流体力学的认识范文
时间：2023-12-19 18:02:05
导语：如何才能写好一篇流体力学的认识，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
患脑血管疾病的病人大多有不同程度的意识障碍、肢体瘫痪、失语以及大小便失禁等，加之输入液体刺激性大，输液时间长，每日输液次数多，为保证病人治疗的顺利进行，故输液工具的选择非常重要。我科采用BD留置针――万珑TM进行静脉留置来完成输液治疗，使用静脉留置针能保护病人的血管，减少穿刺次数，减轻病人因多次穿刺带来的痛苦，在输液过程中，使病人更舒适，不用担心血管被刺破，方便安排合理用药时间和紧急抢救，提高药效和抢救成功率，减少花费，同时也大大的减轻了护士的工作量，提高了护理质量。但由于脑血管疾病病人的特点，在使用中存在着一些护理问题，针对问题进行及时的处理才能使病人的治疗安全进行，现将存在的护理问题和护理对策总结如下：
1 护理问题
1.1 导管堵塞 造成导管堵塞的原因很多，通常与输液后封管液种类、用量、封管的操作方法以及推注速度选择不当，静脉输营养液后导管冲洗不彻底，病人凝血机制异常以及病人因意识不清反复躁动和病情轻的病人输液肢体反复活动等有关。
1.2 液体渗漏 血管选择不当，进针角度过小，固定不牢，病人躁动不安，外套管未完全送入血管内或套管与血管壁接触面积太大等原因均可导致液体外渗［1]。轻者出现局部肿胀、疼痛等刺激症状，重者可导致组织坏死。
1.3 皮下血肿 穿刺及置管操作不熟练，技巧掌握不好，送外套管时未绷紧皮肤，动作不稳，操之过急等因素都可使留置针穿破血管壁而致穿刺失败，造成皮下血肿。
1.4 静脉炎 静脉炎是静脉留置针常见并发症，其发生原因与留置针留置时间过长、病人个体差异，输入药物的酸碱性、渗透压和细菌感染等有关［2，3]，主要表现为穿刺部位血管红、肿、热、痛，触诊时静脉如绳索样硬、滚、滑、无弹性，严重者局部针眼处可挤出脓性分泌物，伴有发热等全身症状。耿少英等［4]研究，炎症以近心端和穿刺点部位发生率高且程度也较远心端为重。
1.5 静脉血栓形成 静脉血栓形成见于血流缓慢的静脉内。据报道，久病卧床病人发生在下肢静脉的血栓比上肢静脉的血栓多3倍，另外，反复多次在同一部位使用留置针进行静脉穿刺导致血管壁损伤，也是血栓形成的主要因素。
1.6 固定不规范 常见有敷贴卷边，未采取无张力性粘贴，敷贴粘贴位置不正确造成敷贴边缘不封闭，标注条粘贴位置不正确，留置针尾端固定位置不恰当。
1.7 留置时间过短和过长 因病人躁动造成输液部位外渗，导管堵塞，输入液体刺激性大病人感觉疼痛，病人自行抓扯等因素均可导致留置针不能保留96小时。由于护士进行输液时未检查留置针留置的时间，个别病人因留置针保护较好又怕穿刺疼痛或静脉条件不好而强行要求继续使用，故而造成留置时间超过96小时。
2 护理对策
2.1 做好健康教育 使用前要给病人和家属讲明留置针使用的目的，好处以及费用，让其了解有关留置针的护理知识，常见的并发症及其预防方法，输液后可以适当活动，如写字、简单家务、洗澡等，但不要剧烈活动，如提重物、打球等，置管期间注意保持穿刺部位干燥、清洁，在洗澡时，建议外包一层保鲜膜防止进水，淋浴时不要长时间浸泡在水中，通过讲解取得病人和家属的配合以预防堵管、液体外渗、静脉炎等并发症的发生。
2.2 对于脑血管疾病病人的输液通路均采取静脉留置针，尽量杜绝使用钢针输液。
2.3 正确选择血管 根据病人年龄、病情及血管情况选择血管，一般选择与肢体纵轴平行长度在2.5cm以上，弹性好，无静脉瓣的可视血管为最佳穿刺血管［5]。成人选择血管的顺序一般为前臂中段、手背、手腕、手肘，穿刺时注意保护好血管，避免在同一部位反复穿刺，并尽量避免使用下肢静脉和瘫痪肢体的静脉，因为下肢和瘫痪肢体的血液循环差，易发生血栓和静脉炎，另外在输液过程中，嘱患者经常松握拳，以促进血液循环，也可减少静脉炎的发生。
2.4 留置针大小的选择要合适 原则是在满足病人输液要求前提下，选择最小最细的导管［6]。
2.5 护士应熟练掌握穿刺技术 按规范进行操作，把握好进针的角度，送外套管时要绷紧皮肤，掌握好技巧，动作要稳，不能操之过急，尽量保证穿刺的成功，避免皮下血肿的发生。如病人局部出现皮下淤血时，可避开针眼处用生土豆切成薄片敷于淤血处以减轻疼痛，促进局部皮下淤血消散。
2.6 正确封管 封管液选用肝素稀释液（NS250mL+肝素12500u），输液结束后吸3-5mL肝素稀释液进行脉冲式正压封管，如病人输入静脉营养液后应用NS 5mL彻底冲洗导管后再用肝素稀释液进行封管，封管时要注意推注速度不能过快。曲瑶等［7]观察120例进行快速推注与缓慢推注效果比较，缓慢推注组成功率为95.0%，而快速推注组成功率为53.3%。张家荣等［8]通过临床观察，也发现快速推注封管液使局部静脉炎和外渗肿胀率明显提高。
2.7 规范固定留置针及敷贴 穿刺成功后，固定敷贴时要采取无张力性粘贴，以穿刺点为中心进行粘贴，注意将留置针分叉处覆盖，保证敷贴的边缘粘贴紧密并处于封闭状态，标注条写好留置的日期、时间和操作者固定于留置针分叉处敷贴的上面，但不能遮盖针眼处，以免影响局部的观察，固定留置针尾端时应避开敷贴和穿刺静脉的走行，特别是固定留置针尾端的胶布也不能粘贴在敷贴上，以免影响留置的时间和输液的通畅。
2.8 加强局部的观察 注意观察针眼有无红肿、有无渗血和渗液，导管有无堵塞，穿刺部位有无肿胀和炎性反应，敷贴有无卷边，留置时间有无超过96小时。如发现有炎性反应时应给予拔除，局部可用生土豆切成薄片或用50%的硫酸镁液敷于红肿部位，注意避开针眼处。如出现导管堵塞，可用5ml注射器进行回抽，回抽仍不畅通时应拔除，切忌用NS进行推注以免引起栓塞。如出现敷贴卷边、粘贴不牢固时应进行消毒后更换敷贴。如出现留置时间超过96小时应拔除重新穿刺，如遇病人留置时间超过96小时仍要继续输入时，护士要耐心解释，讲解继续使用可能出现的并发症，让病人及家属理解、配合。
2.9 护士应有高度的工作责任心和慎独精神 输液过程中加强巡视，如病人躁动不安时可适当进行约束，及时发现问题及时处理。
篇2
（甘肃农业大学 工学院，甘肃 兰州 730070）
摘要：启发式教学是现代教育研究当中的一个重要课题，尤其是在高等教育全面改革的大背景下，通过启发式教学引导学生自主学习，勇于创新，让学生的个性自由发挥，充分调动学习的积极性和热情，促进学生身心的健康发展。本文主要探讨的是启发式教学在《工程流体力学》课程教学中的运用，彻底摒弃传统的教学观念，让学生成为教学活动的主体，通过教师的启发引导，让学生更加主动地学习。
关键词 ：工程流体力学；启发式教学；教学实践；运用
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1673-2596（2015）03-0274-02
一、引言
《工程流体力学》是我国普通高等学校工科专业的基础课程，是一门研究液体和气体的机械运动规律以及应用的学科。工程流体力学在土木工程、能源、动力、环境、设备、化工、航空以及国防等领域都有很重要的应用，尤其是热能与动力工程专业的学生需要掌握系统、全面的《工程流体力学》理论知识，通过学习本课程，确保学生能够熟练地掌握流体力学的基本概念和原理，通过实验操作能够将理论知识运用到实际当中，为日后的工作和学习打下坚实的基础。鉴于此，本文主要探讨启发式教学在《工程流体力学》课程教学中的运用。
二、《工程流体力学》传统教学理念的转变
《工程流体力学》是工科专业的一门基础学科，是力学的一个重要分支，主要目的是为了将流体力学知识充分运用到生产生活当中。工程流体力学的研究方法主要包括实验研究、理论分析以及数值计算等。其中实验研究主要是利用各种实验仪器对流体现象进行观测分析，总结出流体运动的规律，并在此基础上进行预测，通常采用模型进行实验分析；理论分析主要是根据质量守恒、动量守恒以及能量守恒等定律，加以数学分析的手段，对流体运动进行分析研究；数值计算则是利用数学语言将流体运动的普遍规律表达出来，从而获得质量守恒、动量守恒以及能量守恒的计算方程，这些方程组合在一起成为流体力学基本方程组。《工程流体力学》课程设置的根本目的是为了让学生熟练地掌握流体的机械运动规律，将其运用到实际生活当中，以此来解决各种与流体力学相关的问题，但是长久以来我们在课堂教学中所强调的是知识点的灌输，学生进行机械化的记忆，缺乏创新，因此需要对传统的教学理念进行彻底改变。
（一）帮助学生建立流体力学的思维方式
《工程流体力学》的教学大纲要求学生能够了解及应用流体力学的基本运动规律，掌握流体力学的理论研究方法。在传统教学理念中，课堂教学过分注重基本概念、基本理论和计算方法的学习，学生在应试教育的环境中对书本上的知识进行机械化的记忆，很大一部分学生对于知识点的记忆仅仅是为了完成考核任务，因此无法形成系统的知识体系，也无助于培养学生的科学的思维方式，使其在日后工作和学习当中遇到关于流体力学相关的问题时，无从下手。鉴于此，在现代教育理念下需要教师引导学生建立系统的流体力学知识体系，并学会运用科学的思维方式对流体力学相关的问题进行分析研究。①
（二）提高学生综合分析应用能力
《工程流体力学》课堂教学不仅要求学生建立科学的思维方式，还需要具备对流体力学知识的综合分析和应用能力。在传统教学理念的影响下，学生被动地接受知识，严重缺乏学习的积极性和热情，对知识和计算公式的机械化记忆，无助于培养学生的发散思维。②因此需要在《工程流体力学》课堂教学过程中引导学生对知识进行自主总结，通过对知识点的归纳总结，形成鲜明形象的记忆；与此同时在课后练习中需要增加综合性，促进学生对流体力学知识的综合应用。
（三）培养学生的实践操作能力
实验是《工程流体力学》教学活动的重要组成部分，通过实验设计来检验一个理论或证实一种假设而进行的一系列操作或活动，从而更加清晰地理解和认识流体力学规律。通常实验要预设“实验目的”、“实验环境”，进行“实验操作”，最终以“实验报告”的新闻形式发表“实验结果”。③在传统教学模式下，学生只能在有限的范围内进行实验操作，根本无法锻炼学生的实践操作能力，因此需要学生自主独立的进行试验操作，让学生自行设计实验内容，确定实验方案，在实践中不断提高自己的操作和知识的运用能力。
（四）充分体现学生的主体地位
传统教学与现代教学理念严重背离之处在于课堂教学活动中，教师往往处于主导地位，而作为教学活动关键核心的学生群体则成为了知识的被动接受者，单方面机械地完成课堂教学任务，无法真正达到教学的目的。这就要求，在课堂教学过程中，教师必须时刻关注教学同步，充分调动学生的参与热情，通过讨论、提问等方式，让学生真正参与到学习活动当中，学会发现问题，解决问题的方法。④
三、启发式教学的具体应用
（一）启发式教学的实质
启发式教学源远流长，历久弥新，“启发”一词最早源于古代教育家孔丘的“不愤不启，不悱不发”。朱熹解释说：“愤者，心求通而未得之意；悱者，口欲言而未能之貌。启，谓开其意；发，谓达其辞。”愤与悱是内在心理状态在外部容色言辞上的表现。就是说在教学前务必先让学生认真思考，已经思考相当长时间但还想不通，然后可以去启发他；虽经思考并已有所领会，但未能以适当的言辞表达出来，此时可以去开导他。在现代教育理念当中，启发式教学主要是指教学活动中教师依据课程学习的客观规律，引导学生积极主动自觉地掌握知识的教学方法。启发式教学可以很好地诠释教育学之间的关系，通过设置问题情境，充分调动学生参与的积极性和主动性，启发学生独立思考，发展学生的逻辑思维能力，并且通过教师的适当引导培养学生的动手操作能力和独立解决问题的能力。⑤
