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關鍵詞：固體物理學；教學改革；教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）29-0034-02

固體物理學是一門研究固體的結構及其組成的微觀粒子（原子、離子、電子等）間相互作用和運動規律，從而闡明其性能與用途的學科。它是微電子技術、光電子學、材料學等技術和學科的基礎，同時，也在太陽能光伏發電等新能源技術的革新發展中起著關鍵作用。因此，在常州大學新能源材料專業中開設該課程，并將其作為該專業的主干課程之一，希望使本專業學生掌握一定的固體物理知識及其研究方法，從而有助于學生增強理學背景，擴展視野，提高其解決問題的能力，而且為他們畢業后進一步深造或就業奠定堅實的基礎。

一、新能源材料專業固體物理學教學現狀分析

新能源材料專業是常州大學近年來為培養新能源產業發展所需的專業人才而設立的新專業。該專業處于起步階段，人才培養模式和課程體系的構建亟需完善，而且材料類專業課程往往更偏重材料的工藝、性質和性能，這些課程往往重工輕理，造成學生的理科背景不強。而固體物理學課程包含了很多晦澀難懂的專業定義、復雜的三維空間想象與變換和煩瑣的理論推導，需要以高等數學、熱力學與統計物理和量子力學等理論性很強的課程為基礎，因此客觀上造成本專業的學生并未做好學習固體物理學課程的準備。舉例來說，這些學生的先修課程并不包含量子力學。此外，像高等數學這類課程，學生雖已經學習過，但由于課時等原因，這類課程的學習程度沒有達到學習固體物理學課程的要求。由于上述原因，本專業的學生在學習本課程的過程中感到相當的吃力，特別是涉及到一些抽象的定義和復雜的數學推導過程，使部分學生產生了厭學的情緒。因此，為達成設立本課程的初衷，其課堂教學和考核的改革勢在必行。

二、教學內容的改革

固體物理學課程的內容博大精深，可人為劃分為固體物理基礎部分和固體物理專業部分。由于本專業的培養方案將本課程定性為專業基礎課程，并為其安排了56個學時，因此僅講授固體物理基礎部分，并對其有所取舍，充分考慮新能源材料專業側重太陽能光伏發電和鋰離子電池儲能的特點。鑒于以上考慮，本課程的教材選用Kittel著，項金鐘和吳興惠翻譯的《固體物理導論》，講授該教材的前七章，側重材料的電學性能知識點的講授，減少力學和磁學等相關知識點的比重。例如在第三章晶體結合與彈性常量中，舍棄關于彈性常量的講解，回避復雜的角標和矩陣方程，既可以減少學生的畏難情緒，又可將更多的精力放在第六章和第七章這些與材料電學性能相關的章節。此外，Kittel著《固體物理導論》這本教材比較注重物理結論，而在某些地方忽視了如何引出該結論的過程，如果只是照本宣科，必然會使學生對課程的內容產生懷疑，最終導致他們失去學習的興趣。因此，在教授的過程中作者還取多家之長，對該教材忽略的重要過程進行補充，力爭講清每個知識點的來龍去脈。比如，在第六章自由電子費米氣中，《固體物理導論》該教材直接引出了一維情況下能級的表現形式，這種不通過薛定諤方程的方式使學生感覺知識點比較突兀，缺乏心理準備。對此，我們在這部分補充了薛定諤方程的知識，而后自然地引出教材內容。通過這種做法不僅豐富了課堂教授的內容，使知識體系更趨完善，更在潛移默化中將對待工作認真負責的做人道理傳遞給學生，起到了教書育人的目的。

三、教學方法的改革

正如前面所述，固體物理學課程內容理論性強，比較抽象難懂，而學生由于種種原因并未打下學習該課程的基礎。為了解決這一矛盾，作者首先將要用到的《量子力學》、《統計物理學》和《高等數學》中相關知識點在課堂上穿插講解，為學生補缺補漏，解決先修課程不足的問題。其次，不拘泥、不追求煩瑣的數學推導和演算，采用定性解釋或數學推導與定性解釋相結合的辦法去解釋固體的性質和結論。例如，在講解費米-狄拉克分布時，如果從數學推導上去解釋這一結論會十分煩瑣，我們采用生活中汽車長隊等紅燈的例子去類比解釋：將一輛輛汽車類比為固體中的電子，將紅燈前的斑馬線類比為固體中的費米能級，將紅燈時沒有汽車越過斑馬線類比為0K下固體中所有電子排布在費米能級之下，將綠燈時首先是靠近斑馬線的汽車通過斑馬線類比為0K以上原費米能級附近的電子首先激發到高能級。這樣就很容易讓學生理解這一重要的結論，并且有助于樹立學好這門課程的信心。此外，在講解第六章自由電子費米氣的過程中，首先給學生補充薛定諤方程的知識點，但由于他們沒有學過《量子力學》課程，對薛定諤方程的講解采用數學推導與定性解釋相結合的辦法：從能量守恒角度并引入幾個重要的假設就能簡單的導出薛定諤方程，使他們很快的掌握必要的先修知識。采用這樣一些方法，可將一些較復雜、抽象的知識點以較為生動的形式傳授給學生，改變了他們對這門課程看法。

四、課程考核方式的改革

學生成績評定是教學過程的主要環節之一。目前常用的考核方式有閉卷和開卷兩種形式，前一種形式主要考查課本內容，容易造成學生考前突擊，死記硬背；后一種形式考查內容靈活，但學生往往對考試復習無從下手，一些學生甚至存在投機取巧的僥幸心理，放棄對所學內容的復習。結合固體物理學課程理論性強、內容靈活但又有大量基本結論和公式需要記憶的特點，作者采取半開卷的考試形式，即統一向學生發放一張A4大小的紙，學生在復習過程中可將他們認為重要的知識點歸納總結在這張紙上，而考試時可查閱這張紙上的內容。采用這種方法，避免了學生在復習過程中將大量精力放在結論和公式的記憶上，有助于督促學生對所學課程內容進行思考，從而提高了學生的綜合素質。

總之，在新能源材料專業固體物理學課程教學過程中，要堅持以學生為本，以學生為主體，在充分認識本專業學生特點的基礎上，不斷改革，勇于實踐，不斷充實和完善自己，最終做到因材施教。

參考文獻：

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關鍵詞：獨立學院 網絡環境 建構主義理論 立體動態管理的教學方式 無紙化測試評估體系

國家教育部從2008年開始逐步在全國高等學校推行四、六級網絡化考試，從而較大地顛覆了以往紙質卷考的考試形式和重點設置。國家教育部對大學英語四、六級的改革，充分地向各高校傳達了一個有效的變革信息，即：高校的大學英語課程要實現教學方式和測試評估體系的適應性改革勢在必行。

