对流体力学的认识范文

导语：如何才能写好一篇对流体力学的认识，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。

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【关键词】人才培养模式 高层次人才 教学改革 转型

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）31-0233-01

一、引言

流体力学是一门基础性很强和应用性很广的学科，它涵盖自然科学的诸多领域。我校于1980年获得流体力学学科硕士授予权，是全军最早的流体力学硕士点，具有深厚的历史积淀和成果积累，承担了我校气象学、海洋学和环境工程等专业流体力学基础教学培训任务，和流体力学硕士生的培养任务。经过30多年的建设与发展，根据部队人才岗位需要，在人才培养中融合了大气、海洋、军事等多学科理论体系，具备了明显区别于国内流体力学学科的特色和优势，在国际或国内流体力学领域具有较大影响力。随着军队综合性大学训练任务和人才培养模式的根本转型，流体力学作为基础性突出、作用面广、应用性强的专业基础学科，对于培养相关专业高素质新型军事人才的重要性也日益突出。

二、军队转型条件下基础学科如何求发展

在军队改革的关键时期，我校传统的人才培养模式也面临着适应新的转变，教学方法也不断创新[1]，探索有特色的流体力学人才培养新模式，对于提高学科的自身建设和促进人才培养，都具有十分重要的意义。

1.创新教学理念，注重信息化手段的应用。我们针对流体力学学科特点，在人才培养上提出的教学思路是：强化理论基础，注重专业应用，理论联系实际，达到学研结合的目标[2]。流体力学的特点是概念多、逻辑性强、理论上较难理解，但流体力学的很多现象却与生活和生产实际密切相关。在讲授的过程中要理论联系实际，同时将生活中的例子和他们熟悉的概念引入流体力学课堂，利用生活中的流体力学引导学生学会思考。我们以流体力学学科专业网站为平台，建立并正在完善网络教学应用系统，包括教学公告、课程标准、教学计划、学习方法、学习重点、参考资料和一系列微课等信息资源，学生可以在该网站上了解流体力学最新研究动向和研究热点问题，作为知识的拓展和延伸。同时拟进一步完善和学生讨论交流的相关板块，给学生营造一个全方位、直观的信息空间。教学与网络技术的完美结合是现代信息社会中教学手段的根本性改革。通过网络进行教与学的互动，不受空间和时间的限制，是一种社会性、全民性的学习形式，为加强学生的自主学习提供了现实可能。

2.教学方法改革，完善考核评价体系。借鉴国内外高水平院校在流体力学研究生课程教学上的先进做法和成功经验，以“学为主体”的教学理念指导教学方法改革，采用“小班化”教学模式，贯穿启发式、研讨式、研究式的教学方法，因材施教。在授课过程中一方面强化基础理论的教学，打牢基础；一方面渗透实践的环节、前沿的要求、方法的意识。完善考核评价体系，改变传统的单一题目解答的课程作业形式，布置计算模拟和实验报告等相关作业，实现学研结合。建立课程笔试和日常考核相结合的考核机制，注重过程考核，综合评定成绩。笔试成绩属于总结性评价，又称事后评价，信息来源是课程结束后的考试，主要功能是对教学质量作出评价。日常考核属于形成性评价，这是一种发展性评价，注重对学习过程的关注，以及评价结果对教学的反馈，信息来源主要是学生学习过程中的表现、参与和动手能力的考核。对教学内容、组织形式、考核方法、任务设计等课程教学模式实施整体改革，提高学员的科学素质和学习能力。

3.优化研究方向，紧贴部队需求。学科建设与研究生教育是研究型大学建设的重要任务，二者相辅相成[3]。依托流体力学学科，在前期的几个研究方向的基础上，我们紧贴部队的需求和发展，凝练和优化了几个具有鲜明的军事特色和优势的学科方向，形成了舰潜分层流体动力学与海洋环境适应性研究、湍流机理及数值模拟研究等稳定的特色研究方向。建成了军内领先国内先进的现代流体力学实验室，具有先进的实验仪器设备和关键技术，成为我军新型军事人才培养和高水平科技创新的重要实践基地。

4.探索教学、科研和部队实践相结合的培养模式。近几年，我们一直在思考基础学科如何在军校改革的中求机遇、促发展，如何发挥大作用。近两年我们制定了体现流体力学学科特色的最新研究生人才培养方案、包含专业课程标准12门和教学实施计划；以流体力学基础实践平台为依托，开展研究生课程的实践教学，激发研究生的自主创新意识；大力加强研究生课程和教材建设，完成《高等流体力学》研究生教材编写等工作。

在研究生培养计划中，要求研究生学员参加导师的科研项目和参加辅导授课等实践活动。近几年来，本学科培养的研究生学员都参与了导师的科研项目，部分学员还参与了教材编写工作。部分研究生还参加了南海海区海洋调查任务，紧贴部队需求，为以后尽快融入部队适应岗位需要打下基础。我们还积极与国内外高水平院校或科研院所联合培养研究生，为部队培养了许多适应一线岗位任职需求的高质量人才，在研究生创新实践能力方面取得了突出的成绩。毕业的研究生综合素质高，创新能力突出，适应部队能力强。

三、结论

研究生的培养是一个学科点生存和发展的基石，我校流体力学学科在研究生教育方面有着多年的经验，前几辈的老教授和专家为研究生的人才培养付出了毕生的心血，促进了基础学科的内涵建设，使科研层次上台阶、学科队伍创新能力增强、教学成果有效转化、学科文化精神得到传承。在军队院校人才战略工程转型的新形式下，我校传统的流体力学人才培养模式必须面临着适应新转变的改革，探索具有理工大学特色的流体力学人才培养新模式，不仅对于提高学科的自身建设，而且对于促进学科在军事科技创新和培养高质量符合当前军事斗争需要人才方面，都具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]刘全忠，王洪杰，宫汝志：关于工程流体力学课程教学改革的探讨，《教育教学论坛》，2014年第1期：41-42.

[2]关晖，魏岗，曾文华：军队院校流体力学“小班化”教学模式改革的探索与总结，《南京航空航天大学学报》（社会科学版）2015年6月，Vol.17（1）：116-119.

[3]齐昌政，郝书会，赵弘，汪志明：论学科建设与研究生教育的协调发展，《研究生教育研究》， 2014年第3期：66-70.

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[关键词] 军事物流 任职教育 实验教学

影响我军军事物流发展的因素很多，但军事物流管理人才，特别是创新型军事物流管理人才的缺乏却是关键性的，没有人才一切就无从谈起。军事物流管理人才是稀缺资源，更是战略资源。

一、任职教育条件下军事物流管理实验教学的主要任务

现代战争中，军事物流在国防战略和后勤保障中的作用日益凸显，形成了规模大、速度快、距离远、信息化程度高和管理复杂等诸多特点，配送式保障和“无缝隙”保障成为后勤保障的主要方式。军事物流运作环境的改变，为军事物流管理实验教学提出了新的要求。因此，任职教育条件下军事物流管理实验教学的任务主要是使受训的各级军事物流管理人员在实验教学的虚拟现实环境中，研究任职教育条件下制约军事物流保障能力发挥的各种因素，探索提高军事物流保障效能的方法手段。其核心就是创新任职教育条件下军事物流管理理论和技能，有效增强受训人员的管理能力。

二、任职教育条件下军事物流管理实验教学体系的构成

1.实验教学内容

首先是基础理论实验教学。任职教育条件下的基础理论实验教学，应当以多媒体演示和软件辅助模拟为主。其次是技术理论实验教学，军事物流管理应用技术和信息化设备管理技术是军事物流管理技术理论的主要部分。在实验教学中，应积极运用军事物流管理模拟训练器材，给学员提供在实践中学习的机会，通过实际操作演练，学员会主动地理解和体验各种管理技巧，运用所学知识分析、判断、做出决策。最后是应用理论实验教学，这是军事物流管理实验教学的核心，教学过程中应着重加强军事物流管理综合教学软件的研制与运用，运用网络技术，实现各层次管理人员利用同一保障想定方案，进行同步管理活动训练，提高各级受训人员的管理能力及协同意识。