（二）设置问题情境
启发式教学的关键在于设置问题情境，同时也是激发学生创新思维的一种有效方式。这就要求教师在《工程流体力学》课程教学中有目的、有意识地创设各种情境，鼓励学生主动发现问题，让学生独立地进行探索分析。在《工程流体力学》课程教学过程中，学生遇到任何疑问都应该及时提出，向同学和老师进行探讨。大量的教学实践表明，提问可以充分调动学生的注意力和学习的积极性，通过提问锻炼学生的探索欲和逻辑思维能力。⑥学生在启发式教学模式下还应该增加主动性，寻找自己的兴趣点，去钻研。这样学生才会有问题意识，可以提出问题，而不是在别人背后去解答问题。另外，设置问题情境要与实际生活相融合。可以通过创设生活或工作式的教学情境，让学生真正感受到《工程流体力学》课程教学的多样性以及前瞻性，通过不断探索激发出学生潜在的学习兴趣以及好奇心。
（三）充分调动学生的主动性
在启发式教学过程中，需要充分调动学生的主动性和积极性，让学生真正意义上成为学习活动的主导者。《工程流体力学》课程需要打破传统应试教育的束缚，让学生的积极性和主动性得到充分释放。教师组织学生进行讨论时，要注意学生的反映，激发起学生发的求知欲望，引导学生通过收集资料了解流体运动的基本规律以及这些规律在工程实际中的应用，帮助他们对问题的独立思考。例如教师可以列举一些流体力学在生活和生产中广泛应用的实例，使学生了解流体处于平衡及运动状态下的力学规律，加强理论概念与现实生活的相互联系。总之，只有主动参与其中，学生才能对问题有一个深入的了解，并且能够切身地投入自身全部的精力想方设法去解决当前所面临的问题，而教师则完全不用花费大量的精力进行讲解，只需要进行适当的指引工作，使学生的自学能力能够充分发挥。⑦
实验是检验学生动手操作以及对知识运用的最佳方式，借助实验也可以充分调动学生学习的积极性和主动性。在问题情境环节中，学生大胆假设和创新提问以后，就需要通过实验对问题进行模拟分析，并得到结论。在安全的保障下，进入实验室，在教师的引导下，自己动手去做，积极探索。这样会对学习更有帮助，而这一过程会提高学生的研究热情，也可以提高学生团队的协作能力。此外，在《工程流体力学》课程教学过程中，学生还可以自由组合进行某一问题的研究，当假设足够成立的情况下，通过查询相关的文献资料，并进入实验室去寻找答案。这样一来，学生在今后的学习或者工作中，如果遇到问题，就可以真正独立地进行思考和研究。⑧
（四）建立轻松愉悦的学习氛围
建立轻松愉悦的学习氛围是启发式教学实现的前提。而长久以的来灌输式教学，让教师成为课堂教学的主体，其高高在上的形象，让不少学生产生畏惧感，这也使得学习氛围过于凝重、刻板甚至拘束。因此在教学方式上需要打破传统教学模式的束缚，改掉以往死气乏味的课堂教学，教师应该是教学活动的组织者和设计者，通过营造出民主、和谐、愉悦的课堂气氛等方式更好地帮助学生调动他们的主观能动性和积极性，鼓励学生亲自动手，并且给学生提供更多的进行流体力学讨论研究的空间和机会，让学生在独立思考、互相讨论以及动手操作中完成问题的发现与解决过程。此外，教师还需要引导学生相互尊重、相互理解，课堂气氛做到张弛有度。让学生在合作交流中真正理解和掌握《工程流体力学》的理论知识和基本技能，使他们真正成为学习的主人。⑨
综上所述，启发式课堂教学强调学生在学习过程中的主体地位。只有充分调动起学生的积极性，才能够提高《工程流体力学》课堂教学的质量。为此，本文总结了传统教学模式下《工程流体力学》课堂教学的种种弊端，然后在此基础上对启发式教学的有效途径进行了深入研究。通过营造和谐的学习氛围以及建立良好的师生关系，使《工程流体力学》课堂教学变得更加生动、形象。
注释：
①张晓宏.高校研究型教学范式之探究——启发式教学[J].教育探索，2007(3).
②朱昌流.论启发式教学的有效实施[J].教育与职业，2007(18).
③李小川.工程流体力学教学改革模式的探索与实践[J].中国现代教育装备，2012(10).
④吴翊.启发式教学再认识[J].中国大学教学，2011(1).
⑤刘全忠.关于工程专业流体力学课程教学改革的探讨[J].教育教学，2014(1).
⑥Wuhan University、scientific Research Publishing.The Heuristic Teaching Practice Based on Innovative Thinking [A].Proceedings of Conference on Creative Education（CCE2012）.2012(5).
⑦朱辉，陈洪杰，刘飞.CDIO教育模式下工程流体力学课程教学改革与实践[J].桂林航天工业学院学报，2013(12).
⑧刘莹.解立平.基于“卓越工程师”培养计划的工程流体力学课程教学改革初探[J].时代教育，2014(2).
篇3
[论文摘要]结合学习主体所处的时代环境变化和流体力学知识体系的学科跨度大以及对数学基础知识要求很高的特点，分析了流体力学教学中存在的问题和难点，提出大量采用实验模型和实例教学以加强流体流动现象的观察理解对提高流体力学教学效果的必要性和重要性。
前言
流体无固定形状，即使受到的剪切力再小，只要持续存在，其变形便会随时间持续增大，不像固体那样，一定的受力只能产生一定的变形。流体力学的基本理论非常严密，描述流体流动现象的数学方程非常复杂，高度非线性[1]，因此学生对流体力学敬而远之的现象比较严重。此外由于因特网及电子计算机的普及，各种虚拟现象泛滥，在这样的环境下成长的学生接触和感受实际发生的各种流体流动现象的机会大大减少，对自然现象的观察和理解能力很弱。很多学生在接受流体力学教育之前所受的应试教育的影响下[2]，学习只是为了在短时间内对给出的试题做出接近正解的答案获得高分，这种教育具有多大的意义，近年来许多学者从教育学的角度提出了疑问[2]。只有直面实际的流体流动现象，抓住问题的本质，才能诞生真正的学问和研究。笔者基于对本科和研究生的流体学教学中存在的难点和问题，指出了重视流体流动现象的观察和理解对提高流体力学的教学效果的必要性和重要性。
一、流体力学教学面临的问题
（一）新形势下学生所处的社会环境变化
学生从小利用电脑打电子游戏的玩耍时间和机会大大超过了自己亲自动手制作道具及模型的体感玩耍时间，通过体感玩耍接触和观察自然现象的机会大大减少。
因特网的普及使得在短时间内获得大量的信息或实时获得信息成为可能，近年来出现学生过度依赖因特网的倾向，疏远了纸质图书及相关文献这些知识比较系统逻辑性也有保证的传统信息载体。但因特网上除了正确的信息外，还有很多不准确甚至错误的信息，即使是正确的信息，各信息段之间也缺乏系统性，因此学生仅通过因特网难以建立系统的知识体系的。
手机在学生中的普及也使得学生们在实际问题时，不是自己独立分析问题，找出问题发生的原因，而是直接利用手机询问他人求得答案，这样很难培养独立制定计划，对可能事态进行预测，独立进行解决问题的能力。这恰恰是对一个未来走向社会成为一个优秀的技术人员的必经的磨砺之道。
（二）流体力学教学面临的问题
流体流动的力学模型及其运动的物理意义难以理解[3]。流体粘性产生的模型与牛顿粘性定律之间的对应关系就是最好的一个例证。大多数学生虽然能够使用牛顿粘性定律进行计算，但对运动的流体为何会产生粘性却不能正确的理解。的确，对于涉及到流体力学的某些技术或产品设计，只要懂得一定的计算即可，但是对于开发和设计全新的产品，如不能准确把握所涉及到的相关流体流动的物理本质，有时会产生完全错误的设计结果。
流体的运动状态繁多，流体力学融合领域广，要求学生掌握更多的学科预备知识，尤其对数学知识的要求更高，使部分学生觉得流体力学是难以接近的一门课。同一流动现象常常可以从多个角度进行解释，容易使学生产生混乱。比如对翼型的流体力学工作原理，可以从流体流动的动量变化、伯努利方程、压力积分、流线的曲率变化等几个方面进行解释，解释方法之多反而会使学生产生混乱，但每一种解释方法都是正确的，解释的都是一个本质，只有完全理解各种解释方法所依据的理论，才可以解除认识上的混乱，将学到的知识条理化、系统化。
描述流体流动的数学方程高度非线性化，数学上求解比较困难。描述流体流动的纳维斯方程和能量方程是否可以求解以及数学解的唯一性的证明需要微分方程、偏微分方程、多元积分等很深的数学功底，但近年来学生的数学和力学基础存在下降的趋势。
学生在进入大学前所接受的应试教育的影响很大，以考试成绩自评学习效果的认识根深蒂固[4]。实际的流体流动现象往往没有单纯的标准答案，有时甚至存在多个解，重要的是抓住流动现象的物理本质，系统的理解流体力学的基本原理。
二、教学方法对应
解决上述问题的根本方法，笔者认为只有从流体力学教学上，直面涉及流体的各种现象，使学生准确的把握物理本质。为此在流体力学课堂上，广泛采用流体模型教学和实例教学，增加学生观察理解各种流动现象的机会，唤起他们对本门课的兴趣的同时，让他们形成为探究流动现象背后的物理本质进行思考的习惯，这对解决流体力学教学所面临的问题至关重要。
使用电吹风斜向上吹一个让学生事先准备好的气球模型，没经验的学生会意外的发现气球会向斜上方飘起。这一流体流动现象可从风从气球上部通过时，由于气球表面的影响风的流向会产生变化，也就是流线产生弯曲，根据风的动量变化必然产生使得气球浮起的升力得到解释，还可以从物体绕流边界层效应得到解释。从这一简单的模型教学，还可以解释飞机的机翼通过改变空气的流向进而获得升力的流体力学上的工作原理。
在一个装满水的塑料瓶内分别放入密度大于水和小于水的钢球和泡沫小球，然后放在一个可移动桌面上，使桌面等直线加速运动，可发现钢球运动较慢留在瓶底，而泡沫球运动较快停在瓶嘴附近。观察这一个现象引导学生：泡沫球运动得较快是因为等加速运动瓶内流体的静压在运动方向上递减形成压力梯度，小球的前进方向的压力大于等加速运动产生的惯性力，因此小球相对于塑料瓶向前运动；而作用于钢球的前进方向的静压力虽然与泡沫小球相同，但惯性力大于前进方向的静压力，因此钢球相对于塑料瓶向后移动。这一模型教学比一般教科书上关于流体等加速直线运动流体的静压分布的例题更容易使学生抓住问题本质，且能培养学生独立思考之习惯，使学生体会到透过流体流动现象来正确观察和理解把握流体力学基本规律的乐趣。
经常使用立式洗衣机的人都知道，洗完衣服后，衣兜总要被翻过来，假如原来兜里装有硬币等硬物，也会被掏出来[5]。把这个实例在课堂上讲出后，学生们甚有兴趣，追问其中的奥秘，当教师根据伯努利定律做出解释并介绍伯努利这位集物理学家、数学家、力学家及医学家于一身的瑞士的大科学家的基本情况后，学生们顿时对这位科学家充满了崇敬之情，通过大量这种实验模型及实例教学，学生们对学习流体力学这门课更有了兴趣和信心，教学效果的提高自不待言。
三、结语
本文详尽的分析了计算机、因特网、手机等现代化通讯工具普及后对学生产生的影响，由于流体力学课程知识体系的特点，这种影响产生的负面问题很多，尤其是教授成长在应试教育体制下走入大学的学生，更需要转换认识，改变教学观念，在课堂教学中广泛植入实验模型教学和实例教学，让学生直面实际存在的各种流体流动现象，通过实际的流体流动现象的观察和理解，达到生动及形象的把握这些流动现象背后的流体力学的基本定理，有效提升教学效果的同时，通过简单实验模型的制作还可提高学生的动手能力，这对学生走向社会成为一个具有创造性思维能力、独立思考的优秀技术人员也是一个必不可少的雏形磨砺。
[参考文献]
[1]黄卫星.工程流体力学[m].北京:化学工业出版社,2008.