高等學校當前多采用的是傳統方式的大學英語教學， 其單一的教法導致單一的測試方法。測試評估學生英語學習能力的方法多為學期教學后一次性對整體學生進行紙質卷考，在這種評估體系下，學生的成績就是典型性應試教育的產物，學生作弊現象嚴重，考試內容滯后呆板，一次考試定成績的測試體系不能全面客觀體現學生的整體英語語言英語能力及其語言的綜合素質。誠然，傳統的測試評估方式曾為我國的英語教學起過不小的積極作用，但在新形勢下，傳統的測試顯得評價標準失真，互動性較低，片面性強，不能真正體現學生英語語言應用的真正能魅力。基于這樣的現狀，面臨國家教育部對大學英語四，六級測試方式的轉變的政策影響下，各高校必須從測試體系入手，改革傳統考試，導入立交式立體、動態測試評估體系，使測試對教學有良好的反拔作用，促使學生語言知識和言語能力的同步提高，促進學生用英語交際的能力。這是由于語言從來不是僵死的，它永遠處在運動變化之中，因此語言測試也不應固守一個模式，而應以動態、立體、交互的形式反映應試者對處在動態中的語言的掌握程度。河北聯合大學輕工學院基于大學英語的改革大背景，率先做出改革行動，引進并使用藍鴿校園網語言學科平臺網絡系統，為本文研究提供了硬件支持和可靠數據。通過兩年的研究和實踐，作為該校英語教師，研究總結其測試評估體系從卷考到網考的巨大轉變及實現于以下三個方面。

一、是測試評估體系的改革，應當從重視語言要素轉向語言實際能力的運用。其測試目的從重視共性轉向個性，從關注考試結果轉向語言學習本身。提倡形成性評估和終結性評價雙重評估體系并重，評價方法和測試手段應當多樣化，評價標準也應當多元化，鼓勵學生自我評價和相互評價，使考試起到促進教學的作用。藍鴿網絡作業系統針對學生英語學習專門設了評估模塊，老師和學生雙方都可據此次作業做出相應評估。測試評估內容也由以往卷考客觀性試題居多轉向以主觀綜合素質題型為主，客觀性評估為輔的試題。學生完成主觀性試題的過程就是轉向語言學習本身的過程，也是從本能應試語言學習向興趣能力語言學習轉變的過程。在此互評評估過程中，教師設置學生互評和師生互評任務，師生順利轉變角色，這種多層次評估體系使得學生在對他人的進行互評的過程中，完成多方面自我缺失知識的補充。同時也提高了測試評估任務的特征和目標語言使用任務特征的一致性。

二、運用構建主義理論，構建多極化的英語水平測試體系。建構主義對學習和教學做出了新的解釋，以這種理論為基礎，學生、教師、教材、媒體構成教學模式改革的基礎成分，在運用建構主義學習理論于教學中時，網絡能幫助學習者更有效地獲得更大信息量的語言資料，以視頻、音頻、文字、圖片多種形式提供給學生進行選擇。淡化統考在評價英語教學和認定語言能力方面的獨一無二的地位，從根本上破除應試教育的根基。依據藍鴿語言學習系統，河北聯合大學大學英語多極化測試的多樣化水平測試體系系統分為三大體系：

1. 網絡作業測試體系。此體系依托藍鴿網絡平臺，給學生提供訓練基地，使學生對所學知識達到從“了解”到“掌握”再到“會用”的轉變。傳統的作業為單元內容學習完成后，課本自帶作業，這種終結性評估型的作業不能全面有效地分析學生的英語語言掌握能力。依托藍鴿系統網絡支持，教師可以根據課堂教學進行自編作業，靈活掌握學生語言掌握動態，形成有效的自編型的形成性評估體系。

2. 考試測試體系。眾所周知，完成從卷考到網考的根本性變革在于測試評估體系的徹底轉變。河北聯合大學輕工學院的大學英語期末考試形式的轉變，較大的顛覆了傳統教學下的期末考試形式。大學英語測試評估體系的轉變在兩年的網絡化考試實踐改革中，經歷了三次主要的改變：系統抽題；課外自編；課外自編和課內知識各占比例形成獨有模塊。通過實踐證明：自編試題的測試形式可以使測試內容更豐富，形式更個性化，貼近學生素質發展的實際狀況。

3. 個人測評體系。傳統教學評估體系的最大空白就是沒有個人測評體系，造成學生不知道自己在整個語言環境中的真實能力，學生自身英語運用能力較低。測試評估體系轉變的最大創新，就是采用網絡個人自主學習和自我測評體系，有效地提高了學生的自我認知能力，意識到自己的英語知識的缺失的具體原因，有效地自我改正英語學習策略。

三、實現全方位立體動態管理的教學和無紙化測試評估體系。

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[ 關鍵詞] 體育教學 傷害事故防范

一、學校體育傷害事故的類型以及產生原因

學校體育傷害事故是指在體育課堂教學、訓練過程中，由于學生自身原因、意外事件、不可抗力、自助行為、特殊侵權行為或一般侵權行為造成學生精神和身體傷害的事故。產生傷害事故的原因是多樣的，人們面對學生遭到傷害事故時，總是將學校與受傷害的學生相對應，將學生在體育教學中受到的傷害全歸責于學校，這種傳統而不合法的理念使得對此類事故的責任認定產生強烈的偏差。

學校體育傷害事故產生的原因和類型主要有以下幾種類型

學校體育傷害事故主要有以下幾種類型：

1學生自我原因造成傷害事故

在體育課堂教學、訓練中由于學生1、違紀（教師已盡管理職責）或疏忽大意；2、特殊體質或疾病（沒有告訴學校、教師）；3、自尊心強或心理承受能力差（學校、教師的教育教學方式并無不妥）而造成自身的傷害。對于完全由于學生自我原因造成的傷害，這類事故不存在著學校、教師的過錯行為。因此，根據責任自負原則，所有責任由學生本人承擔。

2由于意外事件、不可抗力或自助行為造成傷害事故

意外事件指非當事人的故意或過失而偶然發生的不可預見的傷害。如在足球比賽中，學生被足球踢到了頭上而暈倒在地造成傷害事故。不可抗力即人力所不可抗拒的力量，指不能預見、不能避免并不能克服的客觀情況。如地震、風暴等自然災害引起的傷害。自助行為指權利人為保護自己的合法權利，在情事緊迫而又不能及時請示有關人員救助的情況下，對學生施加的為法律或社會公德所認可的不超過必要限度的強制行為。如在排球教學中，學生跳起扣球而踩在另一排球上要摔倒時，順勢拉住另一學生，致使另一學生造成傷害。對于意外事件、不可抗力或自助行為造成的傷害，當事人都沒有過錯，既不能采用推定的方式認為當事人有過錯，又不能適用無過錯責任要求加害人賠償，而學生遭受的損失得不到補償又顯失公平。因此，這類傷害事故理應適用公平責任原則。對于這類事故的最好解決辦法不是通過法律程序，而應通過“保險”的方式進行解決。

