流体力学的研究方法范文

导语：如何才能写好一篇流体力学的研究方法，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

    the development and application of a flow chamber for platelet research

    cheng hong，yuan yanhong，fan yubo，li deyu，dai keisheng

    （department of bioengineering，beihang university，beijing，100083，china）

    abstract： objective  to establish an in vitro model for observing the realtime interaction between platelets and vascular vessel.methods  thin glass tubes coated with von willebrand faeter ( vwf) were used to form the flow chambers.siphonage system，peristaltic pump and a constant flow syringe pump were adopted to supply different kinds of flow and well defined shear rates.with inverted microscope and chargecoupled device （ccd），a series of reactions of platelets and chinese hamster ovary（cho） cells transfected with glycoprotein ibⅸ under flow conditions were recorded simultaneously.results  platelets and cho cells transfected with glycoprotein ibⅸ rolled and steadily adhered on the tube wall through binding to vwf under different kinds of flow and well defined shear rates.conclusion  this flow chamber allows realtime observation and record of the interaction between platelets and vwf under welldefined shear rate.this approach can be applied to platelet adhesion research.

    key words：  flow chamber； platelet； glycoprotein ibⅸ（gp ibⅸ）； von willebrand factor

    血小板表面膜糖蛋白（glycoprotein，gp）ibα与受损血管内皮表面血管性假性血友病因子（von willebrand factor，vwf）的结合是血小板血栓形成的起始步骤。这一结合使得血小板与血管内皮表面发生瞬时的结合，并以滚动的方式黏着于血管内皮表面，与此同时，启动血小板内一系列的细胞信号传导途径，发生ca2+浓度增加，pi3k活化等反应[1]，使得血小板表面整合素αⅱbβ3活化[2]。αⅱbβ3与vwf和血浆中纤维蛋白原结合，最终使得血小板牢固附着于血管表面，并相互聚集成团，形成血栓。可见，gp ibα与vwf的结合在血小板血栓形成中起着起始、关键的作用。这一过程的研究对预防和治疗血栓形成性疾病有着重要价值。

    血小板和vwf的相互作用通常的研究方法有：使用血小板聚集仪检测瑞斯托霉素（ristocetin）诱导的血小板聚集；流式细胞仪技术或elisa直接检测血小板和vwf的结合等。但这些方法很难反映体内血管流动条件下血小板与血管内皮的直接相互作用的实时情况。在本研究中，我们将vwf包被于细玻璃管表面以模拟血管受损的情况，同时分别使用负压装置、蠕动泵和恒定注射泵以产生不同流态和精确剪切率的流体环境，成功地建立了体外流体条件下血小板与vwf相互作用的流体模型，为血小板相关的基础研究，以及抗血小板相关的抗血栓药物研究，提供了一种切实有效的研究方法。

    1  材料和方法

    1.1  试剂和仪器

    1.1.1  实验材料  转染gpibⅸ的中国仓鼠卵巢细胞（cho）[3]，vwf（本实验室自备），新鲜健康人全血。

    1.1.2  仪器  倒置显微镜（ix71，olympus），color uideo camera （tkc1381，jvc），照相软件（mpegⅱ capture player），负压水柱的控制系统（st2s两轴信号控制器，上海亿奥信息光学科技有限公司），蠕动泵（755030，北京中科科尔仪器有限公司），注射泵（wzb50，长沙维科特科技有限公司），玻璃细管（gc1207.5，内径0.69 mm，外径1.2 mm，长7.5 cm，harvard apparatus inc.）。

    1.2  实验方法

    1.2.1  vwf的包被  用0.1m的nahco3（ph 8.3）把vwf稀释到30 μg/ml，注入玻璃管，置于湿盒中4℃孵育过夜。pbs冲洗玻璃管3次。pbs液配制5%的牛血清白蛋白室温下封闭2 h。pbs冲洗玻璃管3次。

    1.2.2  血小板悬液制备  取健康献血者新鲜的静脉血，加入1/7的acd（2.5%柠檬酸三钠，2.0%d葡萄糖，1.5%柠檬酸）抗凝。300 r/min离心10 min取上清得到血小板富集血清（prp）。prp，1 500 r/min，离心15 min。cgs（0.12 m nacl，0.0129m柠檬酸三钠，0.03m d葡萄糖，0.1%牛血清白蛋，ph 6.5）洗2次，modified tyrode’s buffer（2.5 mm hepese，150 mm nacl，2.5 mm kcl，12 mm nahco3，5.5 mm d葡萄糖，1 mm cacl2，1 mm mgcl2，1mg/ml bsa，ph 7.4）重悬浮血小板。37℃下静置1～2 h使血小板重新恢复到静息状态。

    1.2.3  转染gpibⅸ的cho  表达gpibⅸ的cho细胞生长至100%盖满培养瓶，取出75%重植在新培养瓶生长过夜。消化下cho细胞，modified tyrod’s buffer重悬浮细胞。室温下静置1/2 h。

    1.3  流动腔实验  把包被了vwf的玻璃管装在倒置显微镜上，分别使用负压装置、蠕动泵、恒定注射泵3种动力系统，根据公式r=4qπr3精确计算玻璃管中的剪切率[4]，使得血小板或cho细胞悬液通过玻璃管。流动起始后，显微录像系统显示并记录玻璃管中的情况。最后用modified tyrode’s buffer在同样剪切率调节下冲洗玻璃管5 min，仍然黏附的细胞即为激活了整合素αⅱbβ3的稳定黏附。

    2  结    果

    血小板血栓的形成与血管中的血流情况密切相关[5]。病理性剪切力能诱导血小板的黏附、聚集[6]。有研究者采用平板流动腔和锥板黏度计来模拟体内血液流动。我们采用细玻璃管简单而直观的观察到流动条件下血小板与vwf结合的全过程（示意图见图1）。gpⅰbα与vwf的相互作用使得血小板在vwf表面以滚动的方式发生瞬时的黏附，同时启动血小板内一系列细胞信号转导途径，最终激活整合素αⅱbβ3导致血小板发生稳定的黏附。

    图1  实验系统示意图

    把包被了vwf的玻璃管装在倒置显微镜上，通过硅胶管连接到提供动力装置，样品分别在负压装置、蠕动泵、恒定注射泵的带动下流经玻璃管，在流出口收集样品。同时通过ccd系统将图像传输到计算机，同步显示并录像。

    2.1  负压系统  利用虹吸原理，根据液面差的不同，可提供相对较恒定流态的流体环境。但限于装置本身的特点，往往只能提供较低剪切率的流体环境，本研究中使用的流体剪切率为315.817s1。

    2.1.1  血小板  将血小板悬液流经包被有vwf的玻璃管，可见不断有血小板以滚动方式黏附到玻璃管表面，这是gpⅰbα与vwf的相互作用所介导的血小板在玻璃管表面的瞬时结合。其中大部分滚动的血小板经过一段时间后便不再滚动，牢固地结合在玻璃管表面，表明αⅱbβ3已被激活。也有一小部分血小板在短暂的停留即瞬时黏着后，又开始滚动，然后被冲走。见图2。

    2.1.2  cho细胞  由于血小板是无核细胞碎片，无法对其进行基因调控以及蛋白表达变化情况进行研究。为克服这一缺陷，我们将gpⅰbα、gpib和gpⅸ 基因导入cho细胞，建立了能表达完整的gp ibⅸ的cho细胞。为研究表达gp ibⅸ的cho细胞在该系统中的作用与血小板有无差别，我们将cho细胞悬液流经玻璃管，也同样观察到和血小板一样的黏附现象。说明该系统也同样适合于对表达gp ibⅸ复合物的细胞与vwf的相互作用情况进行研究。见图3。a．剪切率1034.166s1，血小板浓度1.32×107/ml。由于浓度降低，血小板黏附的数目明显减少。

    b．剪切率1034.166s1，细胞浓度1.6×105/ml。由于细胞没有吹散，有连在一起的2个细胞一起发生黏附。黏附的细胞数比低剪切率情况下多，说明高剪切力有利用gpib与vwf的结合。

    2.2  蠕动泵  蠕动泵产生流量近似为正弦式的脉动流，更类似于血液流动的情况，而且，蠕动泵的动力系统可机械调控，能提供一个相对较高的剪切力环境，因此，我们选择蠕动泵对作为动力来源，对血小板在该流态下与玻璃管表面vwf的结合情况进行了研究。本研究中使用的流体剪切率为1034.166s1，相当于41.4 dynes/cm2，略高于正常人动脉中的剪切力范围20～30 dynes/cm2。有研究显示[7]，随着剪切力从低变高，gp ibⅸ介导的血小板黏附增多。为进一步验证这一结论，我们分别对在本条件下，对血小板和cho细胞与vwf相互作用情况进行研究，并与2.1中的结果进行比较。