[2]李丹,杨斯瑞.应试教育与创造性人才的培养[j].继续教育研究, 2009, 25(2): 180-185
[3]向文英,程光均.流体力学教学与实验创新[j].重庆大学学报(社会科学版),2003,18(4): 21-26.
篇4
关键词：工程流体力学；计算流体力学；CFD软件及源程序；教学研究
中图分类号：G6420；TU 文献标志码：A 文章编号：10052909（2015）05015404
一、工程流体力学与CFD软件、源程序
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）软件通过计算机数值计算和图像显示后处理，对包含流体流动和有热传导等相关物理现象作出系统的分析。目前，CFD 技术已经广泛应用到航空、航天、气象、船舶、水利、化工、建筑、机械、汽车、海洋、体育、环境等领域，取得了令人瞩目的成就。在现代科学技术高度发展的今天，计算技术已被引入到流体力学领域，使以前因计算过于复杂而影响进一步探讨的流体力学问题逐步得以解决，计算流体力学已经成为研究流体力学的重要方法[1-3]。常用的CFD计算软件有FLUENT 、CFX、Phoenix等。FLUENT 软件是目前常用的一套高性能的数值软件，是专门针对流体工程数值计算与仿真需求而开发的一种流体数值仿真软件。
工程流体力学课程教学内容主要分为流体静力学、流体动力学、相似和量纲分析、管中流动、孔口出流和缝隙流动等[4]。其中，管中流动主要研究圆管中的层流及紊流、管路中的沿程阻力、管路中的局部阻力及管路计算等，涉及到一系列的概念和理论公式，学生理解起来有点枯燥、困难[4-5]。通过利用FLUENT软件和源程序进行数值模拟这一环节，变枯燥的理论公式计算为生动的计算机数值求解，既提高了学生的学习兴趣，同时也使学生有了更多的感性认识和理性认识，增强学生解决实际问题的能力。在流体力学课程教学中， 有意识地穿插计算数学、Fortran语言编程、CFD知识，有助于学生理解流体力学公式及方程，
也可以加强学生对其他学科知识的理解和掌握，达到多学科之间的融会贯通， 触类旁通。为此，笔者对科研成果中相关源源程序、部分开源程序和CFD 软件在工程流体力学课程教学中的应用做了一些探索与实践。
二、 教学案例
（一） 圆管中的层流及紊流教学实例
在工程流体力学教学中，管中流动是主要章节的内容，涉及的理论和公式多，不易理解。圆管流动有层流和紊流两种流动状况。雷诺数是判别流体流动状态的准则数。为加深学生对流速分布和压强分布规律的理解，在教学中可安排课外作业，设置用FLUENT软件来模拟研究三维圆管的层流和紊流流动状况，作出验证分析。
图1为圆管流动入口和出口边界截面的流速分布图（l=2m， d=0.1m）。取流动充分发展部分，离入流边界x/D=1.6的截面其流速分布如图2所示。可以看出流速沿半径Y方向成抛物线分布，与书中理论公式相符，如式（1）所示。通过数值模拟，学生对圆管内流动速度分布有了更深刻的认识。
由图3可以看出圆管内部压强分布从管口处向延伸方向逐渐减小，可知流速相应增大，符合流速大、压强小的流动定律，也符合圆管流动压降的原理。另外从入口处的压强分布可以看出，在圆管任何截面上，其压强分布也不是均匀的，也有分层现象。＼
图 3 圆管内部压强分布
图4为圆管轴线上的速度分布。由图可以看出，在圆管的轴上，进口段流速分布变化较大，从进口流速v1=0.005m/s急剧上升到最大流速umax=0.00 848m/s。层流入口段长度有经验公式可以算的，即
L≈0.058 dRe （2）
可算得入口段长度约为1.18m，由图4显示效果可以看出，流速在离入口1.1m到1.2m之间，即入口段长度约为1.1～1.2m，符合书中理论计算结果。
图 4 圆管轴线上速度分布
图5为圆管内部x轴方向不同截面的流速分布，可看出流速在截面上从入口到出口的变化。水流在圆管内部的流速分层很明显，靠近壁面处流速接近于零。
图 5 主流方向截面流速分布图
图6为圆管紊流充分发展段某一截面的流速分布图。从图中可以看出在紊流充分发展段，截面流速散点图最高处几乎为一条直线，说明圆管内大多数流体流速趋于稳定，而是更加平滑。紊流过流断面的流速对数分布比层流的抛物面分布均匀得多，这在理论上符合紊流流速的对数分布律，即：
uu=1Klny+C（3）
图6 Y方向中心轴线的流速分布
（二）管路中的沿程阻力教学实例
在流体力学教学内容管中流动一章的教学实践中，笔者利用前期研发的程序[6]设置了以半扩散角为4o、扩散度为3.92的锥形渐扩管路内的不可压缩流动数值模拟算例，旨在将对接科研成果的教学模式用于辅助工程流体力学课程教学实践。已知条件：锥形渐扩管路前接管直径为30 mm，后续管直径为50 mm，总长度为70 mm。管内流动介质为空气，进口速度为1m/s。 网格模型如图7所示。
图7 锥形渐扩管路系统内流场网格模型
数值计算结果如图8所示。从图中可清晰看出，在突然扩大段，压力逐渐增大，表现扩压效果，但中心线上的速度呈下降趋，若扩散角增大时，在渐扩段会出现局部回流区，这是造成局部能量损失的重要原因。
图8 锥形渐扩管路内压力场
局部阻力误差分析：对于锥形渐扩管的局部阻力，可以用包达定理的形式表示：
hζ=ku1-u222g（4）
其中，k为经验系数。由式可知，锥形渐扩管局部阻力损失理论计算公式为：
hz = ku1 - u2 22g = k1 - A1 A2 2×u21 2g = k1 - A2 A1 2×u22 2g（5）
其中A1为渐扩管上游横截面积，A2为渐扩管下游横截面积（m2），u1为渐扩管上游平均流速（理论值），u2为渐扩管下游平均流速（理论值）。A1 = πd21 4 = π×124，A2 = πd22 4 = π×224，u1=1 m/s，g=9.8m/s2 。代入（5）式得：
hζ理=0.004 305 m
实际流体的伯努利方程为[7]：
Z1 + P1 ρg + u21 2g = Z2 + P2 ρg + u22 2g + hf + hζ （6）
将仿真结果代入上式，其中Z1=Z2=0 P1=-0.03pa，P2=0.4pa，u1=1.06m/s， u2=0.58 m/s， hf=0， 得 hζ模拟=0.00 435m。误差率为：
η=hζ模-hζ理hζ模×100%
=0.00 435-0.004 3050.00 435×100%=1.03%
（三） 后台阶流动教学实例
为让学生对雷诺数有更进一步的感性认识，利用开源CFD程序[8]可设置后台阶流动教学实例，比较不同入流Re数时台阶后涡的大小和长度，现选择四种Re数工况的计算结果进行后处理，得到如图9所示的流线图。从图中可以看出，随Re数的增加，台阶后方主涡的大小呈增大趋势，在Re=1 000时在上方有次生涡的出现。
图9 不同雷诺数下的流线图
三、 教学实践中的几点体会
（一） 理论教学与数值实验教学的合理利用
在工程流体力学理论教学时可结合数值实验教学加以辅助，例如在管中流动一章教学时，可以用上述相关教学实例。由于在进行课堂演示教学时，依计算机性能及不同问题的规模难易程度，数值模拟求解的时间将有不同，要掌握合理数值模拟时间。可采取让学生安装CFD程序及软件，并要求学生事先自学使用方法，尝试数值预测，预习理论知识。然后教师理论教学时对学生预测结果进行抽样调查分析，将理论结果与计算结果比较分析。条件许可的话，也可以通过高性能集群提交计算作业，在较短的时间内获得计算结果。这样学生对复杂的理论就能有深入的认识，同时也锻炼了学生的科研能力。
（二）适当安排精选案例教学
课堂教学演示案例的选取应做到简单且具有代表性。 案例简单能够减少计算机的运行时间，使教学更加紧凑；而有代表性的案例贴近生活或工程实际，则有利于提高教学趣味，开阔学生的视野。由于课堂教学时间有限，因此应在简单演示教学案例的基础上，精心布置较为复杂的课外任务。
（三） 源程序和软件互补
在数值模拟教学中结合利用软件和程序。软件不是万能的，商用软件所能解决的问题是已在学术界得到充分研究的问题，对于科学研究来说，自己编程是必不可少的。一方面，自编程能更好地理解CFD具体实施过程，对商用软件的理解和使用也是有帮助的。另一方面，自编程序还可以更好地对接科研成果，用于工程流体力学课程辅助教学。
四、结 语
通过上述几个数值模拟实例可以看出，数值模拟过程并不太难，但结果更形象直观。借助计算机辅助手段，在工程流体力学课堂教学中，利用CFD软件及源程序进行数值模拟辅助理论教学， 将理论性较强的内容形象化，可以开阔学生的视野， 激发学生的学习兴趣和创新意识， 加深学生对基础理论的理解。此外，通过对接科研成果，用源程序进行数值实验教学还可以培养学生的动手能力和科研能力，丰富数值实验教学内容。参考文献：
[1]J.H. Ferziger， M.Peric.， Computational Method for Fluid Dynamics[M]. Springer，2002.
