流体力学的应用范文

导语：如何才能写好一篇流体力学的应用，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]本科院校；环境工程；流体力学；教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0038-02

流体力学是环境工程专业的专业基础课，主要讲述工程流体力学的基本概念、基本原理和基本方法，主要内容包括流体静力学、流体动力学、流动能量损失及有压管流和明渠流等。由于该课程涉及高等数学、大学物理、工程力学等，基本概念多且抽象，对学生的综合分析和处理问题的能力要求高，因此学生普遍感觉学习较为困难。流体力学课程一般在第4学期开设，开设在高等数学、工程力学等课程之后。

随着教学改革的不断深入，如何针对流体力学抽象概念多、数学分量重、理论性较强的特点，有针对性地对环境工程专业的学生尤其是应用型本科院校的学生进行授课，本文从以下几个方面进行了探讨。

一、针对专业特色和课时量，优选教材

流体力学分为理论流体力学和工程流体力学。前者适用理科专业方向，偏重理论；后者适用工科专业方向，着重于工程应用。对于应用型本科院校来说，应选用偏重于工程应用的工程流体力学作为教学内容。目前，环境工程专业尤其是侧重于水处理的环境工程专业，其流体力学的知识主要用于解决污水处理厂设计中的流体力学问题，课时量被压缩到50个课时左右。因此，要选用适用于较短学时，并且侧重于水力学知识的教材。教材要能够与时俱进，精益求精，注重理论联系实际，注重内容的系统性与完整性，能够涵盖流体静力学、流体动力学、有压管流、明渠流等基本内容。教材要有一定的例题和课后思考、复习题，能够开拓学生的思维，激发学生的学习兴趣，最好能附有实验演示的光盘。

二、丰富教学内容，增加学生学习积极性

学生普遍反映流体力学很难，其中的主要原因在于W生的学习积极性不高，不肯花时间去钻研。确实，流体力学对于初学者来说，是有一定的难度，这就要求教师在讲授绪论课时，要让学生了解流体力学的任务以及在专业及后续课程中的作用，从而启发学生思维，激发学生学习兴趣。同时，教师要对学生学习流体力学提出明确要求，如哪些内容需要掌握，哪些内容需要了解，使学生对课程的学习做到心中有数，树立学好这门课程的自信心。[1]

三、改进教学方法和手段，突出重点

流体力学的重点和难点在于公式的推导和理论的理解，以及用理论和公式解决实际问题。例如，在流体静力学这一章中，关于流体平衡微分方程的推导，就涉及高等数学中的连续函数和泰勒展开式等，这是一个难点，对学生的高数基础要求比较高。而求解作用在平面上的静水总压力有两种计算方法，一种是解析法，一种是图解法。解析法要求学生有工程力学的静力矩和惯性矩的知识以及基本的几何知识，此法的压力中心在受压面的形心的下面，与形心不重合；而在图解法中，静水总压力的压力中心与压强分布图的形心重合。虽然课上教师反复强调两种方法的区别，但基础差和理解能力不强的学生仍然一头雾水，不能很好地解决实际问题。针对这一情况，教师在课堂讲解时应尽量利用多媒体课件进行讲解，最好还能结合模型进行讲解。例如可以借助一块平板，将其置于水下，标注其形心和压力中心的位置，再将平板与一棱柱体结合，分析压强分布图的形心位置。这种形象地讲解，有助于学生更好地理解教学内容。

在教学过程中，多媒体可充分利用图形、图像、声音、录像将教学内容充分表现出来，从而激发学生的学习兴趣，加快教学信息的传递速度，提高课堂教学效率，扩大学生知识面。[2]但多媒体也带来了一系列的问题，如学生在听课过程中，多媒体课件一晃而过，当时学生感觉很好， 但真正留在脑海里能掌握的内容却很少，这容易造成学生眼高手低。因此，流体力学的教学要多媒体和板书相结合，在进行公式的推导和例题的讲解时，最好使用板书，这样可以使学生印象深刻，增加记忆的时间；而在讲解流线和迹线等比较抽象的内容时，可以采用动画形式，这样能够加深学生的直观理解， 有助于提高教学效果。

流体力学的学习讲究系统性，各章之间又相对独立。在每次上课之前，教师应对上节课的内容进行回顾复习，并可以采用提问的形式，让学生了解自己对上节课重点内容的掌握情况。在每一章节开始时，教师应首先向学生介绍本章的主要内容、重点和难点以及与前后章节的联系，每学完一章后教师要进行归纳总结，以便让学生将所学知识融会贯通。对于重要的内容，教师在课上讲解的时候要明确指出，回顾的时候要对这部分内容进行提问，在一章讲完归纳总结的时候，要再次强调这部分内容，相信这样可以使学生印象比较深刻。

四、理论和实验相结合，充分利用有限的课时

流体力学往往有0.5个学分的实验课。实验的主要目的是通过实验加深学生对理论知识的理解，提高学生的实践操作能力，更好地运用所学理论解决生产中的实际问题。实验结束后，应让学生整理实验数据，总结物理量之间的相互关系，以便发现其中的规律，这非常重要。[3]很多教师的做法是理论课全部讲完了，再集中上实验课，这种做法有利有弊。优点是学生在上完理论课后，在实验课上教师再讲解一遍实验原理，可以加深其对知识的理解和记忆。弊端是上理论课时，教师不能形象地讲解，学生不能很好地掌握；上实验课时，教师再讲解一遍，费时费力。对于应用型本科院校来说，其培养的是应用型人才，实验教学是人才培养最基本的工作。尤其在总课时量被压缩的情况下，充分利用实验课的时间，将理论和实验相结合，就成为一种行之有效的手段。流体力学中的很多内容，例如雷诺实验，沿程水头损失和局部水头损失的计算都可以在实验室进行讲解，一边讲解，一边实验演示。还可以在流体力学实验室中增加多媒体设备或者其他可视化设备，课前让学生预习，课上讲解完理论，直接就让学生动手做实验，课后处理实验数据。这样既能充分利用有限的课时，又能使学生更好地掌握所学知识，还能锻炼学生的动手能力和归纳总结的能力，一举数得。

五、加作业环节，改革考核方式

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。[4]当然，布置作业不等于搞题海战术。例如，关于典型的三大方程，即连续性方程、能量方程、动量方程的应用，有三种类型的典型题目，即弯管内水流对管壁的作用力，水流对建筑物的作用力和射流对平面壁的冲击力，每种类型的题目可以布置1～2道作业题。而关于求解作用在平面上和曲面上静水总压力的计算，题目形式多样，压力体的形状灵活多变，可以适当多布置作业题，让学生尽可能多掌握各种类型的题目。同时教师可以在课堂上专门安排习题课。这样一方面可对学生所做作业进行点评，剖析典型例题，启发学生举一反三；另一方面，这也可给学生提供了课堂讨论的机会，引导学生掌握发现问题、解决问题的思路、方法和技巧，能对学生思维进行锻炼，让学生触类旁通。[5]除了典型的计算题以外，习题课上还可以设置选择题、填空题和判断题等，避免学生重计算，轻概念。

目前，在考核方式上，一般是平时成绩占20%，实验成绩占20%，期末成绩占60%。这种考核方式虽然兼顾了期末考试和平时表现，但也存在弊端。笔者在教学过程中发现，很多学生平时作业做得不错，但期末卷面成绩非常不理想。究其原因，可能是平常作业存在抄袭现象，上课虽然出勤率高，但课上听讲不认真。如何改变这一现状？一方面，可以适当减少平时成绩所占的比重，例如平时成绩占10%，期末成绩占70%，实验成绩占20%；另一方面，实验成绩单独计算，而在理论考试中，平时成绩占20%，期末成绩占80%。当然，更为重要的是教师要练就“火眼金睛”，要具有高度的责任心：一是对作业雷同的现象，一律给予当次作业不及格；二是要加强课堂纪律的管理，对于回答问题的情况、课上表现等都要作为平时成绩的重要方面进行考核。只有这样，才能真正体现出考核的公正性和合理性。

总之，针对应用型本科院校，流体力学的教学应与学校的办学特色、办学定位相结合。应在总课时量不增加的前提下，优选教材；激发学生的学习兴趣，注重学生分析问题、解决问题能力的培养；加强理论与实验相结合，增加综合性、设计性实验项目，鼓励学生自己动手研发、设计小型实验装置，培养学生的动手能力与创造能力，这样才能够提高学生各方面的能力，最终实现培养“厚基础、善实践、能创新、高素质”的应用型人才的目标。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张羽，张仙娥.环境工程专业《流体力学》的教学探讨[J]. 华北水利水电学院学报（社科版），2010（4）：156-157.