2.实验教学手段

一是岗位体验式实验教学。主要是指教员按照预先制订的教学实施方案，以信息化战争为背景，把实验教学环境设定成军事物流管理活动现场，并赋予受训人员一定的岗位职责，组织其根据给定的约束条件和行动规则，开展军事物流管理工作，提高学员的组织管理能力。二是案例式实验教学。实验教学过程中，要注意通过再现实际工作中军事物流管理的真实事例，让学员在既定的情景中进行体验、分析、决策，从而培养他们独立思考能力和解决问题能力。案例式实验教学的难点是选准案例，提高案例质量，实现教员和学员之间的良性互动。

3.实验教学管理

包括实验计划管理、实验组织管理和实验考核管理。

实验计划管理指根据军事物流管理教学大纲、实验室教学管理规定，确定实验教学内容，合理制订实验计划，并采取有力措施确保计划顺利实施；实验组织管理指明确军事物流管理实验教学的指导思想，选取有效的实验组织方法，确保实验教学过程有条不紊；实验考核管理，可以借助信息化手段，以计算机自动化考核系统为主，人工考核为辅，尽量减少考核过程中人为因素的干扰，充分体现考核过程的公平性和指导性。

4.实验教学保障

实验教学保障要点在于软件设计、硬件配置和教员队伍建设。软件设计要充分体现信息化特点，包括设计开发军事物流管理综合教学软件、实验教学信息资源库、技术设施设备数据库等。军事物流管理的组织过程，就是物流信息在各硬件设施设备之间流转的过程，实验教学中要配置军事物流实训基地、实验室、实验设备和与之相配套的教材。教员队伍建设是实验教学保障的中心环节，软件设计和硬件配置都要围绕其展开，确保任课教员能合理运用各种信息化的教学手段和实验设备，提高实验教学质量。

三、提高任职教育条件下军事物流管理实验教学效果的措施

1.立足军事斗争准备需要，完善军事物流管理实验教学内容

首先要不断吸纳军事物流管理新知识、新理论，特别是信息化程度较高的新技术，深入研究未来信息化战争对军事物流保障方式、管理程序和人员素质的新要求，充实军事物流管理实验教学内容。其次要有目的的设置与岗位任职需求相适应的军事物流管理实验教学内容，可以是独立的训练科目，训练内容要偏重于实际操作、管理等；也可以与部队的训练、演习相结合，既能节省实验教学成本，更重要的是增强了教学效果。

2.紧跟任职教育发展步伐，创新军事物流管理实验教学手段

创新军事物流管理实验教学手段，要遵循以学员为中心，提高其军事物流管理实际应用能力的原则，充分利用各种现代教育技术，如计算机模拟教学系统、虚拟教室技术以及远程教育技术等。教学管理部门要改变“重硬轻软”的思想，在大量配置高性能实验硬件设施的同时，还要加大投入人力、物力，研究新型的实验教学手段。

3.着眼军事教育训练信息化，加强军事物流管理实验教学教员队伍建设

一是建立人才选拔激励制度。真正做到“能者上、平者让、庸者下”，选拔出一批既有学术功底，又有创新精神的教学能手，作为骨干力量，充实军事物流管理实验教学队伍。二是要完善教员队伍结构。包括年龄结构、学历结构和职称结构，建立一支以资深教授为带头人，中青年讲师为主体的拥有较高学历和能力的实验教学教员队伍。三是更新教员队伍的知识技能。担负军事物流管理实验教学任务的教员，除了要掌握传统的实验教学知识技能，还要不断挖掘自身潜力，学习新的知识理论和教学方法，更加适应任职教育条件下的军事物流管理实验教学。

参考文献：

[1]王丰等:军事物流学[M].北京:中国物资出版社,2004

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一、上好绪论课，提高学生的学习热情

绪论是流体力学的第一部分内容，是学生了解该课程的窗口，也是教师教学水平的第一次展示，学生对一门课程的兴趣和认识都是从绪论的讲解中得到的。多讲一些自然界与工程实际中的流体力学现象，而一般的流体力学教材忽视了这一点，或涉及很少。如：大气与海洋相互作用、相互影响形成庞大的流体系，如龙卷风、海啸等现象都属于流体力学的范畴；化工与石油工业上的应用，如石油的运输；流体机械上的应用，如水轮机、汽轮机等；航空和航天中飞行器的某些部件能提供升力如机翼；环境保护上的应用，如泥石流、沙尘暴、熔岩流；土木与建筑上的应用，讲解1 940年美国华盛顿州的塔科马峡谷吊桥被飓风破坏等都涉及流体力学问题，高楼群、冷却塔群等建筑容易发生风的震动涡旋，如与建筑物的结构发生共振，造成严重破坏；交通运输，如轮船、潜艇、高速列车的设计都涉及流体力学问题。流体力学的应用如此广泛，使学生了解到学习流体力学的重要性，学生自然就产生了浓厚的学习兴趣，为学好流体力学奠定了基础。

二、在讲解理论知识时，做到重点突出，避免降低学生的学习兴趣

数学和力学之间的紧密关系在流体力学这一力学分支中得以充分体现，无论是连续性方程还是能量方程的推导，没有扎实的数学功底，流体力学不可能得到很好的提高。只有掌握扎实的数学知识，在公式的推导过程中才不会感到枯燥；对于数学知识基础差的同学很容易在老师的推导过程中产生厌烦心理，而渐渐失去学习流体力学的兴趣，所以在学习流体力学时应备一本高等数学书。

有的教师过分强调知识的严密性和完整性，而忽略了学生的接受能力，把每个推导细节都逐一介绍，学生被弄得糊里糊涂、知难而退。有的教师直接给出公式，让学生直接照背。笔者每次在讲解理论公式之前，首先应强调本次公式推导的一般步骤和重点，用到了哪些数学知识，哪些推导步骤需要掌握的，哪些推导步骤是不太重要的，是只需要记住结论的。如果步骤不重要为什么还要讲呢，因为讲的是理论研究的方法――如何用数学等方法解决流体力学问题，目的是让学生掌握一种处理问题的方法，拓宽学生思路，通过这些方法的介绍掌握定理的产生和适用条件，加深对定理的理解和记忆以及应用。比如说在讲相对平衡的流体的压强分布规律时，我首先告诉学生这个推导应该会，因为这个推导步骤在解决一般平衡流体内部的压强分布规律和平衡流体对固体边壁的作用力问题时非常有用；而在讲动量方程时，强调记住结论并理解公式中各个物理量的含义。这样做到重点突出，学生就会有的放矢的选择性的集中注意力，避免了一个公式推导不理解而导致对整堂课的学习兴趣的丧失。

三、多讲一些实际生活中熟知的例子或重大事件，提高学生的学习兴趣

采用直观有趣的实例来激发学生的学习积极性，在初等教育和中等教育中用得较多，而在高等教育中则较为少见，一方面大学的课程专业性较强，对许多课程来讲，列举出与我们日常生活有关的具有一定深度的一些有趣实例来，并不是一件十分容易的事；另一方面，各门课程均存在着学习内容不断加大而授课时数不断减少的情况，很多教师不愿将宝贵的课堂时间用在列举实例上来。