    2.2.1  血小板  我们把血小板的浓度稀释1倍，血小板流经玻璃管壁与vwf相互接触的几率就变小，因此发生稳定黏附的血小板数目必然减少。血小板悬液经蠕动泵产生的剪切率为1034.166s1的流态通过vwf包被的玻璃管后，仍然有一定数量血小板发生了稳定黏附。见图4

    图4  在注射泵提供的流态下血小板和表达gpibⅸ的cho细胞在vwf表面的黏附情况

    a．剪切率250s1，血小板浓度3×108/ml。正常生理浓度情况下，大量的血小板与vwf结合。

    b．剪切率250s1，细胞浓度1.0×106/ml。传代多次后，gpib的表达量降低，黏附的细胞数减少。细胞黏附的数目与细胞膜表面gpib的表达量正相关。

    2.2.2  cho细胞  我们把与2.1中相同浓度表达gp ibⅸ复合物的cho细胞，在蠕动泵较高的剪切力作用下通过vwf包被的玻璃管，可见，与低剪切力（负压装置）条件相比，有更多的细胞稳定黏附到玻璃管壁上。

    结果表明，在蠕动泵产生的脉动流态下，可以观察到血小板膜蛋白gp ibⅸ和vwf的相互作用；在相对较高剪切力条件下，gpibⅸ介导的血小板在vwf表面的黏附增多。

    2.3  注射泵  注射泵可以提供一个比较宽的剪切率范围（217 000 s1），虽然其流态仍然是脉动流，但相对于蠕动泵要平稳的多，因此，我们用注射泵作为动力来源，对血小板在该流态下与玻璃管表面vwf的结合情况进行了研究。选择剪切率为250s1。

    2.3.1  血小板  正常生理浓度的血小板（300×108/l）悬液流经vwf包被的玻璃管时，视野中有大量的血小板黏着到玻璃管的表面。稳定黏附的血小板的数目与血小板悬液的浓度是正相关的。

    2.3.2  cho细胞  表达gpibⅸ的cho细胞（1.0×106/ml），流经vwf包被的玻璃管时黏附到玻璃管的表面。但由于经传代多次后，gpib的表达量有所降低，因此黏附的细胞数明显减少，进一步表明细胞黏附的数目与细胞膜表面gpib的表达量正相关。

    3  讨    论

    血小板发挥止血功能和产生血栓需要血小板黏着到内皮下基质，而这一过程是由血小板膜糖蛋白ibα与vwf相互作用所起始的。gpⅰbα与vwf的结合诱导一系列的细胞内信号传导使得黏附的血小板被激活：ca2+浓度的改变，蛋白激酶c、pi3k、蛋白磷酸化酶和酪氨酸激酶等的活化，并发生血小板肌动蛋白的重新排列[8]，活化整合素αiibβ3介导更稳定的黏附，致密颗粒释放出内容物诱导血小板聚集。gpⅰbα与vwf的结合是血小板发挥其功能的关键步骤。

    目前体外研究血小板功能的方法主要可分为2类：一类是在静止的条件下，例如流式细胞术，elisa，免疫荧光染色，聚集仪。但是以上的这些方法都不能反应流动状态下血小板发生的黏附、聚集反应；另一类是采用平板流动腔和锥板黏度计研究剪切力对血小板的功能的作用[9]。平板流动腔结合显微镜、录像系统主要被应用于观察、检测流动状态下血小板的黏附反应，锥板黏度计主要应用于研究剪切诱导的血小板聚集（shearinduced platelet aggregation，sipa）。这两种装置可以记录下流动条件下血小板黏附、聚集的全过程。

    我们所建立的方法可观察和记录特定剪切率条件下，血小板或转染细胞发生黏附的过程。与通常使用的平行平板流动腔和锥板黏度计相比，我们的方法有以下几个优点：（1） 装配简单，剪切力不会因为装配的误差而产生影响。平行平板流动腔提供的剪切力与上下平板间距离的平方成反比，装配时的误差会对计算剪切力带来较大的影响。而锥板黏度计的锥尖由于长期使用会产生磨损，改变了锥体与平板间原有的角度，这样所产生的剪切力将不再是一致的。我们的方法不存在装配误差对剪切力的影响。（2） 样品使用量小，节约了样本。（3） 便于观察。由于玻璃管是透明的，我们在光学显微镜下就能清楚地观察到血小板悬液流动和黏附的情况。我们的系统也可以对血小板或细胞进行荧光染色观察。而目前还没有商品化的可视化的锥板黏度计，需要实验室自己加工。（4） 表面处理简单。当我们研究剪切力对血小板直接作用的机制时，必须消除血小板表面同实验系统间的相互作用。使用锥板黏度计时通常采用硅油或其它非血栓形成材料表面来消除这些相互作用。而使用玻璃管只需要采用bsa封闭就可以达到要求，操作简单又方便。

    我们的方法也存在一些缺点。当负压系统提供动力时，是由于虹吸原理把细胞悬液吸入到玻璃管中，可在此过程中，水柱的液面高度差逐渐缩小，使得流速缓慢地发生改变。蠕动泵是在流动腔技术中广泛采用的，但是产生的是正弦流动，这与我们希望的稳定恒流不同。注射泵流速稳定，但不能建立循环的流动系统，由于血小板黏附反应时间较短，所以使用注射泵完全能够满足要求。本系统除了可以研究血小板和vwf的相互作用外，还可以用于研究血小板各种黏附因子与其受体的相互作用。本方法高效易行，能广泛应用于体外血小板的功能研究，在揭示止血和血栓的形成机制，以及诊断血栓疾病等方面有重要的应用前景。

【参考文献】

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[2] luigi de marco，antonio girolami，theodore sz，et al.interaction of purified type iib von willebrand factor with the platelet membrane glycoprotein ib induces fibrinogen binding to the glycoprotein iib/iiia complex and initiates aggregationp[j].pnas，1985，82（21）：74247428.

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[6] dopheide sm，yap cl and jackson sp.dynamic aspects of platelet adhesion under flow[j].clin exp pharmacol physiol，2001，28（56）：355363.

篇2

关键词：流体力学；教学改革；探讨

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

流体力学是一门研究流体运动基本规律以及流体与物体之间的相互作用力的学科，它作为一门严密的且应用面很广的专业基础学科，是以数学、物理学为基础发展起来的，也是土木、机械、动力、水利、环境等学科的一门技术基础课程。改革开放以来，虽然各院校在该课程教学实践中都积累了丰富的经验并取得了不少成果，但是在该课程建设中仍存在着许多问题。论文结合教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革以及师资队伍建设三方面探讨提高流体力学教学水平的方法。

一、 流体力学教学现状

流体力学是一门主要研究流体平衡和运动规律及其实际应用的技术科学，具有理论性强、工程实际应用广、概念和方程较多且易混淆、对学生高等数学知识及综合分析和处理问题能力要求较高等特点。流体力学建立在理论、计算、实验三大技术手段之上，是化工、土木、机械等众多学科或专业的基础学科。另外，流体力学在环境工程设计和实际工程中也有着广泛的应用，是水处理设备设计与应用的必备知识，以及生态分析的重要理论基础。同时，流体力学是环境工程与其他学科体系沟通的桥梁，这个桥梁作用是其他基础课或专业课无法替代的，直接影响到环境工程学科体系的完善性。因此，提高流体力学课教学质量，使学生学好本门课程，培养学生分析问题的能力和创新能力，对流体力学课程教学进行改革以适应学科发展显得十分必要。

