固体力学原理范文

导语：如何才能写好一篇固体力学原理，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：固体物理学；教学改革；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）29-0034-02

固体物理学是一门研究固体的结构及其组成的微观粒子（原子、离子、电子等）间相互作用和运动规律，从而阐明其性能与用途的学科。它是微电子技术、光电子学、材料学等技术和学科的基础，同时，也在太阳能光伏发电等新能源技术的革新发展中起着关键作用。因此，在常州大学新能源材料专业中开设该课程，并将其作为该专业的主干课程之一，希望使本专业学生掌握一定的固体物理知识及其研究方法，从而有助于学生增强理学背景，扩展视野，提高其解决问题的能力，而且为他们毕业后进一步深造或就业奠定坚实的基础。

一、新能源材料专业固体物理学教学现状分析

新能源材料专业是常州大学近年来为培养新能源产业发展所需的专业人才而设立的新专业。该专业处于起步阶段，人才培养模式和课程体系的构建亟需完善，而且材料类专业课程往往更偏重材料的工艺、性质和性能，这些课程往往重工轻理，造成学生的理科背景不强。而固体物理学课程包含了很多晦涩难懂的专业定义、复杂的三维空间想象与变换和烦琐的理论推导，需要以高等数学、热力学与统计物理和量子力学等理论性很强的课程为基础，因此客观上造成本专业的学生并未做好学习固体物理学课程的准备。举例来说，这些学生的先修课程并不包含量子力学。此外，像高等数学这类课程，学生虽已经学习过，但由于课时等原因，这类课程的学习程度没有达到学习固体物理学课程的要求。由于上述原因，本专业的学生在学习本课程的过程中感到相当的吃力，特别是涉及到一些抽象的定义和复杂的数学推导过程，使部分学生产生了厌学的情绪。因此，为达成设立本课程的初衷，其课堂教学和考核的改革势在必行。

二、教学内容的改革

固体物理学课程的内容博大精深，可人为划分为固体物理基础部分和固体物理专业部分。由于本专业的培养方案将本课程定性为专业基础课程，并为其安排了56个学时，因此仅讲授固体物理基础部分，并对其有所取舍，充分考虑新能源材料专业侧重太阳能光伏发电和锂离子电池储能的特点。鉴于以上考虑，本课程的教材选用Kittel著，项金钟和吴兴惠翻译的《固体物理导论》，讲授该教材的前七章，侧重材料的电学性能知识点的讲授，减少力学和磁学等相关知识点的比重。例如在第三章晶体结合与弹性常量中，舍弃关于弹性常量的讲解，回避复杂的角标和矩阵方程，既可以减少学生的畏难情绪，又可将更多的精力放在第六章和第七章这些与材料电学性能相关的章节。此外，Kittel著《固体物理导论》这本教材比较注重物理结论，而在某些地方忽视了如何引出该结论的过程，如果只是照本宣科，必然会使学生对课程的内容产生怀疑，最终导致他们失去学习的兴趣。因此，在教授的过程中作者还取多家之长，对该教材忽略的重要过程进行补充，力争讲清每个知识点的来龙去脉。比如，在第六章自由电子费米气中，《固体物理导论》该教材直接引出了一维情况下能级的表现形式，这种不通过薛定谔方程的方式使学生感觉知识点比较突兀，缺乏心理准备。对此，我们在这部分补充了薛定谔方程的知识，而后自然地引出教材内容。通过这种做法不仅丰富了课堂教授的内容，使知识体系更趋完善，更在潜移默化中将对待工作认真负责的做人道理传递给学生，起到了教书育人的目的。

三、教学方法的改革

正如前面所述，固体物理学课程内容理论性强，比较抽象难懂，而学生由于种种原因并未打下学习该课程的基础。为了解决这一矛盾，作者首先将要用到的《量子力学》、《统计物理学》和《高等数学》中相关知识点在课堂上穿插讲解，为学生补缺补漏，解决先修课程不足的问题。其次，不拘泥、不追求烦琐的数学推导和演算，采用定性解释或数学推导与定性解释相结合的办法去解释固体的性质和结论。例如，在讲解费米-狄拉克分布时，如果从数学推导上去解释这一结论会十分烦琐，我们采用生活中汽车长队等红灯的例子去类比解释：将一辆辆汽车类比为固体中的电子，将红灯前的斑马线类比为固体中的费米能级，将红灯时没有汽车越过斑马线类比为0K下固体中所有电子排布在费米能级之下，将绿灯时首先是靠近斑马线的汽车通过斑马线类比为0K以上原费米能级附近的电子首先激发到高能级。这样就很容易让学生理解这一重要的结论，并且有助于树立学好这门课程的信心。此外，在讲解第六章自由电子费米气的过程中，首先给学生补充薛定谔方程的知识点，但由于他们没有学过《量子力学》课程，对薛定谔方程的讲解采用数学推导与定性解释相结合的办法：从能量守恒角度并引入几个重要的假设就能简单的导出薛定谔方程，使他们很快的掌握必要的先修知识。采用这样一些方法，可将一些较复杂、抽象的知识点以较为生动的形式传授给学生，改变了他们对这门课程看法。

四、课程考核方式的改革

学生成绩评定是教学过程的主要环节之一。目前常用的考核方式有闭卷和开卷两种形式，前一种形式主要考查课本内容，容易造成学生考前突击，死记硬背；后一种形式考查内容灵活，但学生往往对考试复习无从下手，一些学生甚至存在投机取巧的侥幸心理，放弃对所学内容的复习。结合固体物理学课程理论性强、内容灵活但又有大量基本结论和公式需要记忆的特点，作者采取半开卷的考试形式，即统一向学生发放一张A4大小的纸，学生在复习过程中可将他们认为重要的知识点归纳总结在这张纸上，而考试时可查阅这张纸上的内容。采用这种方法，避免了学生在复习过程中将大量精力放在结论和公式的记忆上，有助于督促学生对所学课程内容进行思考，从而提高了学生的综合素质。

总之，在新能源材料专业固体物理学课程教学过程中，要坚持以学生为本，以学生为主体，在充分认识本专业学生特点的基础上，不断改革，勇于实践，不断充实和完善自己，最终做到因材施教。

参考文献：

[1]冯端.固体物理学大辞典[M].北京：高等教育出版社，1995.

[2]韦丹.固体物理[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3]文尚胜.材料学专业“固体物理”课程教学改革初探[J].中国科教创新导刊，2010，（10）：44-46.

[4]华中，刘惠莲，孙亚娟，孟祥东.固体物理课程建设的实践[J].吉林师范大学学报，2006，（01）：44-45.

[5]惠群，程南璞，陈志谦.材料学专业固体物理课程教学改革与实践[J].西南师范大学学报，2011，（36）：167-171.

[6]梅显秀.固体物理教学改革的探索与实践[J].大学物理，2010，（29）：43-45.