二、學校體育傷害事故發生的原因：

對于學校體育傷害事故發生的原因，專家學者從不同的視角進行了分析和研究。首先，從觀念上看，體育教學事故的發生，往往是由于學校體育管理人員、有關的教學人員，以及學生自身對這類問題的重視不夠從而出現思想上的麻痹和疏忽，造成對教學中的一些關鍵環節的忽視，導致了事故的發生。其次，從制度層面上看，目前我國針對學校體育傷害事故所制定的法律規范尚不夠完善，顯示的針對性還不夠強，這就造成了一旦發生體育教學傷害事故，很難找到強有力的法律法規的依據。此外，在學校體育事故的管理制度方面，仍然存在一些值得注意的不完善之處，還跟不上時代的要求。這在客觀上為防范和處理傷害事故造成了障礙。再次，從器材層面看，國家對教育投入不斷增加，教學的條件也得到了很大改善。但是，隨著各個大專院校不斷擴招，有關方面對學校體育教學方面的投入就顯得相對滯后，跟不上形式發展的需要。體育教學經費投入的不足，導致了學校體育場地和體育設施缺乏，器械陳舊，難以滿足教學的需要。在客觀上，這形成了誘發事故的潛在因素。

三、學校體育傷害事故的防范

體育教學中學生傷害事故往往防不勝防，這類事故多數是出自疏忽大意、過失、瀆職而造成的，這不僅給學生本人及其家長帶來不幸和痛苦，而且給學校和教師造成管理上的困惑和不安，直接影響到學校正常的教育教學秩序，甚至影響到素質教育向更深層次的推進。因此，我們教育工作者要采取有力的防范措施，把學生的傷害事故減少到最低限度。通過上面地學校體育傷害事故發生的原因所作的分析，我們提出以下幾個方面有針對性的防范措施：

1提高對學校體育傷害事故的防范意識。

要加大對傷害事故進行防范的教育力度，提高全體師生的安全意識和自我防范能力。大量事實表明，教育行政機關、學校教育管理人員甚至家長對在校學生人身安全問題的關注是不夠的，對學生傷害事故的安全防范教育基本處于空白狀態，學生的安全意識和自我防范能力較弱，安全知識匱乏。這是學校體育傷害事故不斷發生的一個重要因素。因此，應完善學校的安全教育工作，將傷害事故防范教育列入體育教學計劃，使學生的安全意識和自我防范能力不斷得到提高。要了解和發現可能出現傷害事故的隱患，盡可能把握體育教學中學生發生傷害事故的時間、地點和條件，做到防患于未然，樹立起一種具有高度預見性、高度敏感性、高度主動性和高度警惕性的綜合防范意識。千萬不要以“血的教訓和生命的代價”才能喚醒體育教學安全防范意識。

2加強法制管理制度的建設

完善學校體育傷害事故防范與處理的法規和管理制度體系。目前，這方面的工作重點應放在對學校體育傷害事故防范與處理辦法的研究和探討上，在現有的法律法規的基礎上，制定出對學校和體育教師的權利及義務的范圍，對學校體育傷害事故的責任認定和責任追究、傷害事故法律救濟等做出明確的、具體的界定，確保學校體育傷害事故能夠得到有效的防范，以及在出現事故之后的處理程序有法規可以遵循；其次，在學校體育傷害事故的預防與管理的制度建設方面，應當著力引入先進的管理理念，構建高效實用的管理運行機制。例如，當前國外已被普遍采用的風險管理體制，就是一種可行的學校體育傷害事故的管理模式。建立學生健康檔案掌握學生是否有某些不適宜劇烈運動的疾病，以便在安排有關活動時加以控制，并要求家長定期為學生檢查，以保證學習橫在校期間的安全。學校應將學生傷害事故防范工作的責任分解為若干層次、若干環節，明確劃分每個部門、每個崗位防范工作的范圍，對防范內容和具體責任簽訂責任書。這樣能有效避免部門、崗位之間的責任不清，相互扯皮的現象，從而有效促進安全管理工作的落實，增強有關人員的責任感。

3加強規章制度建設及對體育器材的安全管理。

建立體育器材場地安全檢查維修制度、學生健康檢查及特殊體質登記制度，并將這些制度列入學校教育管理中。做到制度健全，落實到人，預防和控制體育教學中學生傷害事故的發生，防患于未然。對體育設備設施要定期檢查維修，注意發現和消除危陋設備設施的潛在危險；各種教育教學活動一定要在指定的符合安全要求的場地進行。要常備不懈，持之以恒，使事故防范工作走上制度化、規范化、法制化軌道。要力爭有關方面加大對學校體育教學的資金投入，不斷完善學校體育教學的場館改造與擴建，更新體育器材和設施，確保提高器材使用的安全系數，為體育教學和學生課余活動營造一個安全舒適的環境，從而最大限度的減少和預防體育傷害事故的發生。

4加強對體育教學環節的管理

體育教師要充分做好課前的準備工作。深入調查研究，充分掌握學生情況；認真鉆研教學大綱和教材，結合學生具體情況，認真考慮教材內容的重點、難點、關鍵和危險環節，將安全保護作為教學要點之一寫進教案。教學中要組織學生充分做好準備活動和放松運動，合理安排教材內容搭配和先后順序，有的放矢地采取恰當的教學方法和手段；對體育器械場地隨時隨地進行安全檢查；嚴密教學過程的組織，有效落實紀律管理措施及運動過程中的人員保護，加強教學的預見性和計劃性。

5充分做好傷害事故的應急準備

學校應針對可預見的學生傷害事故，研究和制定事故的應急方案；組織教師學習防范救護知識，掌握應急本領；組織學生學習救護常識，普及避險、自救本領。“有備無患”或許不能減少傷害事故的發生，至少將會減少學生傷害的程度。

四、結束語

隨著體育教育教學改革的不斷深入，體育教學中傷害事故涉及的權義主體可能會更多；其適用的法域會更寬廣；對社會的影響會更大。但遺憾的是，到目前為止還沒有明確、具體、統一的法律法規對之進行規范。因此，防范傷害事故是一個永恒的課題。為了更好地保護學校、教師和學生的合法權益，維護學校正常的教學秩序和社會穩定，我們對體育教學中傷害事故的研究分析，就顯得尤為重要。只有充分了解和掌握傷害事故發生的原因，才能從認識和行動上采取積極有效的防范措施；只有充分了解和掌握傷害事故的責任構成要件和歸責原則，熟悉現行教育法律、法規的基本精神和主要內容，才有可能避免不必要的法律糾紛，才能依法確保教育工作者的管理積極性，做到有法可依，有法必依，依法治校，依法施教。本文對體育教學中傷害事故只作了初淺的研究分析，權作拋磚引玉的瓦礫，要做好傷害事故的防范工作，更需要廣大教育工作者的密切合作，共同努力，共同探索。

參考文獻：

[1]教育部.學生傷害事故處理辦法，2002.9.01.