流体力学虽理论上比较难，却与生活和生产实际密切相关，在课程的讲解过程中，多穿插一些实际生活中的现象，与课本中的理论结合起来讲，可大大提高学生的学习兴趣。比如讲流体的粘性时，比较水的粘性和糖浆的粘性，在讲有旋运动时先讲龙卷风的例子，通过分析现象，理解本质。可以讲一些重大事件，如在讲流体静力学的知识前讲解1 993年青海沟后水库垮坝事件，造成288入死亡和40人失踪，沟后水库突然垮坝失事是由于在设计上有缺陷和施工存在质量问题造成的。还有三峡工程建还是不建所引起的争论，流体力学专家的分析和参与讨论决定三峡工程还是要建。这样使学生感到学好流体力学的重要性和作为一个专业设计人员的应有的责任心。

四、采用多媒体技术与传统的授课方法相结合的手段

多媒体教学越来越得到广泛的应用，其最大优点是形象、生动、具体、直观、易于理解并可加强记忆。在流体力学课程中引入多媒体教学，为这门古老学科开创了新的教学环境，注入了新的活力。

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关键词：工程流体力学；教学改革；大学；专业基础课

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）03-0030-02

“工程流体力学”课程是以高等数学、大学物理、工程力学、工程热力学为基础，集概念、公式、实际应用于一体的一门专业基础课。该课程基本概念抽象，公式结构复杂，实际应用众多，尤其在石油行业尤为突出。石油工业中的许多问题都要采用流体力学理论解决，诸如钻井液循环压力和流速的设计，套管强度的校核，采油过程中油井采出的流体在泵或井筒内的流动规律分析，地面管线的布设，管径设计，管线强度的校核，压差与流量之间关系的确定，输液泵的选择和安装位置的确定，储油罐强度的校核，油品装卸时间的计算，油品和天然气的计量，气蚀和水击等现象的预防等。解决这些问题，要求从事石油工程技术的科学工作者必须具备“工程流体力学”知识，以便在石油工程的建设和管理中更好地发挥作用。为了使学生能够更好地学习掌握该课程的内容，教学环节尤为重要。对如何设计教学环节，本文主要从以下四个方面加以说明。

一、教学由多媒体与板书共同完成

教学板书是教师教学思路的整体反映，是教师在教学过程中引导学生学习，帮助学生理解和记忆，以及启发学生思考的重要手段，是教学过程中不可缺少的组成部分。教学板书以文字、符号、图表等手段将教学内容直接诉诸学生的视觉，丰富了学生的感知表象，有助于学生吸收和掌握知识信息。在授课过程中，笔者把学生对使用板书和多媒体的意见进行调查，90%的学生更倾向于使用板书教学。

由于“工程流体力学”课程，基本概念多、难理解，公式复杂难懂，采用板书边写边讲解，给学生留有足够的时间去理解，去认知，接受起来更容易一些。但是流体本身运动复杂，没有固定的形状，在外力作用下，流体流动状态、流动规律是什么样的，在板书上表达起来可能不够准确，不够形象、逼真；而采用多媒体[1]，将其制作成图片或动画课件，则直观明了，生动具体，给学生在视觉上以新颖的感觉，在头脑里的印象会更深刻一些。比如：讲工程流体力学的发展史，单纯讲授枯燥无味。此时，制作多媒体课件展示给大家， 比如弧线球也称香蕉球，找一个足球明星踢弧线球的视频放里面，边放映边讲解，学生很感兴趣，还学到了知识，同时也激发了学生的学习热情，起到了很好的引导效果。

二、将计算流体动力学软件融入到理论教学中

“工程流体力学”一般采用理论方法、实验方法和数值计算三种方法研究，其中，数值计算就是使用计算流体动力学软件计算[2]，是当今比较常用也比较流行的方法。计算流体动力学（简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD可以看作是在流动基本方程控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定漩涡分布特性、空化特性及脱流区等。CFD方法克服了理论方法和实验方法的局限性，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计算机上做一次物理实验。例如，机翼的绕流，通过计算机并将其结果在屏幕上显示，就可以看到流场的各种细节；如激波的运动、强度、涡的生成与传播、流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有区别。

目前，CFD软件中比较著名的就是Fluent软件。所以可以在教学中使用Fluent软件模拟，给学生展示流动规律和流动结果。例如：冯・卡门涡街，不同形状物体绕流使用Fluent进行模拟，既直观又能清楚地展现流动规律，同时对流体本身产生无限的向往，对“工程流体力学”课程充满了期待和兴趣，为学生以后学习软件打下了基础。

三、实施双语教学

随着我国与世界的接轨，随着世界一体化进程，迫切需要大量精通两种以上语言的人才，作为一种培养国际化人才的有效手段，双语教学势在必行。高等教育作为教育的前沿阵地，也要同国际接轨。双语教学本身就是我国高等教育国际化趋势的客观要求，对高校来讲，可以加强国内高校和国外高校的教学合作，高校之间的合作项目越来越多，有助于国内外专业领域知识体系的统一和完善；对教师来说，可以促进国内高校教师同国外高校教师的学术交流，国内高校教师可从中了解到很多世界前沿知识，并有效地传递给学生；从学生自身来看，打破了语言障碍，学生能够在专业技术领域内较好地将母语和英语这两种语言之间根据交际对象和工作环境的需要进行切换，有效地开展交流与合作，并且多掌握一种语言，就多了一份生存的手段，多了一份了解外部先进世界的途径，多一份机会。双语教学不仅可以培养学生运用外语解决实际问题的能力，而且有利于学生学习、掌握、精通一门外语（主要是英语），能够多一种思维方式，学会从多种角度，用不同观点看问题，进而提升竞争能力，同时也为培养“复合型”人才奠定了基础。

现今实施“双语教学”，既符合与时俱进的要求，又能够提升教学水平，这意味着在教学中实施“双语教学”势在必行。在“工程流体力学”专业基础课教学中改变使用单纯母语（汉语）的教学方式，将外语（主要是英语）运用于其教学的全过程之中，使之与母语教学互相融合、互相促进，既体现专业基础课教学的特色和针对性的同时，又能够全面提高学生的外语应用能力和综合素质，使教学更好地适应新世纪人才培养目标的要求。在“工程流体力学”教学中推行双语教学，使学生在双语教学课堂中提高英语水平，学会用英语表达专业知识，继而过渡到用英语去思维、求知、交流，以便熟练地用外语来解决实际问题。这种教学模式既符合经济迅速发展对涉外人才基本素质的要求，也符合大学各专业交叉融合的发展方向，是教学改革的重要内容。

根据“工程流体力学”课程的特点，在其教学中可以使用综合型教学模式。即对一些基本概念、基本理论，比较好理解的，可以采用浸入型；而对一些公式的推导，专业性比较强的，难于理解的采用过渡型。另外，将一些流体发展的历史、实例用多媒体教学手段进行授课，达到直观的效果。

四、注重实验环节

“工程流体力学”也是一门实验科学[3]。很多流体力学理论都是以实验为基础建立起来的，理论分析得出的结果需要通过实验来验证，而实验的进行又需要用分析得出的理论来指导。因此，实验是“工程流体力学”课程的重要组成部分，是必不可少的教学环节。它不仅是为了验证理论，有助于学生学好流体力学，而且是培养学生进行科学研究、提高独立工作和创新能力的重要环节。

随着大学教育的普及，受教育的人数迅猛增长，而实验教学设备与人数增长不成比例，导致教学和实验的间隔周期较长，使得实验前，有些学生并没有做好充分的准备，并且缺乏必要的理论复习，对即将做的实验相关知识没概念，致使理论和实验严重脱节，实验效果不佳。但是对学生的考核仅仅是一份实验报告，导致有些报告抄袭严重，甚至有些学生做实验，看别人怎么做就怎么做。这样，学生的动手能力、实践能力怎么能培养出来？更不用说培养学生的创新能力和发散思维。实验课是教学的必要环节，也是重要环节，不容忽视。