[2]张涵信，沈孟育.计算流体力学―差分方法的原理和应用 [M]. 北京： 国防工业出版社，2003.
[3]傅德薰，马延文.计算流体力学[M]. 北京： 高等教育出版社，2000.
[4]张也影.流体力学[M].2版.高等教育出版社，2009.
[5]郑捷庆，邹锋，张军，等. CFD软件在工程流体力学教学中的应用[J]. 中国现代教育装备， 2007（10）：119-121.
[6]何永森，舒适，蒋光彪，等.管路内流体数值计算与仿真[M]. 湖南 湘潭： 湘潭大学出版社，2011.
篇5
【关键词】研究型教学模式 流体力学 数值模拟
【中图分类号】G423 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）17-0042-04
所谓研究型教学，就是以先进的教学理念为先导，运用与教学内容相关的实际问题作为载体，让学生在教师的组织和指导下有目的地、相对独立地进行探索研究，在整个学习过程中，注重在探索和研究的教学过程中激发学生的求知欲和学习兴趣，从而促进学生思维水平的发展，提高学生运用知识解决实际问题的能力。相较传统的教学模式，研究型教学模式更重视学生思维模式和能力的培养，强调教学与现代科技和社会的发展以及学科发展相关联，以此保持教学内容的新颖性和增强学生的创新性；更突出教学与训练方法的科学研究特色，强调师生之间的互动，培养学生的批判性思维与探索精神。
现代大学的职能，特别是高水平的研究型大学，强调教学和研究的相互渗透，在教学活动中，教师的作用是启发、引导、指导学生，强调引导学生探索研究自己感兴趣的未知领域，培养学生的观察、阅读、分析、讨论和推理判断能力，实践证明，研究型教学模式有助于学生积极参与教学过程，激发学习兴趣。
流体力学是知识体系庞杂、以大量实验为基础且对实验技能和实验条件要求较高的新兴综合性学科，也是一门重要的基础课程，它已经发展成为一门深入各个科学研究领域的重要学科，特别是随着航空、航天、航海以及能源利用等行业的发展，迫切需要解决许多有关流体力学的问题，这也极大地促进了流体力学学科的发展。流体力学在动力工程类各专业的课程设置中，起着从《高等数学》、《理论力学》、《机械设计》等基础课程到相关专业课程，譬如《发动机原理》、《流体机械原理》的桥梁作用，也是深入研究热能与动力机械的专业基础课。笔者在流体力学的教学过程中，就研究型教学模式进行了探索和实践，在课程设置中，针对某一授课主题，准备流体与流体运动科学中一系列生动的案例，让学生对生活中这些看似熟悉却又非常模糊陌生的现象有清晰的了解，在教学进行中，以具体实例为研究对象，引导学生利用所学的基础知识，并结合现代的研究手段，进行逐步深入的探讨与研究，并对研究结果进行合理的分析。在整个教学活动中，将现代科学研究方法与内容引入课堂，努力激发学生的学习兴趣，加深对基础知识的理解，培养学生从事科学研究的思维模式和严谨的科学态度，引导学生在主动探索、主动思考、主动实践中发展探索能力、实践能力和创新能力。
一 工程流体力学课程研究型教学模式实施方法
1.研究题目的选择与引入
开展研究型教学，对于研究选题有比较高的要求，既要有一定的工程背景，又要符合课程大纲的要求。由于是课堂教学，受时间所限，研究题目要求清晰易懂，又有一定的科学内涵和深入研究的背景。流体运动的连续性方程是工程流体力学课程中最为重要的内容之一，该部分逻辑性较强，对学生的数理推导能力有一定的要求。在教学活动中，拟结合计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）数值模拟，采用循序渐近、逐步推导、深入分析的教学方法。
为激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，将通过以下两个现象来认识流体连续性方
北京理工大学第十批教育教学改革研究课题
程的物理本质：
第一，黄河壶口瀑布。壶口瀑布，是黄河上唯一的黄色大瀑布，也是中国的第二大瀑布，号称“黄河奇观”，其奔腾汹涌的气势是中华民族精神的象征。那么黄河壶口瀑布是如何形成的呢？
图1 黄河壶口瀑布
第二，乌鲁木齐开往阿克苏5807次列车失事。列车被风吹翻，看似是个笑话，但却实实在在地发生了。2007年2月28日凌晨2时05分，乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车在行至南疆线珍珠泉至红山渠间42千米处时，遭遇13级飓风，风速达到37～41.4米/秒，造成机车后9至19位的后部车厢全部脱轨，导致南疆线被迫中断行车，那么其中的原因该作何科学解释呢？
图2 5807次列车失事图片
黄河壶口瀑布及列车被风吹翻现象中均蕴含着流体动力学连续性方程的物理本质。问题提出后，首先引导学生根据自己对于问题的理解，通过教学过程中的情境创设，利用流体力学基本原理进行理论分析和解释。根据对上述现象进行物理问题简化，提出一元流动连续性方程的推导过程。
设想有一根管道，流体在由入口断面A1、出口断面A2和管壁（三者构成控制面）围成的流域（控制体）内流动，如图3所示。
图3 一元流动连续性方程推导示意图
假设流体是不可压缩的均质流体，意味着流域内的
质量不变，且密度ρ为常数，则 。又
因沿管壁没有流体的流入与流出，有：
得到不可压缩流体流动总流所必须满足的连续性方程：u1A1=u2A2。
由于假设入流断面和出流断面的速度都为匀速（断面平均速度），故这也是一元流动的连续性方程，表明总流沿任意过流断面的流量是相等的。
在这一部分的教学中，强调教师选择教材内容、案例或课题，学生利用案例资料，独立思考，自主发现新知识，掌握内在规律，从现象中发现物理本质问题，从而获得新的感悟。在整个教学过程中，要特别注意引导学生去理解和分析问题，并采用不断提出问题的方式，吸引学生注意力，并激发学生进行深入探索的兴趣。
2.数值计算模拟仿真在教学中的应用
把现代研究工具与理念融入到日常教学中，是研究型教学模式的重要内容和任务。传统的流体力学教学内容与方法，基本上是基于理论的教学，并辅之以部分简单的实验，教学内容比较抽象和单一，不能反映当前流体力学学科发展的趋势。计算流体力学CFD技术，是解决工程中复杂流动的一种有效手段，也是一门新型的独立学科，它以经典理论和数值计算为基础，通过计算机的数值计算和图像显示，从空间和时间上定量描述各种场变量，从而达到对物理问题研究的目的。将CFD数值计算模拟方法和部分简单应用的实际上机练习引入到教学中，既可以开阔学生视野、生动课堂，增强学生对流体力学知识的理解，培养其解决实际问题的能力，又可以激发学生学习流体力学的兴趣，有助于学生养成善于尝试和探索规律的习惯。
为了使学生加深对流体运动连续性方程的理解和应用，在课程设计上，将设计以下CFD算例“喷管内二维流动”，问题的描述如下：空气在一个大气压的作用下通过平均背压Pexit=0.9atm的缩放型喷管。通过对流域的建模、计算和后处理，对本问题进行了流动过程的数值模拟仿真研究。对这一部分教学内容，应该对流场的边界条件、边界类型、湍流模型和计算方法等进行较详细的介绍和讲解。鉴于大学本科教学内容和流体专业知识的限制，可对流场的边界条件和边界类型多做一些讲解，例如速度边界、压力出流边界等；对湍流模型的来源及其应用做简单介绍，而对诸如SIMPLE、PISO算法等仅仅介绍一下怎样选取和使用即可。通过计算可以得到可视化的流动结果（速度矢量图和压力分布图等）。
（a）速度矢量分布图 （b）压力分布云图
图4 喷管内流动的CFD计算结果
将这些计算结果直观地呈现在学生面前，引导学生基于连续性方程的基本物理内涵去对计算结果进行分析，
由速度矢量图可以清晰地看出：在喷管喉口处，速度较大，这是由于此处流通截面积较小。对于喷管内的一元流动，通过喷管内通流界面的流量是相等的，流体的流速与管内通流截面积成反比，因此，在喉口处的速度最大。另外，在计算中，我们还可以通过检查质量流量的连续性来检查通过区域的质量流量是否满足质量守恒定律。通过在软件中进行相关的设置，我们可以看到进、出口质量流量的差异，在理想状态下，进口处的质量流量应该恒等于出口处的质量流量，考虑到计算误差，这一误差保证在总流量的1%即可。
图5 进、出口质量流量的差异
这一部分的教学，要求学生不仅掌握流体力学的基础知识，还要学会利用所学知识去分析工程实际问题。教学中要特别注重引导学生去不断地提出问题，并利用所学的知识去进行解释。这是进行研究型教学过程的关键。另外，如果有条件，最好采用师生互动，共同进行仿真计算和研究的方法。教学和训练方法要表现较强的科学研究特色，注意培养学生的批判和探索精神。
通过前面的教学，使学生对数值模拟这一现代研究手段及研究过程有了初步的了解，达到了将现代研究方法引入课堂的目的。为了更加有效地掌握教学内容，在介绍完数值模拟平台的使用，并对问题进行了初步研究之后，还必须引导学生进一步思考和研究。具体到本次教学，可进一步引导学生去思考课前所提出的两个问题，解释“黄河壶口瀑布形成原因”，以及“列车被风吹翻的原因”。
二 工程流体力学课程研究型教学中需注意的问题
在工程流体力学课程研究型教学中，既要照顾到流体力学课程的基本原理，又要反映现代计算技术在流体力学中解决实际问题的新发展。在教学实施过程中，根据笔者的实践和体会，需要注意以下几个问题：
1.坚持教学与科研相结合
要培养具有创造能力的人才，必须将教学与科研有机结合起来。教师只有通过本专业及有关学科的科研活动，才能加深对本专业本学科的理解和认识，更新教学
手段，丰富知识结构，激发学生的学习和研究热情。实施研究型教学作为一种趋势，已经得到了全球教育界的认可，这种人才培养模式的收效显著、发展前景可观，是一种值得我们研究与使用的教学模式。
2.教学题目的选取和教学过程的实施必须有针对性
采用研究型教学模式进行教学，应以讲解研究方法和研究过程为宗旨。其中题目的选取至关重要，一般来说，题目应来自于工程实际，有工程背景和深入研究的空间。同时也要注意题目不宜选得过于复杂，且与课程的教学内容结合得比较好。在实施过程中，可针对不同专业、不同需要的学生，建立不同的教学体系。例如与流体接触密切的专业，如流体机械及工程方向的学生，设置的CFD 部分理论和上机实验内容可略多。而对于车辆工程、机械设计及工程等普通工程类专业的学生来讲，可少讲理论，主要参与简单的工程实际流动问题的模拟解决实验。上机实验的内容也可以根据专业特点来选定，结合不同专业进行不同的案例计算和分析。
3.进一步确定学生在教学过程中的主体地位