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2020年元月11日--16日,我參加了學校組織的教育教學管理人員和專業骨干教師培訓班。去時高鐵,歸時大巴,正像這次培訓地蘇州一樣---現代文明和古代文明可以融合。回來時行進在高速公路上,時間有些長,一路都是雨，提醒這次培訓與眾不同,我趕緊對這次培訓進行了一些思考。

這次培訓對我印象最深的是元月15日上午翁孝川所作的報告--學校管理者歷史使命與角色定位，談到了學校的發展定位，教師的時代重任，職業教育的目的。在談到角色定位時，校長的精神支撐，副職領導的領域專家，環節干部的實踐行家，一線教師的操作能手等，分析之全面，定位之準確，都給我留下了深刻的印象。

元月14日下午聽了邱瑜博士的演講----幼兒園課程改革與教師專業設計，對幼兒課程方面提出，幼兒教育的課程價值取向，應是符合幼兒身心發展特點和發展需求的基礎上，培養孩子一生受用的素養，提升孩子在明天社會生存和發展的能力。對幼兒教師提出，幼兒教師只有在實際的教育教學工作中，特別是課程持續不斷的開發中，不斷發展豐富自己的教育教學知識和技能，才能使自己向著經驗豐富，能力過硬方向發展。這些見解都讓我記憶深刻。

元月13日上午,參觀了蘇州大學試驗幼兒園,聽了陳建華園長的報告----依園而建,園本特色課程的建設與管理。她提出的園本課程,養潤教育,養潤課程,讓我感受到這是用心在教育，難怪學校發展突飛猛進。

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關鍵詞：《固體廢棄物處理與處置》 校內 實踐教學 手工作品

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0139-02

實踐教學是使更好地理解知識并掌握專業技能的重要環節，是實現理論知識向能力轉化的重要途徑，對學生踏入社會后更好地適應工作也起著橋梁作用。我們在充分利用本地的社會實踐教學資源進行固體廢物處理與處置的實踐教學的基礎上，積極探尋校內現有資源進行實踐教學，是一件十分有意義的事情。首先，我們進行了實驗教學條件的改善。一方面，學校及學院加大了實驗室建設，改善了實驗室硬件條件，使學生有更多的獨立操作和使用新機器設備的機會。另一方面，運用先進的教學手段，使用計算機輔助教學軟件，對于一些必要實驗，像固體廢棄物處理與資源化過程采用模擬仿真實驗系統，讓他們在電腦上進行操作，生動形象地了解了固體廢物管理全過程，從收集、運輸、預處理、處理到最終的處置過程。這些都促進了虛擬、仿真實驗與實際實驗的有力結合。其次，我們利用學校的現有的其他條件，積極進行校內現有資源的實踐教學探索。

因此，在校園垃圾收集路線設計之后，我們又進行了典型固體廢棄物資源化方面的探索。主要是調動學生的動手能力，鼓勵同學們充分發揮個人的聰明才智。也就是對身邊的廢棄物進行資源化利用，制作手工作品。一方面在班內進行交流之外，另一方面還利用學校的櫥窗、地球日的時候進行展示交流。學生們自行進行了分組，分別進行了廢棄物資源化利用手工作品的制作。我們專門抽出一節課的時間，每組同學派出一名代表，到講臺上，從制作材料、制作過程、作品的功能等方面給大家進行了詳細的講解。

1 地球儀

制作材料：廢舊鐵絲、廢廣告紙、廢泡沫、廢塑料袋、廢舊飯盒等。球體的主要框架由廢舊鐵絲做成，鐵絲表面由廢棄的廣告紙糊成。地球儀的C型框架由多層廢紙粘接在一起制作而成，而地球儀的底座是由一個廢舊的泡沫制作，泡沫是一個紙盒。其C型區域和底座的結合處由兩個廢舊瓶蓋制作，地球儀表面更是由多種材料構成，主要是飯盒、廢紙、塑料袋等。整個地球儀表面圖案與以往見到的不同。首先在地球儀的C字區上顯示了我們的創作主題“Make a better place for you and me”――“為你、為我創造一個更美好的世界”。其次，整個球體被分為四個區域，分別展示了春、夏、秋、冬四季的典型美景，并有一條彎曲的河流貫穿整個地球儀，是以黃河性狀――“幾”字形設計的，春天的底色是嫩綠色，畫面主要是翠綠的小草和美麗的小花朵，剛發芽的樹木及初融的河流組成；夏天的底色是濃綠色，主要是由一個漂亮的湖泊構成，周圍是叢叢小草，草叢中鮮花盛開，另外草叢深處還有藏著一只青蛙；秋天以黃色為主，這是一個收獲的季節，金黃色的樹葉及累累碩果，一派豐收的景象；冬天則以白色為主色調，一片雪的海洋，一個小屋前堆著兩個雪人，屋外的松林被冰雪覆蓋，一幅潔凈、寧靜的景致。該地球儀的主要價值是觀賞，它向我們傳遞著：每一個季節都有它的美麗，讓我們共同努力，守護好這份美麗，讓地球的明天更美好。

2 七色風鈴

制作材料主要是：小藥瓶、廢舊風鈴、繩子、廢舊彩紙。用繩子將小藥瓶串起來，為了美觀，設計了弧度并放入了彩紙，最后串上廢舊風鈴的小金屬管，用繩子將其串起來，一個七彩風鈴就做成了。將其掛在房間，風一吹叮當作響。

3 小豬儲蓄罐

制作材料：廢舊礦泉水瓶、顏料、透明膠、絲帶。將4個500 mL的礦泉水瓶的上部分剪下作為小豬的腿，用一個大的礦泉水瓶作為小豬的身體，將“腿”用透明膠粘在“身體”上，在“身體”上挖一個小洞用來投放硬幣，然后給小豬全身涂上顏色，待顏料干后，給小豬畫上眼睛、鼻子，系上絲帶，一個可愛的小豬儲蓄罐就完成了。小豬憨態可掬，放在桌子上既美觀又實用。

4 牛仔風情

制作材料：舊牛仔褲、廢包裝盒、膠帶、針線、訂書機。

4.1 相框

截取牛仔褲后兜（帶圖案）部分適宜大小，將其覆蓋在一個15 cm×20 cm的盒蓋上，用訂書機將布與盒蓋固定，并保持平整。在盒子左上角綴上一個小蝴蝶結，內部可放上照片，置于桌面，溫馨美觀。

4.2 鞋墊

比照38碼鞋墊剪下相應大小的4塊牛仔布，兩兩縫在一起，四周用針線縫緊，中間再用線縫密實一些，這樣的鞋墊質地柔軟，穿著舒服，透氣性好。

4.3 杯墊

剪取2個相同大小直徑10 cm的布塊，中心挖空直徑約4 cm的圓，用裁成的細條疊拼成交錯圖案，四周用線縫好，可用來放置水杯，隔熱效果好，且美觀實用。

4.4 錢包

裁取牛仔褲上繡花部分作為正面，縫制一個錢包，上面縫制線道，類似于古代香袋或荷包。可用來裝MP3、錢及其它物品，古典美觀實用。

4.5 收納盒

用一個純牛奶盒截取一個長方體，外面用彩紙固定，粘上小蝴蝶結，置于桌面上收納一些小物品，美觀實用。

5 卡通小牛

制作材料：衛生紙中間的廢舊紙筒、硬紙板、顏料、一角錢硬幣、線等。巧用線和一角錢硬幣，制作一頭卡通小牛，使牛頭可以自由晃動。卡通小牛非常可愛，觀賞性、娛樂性很強。

在課堂上交流的時候，不管是講的同學還是聽的同學，大家都興致高漲。這樣的實踐教學能使學生深刻地感受到固體廢物的處理與利用切切實實就在自己身邊，對各種知識不再感覺到脫離實際或者是深奧難懂，對該課程的學習和應用具有更大的信心和熱情。將這樣的實踐教學引入教學過程，提升了學生的學習興趣，提高了學習的積極性，改善了教學效果。該實踐教學的效果給我們的啟示是，以后盡可能多地引進實踐教學，爭取每個知識點的教學都能使學生快快樂樂地學習，并牢固掌握。學生從自己設計、尋找材料、自己動手制作，整個過程都是由他們自己獨立完成，這些實踐性環節的設計，鍛煉和提高了學生的創新能力和綜合素質，對學生實踐能力的培養和提高具有十分重要的作用。