1.实验前，回顾与实验相关的知识点，让学生在短时间内了解本次实验和相关理论，这里的相关理论不是本实验的结论，实验结论应该由学生通过做实验总结出来；也可以将本实验过程录制成一段视频，让学生提前看一下，熟悉一下实验过程，视觉在人心中留的印象会更深刻一些，做到心中有数，这样真正自己动手做实验就不会茫然。

2.由于时间和设备的限制，实验只能就某一种情况进行操作，对其他条件变化时会有什么样的规律不能面面俱到，这时在实验教学中应用计算流体动力学软件演示也会收到很好的教学效果。所以，计算流体动力学软件不仅在教学中，在实验中的作用也是显著的。

3.在实验课教学改革的同时，实验课考核的方法也应该相应地加以整改。通过纯粹的书面实验报告和出勤率进行考核，学生互相抄袭，敷衍了事，实验做完后真正的原理还没弄明白。为了避免此类情况的发生，一方面，考核每个学生亲自动手做实验，边做实验边讲解，不仅能够锻炼学生动手的实验能力，语言表达能力相应地也有所提高，为此应该增加实验教师的人数；另一方面，除了增加实验课在最终成绩的比例（10%）外，还要在期末试卷中增加实验内容，以检验学生对实验的理解能力和掌握情况。

为了使学生能够更好地掌握“工程流体力学”课程的内容，教学需要改革，这就要求当代大学教师不断地尝试、不断地探索新的教学模式，充分调动学生的学习热情。本文针对“工程流体力学”这门专业基础课程的特点，提出了几点教学建议，希望对工作在一线的流体力学教师有点帮助。

参考文献：

[1]于靖博，张文孝，李广华.工程流体力学课程教学改革与实践[J].装备制造技术，2011，（11）.

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Fluid Mechanics Course Teaching Design

Based on Virtual Experiment Platform

GAO Junxia

（Department of Mechanical and Electrical Engineering， Tangshan College， Tangshan， Hebei 063000）

Abstract Fluid mechanics courses for abstract concepts， theories and strong， fluid movement and the lack of student perceptions of the characteristics of the fluid dynamics of virtual experiment platform designed to integrate into the classroom session， with pictures， animations and other media means and application of knowledge engineering background to explain the point， explain the physical meaning of the concepts and formulas， and combine classroom teaching with virtual experiment teaching， not only preview to help students hydrodynamic theory and the basic operation of the experiment， but also makes the students' theoretical and experimental phenomena inherent in a more thorough understanding， further enhance the overall quality of students and so the effect is obvious.

Key words fluid mechanics； virtual experiment platform； teaching design； classroom teaching； experimental teaching

1 流体力学课程改革现状

由于流体力学概念抽象、理论性强，学生对流体运动又缺乏感性认识，流体力学课程历来被认为是学生难学、教师难教的课程之一。为了讲清概念、交代众多公式的来龙去脉、介绍丰富的工程背景和应用知识，流体力学授课需要大量课时，这与目前国内提倡的教学改革缩减理论授课课时相矛盾。不加强基础理论和工程应用知识难以提高教学质量，局促的课时除了教会学生做题、应付考试外没有多少时间讲解其他内容。如何更好地处理少课时与大教学量之间的矛盾，国内不少高校进行了此方面的改革，比如研制流体力学多媒体电子教案，加大网络教学资源等等弥补课时的不足。这些措施对于课堂教学帮助很大，但均无法替代实验教学，无法帮助学生更加深刻地理解理论、应用理论。而在实验教学中，实验教师的教学重点却是教学生如何操作仪器，如何记录处理数据，而不会关注于让学生知道为什么要“那么做”。因此课堂教学内容与实验教学内容之间缺乏有效的衔接与沟通，导致很多学生只知如何做实验，而不知为何做实验。

目前，关于虚拟实验室设计开发的案例也很多，但多数集中于研究如何使其更好地辅助实验教学，而对于将虚拟实验系统与课堂教学相结合进行教学设计的研究相对较少，唐山学院机械设计制造及其自动化专业流体传动课程组教师针对此种情况，开发了基于Flash的流体力学虚拟实验平台，并将之与课堂教学相结合，进行了基于虚拟实验平台的理论教学与虚拟实验教学相结合的教学设计与探索。

2 基于Flash的流体力学虚拟实验平台简介

用Flash做动画比较灵活，如表现运动机理、物理过程、动作分解等，也可编程。流体力学虚拟实验平台基于Flash语言而编制，主要是为建立一种创造和引导模拟实验的交互环节，通过与实验教学教师接洽，利用Flash将实验设备虚拟化，并用动画的手段将实验现象演示出来，学生根据需要选择实验项目。以“动量守恒实验”为例，在虚拟实验平台上运行该实验，界面如图1所示，既可以通过“原理”标签学习实验原理，同时还可以观测到动量守恒实验现象的动态演示。虚拟实验可以让学生熟悉实验流程、处理一些常见的难点问题。学生如果需要，也可以不厌其烦地反复练习，直至熟悉掌握实验操作技能。

3 教学设计与实践

教学的目的在于使学生真正掌握应知应会的内容，并且获得能力上的锻炼和提高。下面以唐山学院机械设计制造及其自动化专业流体力学课程教学为例，简介基于虚拟实验平台的流体力学课程教学设计。

3.1 基于虚拟实验的研讨式教学

首先教师带学生一起温习中学时的动量定理内容，而后提出疑问：当介质不再时固体，而是液体时，动量定理还适用吗？如何用？以启发式教学思想为基础，在教师的引导下启发学生积极主动地思考问题，并在同学之间、师生之间进行相互交流和互动式思考和学习，进而公式推导获得动量方程，而后利用流体力学虚拟实验平台演示动量守恒实验过程，请学生根据实验观察，讨论分析该实验的验证原理。这种将课堂教学与虚拟实验教学相结合的方式，不仅帮助学生进行了流体力学实验的预习，而且使得学生对实验现象和实验数据处理的理论理解得更加透彻深入，提高了学生的思维能力和对一些重要概念的理解力。

3.2 操作训练与思维训练相结合

沿程阻力损失的计算是流体力学课程的教学重点之一，而其中的沿程阻力系数的正确选择尤其关键，同时这里也涉及到一个很著名的实验：尼古拉兹实验。唐山学院机械设计制造及其自动化专业流体力学课程的理论授课教师和实验教师并不是同一人，该课程有6学时实验，其中一个实验为“沿程阻力系数测定实验”。在最终的实验操作考核中，理论授课教师通过观察学生 “沿程阻力系数测定实验” 实验操作过程，发现学生操作很熟练，记录数据整齐认真，并且很快地利用实验指导书中给出的层流状态下的计算公式算出了沿程阻力系数的数值，但其中存在一个问题被学生忽略了，即根据计算的结果核实是否真正是层流流动状态。如果阀门开度合理，大部分同学的结果应该是可信的，但是任何实验过程中，均无法排除一些其他人为因素。操作技能训练的同时，学生并未注意到分析并解决问题的严密性，思维训练未达到与操作训练同步。

将虚拟实验平台引入课堂教学后，授课教师在学生们完成此实验项目后，再次在课堂上演示实验过程，并将两组往届学生的实验考核记录数据（一组数据正常，一组异常）以及得出的沿程阻力系数结果记录在黑板上，教师提出质疑，即该实验能否反映Re与尼古拉兹实验曲线的内在联系？因是小班授课（共28名学生），将全班学生分成7个小组，在讨论中，学生反复研究教材内容，推敲实验数据，最后几乎每个小组都得出了较全面的结论。此种方式的开展，比填鸭式的反复做题强化训练得到的学习效果好很多。