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关键词：独立学院 网络环境 建构主义理论 立体动态管理的教学方式 无纸化测试评估体系

国家教育部从2008年开始逐步在全国高等学校推行四、六级网络化考试，从而较大地颠覆了以往纸质卷考的考试形式和重点设置。国家教育部对大学英语四、六级的改革，充分地向各高校传达了一个有效的变革信息，即：高校的大学英语课程要实现教学方式和测试评估体系的适应性改革势在必行。

高等学校当前多采用的是传统方式的大学英语教学， 其单一的教法导致单一的测试方法。测试评估学生英语学习能力的方法多为学期教学后一次性对整体学生进行纸质卷考，在这种评估体系下，学生的成绩就是典型性应试教育的产物，学生作弊现象严重，考试内容滞后呆板，一次考试定成绩的测试体系不能全面客观体现学生的整体英语语言英语能力及其语言的综合素质。诚然，传统的测试评估方式曾为我国的英语教学起过不小的积极作用，但在新形势下，传统的测试显得评价标准失真，互动性较低，片面性强，不能真正体现学生英语语言应用的真正能魅力。基于这样的现状，面临国家教育部对大学英语四，六级测试方式的转变的政策影响下，各高校必须从测试体系入手，改革传统考试，导入立交式立体、动态测试评估体系，使测试对教学有良好的反拔作用，促使学生语言知识和言语能力的同步提高，促进学生用英语交际的能力。这是由于语言从来不是僵死的，它永远处在运动变化之中，因此语言测试也不应固守一个模式，而应以动态、立体、交互的形式反映应试者对处在动态中的语言的掌握程度。河北联合大学轻工学院基于大学英语的改革大背景，率先做出改革行动，引进并使用蓝鸽校园网语言学科平台网络系统，为本文研究提供了硬件支持和可靠数据。通过两年的研究和实践，作为该校英语教师，研究总结其测试评估体系从卷考到网考的巨大转变及实现于以下三个方面。

一、是测试评估体系的改革，应当从重视语言要素转向语言实际能力的运用。其测试目的从重视共性转向个性，从关注考试结果转向语言学习本身。提倡形成性评估和终结性评价双重评估体系并重，评价方法和测试手段应当多样化，评价标准也应当多元化，鼓励学生自我评价和相互评价，使考试起到促进教学的作用。蓝鸽网络作业系统针对学生英语学习专门设了评估模块，老师和学生双方都可据此次作业做出相应评估。测试评估内容也由以往卷考客观性试题居多转向以主观综合素质题型为主，客观性评估为辅的试题。学生完成主观性试题的过程就是转向语言学习本身的过程，也是从本能应试语言学习向兴趣能力语言学习转变的过程。在此互评评估过程中，教师设置学生互评和师生互评任务，师生顺利转变角色，这种多层次评估体系使得学生在对他人的进行互评的过程中，完成多方面自我缺失知识的补充。同时也提高了测试评估任务的特征和目标语言使用任务特征的一致性。

二、运用构建主义理论，构建多极化的英语水平测试体系。建构主义对学习和教学做出了新的解释，以这种理论为基础，学生、教师、教材、媒体构成教学模式改革的基础成分，在运用建构主义学习理论于教学中时，网络能帮助学习者更有效地获得更大信息量的语言资料，以视频、音频、文字、图片多种形式提供给学生进行选择。淡化统考在评价英语教学和认定语言能力方面的独一无二的地位，从根本上破除应试教育的根基。依据蓝鸽语言学习系统，河北联合大学大学英语多极化测试的多样化水平测试体系系统分为三大体系：

1. 网络作业测试体系。此体系依托蓝鸽网络平台，给学生提供训练基地，使学生对所学知识达到从“了解”到“掌握”再到“会用”的转变。传统的作业为单元内容学习完成后，课本自带作业，这种终结性评估型的作业不能全面有效地分析学生的英语语言掌握能力。依托蓝鸽系统网络支持，教师可以根据课堂教学进行自编作业，灵活掌握学生语言掌握动态，形成有效的自编型的形成性评估体系。

2. 考试测试体系。众所周知，完成从卷考到网考的根本性变革在于测试评估体系的彻底转变。河北联合大学轻工学院的大学英语期末考试形式的转变，较大的颠覆了传统教学下的期末考试形式。大学英语测试评估体系的转变在两年的网络化考试实践改革中，经历了三次主要的改变：系统抽题；课外自编；课外自编和课内知识各占比例形成独有模块。通过实践证明：自编试题的测试形式可以使测试内容更丰富，形式更个性化，贴近学生素质发展的实际状况。

3. 个人测评体系。传统教学评估体系的最大空白就是没有个人测评体系，造成学生不知道自己在整个语言环境中的真实能力，学生自身英语运用能力较低。测试评估体系转变的最大创新，就是采用网络个人自主学习和自我测评体系，有效地提高了学生的自我认知能力，意识到自己的英语知识的缺失的具体原因，有效地自我改正英语学习策略。

三、实现全方位立体动态管理的教学和无纸化测试评估体系。

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[ 关键词] 体育教学 伤害事故防范

一、学校体育伤害事故的类型以及产生原因

学校体育伤害事故是指在体育课堂教学、训练过程中，由于学生自身原因、意外事件、不可抗力、自助行为、特殊侵权行为或一般侵权行为造成学生精神和身体伤害的事故。产生伤害事故的原因是多样的，人们面对学生遭到伤害事故时，总是将学校与受伤害的学生相对应，将学生在体育教学中受到的伤害全归责于学校，这种传统而不合法的理念使得对此类事故的责任认定产生强烈的偏差。

学校体育伤害事故产生的原因和类型主要有以下几种类型

学校体育伤害事故主要有以下几种类型：

1学生自我原因造成伤害事故

在体育课堂教学、训练中由于学生1、违纪（教师已尽管理职责）或疏忽大意；2、特殊体质或疾病（没有告诉学校、教师）；3、自尊心强或心理承受能力差（学校、教师的教育教学方式并无不妥）而造成自身的伤害。对于完全由于学生自我原因造成的伤害，这类事故不存在着学校、教师的过错行为。因此，根据责任自负原则，所有责任由学生本人承担。

2由于意外事件、不可抗力或自助行为造成伤害事故

意外事件指非当事人的故意或过失而偶然发生的不可预见的伤害。如在足球比赛中，学生被足球踢到了头上而晕倒在地造成伤害事故。不可抗力即人力所不可抗拒的力量，指不能预见、不能避免并不能克服的客观情况。如地震、风暴等自然灾害引起的伤害。自助行为指权利人为保护自己的合法权利，在情事紧迫而又不能及时请示有关人员救助的情况下，对学生施加的为法律或社会公德所认可的不超过必要限度的强制行为。如在排球教学中，学生跳起扣球而踩在另一排球上要摔倒时，顺势拉住另一学生，致使另一学生造成伤害。对于意外事件、不可抗力或自助行为造成的伤害，当事人都没有过错，既不能采用推定的方式认为当事人有过错，又不能适用无过错责任要求加害人赔偿，而学生遭受的损失得不到补偿又显失公平。因此，这类伤害事故理应适用公平责任原则。对于这类事故的最好解决办法不是通过法律程序，而应通过“保险”的方式进行解决。

