流体力学重要知识点范文

导语：如何才能写好一篇流体力学重要知识点，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：流体力学；教学理念；内容调整；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0041-02

流体力学是研究流体平衡和运动规律的一门科学，是力学的一个重要分支，已广泛应用到国民经济的各部门。工程流体力学课程在哈工大是机械类、材料类、仪器仪表类、航空航天类、建筑工程类、热能动力类、流体动力工程类等专业必修的技术基础课程，既有基础学科的性质，又具有鲜明的技术学科的特点，既与高等数学、大学物理、理论力学等课程有紧密的联系，又是专业课的基础，是一门理论性和工程实际意义都较强的课程[1]。哈工大流体力学教研室成立于1956年，历来重视教学研究及教学质量，不断积累教学经验，改进教学思想，在基础教学与实验设施、师资队伍建设、教学质量、教学研究与改革等方面都取得一系列成果，居于国内领先水平，并于2009年被评为国家精品课程，目前正在进行国家精品资源共享课程的升级。虽然取得了一系列的重要成绩，但是仍然存在一些问题，需要进一步转换观念，从当前社会的实际需求出发，深入进行教学模式和教学内容等方面的研究和探索。

一、改革教学理念

课程建设的目的是提高教学质量，归根到底是提高学生培养的质量，而学生质量的衡量标准则是其综合素质及能力。工程流体力学课程的特点是抽象概念多，数学分量重，理论性较强，许多复杂的流动物理现象难以用言语和具体图像清晰地表述[2]。工程流体力学课程中有很多较难的知识点，例如流体微元运动的Cauchy-Helmholts速度分解定理、粘性流体的运动微分方程、边界层基本方程及近似计算等，这些知识点包含了大量的数学推导，往往要占用很多课时，同时这些理论知识的讲解又是空洞和死板的，无法激发学生的学习热情。即使是多数教师能够本着负责的态度将这些知识难点讲解清楚，也往往并不能使学生对这些难点留下深刻的印象。这种教学过程是事倍功半的，容易引起学生对这些知识做机械的符号记忆或者陷入对推导严密性的过度钻研，无法建立起流体力学的全局思维方式，进而也不能提高学生的综合分析应用能力。因此，教师在授课过程中要不断引导学生梳理所讲授的知识，使学生能够运用流体力学知识进行综合分析。要让学生明白，流体力学的学习不是背定理、记公式，而是要通过学习这门课程，掌握一门新的科学知识，了解它的人文背景，学习它的思想和方法，掌握它的原理和应用。学生是课程学习的主体，在教学过程中需要注意教与学的同步，授课时关注学生的反映，根据学生的反应对授课进行调整，必要时放慢节奏或变换讲解方法，也可以让学生参与讨论。学生有必要参与到深层的学科知识应用中，因此可以让同学参加与学科相关的科学研究，引导同学应用流体计算模拟软件，实现模拟实验[3]。教师对学生的实践引导可以消减同学对流体力学公式繁多的苦恼，而在实践能力不断提高的过程中，学生的创新意识和能力将得到很大的锻炼。实践证明，学生可以完成适当的工程流体力学课程内容的拓展研究，实现课程与科研工作的相互促进。在积极开展第一课堂的同时，还应该引导学生参加第二课堂活动，激发学生创造热情，培养学生科学素质和创新精神，提高学生获取知识、运用知识的能力和创新能力。例如科技创新和节能减排大赛这样的大学生科技活动是开展素质教育的重要平台，为学生提供了施展才能、张扬个性的舞台，使学生得以将课本所学知识充分的运用，并从制作和创新过程中学到了比课本更多的知识，提高了其知识综合运用能力、实践动手能力。流体力学教师应该充分利用流体力学知识应用面广、基础性强的特点，引导并指导学生参与此类科技活动。另外，流体力学教师还应该经常举行科技讲座，丰富学生的专业和学科知识，培养学生的科研意识和科学精神。

