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篇1

關鍵詞： 流體力學；實踐教學；教學改革

中圖分類號：O35

流體力學是材料成型、機械、航空航天、土木、化工等多個學科的專業基礎課程，主要研究生產、生活中遇到的流體平衡和運動規律的問題。流體力學具有理論性強、公式推導和基本概念多、對學生的數學物理知識要求高、應用廣泛等特點。熟練掌握流體力學這門專業基礎課程，對解決工程實際問題有著重要的意義。

結合實際的教學經驗，目前的流體力學課程教學中存在如下問題。首先，大量的基本概念、定理、公式和理論模型需要學生掌握，抽象復雜，教師滿堂灌輸，學生被動接受，導致“教師難教，學生難學”的現象。其次，流體力學雖理論性較強，但與工程實際息息相關，課堂習題和課后練習往往與工程實際脫節，學生缺乏理論聯系實際，不能很好地將所學知識應用于實際工程問題。再次，流體力學課程實驗多為演示實驗，學生不能主動設計實驗并加以驗證，不利于培養學生思考問題、分析問題、解決問題的能力。

針對流體力學課程特點和存在的問題，本文從教學內容、教學方法、教學考核等方面，對流體力學教學改革進行探討。

一、 優化理論和實驗教學內容

流體力學理論應該以掌握概念為基礎，以分析計算為手段，以加強應用為目的來展開。教學過程中，應對教學章節劃分輕重主次，進行合理取舍，課堂中引入工程實際問題，進行習題練習和思考分析，提高思考和解決問題的能力，培養出應用型人才。在內容選擇上，根據專業人才培養方案的思路和流體力學自身規律，優化選取教學內容，注重點面結合。在完整全面介紹基礎知識的前提下，實時穿插介紹流體力學最新科研成果、科學研究熱點和具體的工程應用實例。在理論教學內容安排方面，應該遵循由簡到繁，由易到難的原則，明確課程主線的基礎之上，突出重點的基本概念、掌握基本方法和技巧、培養學生的思維方式。

在流體力學實驗教學環節，學生可以加深對基本概念的理解和對重要公式的應用。實驗教學內容分為三類：必開實驗模塊、選開實驗模塊和自主設計實驗模塊。在必開實驗中，應該圍繞流體力學最重要的理論內容，進行理解和掌握，去粗取精，探究核心內容。在選開實驗中，應該結合流體力學科研熱點和科研動向，整合實驗教學資源，理論聯系實際，進行工程應用的培養。自主設計實驗模塊從無到有，應該增大次模塊比例，適當增加學生人數，培養學生自主創新和研發的能力，學生的實驗作品，可進行展覽或參賽，激發學生的創新熱情，提高綜合素質。

二、 改進教學方法和手段

流體力學課程內容復雜枯燥且抽象，對于高等數學的要求較多，大部分學生學習困難較大。為了培養學生學習興趣，激發創造力，我們應該對教學方法進行探索和改進。

為了豐富課堂內容，教師應該巧妙地設計身邊有趣的問題，將問題拋進課堂，啟發學生的思維。例如，介紹伯努利方程之前，可以搜集吹紙片和吹風機吹乒乓球等有趣的伯努利現象，向學生提出問題，引入相對枯燥的課程內容，從而提高學生的學習興趣。在課堂教學過程中，適當介紹最新的研究成果和研究熱點，可以調節課堂氣氛，極大地豐富了學生的知識面，提高學習積極性。例如講解動量方程時，可以介紹軍艦的不同推進方式，增加學生對流體力學用于軍事裝備的了解，增強了學習動力。教師講解課堂內容時，不能僅限于內容本身，應該引入研究背景、科學家的研究思想和發展進程。通過此類介紹，使學生學會在實際工作中發現問題、提出問題、分析問題和自主解決問題，通過理論聯系實際，從而達到培養綜合能力的目的。最重要的是，教師講解應該形成清晰的立體空間，講解知識點的過程中，注意點線面相結合，形成清晰的脈絡，有利于學生對課程的掌握。

三、 完善課程考核方式

考核的目的在于考察學生掌握程度，檢驗教學成果，從而促進教學方法的改M和課程的優化改革。因此，流體力學的課程考核應該在一定程度上反映學生的主觀能動性，這樣有助于營造良好的課堂氛圍，促進教師與學生之間的互動和交流。相比于期末考試成績占百分之百比重的傳統考核方式，目前綜合考核的方式更加人性化、合理，操作起來也更加復雜。

目前，我院主要采用平時成績和期末成績綜合考核的方式進行課程評價。平時成績包括課堂考勤、作業和實驗報告，每一個部分占一定的成績比例。平時成績是學生對該課程的學習狀況、掌握情況的重要反映，也是教師及時了解教學整體情況的重要途徑，平時成績應該是考核中最重要的內容。在平時成績考核過程中，教師應該對作業和實驗內容進行精心設計和優化，不能盲目采用題海戰術，應分輕重主次，讓學生對各章節的學習有的放矢，有利于調動學生學習積極性，進行綜合素質的培養。期末考試可以采用開卷、半開卷的新形式，著重考核學生利用知識分析問題的能力和創新能力。

結束語：

流體力學對后續專業課程的學習和解決實際工程問題是非常重要的，教師應該在教學過程中不斷發現問題、分析問題和解決問題，不斷改善教學方法，最終提高教學質量，培養學生的綜合能力。

參考文獻

[1]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）：87-91。

[2]歐陽莉.“流體動力學”教學內容及考核方法研究[J].大學教育，2015：117-118。

[3]楊揚，張勤星，王利霞，李倩.工科流體力學教學方法與改革[J].大學教育，2015：129-130。

篇2

關鍵詞：高等流體力學；教學內容；教學方法；教學模式

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）10-0192-03

近幾年，計算流體力學與各種工程實際問題的結合越來越密切，已成為解決各種流體流動與傳熱問題的強有力工具，并已成功應用于建筑、環境、流體機械等技術科學領域。過去只能靠實驗手段才能得到的某些結果，現在已可以借助于計算流體力學的手段來完成。在高等建筑院校的土木工程、環境科學與工程等學科中，因涉及大量的流體流動問題，因此，普遍開設了研究生課程――高等流體力學（計算流體力學）。

多年來，計算流體力學的教學內容主要是有限差分法、有限元法、離散化方法等，重點仍然是算法的數學基礎、收斂性的證明及離散精度的討論。在教學過程中發現學生對課程中涉及的大量數學推導感到乏味，課程學完后，如何采用計算流體力學方法對一個具體的流體流動問題進行模擬和分析，學生往往感到無從下手，并且難以正確采用計算流體力學的理論和方法解決工程實際問題，因此學生也不能學以致用。當前的研究生課程教學，不僅在分析問題的深度和廣度上顯得不足，在教學方法上也存在靈活性不足，互動性不夠，缺乏新穎性等問題。因此，結合學科的發展特點對計算流體力學課程現有的教學內容、教學體系及教學方法進行改革，并進一步將計算流體力學理論與解決工程實際問題緊密聯系在一起，培養和提高學生的學習能力和創新能力顯得尤為必要。

我校研究生課程“高等流體力學”的教學內容緊密圍繞計算流體力學的內容，課程組在重慶大學研究生重點課程和重慶市研究生重點課程教改項目“高等流體力學”的資助下，對教學體系、教學內容、教學方法等方面的改革做出了一些嘗試，力圖使其教學內容反映學科的特色，發揮計算流體力學本身應有的優勢。此外，由于研究生課程教學學時有限、學生基礎不均，因此，在教學過程中，合理選擇教學內容、提高教學效率、拓展課程的專業視野、增強學生學習主動性，使得課程學習更好地服務于課題研究，是該課程必須考慮的幾個主要環節。本文圍繞高等流體力學課程教學改革進行了一些探討，并提出了一些建議。