注重在以探索和研究为基础的教学过程中培养学生的研究能力和创新能力。譬如在数值计算中需要正确地设置边界条件和初始条件，合理地选择数学模型，恰当地划分网格和进行迭代计算，最后还需要判断计算结果是否可用，并进行必要的调整和修改。因此，要求学生对问题的发生、发展直至达到平衡的全过程进行认真思考和分析，形成独立思考的习惯和能力。此外，通过改变边界条件或初始条件等因素，低成本、高效率地求得在不同条件下的计算解。因此，数值模拟为多角度、多方位地分析问题提供了进行各种尝试的机会，有助于学生养成善于尝试和探求规律的习惯，树立创新意识。
篇6
【关键词】实验考核体系；实验能力；流体力学实验
实验教学是高等学校教学工作的重要组成部分。高校实验教学应该注重培养学生的实验能力，满足高等教育应用型、创新型人才培养的要求。学生在实验室通过观察、思考和操作，来提高判断能力和创新能力，做到有思想地做实验，自主完成实验任务。实验能力的培养应该配合实验考核来具体实施，文章就此提出了一套旨在提高学生实验能力的流体力学实验考核体系，对实验前、实验中、实验后的各个环节列出了具体的考核方法，主要包括五个考核部分：实验准备、实验操作、实验报告、实验创新和实验考试。
1．实验准备考核
实验准备要求学生在实验前理解实验原理，明确实验要求，熟悉实验内容及步骤，并按照要求言简意赅地编写实验预习报告。通过实验准备培养学生的自学能力，加深对流体力学理论知识的理解。实验教师根据学生的实验准备情况进行具体考核，对实验预习报告打分，对未完成实验准备的学生，取消其实验资格。实验准备考核占实验总成绩的10%，详细评分标准见表1，取所有实验准备考核分值的平均分作为实验准备考核成绩。通过实验准备考核，可以起到两个作用：一是实验准备考核成绩组成实验总成绩的一部分；二是实验准备考核对学生进实验室起到一个筛选作用。
表1 流体力学实验准备考核评分标准
序号
评分标准
分值
1
实验准备充分，实验预习报告规范认真，有预习思考
10
2
实验准备比较充分，实验预习报告规范认真，有预习思考痕迹
8
3
实验准备基本充分，实验预习报告规范认真，但仅是抄书，无思考痕迹 6
4
实验准备不充分，实验预习报告马虎，不规范，无思考痕迹
4
5
未完成实验准备，未完成实验预习报告
在实验准备这一阶段，实验教师需要给学生准备具体的预习资料，包括：学生实验守则，规定学生进实验室需要遵守哪些规则；流体力学实验要求细则，对学生说明参加流体力学实验的具体要求；流体力学分室平面布置图，以便学生了解实验室情况；流体力学实验指导书，主要给学生提供每个实验的具体指导，如：实验目的要求、实验仪器、实验原理、实验方法与步骤、实验成果及要求、实验分析与讨论、实验数据记录表、实验数据计算表；另外，还可以补充说明一下，实验预习报告书写要求、原始实验数据记录要求、实验报告要求书写哪些内容等等。
特别是实验仪器这一块，因为学生事先不熟悉仪器，实验时操作仪器比较困难，所以一定要先让学生熟悉仪器设备，有必要提供实验仪器的说明书。另外，实验教师还可以提供一些经典实验的介绍，如雷诺实验的工作环境，增加学生的学习兴趣。实验教师可以把这些资料编写成流体力学实验指导书，印发给每位学生，还可以把相关资料放到实验室网站上去，让学生自行下载查阅学习。
2．实验操作考核
实验操作考核作为实验教师对学生连续评估的主要形式，在平时实验当中对学生进行观察，并将观察记录作为对学生操作能力的直接评价。实验操作主要考核学生实验操作技能和分析问题、解决问题的能力[1]。实验教师在实验指导过程中，以启发学生思维为主，充分发挥学生的主动性，在学生提问时予以适当指点和提示，主要考察学生的动手能力和排除故障能力。因为这部分考核以实验教师的主观判断为主，所以在实验操作考核过程中要作定性定量处理，以便实验操作考核具体实施。实验操作考核占实验总成绩的20%，具体评分标准见表2。下面简要介绍一下流体力学实验操作考核的过程。
实验开始时，实验教师对每组学生的实验情况进行观察，签字确认。如能量方程（伯努利方程）实验开始时，检查每组学生是否将能量方程实验仪的所有测压管液面调整到齐平状态，签字确认。
实验过程中，实验教师检查学生的实验操作情况。如实验操作时间是否符合要求，实验次数是否达标等等。
实验结束时，实验教师对每位学生的实验原始数据记录进行初步分析，判断实验结果是否符合规律，确保实验质量。引导启发学生分析归纳实验结果，撰写好实验报告。对实验有重大错误、失败或不能完成者，安排其在实验室开放时间重做。
实验结束后，要求学生按要求关闭仪器，清理现场，做好环境清洁工作。实验教师检查每组学生仪器设备整理情况，电源是否关闭，水桶（水杯）水是否倒入水箱中，雷诺实验的有色水阀门是否关闭，桌面是否整理，并作相应记录。
表2 流体力学实验操作考核评分标准
序号
评分标准
扣分值
1
测压管齐平缺认可/次
–0.5
2
测压管测点未达到实验要求/次
–0.5
3
排气泡缺核查/次
–0.5
4
操作时间未达到实验要求/次
–0.5
5
操作次数未达到实验要求/次
–1
6
仪器电源未关、阀门未关水未处理、桌面未整理/项 –0.5
7
实验结果不符合规律/组数据
–0.5
8
没参加实验操作/个实验
–5
注：流体力学实验操作考核满分20分，如在实验过程中，发生上述情况，则扣除相应的分值，扣完为止。
3．实验报告考核
实验报告作为考核的依据，自身存在不足的地方，既不能反映学生的操作技能，不能表现学生动手解决实际问题的能力。即使学生不动手或不作为主要参与者，也可以写出一份较好的实验报告。另外，由于实验报告是在实验室外完成的，可能会出现修改数据的现象，实验教师也很难了解学生对某些问题的理解程度和真实的看法。因此，实验报告需要补充一些主观方面的报告成果，比如实验作业、实验总结等等。实验报告考核占实验总成绩的30%，由三部分组成：实验报告成绩、实验作业成绩和实验总结成绩。
实验报告主要考核学生实验后对所做实验进行的分析和评价，以及撰写报告的能力，达到总结和提高的目的。实验报告成绩满分20分，取所有实验报告分值的平均分作为实验报告成绩，详细评分标准见表3，主要根据实验数据计算是否正确，实验现象分析是否客观完整等评定。对于实验报告其固有的缺陷，流体力学实验报告考核采用数据记录复份，来避免学生修改数据。
表3 流体力学实验报告评分标准
序号
评分标准
分值
1 实验报告规范认真，图表清晰，实验数据计算正确，实验现象分析客观完整，能做较深层的探研，优秀 20
2 实验报告规范认真，图表清晰，实验数据计算正确，实验现象分析比较客观，良好
16
3 实验报告规范，图表清晰，实验数据计算基本正确，实验现象分析基本客观，及格
12
4 实验报告格式规范，实验数据计算不正确，实验现象分析不正确，不及格
8
5 未完成实验报告
实验作业是根据实验内容和实验要求精心设计的，可以加深学生对实验的认识、补充和扩展。实验准备时，教师对将要进行的实验提出问题，引导学生深入思考。学生通过查找资料，操作实验，编写实验报告，将问题引入深层次的探究，然后回答问题。如能量方程实验，提出问题：“测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？[2]”学生进行一系列思考后探究答案。实验作业成绩满分5分，每个实验作业以5分制为标准进行评分，最后求平均分作为实验作业成绩。
实验总结在流体力学全部实验结束后完成。此时，学生对实验知识、技能、仪器设备等都有了真切的体会、深刻的认识，每个人都会有不同程度的收获。学生可以在实验总结中写：实验后的收获和感想，对实验教学的意见和建议，对实验室发展的建设性意见。这些信息反馈给实验教师，可使教师进一步了解学生对实验的真实感受，从而总结出宝贵的经验和教训，改进实验教学方法。实验总结是教师提高实验教学水平的基础。实验总结成绩满分5分，以5分制为标准打分。
4．实验创新考核
实验创新主要培养学生的创新能力。流体力学实验创新分两个方向：学习性实验创新和创造性实验创新。实验创新考核占实验总成绩的20%。
对于那些创新能力比较薄弱的学生，可以从学习别人的已有成果开始，让学生收集现有的实验创新实例，运用学过的流体力学理论知识和实验知识重新剖析，在规定的时间内阐明自己的观点，进行答辩。学习性实验创新成绩满分10分。
对于创新能力较强的学生，鼓励学生在现有仪器设备基础上，进行创新性、设计性研究与探索，组合成为新的实验或量测新的内容，也可以通过电脑进行模拟。实验创新也鼓励改良改进设计实验设备装置。另外，鼓励教师教改项目、科研项目带进实验室，开设综合性、设计性实验，研制开发教学仪器设备，更新和改造旧的实验内容和手段。
开展实验研究可由团体进行，研究的一般步骤包括：确定题目、收集资料、制订研究计划、实验测试、分析与概括、反复论证或实践验证、完成实验报告或论文。学生在教师的指导下，自主选题、自主进行研究性学习、自主进行实验方法设计、开展实验性研究、进行数据统计分析处理，撰写研究性论文和总结报告等工作。实验创新小组向全体参加同学和指导老师介绍实验设计思路、实验过程、创新点等主要内容，并回答同学和教师的提问，由同学和实验教师一起打分考核。创造性实验创新成绩满分20分。
通过实验创新求得学生的发展，教师的发展，实验室的发展。
5．实验考试考核
流体力学实验考核分两种形式：教师与学生的交谈、闭卷考试。实验考试考核占实验总成绩的20%，实验考试成绩满分100分，其中教师与学生交谈成绩50分，闭卷考试成绩50分。
教师与学生的交谈，可以了解学生在实验室获得知识的掌握情况，可以评估学生对知识的理解及口头表达的技巧，以及对实验结果的解释等，具有教高的表面效度。
闭卷考试可以克服实验报告的某些缺陷。流体力学实验考试内容侧重于实验方法与原理的理解，流体流动的某些基本概念和基本原理的认识，静态流动参数测试方法的掌握。
综合流体力学实验五个部分的考核，可以给出完整的流体力学实验考核体系，如表4所示。
表4 流体力学实验操作考核体系
序号 实验考核
比例
分值 备注
结束语：
随着实验课程的独立开设，需要更精确、更契合实际的实验考核方法来适应实验课程的发展建设需要。实验考核要求能够公平合理地评价每个学生的实验成绩，能够对学生实验学习起到较好的引导作用，激发学生的实验兴趣，规范学生的实验过程，提高学生的实验能力[3]。流体力学实验考核体系根据实验教学的过程，对实验前、实验中、实验后各个环节，分别进行具体考核，提出了一套新的实验考核体系。该实验考核体系从实验整体出发，注重培养学生各项实验能力，提高学生综合素质，提倡自主实验来提高学生的学习自主性，通过定性定量的实验操作考核来提高学生的实际动手能力，以实验创新考核来推动学生的创新能力，从而真正提高实验教学效果。
参考文献
[1] 葛年明、周泉.电子电工实验考核方法的改革〔J〕.实验技术与管理，2008(4):146-147，166
篇7
【关键词】流体力学实验 大学物理 实验创新
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0175-02