二、学校体育伤害事故发生的原因：

对于学校体育伤害事故发生的原因，专家学者从不同的视角进行了分析和研究。首先，从观念上看，体育教学事故的发生，往往是由于学校体育管理人员、有关的教学人员，以及学生自身对这类问题的重视不够从而出现思想上的麻痹和疏忽，造成对教学中的一些关键环节的忽视，导致了事故的发生。其次，从制度层面上看，目前我国针对学校体育伤害事故所制定的法律规范尚不够完善，显示的针对性还不够强，这就造成了一旦发生体育教学伤害事故，很难找到强有力的法律法规的依据。此外，在学校体育事故的管理制度方面，仍然存在一些值得注意的不完善之处，还跟不上时代的要求。这在客观上为防范和处理伤害事故造成了障碍。再次，从器材层面看，国家对教育投入不断增加，教学的条件也得到了很大改善。但是，随着各个大专院校不断扩招，有关方面对学校体育教学方面的投入就显得相对滞后，跟不上形式发展的需要。体育教学经费投入的不足，导致了学校体育场地和体育设施缺乏，器械陈旧，难以满足教学的需要。在客观上，这形成了诱发事故的潜在因素。

三、学校体育伤害事故的防范

体育教学中学生伤害事故往往防不胜防，这类事故多数是出自疏忽大意、过失、渎职而造成的，这不仅给学生本人及其家长带来不幸和痛苦，而且给学校和教师造成管理上的困惑和不安，直接影响到学校正常的教育教学秩序，甚至影响到素质教育向更深层次的推进。因此，我们教育工作者要采取有力的防范措施，把学生的伤害事故减少到最低限度。通过上面地学校体育伤害事故发生的原因所作的分析，我们提出以下几个方面有针对性的防范措施：

1提高对学校体育伤害事故的防范意识。

要加大对伤害事故进行防范的教育力度，提高全体师生的安全意识和自我防范能力。大量事实表明，教育行政机关、学校教育管理人员甚至家长对在校学生人身安全问题的关注是不够的，对学生伤害事故的安全防范教育基本处于空白状态，学生的安全意识和自我防范能力较弱，安全知识匮乏。这是学校体育伤害事故不断发生的一个重要因素。因此，应完善学校的安全教育工作，将伤害事故防范教育列入体育教学计划，使学生的安全意识和自我防范能力不断得到提高。要了解和发现可能出现伤害事故的隐患，尽可能把握体育教学中学生发生伤害事故的时间、地点和条件，做到防患于未然，树立起一种具有高度预见性、高度敏感性、高度主动性和高度警惕性的综合防范意识。千万不要以“血的教训和生命的代价”才能唤醒体育教学安全防范意识。

2加强法制管理制度的建设

完善学校体育伤害事故防范与处理的法规和管理制度体系。目前，这方面的工作重点应放在对学校体育伤害事故防范与处理办法的研究和探讨上，在现有的法律法规的基础上，制定出对学校和体育教师的权利及义务的范围，对学校体育伤害事故的责任认定和责任追究、伤害事故法律救济等做出明确的、具体的界定，确保学校体育伤害事故能够得到有效的防范，以及在出现事故之后的处理程序有法规可以遵循；其次，在学校体育伤害事故的预防与管理的制度建设方面，应当着力引入先进的管理理念，构建高效实用的管理运行机制。例如，当前国外已被普遍采用的风险管理体制，就是一种可行的学校体育伤害事故的管理模式。建立学生健康档案掌握学生是否有某些不适宜剧烈运动的疾病，以便在安排有关活动时加以控制，并要求家长定期为学生检查，以保证学习横在校期间的安全。学校应将学生伤害事故防范工作的责任分解为若干层次、若干环节，明确划分每个部门、每个岗位防范工作的范围，对防范内容和具体责任签订责任书。这样能有效避免部门、岗位之间的责任不清，相互扯皮的现象，从而有效促进安全管理工作的落实，增强有关人员的责任感。

3加强规章制度建设及对体育器材的安全管理。

建立体育器材场地安全检查维修制度、学生健康检查及特殊体质登记制度，并将这些制度列入学校教育管理中。做到制度健全，落实到人，预防和控制体育教学中学生伤害事故的发生，防患于未然。对体育设备设施要定期检查维修，注意发现和消除危陋设备设施的潜在危险；各种教育教学活动一定要在指定的符合安全要求的场地进行。要常备不懈，持之以恒，使事故防范工作走上制度化、规范化、法制化轨道。要力争有关方面加大对学校体育教学的资金投入，不断完善学校体育教学的场馆改造与扩建，更新体育器材和设施，确保提高器材使用的安全系数，为体育教学和学生课余活动营造一个安全舒适的环境，从而最大限度的减少和预防体育伤害事故的发生。

4加强对体育教学环节的管理

体育教师要充分做好课前的准备工作。深入调查研究，充分掌握学生情况；认真钻研教学大纲和教材，结合学生具体情况，认真考虑教材内容的重点、难点、关键和危险环节，将安全保护作为教学要点之一写进教案。教学中要组织学生充分做好准备活动和放松运动，合理安排教材内容搭配和先后顺序，有的放矢地采取恰当的教学方法和手段；对体育器械场地随时随地进行安全检查；严密教学过程的组织，有效落实纪律管理措施及运动过程中的人员保护，加强教学的预见性和计划性。

5充分做好伤害事故的应急准备

学校应针对可预见的学生伤害事故，研究和制定事故的应急方案；组织教师学习防范救护知识，掌握应急本领；组织学生学习救护常识，普及避险、自救本领。“有备无患”或许不能减少伤害事故的发生，至少将会减少学生伤害的程度。

四、结束语

随着体育教育教学改革的不断深入，体育教学中伤害事故涉及的权义主体可能会更多；其适用的法域会更宽广；对社会的影响会更大。但遗憾的是，到目前为止还没有明确、具体、统一的法律法规对之进行规范。因此，防范伤害事故是一个永恒的课题。为了更好地保护学校、教师和学生的合法权益，维护学校正常的教学秩序和社会稳定，我们对体育教学中伤害事故的研究分析，就显得尤为重要。只有充分了解和掌握伤害事故发生的原因，才能从认识和行动上采取积极有效的防范措施；只有充分了解和掌握伤害事故的责任构成要件和归责原则，熟悉现行教育法律、法规的基本精神和主要内容，才有可能避免不必要的法律纠纷，才能依法确保教育工作者的管理积极性，做到有法可依，有法必依，依法治校，依法施教。本文对体育教学中伤害事故只作了初浅的研究分析，权作抛砖引玉的瓦砾，要做好伤害事故的防范工作，更需要广大教育工作者的密切合作，共同努力，共同探索。

参考文献：

[1]教育部.学生伤害事故处理办法，2002.9.01.

