆卸模型，保養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。課后每位學(xué)生獨(dú)立完成數(shù)據(jù)處理(主要內(nèi)容有:實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋分析，典型空泡形態(tài)測(cè)量，形成實(shí)驗(yàn)曲線，分析獲得實(shí)驗(yàn)規(guī)律等)，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。某次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀測(cè)到的空泡形態(tài)隨通氣參數(shù)變化規(guī)律如圖6所示，超空泡的潰滅過(guò)程如圖7所示。從圖6中可以看出，當(dāng)無(wú)通氣情況下，航行體表面無(wú)空泡，只在其頭部有霧狀自然空化產(chǎn)生;當(dāng)通氣率達(dá)到1．563時(shí)，頭部局部空泡尺度增加，但是仍處于不透明狀態(tài)，其后部有霧狀氣團(tuán)脫落;當(dāng)通氣率達(dá)到2．813時(shí)，生成了透明的，覆蓋航行體大部分表面的超空泡，只有尾部部分區(qū)域仍處于沾濕狀態(tài);當(dāng)通氣率繼續(xù)增加，超空泡尺度進(jìn)一步增大，覆蓋包括尾翼在內(nèi)的全部表面。從圖7可以看出，當(dāng)停止通氣后，超空泡沒(méi)有馬上潰滅，而是伴隨著強(qiáng)烈的回注射流，空泡長(zhǎng)度逐漸減小;當(dāng)僅余一半長(zhǎng)度后，突然破滅，退化到霧狀空化狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)效果、經(jīng)驗(yàn)與改進(jìn)思路

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)中非常重要的組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)［9］。流體力學(xué)是一門(mén)抽象、復(fù)雜且基于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，其知識(shí)點(diǎn)繁多，難于理解和掌握，流體實(shí)驗(yàn)是觀察流體現(xiàn)象、促進(jìn)理解和掌握理論知識(shí)的重要方法和手段［10］。本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)采用大型流體實(shí)驗(yàn)設(shè)備———超空泡循環(huán)水洞，將國(guó)際上流體研究熱點(diǎn)方向———超空泡問(wèn)題引入教學(xué)環(huán)節(jié)，取得了很好的教學(xué)效果。該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)處于探索階段，發(fā)展成熟后擬作為研究生課程“流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論”的試驗(yàn)部分。該課程授課學(xué)時(shí)36學(xué)時(shí)，選課同學(xué)為一般力學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ)及流體力學(xué)專(zhuān)業(yè)研究生。本創(chuàng)新試驗(yàn)計(jì)劃4學(xué)時(shí)，目前只在課題組內(nèi)部研究生中進(jìn)行嘗試，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生體現(xiàn)出極高的學(xué)習(xí)熱情，快速掌握了大量實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并直接接觸前沿科技成果。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生們還鍛煉了動(dòng)手能力，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)生科技創(chuàng)新或本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，無(wú)論是工作量、創(chuàng)新性，還是動(dòng)手能力的培養(yǎng)等方面都比較合適。而做為流體力學(xué)理論課程中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分時(shí)，則遇到一些實(shí)際困難，最直接的問(wèn)題有兩個(gè)。一是教師實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量大、周期長(zhǎng)、成本高。每4學(xué)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)需要2位教師，2天左右的準(zhǔn)備時(shí)間，而每次只有8名同學(xué)可以參與實(shí)驗(yàn)，教學(xué)推廣成本高。二是對(duì)于學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)前需要學(xué)習(xí)的理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)量大，后期數(shù)據(jù)處理工作量也較大，除了本專(zhuān)業(yè)的研究生之外，其他學(xué)生選做該實(shí)驗(yàn)，負(fù)擔(dān)偏重。對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，需注意科研工作與教學(xué)工作的配合，將超空泡水洞科研試驗(yàn)安排在創(chuàng)新課程之前，這樣二者的準(zhǔn)備工作重合，有效減小了工作量。也可以考慮由選擇該創(chuàng)新試驗(yàn)作為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)及科技創(chuàng)新選題目的學(xué)生完成部分試驗(yàn)準(zhǔn)備和組織工作。對(duì)于學(xué)生需補(bǔ)充學(xué)習(xí)的知識(shí)過(guò)多的問(wèn)題，可以結(jié)合流體力學(xué)理論課程和力學(xué)試驗(yàn)方法課程，先期讓學(xué)生接觸部分專(zhuān)業(yè)知識(shí)。該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)課時(shí)間以研究生期間為宜，如果是本科期間開(kāi)課，則應(yīng)選在四年級(jí)，先修課程完成之后再開(kāi)課。

篇8

關(guān)鍵詞 知識(shí)背景 水力學(xué) 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.01.042

0 引言

作為流體力學(xué)的一部分，水力學(xué)主要以水為研究對(duì)象，分析其平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的具有較強(qiáng)理論性和實(shí)際工程意義的一門(mén)課程。在土木工程、市政工程、水利工程等專(zhuān)業(yè)中，水力學(xué)作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程對(duì)其他專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)影響深遠(yuǎn)。