[2] 宿程远，张建昆，陈孟林.师范学院环境工程专业流体力学课程改革初探[J].中国电力教育，2008（12）：117-118.

[3] 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）：182-183.

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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: 

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【关键词】：选矿，流体力学，应用。

中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：

一、一些选矿设备中的流体运动

1.1浮选机

浮选首先要求在矿浆中产生大量的且充分弥散的气泡，同时利用叫做捕收剂的药物作用于矿粒表面, 增强矿粒表面的疏水性, 有利于矿粒被捕收于气泡而上浮到矿浆表面, 实现浮选。矿粒在矿浆中受到浮力和重力的作用, 疏水矿物与气泡结合后浮力大而上浮, 亲水矿物不与气泡结合重力大而下沉。产生气泡的方法有机械搅拌、气泡自溶液中析出(压力低时)、气体通过微孔介质及水的电解等方法。下图是机械搅拌式浮选机示意图。中间转轴带动底部叶轮旋转, 转轴上带有进气通道, 当叶轮旋转时其叶轮上侧形成负压而吸入空气, 空气与矿浆充分混合, 被叶轮搅拌分割成细小气泡分散在矿浆中。浮选槽中的流动分为搅拌区, 分离区, 泡沫区三个区段, 泡沫经槽的上端刮出。

1.2浮选柱

浮选柱是浮选机的一种, 自20 世纪60年代中期兴起，发展时断时续, 主要问题是浮选机的气泡发生器始终不能很好地工作阁。下图为浮选柱示意图, 它是一个柱体, 其下部为气泡发生器, 上部设有给矿器, 泡沫槽。矿粒同样受到重力和浮力的作用实现分离。矿浆自上部给入, 靠自重在介质中下降, 与气泡发生器产生的上升气泡群碰撞和接触, 实现气泡的矿化。浮选柱的关键是气泡发生器, 它的结构性能对浮选柱的浮选有直接影响。

浮选柱内有上升的矿化气泡(与矿粒结合的气泡) , 有下降的液流, 浮选柱要有一定的高度, 使矿粒与气泡有较长距离的对流运动, 增加矿化机会。

1.3旋流器

旋流器根据用途不同可分为水力旋流器及重介质旋流器(选矿介质不是水而是配制的重介质悬浮液, 其密度与水不同)。水力旋流器可用于分级(按粒度大小分为若干级别)、还可用于脱泥、脱水及脱除浮选药剂等, 重介质旋流器可用于分选。

旋流器上端成圆筒形, 下端呈圆锥形, 矿浆快速切向给入旋流器, 在旋流器内产生旋转运动。旋流器内的颗粒主要受离心力的作用, 同时还受到与离心力相比可以忽略的重力和浮力的作用。在离心力作用下, 较粗的矿粒被抛向器壁，以螺旋线的轨迹向下运动, 由底流口排出, 较细的颗粒及大部分的水分则由溢流管排出, 如下图所示。对于颗粒尤其是小颗粒的物料, 在离心力场中分选比在重力场中分选有效得多。

旋流器内流体的运动是复杂的湍流运动 , 其平均流动是三维空间的运动, 旋流器内任一点的平均速度可分为切向速度ut, 径向速度ur及轴向速度uz，如下图所示。

二、流体力学与选矿设备的发展

2.1气泡发生器

（1）传统气泡发生器

浮选需要在分选设备中产生小而均匀的大量气泡, 产生气泡的装置称为气泡发生器。气泡发生器分为内部气泡发生器和外部气泡发生器两类。内部气泡发生器是使压缩空气通过由不同材质制成的微孔介质, 如, 帆布管、扎孔橡胶管、尼龙管、微孔陶瓷管等产生气泡。内部气泡发生器易产生结垢、堵塞问题, 常导致浮选工作不能正常进行, 现很少采用。外部气泡发生器有喷射旋流型、气水喷射型等。气水喷射型气泡发生器是将由喷嘴进入的压缩空气与水混合, 然后经扩散器, 通过带孔的分配头分散成大量小气泡, 如图。

（2）微泡发生器

传统气泡发生器的特点是: (l) 以吸气加搅拌方式产生气泡, 同时拌有微泡析出, (2)利用压缩空气并介入适当的结构产生气泡。上述方式结构复杂, 消耗动力大。

一种新型的气泡发生器, 自吸气、产生大量气泡、充分矿化同时完成。其原理如下图所示。该装置充分利用射流泵的原理, 矿浆由喷嘴射出, 射流卷吸走混合室内空气, 造成混合室负压, 空气不断地经吸入管进入混合室, 在喉管内强湍流作用下, 空气被破碎成微泡, 充分矿化阁.该装置有强烈的溶气析出, 含气率高, 矿化充分, 利于浮选。

从流体力学角度分析, 它充分利用射流原理在喉管内形成强烈的湍流场。喷嘴射出的流体先在喉管内变为分散相, 后在扩散段内变为连续相。在液气相对运动段吸入的气体先是在喉管内连续, 后在扩散段内由于压力的升高分散产生大量稳定存在的临界尺寸微气泡。同时由于喉管的约束使矿浆成为窄束流, 强化了微气泡与疏水矿物的结合。这种成泡方式具有革命性。

2.2徽泡浮选柱

微泡浮选柱如下图所示，它是在传统的浮选柱基础上，利用上图所示的微泡发生器改进而成, 其柱体结构上分为利用离心力的旋流段, 经气泡发生器进入柱体旋流段的矿浆由于压力降低会有气泡从矿浆中析出, 该段气泡迅速分离, 粗选段加稳流板, 抑制轴向混合, 提高有效浮选时间, 入料的分配盘使物料迅速沿断面均匀分布。该浮选柱是多相、多力场流动, 微泡及多力场均利于浮选, 经多年使用, 效果很好。它具有理想的湍流矿化, 静态分选的性质。

2.3切向给料喷射浮选机

该浮选机由德国研制, 在给矿方式和槽子结构上, 与其他浮选机有较大区别冈, 如下图所示。浮选槽上部为柱形，下部为锥形的容器, 分内外两个槽室, 内槽是作为精矿的泡沫层的收集槽, 在外槽柱段周围, 数个气泡发生器均匀布置在略低于矿浆面的位置, 矿浆沿近似切线的方向水平给入分选容器。进入容器的有压矿浆在容器内产生旋转运动, 矿化气泡(矿粒与气泡结合的气泡) 由于离心力小, 产生沿径向的向心运动的同时还有靠浮力的上升运动, 进入泡沫层, 由于矿浆的旋转使矿浆产生凹陷, 上部的泡沫层, 会自动地流入内槽排出; 未与气泡粘着的矿粒, 由于离心力大, 沿径向的向外运动的同时还有在重力作用下的向下运动, 形成沿螺旋轨迹向下的运动, 进入锥段底部的尾矿排出口。