一、優化教學內容

計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）已經超越了其傳統的外延和內涵，不再僅僅是一些數學理論和概念，而正成為一門建立在經典流體力學與數值計算方法基礎之上的新型獨立學科。就CFD本質來講，流體動力學是建立能準確描述具體流動過程的數學微分方程組，依據模擬幾何模型和流動過程特點給予相應的邊界條件，最后，聯立求解方程組，得出一定精度的模擬結果[1]。CFD兼有理論性和實踐性的雙重特點。特別是隨著計算機軟硬件技術的發展和數值計算方法的日趨成熟，出現了基于現有流動理論的商用CFD軟件，可以通過計算機數值計算和圖像顯示的方法，在時間和空間上定量描述流場的數值解，從而達到研究物理問題的目的。商用軟件的出現為學生學習掌握計算流體力學提供了有力的輔助手段，但是計算流體力學所依賴的基本流體力學知識和數學基礎仍然是非常重要的。因此，為順應科學的發展和工程問題研究的需要，計算流體力學作為一門重要的研究生學位課程，在教學中既要注重理論知識講解，還需拓展其實際應用范圍。對于普通建筑工程類專業的研究生來講，最關心的是如何用CFD手段來解決本研究領域的實際問題，所以關鍵是掌握計算流體力學關于建模、離散、湍流模型的選擇、對流差分項的格式及時間積分格式的特點等內容；學會如何編制自己的CFD程序；如何使用現有的商用軟件。

課程的教學目標，要求學生完成高等流體力學課程的學習后，必須掌握流體力學的分析推理方法，常見湍流計算模型以及相關軟件（CFD）的使用，要具備利用高等流體力學知識分析和解決實際問題的能力。在課程內容方面的設計上，應注意內容的系統連貫和循序漸進，便于學生掌握基本理論和分析流體力學問題的基本方法。

優化的教學內容包括以下幾個部分：①矢量場論；②流體力學基本概念及運動描述；③流體力學基本方程組及其求解；④湍流現象及湍流研究的基本方程；⑤粘性流體流動的數值分析方法；⑥離散化方法；⑦對流與擴散以及流場計算；⑧軟件――CFX及其應用。其中，為了加深對流體力學的理性認識和理解，掌握流體力學中的思維特點和較綜合的分析推理方法，使學生在理論修養和實際處理流體力學問題的能力上都有明顯的提高，課程組教師在教學過程中，新增了離散化方法、對流與擴散以及流場計算和軟件應用三個部分的內容。增加了CFD軟件的實踐教學環節，注重學生的對軟件的使用操作的理解，使其學以致用。減少了勢流計算、粘性流動解析解以及邊界層理論這部分內容。加大了CFD應用程序這部分內容。

教材選用本校課程組編寫的《高等流體力學》，帕坦卡編寫的《傳熱與流體流動的數值方法》，和陶文銓編寫的《數值傳熱學》；參考教材選用吳頌平翻譯的《計算流體力學基礎及其應用》，王福軍編寫的《計算流體動力學分析》，張兆順著的《渦流大渦數值模擬的理論和應用》；實踐教材選用孫紀寧編著的《ANSYS CFX對流傳熱數值模擬基礎應用教程》；此外，我們還建立了相關的學習網站，網站上有課程大綱、教學內容、學習輔助材料等。

課程學時數共45學時，采用“兩段制模式”教學，即將計算流體力學課程分為既有關聯、又相互獨立的兩部分。第一部分以基礎知識為主，第二部分以應用為主。兩部分獨立講授，第一部分著重講述流體動力學基本方程、離散化特征、對流差分格式、邊界條件的處理、紊流模型等，第二部分講述流體流動仿真與CFD軟件應用。授課對象為學術型碩士、專業型碩士，授課對象是掌握較強流體力學知識的學術型碩士研究生時，強化第一部分內容；授課對象是專業學位研究生時，則側重第二部分內容。

二、豐富教學方法，注重自主學習能力

1.凝練教學內容，提升教學起點。為了使高等流體力學課程的知識更好地為建筑環境與設備工程、市政工程、環境工程等專業服務，需要對教學內容進行凝練。通過參閱其他理工科院校相關院系的教材和講義，從中精選出適合專業需要的內容編寫教材，并對某些不足進行改進，注重內容的系統性和連貫性，使之既能清晰反映高等流體力學的基本理論，又能結合上述幾個專業的實際應用特點，與專業課進行有機銜接和整合。著重收集了與建筑土木工程相關的流體力學內容。

考慮到研究生的知識水平和知識結構與本科生有較大區別，并且多數學生已經掌握了工程流體力學的一些基礎知識，選取的教學內容具有較高的起點，使學生在較高的層面上學會應用流體力學這個理論工具。

2.采用精講多練的教學方法。教學方法由講授、聯想、解疑、歸納、作業這幾個部分組成。其中講授要抓住重點難點，由淺入深的講解，由于課時較少，內容多，要求學生在上課前充分準備每一講的內容。在課程教學中改變教師講、學生聽的習慣做法，使學生在課堂上積極思考、踴躍發言。

高等流體力學課程具有理論性強、數學推導能力要求高的特點；但是另一方面，其課時相對較少，為了解決內容深與課時少的矛盾，在授課方法上側重于精講多練。對關鍵的基礎理論部分（如流體力學基本守恒方程的推導），安排較多的學時講深講透，使學生能夠從本質上掌握流體力學這個理論工具。同時，課后安排與基本理論密切相關的習題和工程問題讓學生加以訓練，使學生加深對理論的理解和消化，同時提高應用理論工具解決實際問題的能力。

3.利用板書、多媒體技術、網絡輔助教學相結合的教學手段。高等流體力學課程是一門理論性和應用性都很強的學科，授課手段不應一成不變。在公式推導過程中較多地采用板書的方式更符合學生的思維習慣；對于一些實際工程問題或自然中存在的流體力學現象，采用動畫或視頻的形式展示更加生動形象，可以幫助學生較快地建立感性認識，從而更好地理解復雜規律。同時，利用網絡及時向學生提供教學資源，包括：課程大綱、授課教案、講義、課后習題、國內外相關教材等資料，旨在給學生提供一個全面、簡便、輕松的教學環境。

4.利用試驗和CFD模擬加深學生對基本理論的理解。本課程利用學校和學院的實驗設備資源，開設演示性實驗、驗證性試驗和設計性試驗。安排適量的CFD程序操作課程，并邀請國內外大型設計院人員講解CFD軟件，加深學生對流體力學工程應用的理解。此外，課題組任課教師所從事的科研活動，也給不少學生提供了實踐的機會和場所。收集了與建筑土木工程相關的工程案例，通過案例討論和分析，增強學生學習理論知識的興趣，提升課程教學的互動效果，增強學生運用理論知識分析并解決工程實踐問題的能力。

5.啟動雙語教學。為了便于學生快速準確地理解國際上關于本學科的新知識和先進技術，使學科技術更好的與國際接軌，我們在教學中逐漸開展了雙語教學。考慮到學校的實際情況、學生英語水平參差不齊等問題，一開始就全部采用外語教學，勢必會影響教學效果，因此在學生學習初期使用母語教學，然后逐漸地部分或全部使用第二語言（英語）進行教學。同時我們加強師資隊伍建設，培養年輕的老師出國深造，能夠更好地講解國外原版的專業教材，使學生能夠閱讀相關技術知識的英文文獻資料，在雙語教學實踐中并且結合工科專業特點，能熟練運用相關的英文編程工具和商業軟件，能夠應用英文處理和交流相關問題，拓展課程中的專業視野。

三、教學模式：互動式教學

保羅?佛萊雷說過：“沒有了對話，就沒有了交流；沒有了交流，也就沒有真正的教育。”[2]互動式教學可以提高學生的學習水平和協作能力，因此成為國際上大力推行的教學策略之一[3]。

相對于本科教育，研究生教學中更注重對學生獨立解決實際問題能力的培養，所以在研究生課程教學中更應該采用互動式教學模式，可以更好地激發學生的創作力和培養獨立思考能力。教學中改變一味地灌輸，注重方法，突出學生的主體地位，發揮其主動性，積極開展討論式、演講式、辯論式、案例式等多種形式的教學方法，激發其主動思維、辨析、討論的熱情。我們在課程教學中設計了以小組為單位，針對實際工程問題，進行仿真案例計算。在教學中應當盡量將講授的新知識轉化為學生感興趣的問題，使抽象的理論內容借助生動具體的案例和多媒體場景形象化；關注學生的個體差異，創造出能夠調動學生積極性和學習興趣的課堂氛圍，使學生在寬松的環境中學習和探索。

四、結束語

在計算流體力學的教學實踐中，作者把握《高等流體力學》中的重要思想方法，流體力學問題的本質，進行深入淺出、生動活潑的講解。同時結合作者的科研項目、生活、生產中的實際問題，向學生傳授治學方法，培養學生的自主學習能力和創新意識，通過近年的實踐收到了良好的效果。

參考文獻：

[1]翟建華.計算流體力學（CFD）的通用軟件[J].河北科技大學學報，2005，26，（2）.