曾經(jīng)有一位電子工程師談到他在大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)課程時(shí)遇到一大堆數(shù)學(xué)公式，但只有在多年后的應(yīng)用中才真正懂得什么是數(shù)字信號(hào)，水力學(xué)課程的學(xué)習(xí)也有類(lèi)似之處。①水力學(xué)教師一般習(xí)慣于將教案中水力學(xué)理論知識(shí)按照其推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，在課堂講授時(shí)則一步一步詳細(xì)介紹其推導(dǎo)過(guò)程，其目的是讓學(xué)生清楚知道該理論的來(lái)源和數(shù)學(xué)依據(jù)，整個(gè)形式似乎是 “完美”的。但是，這樣的教學(xué)過(guò)程容易讓學(xué)生感覺(jué)水力學(xué)課程是“微積分的應(yīng)用題”，不利于水力學(xué)課程“物理本質(zhì)”的理解。

當(dāng)然，水力學(xué)課程和其他力學(xué)課程一樣，與高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)課程聯(lián)系密切，很多理論知識(shí)是利用數(shù)學(xué)知識(shí)推理而來(lái)，但是它又不同于數(shù)學(xué)，是一門(mén)具有實(shí)際物理意義的課程，這就是水力學(xué)和其它工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程共同所具有的重要特點(diǎn)之一。為了讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)的過(guò)程中能夠最高效地理解水力學(xué)課程的“物理本質(zhì)”，而不是僅僅停留在“數(shù)學(xué)層面”上，這就要求水力學(xué)教師在教學(xué)過(guò)程中幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動(dòng)過(guò)程物理本質(zhì)這一轉(zhuǎn)變。筆者通過(guò)與學(xué)生的密切交流，在了解學(xué)生有關(guān)水力學(xué)知識(shí)背景的前提下開(kāi)展了基于學(xué)生水力學(xué)知識(shí)背景的課堂教學(xué)實(shí)踐。通過(guò)在兩屆土木專(zhuān)業(yè)學(xué)生水力學(xué)課程上的課堂教學(xué)實(shí)踐，立足于水力學(xué)知識(shí)背景的教學(xué)方法在幫助學(xué)生課堂上加強(qiáng)對(duì)水力學(xué)物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)上取得了很好效果。下面就立足于水力學(xué)知識(shí)背景的教學(xué)方法舉兩個(gè)具體的例子進(jìn)行闡述。

1 立足于知識(shí)背景的教學(xué)實(shí)踐舉例

我們?cè)趯?duì)“重力作用下流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律”②一節(jié)進(jìn)行教案設(shè)計(jì)時(shí)，往往習(xí)慣開(kāi)始于歐拉平衡微分方程的綜合式表達(dá)式 = （ + + ），隨后分析作用在流體上的質(zhì)量力只有重力情況下的單位質(zhì)量力，將各方向單位質(zhì)量力代入該式，經(jīng)過(guò)縝密的微積分推導(dǎo)得到重力作用下流體靜力學(xué)基本方程 + = 。這個(gè)過(guò)程理論性強(qiáng)而且流暢，是許多教師習(xí)慣的課堂講授過(guò)程。其實(shí)，對(duì)學(xué)生而言，在中學(xué)物理課中就已經(jīng)知道靜水的壓強(qiáng)表達(dá)式為 = 和 = + 。如果我們從學(xué)生已掌握的水力學(xué)知識(shí)背景出發(fā)，在教案設(shè)計(jì)中首先開(kāi)始于 = 和 = + ，分析對(duì)比后得到重力作用下流體靜力學(xué)基本方程 + = ，如圖1所示。這樣的過(guò)程將更有利于學(xué)生對(duì) + = 背后所代表的物理意義的理解。同時(shí)，這也是一個(gè)由已知到未知的過(guò)程，符合學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律。這一過(guò)程弱化了微積分推導(dǎo)過(guò)程，讓學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)不在推導(dǎo)過(guò)程，而是在對(duì)水力學(xué)概念及其物理意義的認(rèn)知上。顯然，立足于知識(shí)背景進(jìn)行水力學(xué)教案設(shè)計(jì)和課堂講授更有利于加強(qiáng)和加速學(xué)生對(duì)水力學(xué)知識(shí)物理本質(zhì)的理解。

水力學(xué)知識(shí)背景不僅僅局限于我們生活中的水力學(xué)常識(shí)，水力學(xué)課程前部分所學(xué)知識(shí)即為后部分知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中的知識(shí)背景。教學(xué)過(guò)程中充分利用已學(xué)的水力學(xué)知識(shí)，融會(huì)貫通，前后知識(shí)的比較和分析，可加深學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解，特別是對(duì)水力學(xué)問(wèn)題物理本質(zhì)的理解。例如，我們?cè)趯?duì)“伯努利方程”一節(jié)進(jìn)行教案設(shè)計(jì)時(shí)，將其與前面靜力學(xué)知識(shí)建立類(lèi)比關(guān)系進(jìn)行分析，如圖2所示。顯然，通過(guò)與靜力學(xué)知識(shí)物理意義的類(lèi)比更加加深了學(xué)生對(duì)伯努利方程背后所代表的物理意義的理解。