參考文獻

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1 教學現狀分析與分級教學意義

宜賓職業技術學院被確立為國家骨干職業技術學院建設單位后，如何進一步提高電氣自動化技術專業理實一體化課程的教學質量與內涵，如何進一步深化教學改革，開創教學工作的新局面，不斷提高人才培養的質量，是當前必須認真思考和精心謀劃的戰略課題。

目前在電氣自動化技術專業對理實一體化課程教學，采用的是傳統的面向全體學生統一制定的教學大綱和教學計劃，采用同樣的教學方法，實行同樣的考核標準。而隨著高校招生規模的不斷擴大，專業的生源來自全國各地，地區發展的差異和學生的個體差異所帶來的入學時學生智能傾向、認知風格、知識能力的參差不齊，對這種傳統的“統一管理、統一授課、統一考核”的教學模式提出了嚴重的挑戰。

分級教育就是在承認學生差異的前提下，確定以學生為主體的意識，針對學生不同的智能傾向、認知風格、知識能力等，來構建教學情景和評價體系，因材施教，使學生各盡其能、各有所獲，效率優先，兼顧平等，從而保證不同層次學生的個性發展和學有所長。

2 分級教學體系構建與實施

2.1 學生分級

學生分級的主要目的是為了實現針對智能傾向、認知風格、知識能力不同的個體進行針對性的教學情景和評價體系的構建，實施的時候學生分級的主要原則有兩個：一是個人意愿，即充分尊重學生本人的興趣愛好，二是學生對相關知識的認知水平，可以通過對基礎知識的評測進行展開，通過個人意愿和測試成績相結合，依據正態分布的規律，把學生分成提高級、基礎級和認知級三層。為了提高學生的競爭意識、緊迫感和積極性，學生分級要實行“半期動態分級制”，即在學習課程進行一半的時候，根據學生的學習情況進行重新分級，從而形成一個良好的學習環境。在進行學生分級的時候也有一些問題需要注意，比如說分到認知級的學生有沒有自卑心理，要任課教師和輔導員多溝通，多對學生進行引導，培養良好的學習習慣，讓學生更主動和諧的發展。

2.2 教學目標分級

根據不同級別學生的興趣愛好和知識水平實際情況合理設置各個級別學生要求應達到的學習目標，以便與學生的知識結構相適應。例如在進行理實一體化課程《C語言實訓》教學時，提高級學生的學習目標側重放在綜合能力的培養與提高，基礎級學生的學習目標側重基本知識和基本編程方法的培養，而認知級學生的學習目標則主要側重編程基本知識的認識與了解。

2.3 教學內容與方法分級

教學內容與教學方法分級的主要目的是根據各個級別不同的教學目標，來分別構建課程內容體系、教學情景、教學內容、教學大綱、教學模式、教學方法與教學評級體系等。

例如在進行理實一體化課程《C語言實訓》教學時，提高級學生的教學內容應側重算法設計、編程思想、知識的綜合應用等，以項目教學法為主開展教學，注重學生的創造能力、創新精神的培養，引導學生站在更高層次上分析和解決問題，鼓勵并引導學生參加全國大學生電子設計大賽、大學生數學建模大賽等，培養學生較好的編程能力與編程素養。基礎級學生的教學內容側重于對C語言基本知識、基本技巧的掌握。以項目教學法和案例驗證法為主開展教學，而教學內容要作適當取舍，側重與編程的基礎知識和基本編程技巧的培養，使學生具有一定的編程素養，達到后續課程對C語言知識的基本要求即可。認知級學生的教學內容側重對C語言基本知識的了解和C語言基本編程的體驗，主要以對項目的驗證為主進行開展教學。

2.4 實訓項目教學分級

由于教學目標與教學內容要求的不同，在進行實訓項目開展的時候也要根據不同級的學生設置不同難度的實訓項目，例如在上面提到的《C語言實訓》課程中進行循環語句學習的時候，提高級學生可以用具體的實際系統進行展開，比如銀行模擬取款系統，基礎級的學生主要用實訓指導書上基本的項目任務進行展開，而認知級的學生主要是通過驗證型的項目進行學習。從而做到分級教學主張的效率優先、兼顧平等的原則。

2.5 評價考核方式分級

為了與分級教學相適應，還要根據不同的級別設置不同的評價考核方式，主要體現在評價內容不同和評價方法不同。提高級學生的評價體系以項目完成情況、項目答辯、平時表現法、筆紙測驗法等方式進行。基礎級學生的評價體系以項目完成情況、平時表現法、筆紙測驗法等方式進行。而認知級學生的評價體系以作業評分法、平時考核、筆紙測驗法進行。

3 分級教學實施中的問題與對策

由于分級教學對教學對象、教學目標、教學內容、評價體系等不同，從而導致了學生的教學班與行政班的不一致性，增加了系部管理的難度，也對課程安排有一定的要求，這就需要系部、教務部門、學生管理部門的重視和協調。同時可能還會出現提高級學生的驕傲自大、不思進取，而分到認知級的學生有自卑心理，自暴自棄。這些都需要任課教師和輔導員多溝通，多對學生進行引導，并實行“半期動態分級制”，即在學習課程進行一半的時候，根據學生的學習情況進行重新分級，提高學生的競爭意識、緊迫感和積極性。

篇7

對比分析法教學

筆者經常采用對比分析教學法，讓學生通過思考與對比增強所學知識的連貫性，提高學習效果。由于流體力學是力學的分支，因此力學的定律也適用流體力學，但流體的特性決定了流體力學在與固體力學有千絲萬縷聯系的同時，又有它獨有的一些特性。所以，筆者在授課時會讓學生先回憶相關的固體力學知識，再將固體力學定律引申到流體力學當中，讓學生輕松地理解和掌握流體力學中的概念和原理。例如在講授流體靜平衡微分方程這一章節時，筆者就會問學生：在理論力學中，如果物體處于平衡狀態應滿足什么樣的條件？學生很自然地想到要所有的合外力為零。然后筆者又會引導學生流體力學的研究對象為流體質點，而流體質點在空間上是很小的，需要對微元體建立平衡方程。換句話說就是微元體要保持平衡，其所受的合外力也需要為零，由此就可得到流體靜平衡微分方程。這樣靜平衡微分方程的物理意義就很直觀地展現在學生面前。除了將流體力學和固體力學進行對比分析外，筆者還會將流體力學中的一些概念通過列表的方式進行對比，讓學生了解這些概念的異同點。比如，筆者在講到流體運動學這一章節時講解兩種描述流體運動的方法，就給出了表1。學生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和歐拉法各自的特點。通過對比分析法不但有助于學生理解和掌握流體力學知識，還能讓學生將所學知識融會貫通，提高分析問題、解決問題的能力。