1.引言
对于理工科院校来说，大学物理实验是一门必修课，同时这门课程具有的实践性也是相当强的，作为大学生接受大学教育关于系统试验方法和实验技能训练的开端，但是，从当前教学工作的开展来看，大学物理实验教学存在不少问题，常见的就有普遍存在“填鸭式”这种单一的教学模式，在教学理念上也没有太大的突破，“验证理论”模式仍然是主导，教学内容上多存在繁多和陈旧的问题，经典性试验所占的比重比较大，而设计性试验的比重较少，课时不足，影响了学生学习的积极性，未能取得理想的教学效果。这一系列问题导致大学物理实验教学质量难以实现质量上的跃进，可见，对实验课程内容和实验体系的改革是势在必行的。笔者以流体力学实验为例，谈谈当前大学物理实验的创新研究。
2.传统流体力学实验普遍存在的问题
2.1实验内容不够丰富，实验课时不足
结合流体力学实验教学来看，主要集中在流体压强测量到流体力学三大基本方程的验证等内容上，这就是大部分属于验证性实验，设计性实验安排不到位，缺乏了综合性实验，阻碍了学生关于创新能力方面的培养和发展，还有一点值得注意的是，当前大学教育仍然没有摆脱重理论、轻实践的弊端，所以实验课程安排的课时是不够的。
2.2教学方法和教学模式未有新破图
受到了我国传统教学观念的影响，在实验教学的过程中，老师通常采用的教学步骤都是讲授-演示-指导-批改实验报告等，而学生就一味地跟着同一个指示来进行实验，缺乏了自己的思考，一旦发现问题，也是请教老师来直接帮忙助理，那么实验课程就会无形中形成了一门应付式的课程。
2.3实验室开放工作开展程度不够
当前高校基本上都开设了关于流体实验操作的相关设备和平台，而高校也普遍存在着这样的一个问题：实验室仅仅对参加竞赛的同学或者一部分教师开放，这样不仅导致设备没有得到有效的利用，还影响了学生对实验设备的认识，所以即使实验设计方案多么理想，也会导致学生因为不能使用设备的问题，而无法进行开放性实验，从而也就不利于学生自主创新能力的培养。
3.完善当前流体力学实验的对策
3.1改进实验内容和教学方法
适当修改目前使用的实验指导书，目的就是将原理方面的内容尽量做到简明扼要；实验操作的步骤不宜过于细致；第一，可以考虑通过增加思考题和小设计来激发学生的学习兴趣，在流体流动方面可以增加压强、液位、流量和流速等方面的测量，让学生能够在宏观的层面上对流体有一定的感知，通知在大脑中也能形成关于流体的基本表征的感知，加强学生对理论知识的学习；第二，增设演示性实验的内容，让学生可以提前对仪器有所认识，从而实现了学生课堂上对抽象概念的感性认识，也有利于区分不同实验的侧重点指出；针对验证性实验来说，研究的重点应当在实验原理、操作技能、数据分析和整理结果上，要求学生能够结合实验基本原理，运用所学到的知识，将实验过程和步骤详细地写出来，设计出数据处理的方法，能够对实验结果进行分析和整理。
3.2改进实验教学的模式
重视学生启发式教学的意义，结合实验目的和内容，通过举一反三的提问方式，为学生提供独立思考的空间，要求学生注意对实验现象的观察，增加对实验规律的分析和总结，而老师也应当在这个层面上进行总结，可以对学生提出更加深一层次的问题来让学生再次思考。
3.3转变实验方式
用设计实验或者综合性实验取代部分实验，让学生能够在实验中将所学的知识充分利用起来，以雷诺实验为例，测量圆管内流过的水体积是利用接水盘的，而水流的时间是通过秒表来测量的，从而再对圆管内水流的速度进行计算。同时，我们可以让学生设计出几个方案，采用不同的方法来对圆管内水流的流速进行测量，例如，通过毕托管和孔板来对流量进行测量等。学生在进行设计方案的过程中一般都会对毕托管、孔板等相关流量计的测量原理和构造产生了解，这在一定程度上又可以巩固自己所学到的理论知识。这样的教学模式对于老师来说，促进了老师对实验的专研素养，业务能力有所提高，对于学生来说，其学习的思维的活跃程度也有所上升，激发了学生的学习兴趣，提高了学生对于新知识的理解能力，让学生可以在独立的空间内进行思考，实现实验的创新。
4.结束语
进行实验课程教学，一方面需要对学生独立解决问题的能力进行培养，另一方面还需要激发学生在学习过程中的学习兴趣，改变过去学生依赖老师的心理，让学生的综合素质可以得到全面的提高。流体力学实验教学在学科学习中的份量不可忽视，其能够将学生的理论知识和实践活动紧密结合在一起，调动了学生的学习积极性，实现创新能力的培养。
参考文献：
[1]虞娇婷，陈都，曹志旭.基于FLASH的虚拟流体力学实验平台设计[J].科技风，2015（05）.
篇8
关键词 专业基础课 教学模式 改革与实践
中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）05-0001-03
专业基础课是在学生掌握一定文化知识的基础上，根据专业需要，把有关知识向深度拓展，从而为学习专业课和从事专业工作提供理论和技术准备。专业基础课教学效果的好坏直接影响到专业课的学习，影响学生的认知水平、自主学习和解决问题能力的培养。进一步限制了学生利用专业知识解决实际问题并创新的能力，不能满足企业和社会的需要，从而严重影响了毕业生在社会上的竞争能力。
专业基础课教学效果取决于两方面：教学内容和教学模式。其中，教学模式是把教学内容传递给人才的主要途径与渠道，主要解决“怎么教”的问题。随着新技术的不断涌现，在专业基础课中涉及的学科越来越多，内容越来越复杂，如何提高专业基础课的教学效果，培养出具有创新能力的应用型人才，是教学模式改革的目的。
为此，本文根据多年的《流体力学》教学经验、结合调查研究，以《流体力学》教学模式的改革与实践为例，探讨了专业基础课教学模式的改革措施。
一、研究方法、思路
1.研究的方法
为了弄清当前《流体力学》教学模式的弊端，首先对已毕业的学生进行了调研，了解流体力学在实践中的应用情况、对《流体力学》在教学方面的建议。然后，根据建议对《流体力学》的教学模式进行改革并实施；最后，调研改革后的教学模式的教学效果。
2.调查问卷的指标体系
调查问卷设立了四个指标：（1）教学内容；（2）教学方法；（3）教学手段；（4）考核方式。其中，教学内容的调查是从《流体力学》中一些公式的来历、运用出发，目的是弄清学生对流体力学教学内容的理解情况，教学内容是否纳入了有关的新理论、新技术、新成果和新动态，是否与实际需要紧密结合。教学方法的调查是学生上课时的态度、课堂气氛等内容，目的是弄清当前的教学方法是否体现了学生的主体地位、调动了学生学习的主动性、培养了学生的创造能力；教学手段的调查是根据学生的试验和实践成绩及对生活中流体力学应用实例的认识进行的，目的是弄清当前的教学手段存在的问题；考核方式的调查内容包括学生的卷面分数、实践与实验成绩、创新能力，目的是弄清当前的考核方式能否反映学生的学习成绩。
二、调研结果与分析
1.教学效果的影响因素
从图中可看出，影响《流体力学》教学效果的主要因素是学生的基础知识、教学方法及考核方式、学生的学习态度、实践与实验环节，分别为30%、22.5%、24%、20.6%，这几种因素可以分别归属于教学内容、教学方法、教学手段及考核方式。因此，《流体力学》的教学效果可以通过教学内容、教学方法、教学手段及考核方式的改革而提高。
2.教学模式的改革与实践
①教学内容的改革与实践
调查结果显示学生基础不扎实、内源性的学习动力不足是影响《流体力学》教学效果的重要因素，对教学内容进行改革势在必行。
针对学生基础不扎实影响教学效果的问题，课题组认为可以从以下两方面进行提高：首先从基础课的教学着手。教学内容上多介绍一些基础课的应用例子，要纳入最新研究成果，使学生认识到基础课的重要性，狠抓学生的学习成绩，夯实基础。其次，专业基础课老师上课时用到相关的基础内容时，要求学生提前复习相关的基础课内容，并在上课时和学生一起复习巩固此部分基础知识，加深学生对专业基础课的理解，使基础知识和专业基础知识密切联系在一起。
针对学生学习对待专业基础课的态度不积极、缺少内源性的学习动力的问题，专业基础课教师在教授专业基础课时，教学内容要不断改革和完善教学内容，将枯燥的专业基础知识及时与反映本学科领域有关的新理论、新技术、新成果和新动态联系起来，始终保持与国内外先进技术水平的同步增长，避免教学内容和实际需要脱节；强调专业基础课在本专业的专业课学习、研究生招生考试等方面的重要性，在学生心目中树立学好专业基础课的必要性；引导学生关注本专业的发展动向，发现专业基础课在生活中、工程中的应用。
教学内容改革的具体做法是：上课前，老师给学生布置收集本节课的应用实例、复习本节课涉及到的基础知识理论，比如介绍“作用于平面的液体压力”一节的内容时，给学生布置复习“静面矩”“惯性矩”等基础知识。与此同时，教师也查阅文献收集实例，并积极开展相关实验。例如，用吸管和塑料瓶做虹吸演示，印证专业基础课理论，丰富课堂内容，活跃课堂气氛，调动学生的积极性；课堂内容也通过工程实例与专业的发展联系起来，拓展专业基础知识与专业课的关系，使学生明白学习的目的与作用。例如，在介绍《流体力学》中沿程阻力与局部阻力部分内容时，可以举出其在《流体输配管网》《暖通空调》等专业课程设计时的应用。
②教学方法的改革与实践
传统“技术性”的教学方法以老师、课本为主，学生处于被动地位，忽略了学生在学习中的主体性，在不同程度上压抑或阻碍了学生的个性发展，扼杀了学生的创造力。教学方法的改革应体现学生在教学中的主体地位、参与作用，教师处于辅助地位，在教学中起指导作用。
在《流体力学》教学中，主要采用了“研讨式”和“互评式”的教学方法。“研讨式”教学方法是讲完某一知识点之后，设计一些难度适当的问题进行讨论，比如，学习了恒定总流的能量方程后，组织讨论“水从高处往低处流”的问题，由于学生群体的年龄层正是处在好奇心和探究热情十分旺盛的阶段，因此讨论比较激烈，既能够了解本节内容、激发学习兴趣，也培养了学生的创新思维能力。在“互评式”的教学方法中，采用作业互批互评或对某个同学的作业进行分析、点评，让学生主动认识到常犯的错误，加深印象，同时在学生中形成比较、竞争的局面，共同增进知识。
③教学手段的改革与实践
学生学习的动力不足、动手能力差的原因之一是教学手段不能与时俱进。当前的学生以“90后”为主，他们生活在网络时代，信息量大、知识面广，喜欢自主展示思想，通过争论和碰撞形成观点，摸索新的思路和方法，不喜欢只依赖课本和板书的教学手段。为此，加强了实践教学、注重多媒体在教学手段的应用。例如，为了提高学生对“卡门涡街”的理解，带领学生科技馆参观，使学生切实认识到流体力学在现实生活中的应用，提高学生学习的兴趣；同时多媒体图片进行展示，使教学内容更直观、更易理解和吸收。在课外，通过网上答疑、作业展示等增加沟通渠道，达到良好的教学效果。
④考核方式的改革与实践