浮选槽上部矿浆的给料速度为3 ~10 m /s , 矿浆面的平均旋转速度为1 ~2 m /s。该浮选机的空气弥散和矿粒与气泡的接触, 主要在气泡发生器中进行, 浆气混合物喷入槽体后，马上进入泡沫分离区, 两者是互相分开的, 这里仅对给矿矿浆充气, 而无需对槽中整体矿浆进行充气和搅拌, 因此由气泡发生器产生的大量微泡, 在微湍流作用下, 与矿粒更充分地相互作用, 形成矿化气泡, 浮入泡沫层。

实践表明, 该浮选机浮选速度快、能耗低, 对给矿波动不敏感，具有很好的发展前景。它是充分利用流动的多力场浮选。

三、结语

流体力学在选矿中的应用十分广泛，同时选矿中还面临着一些流体力学问题：

(l) 流场流动状态大多涉及湍流流动, 由于湍流自身机理的复杂性对选矿机械内部流动还不是完全清楚, 与湍流研究相结合加强对选矿机械内部流动机理研究, 不仅有利于选矿机械的发展, 也可以推动湍流研究的进步及其与工程实际的结合。

(2) 除湍流模式与实验相结合这一惟一可能依靠的方法外, 能否突破计算能力的限制, 将现有的湍流数值模拟方法如直接数值模拟方法用于解决选矿机械内部流场问题。

(3) 充分利用实验测量方法, 使用先进实验手段如LDV,，PIV等技术对选矿设备内部流场进行实验研究, 能够推动选矿机械研究的进展。

(4) 在选矿机械的研究中, 充分利用湍流研究的最新成果, 特别是湍流结构及其控制的最新研究成果, 可以推动选矿机械研究的技术进步。

参考文献：

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[关键词]流体力学；船舶线型优化；应用；

中图分类号：U661.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0332-01

1 引言

在我国船舶计算流体力学以及计算机技术不断发展的情况，通过数值理论方式对船舶性能进行分析已经成为了重要、且较为新型的研究手段。对于计算流体力学来说，其是一门集计算数学、船舶流体力学以及计算机科学于一体的学科，在现今船舶操纵性能、阻力性能以及推进性能积极研究的环境下，成为了对船舶性能进行研究、预报的重要工具。作为一种对船型优化的新手段，其目前在我国内外得到了较多的应用，已经具有了较为成熟的开发特点，且已经形成了较多的软件类型，应用在船舶升沉、流场以及船舶阻力计算当中。虽然CFD理论方式在定量精度方面还存在着一定的不足，但依然能够为我们带来重要的提示，为我们线型阻力性能的评价以及比较具有重要的帮助。

2 计算软件简介

对于RAPID软件来说，其是上海船舶运输科学研究所从荷兰引进的CFD软件，对于该软件来说，其对非线性势流问题进行了较好的解决，即通过一系列线性问题的应用对非线性、完全稳定的问题解决方案进行得出。在每一次迭代当中，问题都能够在同距自由液面一定距离位置通过等源网格方式的应用进行解决，并以同DAWSON较为类似的方式对自由液面条件进行处理，能够对船体周围稳定的波系、兴波阻力以及非粘性流进行计算。同时，其也通过基于raised-panel方式的迭代应用对非线性的势流问题进行解决。通过该软件的应用，能够有效对兴波阻力以及波浪的形成情况进行减小。在计算结构当中，其以可视化的方式对船体表面压力场分布、流线方向、船波系特性以及速度场分布等进行了显示，且在压力分布当中也对粘性流改善方向进行了指出。通过计算获得的升沉、兴波阻力、波系等数据的应用，设计人员则能够更好的对其设计方案进行评估以及改进，对减少船舶阻力线型的改进方向进行判断。可以说，通过改进方案RAPID结果的研究与分析，则能够对改型方案的减阻效果进行验证，在能够对多个线性方案设计计算进行优化的基础上同传统模型方式相比能够有效实现研究周期以及研究成本的降低。

3 船型参数与线型比较

在本文中，以一艘典型的大型船进行研究。在上图中，实线标识的是圆型横剖曲线，联系RAPID计算结果可以了解到，对于该船来说，其在17站附近位置存在一个较为明显的波谷，对此，即对19站之前的横剖面积进行增加，并同时减小16、17、18站的横剖面积，在使整个肩部水线具有较为缓和特征的基础上对兴波阻力起到了积极的改善作用。同时，由于RAPID对势流理论进行了应用，即不能够对目标的尾性以及粘性进行计算，而在对以往经验进行联系的基础上，也对船体的尾部进行了一定的改动，即在将原有船尾削瘦之后对更为V型的线型进行运用。

4 原型同改型计算结果比较

4.1 CFD计算结果

在该环节中，我们对两个不同的船型进行了RAPID计算，并对压力场以及波形方面进行了比较。在经过波形以及压力场分布情况研究可以得到以下变化：第一，在完成改型之后，船侧波形同原型相比具有了较为明显的改善；第二，在球艏部，在改型完成之后，其在压力梯度方面具有了较为缓和的特征，低压区范围相较以往具有了缩小，且船尾压力过渡方面也具有了较为缓和的特征。而为了能够以更为形象的方式对波浪幅值进行描述，我们也在船侧位置对纵切波图进行了形成，沿船侧改型之后，波形幅值同之前相比具有了一定的改善，在完成改型之后，船体兴波阻力同以往相比较小。

4.2 EFD计算结果

为了能够对CFD的分析结果进行验证，我们分别对船体的原型以及改型方案进行了模型试验。从试验结果中可以了解到，在完成改型之后，其结果同原型相比具有了一定的提升，模型试验有效功率以及剩余阻力系数的比较情况如下表所示：

4.3 不同方法比较

从CFD计算获得结果可以了解到，同原线型相比，船舶在17以及18站位置的压力分布情况得到了较多的改善，不仅首尾波形具有了较好的改善效果，且船在兴波阻力方面同之前相比也具有了明显的减小。经过模型试验结果可以发现，在傅氏数0.134-0.204之间，船舶剩余阻力都具有了较为明显的减小，而在傅氏数增加的情况下，船舶阻力降低的百分比也将随之增加，根据模型试验结果可以发现，能够对CFD计算结果进行验证，即能够对优化的目标进行形成。

5 结束语

在上文中，我们通过CFD计算方式的应用对原型以及改型两个不同的方案进行了分析以及计算，通过对船波系特性、速度场分布以及表面压力场分布情况的计算，则能够在对线性优化改善方向进行定性的基础上设计出具有较好阻力性能的线型优化方案。同时，也对线型优化前后的模型试验进行了比较，经过比较可以了解到，同原型相比，在完成改型之后，传播总阻力以及剩余阻力系数都具有了较大的减少，同CFD计算结果一致，并因此对CFD在定性上的准确性进行了验证。同时，在目前模型试验当中，如果直接对模型的兴波阻力进行测量，则将具有较为困难的情况，对此，其还不能够对CFD方式计算获得的数值给出具体评价，需要在未来研究当中不断优化提升。

参考文献

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[关键词]形成性评价；评价方法；留学生；病理生理学

[中图分类号]G642 [文献标识码] A [文章编号] 1009 — 2234（2013）03 — 0153 — 02

随着高等教育国际化进程的不断加快，医学留学生教育的规模逐步扩大。留学生教育质量成为评价大学办学水平的重要指标之一。目前对于提高留学生教学质量，大家主要集中于教学模式的研究和探索，对评价体系的改革研究较少。而科学、合理的评价方法不仅可客观的评估留学生的学习能力，提高学习的主观能动性，对教学也能起到积极的促进作用〔1〕。在我校留学生病理生理学教学实践中，我们结合留学生的学习特点，不断探索客观、可行的学习效果评价体系，促使教学质量和学生综合素质得到进一步提高。

1.留学生教学面临的问题

1.1 病理生理学的学科特点

病理生理学是沟通基础与临床的桥梁学科，主要研究疾病过程中功能、代谢的变化，阐明疾病发生发展的规律和机制。由于留学生之前尚未接触过临床，对疾病也知之甚少，因此与临床疾病密切相关的病理生理学能激发留学生的学习兴趣，但复杂抽象的病理过程和发生机制又阻碍了他们进一步学习的热情。所以怎样使留学生始终保持学习动力是我们面临的首要问题。