將新學(xué)知識(shí)建立在已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，新知識(shí)和已學(xué)知識(shí)進(jìn)行類(lèi)比的教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅幫助學(xué)生將整個(gè)水力學(xué)課程所需要掌握的知識(shí)內(nèi)容貫穿起來(lái)，形成一張相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)網(wǎng)，有利于了解各內(nèi)容內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，而且通過(guò)這種類(lèi)比更加有利于快速高效地掌握新知識(shí)背后所代表的物理本質(zhì)。

2 實(shí)踐效果與思考

多年來(lái)，許多教師開(kāi)展了有關(guān)水力學(xué)課程教學(xué)的研究工作，通過(guò)一系列的教學(xué)方法和教學(xué)模式的改進(jìn)和創(chuàng)新，使得教學(xué)效果有了顯著的提高。基于學(xué)生的水力學(xué)知識(shí)背景開(kāi)展課程教學(xué)實(shí)踐，對(duì)課程內(nèi)容的講授靈活變通，一方面不僅有利于節(jié)約課堂教學(xué)時(shí)間，適應(yīng)高校教學(xué)體制變革和學(xué)分制深入開(kāi)展過(guò)程中水力學(xué)課堂學(xué)時(shí)縮減的實(shí)情，同時(shí)也豐富了教學(xué)方式，對(duì)改變課堂沉悶狀態(tài)、調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂積極思考有一定的促進(jìn)作用；另一方面也更加有利于幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動(dòng)的物理本質(zhì)這一轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握及其物理意義的理解。

但是，在以水力學(xué)知識(shí)背景為出發(fā)點(diǎn)的教學(xué)過(guò)程中也需要注意一些問(wèn)題。一方面，教師要在開(kāi)課之前必須對(duì)學(xué)生所掌握的知識(shí)背景進(jìn)行深入細(xì)致的了解，只有了解了學(xué)生的知識(shí)背景程度才能設(shè)計(jì)好課程教案；另一方面，教師必須全面而準(zhǔn)確地把握水力學(xué)課堂內(nèi)容，吃透教材，將課程內(nèi)容巧妙地與學(xué)生的知識(shí)背景聯(lián)系起來(lái)。

基金項(xiàng)目：南昌大學(xué)教改基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：NCUJG LX-13-1-88）

注釋

篇9

關(guān)鍵詞：圓柱繞流；卡門(mén)渦街；壓差阻力

工程流體力學(xué)是機(jī)械、農(nóng)工及能源動(dòng)力等諸多學(xué)科的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在理工科課程體系中占有重要地位。工程流體力學(xué)理論性強(qiáng)、公式繁雜，僅通過(guò)教師的語(yǔ)言描述和公式推導(dǎo)來(lái)闡述問(wèn)題，學(xué)生容易感到抽象，難以理解復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題的本質(zhì)，因此在工程流體力學(xué)課程體系中，均設(shè)有不同比重的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生理解理論教學(xué)中難以形象描述的問(wèn)題，加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和各種流動(dòng)現(xiàn)象的認(rèn)知。其中圓柱繞流是一個(gè)既基礎(chǔ)又復(fù)雜的流動(dòng)問(wèn)題，對(duì)學(xué)生流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)流動(dòng)現(xiàn)象的學(xué)習(xí)與理解有重要的幫助。