目前，大多采用教考合一的考试模式，内容僵化，期末卷面分数是学生学习这门课的成绩。这种方式不能真实地反映学生掌握专业基础知识的情况，不利于提高教风、改善学风、提高教学效果。
为此，对《流体力学》的成绩考核的内容和方式进行了改革，在试题内容上，去掉了死记硬背的内容，如名词解释等，紧贴实践，形式灵活多变；由于授课过程中采用了提高学生主体地位的“讨论”“互批”等教学方法和手段，学生的成绩不仅仅是卷面分数，应该把学生在课堂讨论中的表现、作业情况作为期末成绩的组成部分。
3.教学模式改革与实践的结果
教学模式改革前后的教学效果如表1。
从表1中看出，通过对教学内容、教学方法、教学手段及考核方式的改革与实践，改革后的教学模式具有以下特点：
（1）提高了学生在专业基础课学习中的主体地位，提高学习的主动性。
（2）提高了学习兴趣，明确了学习目的。学生收集与专业基础知识有关的新理论、新技术、新成果和新动态，能够对专业基础知识的运用有一个全面的认识，提高他们学习的兴趣，明白为什么学习；教师收集资料能够跟上学科、专业发展的前沿，为授课内容注入新鲜内容。
（3）增加实验和实践的比例，加强了专业基础课与专业实践的联系，增强学生的感性认识，突出学生的主体地位，提高了学生动手操作的能力、运用专业基础知识发现问题、分析问题及解决问题的能力，进而提高了他们的创新能力。实验及实践成绩的提高并不显著，主要原因是经费不足、实验设备没有改进，教学环节没有完全与新的教学模式相匹配，综合结果，影响了学生的实验和实践成绩，这也是教学模式进一步改进的方向。
篇9
【关键词】高职教育 流体力学 教学改革 理实一体化 学习工作页
【中图分类号】G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）04-0237-02
1.引言
流体力学是力学的一个分支，在动力工程、城市建筑工程、环境工程、航空航天工程、航海工程、水利工程等领域广泛应用[1]。因此《流体力学》是建筑工程、建筑设备工程、道路与桥梁工程等高职建筑类专业的一门重要的专业基础课。该课程的理论性强，抽象概念多，与数学、物理、理论力学等学科有紧密联系，一直以来都是教师 “难教”、学生 “难学”的一门课程。本文根据该课程在高职建筑类专业中的应用需要，结合目前高职学生特点，从教学手段、理实一体化、教学过程设计、课程考核方式等方面进行教学改革探索，并分析教师和学生角色转换对教学效果的影响。
2.教学中存在的一些问题
2.1学生基础差
随着近几年高考生源大幅减少，全国各省市的高职高专分数线降低至200分甚至更低，由此可知高职教学面对的生源学习成绩较差，数学和物理基础薄弱。因此，学生基础差成为目前高职《流体力学》教学面临的一项重大障碍，但是我们无法改变学生的过去，必须根据目前教学对象的特点调整教学方法，提高教学效果。
2.2 教学手段单一
《流体力学》是一门传统经典学科，教学内容非常固定，于是长年从事该课程教学的教师往往根据自己的喜好，采用一种固定的教学手段。有的教师每次上课都是一本书、一根粉笔，根本不采用现代教学手段，不宜帮助学生理解《流体力学》中抽象的概念或现象；有的教师将教材中的文字转移到PPT课件中照本宣科，学生很快就会在课堂上进入“梦乡”。如此单一的教学手段，势必事倍功半，教师感觉上课很累，学生学习效果也不好。
2.3 教学设计过于简单
大部分教师仍然采用传统的以讲授为主的“填鸭式”教学模式，上课只是为了完成自己的讲课任务，不关心教学效果，不重视教学设计。教学设计只是采用“集中讲授、集中听课”的简单过程。
2.4 考核方式单一[2]
《流体力学》由于其理论性强的特点，传统教学中大多数教师采用单一的期末考试形式评价学生的学习效果。考试从一定程度上确实能反应学生对知识的掌握程度，但不能全面反应平时的学习态度和学习效果，不能反应学生对知识的综合应用能力。
3.教学改革
3.1 教学手段多样化
随着科技的发展，现代教学手段越来越多，多种教学手段的组合可以充分调动学生的视觉、听觉、触觉等各种感官。
（1）PPT课件
PPT课件是目前应用最广泛的一种教学手段，通过PPT可以充分的展示教学的文字内容和图片，并且PPT中的动画设置可以突出一部分教学内容，吸引学生注意力。比如“测压管水头线和总头线”的教学中，可以在PPT图片中设置测压管水头线和总头线用不同的颜色显示，并根据讲解需要自定义线条出现的时间顺序。
（2）板书
板书是最传统的教学手段，但是在PPT广泛应用的今天，板书的利用率在降低[3]。不过，笔者认为如果将PPT和板书结合起来能够发挥它们各自的长处，比如《流体力学》计算题的讲解，如果只用板书需要将题干内容和插图以及解题过程均书写到黑板上，费时费力；如果全部以PPT显示，学生往往很难体会到解题的过程，且长时间看PPT很容易感觉单调分散精力；如果将板书和PPT结合起来，将题干内容和插图在PPT中显示，而解题过程由教师随着讲解按步骤书写到黑板上，既节省了题干书写和画图的过程，又能够通过板书带着学生一步步展开解题过程[4]。
（3）视频
《流体力学》一些抽象的概念或现象，有时仅仅用语言或图片很难生动地描述或展示给学生，比如流线的概念，教师可以借助流线演示实验视频，通过多媒体展示给学生。视频至少播放两遍，第一遍完整播放让学生对实验现象先有个初步认识，然后带着疑问观看第二遍，第二遍播放过程中教师根据需要点击暂停键进行讲解。视频教学手段的应用有效解决了缺乏实验装置无法演示或者学生人数过多实验装置现场演示观看不清的问题。
（4）flas
flas在教学中的应用也越来越广泛，《流体力学》中一些实验现象比如雷诺实验可以做成flas代替视频演示。教师也可以结合本校的实验装置将实验操作步骤做成flas，在学生实验操作前通过多媒体演示，比教师守着实验装置讲解更清晰更生动。
上述教学手段在一次课的教学过程中根据教学内容的需要至少要用到两种，只有不断的变换教学手段，才能够将“爱走神”学生的心思拉回到课堂上来。
3.2 理实一体化
在传统教学中，往往将《流体力学》课程分为理论教学与实验教学两个阶段，一般在学期最后1～2周集中进行实验教学，这种教学方式将理论学习与实验操作隔离开。笔者改变这种教学方式，将理论教学和实验教学融为一体，即将实验教学插入到相关章节理论教学过程中，使学生在实验室同时完成理论知识的学习和实验任务。这种理实一体化的教学方式，可以通过实验现象演示帮助学生理解抽象的理论知识，比如恒定流与非恒定流的演示、虹吸现象演示；通过实验操作和数据处理，帮助学生掌握理论知识的应用，比如将“毕托管测速实验”插入到“能量方程的应用――毕托管测速原理”的教学中，“沿程阻力实验”插入到“紊流沿程阻力系数”的教学中。
3.3 教学设计过程化
教学设计主要是以促进学生的学习为根本目的，运用系统方法，将学习理论与教学理论等的原理转换成对教学目标、教学内容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划、创设有效的教与学系统的“过程”或“程序”[5]。随着对课堂教学的不断反思，“满堂灌”的教学方式已为人诟病。如何避免出现“满堂灌”的教学方式，就需要教师课前进行精心的教学设计，结合教学内容不断调整教学手段，变换学生行为状态，让每一次课堂教学都处于动态变化中，充分调动学生积极性。教学设计要带着“为什么学”、“学什么”、“如何学”、“如何评价”四个问题进行，进而确定教学目标、教学内容、教学策略、评价策略。
教学目标的设定要将传统的以知识为出发点的目标转换为以能力为出发点的目标，比如将“掌握恒定流能量方程”转换为“（1）使学生能写出总流能量方程并复述各项的含义；（2）使学生能绘制总水头线与测压管水头线；（3）使学生能应用总流能量方程解决有关工程实际问题”。
教学内容应根据具体专业的需求进行选取，比如管路的计算在建筑设备工程技术专业应用广泛应增加相应学时比重，而明渠水流应在道路与桥梁工程专业教学中增加学时比重。
教学策略是教学设计的重中之重，是为实现教学目标而制定的、付诸于教学过程实施的整体方案，它包括合理组织教学过程，选择具体的教学方法和材料，制定教师与学生所遵守的教学行为程序[6]。因此，教师应将课堂教学划分为几个阶段，比如“沿程阻力系数”一节内容的学习，笔者将其划分为4个阶段。第1阶段理论讲解综合应用PPT、视频录像、板书等教学手段。第2阶段提出沿程阻力系数如何测定的问题，结合实验装置布置实验任务。第3阶段各小组合作完成实验操作与数据处理。第4阶段抽查1～2个小组进行汇报。在整个教学过程中充分调动了学生的脑、眼、耳、手各个器官。上课前，教师给每位学生下发提前制作好的学习过程工作页，让学生明了每个阶段要做的事情，并认真填写工作页，也方便教师检查每位学生的学习过程。
评价策略就是如何对学生的学习过程和成果进行评价，评价是课堂教学的最后环节，也是重要环节，一个科学、合理、公平的评价策略能充分调动学生的积极性，直接影响教学程序的执行情况。比如把课堂回答问题、完成任务的先后顺序、成果展示等都赋予一定的分值，让“挣分”成为教学过程有效执行的动力。
3.4课程考核方式多元化
笔者采用平时表现（遵守纪律、完成作业、课堂作答等，占30%）+实验操作与数据处理（占30%）+期末考试（占40%）的综合考核方式，对于平时表现和实验操作与数据处理取得相应分值比例95%以上的学生采取免考的方式。通过这种考核方式既能全面检验学生的学习态度和学习效果，又能最大程度上调动学生学习参与性，让其重视学习的过程，这与教学设计的过程化是相呼应的。
4.角色转换
在传统教学中，教师的角色和学生的角色是固定的，教师是讲授者，学生是接受者。《流体力学》教学改革必须率先改革这种陈旧的思想意识，教师的角色应随着教学设计而不断变换，可能是讲授者，也可能是主持者或辅导者或评价者。而学生的角色也在不断转换，可能是实验操作者，也可能是数据记录者或团队代言者或评价者。
教师角色的转换改变教师的传统形象，有利于融入学生，增进师生感情交流，提高教学效果。学生角色转换改变死板学习气氛，有利于增加学习趣味性，培养学生团队意识，提高沟通交流、语言表达能力。
5.结语
总之，《流体力学》作为高职建筑类专业的一门重要基础课程，由于其自身特点和当前高职学生特点，必须不断进行教学改革，通过教学手段、理实结合、教学设计、考核方式等全过程优化，探索适合该课程的教学方法。教学改革必须以学生为主体，以增强教学效果为根本目的，培养学生知识应用、创新、团队合作等综合能力。
参考文献：
[1]白桦.流体力学泵与风机.北京：中国建筑工业出版社，2005
[2]苏新兵等. “应用流体力学”课程教学改革情况和几点体会.中国电力教育，2011（19）
[3]李欣.流体力学课程教学改革探讨.沈阳教育学院学报，2011（04）
[4]陈霞.流体力学教学方法的探讨和研究.科技文汇，2011（09）上旬刊