[2]保羅?佛萊雷.被壓迫者教育學[M].上海：華東師范大學出版社，2001.

篇3

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

篇4

趙立娟

馬亞生

顧 磊

[摘 要] （工程流體力學）是能源與動力工程專業學生的專業基礎課，合理的評價體系能充分調動學生的學習積極性，提高學習效果。結合（工程流體力學）課程教學特點及現狀，對該課程的多元評價模式進行設計，并在教學中進行探索，結果表明教學效果多元評價方案能調動學生學習興趣，激發學生的創造力。

[

關鍵詞 ]工程流體力學；多元評價；教學改革

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A文章編號：1671-0568(2014)35-0051-03

一、 （工程流體力學）教學現狀

《工程流體力學》是能源與動力工程專業學生的專業基礎課，有著承上啟下的作用，對后續專業課程的學習有著重要的影響。科學、全面、合理的評價體系能提高學習評價質量、提高學生學習的積極性。但目前的評價模式存在一定的局限性，沒能起到評價的導向作用，需要進一步改進。

1．教學中存在的問題。 《工程流體力學》課程要求學生要具備高等數學、大學物理、理論力學、材料力學工程熱力學等基礎課程的知識，尤其對高等數學和力學知識要求較高。同時也是泵與風機、汽輪機、鍋爐、制冷、空調、換熱器、液壓傳動、水力輸送等課程的基礎。 《工程流體力學》的授課內容是學生將來從事相關專業技術工作和科學研究工作重要的必備知識。流體力學是力學的一個分支，研究對象是不具有固定形狀的流體，研究理論比較抽象、一些流體現象不能憑直觀感覺或經驗去解釋，且經驗公式繁多、推導過程復雜。目前該課程的教學效果不是很理想，教師難“教”、學生難“學”已經成為師生的共識。河海大學（以下簡稱“我校”）熱能與動力工程專業開設了4學分，64學時（含8學時實驗）的工程流體力學課程，由于是90人以上的大班，教師無法深入了解學生。學生中存在著平時不學，考前突擊，考完全忘的現象。教學沒有循序漸進，易造成后續課程學習上的困難。 《工程流體力學》是面向工程技術中的流體力學，學生對大量無規律的經驗公式死記硬背是沒有意義的，能夠綜合運用所學知識分析解決問題才是教學的目的和核心。傳統的教學與評價方式對學生沒有導向性，學習的積極性不高，主觀能動性沒有得到很好地發揮，對身邊的流體力學問題無從下手，很難做到學以致用。

2．評價方式存在的問題。根據課程教學、學生反饋、后續課程等多方面的調查分析，目前《工程流體力學》課程學習評價的局限性表現在以下方面：

(1)評價的主體單一。現有的《工程流體力學》評價模式主體的是教師。所有環節都由教師進行評價，過于強調教師在教學中的主導作用，忽視了學生作為學習主體的地位。學生被動接受評價信息，存在客觀性缺失的現象。

(2)評價的內容片面。傳統的《工程流體力學》學習評價內容包括平時成績（書面作業、出勤、實驗）和期末考試。期末成績占70%，平時成績占30%。考試成績作為主要內容來評價學生學習成效，其最大缺點是側重于結果，忽視了過程。不能充分反映學生的學習態度和實際能力。工程流體力學課程學習目的是學以致用，所以既要重視學習過程，也要對學生實踐動手能力、創新能力、科研攻關力進行全面培養。

(3)評價的方式單調。 《工程流體力學》課程的評價方式是考試分數。雖然在一定程度上能反映學生對知識的掌握程度，卻不能客觀地反映學生積極的學習態度、學習效果及學以致用的能力。考核的僅是學生對知識“復制”的能力，即評價的是學生的記憶和保持水平，沒發揮出學生的主觀能動性。在近幾年的教學中有出現不少高分低能學生，他們在課程考試中可能會取得較好的成績，但對于課本之外知識的獲取能力較差。部分學習成績好的學生還表現出死鉆牛角尖的特征，缺乏從宏觀上把握問題的主旨及方向。高能低分的情況屢見不鮮。因此，評價的方式應有側重，引導學生學習基本理論，重視解決問題能力和創新意識的提升。

二、 （工程流體力學）課程的多元評價模式的分析

學生各自有不同的特征，在學習過程中能表現出多方面的能力，各種能力的水平是有差異的。學生的學習效果應采多元的評價模式來進行，多方面考察學生的學習狀況和效果。 四針對《工程流體力學》課程的特點，多元評價模式包括以下幾方面：

1．評價主體的多元化。授課教師、學生個人、小組都作為評價主體，在條件允許的情況下后續課程的教師也可以作為評價的主體。教師由“一家之言”變為評價活動的參與者和組織者。學生由被動的被評價者變成評價主體的參與者。學生的能力是多方面的，有各自的優點與不足。學生能參與自己學習效果的評價，能使學生的主動性、自尊心、心理個性得到張揚，發揮學生的自主性、探索性和創造性。將3-5名學生組成小組既可訓練學生的組織協調能力也有助于學生整體素質的提高。多元化的評價主體，有利于教師與學生之間的溝通，以及學生之間的相互學習與合作，提高了評價結果的客觀性。

2．評價內容的多元化。按照工程流體力學教學內容的可分為概念學習、原理學習以及解決問題等幾個階段。不同階段評價的內容應有不同的側重點。概念及原理階段的學習評價應以引導學生掌握基本理論、能獨立思考，培養學生的思維模式為目的，側重于啟迪學生的創造性思維。解決問題階段是以引導學生科學觀察、將流體力學知識與日常生活、水利、水電、能源、環境、化工等相關行業的實際工程有機結合。側重于學生流體力學知識的運用能力、理論聯系實際的創新意識、動手情況、團隊合作精神等。

3．評價方法的多元化。依據評價內容不同，可采用量化評價和質量評價兩種方法。這兩種評價方式的各項評價指標都要有明確的含義。量化評價各項指標要做到規范，易于操作，利于學生按照指標要求不斷修正自己的努力方向，以達到良好學習效果。質量評價是需確定學生是否積極、方向是否正確而對某些細節和小的利弊得失采取模糊評價的方法，包括到課率、課堂表現等。

三、 （工程流體力學）課程多元評價設計與實踐

1．《工程流體力學》課程的多元評價過程。①根據教學目標，合理設定評價內容的各項具體指標及權重系數，并在開始教學時公布評價的各項具體細則：②教學過程評價主體根據評價指標對各項評價內容進行評價，引導學生在評價過程中學習：③教學活動后統計分析各項評價數據，得出學生學習《工程流體力學》評價結果；④根據需要及時將評價的結果反饋給學生本人、授課教師、輔導員、家長及后續課程的教師。通過以上環節，學生對自己的學習狀況有了客觀的認識，授課教師可以在評價的結果中了解學生的普遍不足，在今后的教學中有所側重，后續課程的教師可以根據學生的掌握情況來調整授課安排，能對《工程流體力學》教學效果起到很大幫助。

2．《工程流體力學》課程多元評價體系。 《工程流體力學》的評價內容包括課堂表現、作業、實驗操作、實驗數據，實驗報告、小測驗、小組學習、課程大作業和期末考試。 《工程流體力學》課程多元評價體系見圖1。