多層次多視角分析問題

現代教育觀念認為，高等教育應當融知識的傳授和能力的培養于一體。[4]為了適應個性化發展和高素質教育，培養學生創新能力，在引導他們熟練掌握基本分析方法的同時，還要教會學生多視角、多層次的分析問題和解決問題。為此，筆者除了講授基本方程、基本定理的推導，還會將問題進一步深化、演繹，將枯燥乏味的理論知識點進行歸納整合，建立學生的哲學思維觀。例如，在學習靜止流體對平面的總壓力這一節時要求學生能夠計算總壓力大小、方向和作用位置。講授首先從求解矩形水平面的總壓力入手，再延伸到求解矩形垂直面總壓力，再到求解矩形斜平面總壓力，最后求解任意平面的總壓力，如圖3所示。這種層層剝繭的講授讓學生不知不覺中掌握了求解總壓力的方法和技巧。逐層分析的方法教會了學生如何將一個復雜問題分解，然后再借助已有的知識進行求解，達到觸類旁通的效果。同時，為了讓學生更加深入、全面地了解平面所受的靜壓力，講授時又分別采用了解析法和壓力圖法進行求解。通過這一章節的學習，學生明白了解決許多工程問題可以從多個側面、多個視角分析，盡管采用的方法和理論不盡相同，但都可以獲得正確的結果，殊途同歸，增強了創新意識。除了在教學過程中改變傳統的教學方法，構建多元化的課堂教學模式以外，為了提高教學效果，運用多媒體技術為基礎的立體化輔助教學手段也非常重要。隨著計算機技術的發展，工程實際圖片、動畫和視頻素材使各種教育信息的表達更加生動、直觀和多樣化，能很好地刺激學生的感官，激發學生學習的興趣，開闊學生的視野，可以收到純板書教學所無法達到的效果。因此，“流體力學”教學過程中對于難以理解的概念，如勢流與旋流、流線與跡線的概念、流場的演示、流態的判別和波的傳播、邊界層的形成等內容均利用計算機動畫給學生進行演示，起到了畫龍點睛的作用。

結束語

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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的一門重要的專業基礎課。流體力學具有基本概念多、公式復雜、內容抽象等特點，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，該課程既可以培養學生良好的邏輯思維能力和分析推理能力，又可以培養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。在學校提倡培養應用型人才的大背景下，有必要根據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，激發學生的學習興趣

（一）強調課程的地位和重要性

教師除了說明流體力學在整個專業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、工程實例及專業應用調動學生的學習興趣

“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模的供水管道系統等。除此之外，還可以介紹流體力學在土木專業及其他專業的應用，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技術引入課堂調動學生興趣

計算流體動力學（簡稱CFD）技術日趨成熟，已經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、教學內容的取舍和教學環節設計

（一）教學內容的取舍

流體力學知識面廣，內容繁多，在學時限制的條件下要結合專業教學要求合理取舍。對土木工程專業而言需要掌握的內容有：（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。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，不連續的，這給我們研究流體力學問題帶來了困難。連續介質假設認為流體是由內部無間隙的連續流體質點構成。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為連續的，可以借助高等數學的方法來研究。

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）教學環節的設計

1.調整習題或考題構成，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。在流體力學的牛頓內摩擦定律、能量損失計算和管道流等部分很多數據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節，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，強化實踐環節。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，而且有助于培養學生的動手能力、獨立工作能力和創新能力。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象，然后根據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其創新能力。

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。教師應創造和諧、輕松的課堂氣氛，鼓勵學生積極發言，表達自己的疑問、見解，激發學生的學習積極性和創造性。如在課堂上通過提問的方式回顧上次課的主要內容，通過“自學―提問―討論―總結”的方法學習新內容，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動學生的學習積極性，樹立信心，而且還可以培養學生勤于思考、善于發現問題、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，僅靠傳統的一塊黑板、一支粉筆不能激發學生的學習興趣。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點，通過動畫、視頻資料、數值模擬等手段將復雜的流動現象展示給學生，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的授課方法各自的優缺點，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的問題并加以改進，注重教學過程中的每一個環節，多管齊下，才能保證學生取得良好的教學效果。

參考文獻：

[1]王偉.土木專業工程流體力學課程教學研究[J].山西建

筑，2008，（21）.

[2]張志宏，顧建農，王家楣.“流體力學”課程教學改革的實

踐與探索[J].高等理科教育，2006，（5）.

[3]趙琴，楊小林，嚴敬.CFD技術在工程流體力學教學中的

應用[J].高等教育研究，2008，（1）.

[4]劉建龍，王漢青，寇廣孝.激發學習興趣提高流體力學教

學效果[J].中國電力教育，2008，（20）.

[5]徐艷萍.《工程流體力學》教學探討[J].江西電力職業學

院學報，2003，（2）.

[6]毛根海.應用流體力學實驗[M].北京：高等教育出版社，

2008：8-10.

[7]武際可.拉家常?說力學[M].北京：高等教育出版社，

2008：1-7，25-30.

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關鍵詞：工程流體力學；教學研究；改革探索

作者簡介：李小川（1976-），男，河南焦作人，揚州大學能源與動力工程學院，講師；田萌（1977-），女，陜西安康人，揚州大學能源與動力工程學院，講師。（江蘇?揚州?225127）

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0047-01

“工程流體力學”課程在能源動力類工科專業中占有非常重要的地位，主要研究流體（液體和氣體）的平衡、運動規律及其實際工程應用的技術科學，是力學的一個重要的分支學科。通過本課程流體力學的基本概念和基本原理的學習，學生掌握分析和解決本專業中涉及流體力學問題的能力，為后續專業課程學習奠定基礎，然而當前的教學效果并不理想。自然界和人類生活中，以及工農業生產的各行各業中均廣泛存在流體流動現象，但是由于缺乏對生活的觀察，學生很難做到對課本講授內容形成直觀映像。此外，自然界中的流動現象往往包含多種流動方式，在理論分析與公式推導中涉及許多復雜的數學理論與方法，經驗公式多，且不易理解記憶，給學生的學習帶來很大困難，導致教師難教、學生難學，實踐與應用起來更是難上加難，教學效果不理想，教學目的難以實現。還對后續專業課的學習造成很大影響，進而影響本科教學的整體質量。因此，“工程流體力學”教學改革勢在必行。

一、“工程流體力學”教學調查研究

“工程流體力學”課程通常是開設于熱能動力工程專業二年級階段。對揚州大學的學生的問卷調查顯示，多數學生對“工程流體力學”課程的評價是“難學”。為何會有這樣的評價，通過分析發現，存在幾個方面的原因。