目前国内院校的流体力学课程教学过程大体可归纳为“课前预习、课堂教师讲授、实验室实验、课后教师评阅”的四段串行模式。实践证明，这种传统的教学模式在强化理论教学成果以及动手能力的培养方面效果比较显著，然而在创新意识培养方面却收效甚微。原因在于：①理论教学中注重经验理论与公式的讲解，而公式多且乏味，导致教师难教，学生难懂，课堂教学缺乏生动性。另外，本科流体力学理论教学模式多为填鸭式教育，对学生而言，流体力学课缺少客观体验，理论抽象，不易理解，而由此带来了一系列的问题是现在流体力学课程教学的主要障碍；②目前，大部分院校的流体力学实验教学多采用传统验证性实验，每一学生进行的实验完全相同，教师由实验报告的数据评定实验成绩。虽然实验有利于增进学生对理论知识的理解，但此手段不能激发学生的积极性，无法体现学生的主体性，也不能培养学生的创造性[1]。由于实验教学内容多数为验证性实验，在按既定的理论知识和实验方案实践的过程中，学生所得到的主要是从理论知识到实践成果的收获，而教师的作用主要是理论知识的传授，具体实验的演示、引导与纠错，甚至有时会耳提面命，因此学生作为学习主体的创造性很难有机会得到展示。

因此，采用一种有效的教学方法进行流体力学理论和实验教学的改革，激发学生的学习积极性和主动性，以提高流体力学课程教学质量，并对相关专业产生积极的影响，从而促进学生创新性的培养非常有必要。

二、 培养学生对逻辑思维的兴趣

学生对任何概念和公式的形成、理解有一个过程，而在流体力学中，这些概念、公式又较为抽象，要求学生具备较强的逻辑思维能力，因此，根据学生掌握知识的快慢，耐心引导学生进行逻辑思维，培养学生对逻辑思维的兴趣，使他们产生对逻辑推理的爱好，就成为教学中的关键。例如，流体力学中的三大方程――连续性方程、动量方程和能量方程需通过输运公式逐步推导而来，如此的教学安排便使知识较为系统、连贯、紧凑，并有利于认识各个方程的物理意义。而输运公式的推导由于逻辑性较强，讲授时就需要花费较多的学时和精力来理清逻辑思路，理解每一步推导中的物理含义和数学要领，使学生对输运公式有一个清晰准确地理解。最后，将输运公式中的物理量换成质量、动量、能量即可得出连续性方程、动量方程和能量方程，如此便形成了较为完整的逻辑演绎体系。此种方式不仅使理论教学更加清晰明了，而且会使学生对将要学习的知识接受产生极大兴趣，具有更加强烈的探索感和求知欲。

三、 教学方法探讨

教学方法作为联结教师和学生的重要纽带，在提高教学质量方面起着重要的保证作用。为了更好地适应学科发展要求，工科“流体力学”课程方法的改革势在必行，作者结合自身多年的教学经验，针对该课程特点，认为应该在以下几个方面进行课程教学方法改革。

（1）重视绪论课的作用

部分教师认为绪论课仅是对流体力学的简单介绍，作用不大，所以对绪论的授课过程照本宣科、枯燥无味。其实绪论课对整个教学活动的成功与否起了至关重要的作用，它不仅是学生了解流体力学课程的窗口，也是教师教学水平的第一次展示。

讲授绪论课的较好方法是介绍流体力学的成就、发展方向、广阔前景及其在国民经济中的重要作用等。教师要注重讲解流体力学知识在工程中的应用，特别是教师自己承担的科研项目，以展示流体力学在科学和工程技术中所取得的辉煌成就[2]。例如，通过介绍流体力学理论在“神舟号”系列飞船上的广泛应用，使学生明白流体力学这门相对古老的学科还具有旺盛的生命力；通过介绍美国华盛顿州的塔科马悬索桥在1940年秋天的大风中倒塌的例子，说明在实际工程中忽视流体力学会造成巨大的灾难[3]。另外，流体力学的发展史对于激励学生的学习热情也有着非常重要的作用。在上课的同时，要善于借助互联网，及时的将一些重要理论的发展过程、重要研究成果展现在学生的面前[4]。

（2）从实例中引出教学内容

流体力学虽有概念多、逻辑性强、理论上较难理解的特点，但却与生活和生产实际密切相关。在具体教学内容的讲解过程中，穿插一些生活中的现象，并结合课本中的理论“双管齐下”，利用学生求趣、求新、求知的心理，引导学生学习并掌握教学内容。例如，在讲流体粘性时，比较水的粘性和油的粘性；在讲流体静力学知识时，可讲一些水库垮坝事件，主要是设计时有缺陷和施工存在着质量问题，不能承受水对壁面的静压力。另外，还可以进行一些相关事例的延伸，如是否建设三峡工程时流体力学专家的争论，通过分析得到的建设三峡工程必要性的结论等，使学生切实体会到学好流体力学的重要性[5]。利用这些鲜活的事例，使课堂教学更生动、更有意义。

（3）师生互动，培养良好学风

调动学生主动的学习，培养学生良好的学风，提高学生综合素质，是加强流体力学教学效果的重要条件。作者在每次讲课后都会对本次课程的内容进行总结，然后下次课随机抽取部分学生回顾上次课的内容，并让其他学生作出补充和建议。在课堂上，多为学生提供随堂练习的机会，师生互相之间进行探讨和思考，针对练习中的问题讲解做题思路和方法，给予纠正和补充。这种授课模式充分调动了学生的主观能动性，课堂气氛活跃，有利于拓宽学生的思维深度，查漏补缺。学风对于任何一门课程教学的成功与否都起到了非常关键的作用，所以从第一堂课、第一次作业就要严格要求学生，对作业的批改做到一丝不苟，指出其作业中的各种问题并要求其修改。例如，要求学生对作业中的每道题，在解答时必须写出已知、求解，并画出相应图示，这些小细节可以帮助学生以简明的方式加深理解题意，取得了较好的效果。

（4）重视实验教学

流体力学按研究方法可以分为理论流体力学、实验流体力学和计算流体力学。实验流体力学是理论流体力学发展的基础，是计算流体力学的检验依据。因此，实验教学在流体力学教学中有着极其重要的地位。流体力学中的公式繁多，难以记忆，难以理解，通过实验可以加强学生对公式的感性认识，有助于学生深刻理解公式和概念的物理意义。例如，在讲解伯努利方程意义的时候，单从公式上讲解并不形象，通过能量方程实验，可以使学生非常直观的理解伯努利方程中每一项对应的意义。对于没有开的实验课，通过在网络上收集照片、视频等展示给学生，也可提高学生对理论知识的理解[6]。

（5）传统教学方式和多媒体技术互补

过去，流体力学课程在教学手段上采用板书教学，这种方式能够在教师的书写和同步的讲解中促进学生的积极思维与参与意识，但对教学内容中比较抽象的概念、复杂的流动现象和流动规律，很难用语言和文字准确、形象地描述。多媒体教学最大的优点是形象、生动、具体、直观、易于理解且信息量大，但也有不能突出推导过程和思维、学生对知识的掌握比较肤浅的一些弊端。将传统教学方法和多媒体技术综合应用于教学过程是一种很好的方法，在讲授偏重于推导过程的内容时采用传统授课方式，而讲授直观形象的内容时采用多媒体教学方法，做到取长补短、优化组合，会获得较好的教学效果[7]。

四、师资队伍的建设

为适应素质教育的需要，教师不仅要掌握先进的教学手段，而且要努力研究实施素质教育的教学方法。在实际教学过程中，要灵活应用各种教学方法，并且要善于归纳总结教学经验，虚心向有经验的教师请教，同时要高度重视学生的反馈信息，不断调整自己的教学思路，只有这样才能逐步提高自己的教学水平。社会发展对教师的自身素质提出了更高的要求，教师要明确教学水平的提高和发展是一个毕生的过程，教师应该不断开阔视野，更新知识体系，才能形成对流体力学更深层次的理解和认识。

五、 结论

论文结合流体力学教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革及师资队伍建设三方面论述的教学方法，将教与学有机结合起来，使枯燥的流体力学课堂变得生动活泼，多方面激发学生的主动性、积极性及创造性。将上述方法运用于教学实践后发现，该方法能够有效的提高流体力学课程的教学效果。

参考文献

[1]梁丽珍，牛俊玲.互动式流体力学教学模式探索[J].化工时刊，2011（2）：66-67

[2]王发辉，桑俊勇，张丹.“流体力学”立体化教学体系的构建[J].电力教育，2009（12）：102-103

[3]邹惠芬，张培红，叶盛.流体力学多媒体教学的探讨[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2008（4）：507-509

[4]潘良明，何川，陈红.流体力学立体教学法初探[J].中国电力教育，2008（11）：73-74.