如果授课教师在教学设计中能够充分利用虚拟实验平台，则教学效果可大大提高，学生收效显著。

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关键词：《流体力学》课程；实验教学；教学改革；建筑环境与能源应用工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0225-02

一、前言

我校的学生培养定位是：“立足内蒙古，面向全国，服务国家基础工业和地方经济建设，培养岗位适应性强、工作作风踏实的应用型人才”[1]。

建筑环境与能源应用工程专业的培养目标是：“适应社会主义现代化建设需要，德智体全面发展，基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新意识和工程实施能力的建筑环境与能源应用工程专业应用型高级技术人才”。毕业生能够从事工业与民用建筑室内环境与暖通空调、通风除尘、采暖供热、燃气供应、建筑给排水等公共设施系统、建筑热能供应系统的设计、安装、调试、运行、管理以及建筑自动化系统的方案制订，并具有初步的应用研究与开发能力，能够在设计研究院、建筑工程单位、物业管理公司及相关的科研、生产和教学等单位从事技术与管理工作。

《流体力学》是建筑环境与能源应用工程专业的一门主要技术基础课，也是我校重点建设课程之一，是该专业工程技术人员必须掌握的知识。同时，该课程也是我校环境工程、热能与动力工程、矿物加工工程、采矿工程、机械设计与自动化等工程专业必须开设的课程。通过本课程的学习，学生应掌握流体力学的基本概念、基本理论以及水力计算的基本方法。流体力学实验是流体力学课程的重要组成部分，流体力学实验是发展流体力学理论，验证流体力学假说，理解流体力学现象，解决流体力学工程问题的一个重要手段，该课程实验教学质量的好坏影响到学生对知识的了解和掌握，以及动手实践能力的培养，甚至影响到他们就业后对专业知识的灵活运用。

二、当前实验教学存在的问题

1.实验教学现状。流体力学实验是《流体力学》课程的重要环节。实验基本目的要求是：使学生观测流动现象，验证所学理论，掌握实验的方法和操作技能，训练学生整理实验资料、编写实验报告的能力，培养学生严格的科学作风。目前我校《流体力学》课程开设的主要实验项目有：雷诺实验、伯努利方程验证实验、圆形管道沿程阻力实验、圆形管道局部阻力实验、一元流动量方程验证实验、气体紊流射流实验等[2]，全部是传统的验证型实验，由于实验室房间、实验器材、指导教师人数等方面的条件有限，综合型、设计型实验不能开出。不同专业、不同学时的《流体力学》课程的学生进行完全相同的实验。在实验课堂上，实验指导教师从实验原理、实验目的、实验仪器设备、实验操作步骤、实验注意事项、实验报告格式要求等方面进行讲解，之后学生分组进行实验操作，观察实验现象，采集实验数据，出现问题在指导教师的指导下进行处理，教师根据实验报告的书写完成情况和质量来评定成绩。虽然实验项目开设的比较全面，基本覆盖了课程的主要内容，也有利于增进学生对理论知识的理解，但没有激发学生的积极性，学生做实验的主动性和热情没有体现出来，只是被动的完成了实验教学过程，不能培养学生的创新性。

2.实验教学效果。近年来伴随着我国教育体制的改革发展和招生规模的扩大，给学校的发展带来了机遇，使学校的发展取得了长足的进步，但不可回避的是学生质量在不同程度上有所下降，基础知识不很扎实，给后续教学工作带来了困难，也是摆在全校师生面前的难题。另外还有相当一部分学生是通过调剂专业而来的，不是他们所钟情和喜爱的专业，因此，学习积极性也不高，疲于应付，学习目的不明确，态度不很认真，缺乏学习的热情和动力，只求考试及格过关了事，流体力学实验课的学习也是如此。

近年来，学校也做了很大努力，在改善实验条件方面投入不少，但由于学生人数众多，实验仪器设备台套数较少，实验小组人数偏多，亲自动手操作的次数不是很多，感性认识不够，尽管实验指导教师想尽一切办法，尽可能多的创造机会，但收效甚微，实验效果不理想，有的甚至连最基本的测试仪器，如毕托管的工作原理、使用及注意事项等都不清楚。另一方面，由于小组人数多，实验测试数据相同，实验报告抄袭现象严重，没有进行数据的处理、分析、结果的讨论，因此对实验的感悟不深，对所学理论知识的理解、体会起不到作用，同时给实验成绩的考核带来了不便。

三、课程实验教学改革内容

1.实验课的地位。实验是《流体力学》课程非常重要的组成部分，但是在教学实践中，往往更多强调的是理论的重要性，而忽视了实验对流体力学理论学习的帮助。因此要充分重视流体力学实验的地位，实验在流体力学教学中和理论课具有同样的重要作用，流体力学实验是验证理论、数值计算结果的唯一途径，是学生获得流体力学感性知识的主要方法，有利于学生对抽象知识的深入理解，促进学生进一步思考，培养他们的扩散思维，调动他们学习的积极性。另外，要树立重视实验教学、热情服务学生的观念。首先要重视实验室建设，无论从政策倾斜还是人力、物力以及资金投入等方面都予以高度重视；其次要尊重实验教师的地位和实验教师的劳动，吸引具有一定操作技能和设计构思能力的教师充实到实验教师队伍中。

2.优化实验教学内容。《流体力学》是建筑环境与能源应用工程专业的技术基础课，其内容贯穿了建筑环境与能源应用工程专业的所有领域，如采暖供热中的热媒介质（水）的流动，空调工程中空气、冷冻水、冷凝水的流动，通风除尘中空气以及粉尘粒子的流动，锅炉中的烟气、水、蒸汽、粉尘粒子的流动等，所有这些流动的参数测试分析类似于流体力学实验，因此流体力学实验应该与工程实践紧密结合。而目前《流体力学》课程开设的实验全部是传统的验证型实验，也是非常经典基础的实验，虽然实验项目开设的比较全面，基本覆盖了课程的主要内容，也有利于增进学生对理论知识的理解，但是，和专业工程实践脱节，联系不密切，学生学习的兴趣和积极性不高[3，4]。

在完成传统经典基础验证型实验的之后，指导组织学生自行完成一次设计研究型实验，把原有单一的实验内容组合到新的设计实验中，如具有一定规模的管网设计实验，并对设计管网系统进行运行调试，分别测定不同工况下的运行参数，如流量、流速、压力等，这样既把流体力学知识和专业课的知识结合在了一起，由于是按照自己的意愿设计的实验，因而增加了学生的学习兴趣，又提高了学生的操作运行技能，同时，在解决出现问题的过程中，使学生学到的知识得到了综合应用。因此笔者以为，传统经典基础验证型实验固然重要，可以使学生所学知识得到加深巩固和理解，综合型设计性实验则是对学生综合能力得到锻炼和提高的有效途径。在实验教学过程中，优化现有实验资源，在完成传统经典验证型实验的同时，加强了设计性实验的开出。

3.教学手段与方法。为了达到应有的实验教学效果，在实验教学过程中，要打破传统的实验指导教师讲解学生听的模式，指导教师与实验学生采取互动的形式，共同探讨实验的目的、意义、背景、对应知识点以及和相关知识的联系、完成实验测定的技术路线等，使学生处于主体地位，积极参与，主动进行。方法可以灵活多样，教学手段可辅助以教学录像、多媒体等，对于实验过程中出现的问题应让学生互相讨论，从中获得答案，指导教师予以补充。实验成绩的考核不拘泥于实验报告，应根据学生对实验目的意义的感悟、对知识联系的理解、实验动手操作、问题分析讨论、实验报告质量等综合评价[3，4]。

四、结语

《流体力学》是建筑环境与能源应用工程专业的一门主要技术基础课，也是我校重点建设课程之一，同时也是环境工程、热能与动力工程等专业必须开设的课程。流体力学实验是该课程非常重要的组成部分，实验不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以有意识的培养学生观察事物的能力、分析解决问题的能力和相互协调合作的能力。因此要转变观念，重视流体力学实验教学，整合流体力学实验资源，进一步补充完善实验教学内容，改革流体力学实验教学方法和手段，不断研究流体力学实验发展趋势，不仅要使学生完成经典基础的实验项目，更重要的是要放手让学生开发设计型、研究型实验，突出学生的主体性，提高学生学习的主动性和创新性，使每一个完成流体力学实验的学生从中得到锻炼和提高，为培养综合型建筑环境与能源应用工程专业人才奠定扎实的基础。

参考文献：

[1]内蒙古科技大学教务处组.内蒙古科技大学本科专业培养方案（2014版）[Z].