[5]邓泽民等.职业教育教学设计.北京：中国铁道出版社，2011
[6]（美国）威廉・威伦等.有效教学决策.北京：教育科学出版社，2009
作者简介：
秦纪伟（1984-），男，河南周口人，北京京北职业技术学院讲师，硕士研究生学历。研究方向：建筑给水排水工程。
篇10
关键词：过程装备与控制工程；力学课程；内容优化；教学方法
作者简介：孙铜生（1981-），男，安徽天长人，安徽工程大学机械与汽车工程学院，副教授。（安徽 芜湖 241000）
基金项目：本文系安徽工程大学教学研究项目“过程装备与控制工程专业力学基础课程教学研究与探索”（项目编号：2011xjy32）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0110-02
我国的过程装备与控制工程专业始建于20世纪50年代，前身为化工设备与机械专业，由于其应用于加工制造流程性材料产品即过程工业中，且随着自动控制技术在化工机械中得到越来越广泛的应用，1998年经过教育部批准更名为过程装备与控制工程。该专业目标是培养从事过程装备与控制工程领域的工程设计、安装、检修与科研的应用型高级专门人才，专业基础课及专业主干课主要有：理论力学、材料力学、机械设计、机械原理、电工技术、电子技术、工程流体力学、工程热力学、化工原理、流体机械、化工设备设计、化工容器设计、过程装备控制技术、过程装备制造与检测、控制工程基础等，可见力学类课程在专业学习中起着重要的作用。
一、力学课程在过程装备与控制工程专业中的地位
过程装备根据制造方法不同可分为两类：一类以焊接为主要的制造手段，如塔器、换热器、锅炉等，称为过程设备；另一类以机械加工为主要的制造手段，如压缩机、离心机、泵等，称为过程机器。[1]过程设备一般都承受高温、高压，承压部件的设计与制造是过程设备的关键问题，故过程设备又是压力容器，压力容器又分为低压容器（0.1MPa≤p＜1.6MPa）、中压容器（1.6MPa≤p＜10MPa）、高压容器（10MPa≤p＜100MPa）、超高压容器（p≥100MPa）。为了过程装备能够正常工作，需要其具有一定强度、刚度及稳定性，如果装备的结构设计不合理或选材不当，就不能保证装备的正常及安全运行，同时还要满足经济性要求，这就对理论力学及材料力学提出了更高的要求。过程装备中既有以流体能量为原动力的动力机械如蒸汽轮机、内燃机等，又有以流体作为工作介质的工作机械比如泵、各种塔器、换热器、压缩机等，这些过程装备都是以流体静力学、运动学及动力学为基础的，故工程流体力学对过程装备的设计尤为重要。过程装备的主要目的是为了获得产品，从原材料到产品要经历一系列物理的或化学的反应，这些反应伴随着能量的转换，特别是热能与机械能的转换，而工程热力学的研究内容就是能量的转换规律、提高能量转化效率的途径及能源利用的经济性，故工程热力学是过程装备与控制工程专业的一门基础性课程。可见，力学类课程可为学生学习专业知识和从事本专业的科研、生产工作奠定必备的理论基础。
二、力学课程教学问题及内容优化
1.课程存在的问题
通过对开设过程装备与控制工程专业的部分院校走访及对各力学教材的分析，发现目前专业力学课程存在的主要问题有：
（1）基础课程和专业课程的衔接不好。比如在工程流体力学里讲述了流体动力学方程式及管中流动等，而在流体机械中这些基础知识重复出现；工程热力学中的压气机热力过程及制冷循环在流体机械中也有重复；理论力学中的摩擦在机械设计中也有相关内容，材料力学中的平板弯曲分析理论与过程设备设计中有关内容重复等；工程流体力学中的流体静力学基本方程式、流体在管中流体的连续方程式和能量方程式、流体粘性和牛顿定律、层流及湍流、流体流动的沿程阻力及局部阻力等内容均在化工原理中出现。
（2）力学课程之间也存在内容交叉。比如工程流体力学和工程热力学中都有关于气体和蒸汽的流动、定熵和绝热气流的基本方程式的章节，工程流体力学中的流体状态参数和工程热力学的工质状态参数内容重复；理论力学中的动量矩定理在工程流体力学中重复出现。
综上可见，目前力学基础课停留于教学计划中的自身建设，课程规划缺乏有机协调，课程结构需要进一步优化，避免重复建设和教学资源的浪费。
2.课程内容优化
由于理论力学是学习材料力学的基础，可将将理论力学和材料力学合并为工程力学，工程流体力学及工程热力学单独开设，将专业课中所需要的理论知识全部归并到力学课程中进行讲解，力学课程中的交叉内容按照先上课程先安排的规则进行调整，优化后的主要教学内容有：
（1）工程力学。[2]平面汇交力系；平面力偶系；平面一般力系；空间力系；点的运动及合成运动；钢体的基本运动和平面运动；质点的运动微分方程；刚体转动的微分方程；质点及质点系的动能定理；刚体的惯性力系；动量定理与动量矩定理；虚位移法；轴向拉伸与压缩；剪切的计算；圆轴的扭转；梁的弯曲内力、弯曲应力及弯曲变形的计算；第一、二、三、四强度理论；组合变形及强度计算；压杆稳定性计算。
（2）工程流体力学。[3]流体的基本参数及粘性；流体平衡的微分方程式；重力场中的流体平衡及流体的相对平衡；流体静压强的计算与测量；流体运动的连续方程式；流体运动的微分方程式；伯努利方程式；层流及湍流；管路的沿程阻力及局部阻力计算；薄壁孔出口流；厚壁孔出口流；平面缝隙流体；环形缝隙流动。
（3）工程热力学。[4]热力系统与热力学状态；功和热的概念；热力学第一定律；开口和闭口系统能量方程式；气体和蒸汽的比热容、热力学能、焓和熵；气体和蒸汽的基本热力过程；热力学第二定律；卡诺循环与卡诺定理；孤立系统熵增原理；压气机的热力过程；制冷循环；气体动力循环；蒸汽动力装置循环；实际气体性质及热力学表达式。
三、力学课程教学方法探索
1.理解记忆教学法
教学中发现学生学习过程中存在以下两个问题：
（1）部分同学觉得力学课程太难，书上随便哪一页都可以看到公式，一本书学下来接触的公式基本上都在几百个，便放弃了课程学习。
（2）部分同学认为既然力学就是公式的组合，那么平时上课不需要听讲，考试前把公式背一遍就可以了。其实这两种态度都是不可取的，力学课的公式虽多，但大多数公式都是基于一些基本的定理推导来的，只要理解这些定理的实质就能灵活应用，大多数的公式都可以通过简单的推理得来，所以在教学中要特别注意基本定理的讲解。比如工程热力学课程内容基本是建立在热力学第一定律和第二定律的基础上，在进行热力学第一定律讲解时，首先应从能量守恒原理讲起，能量不生不灭，热力系统存储能量的增量等于进入系统能量与离开系统能量的差值，而热力系统又分为开口系统和闭口系统，因此第一定律表达式有两种形式，难点在于开口系统表达式的推导，只要逐次分析进入系统的能量的组成、离开系统的能量组成及系统储存能量组成并用表达式表示，那么开口系统能量表达式就不难理解了。再如，工程力学中讲解如何提高梁抗弯能力的措施时，结合梁弯曲时的正应力强度条件。因此，不难理解如下措施：第一，选用合理的截面：由正应力强度条件可知，梁的抗弯能力还取决于抗弯截面系数。而材料的重量又取决于梁的截面积，因此可把抗弯截面系数除梁截面积作为一个衡量指标，以达到既提高强度，又节省材料的目的。第二，采用变截面梁：从正应力强度条件可以看出，横力弯曲时，梁的弯矩是随截面位置而变化的，位置不同弯矩的大小不同，在某个截面处弯矩最大，若设计成等截面的梁，只有最大弯矩所在截面处正应力达到许用应力值，材料强度得不到充分发挥。为了减少材料消耗、减轻重量，可把梁制成截面随截面位置变化的变截面梁。第三，适当布置载荷和支座位置：从正应力强度条件可以看出，在抗弯截面模量不变的情况下，最大弯矩越小，梁的承载能力越高，应合理地安排梁的支承及加载方式以降低最大弯矩值。
2.工程实践教学法
力学课程主要任务在于：通过对课程的学习，可提高学生力学基础理论水平，培养学生分析和处理问题的抽象能力和逻辑思维能力，为学生从事过程装备本专业的设计工作奠定必备的理论基础，同时可训练学生在实际工程中的理论联系实际的能力。因此在力学课程讲解过程中，要注重将力学知识和工程实例结合起来进行讲解。[5，6]一方面可以加深同学们对课程的认识，训练并提高从事设备设计工作的实践能力；另一方面可激发同学们的学习兴趣，从枯燥的公式推理中解脱出来，提高学习效率。例如，在进行逆向卡诺循环讲解时，逆向卡诺循环又分为制冷循环和热泵循环，通过理解记忆教学法推出制冷系数和供暖系数分别为：
（1）
（2）
这里，q1为工质向高温热源的放热量，q2为工质从低温热源的吸热量，T1为高温热源温度，T2为低温热源温度。这四个参数在理解时往往会混淆，为什么会从低温热源吸热向高温热源放热？为什么在同一个循环下会有制冷和供暖两种效应？为什么制冷系数用从低温热源的吸热量除循环净功而供暖系数却用向高温热源的放热量除循环净功呢？这里就可以引入空调的实例，夏天时把模式调到制冷上，空调就会吹出凉风，冬天时把模式调到供暖时，空调就会吹出暖风。夏天，室外比室内温度高，室外就是高温热源，室内是低温热源，制冷的原因就在于把室内（低温热源）的热量排向室外（高温热源），这就实现了从低温热源吸热向高温热源放热，同时室内制冷效果就在于从室内吸收的热量的多少，因此制冷系数把q2作为分子。冬天，室内比室外的温度高，室外就是低温热源，室内是高温热源，供暖的原因在于把室外（低温热源）的热量排向了室内（低温热源），同样实现了从低温热源吸热向高温热源放热，室内供暖的效果在于从室外吸收的热量的多少，所以供暖系数把q1作为分子。
3.知识串联教学法
过程装备的设计过程中往往需要把所学力学课程的知识进行综合，在一门力学授课课程中不能与其他力学课程独立，要注意将力学课程知识进行衔接，使同学们对力学课程形成一个整体思维，以便在今后能灵活应用并有机结合力学基本原理来解决工程实际问题。
例如，在工程流体力学中讲解流体静压强的方向性时，可将其与工程力学中的空间汇交力系知识进行串联，先分别把作用在微元四面体上的力向三个坐标方向进行投影，写出表面力方程为：
（3）
而微元体上的质量力为：
（4）
再根据空间汇交力系的平衡方程，表面力和质量力的合力在三个坐标方向的投影都为零，从而可得出在三个坐标方向的压强相等，也即流体静压强无方向性的结论。
四、结束语
力学课程在过程装备与控制工程专业建设中要引起足够重视，教学内容优化可避免重复教学，使学生在有限的课堂中能学习更多的专业知识，在教学过程中要不断探索教学方法，提高教学效果，营造良好的教学气氛，全面提高学生的综合素质。
参考文献：
[1]邹广华,刘强.过程装备制造与检测[M].北京:化学工业出版社,
2012.
[2]北京科技大学,东北大学.工程力学[M].北京:高等教育出版社,2010.
[3]张也影.流体力学[M].北京:高等教育出版社,2005.
[4]沈维道,童钧耕.工程热力学[M].北京:高等教育出版社,2010.