[5]陈霞.流体力学教学方法的探讨和研究[J].科技文汇，2011（9）：104-108

[6]岳建芝，李刚.流体力学教学中的几点体会[J].科技信息，2009（29）：187

篇3

《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。

（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。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”。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。

二、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。

（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。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。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。

（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。

三、结语

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一、当前教学过程中存在的问题

1.学生学习兴趣不高

提到力学，多数学生会觉得很难，这种先入为主的感觉会使学生对这门课程产生很大的抵触情绪，不愿意学。再加上同时开设的工程热力学和传热学等重要的专业基础理论课，越发加重了学生的学习任务。另外，流体力学课程习题量大，需要学生花费大量课余时间复习和做题，就更加影响学生对这门课的学习兴趣。因此如何帮助学生克服对本课程的畏难情绪，激发他们学习流体力学的兴趣，是提高教学质量的首要因素，也是教学改革的目标之一。

2.教学方式单一，课堂气氛死板

现在是信息社会，对人才的要求很高，这就要求教师在教学过程中按照“厚基础、宽口径、高素质”的目标[2]进行专业人才的培养，这对传统的黑板加粉笔的教学方式是一种挑战。另一方面，随着课时与学分制的挂钩，学时被普遍压缩，这也给课堂教学带来很大的压力。众所周知，传统的教学方式把很多时间用在了绘图和板书上，无形中缩减了教与学的时间，教师要想在规定的时间内完成教学大纲规定的教学内容，就必须加快讲课节奏，删减授课内容，或者占用习题课或实验课的时间，这些都将导致这门课程的信息量不够，而且学生也没有机会及时消化所学的理论知识，更谈不上举一反三了。同时，“一言堂”式的教学方法使得课堂气氛死板，学生对课程的学习兴趣锐减，也影响了教学质量。

3.理论教学与实验教学的脱节

在流体力学的教学过程中，实验环节起着不可替代的作用。实验教学不仅可以培养学生的动手能力，帮助学生更好的理解理论知识，而且可以启发学生对理论知识的创新性应用[3]，很多学校不重视实验课的教学，实验教学完全放在理论教学之后甚至放在考试之后集中完成，大大降低了实验教学的作用。

二、课程教学改革的基本内容

1.传统教学方式与多媒体相结合

在现在的流体力学教学中，黑板加粉笔的教学方式是很多高校教师仍然采用的教学方式。这种方式对于公式的推导、例题的计算效果很好，但是在流体力学的教学中需要辅以很多图片，如果全用板书来讲，必然花费很多时间。传统的教学方法无法满足教师在教学中的信息量，当然也不能完全脱离板书，毕竟公式的推导，例题和习题的讲解用板书的效果要优于多媒体。在讲绪论部分内容时可以介绍流体力学的发展史及流体力学在现实生活和工程实践中应用的实例，如果单纯用板书讲，会很枯燥，达不到启发学生学习兴趣的目的，如果辅以多媒体，结合图片、短片、动画来讲就会有很好的效果。所以笔者认为，应当将传统的教学方式与多媒体教学方式很好的结合起来。

2.理论知识与专业知识相结合

流体力学这门课程不仅理论性很强，而且和工程实践结合的非常紧密。该课程是后继专业课程的重要理论基础，所以将相关专业知识穿插在流体力学课程中进行介绍有很多好处。首先，可以帮助学生加深对专业的理解。流体力学课一般在第五学期开设，此时学生已结束公共基础课的学习，开始了专业基础课和专业课的学习。调查表明很多学生此时对专业还处在迷茫的状态，不知道建环专业具体是做什么的，自己将来能干什么。在流体力学课程的教学中采用理论知识与专业知识有机结合进行讲解的授课方式可以帮助学生在学习理论知识的同时加深对专业的了解。再者，学生了解了专业也就有了学习的方向和动力，自然有助于提高学生对流体力学课程的学习兴趣。比如在讲授流体的热胀性时，介绍采暖系统膨胀水箱的作用及系统膨胀水量的计算方法，使学生既掌握了液体热胀性的计算公式，又了解了自然循环采暖系统的基本原理。再比如，在讲授伯努利方程的应用时，可以介绍水泵扬程的计算方法和建环专业水泵的适用场合，使学生明白水泵是建环专业最重要的设备之一。在学生学习管网计算基础这部分内容时，可以结合采暖系统和给排水系统或消防给水系统同时学习，毕竟这些系统在北方城市是到处可见的。在介绍气体射流知识的时候可以结合空调房间的气流组织进行介绍等等。

3.理论流体力学、计算流体力学与实验流体力学在教学中的结合

研究流体力学方法有理论分析的方法、数值分析的方法和实验研究的方法，在流体运动规律的研究中，三种方法相辅相成。但是在教学中，我们往往更多的是强调理论的重要性，而忽视了计算流体力学和实验流体力学对理论学习的帮助。应当充分将计算流体力学和实验流体力学的部分补充进来，这样才会使整个课程内容丰满，也可以扩宽学生的知识面，培养其解决问题的能力。

（1）理论流体力学与计算流体力学相结合

随着计算机技术的迅猛发展和数值计算技术的不断提高，计算流体力学（CFD—ComputationalFluidDynamics）技术得到了空前的发展，CFD技术可以在短时间内模拟流场内的温度、速度和压力的分布情况，可以较好地模拟流体的流动过程和传热过程以及污染物的扩散过程等，因此被广泛应用在各行各业。建环专业涉及大量与流动相关的问题，因此也不例外。可以用CFD技术模拟空调房间的气流组织和温度分布，模拟水和空气在管道内的流动情况，模拟火灾时建筑内烟气的流动规律。在CFD领域，目前世界上最具有代表性的计算商用软件有PHOENICS（英国）、CFX（美国）、FLUENT（美国）、STAR-CD（日本），这些软件均采用经典的流体理论和通用流体计算程序作为模型的核心，并提供丰富的计算方法处理湍流流动，具有强大的前后处理功能。这些新技术的发展对流体力学课程的教学提出了新的要求。在流体力学的教学过程中除了重点讲授理论流体力学的知识外，应当增加计算流体力学的知识，一方面可以增加信息量，拓宽学生的知识面，为进一步的学习和今后的发展奠定扎实的基础，另一方面可以用CFD技术模拟简单的流动规律和流动现象，帮助学生加深对流体理论知识的理解，起到相互促进的作用。图1是用CFD技术模拟的简单流动现象，（a）图验证了圆管中的层流运动，证明断面流速为旋转抛物面。（b）图给出了流体经过弯管时的断面压强分布规律，充分说明了离心力的作用是弯管中产生涡旋的主要原因。可以将这些模拟结果通过多媒体展示给学生，让他们在掌握理论的同时增加感性的认识，可以很好的提高学生的学习兴趣。图1只是两个简单的例子，流体力学中有很多例子可以通过数值计算和模拟穿插在教学过程中，得到很好的效果。

（2）授课与实验的有机结合

与流体力学课程相结合的有8个主要实验，分别是能量方程实验、总水头线实验、动量方程实验、毕托管实验、雷诺实验、沿程阻力系数和局部阻力系数测定实验以及孔口出流实验。另外还有诸如流线、绕流等演示实验。应当将这些实验的教学进度与理论的教学进度很好地结合，任课教师和实验教师共同指导，与学生形成很好的互动，及时启发和引导学生进行实验，充分启发学生对理论知识的创造性理解，同时锻炼其动手能力。实践证明这样做不仅可以提高学生的兴趣，还可以有意识的培养其观察流体现象的能力和分析解决问题的能力。

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论文关键词：工程流体力学；教学研究；改革探索

“工程流体力学”课程在能源动力类工科专业中占有非常重要的地位，主要研究流体（液体和气体）的平衡、运动规律及其实际工程应用的技术科学，是力学的一个重要的分支学科。通过本课程流体力学的基本概念和基本原理的学习，学生掌握分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力，为后续专业课程学习奠定基础，然而当前的教学效果并不理想。自然界和人类生活中，以及工农业生产的各行各业中均广泛存在流体流动现象，但是由于缺乏对生活的观察，学生很难做到对课本讲授内容形成直观映像。此外，自然界中的流动现象往往包含多种流动方式，在理论分析与公式推导中涉及许多复杂的数学理论与方法，经验公式多，且不易理解记忆，给学生的学习带来很大困难，导致教师难教、学生难学，实践与应用起来更是难上加难，教学效果不理想，教学目的难以实现。还对后续专业课的学习造成很大影响，进而影响本科教学的整体质量。因此，“工程流体力学”教学改革势在必行。