1.2 留学生的学习动机

我校留学生大多来自印度、巴基斯坦和尼泊尔等国，他们来华学医的动机是在相对实惠的教育费用下获得医学本科学历，然后回国通过职业医师资格考试，实现他们临床医生的梦想。因此在注重考试成绩的同时，他们还非常重视临床能力的提高。而我们的教学和评价体系也应该与留学生的学习动机相适应，将重点放在培养临床思维能力和实践能力上。

1.3 思维方式及学习行为特点

由于留学生从小受到西方教育模式的影响，大多思维活跃，学习的主观能动性强，课堂上不懂即问，且课堂表现力强，他们喜欢轻松、趣味性高的授课风格，如果对教师授课不满意，会随时选择离开。正是由于他们在学习行为方式上的随意性，使得他们普遍对学校的考核方式（即期末笔试一锤定音的方式）难以适应。

1.4 与教师的语言交流障碍

留学生虽然来自以英语为官方语言的国家，英语阅读、理解和听说能力普遍较高，但他们的英语有其独特的构音和表达特点，与我们熟悉的美式英语或英式英语均有较大差异，因此在教学过程中与教师存在交流沟通障碍，这对于我们的教学和考核评价都是不小的挑战。

1.5 学习纪律松散

受到不同教育模式和管理体系的影响，留学生学习行为的随意性还体现在散漫的学习纪律上，他们时间观念差，经常迟到、早退或缺勤，上课时还会随意走出教室接听电话。因此，要提高留学生的自律性必须进一步改善教学方法，同时加强考核评价体系。

2.形成性评价体系的构建

鉴于以上留学生教学中的实际问题，以单纯的考试成绩来评估留学生的综合能力，显然不利于他们积极性和主体性的发挥，也妨碍了留学生教学质量的提高。因此我们在病理生理学留学生教学中，采用形成性评价对教学效果评价体系进行了改革。

形成性评价是在教学过程中对学生的学习过程进行动态评价和及时反馈，以便激励学生学习，引导学生及时调整学习方式，并促进教师有效改进教学活动〔2〕。

我们的形成性评价体系各方面权重分配及具体实施如下。

2.1 病例分析报告

为了实现病理生理学在沟通基础与临床之间的桥梁作用，我们在2011？2012年留学生理论教学中引入了病例讨论，重点章节导入时均以典型病例激发课堂简短讨论，学生自由发言回答病例的相关问题，然后带着问题进入学习，该部分内容讲解结束后，每位学生于一周后上交一份病例分析报告，要求找出疾病的病因和发生机制、及其与临床表现的内在联系，并根据发病机制设计合理的治疗原则。最后教师将报告的评价结果、理由及报告的优缺点及时反馈给学生。这部分权重占总成绩的20%。

2.2 随堂测试

为了督促留学生加强平时学习，检验学习效果，同时避免由期末考试一锤定音的弊端，我们根据具体的教学情况，以选择题的形式安排了4？5次随堂测试，当堂完成，测试结果也会于下次课发放给学生。这部分占总成绩的10%。

2.3 实验考评

由于留学生回国后都要参加职业医师资格考试，因此对他们临床思维和实践能力的培养显得同等重要。我们的做法是将实验课学习效果评价纳入形成性评价体系，占总成绩的20%。实验课考核指标具体包括出勤情况、实验操作、实验报告和值日等。

2.4 考勤

针对留学生学习自律性差，纪律散漫等特点，我们将考勤情况的权重设置为总成绩的10%。每次课前由班长点名，迟到或缺席的学生标记1个“×”；而按时上课的学生标记1个“”；那些经常迟到或缺席的学生，如果能坚持长时间不缺课，也可以鼓励性的给1个“”。期末时统计缺勤超过总考勤数1/3的学生取消期末考试资格，只能参加补考。

2.5 学生自评和互评

自我评估的目的是为了帮助留学生认识到自己的强项和弱点，以便更好地管理自己的学习；而学生互评可以鼓励学生之间的合作和向他人学习〔3〕。因此我们分阶段用调查问卷的形式让学生进行自评和互评，问卷包含很多指标，比如是否真正理解了课堂讲授知识点、是否能灵活运用所学知识解决临床问题等，A选项5分，B选项3分，C选项1分。另外临近期末时，还组织学生评选“学习之星”和“进步之星”，进一步激励学生的自信心和学习积极性。这部分权重占总成绩的10%。

2.6 期末考试

期末考试是检验学生对课程整体把握程度的考核方式，这部分占总成绩的30%。由于留学生将来回国参加的职业医师资格考试通用题型是选择题，因此我们在期末考试中设置了50%的选择题，其他主观题如名词解释、简答题和问答题共占50%。

3.形成性评价体系对学习效果的影响

为了了解这种形成性评价体系对教学效果的影响，我们对留学生进行了问卷调查，结果显示，超过92.5%的留学生支持形成性评价，认为能全面、客观、公平地反映他们的学习效果，充分调动了学习的积极性，变被动学习为主动学习，督促他们投入平时的自主学习，并激发自信和潜能，帮助他们克服懒散、自律性差的问题，有利于提高解决临床问题和实践能力。同时，还能促进教学过程的不断完善，提高教学质量。

我们的形成性评价体系以促进留学生临床思维能力和实践能力的培养为目的，在内容和形式上均与留学生的学习动机相适应，因此能极大地激发留学生的学习兴趣和主动性，真正发挥他们的学习主体效应，学习效果自然显著提高。

另外我们还非常重视反馈的作用，调查结果也显示68.2%的留学生都希望得到教师或同伴的关注和反馈。我们反馈的内容不仅包括对病例分析报告的评价结果、理由及报告的优缺点，还包括各阶段学生自评和互评结果、随堂测试结果等。通过反馈可以让学生看到已经取得的进步和需要进一步提高的地方，从而有效调整学习活动。比如在完成水电解质代谢紊乱的学习和测评后，有的学生发现自己对发病机制的理解不够深入，因而可在下阶段的学习中有针对性地训练逻辑思维能力，加深对疾病机制的理解。另一方面，通过反馈的结果，教师也可以发现学生在测评中的一些共同问题，从而反省自己教学中的不足，以便不断自我完善和提高。

我们也很注重激励机制在评价体系中的作用。在评价过程中，尽量以激发主体意识、不打击学习积极性为原则，比如在考勤评价时，每一位按时出勤的学生都可以得到1个“”，甚至那些平时经常迟到或缺勤的学生，如果能坚持一段时间不缺课，也可以得到鼓励性的“”；而实验课时积极动手、主动打扫卫生的学生也以“”的形式来嘉奖；期末时对“学习之星”和“进步之星”的评选，其实也是激励机制的体现。通过以上激励方式，留学生可以在很大程度上克服自律性差的缺点，意识到自己在学习过程中的付出和进步是有价值的，有效调动学习积极性，并最大限度地发挥自己的潜能。

综上所述，我们根据留学生的学习特点，建立了一种全面、客观的形成性评价体系，对进一步提高留学生教学质量和学生综合素质奠定了基础。但由于一些主、客观条件的限制，我们的研究还存在一定不足，比如学生自评和互评缺乏相应监督机制，使部分评价流于形式；由于缺乏临床实践，留学生对病例的分析报告普遍不够深入；评价体系对教师的英语能力、工作量以及对课堂的掌控能力上均要求更高。我们将在今后的教学实践中进一步完善，以探索一种更加适合留学生实际情况的评价体系，并使病理生理学充分发挥其桥梁作用。

〔参 考 文 献〕

〔1〕 金胜红，赵云，胡凤琴.医学留学生学习效果评价方法实践与探索〔J〕.基础医学教育，2009，11（5）： 613-315.