1圓柱繞流現(xiàn)象描述

實(shí)際流體的圓柱繞流與理想流體有很大差異，隨著雷諾數(shù)Re的變化，可能出現(xiàn)附面層的轉(zhuǎn)捩和分離、旋渦的生成和脫落、旋渦相互干擾等現(xiàn)象。在不同的雷諾數(shù)下，圓柱繞流的流動(dòng)特點(diǎn)及阻力的組成如下[1]：Re<1時(shí)，流場(chǎng)與理想流體圓柱繞流類(lèi)似，流動(dòng)左右和前后對(duì)稱(chēng)，圓柱阻力僅有摩擦阻力。當(dāng)雷諾數(shù)增大到2<Re<30時(shí)，在粘性和逆壓梯度的綜合作用下，圓柱背面附面層發(fā)生分離并產(chǎn)生旋渦，誘發(fā)壓差阻力。但由于粘性力較大，圓柱背面的旋渦是對(duì)稱(chēng)的。圓柱的阻力由摩擦阻力和壓差阻力組成，兩種阻力同等重要。雷諾數(shù)40<Re<90時(shí)，流動(dòng)的慣性力增大，圓柱背面的旋渦開(kāi)始變得不穩(wěn)定，對(duì)稱(chēng)渦開(kāi)始擺動(dòng)。此時(shí)摩擦阻力和壓差阻力仍都不能忽略。雷諾數(shù)繼續(xù)增大時(shí)，擺動(dòng)的旋渦開(kāi)始周期性地脫離圓柱表面，形成兩排向下游運(yùn)動(dòng)的渦街，即卡門(mén)渦街。當(dāng)90<Re<150時(shí)，整個(gè)流場(chǎng)為層流狀態(tài)，而當(dāng)150<Re<300時(shí)，圓柱背后的尾流開(kāi)始從層流向湍流過(guò)渡，圓柱的阻力仍由摩擦阻力和壓差阻力構(gòu)成，但壓差阻力開(kāi)始逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。當(dāng)300<Re<2×105時(shí)，卡門(mén)渦街變得不穩(wěn)定，逐漸失去其規(guī)律性和周期性，開(kāi)始隨機(jī)性脫落，隨著雷諾數(shù)的繼續(xù)增大，旋渦脫落的隨機(jī)性也逐漸增大，最終形成混亂的回流區(qū)，圓柱背面的尾流為湍流狀態(tài)，而邊界層內(nèi)的流動(dòng)為層流狀態(tài)。在這個(gè)雷諾數(shù)范圍內(nèi)，隨著雷諾數(shù)的增加，圓柱表面的流動(dòng)分離點(diǎn)逐漸前移，最終分離點(diǎn)可從圓柱背面移動(dòng)到圓柱迎流面，圓柱的阻力主要是壓力阻力。當(dāng)Re>3×105時(shí)，流動(dòng)分離點(diǎn)前邊界層由層流狀態(tài)轉(zhuǎn)捩為湍流狀態(tài)，湍流邊界層能夠抵抗較高的逆壓梯度，抑制了流動(dòng)分離，分離點(diǎn)從圓柱迎流面向下移動(dòng)到背流面，尾跡區(qū)的寬度變窄，壓差阻力迅速減小。雖然湍流邊界層的摩擦阻力較大，但由于摩擦阻力只占總阻力的一小部分，圓柱的總阻力出現(xiàn)突然下降。通常把阻力下降的點(diǎn)稱(chēng)為臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)之前的狀態(tài)稱(chēng)為亞臨界狀態(tài)，臨界點(diǎn)之后的狀態(tài)稱(chēng)為超臨界狀態(tài)。研究表明，粗糙表面圓柱體的臨界點(diǎn)比光滑表面圓柱體要小得多，因此可通過(guò)將物體表面粗糙化來(lái)達(dá)到減阻的目的，如高爾夫球。當(dāng)雷諾數(shù)繼續(xù)增大到Re＞3×106，卡門(mén)渦街又會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)。

2圓柱繞流實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備

學(xué)者們采用粒子圖像測(cè)速（ParticleImageVelocime－try，PIV）等實(shí)驗(yàn)方法[2-3]以及基于大渦模擬（LargeEddySimulation，LES）和直接數(shù)值模擬（DirectNumericalSimu－lation，DNS）的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法（ComputationalFluidDynamics，CFD）對(duì)圓柱繞流進(jìn)行了詳細(xì)研究[4-5]，得到了不同雷諾數(shù)下圓柱繞流流場(chǎng)特性，以及圓柱的阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化特性。但PIV方法實(shí)驗(yàn)設(shè)施昂貴、實(shí)驗(yàn)條件復(fù)雜，而基于LES和DNS的數(shù)值模擬則要求較高的計(jì)算資源，均難以在教學(xué)中應(yīng)用。目前，針對(duì)圓柱繞流在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的開(kāi)展，主要有以下幾種方式。（1）圓柱繞流流線顯示實(shí)驗(yàn)。流線顯示實(shí)驗(yàn)側(cè)重于借助各種流場(chǎng)可視化技術(shù)，例如氣泡法、煙流法、油流法等方法，呈現(xiàn)出圓柱繞流的流線分布、邊界層轉(zhuǎn)捩與分離、旋渦生成與脫落等流動(dòng)現(xiàn)象。流線顯示實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù)一般較小且調(diào)節(jié)范圍有限。目前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要針對(duì)流場(chǎng)駐點(diǎn)、源、匯等知識(shí)點(diǎn)的勢(shì)流流譜顯示，以及發(fā)生卡門(mén)渦街時(shí)圓柱體兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、規(guī)則排列的雙列線渦，一般采用流譜演示儀、流線儀及煙氣流線演示儀等完成演示實(shí)驗(yàn)。（2）圓柱繞流阻力測(cè)試實(shí)驗(yàn)。阻力測(cè)試實(shí)驗(yàn)側(cè)重于通過(guò)壓力計(jì)、多管差壓計(jì)和壓力傳感器等壓力測(cè)量設(shè)備測(cè)量流動(dòng)分離時(shí)圓柱表面不同角度的壓強(qiáng)分布特性，觀察流動(dòng)分離引起的圓柱前后壓強(qiáng)不對(duì)稱(chēng)，以及旋渦生成、脫落過(guò)程中圓柱表面壓強(qiáng)分布特性，并通過(guò)積分得到圓柱的壓差阻力。實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù)較大，一般采用小型教學(xué)風(fēng)洞或者小型氣動(dòng)成相關(guān)測(cè)量。（3）圓柱繞流虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。圓柱繞流現(xiàn)象可利用CFD方法進(jìn)行數(shù)值模擬而得到，且能借助處理軟件形象呈現(xiàn)出圓柱繞流的流場(chǎng)特性。但數(shù)值模擬過(guò)程較為復(fù)雜，要求學(xué)生有一定的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和求解相關(guān)問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，不適合在教學(xué)中直接應(yīng)用。因此，可借助CFD軟件的二次開(kāi)發(fā)功能，搭建圓柱繞流虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[6]，學(xué)生輸入雷諾數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)后，即可直觀獲得數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果，幫助學(xué)生分析不同雷諾數(shù)下圓柱繞流的流場(chǎng)分布及旋渦形成的機(jī)理?？偟膩?lái)說(shuō)，目前的圓柱繞流實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是針對(duì)某一雷諾數(shù)區(qū)域特定流動(dòng)現(xiàn)象的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而圓柱繞流隨著雷諾數(shù)的變化會(huì)相繼呈現(xiàn)出對(duì)稱(chēng)渦區(qū)、擺動(dòng)渦區(qū)、卡門(mén)渦街，以及附面層分離等現(xiàn)象，目前的實(shí)驗(yàn)方法和內(nèi)容不夠全面，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；而基于CFD方法二次開(kāi)發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的參與度不夠，且流動(dòng)現(xiàn)象不如實(shí)體實(shí)驗(yàn)生動(dòng)形象。因此針對(duì)雷諾數(shù)范圍內(nèi)的圓柱繞流問(wèn)題，自主開(kāi)發(fā)了圓柱繞流實(shí)驗(yàn)設(shè)備，觀測(cè)不同雷諾數(shù)下圓柱繞流的流動(dòng)特征，并測(cè)量圓柱表面的壓強(qiáng)分布。