一、“工程流体力学”教学调查研究

“工程流体力学”课程通常是开设于热能动力工程专业二年级阶段。对扬州大学的学生的问卷调查显示，多数学生对“工程流体力学”课程的评价是“难学”。为何会有这样的评价，通过分析发现，存在几个方面的原因。

1.研究对象比较抽象

“工程流体力学”课程本身研究对象是流体，没有一定的形状和具有流动性，这是流体区别于固体的本质特征。这一特征决定了流体力学研究理论比较抽象、经验公式繁多且推导过程复杂不易理解、易混淆，进而导致了本课程教师难教、学生难学，教学效果不够理想。因此，能否将前面学习过的对“固体”平衡和运动物理规律的分析方法通过比拟的方式移植到“流体”上，并使其形成正向的学习迁移是学生能否很快的掌握本门课程学习方法、学好本课程的一个很重要的方面。

2.教师与学生

“教学”包括“教”与“学”两个方面的内容，忽视任何一个方面都有可能造成教学效果的不理想。理论课教学是工程流体力学课程教学的主要方面，是进行实验指导和应用于工程实践的基础。某些任课教师为了自己的方便省事，教材和教学内容仍然是多年前的老教材，对现阶段流体力学的发展方向和研究成果，以及本学科的最新科技前沿理论及工程应用进展不能做到及时更新，教学内容与实际应用严重脱节。

教学方法单一呆板，无法吸引学生的兴趣。经常看到这样一种现象：教师在讲台上只顾着自己滔滔不绝地讲，忽视了课堂教学的互动性和学生的主观能动性，学生了无兴趣的在座位上睡觉、开小差、玩手机，基本上是教师在向学生单方面地传授知识，这样的教学效果是很低的。

本专业本科生新的培养方案中课程设置有这样一个特点：课程增加，课时压缩，总学分保持不变。“工程流体力学”课程理论课学时从64压缩到48学时，在教学内容总量不变的情况下，每堂课教授的内容，即学生需要接受的信息量就大大增加了，严重增加了学生的负担。“浮躁”是当代很多大学生所普遍具有的心理特征，导致的直接结果是学生自制力差、怕吃苦，上课前不预习、课后不认真复习、作业普遍抄袭。

二、教学改革的目标

围绕当前“工程流体力学”课程教学中存在的问题，以提高课程教学质量、实现教学目标为目的，进行了如下方面的改革：改变教育理念，以课程改革与教学适应新时代的要求为目的；加强教学方法与教学手段的改革，提高“教”的质量；加强课程的应用性，解决基础理论课程的知识教育、应用能力与创新能力的培养，全面提升学生的综合素质；加强课程教学评价与考核体系改革，引入全程教学评价与考核机制。

三、“工程流体力学”教学改革探索

从上面的分析可知，“工程流体力学”课程教学效果不理想存在很多方面的原因，因此，教学改革也要同时从多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是笔者在扬州大学热能与动力工程专业本科生课程教学中进行的探索与尝试，取得了较好的效果。

1.教学方法的探索与实践

（1）俗话说“良好的开端是成功的一半”，第一堂课的重要性也就不言而喻了。兴趣是学生学习的直接原动力，能否在开始就激发学生对“工程流体力学”课程的学习兴趣是学好本课程的关键。运用多媒体技术，通过生动的视频和动画向学生展示生活中随处可见的流体力学现象。如，男孩子喜欢足球、乒乓球的比较多，可以用“香蕉球”和“弧圈球”现象的流体力学解释来吸引他们的注意力，还有其他的现象如高尔夫球表面的凹坑设计依据，飞机机翼能够产生巨大升力，跑车外形设计成流线型又是什么道理等等。此外我国正在实施的“南水北调”工程同样涉及很多流体力学相关知识，以上这些事例都是学生所非常熟悉而又在学习之前无法用理论来解释的现象，很容易引起学生的注意力和想要探索的兴趣。

（2）合理使用多媒体。在流体力学的教学过程中，采用多媒体有利于学生对流动现象的感性认识，加深对概念的理解，提高学习兴趣。但是，采用过多或华丽的多媒体也会产生一些负面作用，如多媒体教学替代板书节约了时间，增加了授课容量，但相应的讲课速度也就比较快，学生不易吸收和消化，容易造成学生“跟不上”进度，产生厌学情绪。因此，传统板书与多媒体有机结合的教学方式可以充分利用各自的优点，达到最佳教学效果。当然，不同教学方式之间的比例分配的“度”是需要关注的问题。

2.教学内容的选择

“工程流体力学”课程是机械、能源、化工、动力、建筑、生物、航天等专业的重要的专业基础课，这些专业具有不同的特点，对流体力学知识需求的侧重点也不同。因此，教材的选取要有针对性，即根据本专业特点和要求、学生层次来选择教材。此外，教师要能够跟踪掌握现阶段流体力学最新的发展方向与研究成果，不断更新和补充教学内容，做到课程内容的与时俱进。

3.重视实验教学

实验教学是“工程流体力学”课程教学必不可少的组成部分，属于实践教学环节。通过实验对理论进行验证，从而加深对课程基本概念和理论的理解和掌握。在基础实验外增加设计性实验、建立开放性实验室，锻炼学生的动手能力，培养学生发现问题、分析问题和综合运用所学知识解决实际问题的能力。

4.课程评价与考核体系

对于“工程流体力学”课程来说，学习要达到的目的是学生运用所学知识对实际工程问题的进行分析和解决的能力，而不是对课本理论知识和大量复杂公式的记忆能力。因此建立合理、公正、客观的课程评价与考核体系非常重要。针对学生普遍存在的平时不努力、考前几天突击考试的现象，摒弃“一考定成绩”的考核方式，采用灵活的、全程考核方式取得了很好的教学效果。具体做法是：提高平时成绩所占最终成绩权重，包括出勤率、课堂互动和讨论、小测试、作业质量等平时学习各方面的表现；期末考试成绩权重减少，采用闭卷方式，但考题中所涉及的公式、图表等会在试卷中集中给出，并增加一些干扰公式进去，既避免了学生花大量时间去记忆毫无规律可言、而又易忘的经验公式，同时也达到了考核学生选取基本理论和公式去分析、解决实际问题的能力，实现了教学目的。

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【关键词】工程流体力学 石油教学 学习 改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）12-0231-02

近几年随着后备储量持续增长，我国的石油工业以前所未有的速度向前发展，这就要求石油工程技术人员必须掌握扎实先进的专业知识。石油工程专业有其自身浓郁的行业特点，其目标是培养能在石油工程领域从事油气钻井工程、采油工程、油藏工程、油气储运等方面人才。在油气勘探开发储存运输过程中，存在广泛而复杂的流体流动现象，所以工程流体力学一直以来都是石油工程专业的核心基础课。

一、上好“绪论”课

“绪论”是教材的开篇之言，通常对全书有一个概括性的介绍。包括内容的设置、该学科的发展简史、与相关学科的联系和今后的发展方向及动态。在教学过程中，充分备课，形象生动地上好绪论课，使教师在后继的教学工作中事半而功倍。总结多年的实践经验，讲好“绪论”可从以下几个方面对教学产生积极的作用和影响：1.可激发学生的学习兴趣和求知欲。知之者不如好之者，好之者不如乐知者，三个层次呈递进状态，乐学是最高层次的学习热情，浓厚的兴趣能推动学生独立进行探索性的学习，而且在学习中主动克服困难，排除干扰；2.可促使学生在学习过程中将流体知识运用到专业课中，使知识融会贯通，有利于加深对专业知识的理解；3.可帮助学生了解学科的前沿动态，吸收最新知识，有利于学生对个人求学生涯的整体规划，优化职业生涯。

二、定位教材，扩展内容

很多工科院校都开设了工程流体力学，针对不同的专业，流体力学的学习侧重点肯定不一样，那么对于石油工程专业而言，流体力学知识服务于钻井、采油，偏重于工程运用，所以在讲授过程中不必要求学生熟练掌握每一个公式的推导过程，只需了解就可以，更多讲解与专业相关的实际运用，那么教材的选择就很重要了。广泛阅读流体教材，选择与专业最匹配的教材是首要任务。目前市面上有很多版本内容不同的教材，在定位教材后，难免教材在编排上不是尽善尽美，那么就要对选定教材的内容进行适当的扩展，可以加深加宽知识体系，更有利于激发学生的学习热情。