[2]陈俊俊，李义科，牛永红，庞S佶，刘素霞.新版《流体力学》课程教学大纲修订及思考[J].科学管理研究，2011，（2）.

篇7

关键词 流体力学 工程实例 教学模式改革

0引言

“流体力学”课程是工科专业的一门重要的专业基础课，综合了张量、场论、复变函数、数值方法等数学知识，在水利、土木、建筑和热能等工程技术领域中都涉及许多流体力学问题。目前许多高校教师在讲授该门课程时还是采用传统的以教师为主导的单向传授方式，课堂中注重基本概念的讲解和公式的推导，课堂教学与实验教学环节联系较弱，导致学生学习过程中对所学知识点理解不够深刻，逐渐失去了学习兴趣。因此此次教学模式改革提出以工程实例为导向，在授课中采用工程案例分析、增加实践环节和第二课堂等综合形式教学模式，培养学生的学习热情，调动学生积极性，提高学生分析问题和解决问题的能力。

1教学改革思路

第一，由于在流体力学教学过程中，知识点比较抽象，学生难理解。因此，打破以往“满堂灌”式授课方式，针对某些重要知识点，首先教师课前布置任务，学生初步了解课堂内容，培养学生的发现问题和主观学习能力。在授课过程中，教师针对课堂讲授的内容，运用多媒体教学方式，向学生展示图片、视频、动画等信息，比传统方式更直观、更容易被学生接受，与传统板书教学方式相结合，优势互补，尤其对于推导繁琐公式，教师运用多媒体方式可以强化学生的理解。并且，教师应注重理论联系实际，通过工程案例分析和讨论等方法，讲授某些特定知识点对应的工程问题，培养学生学习流体力学课程的兴趣，激发了学习的主观能动性，加深学生对该课程内容的理解和认识，激发学生学习热情，培养学生分析流体力学问题和建立相应模型和分析计算的能力。学生通过工程案例分析，可以理解不同流态流体所对应的工程背景及其理论基础，利用课堂所学理论知识总结其流动规律。课中针对某重要知识点，教师布置相关综合训练内容，学生自主完成综合报告，在此过程中学生能够充分理解相关知识点，建立知识体系，掌握该知识点在实际工程中应用，并能够在实际生产生活中合理运用该知识点。另外，对于某些特殊的知识点，教师还可以从学生的生活经验出发，列举生活中的流体力学问题，联系生活进行讲授，具体内容为：

第二，通过理论与实践相结合的方式，在保证课堂教学的基础上，采用多种形式的实践活动，增加实验教学环节。实验教学是理论与实践相结合，是培养学生创新能力和工程实践能力的重要环节，巩固所学基础理论，能够帮助学生更好地理解理论知识，培养学生实践动手能力。在学校工科专业，实验教学显得尤为重要。在实验的教学过程中，为使学生更好地掌握重点和难点，加深学生对实验操作技能的掌握，采用“教”、“学”、“做”相结合的教学方法，以精讲多练为主。在实验操作之前，让学生理解实验流程中的每一步骤，培养学生发现问题和解决问题的能力，对知识的重点和难点有进一步的理解。此外，在实验教学环节中，重视培养学生创新能力，鼓励学生创新，为学生提供创新空间。学生通过工程流体力学实验，直观明了地观察不同流态的流动现象，量测不同流态的流动参数，分析其流动特点，再与理论相结合总结流动规律，培养学生的学习兴趣，激发学生学习的主观能动性与创新性，为学生将来更好地投入工程实际奠定基A。

第三，采用工程性质形式的试题帮助学生掌握知识点及其应用。同时，授课时增加课堂对话、采用互动式教学方法，及时了解学生掌握情况并对课程教学内容进行调整。另外，开设理论学习和实践操作的第二课堂，充分调动学生学习的积极性，并加大课外作业量，使学生通过作业消化课堂教学内容，每次作业批改结束后，通过习题课帮助学生辨析原理理解的误区、概念混淆之处等习题中出现的问题。任课教师定期进行教学研讨，对教学中的难点、重点进行讨论，群策群力，寻求好的解决方法。平时注意收集教学中的难点、重点问题，组织老师进行研究，在教学研讨时集中交流。

2教学组织过程

2.1课堂讲授

以学生为中心，以教师为导学、助学为主，利用工程案例分析、生活实例和小组讨论等形式，激发学生学习参与热情与积极性。课前布置工程案例分析，学生自行查阅资料，课堂上分组讨论，引导学生提出问题、分析问题、解决问题，培养学生主动获取已有知识和创造新知识的能力。以工程问题为主线，提出与之相互对应的课程内容，进而解释课程内容的性质、原理以及适用条件，总结解决此类工程问题的方法和规律，使得学生对于知识点内容的理解更加生动具体。

2.2增加实践环节

本专业流体力学课程共64学时，此次教学模式改革准备通过理论与实践相结合的方式，融入实践教学环节。传统体系中实验环节为辅助教学部分，各实验互相独立，综合性不强，造成学生被动学习，学生学习积极性较差。目前学校拥有两个流体力学实验室，不仅可以开展流体力学基础演示实验，学生还可以动手参与伯努利方程实验、毕托管测速实验等相关实验。在实验操作过程中，结合工程中流体流动问题，学生能够更加直观明了地观察到流体处于不同工程问题中所对应的流动现象和规律，量测不同流态的流动参数，进而结合课堂讲授的内容验证实践结果。同时，教师应为学生留有一定空间，学生可以在充分理解所需知识内容的基础之上，开展创新型实验设备的设计，这一过程充分调动学生科学研究热情，突出培养学生创新意识，教师引导学生提出问题并解决问题，培养学生科学严谨的逻辑思维及创新能力。

2.3第二课堂

流体力学课程包括流体静力学、流体运动学和流体动力学三大部分，课程讲述内容较多。针对这种知识内容多而学时短的情况，此次课程建设增加理论第二课堂和实践第二课堂。对于理论学习第二课堂，学生可通过微信或QQ等网络通讯工具，随时给授课教师留言或在线沟通，说明不懂的知识点，教师可以在网上给予学生详细的解答，既利用了课余时间答疑，又为同学提供了方便，同时又解决了课程学时的限制，极大地调动学生学习的积极性。实践第二课堂主要体现在实验室全天开放制度，在保证学生一定数量的前提下，学生可提前预约做实验。这样学生就有充足的时间来完成实验过程，既丰富了学生的课余生活，又充分地培养了学生自己动手的能力。

2.4增加综合训练

针对重点章节知识点，如伯努利方程、N-S方程等，结合工程案例，教师布置综合训练任务。学生通过上网、借阅相关书籍，获取相关资料并独立深入学习分析，再与小组成员讨论，集思广益，进而理解工程案例中方程应用原理，并与所学理论知识相联系，掌握相关知识点及模型建立方法，集中答辩汇报所学知识内容和实验数据。通过综合训练，学生可以构建相关知识体系，并联系工程实际，将其融会贯通，真正实现“理论联系实际”。在此过程中，也培养了学生团队合作、人际交往、自主探究、分析问题、解决问题及应用实践的能力。