3實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

3.1工作流體的選擇

目前的圓柱繞流實(shí)驗(yàn)一般選擇空氣或液體作為工作介質(zhì)。采用空氣作為工作介質(zhì)時(shí)，無(wú)需排水設(shè)施，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，一般采用煙流法實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)可視化，并采用壓力傳感器測(cè)量圓柱表面的壓強(qiáng)分布。但研究表明，煙氣發(fā)生器產(chǎn)生的油煙不夠穩(wěn)定，空氣流速調(diào)節(jié)范圍有限，流場(chǎng)可視化效果不夠理想；而且由于空氣的密度較小，圓柱表面的壓強(qiáng)變化也不大，不利于測(cè)壓裝置的測(cè)量。此外，采用空氣作為工作介質(zhì)時(shí)，為保證空氣流動(dòng)的均勻性等品質(zhì)，實(shí)驗(yàn)一般需采用小型風(fēng)洞或氣動(dòng)成，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本較高，不利于在教學(xué)中推廣應(yīng)用。因此本實(shí)驗(yàn)選擇液體作為工作介質(zhì)。

3.2流場(chǎng)可視化及測(cè)壓方法

工作介質(zhì)為液體時(shí)，常用的流場(chǎng)可視化措施有油流法、染色劑法等，為了實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單方便，選用水作為工作流體，并采用在圓柱前方添加染色劑的方法實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)可視化。染色劑隨周?chē)黧w一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)觀測(cè)染色劑形態(tài)的演化，可分析圓柱背面發(fā)生的附面層分離和旋渦生成、脫落等現(xiàn)象。流體力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常用的壓力測(cè)量方式有電測(cè)式和液柱式，測(cè)壓儀器包括壓力傳感器和測(cè)壓管、差壓計(jì)等，其中壓力傳感器使用較為方便，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程大范圍測(cè)量，而測(cè)壓管的精度較高，適用于低壓實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。在圓柱繞流實(shí)驗(yàn)中，圓柱背面的流場(chǎng)本身是非定常的，而壓力傳感器的讀數(shù)一般會(huì)在基準(zhǔn)值附近漂移，無(wú)法分辨旋渦形成和脫落過(guò)程中的流場(chǎng)非定常效應(yīng)。因此，選擇采用多管測(cè)壓計(jì)進(jìn)行壓力測(cè)量。

3.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)所確定的工作介質(zhì)、流場(chǎng)可視化方法和壓力測(cè)量方案，設(shè)計(jì)循環(huán)式圓柱繞流實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)裝置由儲(chǔ)水箱、水泵、穩(wěn)壓水箱、示蹤劑、試驗(yàn)件、測(cè)壓計(jì)、水槽、集水器和排水管等組件構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水在水泵的作用下從儲(chǔ)水箱流入穩(wěn)壓水箱中間部分，液面到達(dá)額定高度后從左側(cè)溢流并流回儲(chǔ)水箱，同時(shí)通過(guò)穩(wěn)壓板流入穩(wěn)壓水箱的右側(cè)，水箱中間和右側(cè)部分的液體高度保持不變。水從水箱右側(cè)下方的圓孔勻速流出后進(jìn)入水槽，并通過(guò)穩(wěn)壓板對(duì)水流進(jìn)行整流后流入水槽試驗(yàn)段。水流流過(guò)試件后，再經(jīng)穩(wěn)壓板到達(dá)水槽出口段并從水槽底部的出口流出，進(jìn)入集水器，最后經(jīng)排水管流回儲(chǔ)水箱，構(gòu)成流動(dòng)循環(huán)。為了清楚地觀察圓柱兩側(cè)旋渦生成、脫落及其相互干擾現(xiàn)象，在試驗(yàn)件前方兩側(cè)分別布置一個(gè)示蹤劑加注口，通過(guò)細(xì)管連接上方的示蹤劑儲(chǔ)存罐。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在兩個(gè)示蹤劑儲(chǔ)存罐中分別加入染色劑，染色劑通過(guò)加注口流入到水中，并隨周?chē)黧w一起流過(guò)圓柱試件。通過(guò)染色劑形態(tài)和位置的演化過(guò)程，即可直觀地觀察到圓柱背面發(fā)生的流動(dòng)分離、旋渦生成和脫落等現(xiàn)象，同時(shí)通過(guò)觀察不同顏色染色劑的相互摻混，可以分析圓柱兩側(cè)旋渦之間的相關(guān)干擾作用。圓柱試件為中空結(jié)構(gòu)，安裝在水槽的中間位置。為測(cè)量圓柱表面的壓強(qiáng)分布，在圓柱表面0°~180°范圍內(nèi)每隔45°布置一個(gè)測(cè)壓孔，測(cè)壓孔通過(guò)試件內(nèi)部的軟管連接到測(cè)壓計(jì)，試件設(shè)計(jì)為可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，記錄多管測(cè)壓計(jì)中不同測(cè)壓管的讀數(shù)，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓柱試件，使圓柱表面的測(cè)壓孔指向不同的角度，即可得到圓柱表面的壓強(qiáng)分布。通過(guò)觀察圓柱背面壓強(qiáng)的動(dòng)態(tài)變化，并結(jié)合流場(chǎng)可視化現(xiàn)象，分析旋渦生成和脫落過(guò)程中圓柱背面流場(chǎng)兩側(cè)壓強(qiáng)的變化特性。