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关键词：计算流体力学；课程改革；应用型本科；项目驱动

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）22-0123-02

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一门集成了流体力学、计算数学与计算机科学的交叉学科。计算流体力学的基本思想为[1]：通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和传热等相关物理现象做出系统的分析。随着计算机技术的发展，计算流体力学在各行各业得到了广泛的应用。

《计算流体力学》课程开设的主要目的在于使学生掌握流动及传热问题数值模拟的基本理论与建模思路、掌握常用商用CFD软件的使用方法，能够利用计算流体力学方法解决实际研究问题[2]。课程内容涉及了流体力学理论、数值计算理论、计算机程序设计以及计算软件的工程应用等。课程理论内容较多，学生学习起来较为吃力，常处于被动学习状态，因此需要改进教学策略，培养学生学习兴趣，改被动学习为主动学习[2]。同时该课程还与实际应用联系紧密，如何将理论与工程实际相结合，培养学生解决实际工程问题的能力，也是本课程教学中需要探讨的问题。经过多年在教学过程中的改革和摸索，下面浅谈一下我们在《计算流体力学》课程改革方面的一些探索。

一、计算流体力学课程内容

计算流体力学包含内容甚广，从总体上讲，可按照不同的应用领域分为两个主要方向：

1.将计算流体力学自身作为对象的课程体系。该体系的研究对象为计算流体力学本身，主要以流体力学数学物理模型模型构建、数值离散方法、高性能数值计算算法开发为主要内容，侧重点为计算流体力学理论及其实现方法。

2.以算流体力学应用为主的课程体系。此体系以如何更好地将计算流体力学方法应用于工程作为研究对象，主要以应用技能为课程目标，侧重点为现实物理问题的简化建模、利用计算机程序解决物理问题以及对计算结果的科学解释等。

对于应用型本科《计算流体力学》课程来讲，应当更多地关注计算流体力学在工程中的应用，将计算流体力学作为一项解决工程问题的工具，培养学生在利用该工具解决实际工程中的流体问题的能力[3]。

二、原有教学方法的弊端

西南石油大学机械工程专业较早开设了《计算流体力学》课程，培养了多届学生，积累了一些宝贵的教学经验。然而，该课程教学方式仍不够成熟，存在一些弊端，教学效果受到影响。这些弊端主要表现为：

1.教学内容偏于理论。在教学过程中，当前的教学内容还延续中传统的计算流体力学的基本内容，即：流体流动控制方程的推导、离散方法及线性方程的解法等，在课程讲解过程中，仍以有限差分法、有限体积法及这些数值算法的收敛性、稳定性、计算精度等方面作为主要的讲解对象，教授过程中涉及到大量的理论推导及数学理论的应用。在教学过程中，学生们普遍反映教学内容难懂难学，枯燥乏味。同时大量的理论教学还影响了上机教学时间。

2.工程实践能力转化不足。当前教学计划中虽然搭配了16个课时的上机教学，但仍显不足。经过多次的上机练习，部分学生能够掌握利用计算流体动力学方法解决工程问题的一般流程，但是大部分学生仍然不具备解决新问题的能力。在上机练习过程中，学生按照教师提供的上机指导书中的计算模型操作完成，而对于计算中非常重要的如计算区域创建、网格划分、数值计算模型选择、边界条件、初始条件及计算控制参数等缺乏自主的思考。针对上述问题，迫切需要对课程进行教学改革，提出新的教学理念，利用合理的教学方式，提高教学质量。

三、课程改革措施

计算流体力学课程改革主要从三方面进行。

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[关键词]工程流体力学 教学方法 改革 工程实践

一、提炼课程核心思想、调整教学内容

近几年来，随着我国及上海市海洋战略布局和海洋经济的发展，上海海洋大学作为一所以海洋、水产和食品为特色的高校，在学科和专业建设方面取得了较大进步，《工程流体力学》作为一门专业基础理论课，其地位愈来愈显得重要。其中海洋学院、食品学院和工程学院几十年来在本科和研究生教育中，一直将《工程流体力学》和《高等流体力学》作为一门相当重要的专业基础课。特别是，工程学院的机制专业将《工程流体力学》作为该专业学生的一门必修课，随着学校的发展，这门课程必将渗透到生命学院的水产、水生物、设施渔业、水环境等专业和方向中。目前根据已定的教学计划，每学年有近650名学生学习这门课，由于各专业对其内容眼球的不同，需要结合各专业的特点，提炼课程核心思想、调整教学内容，通过不同的模块组合，确实提高学生的学习兴趣，促进教学质量的提高。

上海海洋大学《工程流体力学》任课教师根据多年的教学大纲及要求编写了“工程流体力学”教材，同时完成了配套教材的ppt电子教案，要求学生掌握流体力学的基本知识、原理和计算方法，主要包括：静平衡微分方程、流体对固壁的总压力、流体运动的描述、伯努利方程、动量（矩）方程、量纲分析、相似原理、绕流阻力等。在弄清概念，掌握理论的基础上，能够学会运用基本理论分析解决实际问题，并掌握基本的实验技能，为从事专业工作、科研和其他专业课的学习打下基础。为了便于学生的自主学习，又出版了配套教材的“工程流体力学习题解析”一书。同时根据实际工程需要，将《工程流体力学》的教学内容分为3个层次，即流体力学的基础理论、流体力学知识与进展、流体力学应用与实践， 克服了以往过分重视理论知识的介绍，轻视其应用的弊端。此外，还相继开出了流体力学独立实验课、计算流体力学等。

同时，根据不同专业的具体需求，在课程设置、教学内容上都作了许多相应的调整。例如在全校新开了“工程流体力学的应用”课程，受到了学生们的欢迎，选修这门课的学生相当多，容量达95%以上。并设计了不同的模块组合，对机械专业的学生，在已完成《工程流体力学》教材的二版修订中，在第8章中增加了明渠流动内容，增加了水波理论等内容；针对食品专业的需要，增加了气体及热力学类内容，并补充五套自测题供学生选用，确实提高了学生的学习兴趣，并促进了教学质量的提高。

二、改进教学手段，优化教学过程，加强教学互动

由流体力学团队编写的《工程流体力学》教材，于2006年由上海交通大学出版社出版，同时出版了与之配套的“工程流体力学习题解析”，为了便于教师教学，同时制作了与本教材配套的制作精美、图文并貌的CAI课件，生动地描述了流体力学的一些理论及现象，大大减轻了流体力学理论的学习难度，提高了学生学习的兴趣和效率。这些系列教材的出版，对该课程的建设和质量提升，起到了非常重要的作用。不但受到了本校学生的好评，同时还受到陕西理工大学、中国民航大学、浙江海洋学院及天津城市建设管理职业技术学院等许多学校的欢迎，这些学校对系列教材给予了充分肯定。图书发行突破2万本，出版方已无库存。

充分利用网络资源，将课堂理论教学教案、主讲教师课堂教学的部分录像进行网上共享，使用录像片、流体力学演示实验教学片、电子教材等多媒体教学手段，使学生感到难以接受的流动力学概念变得十分生动具体，加深对教材内容的理解，提高教学质量。使学生能够随时复习、预习相应的课堂教学内容。同时充分利用上海海洋大学的E-Class网络平台，进行网络实时习题、例题解答，以及课后答疑网络资源及软硬件的建设，形成师生交流的互动平台，真正提高网络教学的实用性。强调计算机在流体力学教学中的应用