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2020年元月11日--16日,我参加了学校组织的教育教学管理人员和专业骨干教师培训班。去时高铁,归时大巴,正像这次培训地苏州一样---现代文明和古代文明可以融合。回来时行进在高速公路上,时间有些长,一路都是雨，提醒这次培训与众不同,我赶紧对这次培训进行了一些思考。

这次培训对我印象最深的是元月15日上午翁孝川所作的报告--学校管理者历史使命与角色定位，谈到了学校的发展定位，教师的时代重任，职业教育的目的。在谈到角色定位时，校长的精神支撑，副职领导的领域专家，环节干部的实践行家，一线教师的操作能手等，分析之全面，定位之准确，都给我留下了深刻的印象。

元月14日下午听了邱瑜博士的演讲----幼儿园课程改革与教师专业设计，对幼儿课程方面提出，幼儿教育的课程价值取向，应是符合幼儿身心发展特点和发展需求的基础上，培养孩子一生受用的素养，提升孩子在明天社会生存和发展的能力。对幼儿教师提出，幼儿教师只有在实际的教育教学工作中，特别是课程持续不断的开发中，不断发展丰富自己的教育教学知识和技能，才能使自己向着经验丰富，能力过硬方向发展。这些见解都让我记忆深刻。

元月13日上午,参观了苏州大学试验幼儿园,听了陈建华园长的报告----依园而建,园本特色课程的建设与管理。她提出的园本课程,养润教育,养润课程,让我感受到这是用心在教育，难怪学校发展突飞猛进。

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关键词：《固体废弃物处理与处置》 校内 实践教学 手工作品

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0139-02

实践教学是使更好地理解知识并掌握专业技能的重要环节，是实现理论知识向能力转化的重要途径，对学生踏入社会后更好地适应工作也起着桥梁作用。我们在充分利用本地的社会实践教学资源进行固体废物处理与处置的实践教学的基础上，积极探寻校内现有资源进行实践教学，是一件十分有意义的事情。首先，我们进行了实验教学条件的改善。一方面，学校及学院加大了实验室建设，改善了实验室硬件条件，使学生有更多的独立操作和使用新机器设备的机会。另一方面，运用先进的教学手段，使用计算机辅助教学软件，对于一些必要实验，像固体废弃物处理与资源化过程采用模拟仿真实验系统，让他们在电脑上进行操作，生动形象地了解了固体废物管理全过程，从收集、运输、预处理、处理到最终的处置过程。这些都促进了虚拟、仿真实验与实际实验的有力结合。其次，我们利用学校的现有的其他条件，积极进行校内现有资源的实践教学探索。

因此，在校园垃圾收集路线设计之后，我们又进行了典型固体废弃物资源化方面的探索。主要是调动学生的动手能力，鼓励同学们充分发挥个人的聪明才智。也就是对身边的废弃物进行资源化利用，制作手工作品。一方面在班内进行交流之外，另一方面还利用学校的橱窗、地球日的时候进行展示交流。学生们自行进行了分组，分别进行了废弃物资源化利用手工作品的制作。我们专门抽出一节课的时间，每组同学派出一名代表，到讲台上，从制作材料、制作过程、作品的功能等方面给大家进行了详细的讲解。

1 地球仪

制作材料：废旧铁丝、废广告纸、废泡沫、废塑料袋、废旧饭盒等。球体的主要框架由废旧铁丝做成，铁丝表面由废弃的广告纸糊成。地球仪的C型框架由多层废纸粘接在一起制作而成，而地球仪的底座是由一个废旧的泡沫制作，泡沫是一个纸盒。其C型区域和底座的结合处由两个废旧瓶盖制作，地球仪表面更是由多种材料构成，主要是饭盒、废纸、塑料袋等。整个地球仪表面图案与以往见到的不同。首先在地球仪的C字区上显示了我们的创作主题“Make a better place for you and me”――“为你、为我创造一个更美好的世界”。其次，整个球体被分为四个区域，分别展示了春、夏、秋、冬四季的典型美景，并有一条弯曲的河流贯穿整个地球仪，是以黄河性状――“几”字形设计的，春天的底色是嫩绿色，画面主要是翠绿的小草和美丽的小花朵，刚发芽的树木及初融的河流组成；夏天的底色是浓绿色，主要是由一个漂亮的湖泊构成，周围是丛丛小草，草丛中鲜花盛开，另外草丛深处还有藏着一只青蛙；秋天以黄色为主，这是一个收获的季节，金黄色的树叶及累累硕果，一派丰收的景象；冬天则以白色为主色调，一片雪的海洋，一个小屋前堆着两个雪人，屋外的松林被冰雪覆盖，一幅洁净、宁静的景致。该地球仪的主要价值是观赏，它向我们传递着：每一个季节都有它的美丽，让我们共同努力，守护好这份美丽，让地球的明天更美好。

2 七色风铃

制作材料主要是：小药瓶、废旧风铃、绳子、废旧彩纸。用绳子将小药瓶串起来，为了美观，设计了弧度并放入了彩纸，最后串上废旧风铃的小金属管，用绳子将其串起来，一个七彩风铃就做成了。将其挂在房间，风一吹叮当作响。

3 小猪储蓄罐

制作材料：废旧矿泉水瓶、颜料、透明胶、丝带。将4个500 mL的矿泉水瓶的上部分剪下作为小猪的腿，用一个大的矿泉水瓶作为小猪的身体，将“腿”用透明胶粘在“身体”上，在“身体”上挖一个小洞用来投放硬币，然后给小猪全身涂上颜色，待颜料干后，给小猪画上眼睛、鼻子，系上丝带，一个可爱的小猪储蓄罐就完成了。小猪憨态可掬，放在桌子上既美观又实用。

4 牛仔风情

制作材料：旧牛仔裤、废包装盒、胶带、针线、订书机。

4.1 相框

截取牛仔裤后兜（带图案）部分适宜大小，将其覆盖在一个15 cm×20 cm的盒盖上，用订书机将布与盒盖固定，并保持平整。在盒子左上角缀上一个小蝴蝶结，内部可放上照片，置于桌面，温馨美观。

4.2 鞋垫

比照38码鞋垫剪下相应大小的4块牛仔布，两两缝在一起，四周用针线缝紧，中间再用线缝密实一些，这样的鞋垫质地柔软，穿着舒服，透气性好。

4.3 杯垫

剪取2个相同大小直径10 cm的布块，中心挖空直径约4 cm的圆，用裁成的细条叠拼成交错图案，四周用线缝好，可用来放置水杯，隔热效果好，且美观实用。

4.4 钱包

裁取牛仔裤上绣花部分作为正面，缝制一个钱包，上面缝制线道，类似于古代香袋或荷包。可用来装MP3、钱及其它物品，古典美观实用。

4.5 收纳盒

用一个纯牛奶盒截取一个长方体，外面用彩纸固定，粘上小蝴蝶结，置于桌面上收纳一些小物品，美观实用。

5 卡通小牛

制作材料：卫生纸中间的废旧纸筒、硬纸板、颜料、一角钱硬币、线等。巧用线和一角钱硬币，制作一头卡通小牛，使牛头可以自由晃动。卡通小牛非常可爱，观赏性、娱乐性很强。

在课堂上交流的时候，不管是讲的同学还是听的同学，大家都兴致高涨。这样的实践教学能使学生深刻地感受到固体废物的处理与利用切切实实就在自己身边，对各种知识不再感觉到脱离实际或者是深奥难懂，对该课程的学习和应用具有更大的信心和热情。将这样的实践教学引入教学过程，提升了学生的学习兴趣，提高了学习的积极性，改善了教学效果。该实践教学的效果给我们的启示是，以后尽可能多地引进实践教学，争取每个知识点的教学都能使学生快快乐乐地学习，并牢固掌握。学生从自己设计、寻找材料、自己动手制作，整个过程都是由他们自己独立完成，这些实践性环节的设计，锻炼和提高了学生的创新能力和综合素质，对学生实践能力的培养和提高具有十分重要的作用。

参考文献

[1] 王艳，周毅，王建飞，等.《固体废弃物处理与处置》课程教学的改革与探索[J].广东化工，2012，39（11）：52-53.