2.5考核方式改革

对于流体力学课程考核方式，应注重教学过程中的质量控制，主要采取课堂考核、实验考核和期末考核相结合的形式，加大平时成绩所占比重，课堂考核主要包括工程案例分析大作业、课堂考试、出勤和课堂提问等形式；实验考核以培养学生动手能力为主，重点考核学生的实践操作能力和创新能力，如能设计出工程方面的创新型实验装置可以加分；期末考试就是学生的卷面成绩。

3结语

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关键词：气液，两相流，流型，流型图

 

0.引言

气液两相流的宏观运动规律以及它与其他运动形态之间的相互作用是两相流体力学的主要研究内容之一。 两相流流型是两相流的结构形式，对于流型形成机制及其特点的认识，是两相流的机理及其规律研究的重要组成方面，同时也直接关系到对两相流学科中其他问题的分析研究。

1.气液两相流流型的分类

目前，研究和应用中涉及的气液两相流大多数是管内流动，因此下面的讨论主要针对气液两相管流进行。在气液两相流流动过程中，由于气、液两相均可变形，两相界面不断变化，从而两相介质的分布状态也不断改变，流型极为复杂。同时，流型还与管道尺寸、管截面形状、管道角度、管道加热状态、所处的重力场、介质的表面张力、壁面及相界面间的剪切应力等因素有密切关系。不同的研究者，从不同角度对流型进行研究时，会给出流型的不同定义和划分。

从实际应用的简明性考虑，目前常采用的流型划分，如表1所示。

表1几种常见管道条件下的流型划分

篇9

CFD是通过计算机模拟和数值计算方法对流场进行仿真模拟，解决物理问题的精确数值算法。它是流体力学、数值计算方法以及计算机图形学三者相互结合的产物。CFD是继实验流体力学和理论流体力学之后出现的第三种流体力学的研究方法，是十分重要的研究方法。在航空航天、土木工程、水利工程等研究领域都扮演着重要角色。尤其是在暖通空调和室内外通风等研究方法，CFD成为了最为行之有效的分析方法。

二、CFD在暖通工程的应用

CFD在暖通空调中的主要应用领域CFD主要可用于解决以下几类暖通空调工程的问题：

1.提高室内空调效率

采用CFD分析方法可以预测气流在房间中的流动情况，在充分考虑室内环境、各类边界条件与扰动的影响后，可全面地反映室内的气流分布情况，通过进一步的优化设计可以得道一个合理的气流分布方法，使空调的使用效率最优。

2.建筑周边环境分析

建筑周边环境对居民日常生活起着举足轻重的作用。对居民小区的风环境和热环境进行预测，是CFD分析的又一重要应用领域。采用CFD方法，在建筑设计阶段即可对建筑周边环境进行分析和优化，对规划设计的效果进行验证，使建筑通风和自然采光达到最佳效果，是小区居民生活品质的重要保障。

3.室内环境状况分析

采用试验方法分析室内环境状况，需要耗费大量的时间与经费，而采用CFD方法进行分析不仅可以节省时间，同时也能精确预测利房间内的风速、温湿度、污染物分布等指标，计算出通风效率、毒害物扩散效率和热舒适等，进而对室内环境状态做出一个合理的评估。

4.暖通设备性能评估

暖通空调工程使用的大部分设备，如风机、水槽、空调等，其运行状态都受流质运动的影响，空气或水的流动情况是评价设备性能的重要指标。通过CFD分析设备工作时的流场分布情况和流质流动情况，可有效地预测设备的工作状态。进而选择设备最佳工作状态，降低设备能耗，节省运行费用。

三、暖通空调领域中CFD的求解过程

暖通空调领域用CFD进行模拟仿真，其主要环节无外乎包括以下几个方面:建立数学物理模型、进行气流数值求解、将数值解结果可视化等。

（1）确定边界条件与初始条件初始条件和边界条件是控制方程有确定解的前提。初始条件是所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况。对于瞬态问题必须给定初始条件，对于稳态问题不需要初始条件。

（2）划分计算网格。网格分结构网格和非结构网格。简单说，结构网格在空间上比较规范，如对一个四边形区域，结构网格多是成行成列分布的，而非结构网格在空间分布上没有明显的行线和列线。

（3）建立离散方程并求解。离散方程常用的方法有：有限容积法、有限差分法和有限元法等。选择合适的方法，对求解区域进行离散。

四、CFD在暖通空调节能应用情况

随着我国经济迅速发展和人民生活水平大幅提升，城市生活对化石能源的需求量越来越大。但今年来一系列能源危机提醒我们应当注重能源安全问题。在建筑工程领域，采用CFD分析模拟，可有效减少建筑能耗，并能提高暖通设备的运行工作效率，我国暖通工作者已认识到CFD计算在研究和设计中的重要地位。

1.我国CFD在暖通空调节能应用现状

目前，我们已开始采用CFD对暖通空调节能的相关因素进行整体的系统模拟分析。通过在CFD模拟中改变设备参数，就有可能优化设备组合，改进系统性能。国外已把CFD用于室内空气流动与建筑能耗祸合模拟，我国清华大学也用CFD对空间气流组织设计与空调负荷的关系进行研究，这对建筑节能有重大意义。目前，我国在采用CFD解决建筑节能方面的研究还不是很深人，因而应进一步加强研究和推广的力度。

2.我国CFD应用存在的问题

我国研究机构很早就开始CFD模拟技术的应用研究，研究的范围从以室内空气分布以及建筑物内烟气流动规律的模拟为主，逐渐扩展到室外及建筑小区绕流乃至大气扩散问题，并已形成一些可以解决实际问题的软件。所以，从总体上看，我国暖通行业中开展CFD方面研究尚有大量工作要做，主要表现在以下几个方面：

（1）还要建立在考虑辐射条件下计算室内空气的温度分布、壁面和空气的换热、壁面的温度分布的多种模型。

（2）将已有的CFD模拟技术方法进行简化，能够在微机上较准确地计算包括高大空间气流组织在内的各种通风空调热环境问题。

（3）考虑实际空调管道连接带来的风口出流特性变化，从而使室内空气流动模拟更加准确等。

（4）CFD技术在CAE工程中已表现出巨大的优势，如果将与CAD及CAM乃至AI技术有效地结合在一起，将显示其强大的生命力。

五、结语

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关键词： 五步教学法 大学物理教学 创新能力

近年来在高校教学中，学生的理论学习，尤其是基础课的学习严重脱离生产实际，学生走上工作岗位，感觉所学不能为己所用，认为物理学枯燥、深奥、难懂、难学。为了改革传统的课堂教学与新时期教育目标不相适应的教学观念、教学环节、教学方法等，适应新时期对人才培养的新要求，提高学生学习物理的兴趣，引发学生对物理现象背后本质的思考，培养学生学习物理的兴趣，使学生通过尝试创新增强创新意识，养成创新思维习惯，从而提高创新能力，笔者提出了五步教学法。

1.教学方法创新

五步教学法主要包括启发、探寻、反思、设计、实践五个环节。

1.1启发

即创设情境、启发思考，激发探究欲望。一改传统教学由理论到理论的枯燥的直接讲授，避免学生产生厌烦情绪，通过展现鲜活的丰富多彩的生活现象，引导学生对现象产生好奇，激发学生的研究兴趣和创造热情，使学生的各种生理和心理机制调节到最佳状态，为创造性思维做好心理准备。