在充分利用现代教学手段的同时，不能忽视传统教学方法的作用。本课程采用多媒体与板书相结合的教学模式，充分利用多媒体教学信息量大,图像清晰生动的特点, 结合传统板书讲解复杂理论推导的优点，不仅直观清晰，一目了然，而且对重点部分又能反复讲解，以达到学生基本理解并具有一定想象能力。例如在讲解研究流体运动的两种方法：质点法和空间点法时，多媒体上会出现公交车客流量观察方法的动画，使学生既易于分清这两种方法的不同，同时又强调一个相同的目的。又如在讲到流体的漩涡运动时，有龙卷风作强烈旋转运动的画面；讲到伯努利方程时，有踢任意球进球门的画面。理论教学上严谨，但是动画及多媒体生动、形象，使得学生在学习时既不感到枯燥，同时又能加强对基本理论的理解。由于学生数很多，教学上采用大班课的形式（基本上每个教学班有近100名学生），多媒体教学发挥了很大的作用。它使繁冗的公式推导成为一个简单的讲解过程，将复杂的流体运动生动形象地表现出来，同时对重点和难点反复在黑板上演示讲解。这两个方法相辅相承，取得了很好的教学效果。这种授课方式既有利于避免研究生因长时间精力高度集中而产生疲劳,又有利于他们理解并掌握复杂的流体力学基本理论。

2008年“工程流体力学”教材获上海海洋大学教学成果一等奖。作为普通高校重点教材建设项目之一，2009年被上海市教委评为优秀教材三等奖，2011年获得上海市教委重点课程建设项目（沪教委高〔2011〕48号），极大地提高了上海海洋大学来在流体力学行业的影响力。

三、完善实验教学条件，形成完整的教学实验体系

在注重理论教学的同时，加强实验教学环节，2011年3月由上海海洋大学主编的《力学基础实验指导-理论力学、材料力学、流体力学》，由同济大学出版社正式出版发行，其中的流体力学部分（第三大部分），从根本上解决了实验指导书与实验仪器不配套的问题，有效提高了流体力学实验教学质量。2009年下半年新添置了多功能流体力学实验装置、动量定理实验仪、流动图形显示仪、毕托管测速实验仪、虹吸管实验仪、势流叠加仪、空化实验仪等流体力学实验设备，新开设了大量的设计型和创新型流体力学实验，使学生、教师互动，用实验数据来验证理论，来观察抽象的流体运动；用理论知识解释一些流体现象，发现新的现象。这种教学手段提高了教学效果。同时在互动中，将有关科研上对于流体力学的一些热点问题以讨论的形式引入教学，充分地调动了学生的学习热情。通过实验验证加强感性认识：在许多重点和难点的地方，基本上有配套的实验，从实验中学习，既能培养学生从实践中发现问题并进行深入分析的思维习惯，激发他们的学习热情，同时也是加强印象、加深理解、克服难点的手段之一。

针对个别专业的特殊需要，开设了流体力学独立实验课。实际的流体运动非常复杂，因此通过流体力学实验是揭示流体运动规律的一种重要手段，为了帮助学生加深对所学理论的理解，更好的用所学理论解决生产实际中的问题，经过多方筹建，2009年我校海洋环境专业开设流体力学独立实验课，共16学时，实验内容主要包括：能量方程实验、雷诺实验、动量定律实验、沿程水头损失实验、局部水头损失实验、毕托管测速实验、管道测流量实验、流动显示实验、虹吸实验及势流叠加实验等；针对食品专业的需要，开设了气体及热力学类实验。

四、实现教学和科研的互动

在任课教师积极参加各类相关的学习与培训的同时，强化任课教师的科研观念，以科研带动教学，以教学促进科研，进行有效的纵、横向科研联合。任课教师积极参与各类教学改革和科研项目，如深水网箱水动力研究、渔船螺旋桨软件系统设计、人工鱼礁流场分析、海洋结构物的流固偶合分析、海洋波浪能的研究开发等。通过这些项目的研究，加深了对流体力学在海洋科学中实际应用和最新进展的了解。在毕业设计环节，每年选作以流体力学基础理论及其工程应用为毕业论文课题的本科学生20余人，研究生10人。取得多项教学改革和教学研究成果，并在生产实践中得到应用，如流体力学团队教师编制的“渔船螺旋桨系统设计软件”获得2007年上海海洋大学科技成果三等奖，该软件目前已被潍坊柴油机厂、玉林柴油机厂等国内主要柴油机生产厂家广泛应用。我校工程学院羊晓晟、侯淑荣、马利娜、沈小青同学的“一种新型海洋波浪能发电装置”项目，参加2011年由、中国科协、教育部、全国学联和地方政府共同主办的、在大连理工大学举行的第十二届“挑战杯”终审决赛，在全国1935所高校选送的16976件作品中突颍而出，获得“全国竞赛三等奖”。该项目由流体力学老师指导，并突破了波浪及流固耦合理论，极大地激发了学生对本课程的学习热情。今后，本课程将在大学生科技创新中发挥更大的作用。

五、教学效果的考核

《工程流体力学》课程具有理论性强、公式多、数理基础要求高的特点,为帮助学生的学习,仅仅通过教材讲解还远远不够,需要配套必要的习题。在现有基础上，更新试题内容，完善试题库建设，考虑到我校研究生教学的特点, 团队根据新编著教材的主要内容, 以章节为单位,精心筛选和编写了典型习题集,力图做到其中的习题一定要具有典型性。习题的数量不能多,更不能类似和重复,学生通过习题练习,能有效地掌握教材中的基本知识。提高试题质量，真正做到教考分离，促进教学质量的提高。该试题库具有以下功能：平台提供自动组卷、手动组卷、互动组卷，条件设定灵活全面；试卷自动转换成WORD文档，方便打印输出；自定义追加试题入库，采用WORD文档格式编辑批量入库。

在考核中，平时成绩、实验课成绩和期末成绩比例为15%、20%和65%。实践证明，该考核方法取得了很好的效果。

六、结语

总之，对于《工程流体力学》课程教学内容改革的初步探索分析，可以促进教学观念的改变，按此目标授课，对教师提出了更高的要求。同时，还可以促进教材建设、实验室建设及其仪器设备的更新，提高学生的动手能力及科研能力，从而实现“学有所用”，“教学相长”。

高等教育教学改革，特别是专业基础课程体系及教学内容的改革，是一个系统和长期艰巨的实践过程，专业教师任重而道远。只要不断努力和探索实践，就可以开拓出一条符合各个专业需求的、更加富有成效的新途径，取得更好的教改成果。

本文受“2011年度上海市教委重点课程建设项目（沪教委高〔2011〕48号）”资助

[参考文献]

[1]袁恩熙.工程流体力学[M].北京:石油工业出版社,2002.

[2]James A.Fay.Introduction to Fluid Mechanics.Cambridge: MIT Press,1994

[3]Bruce R Munson, Donald F.Young and Theodore H.Okiish. Fundamentals of Fluid Mechanics,5th Edition, New Delhi:John Wiley &Sons,2002

[4]Robert W.Fox,Philip J.Pritchard and Alan T McDonald. Fluid Mechanics,7th Edition. Hoboken:John Wiley&Sons,2009

[5]Frank M.White.Fluid Mechanics,6th Edition.New York: McGraw-Hill,2008

[6]毛根海.应用流体力学.北京：高等教育出版社,2006

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注重多媒体与传统板书教学的有机结合

随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展，以多媒体技术为主的教学手段已经普遍应用于高校的课堂教学中[1]。在流体力学教学过程中，采用多媒体教学手段可以将流体力学中抽象的概念和理论具体化、形象化，在有限的时间内将许多复杂的流动物理图像直观的展现给学生，有利于加强学生对流动现象的感性认识，加深对概念的理解，从而激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率，扩大学生知识面。另一方面，使用多媒体教学手段增加了授课容量的同时也提高了讲课速度，教师容易忽略学生对课件内容的消化吸收过程，致使学生的思维跟不上教师讲解的速度，降低了教学效果。因此，就流体力学的课程特点而言，多媒体技术并不能完全取代传统的板书教学，教师应采取多媒体和传统板书有机结合的方式，充分利用二者的优点，达到最佳的教学效果。如在讲解流体流动的两种流态时，放映雷诺实验的Flas，学生可以清楚地理解层流和湍流的现象与特点;辅以PowerPoint幻灯片可以清晰直观地表现尼古拉兹实验曲线和莫迪图的五个分区等。