[2] 吴卫芬.积极探寻《固体废弃物的处理与处置》课程的快乐实践教学[J].时代教育，2010（9）：260.

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1 教学现状分析与分级教学意义

宜宾职业技术学院被确立为国家骨干职业技术学院建设单位后，如何进一步提高电气自动化技术专业理实一体化课程的教学质量与内涵，如何进一步深化教学改革，开创教学工作的新局面，不断提高人才培养的质量，是当前必须认真思考和精心谋划的战略课题。

目前在电气自动化技术专业对理实一体化课程教学，采用的是传统的面向全体学生统一制定的教学大纲和教学计划，采用同样的教学方法，实行同样的考核标准。而随着高校招生规模的不断扩大，专业的生源来自全国各地，地区发展的差异和学生的个体差异所带来的入学时学生智能倾向、认知风格、知识能力的参差不齐，对这种传统的“统一管理、统一授课、统一考核”的教学模式提出了严重的挑战。

分级教育就是在承认学生差异的前提下，确定以学生为主体的意识，针对学生不同的智能倾向、认知风格、知识能力等，来构建教学情景和评价体系，因材施教，使学生各尽其能、各有所获，效率优先，兼顾平等，从而保证不同层次学生的个性发展和学有所长。

2 分级教学体系构建与实施

2.1 学生分级

学生分级的主要目的是为了实现针对智能倾向、认知风格、知识能力不同的个体进行针对性的教学情景和评价体系的构建，实施的时候学生分级的主要原则有两个：一是个人意愿，即充分尊重学生本人的兴趣爱好，二是学生对相关知识的认知水平，可以通过对基础知识的评测进行展开，通过个人意愿和测试成绩相结合，依据正态分布的规律，把学生分成提高级、基础级和认知级三层。为了提高学生的竞争意识、紧迫感和积极性，学生分级要实行“半期动态分级制”，即在学习课程进行一半的时候，根据学生的学习情况进行重新分级，从而形成一个良好的学习环境。在进行学生分级的时候也有一些问题需要注意，比如说分到认知级的学生有没有自卑心理，要任课教师和辅导员多沟通，多对学生进行引导，培养良好的学习习惯，让学生更主动和谐的发展。

2.2 教学目标分级

根据不同级别学生的兴趣爱好和知识水平实际情况合理设置各个级别学生要求应达到的学习目标，以便与学生的知识结构相适应。例如在进行理实一体化课程《C语言实训》教学时，提高级学生的学习目标侧重放在综合能力的培养与提高，基础级学生的学习目标侧重基本知识和基本编程方法的培养，而认知级学生的学习目标则主要侧重编程基本知识的认识与了解。

2.3 教学内容与方法分级

教学内容与教学方法分级的主要目的是根据各个级别不同的教学目标，来分别构建课程内容体系、教学情景、教学内容、教学大纲、教学模式、教学方法与教学评级体系等。

例如在进行理实一体化课程《C语言实训》教学时，提高级学生的教学内容应侧重算法设计、编程思想、知识的综合应用等，以项目教学法为主开展教学，注重学生的创造能力、创新精神的培养，引导学生站在更高层次上分析和解决问题，鼓励并引导学生参加全国大学生电子设计大赛、大学生数学建模大赛等，培养学生较好的编程能力与编程素养。基础级学生的教学内容侧重于对C语言基本知识、基本技巧的掌握。以项目教学法和案例验证法为主开展教学，而教学内容要作适当取舍，侧重与编程的基础知识和基本编程技巧的培养，使学生具有一定的编程素养，达到后续课程对C语言知识的基本要求即可。认知级学生的教学内容侧重对C语言基本知识的了解和C语言基本编程的体验，主要以对项目的验证为主进行开展教学。

2.4 实训项目教学分级

由于教学目标与教学内容要求的不同，在进行实训项目开展的时候也要根据不同级的学生设置不同难度的实训项目，例如在上面提到的《C语言实训》课程中进行循环语句学习的时候，提高级学生可以用具体的实际系统进行展开，比如银行模拟取款系统，基础级的学生主要用实训指导书上基本的项目任务进行展开，而认知级的学生主要是通过验证型的项目进行学习。从而做到分级教学主张的效率优先、兼顾平等的原则。

2.5 评价考核方式分级

为了与分级教学相适应，还要根据不同的级别设置不同的评价考核方式，主要体现在评价内容不同和评价方法不同。提高级学生的评价体系以项目完成情况、项目答辩、平时表现法、笔纸测验法等方式进行。基础级学生的评价体系以项目完成情况、平时表现法、笔纸测验法等方式进行。而认知级学生的评价体系以作业评分法、平时考核、笔纸测验法进行。

3 分级教学实施中的问题与对策

由于分级教学对教学对象、教学目标、教学内容、评价体系等不同，从而导致了学生的教学班与行政班的不一致性，增加了系部管理的难度，也对课程安排有一定的要求，这就需要系部、教务部门、学生管理部门的重视和协调。同时可能还会出现提高级学生的骄傲自大、不思进取，而分到认知级的学生有自卑心理，自暴自弃。这些都需要任课教师和辅导员多沟通，多对学生进行引导，并实行“半期动态分级制”，即在学习课程进行一半的时候，根据学生的学习情况进行重新分级，提高学生的竞争意识、紧迫感和积极性。

篇7

对比分析法教学

笔者经常采用对比分析教学法，让学生通过思考与对比增强所学知识的连贯性，提高学习效果。由于流体力学是力学的分支，因此力学的定律也适用流体力学，但流体的特性决定了流体力学在与固体力学有千丝万缕联系的同时，又有它独有的一些特性。所以，笔者在授课时会让学生先回忆相关的固体力学知识，再将固体力学定律引申到流体力学当中，让学生轻松地理解和掌握流体力学中的概念和原理。例如在讲授流体静平衡微分方程这一章节时，笔者就会问学生：在理论力学中，如果物体处于平衡状态应满足什么样的条件？学生很自然地想到要所有的合外力为零。然后笔者又会引导学生流体力学的研究对象为流体质点，而流体质点在空间上是很小的，需要对微元体建立平衡方程。换句话说就是微元体要保持平衡，其所受的合外力也需要为零，由此就可得到流体静平衡微分方程。这样静平衡微分方程的物理意义就很直观地展现在学生面前。除了将流体力学和固体力学进行对比分析外，笔者还会将流体力学中的一些概念通过列表的方式进行对比，让学生了解这些概念的异同点。比如，笔者在讲到流体运动学这一章节时讲解两种描述流体运动的方法，就给出了表1。学生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和欧拉法各自的特点。通过对比分析法不但有助于学生理解和掌握流体力学知识，还能让学生将所学知识融会贯通，提高分析问题、解决问题的能力。