評價內容的不同評價主體也略有不同。例如，由于整個授課的周期較長（通常為16周）會在期中安排小測驗，目的是幫助學生鞏固以前學過的知識，這部分內容的評價由教師來完成比較恰當，也方便教師根據學生的掌握情況來調整課程的安排。

表1給出了《工程流體力學》評價內容的各項指標與權重。評價主體根據各項指標給出每項評價內容相應的等級或分數，成績加權平均得到各項評價內容的成績，最后總成績是由各項評價內容的分數乘上權重系數計算得出。

工程流體力學多元評價側重于學習獨立分析、解決實際問題的能力的提升，因而對學生在過程中的能力的體現評價內容權重系數較高，如大作業中分工任務的完成情況占到總成績的10%。質量評價的部分內容是按等級制來計分的，級別包括A+、A、A-、n+、B、B-等。這些等級在錄入成績管理系統時需換算成百分制，對應關系如表2所示。

筆者在教學中用多元評價方式對學生《工程流體力學》的學習效果進行探討。以課內大作業為例，之前的學生從未做過該項內容，在近兩年的教學中嘗試要求學生根據所學的工程流體力學的內容，聯系實際工程，以小組的形式完成流體力學的理論在實際應用情況調查的大作業。如學習了流體靜力學后，學生以小組為去調查研究流體靜力學在實際工程中應用，可以是千斤頂中“帕斯卡原理”，電梯的失重與超重，或者過山車為什么不允許高血壓患者乘坐等，最終用PPT展示給大家。在PPT制作的過程中，有前期資料的準備，又有中期的編輯，還有后期的展示。學生能根據自己的特長在小組承擔一定的任務，在完成的過程中，發現他人的優勢和自己的不足，取長補短。同時，每次學生的展示活動都進行現場評價，讓學生對自己的表現有直接的了解。此外，還對大作業中創新的內容在評價時給予鼓勵和加分。兩年的實踐表明，學生對流體力學的學習興趣增加，各項評價內容能積極主動完成，對實際生活通到的一些流體現象有理性的認識。例如，曾有一組學生結合所學的流體繞流知識，實踐驗證了“打水漂”的技術要點。這些說明合理的評價方式對提高學生的學習效果、激發學生的創造力是有導向作用的。

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論文關鍵詞：工程流體力學；教學研究；改革探索

“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。

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。

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。

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

（1）俗話說“良好的開端是成功的一半”，第一堂課的重要性也就不言而喻了。興趣是學生學習的直接原動力，能否在開始就激發學生對“工程流體力學”課程的學習興趣是學好本課程的關鍵。運用多媒體技術，通過生動的視頻和動畫向學生展示生活中隨處可見的流體力學現象。如，男孩子喜歡足球、乒乓球的比較多，可以用“香蕉球”和“弧圈球”現象的流體力學解釋來吸引他們的注意力，還有其他的現象如高爾夫球表面的凹坑設計依據，飛機機翼能夠產生巨大升力，跑車外形設計成流線型又是什么道理等等。此外我國正在實施的“南水北調”工程同樣涉及很多流體力學相關知識，以上這些事例都是學生所非常熟悉而又在學習之前無法用理論來解釋的現象，很容易引起學生的注意力和想要探索的興趣。

（2）合理使用多媒體。在流體力學的教學過程中，采用多媒體有利于學生對流動現象的感性認識，加深對概念的理解，提高學習興趣。但是，采用過多或華麗的多媒體也會產生一些負面作用，如多媒體教學替代板書節約了時間，增加了授課容量，但相應的講課速度也就比較快，學生不易吸收和消化，容易造成學生“跟不上”進度，產生厭學情緒。因此，傳統板書與多媒體有機結合的教學方式可以充分利用各自的優點，達到最佳教學效果。當然，不同教學方式之間的比例分配的“度”是需要關注的問題。

2.教學內容的選擇

“工程流體力學”課程是機械、能源、化工、動力、建筑、生物、航天等專業的重要的專業基礎課，這些專業具有不同的特點，對流體力學知識需求的側重點也不同。因此，教材的選取要有針對性，即根據本專業特點和要求、學生層次來選擇教材。此外，教師要能夠跟蹤掌握現階段流體力學最新的發展方向與研究成果，不斷更新和補充教學內容，做到課程內容的與時俱進。

3.重視實驗教學

實驗教學是“工程流體力學”課程教學必不可少的組成部分，屬于實踐教學環節。通過實驗對理論進行驗證，從而加深對課程基本概念和理論的理解和掌握。在基礎實驗外增加設計性實驗、建立開放性實驗室，鍛煉學生的動手能力，培養學生發現問題、分析問題和綜合運用所學知識解決實際問題的能力。

4.課程評價與考核體系

對于“工程流體力學”課程來說，學習要達到的目的是學生運用所學知識對實際工程問題的進行分析和解決的能力，而不是對課本理論知識和大量復雜公式的記憶能力。因此建立合理、公正、客觀的課程評價與考核體系非常重要。針對學生普遍存在的平時不努力、考前幾天突擊考試的現象，摒棄“一考定成績”的考核方式，采用靈活的、全程考核方式取得了很好的教學效果。具體做法是：提高平時成績所占最終成績權重，包括出勤率、課堂互動和討論、小測試、作業質量等平時學習各方面的表現；期末考試成績權重減少，采用閉卷方式，但考題中所涉及的公式、圖表等會在試卷中集中給出，并增加一些干擾公式進去，既避免了學生花大量時間去記憶毫無規律可言、而又易忘的經驗公式，同時也達到了考核學生選取基本理論和公式去分析、解決實際問題的能力，實現了教學目的。

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關鍵詞：汽車；空氣動力；計算流體力學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）20-0180-03

流體力學是人們在利用流體的過程中逐漸形成的一門學科，它起源于阿基米德對浮力的研究，由于數理學科和流體工程學科相互推動而得到發展[1]。現如今已經成為航空航天、車輛、機械、環境生物等工程學科的基礎之一。通過對流體力學的基礎理論的學習，結合汽車工況，發現流體力學在汽車設計中具有重要的應用。

汽車自19世紀末誕生至今，汽車工業以驚人的速度發展。當今21世紀科技突飛猛進，汽車工業已成為與人類生活息息相關的時代驕子。近年來，國家加大交通設施的投資建設，高速公路、高架橋等交通網絡四通八達，不僅縮短了城市之間的距離，更極大地改善了人的日常生活。為減少汽車的能耗、汽車的操縱穩定性以及改善汽車的動力性，對汽車設計中的安全性、環保性提出了更高的要求[2]。為此，本文以流體力學基本理論，對汽車行駛時的空氣阻力、汽車表面受到的壓力、氣動升力、氣動側力等不可忽視的關鍵因素進行理論分析，探討流體力學在汽車研究方面的應用。

一、基于流體力學的汽車空氣阻力分析

汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力。空氣阻力主要分為摩擦阻力和壓力阻力，期中壓力阻力約占空氣阻力的91%，成為汽車阻力的主要作用。空氣作為流體，具有粘性，根據牛頓定律，粘性流體在流動過程中層與層之間存在相互作用，空氣在車身表面產生的切向力即為摩擦阻力，這是合力在行駛方向的分力；而作用在汽車車身表面上的法向壓力的合力稱之為壓力阻力，可分為形狀阻力、干擾阻力、內循環阻力和誘導阻力。其中，形狀阻力是壓力阻力的主要部分，并與車身形狀有直接關系，是影響空氣阻力的主要因素；干擾阻力是車身表面凸起物引起的氣流干擾而產生的阻力，只占壓力阻力的14%；內循環阻力（12%）是空氣流經車體內部時構成的阻力；誘導阻力（7%）也叫壓差力，是由于流經車頂的氣流速度大于流經車底的氣流速度，使得車底的空氣壓力大于車頂，從而空氣作用在車身上的垂直方向的壓力形成壓力差[3，4]，如圖1所示。