1.研究對象比較抽象

“工程流體力學”課程本身研究對象是流體，沒有一定的形狀和具有流動性，這是流體區別于固體的本質特征。這一特征決定了流體力學研究理論比較抽象、經驗公式繁多且推導過程復雜不易理解、易混淆，進而導致了本課程教師難教、學生難學，教學效果不夠理想。因此，能否將前面學習過的對“固體”平衡和運動物理規律的分析方法通過比擬的方式移植到“流體”上，并使其形成正向的學習遷移是學生能否很快的掌握本門課程學習方法、學好本課程的一個很重要的方面。[1]

2.教師與學生

“教學”包括“教”與“學”兩個方面的內容，忽視任何一個方面都有可能造成教學效果的不理想。理論課教學是工程流體力學課程教學的主要方面，是進行實驗指導和應用于工程實踐的基礎。某些任課教師為了自己的方便省事，教材和教學內容仍然是多年前的老教材，對現階段流體力學的發展方向和研究成果，以及本學科的最新科技前沿理論及工程應用進展不能做到及時更新，教學內容與實際應用嚴重脫節。

教學方法單一呆板，無法吸引學生的興趣。經常看到這樣一種現象：教師在講臺上只顧著自己滔滔不絕地講，忽視了課堂教學的互動性和學生的主觀能動性，學生了無興趣的在座位上睡覺、開小差、玩手機，基本上是教師在向學生單方面地傳授知識，這樣的教學效果是很低的。[2]

本專業本科生新的培養方案中課程設置有這樣一個特點：課程增加，課時壓縮，總學分保持不變。“工程流體力學”課程理論課學時從64壓縮到48學時，在教學內容總量不變的情況下，每堂課教授的內容，即學生需要接受的信息量就大大增加了，嚴重增加了學生的負擔。“浮躁”是當代很多大學生所普遍具有的心理特征，導致的直接結果是學生自制力差、怕吃苦，上課前不預習、課后不認真復習、作業普遍抄襲。

二、教學改革的目標

圍繞當前“工程流體力學”課程教學中存在的問題，以提高課程教學質量、實現教學目標為目的，進行了如下方面的改革：改變教育理念，以課程改革與教學適應新時代的要求為目的；加強教學方法與教學手段的改革，提高“教”的質量；加強課程的應用性，解決基礎理論課程的知識教育、應用能力與創新能力的培養，全面提升學生的綜合素質；加強課程教學評價與考核體系改革，引入全程教學評價與考核機制。[3]

三、“工程流體力學”教學改革探索

從上面的分析可知，“工程流體力學”課程教學效果不理想存在很多方面的原因，因此，教學改革也要同時從多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是筆者在揚州大學熱能與動力工程專業本科生課程教學中進行的探索與嘗試，取得了較好的效果。

1.教學方法的探索與實踐

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關鍵詞：流場分析；固體微粒；光滑粒子動力學；離散單元法

中圖分類號：TP204 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）10-0262-04

Abstract： According to using micro water jet to realize capturing solid particle and implementing position control of micro-particle.This paper mainly present a method that discrete element method and smoothed particle hydrodynamics method are employed to establish the solid-liquid coupling model which is used to analyze the trapping mechanism. A flow field model is set up to simulate dynamic characteristic of water tweezers by Computational Fluid Dynamics （CFD）. The selection of boundary conditions， initial guess， solver control， and convergence strategies of the model is discussed. Velocity and pressure of streamline are predicted and discussed at the certain input conditions. The simulation results demonstrate that it is an efficient theory method to eventually trap the solid particles by water tweezers.

Key words： fluid field analysis； solid particle； Smoothed Particle Hydrodynamics； discrete element method

在微制造領域，微納產品的制造、裝配會涉及不相容的加工工藝、復雜的幾何外形和不同制造材料的操作機理，產品的實現將依賴于微尺度的定位、定向和裝配操作，從而使微小物體的捕捉及操作在微制造領域顯示出重要的一面[1-3]。本文提出利用環空水射流實現直徑為1～10毫米固體微粒的捕獲與操控。針對這一問題研究的復雜性體現在：1） 環空微流場如何形成對單個柱狀固體微粒的捕獲和控制；2）柱狀固體微粒在環空水射流控制下的穩定性[4]。關于水射流與固體微粒的耦合問題，多數研究從流場的角度進行分析，將動力學與簡單的單相流體力學結合，未從耦合作用的原理出發對基于液-固兩相流動的耦合模型效果進行優化；②現有測試手段不足限制液-固耦合作用的實際測試，因而缺乏足夠的實測數據難以對所建立的水力動力學模型進行有效的實證和評估[5-7]。目前關于液-固微流場的計算主要有網格法和無網格法，其中網格法中具有代表性的是離散單元法，無網格法最具代表的是光滑粒子動力學法[8]。離散單元法和光滑粒子動力學法具有各自的優勢和特點，鑒于離散單元法是目前應用最為廣泛和成熟的數值計算方法，其計算效率和精度相對較高，因此如果能在固體微粒與微流場的耦合過程中將離散單元法和光滑粒子動力學法相結合，將是提高柱狀固體微粒運動特性計算精度的一種思路。為了更好分析環空水射流與固體微粒的瞬態運動過程，論文將光滑粒子動力學方法與單元網格方法相結合從而模擬環空噴嘴內水射流的速度變化對固體微粒運動軌跡的影響，研究水射流和固體微粒撞擊時的瞬態變化過程。當固體微粒處于宏觀穩態后，分析環空水射流和固體微粒耦合作用過程下的能量交換變化過程。因為光滑粒子動力學方法在模擬形變及粒子動力學問題時有較大的優勢，而有限單元發在模擬連續體介質準確性更高，因此把兩者的優勢結合起來，從而發揮兩者優勢，不僅保證計算精度而且能夠提高計算效率[9]。通過兩者算法的結合方法與傳統有限元方法中的“點-面”罰因子接觸算法類似，將光滑粒子動力學中的微粒看作主動接觸體的“節點”，而有限體單元的外單元表面當作被動接觸面，當接觸對“節點”和單元體產生干涉作用時，采用罰因子法計算兩者間的接觸力。

1 水射流光滑粒子動力學理論模型

光滑粒子動力學理論模型是利用核函數來描述粒子與其相鄰粒子之間的相互關系，如圖1所示。它具備以下幾個特點：

1） 利用粒子來分析問題域，且粒子與粒子之間無任何連接關系；2） 采用積分法構建函數核的近似方程，以保證光滑粒子動力學方法在計算上收斂，只要能確保計算精度，一般都能保持較好的魯棒性。

一般情況下，流場的長度往往是相同的，不隨時間和空間的流體密度變化的數值模擬。但在現實中，它會導致增加或減少的影響域粒子的變形會影響計算的準確性。例如，壓縮變形，由于顆粒間距減小，域內的粒子數將增加，拉伸變形影響范圍內的粒子數量減少，有許多方法來平滑長度在SPH。光滑粒子動力學常用的核函數包括B樣條函數，但B樣條函數的一階和二階導數在支撐域內不是單調遞減，容易引起張力不穩定[10]。在本文中，一種最簡單的方法是通過使用光滑長度平均密度的改造更新，B樣條函數可表示為，