二、课程内容调整

目前所使用的工程流体力学课程内容包括了流体静力学、流体动力学、漩涡理论基础、理想流体平面势流、粘性流体动力学、相似理论基础、流动的阻力与损失、管路的水力计算、粘性流体绕物体流动、气体动力学基础、机翼及叶栅理论、流体要素测量等内容。总的来说涵盖了流体力学工程应用的多数情况，但是结构仍然需要进一步调整。首先，工程流体力学课程内容较多，多年未更新，有些知识也趋于老化，应适当地对内容进行增减。2006年专业调整后，能源与动力工程本科教学按一级学科制定教学内容，在这种体系下，工程流体力学课程应在主体结构保留的情况下，对于涉及到工程热力学和空气动力学的内容进行删减，避免不同课程的内容重复，使课程之间的界线更加明晰。这样的好处就是，学生利用有限的课时可以将流体力学主体结构体系学得更好。另外，由于工程流体力学更多的应该涉及流体力学的工程应用，所以关于漩涡理论、理想流体平面势流及粘性流体绕物体流动章节内涉及的较多理论性知识且与工程应用关系不大的应该适当精简，减少课时占用。其次，工程流体力学课程内容应适当增加与工程应用相关的内容。美国著名的流体力学教材《Mechanics of Fluids》（Prentice Hall International Editions出版）选取了贴近工程实际的管道流动、叶轮机械流动、环境流体力学等内容，作为经典流体力学主题内容的有机补充[4]。哈工大工程流体力学课程也应该针对学校定位及专业设置，在广泛调研开课专业的需求基础上，适当增加有普遍性、代表性的工程应用知识。最后，工程流体力学课程内容应更新与近期科技发展紧密联系的内容。由于教材不可能年年更新，教师应该在教材内容基础之上，适当增加与科技进展相关的内容，例如流动的虚拟实验、流体参数的现代化测量、流体力学的发展现状、流体力学的最新应用情况等，让学生了解到流体力学的科技前沿，开拓学生视野，增强其学习流体力学的热情和兴趣。

三、改革教学方法

关于教学方法，哈工大流体力学教师较早地采用了不完全教学法、潜科学教学法、社会探究法、问题教学法、角度教学法等创新性教学法，将教学内容、教学媒体、教师活动、学生活动等课堂教学要素有机组织起来，发挥整体的最大效能。强调学生通过主动探求问题解决的途径和方法，培养能力，以展素质；并将多媒体技术的运用与传统教学手段、教学形式的改革统一起来，突出重点，突破难点，从而充分调动和激发学生的学习兴趣和积极性。目前多媒体教学在高等教育中的应用越来越广，在如何正确使用多媒体教学的问题上目前还有一些争议和讨论。工程流体力学课程知识点多，公式推导多，难度大，对于具体的知识点利用板书详细推演在课堂教学中占用了大量的课时，同时也会影响到学生对流体力学整体思维的把握。由于工程流体力学课程的特点，很多流动现象概念比较抽象，难以用板书表达清楚，很显然传统教学方式达不到理想的教学效果。利用多种媒体手段可以更好地创设教学意境，变抽象为具体，变静态为动态，变黑白为彩色，变无声为有声，通过丰富的图例、连贯的动画以及真实的实验录像，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，同时也丰富了学生的信息量，可以更好地激发学习兴趣[5]。另外，流体力学的特点是数学分量重、理论性强，所以又不能过多依赖多媒体教学。对于涉及到重要理论公式推导的内容，简单地将推导过程搬到课件上去，并不能使学生了解重要理论公式的来龙去脉，也难以加深学生对这些关键知识点的理解程度。这个时候需要收起屏幕，用板书认真书写每个符号，推导每个关键公式，并解释其中的物理概念和意义。多媒体和板书都有各自的优缺点，因此我们可以取其长而避其短，采用两者兼顾而又两者不弃的原则，交互使用，相辅相成。