空氣阻力是影響燃油消耗的重要因素。最大限度地減小整車空氣阻力是降低油耗的有效方法，降低油耗的同時也能減少排放并降低使用成本[5]。有試驗表明，空氣阻力系數每降低10%，燃油節省7%左右。因此，減小空氣阻力主要依賴于空氣阻力系數的減小[4]。目前，汽車空氣阻力的計算或仿真多以流體仿真為基礎，從動力學理論出發，利用相應的物理模型，建立相關流體運動模型。采用的軟件有PowerFLOW、FLUENT、CFD等。多年以來，PowerFLOW分析軟件是汽車行業中空氣動力學的重要工具。利用此軟件可以分析整車的總體空氣阻力數據外，也可以充分利用流場數據，研究環繞整個車身的空氣流體動力學行為，研究阻力的細化、量化等，以此來指導汽車設計并優化[5]。

二、基于流體力學的汽車表面壓力分析

汽車行駛時，前方氣流首先與車身前部作用，使氣流受阻，降低速度，在氣流壓力作用下，車頭前部形成一個正壓區，汽車周圍的壓強分布如圖2所示。這部分氣流分為兩股，一部分通過發動機罩、前擋風玻璃、駕駛室頂向后流去；另一部分，通過車身下部，向車尾流去，如圖2 b）中所示。流向上方的這股氣流在流經車頭上緣時，由于緣角半徑相對較小，氣流來不及轉折，導致局部分離，所以在上緣角附近存在很大的吸力峰。隨后，氣流又重新附著在發動機罩上。

傳統的汽車外形設計、壓力分析等以風洞實驗研究為主，實驗成本極高[4，6]，對汽車外形的氣動特性研究十分困難。計算流體力學（CFD）是流體力學的一個重要分支，以計算機科學、數值計算方法的發展為基礎，是流體力學理論分析、計算科學及數值計算方法共同發展的產物。伴隨著CFD方法的不斷發展、進步，利用CFD軟件分析汽車氣動性能成為可能。采用這一軟件對空氣動力學的計算，能夠較為精確地分析汽車三維外流場，準確的研究汽車表面壓力，可以幫助工程技術人員直觀、深入地分析汽車氣動特性；更重要的是相對于實驗分析，CFD軟件研究可以縮短汽車設計研發周期、降低成本。

三、基于流體力學在氣動升力分析中的應用

汽車氣動升力的來源與機翼類似，由于汽車是在地面上行駛，地面效應是影響汽車氣動升力的重要因素。汽車氣動升力包括壓差升力和粘性升力，其中壓差升力占主要部分。壓差升力一方面是由于汽車上下表面曲率不同，形成上下表面壓差產生；另一方面是由于地面效應，汽車底部和地面之間形成了一個類似于漸縮噴管的氣流通道，使得汽車底部形成負升力。

研究表明，當汽車速度超過70km/h，車身所受的氣動力成為影響汽車性能的主要因素之一[7]。汽車在行駛中，氣動升力隨車速的提高，對汽車的穩定性和經濟性有一定的影響。氣動升力的存在降低了汽車輪胎對地面的壓力，影響了汽車的動力性和制動性能；同時，氣動升力的存在降低了輪胎的側向附著力和側偏剛度，從而影響了汽車的操縱穩定性[8]。

當汽車高速行駛時，氣動力對汽車各性能的影響占主要地位。隨著汽車速度的增加，汽車的滾動阻力受氣動升力的影響逐漸減小；而汽車的氣動阻力則隨著車速的增加迅速提高。研究表明，當汽車車速為70km/h左右時，汽車所受的氣動阻力和滾動阻力幾乎相同。當汽車車速大于150km/h后，所受的氣動阻力是滾動阻力的2―3倍。顯然，汽車高速行駛時，氣動升力的影響則更為顯著。所以為了保證安全，對高速行駛時的氣動升力提出了更高的要求[9]。

空氣作為汽車受力分析中的主要流體，在流過汽車車身的整個過程都受流體質量守恒、動量守恒和能量守恒等流體力學的支配。計算流體力學就是通過這些基本的控制方程來分析汽車周圍流場中空氣的運動。在理論方面，對氣動阻力和氣動升力的研究是根據伯努利提出的“路徑理論”為基礎進行分析[10]，這一理論基礎便是流體動力學，理論中要充分考慮雷諾數、流態等基本流體動力學要素；在數值計算上，也主要是基于氣動力學計算的流體模型進行分析。當今社會，車輛的設計速度和公路允許的行車速度越來越快，所以解決高速行駛時發飄的問題是非常有必要而且是保障駕駛安全的重要舉措。

四、流體力學在氣動側力分析中的作用

危險不一定來自背后，危險也會來自側面。在高速下發生的交通事故，除了氣動升力的作用外，還有相當一部分是由于氣動側力的作用。當氣流與汽車的縱對稱面平行時，是不存在氣動側向力的。但在汽車實際行駛中，氣流不會總是與汽車的縱對稱面平行，當氣流與汽車存在橫偏角時，汽車都會產生氣動側向力。也就是說側向力的來源就是由于受到了側向氣流的作用。在實際h境中側向來流的來源比較復雜，如自然界陣風、汽車駛過大橋、車輛超車等情況。

氣動側力對汽車性能影響的研究是一個較廣泛的領域，而且對汽車主要性能有著不可忽略的影響[11]。汽車受側向風時，在車身側板處就會產生強烈的氣流。這一氣流的存在不但破壞了駕駛室與車身之間正常的小渦流狀態，而且還會形成旋渦稠密氣流區，增大車身正前方的阻力，使汽車相對原直線行駛方向發生偏移，造成潛在危險[12]，因此，氣動側力也是汽車設計中必須分析的一個重要因素之一。

自然界中的側向風變化非常復雜，側風的方向、波長的變化等都對流場產生重要影響，所以氣動側力的分析相對更加復雜。采用復雜的風洞實驗方法可以對側風進行研究，但利用風洞實驗再現汽車遇到側風的復雜工況是非常困難的。而采用計算流體動力學（CFD）方法研究瞬態側風是非常有效的，且能夠提供更多的瞬態變化信息，可對實際行駛過程中的汽車氣動性能進行更深入的研究[13]。

五、結語

流體力學相關理論及對應的軟件在汽車研究設計中的應用受到越來越多的關注，不但可以節約成本、優化設計效果，相關軟件的使用也使設計更科學、安全、環保和人性化。現代汽車設計中，車輛的設計速度和公路允許的行車速度越來越快，空氣阻力是影響車輛動力性、燃油經濟性等汽車性能的重要影響因素，汽車的安全性能是當今人們高質量生活水平能得以保證的前提。充分利用流體力學在汽車空氣阻力、壓力、氣動力等方面的應用來提高車輛各方面的性能。流體力學與汽車設計相關知識的交叉，將對汽車實車造型與分析評價產生重大影響，逐漸成為汽車產品開發、設計的主要理論知識。

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篇7

根據流體力學課程的性質、特點，結合自身的工程實踐經歷和教學體會，文章從優化教材內容、提煉講授方法、發揮傳統教學模式優勢、挖掘多媒體教學潛力、培養學生科研能力等方面，探討了流體力學課程教學改革的具體措施和成效，提出了有益于學生理解流體力學重點內容的教學方法。此研究對改善流體力學課程的教學效果、探索大專業背景下的專業基礎課教學模式有一定的參考意義。

關鍵詞：流體力學； 教學改革； 實踐教學； 創新能力

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2013）04004103

流體力學是關于流體機械運動規律及其應用的一門學科，是力學的一個分支。中國各高校的土木工程、流體機械、農林、石油化工等專業均開設了流體力學課程，它屬于專業基礎課。

該門課所涉及的基本原理和基礎理論對專業課的學習、課程設計、畢業設計以至解決工程實際問題等起著非常重要的理論支撐作用和指導意義。尤其對于工科學生，他們畢業后大部分在生產一線從事技術管理工作，必須具備一定的專業基礎、技術應用和現場協調能力。這就要求流體力學課程教學將理論知識與實踐能力培養相結合，將課堂教學與實踐教學相結合，不斷改進教學方法，積極探索適應工科學生專業設置和就業主導方向的課程教學新模式。蘭州交通大學在土木工程、環境工程、市政工程、建筑環境與設備工程、熱能動力工程等專業均開設了流體力學課，在長期的教學實踐中積累了一些該課程的教學體會。