4實(shí)驗(yàn)效果及改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1實(shí)驗(yàn)效果

按照上述圓柱繞流實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)方案、流場(chǎng)可視化方案和壓力測(cè)量方案加工各組件，其中試驗(yàn)臺(tái)采用鋁合金結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)水箱和排水管采用PVC塑料，穩(wěn)壓水箱、圓柱試件、集水器和水槽的側(cè)壁采用透明亞克力玻璃，水槽底面采用白色亞克力，方便觀察流場(chǎng)中染色劑形態(tài)的變化。將各組件按照整體結(jié)果方案組裝得到了圓柱繞流實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水槽中流量較小即流動(dòng)的雷諾數(shù)較小時(shí)，流動(dòng)較為穩(wěn)定，在圓柱背側(cè)可較為清晰地觀察到流線的分布以及旋渦的生成和脫落等現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)效果明顯，如圖2所示。而在大流量及雷諾數(shù)較大時(shí)，圓柱背面的流態(tài)變?yōu)橥牧?，可以明顯觀察到雜亂無(wú)章的回流狀態(tài)。在大流量下，多管測(cè)壓計(jì)中不同測(cè)壓管的讀數(shù)有一定的差別，圓柱前后的壓強(qiáng)分布不對(duì)稱(chēng)，表明圓柱背面發(fā)生了嚴(yán)重的流動(dòng)分離現(xiàn)象，并產(chǎn)生了壓差阻力。圖2圓柱繞流實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)特性

4.2不足與改進(jìn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，本文所設(shè)計(jì)的圓柱繞流實(shí)驗(yàn)設(shè)備滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本需求，但仍有一定的不足，可通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果，主要體現(xiàn)在以下方面。（1）大流量下流動(dòng)不穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)中水從穩(wěn)壓水箱的圓形小孔口中流出進(jìn)入面積較大的方形水槽，流道形狀和面積的突然變化會(huì)在局部產(chǎn)生旋渦，造成流動(dòng)不穩(wěn)定，影響流場(chǎng)可視化效果。可通過(guò)在出口和水槽試驗(yàn)段之間增加過(guò)渡段，改善流動(dòng)品質(zhì)。（2）圓柱表面壓差顯示效果不夠明顯。采用多管測(cè)壓計(jì)進(jìn)行壓強(qiáng)測(cè)量時(shí)，圓柱表面的壓強(qiáng)用液柱高度來(lái)表示，由于水的密度較大，在流量不大時(shí)，測(cè)壓計(jì)中的液柱高度差并不大，讀數(shù)不精確。為了方便讀數(shù)與觀察，可采用微壓計(jì)放大讀數(shù)，改善實(shí)驗(yàn)效果。

5結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)圓柱繞流在工程流體力學(xué)課程教學(xué)中的重要性以及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能滿(mǎn)足教學(xué)需求的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了圓柱繞流實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)在圓柱兩側(cè)添加不同顏色的染色劑觀察圓柱繞流的流態(tài)，并利用多管測(cè)壓計(jì)測(cè)量圓柱表面的壓強(qiáng)。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，但仍存在一些不足，可通過(guò)優(yōu)化流道和采用微壓計(jì)改善實(shí)驗(yàn)效果。

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篇10

關(guān)鍵詞 液壓與氣壓傳動(dòng)；工程實(shí)例；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）24-0159-02

Reform and Practice of Hydraulic and Pneumatic Transmission Course Teaching Integrated with Engineering Practice//ZHANG Guoqing， LIU Baojun， LU Manhuai

Abstract Combining practical undergraduate cultivation target and

hydraulic and pneumatic transmission course characters， reforms and

practice are made in teaching contents， methods and experiments. The teaching process Integrated more and more engineering practice，

stimulates the students’ learning interest， and leads to the comprehen-

sive course study and practice， further improves the course teaching quality.