注重实验教学及课后作业

实验教学是流体力学课程的重要环节，通过实验，各种水流现象一目了然，能够将抽象的理论知识形象化;同时通过实验数据的采集和处理、实验误差分析，基本仪器的原理及使用等，加深学生对基础理论和概念的理解和掌握，有助于开拓学生视野，培养学生的动手能力和思考能力。改变传统实验教学模式，将实验内容分为实验录像、演示实验、验证性实验以及综合设计性实验等不同层次。建议将静压传递实验、流体横向绕流实验、紊流射流实验等以实验录像的形式展示给学生;将流线实验、雷诺实验、水跃实验等作为演示实验;学生自制动手完成流速和流量的测定实验、能量方程实验和动量方程实验的内容[2];鼓励学有余力的学生利用课余时间，多留意身边的流体力学现象，结合课堂所学知识，设计应用性小实验，如三角形堰和梯形堰在流量测量中的应用等。课后作业是对学生所学知识理解、掌握程度的检查，是加强对上课所学内容的强化，同时也是对学生独立分析、解决问题能力的培养。首先由学生独立完成一定数量的课后作业题，可以帮助学生加深对基本概念和理论知识的理解;然后由教师通过习题课的方式，对有代表性的习题和学生普遍出现错误较多的习题进行讲评，引导学生从解题的过程中掌握解决问题的思路、方法和技巧，以便达到举一反三、触类旁通的效果，在以后的学习工作中学以致用，可以有效的增强学生分析并解决实际问题的能力。

考核方式的改变

传统的考核方式是以期末一次性考试为主，这种考核方法会造成学生平时不努力，考前几天突击考试的现象，不利于对学生综合能力的考查。对于流体力学课程来说更是如此，学习的目的是要提高学生运用所学知识对实际工程问题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，对传统的考核方式进行适当的改变，实行综合成绩评定方法，降低期末考试在成绩中所占比重，增加课堂互动、课后作业和实验能力考查等环节。并且期末试卷中集中给出考题中所涉及的相关的经验公式、图表等，供学生选择使用，可以减少学生无谓记忆经验公式的时间，而又较好地考查了学生利用基本理论和公式分析解决实际问题的能力[3]。

结语

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关键词：流体力学；制冷与低温工程；教学改革

作者简介：尹雪梅（1979-），女，四川资中人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师；张文慧（1980-），女，河南焦作人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师。（河南郑州450002）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）10-0098-02

目前，郑州轻工业学院（以下简称“我院”）的制冷与低温工程专业已被评为国家级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养，造就人才，有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。

“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，主要分为流体静力学和流体动力学，研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂，故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。[1]加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识，导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。[2]因此，迫切需要进行“流体力学”课程教学改革，使学生学好本门课程，提高课程教学质量，使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识，培养学生的综合分析应用能力和创新能力，全面提高专业素质。

分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状，发现存在以下主要问题：首先，“流体力学”理论性强，概念多而抽象，难以理解，学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识，学习兴趣不高；其次，课程中公式繁多，推导过程复杂，且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程，另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识，学生理解困难；另外，学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣，选择合适的教学模式组织教学，全面实现该课程教学目标，提高教学质量，是该课程教学亟待解决的问题。

一、改革教学方法

学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素，不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础，也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课，笔者结合自己的教学经验，认为可以从以下几方面着手。

1.激发学生学习兴趣

学生是学习的主体，而“流体力学”又是大家公认难学的课程，因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。

要提高学生学习“流体力学”的积极性，首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口，也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示，“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解，使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关，深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。[3]

教师在讲授一些理论知识之前，可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣，启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前，可以先问学生：在水中游得快还是在油中游得快？为什么？又如在描述流体运动有两种方式――拉格朗日法和欧拉法时，可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比，从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式，让学生带着问题去学习，让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事，由愿学到爱学再到乐学。实践表明：列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感，活跃课堂气氛，不仅可以吸引学生的注意力，激发学生学习的主观能动性，还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义，并且能加深学生对所学知识的理解和记忆，使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。

另外，还应充分利用多媒体，通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象，而不是停留在抽象层面，从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。

2.巧妙讲解公式

为了定量地描述流动现象和分析流动机理，需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要读懂数学，然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明，学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作，帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变，进一步建立起科学的思维方式。

“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式，这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识，特别是大量的偏微分方程，加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法，与物理及其他力学不同，学生的观念不易改变，而且推导过程复杂，学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性，对每个公式的每个推导细节都逐一介绍，推导过程将会枯燥无味，学生只会被弄得糊里糊涂，兴趣全无。而如果直接给出公式，让学生死记硬背，只能让学生不知其所以然，当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。

根据多年的教学经验，笔者认为：“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透，概念清楚了，公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义，只有真正理解了公式的物理意义，才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性，“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的，如伯努利方程就有多种形式（理想流体、实际流体、流体是否可压等），在具体运用时，要根据具体情况选用正确的形式。

3.充分利用作业

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了，接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。

首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题，这是“流体力学”学习过程的重要组成部分，解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程，课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。

然后再由教师通过习题课的方式，利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题，讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时，重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤，使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧，以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解，将物理问题与数学工具有机地结合起来，有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考，有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。

二、改革教学手段

多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点，丰富的教学内容，被高等院校广泛采用，并深受广大师生的欢迎。[4]

多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体，可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点，如拉格朗日和欧拉法的描述，流线与迹线、层流、湍流等，通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生，使其从感性认识开始建立清晰的物理概念，较容易地掌握相关内容，并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学，授课的信息量增多了，教学内容更丰富了，学生在有限的时间内接收的知识更多了，学生的学习兴趣提高了，学生的思路拓宽了，教学质量也提高了。

多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西，更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点，在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合，扬长避短，发挥各自的优势，为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象，可以通过多媒体教学，加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学，例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书，有利于学生集中注意力，让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间，又可加深学生对重要知识的理解，从而获得良好的教学效果。

三、 结束语

总之，高等教育教学改革，特别是专业课程的教学改革，是一个长期而艰巨的实践过程。“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，在教学中要根据学校的具体情况改革教学方法和教学手段，借助现代教育技术与手段，充分调动学生的学习兴趣，结合生活、生产、科研中的实际问题，进行深入浅出、生动活泼的讲解，揭示问题的本质，向学生传授治学方法，扩大学生的知识面，培养学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新精神，以取得更好的教学效果。

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,2008,34(21).

[2]吴光林.《流体力学》课程教学改革的思考[J].科技信息(科学教研),2008,(14):172-173.

篇10

论文摘要：根据环境工程专业特点，分析了该专业技术基础课“工程流体力学”和主干专业课“水污染控制工程”在教学中存在的问题，文章从教学内容、教学模式、师资配置、考核方式四个方面提出了“工程流体力学”和“水污染控制工程”教学改革思路。

论文关键词：环境工程专业；工程流体力学；水污染控制工程；教学改革

“工程流体力学”是研究流体（液体、气体）处于平衡状态和流动状态时的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中应用的一门科学，是力学的一个独立分支，有其自身的理论体系，其基础理论主要由三部分组成：流体静力学、流体运动学和流体动力学。“水污染控制工程”是关于控制水体污染途径以及各种废水处理方法（包括物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法等）的基本理论、工作原理及设计计算的一门科学。“工程流体力学”是环境工程专业的重要技术基础课，“水污染控制工程”是环境工程专业的核心专业课，这两门课程在环境工程专业本科教学中有着举足轻重的作用，同时两者之间也存在着重要的相互理论关系。