一、優化教材內容，課堂講解力求深入淺出

流體力學課程體系的主要內容包括基本理論和實驗兩大部分。由于流體力學學科的快速發展以及社會對各專業學生知識結構要求的不斷變化，有些在用教材已不能滿足教學要求。因此，教師在備課時要盡可能多地參閱質量高、實用性強的教材，力求對同一個問題進行多角度分析。教學中應將不同教材版本的不同提法告訴學生，讓學生課后獨立思考并提出自己的見解。在制定教學計劃時，應該從課程內容的系統性和完整性出發，將教材原有章節順序重新調整，便于學生對相關知識的理解。比如，在講解流體運動學基礎、動

力學基礎時，先從粘性流體三維不可壓縮流動的運動微分

方程（即N-S方程）入手，對實際流體的流動特征進行描述，學生就可獲得流體動力學的基本輪廓，進而了解只要該方程中粘性力項為零就可得到理想流體運動微分方程。在此基礎上，再令加速度項為零（即流體處于靜止狀態或相對平衡狀態），就可得到流體平衡微分方程（即歐拉方程）。通過這一調整，省去了許多推導過程，而且也能讓學生對流體質點運動的力學機制有更明晰的認識。

在課堂講解上，教師要力求做到深入淺出。流體力學中的一些公式或方程的推導過程很繁雜，教師過多地羅列推導內容會導致學生的厭學情緒，甚至有些聽不懂的干脆就放棄學習。比如，在講解流體微團運動分析時，可以將多數學生兒時玩的“泥球沿坡面下滾”游戲作為例子來講解，因為大部分學生有過這樣的親身體驗，他們很容易理解泥球在滾動的同時將伴隨變形和旋轉，這樣后面的推導就容易被學生接受了。在講解管嘴出流時，可以學生每天接觸的水龍頭用水的例子。比如在12∶00-13∶00期間用水，12∶00時流出水龍頭的水流速度很大，隨著鍋筒內水位的逐漸下降，到接近13∶00時用水，在同樣的水龍頭開度下，水龍頭內的水流速度明顯要比12∶00時的流速小，學生由此很容易理解有效作用水頭與排水量的關系。

二、發揮傳統教學模式的優勢

傳統教學模式即教師以講解、板書的形式將知識傳授給學生的一種教學方法。該方法在不同層次的教學活動中發揮了積極的作用。教師生動、形象的描述以及肢體語言能使學生有身臨其境之感，這種教學模式有利于教師主導作用的發揮，教師可以根據課堂上學生的反應來適時調整講解速度和思路，并以板書的形式突出重點和難點。流體力課程中有相當一部分內容是力學知識和數學知識的綜合，只有通過嚴密推導或作圖才能比較透徹地講清其基本原理。比如連續性方程、能量方程、動量方程、（N-S）方程等是流體力學中的經典理論，也是難點所在。只有通過板書推導，學生才能理解其物理事實，明確其解決工程問題的一般思路和步驟。流體微團運動分析一節是運動學中的核心內容，許多學生很難理解流體微團能同時具有“平動、變形（線變形和角變形）、旋轉”三種運動趨勢。這就要求教師從介紹速度分解定理入手，通過理論推導和對流體微團運動變形的圖示兩種方法來講解。水擊現象中伴隨管道中壓力和流速交替變化從而引起壓力波的“順向”及“逆向”傳播過程，如果不通過在黑板上逐步圖示的方法，學生很難明白水擊發生的物理實質。另外，傳統教學方法也能展示教師的板書和繪圖功底。如果教師的書法很漂亮，徒手繪圖效果好，能增加學生對教師的敬重感，從而激發他們對流體力學課程的學習興趣。

三、深挖多媒體教學潛力

隨著科技的飛速發展和國家對教學投資力度的加大，現代化的教學手段在提高課程教學質量上發揮了重要作用。在流體力學課程教學中，通過播放課件、視頻、教學片等，能讓學生很直觀地理解流體流動的具體特征。比如，漩渦的形成、管嘴出流時真空區的形成、兩個相鄰局部阻礙之間的干擾等現象，這些內容用枯燥的文字描述是很難理解的，但利用多媒體演示，學生從動態的、形象逼真的圖像中就很容易理解流體力學現象。紊流是一種高度復雜的三維非穩態、有旋流動。對其流動規律的研究一直是流體力學學科領域的熱點和難點。紊流中，存在高流速層的流體質點進入低流速層，并與低流速層質點發生動量交換，以及低流速層流體質點進入高流速層與高流速層質點發生動量交換的過程。過去教師通過板書圖示講解之后，仍有近70%的學生不理解雷諾應力與紊流脈動的因果關系。但是，通過動漫形式顯示具有不同初速度的流體質點進入另一流層后對兩個流體質點速度在不同方向的影響過程，使這一復雜問題簡單化，學生也容易接受。另外，利用教學錄像，學生對流體力學現象尤其是大海的潮起潮落、龍卷風運動、橋墩后尾流變化，以及1940年美國塔科馬海峽大橋由于風振而坍塌的整個過程印象深刻。多年的經驗表明：多媒體在教學中的運用對于激發學生學習流體力學的興趣、增強求知欲、開闊視野起到了積極的作用。但是，多媒體教學潛力的開發取決于教師的前期投入，也就是說，授課前教師必須投入大量的精力制作多媒體課件，使其包含豐富的教學內容，同時還能調動學生積極的參與意識[1]。只有這樣，作為傳統教學方法輔助手段的多媒體教學，才能在幫助學生理解難點、掌握重點、提高學習效率上發揮越來越重要的作用。

四、加強科研實訓，開闊學生視野

引導學生參與科研活動，在科學研究中增長學生的專業知識，開闊學生的學術視野。教師在完成課堂教學任務之后，就課內某一知識點引導學生查閱相關文獻，開展科學研究，培養學生的科研意識，提高其認知水平。學生以書面形式定期反映自己在查閱文獻和學習研究中的收獲。教師根據學生書面總結的完成情況給予評價。此外，教師也鼓勵學生主動參與校內外的科研活動，并定期寫出自己的體會交指導教師評定[2-3]。學生參與的科研內容即使與其所學專業的學科領域有一定距離，也將得到支持，因為參與科研活動對學生能起到開闊視野、激發科研熱情、訓練科研思維的作用[4]。同時還將進一步密切科學研究與專業學習之間的關系，為學生進入更高層次的學習和工作打下堅實的基礎[3]。

流體力學是一門系統性和理論性都較強的課程，它既體現了經典力學的基本思想，也反映了數學、物理、機械等多學科在現代工程中的交叉應用。在學分制教學管理體制和大專業背景下的人才培養模式，根據學生的基礎和專業培養目標來尋求合適的教學方法，構建有創新特色的流體力學課程教學改革體系，是一個艱難而漫長的過程，還需要在今后的教學工作中作出更多的努力。

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[4] 馬寶峰，李巖， 郭輝，等.基于科研問題的力學綜合實驗教學研究與實踐[J].力學與實踐， 2012，34（1）： 103-105.