Key words hydraulic and pneumatic transmission； engineering prac-

tice； teaching reform

1 前言

液河肫壓傳動(dòng)是機(jī)電工程應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，與機(jī)械、電子等學(xué)科有著密切的聯(lián)系。它作為一門(mén)具有很強(qiáng)工程應(yīng)用背景的專(zhuān)業(yè)必修課，目的在于培養(yǎng)學(xué)生在掌握液壓傳動(dòng)與控制理論的基礎(chǔ)上，能分析和設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，切實(shí)做到理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)有所用。

我國(guó)開(kāi)展液壓與氣壓傳動(dòng)課程的教學(xué)已有多年，其已成為機(jī)電專(zhuān)業(yè)的傳統(tǒng)課程，很多大學(xué)對(duì)該門(mén)課程建立了自己的課程教學(xué)體系。但是從教材、教學(xué)內(nèi)容和方式上綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)的教學(xué)大多還是著重于液壓與氣壓傳動(dòng)基本原理和元件的講解，且有些知識(shí)點(diǎn)偏于陳舊，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)講解過(guò)于抽象。反觀國(guó)外的情況，從相關(guān)培訓(xùn)教材和高校教學(xué)資料看來(lái)，其對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的講解多從實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，引發(fā)學(xué)生思考，同時(shí)講解的內(nèi)容配合比較形象的多媒體資料，減少了知識(shí)點(diǎn)的抽象度，使得學(xué)生真正能學(xué)以致用[1]。

德國(guó)教授烏爾里希認(rèn)為，工程學(xué)科的教學(xué)著眼點(diǎn)應(yīng)從教師教轉(zhuǎn)向?qū)W生學(xué)習(xí)，培養(yǎng)大批有研發(fā)能力的青年人，比教學(xué)者自身直接從事研發(fā)更有價(jià)值。因此，如何根據(jù)專(zhuān)業(yè)課程特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，科學(xué)地選取教學(xué)內(nèi)容并進(jìn)行有機(jī)整合，開(kāi)發(fā)新的教學(xué)方法，是改進(jìn)液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)的重要內(nèi)容。

2 液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)例的結(jié)合

傳統(tǒng)的液壓與氣壓傳動(dòng)課程教材內(nèi)容編排多以流體力學(xué)理論教學(xué)作為課程入門(mén)的初始章節(jié)，且內(nèi)容較為獨(dú)立，和液壓系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)合較少，多以抽象的概念和公式為主。這與早期高等教育以精英教育為培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)群體的因素相關(guān)，而隨著高教規(guī)模的擴(kuò)大，高等教育逐漸向著普及性教育方向發(fā)展，受教育的群體不再局限于少數(shù)精英群體，教學(xué)培養(yǎng)的目標(biāo)也針對(duì)群體需求逐漸多樣化，大學(xué)教育培養(yǎng)的不再僅僅是研究型人才，更多的是應(yīng)用型人才。

對(duì)于研究型人才，教學(xué)內(nèi)容可著重放在課程的理論和推導(dǎo)部分，而對(duì)于應(yīng)用型人才則應(yīng)把教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)放在工程應(yīng)用上。前者的自學(xué)能力相對(duì)較強(qiáng)，其培養(yǎng)目標(biāo)在于學(xué)科課程的繼續(xù)深造和學(xué)科理論知識(shí)的研究；后者的培養(yǎng)目標(biāo)在于實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操控能力的培養(yǎng)[2]。因此，在液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)內(nèi)容的選擇上應(yīng)對(duì)此區(qū)分。

目前，在液壓與氣壓傳動(dòng)課程內(nèi)容的編排上，大部分傳統(tǒng)的教材內(nèi)容都是從介紹流體力學(xué)的理論內(nèi)容開(kāi)始，然后介紹液壓與氣壓傳動(dòng)元件和系統(tǒng)。這種編排方式雖然符合課程教學(xué)知識(shí)架構(gòu)，但是對(duì)于以系統(tǒng)應(yīng)用為目的的學(xué)生學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，在內(nèi)容上卻存在知識(shí)點(diǎn)抽象、與應(yīng)用脫節(jié)的問(wèn)題。在傳統(tǒng)課本中，這部分內(nèi)容照搬流體力學(xué)教材的內(nèi)容，和液壓氣動(dòng)傳動(dòng)實(shí)際系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不夠緊密，因此造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)枯燥，對(duì)這一部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的重要性認(rèn)識(shí)不足。因此，在引入流體力學(xué)基本理論教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要配合實(shí)際系統(tǒng)的工況進(jìn)行漸進(jìn)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際工況到理論基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如在講授縫隙流量和小孔流量時(shí)，可以引入實(shí)際的液壓或氣壓閥結(jié)構(gòu)，結(jié)合閥的控制特征來(lái)講解流量的計(jì)算。

3 基于工程實(shí)例的教學(xué)方法改進(jìn)