四、更新考评制度

哈工大工程流体力学课程作为技术基础课，目前采取了综合性的考评方法，总成绩由作业、实验、考试三部分组成，学生共计要完成60题左右的作业，由教师进行判分并作为总成绩的10%；共计要完成11项左右的实验，根据学生对每个实验原理和操作技能的掌握及实验报告的质量情况分为优、良、及格、不及格来评定成绩，若有两次不及格或者缺席者必须重做否则不得参加期末考试。实验课成绩占课程总成绩的10%。期末考试为闭卷，占总成绩的80%。流体力学考试的组卷与课堂教学内容息息相关，课堂教学如果注重内容的应用性、灵活性和综合性，则在组卷时应适当减少客观题，丰富试题类型，加大理解性和综合性题目的分量，避免记忆性成分所占比重较大，而学生临近考试加班加点应付考试的现象。另外，根据课堂教学和课外科研实践的特点，对于偏重于工程应用的专题，可以探索利用撰写科技论文、提交科研作品的方法进行考试，与传统考试成绩综合来建立起更合理、更具实践意义的考评制度。

工程流体力学课程是面向工程应用人才的课程，所以教学核心始终应该是学生知识应用能力的培养。为此，在教学中贯穿流体力学思维模式和综合分析解决问题能力的锻炼，使学生学有所成、学有所用，是工程流体力学课程改革的一个长期方向。

参考文献：

[1]陈卓如，金朝铭，等.工程流体力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]赵超.“流体力学”课程教学方法探索.中国冶金教育[J].2010，（5）：63-64.

[3]李岩，孙石.《工程流体力学》课程教学改革与实践.科教文汇[J].2008，（11）：88-89.

[4]C.P.Merle，C.W.David.Mechanics of Fluids（second edition）[M].NJ（U.S.A.）：Prentice Hall International Editions，1997.

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（甘肃农业大学 工学院，甘肃 兰州 730070）

摘要：启发式教学是现代教育研究当中的一个重要课题，尤其是在高等教育全面改革的大背景下，通过启发式教学引导学生自主学习，勇于创新，让学生的个性自由发挥，充分调动学习的积极性和热情，促进学生身心的健康发展。本文主要探讨的是启发式教学在《工程流体力学》课程教学中的运用，彻底摒弃传统的教学观念，让学生成为教学活动的主体，通过教师的启发引导，让学生更加主动地学习。

关键词 ：工程流体力学；启发式教学；教学实践；运用

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1673-2596（2015）03-0274-02

一、引言

《工程流体力学》是我国普通高等学校工科专业的基础课程，是一门研究液体和气体的机械运动规律以及应用的学科。工程流体力学在土木工程、能源、动力、环境、设备、化工、航空以及国防等领域都有很重要的应用，尤其是热能与动力工程专业的学生需要掌握系统、全面的《工程流体力学》理论知识，通过学习本课程，确保学生能够熟练地掌握流体力学的基本概念和原理，通过实验操作能够将理论知识运用到实际当中，为日后的工作和学习打下坚实的基础。鉴于此，本文主要探讨启发式教学在《工程流体力学》课程教学中的运用。

二、《工程流体力学》传统教学理念的转变

《工程流体力学》是工科专业的一门基础学科，是力学的一个重要分支，主要目的是为了将流体力学知识充分运用到生产生活当中。工程流体力学的研究方法主要包括实验研究、理论分析以及数值计算等。其中实验研究主要是利用各种实验仪器对流体现象进行观测分析，总结出流体运动的规律，并在此基础上进行预测，通常采用模型进行实验分析；理论分析主要是根据质量守恒、动量守恒以及能量守恒等定律，加以数学分析的手段，对流体运动进行分析研究；数值计算则是利用数学语言将流体运动的普遍规律表达出来，从而获得质量守恒、动量守恒以及能量守恒的计算方程，这些方程组合在一起成为流体力学基本方程组。《工程流体力学》课程设置的根本目的是为了让学生熟练地掌握流体的机械运动规律，将其运用到实际生活当中，以此来解决各种与流体力学相关的问题，但是长久以来我们在课堂教学中所强调的是知识点的灌输，学生进行机械化的记忆，缺乏创新，因此需要对传统的教学理念进行彻底改变。