多层次多视角分析问题

现代教育观念认为，高等教育应当融知识的传授和能力的培养于一体。[4]为了适应个性化发展和高素质教育，培养学生创新能力，在引导他们熟练掌握基本分析方法的同时，还要教会学生多视角、多层次的分析问题和解决问题。为此，笔者除了讲授基本方程、基本定理的推导，还会将问题进一步深化、演绎，将枯燥乏味的理论知识点进行归纳整合，建立学生的哲学思维观。例如，在学习静止流体对平面的总压力这一节时要求学生能够计算总压力大小、方向和作用位置。讲授首先从求解矩形水平面的总压力入手，再延伸到求解矩形垂直面总压力，再到求解矩形斜平面总压力，最后求解任意平面的总压力，如图3所示。这种层层剥茧的讲授让学生不知不觉中掌握了求解总压力的方法和技巧。逐层分析的方法教会了学生如何将一个复杂问题分解，然后再借助已有的知识进行求解，达到触类旁通的效果。同时，为了让学生更加深入、全面地了解平面所受的静压力，讲授时又分别采用了解析法和压力图法进行求解。通过这一章节的学习，学生明白了解决许多工程问题可以从多个侧面、多个视角分析，尽管采用的方法和理论不尽相同，但都可以获得正确的结果，殊途同归，增强了创新意识。除了在教学过程中改变传统的教学方法，构建多元化的课堂教学模式以外，为了提高教学效果，运用多媒体技术为基础的立体化辅助教学手段也非常重要。随着计算机技术的发展，工程实际图片、动画和视频素材使各种教育信息的表达更加生动、直观和多样化，能很好地刺激学生的感官，激发学生学习的兴趣，开阔学生的视野，可以收到纯板书教学所无法达到的效果。因此，“流体力学”教学过程中对于难以理解的概念，如势流与旋流、流线与迹线的概念、流场的演示、流态的判别和波的传播、边界层的形成等内容均利用计算机动画给学生进行演示，起到了画龙点睛的作用。

结束语

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关键词：流体力学；教学方法；应用型本科院校

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）12-0033-02

流体力学是宿迁学院土木工程专业的一门重要的专业基础课。流体力学具有基本概念多、公式复杂、内容抽象等特点，是一门既有较强理论性又有较强工程实际意义的课程，因此，该课程既可以培养学生良好的逻辑思维能力和分析推理能力，又可以培养学生分析问题和解决问题的能力。然而学生的实际情况是由于在大学前两年接触最多的是固体力学，已形成一定的思维定式，而且由于精简学时的原因很多流体力学课程中需要的高等数学知识没有讲解，到了大三一旦遇上流体力学这个新鲜事物，可能接受起来会碰到许多困难[1]。学生普遍感觉该课程枯燥乏味、难学，存在畏难、厌学情绪，期末考试不及格率较高。在学校提倡培养应用型人才的大背景下，有必要根据课程性质从提高教师教学水平和提高学生学习效果进行探讨。

一、引导学生重视，激发学生的学习兴趣

（一）强调课程的地位和重要性

教师除了说明流体力学在整个专业教学中的地位和作用外，还可补充说明它是注册结构工程师基础考试中公共基础考试科目。此外，还可说明往年期末考试通过率的情况，以给学生适当加压。当然，更重要的是还要说明该课程的学习方法，以帮助学生树立信心。

（二）通过人物、工程实例及专业应用调动学生的学习兴趣

“兴趣是最好的教师，而教师则是点燃学生学习兴趣的火炬”。如何调动学生的学习兴趣是教师考虑的首要问题。在教学过程中可以穿插举出古今中外的科学家、工程师生平事迹和工程实例以调动学生的学习兴趣。如大禹采取疏壅导滞的方法治水三过家门而不入；理想流体力学奠基人欧拉16岁就获得硕士学位，双目失明后仍然从事科学研究直至去世当天还在进行科学研究等[2]。如两千多年前李冰利用“深淘滩，低作堰”建造的都江堰；大约在同时期，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等。除此之外，还可以介绍流体力学在土木专业及其他专业的应用，如美国华盛顿州塔科马大桥被大风摧毁、汽车“风阻”和飞机“音障”等事例。

（三）将CFD技术引入课堂调动学生兴趣

计算流体动力学（简称CFD）技术日趋成熟，已经成为研究流体力学的一种重要方法。在流体力学教学过程中引入CFD技术，不但可以将理论性较强的内容形象化，加深学生对基础理论的理解，而且可以开阔学生的眼界，激发学生的学习兴趣和探索精神。如对欧拉法中流线的模拟、圆管中层流和湍流流速的分布、局部阻力损失的流场分析[3]。

二、教学内容的取舍和教学环节设计

（一）教学内容的取舍

流体力学知识面广，内容繁多，在学时限制的条件下要结合专业教学要求合理取舍。对土木工程专业而言需要掌握的内容有：（1）流体物理性质；（2）流体静力学；（3）流体运动学和流体动力学；（4）阻力损失；（5）管道流、明渠流及渗流。

1.重要问题的处理。首先，要从力学角度分析流体的流动性。流体与固体的主要区别在于流体的流动性，其根本原因是流体和固体对承受剪切力的表现。为了形象说明，可以引用“抽刀断水水更流”的诗句[4]。当然，还需说明无论流体静止还是运动均不能承受拉力。

其次，要理解连续介质假设的概念。微观上，流体是由大量分子构成的，是离散的，不连续的，这给我们研究流体力学问题带来了困难。连续介质假设认为流体是由内部无间隙的连续流体质点构成。这里要理解流体质点微观上“充分大”、宏观上“充分小”的含义。如此流体在空间上就变为连续的，可以借助高等数学的方法来研究。

2.公式推导的处理。流体力学学习过程中会遇到大量复杂的公式，特别是实际流体伯努力方程的推导让人很难掌握。笔者在处理公式推导问题时强调公式推导的目的是让学生学习一种思想，学习一种处理问题的方法，将精力集中在公式建立的基本原理和适用条件上，从思路上进行分析整理，淡化烦琐的数学推导过程。这样学生有了独立思考的空间，教师也有了更多的时间来讲解基本概念和基本方法。需要强调的是，流体力学中很多公式都是在一定条件下推导出的，因此其应用也是具有一定范围的，公式的应用往往也有一定的技巧，如伯努力方程的“三选一列”。

（二）教学环节的设计

1.调整习题或考题构成，重视习题课。这里有两个问题需要注意。一方面，流体力学习题历来存在重计算、轻概念的现象，特别是考题如果全是计算题，就会形成无形的指挥棒。这就不利于学生从整体上掌握该课程的重点，习题或考题的题型应丰富，除了计算题之外，还应有填空、选择、判断、作图、名词解释等考查基本概念的题目。另一方面，在精选题目时，要注意将理论教学和实际应用结合起来，如查找资料的技能培养。在流体力学的牛顿内摩擦定律、能量损失计算和管道流等部分很多数据都是要查有关工程手册和图表的[5]。

习题课是流体力学教学的重要环节，为了能够在学时紧张的前提下开展习题课，教师必须重视习题选择和习题评讲两个方面。一方面，教师应选择具有代表性的题目，另一方面，习题讲评应使学生从解题过程中获得解决问题的思路、方法和技巧，达到触类旁通的效果。