1.2探究

即归纳现象，得出规律，实现由感性认识到理性认知的飞跃。在启发已经完成的情况下，教师应趁热打铁，及时引导学生归纳这些现象的共同特征，引发学生对共同特征背后本质规律的思考。在这一过程中，会涉及物理学解决问题的思想方法（如：简化模型、等效思想等），必然会引起学生的疑问，产生新设想和对已有认识结构的冲撞。引导学生及时记录这些思想火花，这是创新思维的开始（或产生）。

1.3反思

即巩固规律，反思物理意义，实现由理论到实践的初步跨越。在第二步中得出用数学公式或文字所表达的物理规律之后，要及时引导学生反思其物理意义，透过理论公式和文字符号看蕴含的实际意义，对公式进行数学变换，再看其相应的物理意义和实际意义，以解例题的形式引导学生学会用理论指导实践，解决实际问题，并挖掘规律的其他一切可能价值。在此过程中，注意启发学生试图用所学知识解决现实问题，并提示学生及时记录创新设想。在这一阶段中，学生会产生大量的新设想或新问题，这是创新活动的开始。

1.4设计

即查阅资料，明确问题，并设计解决问题的初步方案，实现由理论到实践的大胆尝试。在“反思”过后，学生头脑中将会产生许多问题，迫切需要解决，甚至希望亲自做实验进行验证。这时，教师应及时引导学生学会研究，学会查资料，学会正确表征自己所提出的问题，进一步完善理论构想，初步设计解决问题的方案。

1.5实践

即进行实验或理论推演，创造成果，最终实现由理论到实践的飞跃。

“五步教学法”坚持以学生为主体、教师为主导的原则，能克服以教师或教学内容为中心、学生习惯于以教师为权威、全盘接受教师传授知识的缺点，为学生的创造性思维和创新行为提供可能。另外，笔者精心构建的整个教学新体系，都是围绕培养学生综合素质和创新能力的总目标进行的。为了达到最后的教学目标，笔者十分注意教学手段的运用，对多媒体和板书取长补短，进行适当整合。笔者认为，多媒体在演示动画、展示情景、创设情境、画图及布置思考题等方面更有优势，而板书在理论推演、控制节奏、及时答疑等方面具有多媒体不可替代的作用。

2.教学组织实施

2011年暑假，根据创新教学策略和研究方案，以及刚体的定轴转动、流体力学、液体表面现象、稳恒磁场和波动、几何光学等内容，实施创新教学，在多媒体演示中插入更多形象生动的图片。整节课对多媒体播放顺序做了调整，更适应“五步教学法”的节奏。

2.1设计小课题

根据每章内容，初步拟定研究小课题，供学生参考，在实际研究中，学生可自行选题。下面列举部分小课题：（1）人体骨骼的结构和力学特性；（2）肌肉牵引骨骼的力学原理；（3）人体的运动机制；（4）人体血液循环的力学原理；（5）对血压的影响在医学上的应用；（6）血液中各种细胞迁移现象分析；（7）B型超声波的原理；（8）超声波的生物效应；（9）孕妇做B超对胎儿有害吗；（10）医学上常见气体栓塞现象及其防护。

2.2教学案例

2.2.1教学内容的组织实施

2.2.1.1“五步教学法”和创新思维训练相结合。过去应试的物理教学方式比较强调归纳总结、数学推导，大量时间用于训练学生的解题技巧，教学过程基本是单向的，学生学习起来枯燥乏味，由此萌发出怕学物理的心理。在创新教学新体系中，笔者以教学模式的改革为切入口，以引导学生创新思维为重点，重视学生的个性发展和创新能力培养。在课堂教学中注重物理图像，注重物理学知识与自然现象、生活实践、科学技术相结合，采用教师与学生双向交流和沟通的方式实施教学。为了增强课堂教学效果，笔者依据学生的思维发展特点，遵循创新思维活动心理过程，以创新教学新体系为支架，遵循“五步教学法”原则，大胆开展创造性课堂教学，大大活跃课堂教学气氛。如对流体力学的教学，笔者采用“五步教学”，首先呈现本章的知识构架，让学生对所学的内容有一个粗略的框架，然后播放与流体有关的图像和动画，主要有台风、山涧小溪、水上冲浪、自来水管、输液管、人体血液系统等，接着引导学生观察现象，通过对现象产生原因的追问，引发学生思考，激发学习兴趣。在学生的思维状态处于“最佳发展状态”，对现象本质无限好奇之时，提示学生运用物理学解决问题的一般方法，根据实际流体的特征、性质和要解决的问题，抓住主要矛盾，进行合理简化，建立理想流体和稳定流动物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述，让学生兴奋地体验物理方法和物理思想的妙用，同时也完成了“五步教学法”中的“启发”环节。这时，在学生会产生掌握方法的满足感，迫切了解现象本质的热情有所下降，激烈的脑细胞活动也得到片刻休息时，笔者不失时机地提示学生：“一切物理现象都遵循物理学的三大基本守恒定律。”引导学生思考：“理想流体做稳定流动会遵循怎样的规律呢？”由此顺利转入“探寻”环节。此时学生思维活动状态再次被激活，师生共同探寻规律，由质量守恒定律，进行逻辑和数学推演，得到连续性方程，认识到：流体的连续性方程其实就是质量守恒定律在流体力学中的应用特例。再由机械能守恒定律，结合连续性方程，进行逻辑和数学推演，得到伯努利方程，学生会深刻地体会到：将物理普遍规律，运用于具体现象中，就会产生新的定律和定理，从而产生理智感，在接受知识的同时激发创造热情，至此也完成“探究”环节。在得出连续性方程和伯努利方程之后，学生会以为掌握了规律，就已经完成了学习任务，可能不会再思考定律的深刻意义和价值，学生的心理活动暂时处于冷却状态。笔者抓紧时机，要求学生运用规律，解释刚才所呈现的物理现象。学生的思维活动再次激活，转入对定律的“反思”环节。本单元的“反思”环节，主要解决定律中每一项的物理意义，定律本身的物理意义，定律在特殊情况下的表现形式，讨论定律的各种用途等。在这一环节中，学生不仅会对定律有更深刻的领会，能较好地接受发散思维训练，体会运用规律解决实际问题的过程，而且在理论与实践的联系中，学生会萌生许多问题或设想。笔者会提醒他们及时记录问题，并鼓励大家课后进行更深入的研究。至此，完成了“反思”环节，并启动了“设计”环节。整个课堂教学由张有弛，环环相扣，既重视基础知识的教学，又重视创新能力和创新精神的培养，实现知识、能力和素质协调发展的培养目标。

2.2.1.2课内与课外相结合。课堂教学只能完成“五步教学法”中的前三步，对在“反思”中产生的问题，需要在课后进行“设计”和“实践”。而“设计”和“实践”是进行创造活动、形成创造成果的重要途径，也是培养创造能力和创新精神的重要途径。

在教学中，改变问题尽量解决于课堂的传授式教学方法，课堂教学重点是启发思考现象、引导探寻规律、激发反思问题，侧重讲思路、讲方法、引问题、重讨论，而将许多通过思考可以自己掌握的内容留给学生自己去做。课外作业形式多样，除了常规作业以外，笔者布置一些思考题、讨论题、设计题及小课题等。对学生，要求每一章学过以后，完成一定的常规作业的基础上，组织小组讨论，学期结束，每人写一份小论文，并实施新的学生考核方式。小组讨论的目的，是对学生进行发散思维训练，同时也为学生提供机会，让他们提出在“反思”环节中产生的问题，完成对问题的表征，并“设计”解决方案。布置小论文，目的是让学生对问题有一个酝酿期，体验“顿悟”和“灵感”的作用，同时完成论文的过程，也贯穿着思维的“实践”过程。小论文自由选题，自由发挥，培养学生的自学能力和自觉性，从而培养学生的创新能力和创新精神。

参考文献：