（一）帮助学生建立流体力学的思维方式

《工程流体力学》的教学大纲要求学生能够了解及应用流体力学的基本运动规律，掌握流体力学的理论研究方法。在传统教学理念中，课堂教学过分注重基本概念、基本理论和计算方法的学习，学生在应试教育的环境中对书本上的知识进行机械化的记忆，很大一部分学生对于知识点的记忆仅仅是为了完成考核任务，因此无法形成系统的知识体系，也无助于培养学生的科学的思维方式，使其在日后工作和学习当中遇到关于流体力学相关的问题时，无从下手。鉴于此，在现代教育理念下需要教师引导学生建立系统的流体力学知识体系，并学会运用科学的思维方式对流体力学相关的问题进行分析研究。①

（二）提高学生综合分析应用能力

《工程流体力学》课堂教学不仅要求学生建立科学的思维方式，还需要具备对流体力学知识的综合分析和应用能力。在传统教学理念的影响下，学生被动地接受知识，严重缺乏学习的积极性和热情，对知识和计算公式的机械化记忆，无助于培养学生的发散思维。②因此需要在《工程流体力学》课堂教学过程中引导学生对知识进行自主总结，通过对知识点的归纳总结，形成鲜明形象的记忆；与此同时在课后练习中需要增加综合性，促进学生对流体力学知识的综合应用。

（三）培养学生的实践操作能力

实验是《工程流体力学》教学活动的重要组成部分，通过实验设计来检验一个理论或证实一种假设而进行的一系列操作或活动，从而更加清晰地理解和认识流体力学规律。通常实验要预设“实验目的”、“实验环境”，进行“实验操作”，最终以“实验报告”的新闻形式发表“实验结果”。③在传统教学模式下，学生只能在有限的范围内进行实验操作，根本无法锻炼学生的实践操作能力，因此需要学生自主独立的进行试验操作，让学生自行设计实验内容，确定实验方案，在实践中不断提高自己的操作和知识的运用能力。

（四）充分体现学生的主体地位

传统教学与现代教学理念严重背离之处在于课堂教学活动中，教师往往处于主导地位，而作为教学活动关键核心的学生群体则成为了知识的被动接受者，单方面机械地完成课堂教学任务，无法真正达到教学的目的。这就要求，在课堂教学过程中，教师必须时刻关注教学同步，充分调动学生的参与热情，通过讨论、提问等方式，让学生真正参与到学习活动当中，学会发现问题，解决问题的方法。④

三、启发式教学的具体应用

（一）启发式教学的实质

启发式教学源远流长，历久弥新，“启发”一词最早源于古代教育家孔丘的“不愤不启，不悱不发”。朱熹解释说：“愤者，心求通而未得之意；悱者，口欲言而未能之貌。启，谓开其意；发，谓达其辞。”愤与悱是内在心理状态在外部容色言辞上的表现。就是说在教学前务必先让学生认真思考，已经思考相当长时间但还想不通，然后可以去启发他；虽经思考并已有所领会，但未能以适当的言辞表达出来，此时可以去开导他。在现代教育理念当中，启发式教学主要是指教学活动中教师依据课程学习的客观规律，引导学生积极主动自觉地掌握知识的教学方法。启发式教学可以很好地诠释教育学之间的关系，通过设置问题情境，充分调动学生参与的积极性和主动性，启发学生独立思考，发展学生的逻辑思维能力，并且通过教师的适当引导培养学生的动手操作能力和独立解决问题的能力。⑤