2.重视实验教学，强化实践环节。实验教学是流体力学教学中的重要组成部分，通过实验，不但可以加深学生对流体力学基本原理的理解，而且有助于培养学生的动手能力、独立工作能力和创新能力。如通过水静压强试验，学生明确了测压管水头的含义；通过雷诺实验，学生加深了层流、湍流及临界雷诺数的理解。当然，由于实验室条件的限制，目前的实验主要以验证性居多，在条件许可的情况下应进行设计性实验。

此外，每学期笔者都会布置一个任务，让学生留意身边感兴趣的流体力学现象，然后根据课堂所学知识和个人理解撰写论文，以此增强学生的实践应用能力和培养其创新能力。

三、教学方法和手段的改进

（一）注重讨论法与案例教学法的运用

1.讨论式教学方法。教学活动应该是双向的师生互动过程，不应是教师的一言堂。教师应创造和谐、轻松的课堂气氛，鼓励学生积极发言，表达自己的疑问、见解，激发学生的学习积极性和创造性。如在课堂上通过提问的方式回顾上次课的主要内容，通过“自学―提问―讨论―总结”的方法学习新内容，在考虑学生接受能力的前提下，甚至可以让学生来讲一次课。如通过反证法证明流体静压强的方向，通过隔离体分析法证明流体静压强的大小。通过讨论式的教学方法不但可以调动学生的学习积极性，树立信心，而且还可以培养学生勤于思考、善于发现问题、分析问题、解决问题的能力。

2.案例式教学方法。通过将生活和工程案例引入课堂，不但可以增强学生的学习兴趣，而且可以加深学生对理论知识的理解，提高学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。生活案例有马利奥特容器原理应用于点滴吊瓶和家用饮水机[6]、洗衣机为什么老翻衣服兜[7]、捞面条的学问等。工程案例如1993年青海省沟后水库在低于设计水位0.75m的情况下突然垮坝的事故；三峡工程如何在最大流量10×104m3/s、水头高达100m、最高流速高达45m/s的情况下不会产生巨大的破坏力等[8]。

（二）综合运用各种教学手段

流体力学概念抽象、繁多，仅靠传统的一块黑板、一支粉笔不能激发学生的学习兴趣。借助于多媒体技术，利用其形象、生动、直观、易于理解并可加强记忆的优点，通过动画、视频资料、数值模拟等手段将复杂的流动现象展示给学生，可取得事半功倍的效果。但是，考虑到多媒体技术授课和传统的授课方法各自的优缺点，结合流体力学课程特点，采用取其长而避其短、两者兼顾而又两者不弃的原则。

“教学有法，但无定法，贵在得法”。我们要不断更新教学理念，努力提升自身的综合素质，及时总结教学过程中出现的问题并加以改进，注重教学过程中的每一个环节，多管齐下，才能保证学生取得良好的教学效果。

参考文献：

[1]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建

筑，2008，（21）.

[2]张志宏，顾建农，王家楣.“流体力学”课程教学改革的实

践与探索[J].高等理科教育，2006，（5）.

[3]赵琴，杨小林，严敬.CFD技术在工程流体力学教学中的

应用[J].高等教育研究，2008，（1）.

[4]刘建龙，王汉青，寇广孝.激发学习兴趣提高流体力学教

学效果[J].中国电力教育，2008，（20）.

[5]徐艳萍.《工程流体力学》教学探讨[J].江西电力职业学

院学报，2003，（2）.

[6]毛根海.应用流体力学实验[M].北京：高等教育出版社，

2008：8-10.

[7]武际可.拉家常・说力学[M].北京：高等教育出版社，

2008：1-7，25-30.

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关键词：工程流体力学；教学研究；改革探索

作者简介：李小川（1976-），男，河南焦作人，扬州大学能源与动力工程学院，讲师；田萌（1977-），女，陕西安康人，扬州大学能源与动力工程学院，讲师。（江苏?扬州?225127）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0047-01

“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。[1]

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。[2]

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。[3]

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

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关键词：流场分析；固体微粒；光滑粒子动力学；离散单元法

中图分类号：TP204 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0262-04

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

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

在微制造领域，微纳产品的制造、装配会涉及不相容的加工工艺、复杂的几何外形和不同制造材料的操作机理，产品的实现将依赖于微尺度的定位、定向和装配操作，从而使微小物体的捕捉及操作在微制造领域显示出重要的一面[1-3]。本文提出利用环空水射流实现直径为1～10毫米固体微粒的捕获与操控。针对这一问题研究的复杂性体现在：1） 环空微流场如何形成对单个柱状固体微粒的捕获和控制；2）柱状固体微粒在环空水射流控制下的稳定性[4]。关于水射流与固体微粒的耦合问题，多数研究从流场的角度进行分析，将动力学与简单的单相流体力学结合，未从耦合作用的原理出发对基于液-固两相流动的耦合模型效果进行优化；②现有测试手段不足限制液-固耦合作用的实际测试，因而缺乏足够的实测数据难以对所建立的水力动力学模型进行有效的实证和评估[5-7]。目前关于液-固微流场的计算主要有网格法和无网格法，其中网格法中具有代表性的是离散单元法，无网格法最具代表的是光滑粒子动力学法[8]。离散单元法和光滑粒子动力学法具有各自的优势和特点，鉴于离散单元法是目前应用最为广泛和成熟的数值计算方法，其计算效率和精度相对较高，因此如果能在固体微粒与微流场的耦合过程中将离散单元法和光滑粒子动力学法相结合，将是提高柱状固体微粒运动特性计算精度的一种思路。为了更好分析环空水射流与固体微粒的瞬态运动过程，论文将光滑粒子动力学方法与单元网格方法相结合从而模拟环空喷嘴内水射流的速度变化对固体微粒运动轨迹的影响，研究水射流和固体微粒撞击时的瞬态变化过程。当固体微粒处于宏观稳态后，分析环空水射流和固体微粒耦合作用过程下的能量交换变化过程。因为光滑粒子动力学方法在模拟形变及粒子动力学问题时有较大的优势，而有限单元发在模拟连续体介质准确性更高，因此把两者的优势结合起来，从而发挥两者优势，不仅保证计算精度而且能够提高计算效率[9]。通过两者算法的结合方法与传统有限元方法中的“点-面”罚因子接触算法类似，将光滑粒子动力学中的微粒看作主动接触体的“节点”，而有限体单元的外单元表面当作被动接触面，当接触对“节点”和单元体产生干涉作用时，采用罚因子法计算两者间的接触力。

1 水射流光滑粒子动力学理论模型

光滑粒子动力学理论模型是利用核函数来描述粒子与其相邻粒子之间的相互关系，如图1所示。它具备以下几个特点：

1） 利用粒子来分析问题域，且粒子与粒子之间无任何连接关系；2） 采用积分法构建函数核的近似方程，以保证光滑粒子动力学方法在计算上收敛，只要能确保计算精度，一般都能保持较好的鲁棒性。

一般情况下，流场的长度往往是相同的，不随时间和空间的流体密度变化的数值模拟。但在现实中，它会导致增加或减少的影响域粒子的变形会影响计算的准确性。例如，压缩变形，由于颗粒间距减小，域内的粒子数将增加，拉伸变形影响范围内的粒子数量减少，有许多方法来平滑长度在SPH。光滑粒子动力学常用的核函数包括B样条函数，但B样条函数的一阶和二阶导数在支撑域内不是单调递减，容易引起张力不稳定[10]。在本文中，一种最简单的方法是通过使用光滑长度平均密度的改造更新，B样条函数可表示为，