三、讲究课堂内教学方法和手段

自工作来，对于教学方法和手段进行了不断的摸索完善，工程流体力学侧重于应用流体力学的基本原理、理论与方法研究，解决工程实际问题。研究方法也遵循“实践-理论-实践”的基本规律。在实际教学过程中，发现学生最大的问题在于――不知道怎么学，不是学不会，而是没有找到适合这门课的学习方法。所以需要教师讲究课堂教学方法，采用合适的教学手段，让学生不至于感到知识晦涩难懂，继而失去学习兴趣。例如：每次上课前提问回答上次课的学习重点内容，集中学生的注意力，在此同时给了学生收拾情绪的时间，以利于新课的讲授；在上课过程中对于有散发性的问题，可以采用提问的方式调动学生主动思考，并给予一定的奖励；如果章节内容相对简单易懂，可以促使学生自己上台讲授，一方面激发学生自主学通学透，另一方面建立学生强大的自信心。

四、积极收集反馈信息

一方面在课间与学生主动沟通，了解学生的思想动态，拉近与学生的距离，才能最广化地获得反馈信息，师生关系。另一方面及时布置练习，既要起到巩固的作用，又要充分发现学生的学习难点，然后有的放矢的解决难题。要想获得预期的效果，教师在布置作业前必须精心研究习题内容，布置有代表性的习题，既不重复也不遗漏，然后尽快批改作业，在知识遗忘的截止时间前纠正错误，使学生形成正确的知识结构。

五、善用多媒体工具

随着科技越来越发达，原本的板书形式慢慢远离学生的视线，取而代之的是多媒体教学，在充分享受信息化的同时，要考虑学生的接受能力与接受程度。目前学生普遍反映多媒体教学虽然信息量大，但对于较大的信息量，学生难以全部接受，更容易形成抵触心理。在充分征求学生的意见后，得到的结论是：善用多媒体工具――用于展示图片、动画和教学影像。

将板书与多媒体合理地结合在一起，板书用于基础知识的学习，多媒体展示流体复杂的流动状态与工程实际运用，便于学生的理解接受，最大化地保持学生的学习热情。

六、重视实验课

目前，学生中普遍存在重理论轻实践的心理，做实验敷衍了事，写实验报告只用粘贴复制就可以了，无论数据合理与否，应付交差就完事了，数据不正常也不思考，实属本末倒置。流体力学是一门以实验为基础的力学分支，实验探究不仅是教学的内容，更是培养学生科学素养的手段。加强实验教学有利于激发学生学习兴趣、有利于培养学生动手能力、有利于概念的构建、有利于模型的建立、有利于定律的导出、有利于结论的检验、有利于创新能力的培养。特别是流体力学中很多经验公式，都是大量做实验总结出来的，所以实验是理论的源泉。现在实验课均是实验教师演示给学生看，然后学生参照实验指导书依葫芦画瓢做一遍，遇到问题依赖于教师，不主动思考，完全失去了做实验的意义。

七、结论

工程流体力学是一门专业基础课，对专业知识的学习有着至关重要的意义，对工程流体力学的教学思考是永无止境的，作为一线教师，要在工作中不断摸索实践，积累丰富的教学经验，在教学中实践改革，提高教学质量，使学习工程流体力学的过程充满乐趣与动力。

参考文献：

[1]李会芬.热能动力类《工程流体力学》课程学习的几点建议[J].广西大学学报，2007，（10）.

[2]黄卫星，肖泽仪，伍勇，魏文韫.过程装备专业工程流体力学课程的地位与教学要求[J].化工高等教育，2010，（1）.

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根据流体力学课程的性质、特点，结合自身的工程实践经历和教学体会，文章从优化教材内容、提炼讲授方法、发挥传统教学模式优势、挖掘多媒体教学潜力、培养学生科研能力等方面，探讨了流体力学课程教学改革的具体措施和成效，提出了有益于学生理解流体力学重点内容的教学方法。此研究对改善流体力学课程的教学效果、探索大专业背景下的专业基础课教学模式有一定的参考意义。

关键词：流体力学； 教学改革； 实践教学； 创新能力

中图分类号：G420 文献标志码：A 文章编号：

10052909（2013）04004103

流体力学是关于流体机械运动规律及其应用的一门学科，是力学的一个分支。中国各高校的土木工程、流体机械、农林、石油化工等专业均开设了流体力学课程，它属于专业基础课。

该门课所涉及的基本原理和基础理论对专业课的学习、课程设计、毕业设计以至解决工程实际问题等起着非常重要的理论支撑作用和指导意义。尤其对于工科学生，他们毕业后大部分在生产一线从事技术管理工作，必须具备一定的专业基础、技术应用和现场协调能力。这就要求流体力学课程教学将理论知识与实践能力培养相结合，将课堂教学与实践教学相结合，不断改进教学方法，积极探索适应工科学生专业设置和就业主导方向的课程教学新模式。兰州交通大学在土木工程、环境工程、市政工程、建筑环境与设备工程、热能动力工程等专业均开设了流体力学课，在长期的教学实践中积累了一些该课程的教学体会。

一、优化教材内容，课堂讲解力求深入浅出

流体力学课程体系的主要内容包括基本理论和实验两大部分。由于流体力学学科的快速发展以及社会对各专业学生知识结构要求的不断变化，有些在用教材已不能满足教学要求。因此，教师在备课时要尽可能多地参阅质量高、实用性强的教材，力求对同一个问题进行多角度分析。教学中应将不同教材版本的不同提法告诉学生，让学生课后独立思考并提出自己的见解。在制定教学计划时，应该从课程内容的系统性和完整性出发，将教材原有章节顺序重新调整，便于学生对相关知识的理解。比如，在讲解流体运动学基础、动

力学基础时，先从粘性流体三维不可压缩流动的运动微分

方程（即N-S方程）入手，对实际流体的流动特征进行描述，学生就可获得流体动力学的基本轮廓，进而了解只要该方程中粘性力项为零就可得到理想流体运动微分方程。在此基础上，再令加速度项为零（即流体处于静止状态或相对平衡状态），就可得到流体平衡微分方程（即欧拉方程）。通过这一调整，省去了许多推导过程，而且也能让学生对流体质点运动的力学机制有更明晰的认识。

在课堂讲解上，教师要力求做到深入浅出。流体力学中的一些公式或方程的推导过程很繁杂，教师过多地罗列推导内容会导致学生的厌学情绪，甚至有些听不懂的干脆就放弃学习。比如，在讲解流体微团运动分析时，可以将多数学生儿时玩的“泥球沿坡面下滚”游戏作为例子来讲解，因为大部分学生有过这样的亲身体验，他们很容易理解泥球在滚动的同时将伴随变形和旋转，这样后面的推导就容易被学生接受了。在讲解管嘴出流时，可以学生每天接触的水龙头用水的例子。比如在12∶00-13∶00期间用水，12∶00时流出水龙头的水流速度很大，随着锅筒内水位的逐渐下降，到接近13∶00时用水，在同样的水龙头开度下，水龙头内的水流速度明显要比12∶00时的流速小，学生由此很容易理解有效作用水头与排水量的关系。

二、发挥传统教学模式的优势

传统教学模式即教师以讲解、板书的形式将知识传授给学生的一种教学方法。该方法在不同层次的教学活动中发挥了积极的作用。教师生动、形象的描述以及肢体语言能使学生有身临其境之感，这种教学模式有利于教师主导作用的发挥，教师可以根据课堂上学生的反应来适时调整讲解速度和思路，并以板书的形式突出重点和难点。流体力课程中有相当一部分内容是力学知识和数学知识的综合，只有通过严密推导或作图才能比较透彻地讲清其基本原理。比如连续性方程、能量方程、动量方程、（N-S）方程等是流体力学中的经典理论，也是难点所在。只有通过板书推导，学生才能理解其物理事实，明确其解决工程问题的一般思路和步骤。流体微团运动分析一节是运动学中的核心内容，许多学生很难理解流体微团能同时具有“平动、变形（线变形和角变形）、旋转”三种运动趋势。这就要求教师从介绍速度分解定理入手，通过理论推导和对流体微团运动变形的图示两种方法来讲解。水击现象中伴随管道中压力和流速交替变化从而引起压力波的“顺向”及“逆向”传播过程，如果不通过在黑板上逐步图示的方法，学生很难明白水击发生的物理实质。另外，传统教学方法也能展示教师的板书和绘图功底。如果教师的书法很漂亮，徒手绘图效果好，能增加学生对教师的敬重感，从而激发他们对流体力学课程的学习兴趣。