“工程流体力学”是水利、环境、能源、土木、机械、动力等学科的一门技术基础课程，该课程的教学内容纷繁丰富，其特点是理论性和综合性比较强，概念抽象，难于理解。“水污染控制工程”课程内容与“工程流体力学”内容结合相对比较紧密，如城市排水沟道系统、各种污水处理构筑物等的设计计算，以及在构筑物中的生化反应、化学絮凝反应中水力条件的控制等均是工程流体力学理论知识在水污染控制工程中的实际应用。目前，在环境工程专业教学方面，“工程流体力学”和“水污染控制工程”课程正面临着比较尴尬的局面：一方面课程内容趋于复杂和广泛；另一方面在课时量逐渐压缩的情况下，“工程流体力学”和“水污染控制工程”教学内容没有起到应有的相互衔接，教学内容彼此脱离。由此形成环境工程专业“工程流体力学”教学内容与专业课衔接不够，在教学过程中学生感到内容枯燥，概念抽象；而在“水污染控制工程”教学过程中，学生感到工程流体力学基础理论知识不扎实，不能够熟练应用工程流体力学基础理论解决水污染控制工程方面的实际问题。

针对目前环境工程专业课程设置及教学内容的状况，本文从教学内容、教学模式、师资配置、考核方式四个方面提出“工程流体力学”与“水污染控制工程”教学改革，提高教学质量，培养学生综合能力。

一、改革教学内容

对“工程流体力学”教学内容进行改革，结合环境工程专业特点，重构环境工程专业的“工程流体力学”课程，对该课程中的主要内容进行优化设计，紧密结合后续专业课“水污染控制工程”的内容进行改编，为“水污染控制工程”的讲授奠定基础理论知识。“工程流体力学”教学内容主要包括理论教学和实践性教学两部分，其中在理论教学内容部分，如“工程流体力学”中涉及到的流体粘滞性、流体内摩擦定律等内容，结合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流态所需要的雷诺数内容为实例进行教学内容改革；“流体静力学”中绝对压强、相对压强、真空度等概念、理论在水污染控制工程中虹吸滤池、脉冲澄清池以及沉淀池、污泥浓缩池重力式排泥所需要的静水头压力等实际工程中的应用为实例进行教学内容改革；流体运动学中基本理论对“水污染控制工程”中的数学模式的建立为实例进行教学内容改革；“流体动力学”中压力损失理论在水污染控制工程中的水力计算，水射器理论在水污染控制工程中的计量作用、加药作用、射流曝气作用为实例进行教学内容改革等。其次，“工程流体力学”实践性教学内容部分，改革传统的实验教学内容，除验证性实验之外，增加工程应用性实验，如文丘里流量计、三角堰流量计、巴氏计量槽、毕托管测速仪、虹吸管、孔口与管嘴的工程应用等内容，既加强了动手操作能力，也培养了学生将基础理论知识转化为现实生产力的综合分析与应用能力，不仅使教学内容丰富，也提高了学生学习的热情和积极性。

对“水污染控制工程”教学内容进行改革包括理论教学内容改革和实践性教学内容改革，强调“工程流体力学”基础理论知识在水污染控制工程中的应用。在理论教学内容方面，“水污染控制工程”中的污水沟道系统水力计算、水处理构筑物中水力参数的确定、污水在构筑物中的最佳流态、各水处理构筑物之间高程布置、混合反应池中搅拌强度的确定、过滤池中配水系统的设计及其滤速确定等一系列涉及工程流体力学问题的相关内容进行必要教学改革，加强学生对“工程流体力学”基础理论知识在水污染控制工程中的工程应用有一个更清晰的认识，理解“工程流体力学”基础理论知识在水污染控制工程中的重要性，使学生既掌握了“水污染控制工程”应用设计方法、设计原则、计算方法等知识，也加强了学生对“工程流体力学”基础知识在水污染控制实际工程的应用。在实践性教学内容方面，加强工程性应用实验教学内容，从不同的工业企业和居民生活区采集不同的废水水样，根据化验所得废水水质，确定所采用的处理技术和处理工艺，并通过实验验证在各种废水处理工艺中所选择的工程流体力学水力参数，基于“工程流体力学”基础理论知识分析废水处理工艺水力参数的合理性。

二、改革教学模式

“工程流体力学”特点是理论性、综合性、系统性较强，概念抽象、逻辑结构严谨。目前传统的教学模式基本上是教师讲、学生听，“授—受”型单一模式，尽管在学的过程中采用了多种形式的多媒体教学方式，但仍没有改变学生在学习过程中的被动地位，学生缺乏主动性和实践性。改革传统教学模式，实施探究式、启发式、开放式的创新教学模式，结合水污染控制工程中的实际问题，以工程实例为背景，应用工程流体力学基础知识解决实际工程问题，诱导学生积极思考，在教学过程中形成教学互动，调动学生学习的主动性和参与性。根据教学内容性质，“工程流体力学”教学内容可以分为基础理论和实际工程应用两个部分。在流体静力学、流体运动学和流体动力学三个基础理论部分，采用形象化的多媒体演示、软件模拟、小型实验相结合探究式、启发式教学模式，鼓励学生课堂讨论；在实际工程应用教学部分，如孔口管嘴、有压管流和明渠流部分，以水污染控制工程中的工程实例为背景，采用适量的实际工程图片，丰富教学信息量，刺激学生的感官，激发学生的学习兴趣，拓宽学生的思路，开阔学生的视野，可以使枯燥、乏味的内容变得趣味盎然，使抽象、晦涩的内容变得直观生动。

“水污染控制工程”特点是实践性、工程应用性强，因为不同的废水水质达到处理要求所采用的处理技术、处理工艺不同；即便相同的废水水质，如果污水量不同，所采用的处理工艺也不同；一个废水处理工程，即废水水质、水量数据相同，也可以采用不同的处理技术和处理工艺，工程流体力学参数的选择是确定不同废水处理技术、工艺的主要影响因素之一。因此，在“水污染控制工程”的教学过程中，改革传统教学模式，实施探究式、启发式、开放式的实践教学模式，以工程实例为背景，通过开放性的实践性实验正确选择工程流体力学参数，并通过实验研究对参数的选择、废水处理效果等进行科学验证。通过工程实例和实践性教学改革，使学生既对废水处理工程设计过程有一个清晰的思路，又能达到举一反三的效果。

三、优化师资配置

师资队伍优化，一靠资源，二靠制度，师资队伍优化也是一个相对的渐进过程，优化的标准和措施与所处时代、社会背景及其自身所处发展阶段和学科特色有关。环境工程专业特点要求师资队伍结构合理、质量可靠。“工程流体力学”与“水污染控制工程”是本专业的主要技术基础课和主干专业课，两门课程在讲授过程中存在着千丝万缕的必然联系，这就对师资配置和师资队伍建设提出了更高的要求。首先，建立高质量的师资队伍，定期或不定期对教师进行专业培训和实践工程训练，要求讲授“工程流体力学”和“水污染控制工程”两门课程的教师对两个学科均有一定的研究，或者承担一定量研究科研工作，洞悉当前“工程流体力学”和“水污染控制工程”发展的最新前沿理论和技术；其次，在师资配置方面，要求讲授“工程流体力学”的教师对“水污染控制工程”有一定的研究或承担相关科研项目，讲授“水污染控制工程”的教师对“工程流体力学”有扎实的理论研究或承担相关的科研项目；第三，建立教师研讨会制度，讲授“工程流体力学”的和讲授“水污染控制工程”的教师定期或不定期举行教学研讨会，避免两门课程的讲授内容出现彼此分裂现象。如果在师资配置中，讲授“工程流体力学”的教师毕业于力学专业，即使讲授“工程流体力学”的教师对力学有很高的造诣，对该门课程的讲授有声有色，但如果该教师对环境工程专业“水污染控制工程”专业理论知识或实践工程知之甚少，那么在教学过程中，必然不能够将“工程流体力学”与“水污染控制工程”教学内容相结合，对环境工程专业学生来说，这样的师资配置，必定不是最优化的师资配置。

四、改革考核方式