其中，[r]是兩微粒之間的距離，[h]是光滑長度，[C]為核歸一化常數，其值在二維模擬中為[15/7πh]，在三維模擬中為[3/2πh]。

對于流體的形變過程，流體離散粒子的相互距離隨時間會發生較大變化，因此在模擬計算中需考慮粒子間距變化而選擇合適的光滑長度，流體粒子的分布與光滑長度有著一定的聯系，所以要遵循隨時間的連續變化規律。當粒子遠離時，光滑長度增加，當粒子靠近時，光滑長度減少，通常情況下保持每個粒子鄰域中的相鄰粒子數相當。

2 水射流及水槽中水的SPH模型

水射流光滑粒子動力學模型是建立一系列的粒子來描述流動的流體，并將流體的物理、數學特性賦予粒子，圖2（a）、2（b）分別為水射流離散微粒和水槽中離散水粒子的SPH模型。采用MAT-Null材料模擬水射流材料特性，利用Mie-Grueisen狀態方程計算液體壓力大小，為兼顧計算精度和效率，噴嘴流動計算的網格數量在2.7萬左右。在網格設置過程中，為了適應流場變化，分別在流速梯度較大區域和較小區域設置較密網格和較疏網格，并盡量保證網格面與射流的流動方向垂直，以減小計算過程中的偽擴散[11]。圖2顯示了計算網格的若干特征截面，網格質量較高，符合CFD對網格的節點聚集度、光滑性、單元形狀等方面的要求，最后利用光滑粒子來替代噴嘴FEM模型中網格節點構建噴嘴流道的SPH粒子。

整個噴嘴模型由2.7萬個SPH粒子建立一段長50mm，內徑為1mm，外徑為2mm的環形水柱，以3m/s的速度與漂浮在水面上的固體微粒碰撞，根據SPH中粒子的個數，確定每個粒子所負載的質量。

在LS-DYNA的材料庫模型中部分材料在壓力作用下促使原有密度發生改變，需通過狀態方程來計算物質內部壓力變化。LS-DYNA有14種狀態方程，通常情況下狀態方程中的主要參數需通過試驗來確定。Mie-Grueisen狀態方程可模擬水射流的沖擊速度和固體微粒速度來確定被壓縮和被擴張水的壓力。水的狀態方程能夠決定水的狀態，水射流中在高速沖擊狀態下的壓力可表示為：

1）固體微粒的FEM模型

在ANSYS/LS-DYNA中建立直徑為1.6mm球形固體粒子如圖3所示，將整個模型劃分成256個8節點的六面體單元。固體顆粒材料在本文中采用線彈性材料模型橡膠，即MAT-Elastic，其對應的楊氏模量為0.01-0.1GPa，泊松比是0.27，密度是700 kg/m3。采用的求解條件：侵入固體（immersed solid）條件。

2） 瞬態下水射流沖擊微粒的問題描述與計算模擬

瞬態研究方法考慮以下幾點假設：

① 兩相流由固體微粒和水構成；

② 固體微粒在水射流作用下能夠加速運動；

③ 水射流與固體微粒耦合過程中保持動量守恒；

④ 固體微粒的動量由高速水射流傳遞得到；

⑤ 忽略空氣、重力和摩擦力的影響。

純水射流可看作成兩相、穩定、軸對稱紊流，該射流通過一個薄的環形噴嘴，作為自由射流進入薄薄的空氣后進入水箱與固體微粒耦合。模擬射流從噴嘴開始進入空氣域，然后進入水箱域的整個射流的流動過程。計算領域跨越兩個連接表面，一個是水-空氣耦合面，而另一個是固-液耦合面。當水射流通過固體顆粒時，微粒被困住于水射流中心，從而形成捕捉。為了保證整個水槽中水的相對穩定性，水射流通過水箱進行循環。

整個水域包含三個部分：空氣域，水槽域及環形噴嘴域，環形噴嘴內徑為1mm，外徑為2mm，噴嘴長度為50mm，水槽水域模型的三維尺寸為150mm×150×50mm。固體微粒模型的直徑為1.6mm模型，流場模型尺寸為 200mm×200mm×100mm，水槽出口直徑為8mm。為了模擬水槽的真實邊界條件，水槽的四個側面和底面均設置為透射邊界條件。

3 點-面接觸的SPH和FEM藕合方法

SPH粒子可視為特殊的集合，其中集合中的參數包括節點編號、節點空間位置和節點質量[11]。把有限元設定為主節點，光滑粒子設定從節點。耦合過程如圖4所示，二者通過接觸算法進行耦合。考慮到核函數是常數，在接觸領域算法中，水粒子與塑料粒子的接觸力的算法采用式（10）計算。

4 水射流沖擊固體微粒的瞬態數值模擬分析

水射流模型由光滑粒子動力學構建，圖4為固體微粒與SPH微粒的耦合模型，SPH粒子呈層狀結構，固體微粒采用離散單元法建模。圖5為整個水射流的SPH-FEM沖擊模型。

利用SPH方法與FEM的耦合方法對速度在3m/s范圍內的水射流進行了數值模擬，圖6為水射流達到固體微粒表面的形變情況，根據查看的位移曲線，固體微粒運動并沒有形成，其在重力方向的位移量很小。

圖7為固體微粒在水射流沖擊速度下的位置響應與形變過程，以及水槽中水位移變化狀態。由數值模擬的結果我們可以這樣描述模擬捕獲機理：首先高速水射流粒子高速撞擊在固體微粒表面的瞬間，在接觸固體面上形成較高壓力，從而使水射流狀態發生躍變，這種強烈擾動必然使水射流分別向固體微粒表面傳播。在固體微體的碰撞域，應力超過材料強度極限而形成形變，支撐固體微粒的水面由于瞬間壓縮產生較強的支撐力，使固體微粒鉗住在射流中心，隨著初始沖擊固體微粒表面后射流的剩余速度，一部分粒子與水槽中的融合，向周邊擴散，并在固體微粒的周圍形成凹陷，同時一部分粒子繼續向下運動，形成對水的壓縮，對固體微粒進行支撐。

5 結論與總結

本文利用計算流體力學對整個過程進行了初步探討，對固體微粒在水射流流場作用下的瞬態和穩定的動力學特性進行了深入描述，通過模擬仿真證明水射流形成對微粒捕獲的可行性。整個流場模型建立采用SPH（光滑粒子動力學）和FEM（有限元方法）的混合耦合模型分析了環空水射流捕獲微粒的形成過程。利用環空水射流捕獲固體微粒的仿真結果表明，微射流通過環形噴嘴后在滿足一定條件下會形成“水鑷”，鉗住固體微粒。此外，模擬結果顯示固體微粒周圍的速度場和壓力場能夠為微粒捕集提供良好的條件，模擬結果與預測模型中獲取的結果保持一致。在接下來研究中，將通過優化噴嘴設計參數和工藝參數，從而為優化噴射條件提供必需的知識體系，通過改變微噴嘴噴射角來實現對微射流水力參數推導出固體顆粒的取向的有效控制，噴嘴的姿態角和固體顆粒的態度之間的耦合，以最終利用環空水射流實現對固體顆粒的精確控制。

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