Investigation and practice on multiangle teaching method of fluid mechanics

WANG Yea， LI Yaningb

（a. School of Environmental and Municipal Engineering； b. School of Automation and Electrical Engineering， Lanzhou Jiaotong University， Gansu 730070， P. R. China）

Abstract：

篇8

關鍵詞：輔助教學軟件;流體力學;教學模式

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）40-0273-02

一、引言

多媒體技術，尤其是網絡技術在現代教育教學中應用越來越廣泛，能創建新型的教學模式，改善傳統課堂教學的效果。應用計算機技術開發教學軟件，幫助學生自主選擇學習內容，彌補課堂教學的不足，及時檢驗所學知識的掌握程度，這種教學方式稱為CAI（Computer Assist Instruction），即計算機輔助教學[1]。《流體力學》是很多工科專業的一門專業基礎課，如安全工程、環境工程、土木工程等。該課程是一門理論與實踐緊密結合的課程，涉及的高等數學和物理學的知識比較多，基本概念比較多，計算公式比較多。學生普遍反映該課程的學習難度比較大，理解和掌握該課程的內容比較困難，學習的積極性和主動性不高[2]。隨著教學模式的變化及研究型教學的要求，如何提高學生學習興趣、培養學生能力、及時檢查學習效果，最大程度地調動學生的學習積極性和主動性，是教學面臨的主要問題之一。作者在近幾年的教學實踐中，根據《流體力學》課程的教學要求及特點，設計并開發了《流體力學》輔助教學軟件，在教學實踐中取得了良好的教學效果。

二、教學軟件的結構設計

本課程開發的《流體力學》輔助教學軟件包括四個模塊：系統管理、課程要點、工程實例、自我測試。

1.系統管理。系統管理模塊包括用戶管理、試題管理、學習記錄等功能。《流體力學》輔助教學軟件需要登錄，登錄界面包括學號和密碼兩個部分。學生以用戶身份進入軟件后，可以修改密碼、查看學習記錄，但不能使用試題管理功能。教師用戶用管理員賬號登錄，可以增加、刪除用戶，能增刪和修改試題，并能瀏覽學生學習的詳細情況和掌握測試結果等。

2.課程要點。課程要點模塊主要包括《流體力學》課程各章節的內容，如：基本概念、流體靜力學、流體動力學、流動阻力計算、流體出流及管流等，可根據教學的實際情況增加和刪除內容。基本概念部分將課程各章的主要概念集中起來，每章均選取比較重要的、需要學生掌握的內容放在軟件中，尤其是對重點的計算公式進行解釋，讓學生能夠有重點地進行學習，提高學習的效率。

3.工程實例。該部分收集了與流體力學知識相關的工程實例，尤其是重大工程實例以及近年來的一些熱點問題實例，這樣能引起學生的積極性和興趣。工程實例對應各章內容，包括文字描述、圖片、視頻等，并提出相關流體力學問題。比如：南水北調工程、長江三峽大壩工程、飛機導彈的研制、潰壩事故、臺風登陸等，使學生能理論聯系實際、拓寬知識面、提高學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力。

4.自我測試。自我測試模塊根據不同的知識點設計有不同的題型，主要包括填空題、判斷題、選擇題、簡單計算題和應用題。學生可以自主選擇不同題目進行測試，及時了解知識掌握程度和學習效果，查看試題答案可以及時發現自己的薄弱環節。教師查看測試成績可以了解學生掌握相關知識的情況，發現教學中存在的問題，有針對性地進行改進。教師事先建立測試試題庫，并能不斷完善。學習完成選擇的測試題后可以隨時查看成績和正確答案，教師對主觀題可以給出詳細的評閱，指出出錯的關鍵點。

三、教學軟件功能的實現

1.開發工具的選擇。《流體力學》輔助教學軟件的開發選取B/S的開發模式，學生能方便使用該軟件。選用Visual Basic 6.0作為軟件開發語言，VB6.0提供了可視化的Windows界面設計功能，具有強大和快速的數據處理能力。本軟件的數據庫選取Access數據庫，能方便和快速管理各類數據。Access的優點在于它有豐富的開發界面及使用環境，有著強大的報表創建功能[3]。

2.各模塊功能的實現。《流體力學》輔助教學軟件按照各模塊的功能，采用友好的界面實現各部分功能。在菜單中點擊各按鈕可以進行各模塊界面，再點擊進入各子功能模塊;也可以在下拉菜單中選擇子菜單直接進入各子功能模塊。自我測試模塊先選擇題型，再進行各種題型的答題操作。答題時可隨時返回重新選擇試題，查看試題答案時可以通過鏈接查看相關知識要點，有針對性地復習課程的基礎知識，以便牢固掌握易混淆、難理解的知識點。學生利用互聯網的優勢，可以不受課堂的限制，隨時主動、靈活地選擇學習內容，及時查缺補漏，充分調動學習的主動性、積極性。圖1為應用題測試界面。

四、輔助教學的效果評價

該輔助教學軟件在《流體力學》的教學中連續運用了幾年，并不斷進行了完善。為了評價該輔助教學軟件的效果，設計了調查問卷，以便了解該軟件的應用效果。調查問卷如表1所示。

經過幾年的教學實踐，對回收的有效問卷進行了統計分析。從統計結果看，該《流體力學》輔助教學軟件有效彌補了課堂教學的不足，教學內容選擇恰當，重點突出，充分體現了計算機輔助教學的優點，軟件簡便、實用。95%以上的學生愿意使用該輔助教學軟件，認為能充分利用課余時間，積極、主動地選擇自己感興趣的內容，拓寬了自己的知識面，激發了學習興趣，對自己的學習有較大幫助，希望不斷豐富和完善該教學軟件。

五、結語

素質教育的一個顯著特點就是要使學生能主動地學習，采取個體化教學方式，理論聯系實際。采用計算機輔助教學軟件，學生可以量身定制自己的學習計劃，不受時間和空間限制自主選擇學習內容，實時檢驗學習效果，提高學習的興趣和積極性，取得最佳的學習效果。輔助教學軟件的應用是傳統課堂教學方式的有益補充，對提高學生的綜合素質和能力有重要的促進作用。

參考文獻：

[1]胡鄉峰，沈慧娟.多媒體CAI課件的制作與評價[J].通化師范學院學報，2012，（6）：44-47.

篇9

【關鍵詞】礦井通風；基本概念；理論基礎；分析

一、礦井通風基礎理論概念問題分析

對礦井通風基礎理論概念進行分析的過程中，會涉及到以下幾方面的理解難點：

第一，理想氣體的性質是屬于理想流體還是完全氣體。在礦井通風、熱力學與物理化學等方面所理解的完全氣體與理想流體、氣體差異。

第二，在特定條件下，能量方程和動量方程的共性問題。微分型運動方程的成為與積分型動量方程為何存在差異[1]。

第三，利用熱力學的第一定律和流體力學能量方程來描述流體流動的特性具有哪些共性。

二、完全氣體、理想流體與理想氣體關系

（一）理想流體和真實流體

理想流體就是無粘性流體，而真實的流體都具有粘性。但是，因為利用數學描述并處理粘性流體的難度較大，所以，針對像空氣和水等粘性比較小的流體，在實際的過程中是將其當作理想流體來研究的，這樣可以更好地體現出流體主要的運動特性，再根據所需來對粘性影響因素進行考慮。所以，理想流體只是為了方便研究現實問題而將真實流體簡化并抽象后存在的[2]。

（二）完全氣體和真實氣體

完全氣體所滿足的熱力學參數關系為：

（1）

其中，P是氣體壓力，R是氣體常數，d為氣體的密度，T則是氣體的溫度，而e代表的是單位質量氣體的比內能，cv是氣體比定容熱容。

在公式（1）中的前一公式表示的是完全氣體狀態，而后一公式表示的則是完全氣體熱量狀態，不符合公式（1）熱力學參數關系的氣體就是真實氣體。

（三）完全氣體、理想流體與理想氣體區別

現階段，礦井通風的相關技術與研究工作人員在理想氣體的界定方面存在較多疑問，滿足公式（1）的參數關系就是理想氣體，還是符合無粘性流體理想流體是理想氣體？

在各個領域中，理想氣體的界定都存在差異，所以，很容易導致完全氣體、理想流體與理想氣體在概念上混淆[3]。在礦井通風與熱力學等著作中將理想氣體定義為符合公式（1）的完全氣體，主要原因就是熱力學的研究范圍就是以氣體的狀態變化特性為重點。但是，在大部分的國外礦井通風以及流體力學的著作中是把符合公式（1）的氣體定義成完全氣體，并將理想氣體當作理想流體中的一部分，所以，理想流體的特性就是無粘性氣體。主要的原因就是在流體力學的領域中，經常使用理想流體作為總稱，并不會將理想氣體獨立出來介紹。