液壓與氣壓傳動(dòng)課程是一門(mén)交叉學(xué)科課程，與機(jī)械設(shè)計(jì)、電工電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、數(shù)控技術(shù)等機(jī)械類(lèi)電氣控制類(lèi)課程緊密相關(guān)，把這些課程貫穿起來(lái)，成為一條線的系統(tǒng)教學(xué)。這樣既有利于液壓傳動(dòng)技術(shù)與先進(jìn)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，又有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和工程觀點(diǎn)培養(yǎng)的同時(shí)，促進(jìn)基礎(chǔ)理論教學(xué)，有利于教學(xué)與科研相結(jié)合。一個(gè)液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)通常會(huì)涵蓋多門(mén)課程的主要內(nèi)容，涉及機(jī)械原理機(jī)電傳動(dòng)控制可編程控制器等多門(mén)課程的綜合問(wèn)題。結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)將典型的液壓與氣壓傳動(dòng)運(yùn)用實(shí)例形象生動(dòng)地展示給學(xué)生，可使得學(xué)生將多門(mén)知識(shí)融會(huì)貫通，掌握知識(shí)間的聯(lián)系，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的復(fù)合型應(yīng)用人才[3]。

如在講解液壓系統(tǒng)的基本特性時(shí)，首先引入一個(gè)實(shí)際的傳動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)直觀計(jì)算和對(duì)比討論來(lái)發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在，使得學(xué)生對(duì)液壓系統(tǒng)有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，激發(fā)對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的興趣[4]。如讓學(xué)生利用已學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)圖1所示常見(jiàn)升降平臺(tái)。

按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)生能理解若要使得平臺(tái)工作，只需在箭頭所示位置施加外力，使得連桿端部產(chǎn)生平移即可。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，如果采用傳統(tǒng)的電機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)蝸輪―蝸桿或齒輪―齒條結(jié)構(gòu)，把電機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性移動(dòng)；而如果采用液壓驅(qū)動(dòng)，其執(zhí)行元件液壓缸直接就能實(shí)現(xiàn)直線的驅(qū)動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上就簡(jiǎn)化了許多。同時(shí)，如果升降臺(tái)的載重量非常大的話，對(duì)蝸輪―蝸桿或齒輪―齒條的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求就非常大，而且這種傳動(dòng)是剛性的，如果在升降過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng)或沖擊，對(duì)結(jié)構(gòu)就是一種很大的損傷。因此，現(xiàn)有升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)都采用的是液壓驅(qū)動(dòng)。

經(jīng)過(guò)上述對(duì)比，學(xué)生就能對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)有直觀的了解，在后續(xù)的學(xué)習(xí)中能結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)和所學(xué)課程知識(shí)進(jìn)行類(lèi)似的分析與對(duì)比，學(xué)習(xí)的目的性更強(qiáng)，保證了學(xué)習(xí)的積極性。

4 基于工程實(shí)例的液壓與氣壓傳動(dòng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

目前大部分高校的液壓與氣壓傳動(dòng)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)部分：認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證式綜合訓(xùn)練型實(shí)驗(yàn)。認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)元件進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而了解其工作原理及性能；綜合訓(xùn)練型實(shí)驗(yàn)主要是搭建液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的幾個(gè)典型回路，進(jìn)行性能驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。對(duì)于后者，目前采用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只提供了有限的液壓元件，只能搭建幾個(gè)固定常規(guī)的液壓系統(tǒng)回路，而且平臺(tái)提供的搭接方式基本為油管搭接接頭，該接頭可靠性和耐用性不高，使得學(xué)生耗費(fèi)太多時(shí)間與精力在管路的拼接上，而且使得實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的損壞率較高，最終令實(shí)驗(yàn)效果并不理想[5]。

針對(duì)當(dāng)前本科學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)的重點(diǎn)并不在于學(xué)生對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的操作能力，而是在于學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析能力。因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能將大部分時(shí)間耗費(fèi)在系統(tǒng)模塊的搭接上，而應(yīng)重點(diǎn)放在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與性能分析上。目前主流的液壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)都只能提供有限的元件和有限的回路連接，不能滿(mǎn)足對(duì)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析能力的訓(xùn)練要求。因此，將行業(yè)中具有代表性的系統(tǒng)仿真和設(shè)計(jì)軟件引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)展虛擬仿真性實(shí)驗(yàn)，依靠其靈活性可以對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)充和加強(qiáng)。

同時(shí)，液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的完整工作除了構(gòu)建系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量的傳遞外，另一個(gè)重要的方面就是自動(dòng)化控制，完成系統(tǒng)的各項(xiàng)預(yù)定功能。這一部分需要結(jié)合工業(yè)控制方面的課程知識(shí)，尤其是PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。因此，在開(kāi)展課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以在其中增加PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)的回顧或介紹，并在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中不再把重點(diǎn)放在液壓氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)回路的搭建上，而是增加自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例的設(shè)計(jì)內(nèi)容，從系統(tǒng)整體控制的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性訓(xùn)練。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)在高校機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和液壓與氣壓傳動(dòng)課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)改革和調(diào)整，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考型學(xué)習(xí)，熟悉交叉課程知識(shí)的應(yīng)用，達(dá)到比較好的教學(xué)效果，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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