三、深挖多媒体教学潜力

随着科技的飞速发展和国家对教学投资力度的加大，现代化的教学手段在提高课程教学质量上发挥了重要作用。在流体力学课程教学中，通过播放课件、视频、教学片等，能让学生很直观地理解流体流动的具体特征。比如，漩涡的形成、管嘴出流时真空区的形成、两个相邻局部阻碍之间的干扰等现象，这些内容用枯燥的文字描述是很难理解的，但利用多媒体演示，学生从动态的、形象逼真的图像中就很容易理解流体力学现象。紊流是一种高度复杂的三维非稳态、有旋流动。对其流动规律的研究一直是流体力学学科领域的热点和难点。紊流中，存在高流速层的流体质点进入低流速层，并与低流速层质点发生动量交换，以及低流速层流体质点进入高流速层与高流速层质点发生动量交换的过程。过去教师通过板书图示讲解之后，仍有近70%的学生不理解雷诺应力与紊流脉动的因果关系。但是，通过动漫形式显示具有不同初速度的流体质点进入另一流层后对两个流体质点速度在不同方向的影响过程，使这一复杂问题简单化，学生也容易接受。另外，利用教学录像，学生对流体力学现象尤其是大海的潮起潮落、龙卷风运动、桥墩后尾流变化，以及1940年美国塔科马海峡大桥由于风振而坍塌的整个过程印象深刻。多年的经验表明：多媒体在教学中的运用对于激发学生学习流体力学的兴趣、增强求知欲、开阔视野起到了积极的作用。但是，多媒体教学潜力的开发取决于教师的前期投入，也就是说，授课前教师必须投入大量的精力制作多媒体课件，使其包含丰富的教学内容，同时还能调动学生积极的参与意识[1]。只有这样，作为传统教学方法辅助手段的多媒体教学，才能在帮助学生理解难点、掌握重点、提高学习效率上发挥越来越重要的作用。

四、加强科研实训，开阔学生视野

引导学生参与科研活动，在科学研究中增长学生的专业知识，开阔学生的学术视野。教师在完成课堂教学任务之后，就课内某一知识点引导学生查阅相关文献，开展科学研究，培养学生的科研意识，提高其认知水平。学生以书面形式定期反映自己在查阅文献和学习研究中的收获。教师根据学生书面总结的完成情况给予评价。此外，教师也鼓励学生主动参与校内外的科研活动，并定期写出自己的体会交指导教师评定[2-3]。学生参与的科研内容即使与其所学专业的学科领域有一定距离，也将得到支持，因为参与科研活动对学生能起到开阔视野、激发科研热情、训练科研思维的作用[4]。同时还将进一步密切科学研究与专业学习之间的关系，为学生进入更高层次的学习和工作打下坚实的基础[3]。

流体力学是一门系统性和理论性都较强的课程，它既体现了经典力学的基本思想，也反映了数学、物理、机械等多学科在现代工程中的交叉应用。在学分制教学管理体制和大专业背景下的人才培养模式，根据学生的基础和专业培养目标来寻求合适的教学方法，构建有创新特色的流体力学课程教学改革体系，是一个艰难而漫长的过程，还需要在今后的教学工作中作出更多的努力。

参考文献：

[1] 杨小林， 杨开明， 严敬，等.流体力学课程教学改革探析[J].高等教育研究， 2006， 22（2）：47-48.

[2] 王烨， 孙三祥， 张济世.《水泵及水泵站》课程设计教学新模式研究[J].高等建筑教育， 2010， 19（3）： 117-119.

[3] 王烨， 陈焕新.《水泵及水泵站》课程设计教学改革[J].高等建筑教育， 2011， 20（3）： 91-94.

[4] 马宝峰，李岩， 郭辉，等.基于科研问题的力学综合实验教学研究与实践[J].力学与实践， 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

从中国科技馆获悉，中国科学院力学研究所研究员、博士生导师、中国科学院院士、力学研究所学术委员会主任李家春日前在中国科技馆开办主题为“身边的流动”的讲座，通过唐代诗人李白和张继的名诗《早发白帝城》和《枫桥夜泊》解释古人观察到的流动现象。探寻日本“3・11”海啸与福岛核泄漏、2011年极端气象灾害和美国航天飞机退役等事件当中的流体力学的原理。

我们身边存在着很多流体现象，也许看不见、摸不着，然而它们就像空气和水，是一种重要的存在，影响着我们的生活。气象灾害、日本海啸、美国航天飞机的退役等均与流体力学有着密切的关系。由此可见，身边的流体现象无处不在。日前，中国科学院力学研究所研究员，博士生导师，中国科学院院士李家春来到了中国科学技术馆与广大市民面对面，为我们详细讲解“身边的流动”。

李家春说，2011年，人们遭遇了众多极端事件：日本海底地震导致海啸和福岛电站核泄漏；澳大利亚飓风、我国干旱与洪水灾害等异常气候问题，而它们的预测、预警都是流体力学的前沿问题。同样是在这一年，美国航天飞机历经30年，共飞行130余次，而后全面退役。在其退役的种种原因中，防热系统不可靠等安全问题，成为流体力学工作者需着力解决的重要课题。

日本海啸与流体有关

“日本‘3・11’地震海啸灾害伤亡惨重，并导致了福岛第一核电站的核泄漏。海啸灾害的发生需要几个条件，其中包括6.5级以上的海底地震、震源深度小于50公里、海底板块垂向运动等。传播到浅海海湾和海滩地区，因水的积聚和涌升而致灾，在夹带杂物以后冲击力更强。利用地震波与海啸传播的速度差，可以预警防灾。”李家春说，“为什么日本这次没有做好呢？原因有两个，一个是震源很近，离海岸线仅133公里，时间差很短；第二在于日本没有预见到九级地震会造成如此大海啸，防波堤设计标准低。如果核电站建在西海岸就要好得多。”

气候异常缘于大气环流非常不规则

2011年气候的异常使人类遭受很多损失。澳大利亚百年难遇的“雅斯”飓风；韩国首尔百年一遇的暴雨；包括北京城区内洪水也相对严重。气候异常究竟缘由何在？李家春对此解释：“由于海陆分布、地形高低、植被覆盖、土壤干湿等因素，还有诸如地球自身的公转和自转、日地关系、太阳活动、火山爆发等自然原因，大气环流是非常不规则的。近百年来，还有温室气体排放等人类活动的干扰，导致全球变暖，大气活动增强，表现为平均值缓慢上升，在平均值上下幅度的变化也增大。”

美国航天飞机退役，因为防热系统没有设计好

美国航天飞机退役原因也是瞩目的焦点之一。我们知道，航天飞机的好处是运送量大，把人和物资运到空间站去，所以人能够长期地在空间站进行科学活动；可以多次往返，似乎可以节省费用；还有一个好处就是回地落点比较准确。李家春说：“航天飞机退役最重要的原因是，防热系统没有设计好，维修费用很高，失事率高。两次失事，一次是挑战者号，一次是哥伦比亚号，牺牲了14个人，这样就不经济、不安全了。所以在2011年的2月、5月、7月，发现号、奋进号和亚特兰蒂斯号最终退役。两架失事，三架放到博物馆。”

诗词里的“流动”

有谁想到古人的诗词中蕴藏着丰富的流体现象呢？在讲座上，李家春先以大家耳熟能详的七言绝句《早发白帝城》为例，“朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。”这首诗将诗人遇赦后愉快的心情以及江山的壮丽多姿融为一体，描写的淋漓尽致，而“轻舟已过万重山”这顺水行舟的流畅轻快则体现出了一种流动现象。

李家春说：“为什么三峡建成前后，船的航速不一样？没建三峡之前可以轻快如飞。三峡工程建成以后，‘高峡出平湖’，流速就大大减缓了。实际上，这是由于河道的比降不同，也就是说水面的坡度不同所致。河水流动的动力，来自于重力沿着底坡的分量，比降大，该分量也大，所以流速也就增加了。”

此外李家春还举出《枫桥夜泊》里的一句“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。”从表意来讲，是说苏州城外的寒山古寺，半夜敲响的钟声传到了诗人的船头。那为什么晚上寒山寺的钟声能传过来？“这里面反映了一个科学原理，”李家春说，“声波在大气当中的折射现象。到了晚上，大气的密度处于稳定层结，上轻下重，这样声音就会全反射回来，而白天的分层情况不同，所以可能听不到钟声。”