三、數學描述礦井風流流動規律

流體是物質運動狀態中的一種，所以同樣遵循物質運動的規律，并且物質運動的規律還可以對流體運動的規律進行描述。

（一）系統與控制體

系統，主要是涵蓋確定不變的物質集合，而在流體力學中，主要指的就是確定流體質點所組成的流體團。與此同時，系統的邊界會隨著流體的運動而運動，通常情況下利用拉格朗日法來對流體團形成的系統流動規律進行分析[4]。然而流體質點的運動比較復雜，所以進行數學分析比較困難。

控制體，就是相對于某一固定不變的坐標系，物體所流過的體積，并且其邊界也是始終固定不變的。

（二）歐拉型基本方程

1.微分型運動方程

流體流動過程中的時變加速度與位變加速度的數學公式可以表示成：

（2）

公式（2）是利用牛頓第二定律來描述流體流動規律的。

2.積分型動量方程

積分型動量方程的單位就是動量對于時間的變化率，也就是控制體內的動量對時間變化率是作用于控制體內流體上合外力和單位時間經過控制面流入流體動量的和，具體的方程關系式為：

（3）

3.微分型運動方程和積分型動量方程共性分析

將公式（1）與（2）進行對比，公式（2）主要是對流體運動特性進行描述的微分型，也就是分析描述單位質量的流體，其動量對于時間變化率和單位質量流體內部受力關系。L、T、M分別代表距離、時間與質量量綱，則公式（2）中的右邊量綱就是 ，也就是加速度量綱，因此被叫作運動方程。而公式（3）所描述的則是流體運動特性的積分型，可以將公式右邊量綱表示為 ，所以被稱作動量方程。

四、熱力學第一定律和能量方程關系

流體在實際的流動過程中，會產生熱能與機械能的轉換現象，同時由于流體溫度的變化會使流體的密度與阻力等發生變化[5]。因此，流體流動的規律需要使用熱力學第一定律或者是流體力學的能量方程來表示與分析，因為它們的理論基礎相同，也就是能量守恒定律。在單位時間內傳入控制體內的熱量、經過控制面流入流體總能量與外界對控制體內的流體所作功的總和與控制體內的流體總能量相對時間變化率是一致的。所以，熱力學中的第一定律與能量方程都可以描述涉及熱現象流體的宏觀流動過程。

結束語：

綜上所述，在熱力學與流體力學等基礎理論的發展過程中，積極地推動了礦井通風動力學的發展與進步，然而，在實際的礦井通風安全工作中，技術工作人員始終很難把礦井通風的動力學與熱力學以及流體力學等基礎理論相互聯系起來，并且在實際的應用過程中，會混淆不同領域基礎理論的公式。并且，流體流動基礎理論和礦井通風理論的嚴重脫節也會導致其他基礎理論在礦井通風動力學中的實際應用效果。但是，通過文章對各基礎理論的分析與礦井通風基本理論的聯系，強化了兩者間的理論聯系。

參考文獻：

[1]陳寧，陸愈實.基于GIS的礦井通風預警信息系統研究[J].中國礦業，2012，21（3）：111-113.

[2]黃俊歆，王李管，熊書敏等.礦井通風系統三維聯通巷道建模算法及其應用[J].中南大學學報（自然科學版），2012，43（8）：3173-3179.

[3]楊茹馨，謝賢平，韓孟微等.應用層次分析法確定礦井通風系統評價指標的權值[J].河南科學，2012，30（10）：1525-1529.

篇10

關鍵詞 計算流體力學；風機；數值模擬；發展前景

中圖分類號TP31 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）73-0209-01

0引言

隨著國民經濟的的不斷進步和發展，風機的產生在國民經濟的生產發展中起到很大的促進作用，風機將隨著時代的發展，不斷更新技術研究，從而能夠更好的適應經濟發展的需要，傳統的風機設計，人們僅靠試驗取得數據和經驗公式，試驗發現問題，改進設計。但由于試驗研究方法受到各種條件的限制，很多模擬參數的測量受到很多不良因素的影響，給測量結果帶來很大的困難，很容易降低風機數值的實用性，對風機數值測量的誤差加大。而現階段，由于科學技術的不斷發展，利用商業CFD軟件對風機的全三維流場進行模擬已越來越普遍，也就是利用計算流體力學對風機進行數值模擬的研究，給數值模擬工作帶來了很大的便利，通過對計算結果進行了分析，模擬結果有助于理解風機內部的流動規律。

1 計算流體力學的概念分析

計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）起源于20世紀60年代，當時的學科興起跟計算機的技術發展有很大關系，隨著人們對其不斷的發展和研究，計算流體力學已經被廣泛的應用，各種商品化的CFD通用性軟件開始應用這類力學研究，同時更是對很多工業領域的生產發展起到很大的作用，計算流體力學以計算機為基礎，利用數值的方法進行對流體力學各類問題的研究和模擬，主要在離散格式、湍流模型與網格生成等方面進行相對的數值試驗、計算機模擬和分析研究，利用計算流體力學研發出得CFD技術，不僅極大的克服了傳統流體力學中不完善的問題，而且還在應用領域得以全面的擴大，很多核能、化工、建筑等領域都有其力學的涉略。風機在以上領域也有其所用之處，為此，計算流體力學對風機的設計和研究也有很大的作用。

2 風機的數值模擬分析

眾所周知，風機的國民經濟發展的重要工具，其在對生產過程中發出的大量濕、熱、工業粉塵、甚至有害氣體和蒸汽都有著有效的防護和凈化處理的作用，同時還能回收再利用，有效的對資源進行合理的分配整合，其中風機在紡織業的作用較為突出，絡筒機的離心風機提供了吸紗的作用，不僅可以免去資源浪費，還能減少紡紗機的能源消耗，有效的提高紡紗質量，具有更多的促進作用。在工業發展中，風機從節能、降低噪聲污染的角度來說，尤其更大的促進作用，因此在風機的設計原理上，更多的要注重高效率，但就目前市面上的風機產品，可謂參差不齊，很多規格和品種配套性極差，為此在工業應用上也受到了很大的影響，需要對已有的風機進行改造，數字模擬其實是以電子計算機為工具，把數學模型蘊藏的定量關系展示出來，利用計算流體力學對風機的復雜流動問題的模擬計算，通過數值離散求解流體運動方程，揭示風機流體機理和流動規律，從而研制出新的風機設計，使整個產品從開發到運用都能夠達到更為經濟和省時的作用。

3 基于計算流體力學的風機數值模擬的應用

利用計算流體力學來研究風機的數值模擬，這種方法對風機的設計提供更為依據原理，對風機的不斷完善起到促進作用，其應用范圍很廣，例如：通過對地鐵專用軸流風機的設計來說，這類風機主要應用在地鐵車站和隧道區間內，因其受都流量大、壓頭高和功率大等特點的制約，試驗成為了地鐵軸流風機的設計檢驗的一般途徑，但是卻在人力物力上有極大的消耗，造成設計成本的浪費。為了克服這一弊端，采用計算流體力學的原理，對地鐵軸流風機采用進行數值模擬，主要是對地鐵軸流風機在不同轉速和安裝角度進行模擬，通過得出的最后結果進行指導設計方案，并將模擬結果與廠家的試驗數據作了對比，酌情查處風機是否有需要改動之處，從而提高風機的設計效率，具有明顯的應用價值和經濟效益。

4結論

以上對計算流體力學的風機數值模擬的分析和研究，計算流體力學不僅是對風機的設計有很大的促進作用，更大的提高風機的設計效率，隨著科學技術的進步，其作用會越來越大，充分了的利用計算機和數值數學的結合，對流體力學的各類問題進行數值試驗、計算機模擬和分析研究，以解決實際問題。從而有助于人們對風機的構造設計進行深入了解和不斷完善，依靠合理的計算來優化風機的設計技術，計算流體力學不僅是科學技術革新的依據，更是極大滿足了國民經濟發展的需要，計算流體力學進行對風機數值模擬的技術研究，更是對設計高效率的風機具有重大意義。

參考文獻

[1]黃其柏.離心風機旋轉頻率噪聲的理論與聲輻射特性研究[D].西部大開發 科教先行與可持續發展——中國科協年學術年會文集，2009.