其中，[r]是两微粒之间的距离，[h]是光滑长度，[C]为核归一化常数，其值在二维模拟中为[15/7πh]，在三维模拟中为[3/2πh]。

对于流体的形变过程，流体离散粒子的相互距离随时间会发生较大变化，因此在模拟计算中需考虑粒子间距变化而选择合适的光滑长度，流体粒子的分布与光滑长度有着一定的联系，所以要遵循随时间的连续变化规律。当粒子远离时，光滑长度增加，当粒子靠近时，光滑长度减少，通常情况下保持每个粒子邻域中的相邻粒子数相当。

2 水射流及水槽中水的SPH模型

水射流光滑粒子动力学模型是建立一系列的粒子来描述流动的流体，并将流体的物理、数学特性赋予粒子，图2（a）、2（b）分别为水射流离散微粒和水槽中离散水粒子的SPH模型。采用MAT-Null材料模拟水射流材料特性，利用Mie-Grueisen状态方程计算液体压力大小，为兼顾计算精度和效率，喷嘴流动计算的网格数量在2.7万左右。在网格设置过程中，为了适应流场变化，分别在流速梯度较大区域和较小区域设置较密网格和较疏网格，并尽量保证网格面与射流的流动方向垂直，以减小计算过程中的伪扩散[11]。图2显示了计算网格的若干特征截面，网格质量较高，符合CFD对网格的节点聚集度、光滑性、单元形状等方面的要求，最后利用光滑粒子来替代喷嘴FEM模型中网格节点构建喷嘴流道的SPH粒子。

整个喷嘴模型由2.7万个SPH粒子建立一段长50mm，内径为1mm，外径为2mm的环形水柱，以3m/s的速度与漂浮在水面上的固体微粒碰撞，根据SPH中粒子的个数，确定每个粒子所负载的质量。

在LS-DYNA的材料库模型中部分材料在压力作用下促使原有密度发生改变，需通过状态方程来计算物质内部压力变化。LS-DYNA有14种状态方程，通常情况下状态方程中的主要参数需通过试验来确定。Mie-Grueisen状态方程可模拟水射流的冲击速度和固体微粒速度来确定被压缩和被扩张水的压力。水的状态方程能够决定水的状态，水射流中在高速冲击状态下的压力可表示为：

1）固体微粒的FEM模型

在ANSYS/LS-DYNA中建立直径为1.6mm球形固体粒子如图3所示，将整个模型划分成256个8节点的六面体单元。固体颗粒材料在本文中采用线弹性材料模型橡胶，即MAT-Elastic，其对应的杨氏模量为0.01-0.1GPa，泊松比是0.27，密度是700 kg/m3。采用的求解条件：侵入固体（immersed solid）条件。

2） 瞬态下水射流冲击微粒的问题描述与计算模拟

瞬态研究方法考虑以下几点假设：

① 两相流由固体微粒和水构成；

② 固体微粒在水射流作用下能够加速运动；

③ 水射流与固体微粒耦合过程中保持动量守恒；

④ 固体微粒的动量由高速水射流传递得到；

⑤ 忽略空气、重力和摩擦力的影响。

纯水射流可看作成两相、稳定、轴对称紊流，该射流通过一个薄的环形喷嘴，作为自由射流进入薄薄的空气后进入水箱与固体微粒耦合。模拟射流从喷嘴开始进入空气域，然后进入水箱域的整个射流的流动过程。计算领域跨越两个连接表面，一个是水-空气耦合面，而另一个是固-液耦合面。当水射流通过固体颗粒时，微粒被困住于水射流中心，从而形成捕捉。为了保证整个水槽中水的相对稳定性，水射流通过水箱进行循环。

整个水域包含三个部分：空气域，水槽域及环形喷嘴域，环形喷嘴内径为1mm，外径为2mm，喷嘴长度为50mm，水槽水域模型的三维尺寸为150mm×150×50mm。固体微粒模型的直径为1.6mm模型，流场模型尺寸为 200mm×200mm×100mm，水槽出口直径为8mm。为了模拟水槽的真实边界条件，水槽的四个侧面和底面均设置为透射边界条件。

3 点-面接触的SPH和FEM藕合方法

SPH粒子可视为特殊的集合，其中集合中的参数包括节点编号、节点空间位置和节点质量[11]。把有限元设定为主节点，光滑粒子设定从节点。耦合过程如图4所示，二者通过接触算法进行耦合。考虑到核函数是常数，在接触领域算法中，水粒子与塑料粒子的接触力的算法采用式（10）计算。

4 水射流冲击固体微粒的瞬态数值模拟分析

水射流模型由光滑粒子动力学构建，图4为固体微粒与SPH微粒的耦合模型，SPH粒子呈层状结构，固体微粒采用离散单元法建模。图5为整个水射流的SPH-FEM冲击模型。

利用SPH方法与FEM的耦合方法对速度在3m/s范围内的水射流进行了数值模拟，图6为水射流达到固体微粒表面的形变情况，根据查看的位移曲线，固体微粒运动并没有形成，其在重力方向的位移量很小。

图7为固体微粒在水射流冲击速度下的位置响应与形变过程，以及水槽中水位移变化状态。由数值模拟的结果我们可以这样描述模拟捕获机理：首先高速水射流粒子高速撞击在固体微粒表面的瞬间，在接触固体面上形成较高压力，从而使水射流状态发生跃变，这种强烈扰动必然使水射流分别向固体微粒表面传播。在固体微体的碰撞域，应力超过材料强度极限而形成形变，支撑固体微粒的水面由于瞬间压缩产生较强的支撑力，使固体微粒钳住在射流中心，随着初始冲击固体微粒表面后射流的剩余速度，一部分粒子与水槽中的融合，向周边扩散，并在固体微粒的周围形成凹陷，同时一部分粒子继续向下运动，形成对水的压缩，对固体微粒进行支撑。

5 结论与总结

本文利用计算流体力学对整个过程进行了初步探讨，对固体微粒在水射流流场作用下的瞬态和稳定的动力学特性进行了深入描述，通过模拟仿真证明水射流形成对微粒捕获的可行性。整个流场模型建立采用SPH（光滑粒子动力学）和FEM（有限元方法）的混合耦合模型分析了环空水射流捕获微粒的形成过程。利用环空水射流捕获固体微粒的仿真结果表明，微射流通过环形喷嘴后在满足一定条件下会形成“水镊”，钳住固体微粒。此外，模拟结果显示固体微粒周围的速度场和压力场能够为微粒捕集提供良好的条件，模拟结果与预测模型中获取的结果保持一致。在接下来研究中，将通过优化喷嘴设计参数和工艺参数，从而为优化喷射条件提供必需的知识体系，通过改变微喷嘴喷射角来实现对微射流水力参数推导出固体颗粒的取向的有效控制，喷嘴的姿态角和固体颗粒的态度之间的耦合，以最终利用环空水射流实现对固体颗粒的精确控制。

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