延伸阅读

现代流体力学具有先导作用

什么是流体力学？在讲座上李家春通过解答流体和固体的差别、流体的相态以及流体运动的表现形式等问题，说明了流体力学是研究流体介质的对流、扩散，以及相伴的物理、化学、生物过程，导致质量、动量、能量输送的现象。

流体力学既是一门经典学科又是一门现代学科。在17世纪，牛顿基于前人的天文观测和力学实验，发明了微积分，并总结出机械运动三大定律和万有引力定律，发表了著名的《自然哲学的数学原理》一书。由于原理是普适自然与工程各个领域的规律，从而使力学成为自然科学的先导。

自20世纪60年代以来，由于超级计算机、先进测试技术的发展和应用，力学进一步凸显宏微观结合和学科交叉的特征，并进入现代力学发展新阶段。李家春说：“现代流体力学在航空航天、海洋海岸、环境能源、生物医学、材料信息等诸多工程领域都发挥着不可或缺的作用。因此，现代流体力学不仅是一门重要的基础学科，而且在同国家经济、社会发展相关的各个工程技术领域仍具先导作用。”

流体力学的发展历程

流体力学历史悠久，它发展的过程可以分成四个阶段：基于实践经验的古代流体力学，基于严密数学理论的经典流体力学，基于物理洞察力的近代流体力学，以及基于现代高新技术的现代流体力学。

西方的古代力学，最早的有阿基米德的浮力原理和提水机，达・芬奇的扑翼机和降落伞，以及哈根・泊肖叶的管流实验。这些也都是流体力学，而且西方关于定量化的研究做得好，并上升为规律和理论。经典力学则以牛顿力学体系的建立为代表，主要推广到连续介质――就是像水、空气这样的介质。李家春说，经典力学可以得到很多理论公式，但是也面临困难，比如说解决不了飞机的问题。而近代力学靠的是物理思想，在1904年，普朗特在海德堡数学会上提出了边界层理论，解决了阻力和飞机设计问题。如果没有这个理论，到现在为止，我们不可能坐飞机在十几个小时到达纽约。

“中国古代的流体力学有很多好成就和贡献，最重要的一个贡献，就是2000多年前的都江堰水利工程。”李家春说，“鱼嘴分水堤严格控制内外江的水沙量，飞沙堰溢洪道控制洪水量，宝瓶口起着一个水库的作用，这些都是流体力学原理。”

专家答疑

疑问：要解决比如说航天、海洋、能源、环境问题，是用数学模式、物理思想、现代的超级计算机，还是兼而有之？

李家春：关于研究手段，比如气候预报，需要的计算量非常大，单纯靠手算是不现实的。100年以前曾有一位天文学家预测一个天体运动，推导了100多项，后来发现计算错了，结果算了一辈子都白算了，所以没有计算机不行。但是现在有另外一种趋向，就是年轻人不爱学数学、物理，单单学计算机，而且公式不推了，程序也不编了，为什么啊？因为有软件。人家编好程了，他只需要输进去数据，结果就能出来，挺不错啊，就是他不了解里边的含义，错了也没法改，这是不行的。只有学习了数学、物理中基本的知识以后，才能了解算出来东西对还是不对，了解里边的规律是什么，才能做到创新。

疑问：如果某些力学问题解决了，它能够带动哪些技术，解决人类的哪些问题？

李家春：我举个例子――湍流，这是一个百年的难题。湍流是1883年雷诺发现的，实际上在我们周围到处都是，水流里边、大气里边到处是湍流现象。但解决它又非常难，因它是无规则运动。20世纪以来有很大进步，第一条，就是把它的发生原因、转变过程、统计规律以及它的结构弄清楚了，但现在要预测它，对飞行力学、空气阻力、传热这些现象十分重要。另一方面，因为它的尺度非常小，计算机能力还不行，现在十的七次方已经很多了，它可能要算到十的十五次方，现在做不到，所以还要靠大脑的智慧。大家要知道，不必要把所有物质都分辨到原子、分子，这不可能，只有依靠物理思想对小尺度的现象建立模型，进行简化，计算量就大大减少了。所以还要学普朗特的精神。如果这个问题解决了，实现了减阻，每年都能省很多石油，可以把环境污染问题做得更好。

另外，污染处理问题。流水不腐，户枢不蠹。水流动起来了就不会发生污染，这是非常简单的原理。但是处理污染事件时，做环境的人往往只用化学的方法，或者只用生态的方法，而不用流动的办法。实际上处理苏州河的时候，做流体力学就考虑利用潮水涨落把污染物带出去，这能提高效率、节省费用。昆明的滇池到现在为止也没有解决好。所以光靠化学不行，一定要用流体力学原理，利用或产生流动，使得水活起来，污染就可以治理好了。

篇9

论文摘要:通过工程流体力学教学实践,探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合,活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性和主动性,达到优化教学效果的目标。  

 

一、前言 

 

随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展,多媒体教学已被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。因此,利用多媒体教学手段开发学习资源,构建新的教学模式,达到最佳教学效果,成为国内外提高教学质量、改革教学方式的重要手段。 

本文通过工程流体力学教学实践,探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合,活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性和主动性。达到优化教学效果的目标。 

 

二、传统教学模式的利与弊 

 

传统教学模式历史悠久,教育理论成熟,已经积累了丰富的经验。在传统教学中,通过教师的形象、生动的讲述,学生易于接受,师生之间可以面对面地探讨疑难问题。对于工程流体力学而言,教学内容不可避免地会涉及到数学公式的推导,传统的板书教学方式即可以留给学生更多的思考时间,同时又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强记忆。然而传统式教学主要依靠粉笔与黑板的教学条件,是以教师为主体的教学模式,从而大大降低了教学效率,也扼杀了学生个性的发挥和创意的产生。 

 

三、多媒体教学的特点 

 

多媒体教学以其鲜明的教学特点,丰富的教学内容,形象生动的教学情景,在教学过程中发挥了重要的作用: 

第一,激发学习兴趣,有利于提高课堂效率。兴趣是学生获取知识、拓宽视野、丰富心理活动最主要的推动力。多媒体技术综合应用文字、图片、动画和视频等资料来进行教学活动,激发学生的学习兴趣,从根本上改变了传统教学模式的单调性。而且多媒体教学可以充分发挥学生听觉、视觉等器官对信息的接收,对学生的眼、耳等器官进行多重刺激,从而活跃学生的思维,增强学生记忆力,提高课堂效率。第二,直观、易懂,有利于提高教学质量。流体力学是从力学的观点出发,主要研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学,在日常生活和各种工程实际中具有广泛的应用领域,是动力工程和流体机械专业一门重要的专业基础课。与固体的运动规律相比,流体在运动过程中存在诸如激波、接触面间断、两相流体之间相互掺混等复杂现象。

多媒体教学手段能够通过图片、动画和视频资料等直观、清晰地观看复杂的流动现象,使学生较容易地掌握相关内容,提高教学质量。第三,增加教学容量,节约空间和时间。工程流体力学研究内容较多,涉及范围较广,在有限的课时内传授给学生的信息量较大。传统教学中知识的传播主要靠教师的口授与黑板板书,在一定程度上限制了课堂信息的含量,多媒体教学充分地利用了电脑能够存贮大量信息的优势,授课的信息量明显增多,教学内容更加丰富,使学生在有限的时间内接收更多的知识,开阔了学生视野,增加课堂知识的容量,提高了教学的效率。 

 

四、多媒体教学手段与传统教学方式相结合 

 

多媒体教学的发展并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段,而是将多媒体教学与传统教学方式相结合,扬长避短,发挥各自的优势,更好地服务于教学工作。 

工程流体力学教学内容主要包括两大部分,理论教学和流体力学实验教学。 

工程流体力学理论教学部分包含大量流体力学的基本概念、基本方程和一些复杂的流动现象。例如在教学过程中,流体静力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,这样既可以留给学生足够的思考时间,又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强学生的记忆能力。而对于某些基本概念和特定的流动现象,可以通过多媒体教学手段,加深学生对基本概念和流动现象的理解。 

流体力学实验是流体力学教学中的重要组成部分之一,贯穿于课程始终。现行流体力学教学实验多为验证性实验,实验方法单一,同时,还受实验老师较少、实验课时有限以及设备等多种因素的影响,学生选择的范围极小,在很大程度上制约了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力,不能很好地达到流体力学实验教学的要求。然而引入多媒体教学手段以后,学生可以灵活地改变实验条件,演示各种实验现象。 

 

参考文献: 

篇10

【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