（二）设置问题情境

启发式教学的关键在于设置问题情境，同时也是激发学生创新思维的一种有效方式。这就要求教师在《工程流体力学》课程教学中有目的、有意识地创设各种情境，鼓励学生主动发现问题，让学生独立地进行探索分析。在《工程流体力学》课程教学过程中，学生遇到任何疑问都应该及时提出，向同学和老师进行探讨。大量的教学实践表明，提问可以充分调动学生的注意力和学习的积极性，通过提问锻炼学生的探索欲和逻辑思维能力。⑥学生在启发式教学模式下还应该增加主动性，寻找自己的兴趣点，去钻研。这样学生才会有问题意识，可以提出问题，而不是在别人背后去解答问题。另外，设置问题情境要与实际生活相融合。可以通过创设生活或工作式的教学情境，让学生真正感受到《工程流体力学》课程教学的多样性以及前瞻性，通过不断探索激发出学生潜在的学习兴趣以及好奇心。

（三）充分调动学生的主动性

在启发式教学过程中，需要充分调动学生的主动性和积极性，让学生真正意义上成为学习活动的主导者。《工程流体力学》课程需要打破传统应试教育的束缚，让学生的积极性和主动性得到充分释放。教师组织学生进行讨论时，要注意学生的反映，激发起学生发的求知欲望，引导学生通过收集资料了解流体运动的基本规律以及这些规律在工程实际中的应用，帮助他们对问题的独立思考。例如教师可以列举一些流体力学在生活和生产中广泛应用的实例，使学生了解流体处于平衡及运动状态下的力学规律，加强理论概念与现实生活的相互联系。总之，只有主动参与其中，学生才能对问题有一个深入的了解，并且能够切身地投入自身全部的精力想方设法去解决当前所面临的问题，而教师则完全不用花费大量的精力进行讲解，只需要进行适当的指引工作，使学生的自学能力能够充分发挥。⑦

实验是检验学生动手操作以及对知识运用的最佳方式，借助实验也可以充分调动学生学习的积极性和主动性。在问题情境环节中，学生大胆假设和创新提问以后，就需要通过实验对问题进行模拟分析，并得到结论。在安全的保障下，进入实验室，在教师的引导下，自己动手去做，积极探索。这样会对学习更有帮助，而这一过程会提高学生的研究热情，也可以提高学生团队的协作能力。此外，在《工程流体力学》课程教学过程中，学生还可以自由组合进行某一问题的研究，当假设足够成立的情况下，通过查询相关的文献资料，并进入实验室去寻找答案。这样一来，学生在今后的学习或者工作中，如果遇到问题，就可以真正独立地进行思考和研究。⑧

（四）建立轻松愉悦的学习氛围

建立轻松愉悦的学习氛围是启发式教学实现的前提。而长久以的来灌输式教学，让教师成为课堂教学的主体，其高高在上的形象，让不少学生产生畏惧感，这也使得学习氛围过于凝重、刻板甚至拘束。因此在教学方式上需要打破传统教学模式的束缚，改掉以往死气乏味的课堂教学，教师应该是教学活动的组织者和设计者，通过营造出民主、和谐、愉悦的课堂气氛等方式更好地帮助学生调动他们的主观能动性和积极性，鼓励学生亲自动手，并且给学生提供更多的进行流体力学讨论研究的空间和机会，让学生在独立思考、互相讨论以及动手操作中完成问题的发现与解决过程。此外，教师还需要引导学生相互尊重、相互理解，课堂气氛做到张弛有度。让学生在合作交流中真正理解和掌握《工程流体力学》的理论知识和基本技能，使他们真正成为学习的主人。⑨

综上所述，启发式课堂教学强调学生在学习过程中的主体地位。只有充分调动起学生的积极性，才能够提高《工程流体力学》课堂教学的质量。为此，本文总结了传统教学模式下《工程流体力学》课堂教学的种种弊端，然后在此基础上对启发式教学的有效途径进行了深入研究。通过营造和谐的学习氛围以及建立良好的师生关系，使《工程流体力学》课堂教学变得更加生动、形象。

注释：

①张晓宏.高校研究型教学范式之探究——启发式教学[J].教育探索，2007(3).

②朱昌流.论启发式教学的有效实施[J].教育与职业，2007(18).

③李小川.工程流体力学教学改革模式的探索与实践[J].中国现代教育装备，2012(10).

④吴翊.启发式教学再认识[J].中国大学教学，2011(1).

⑤刘全忠.关于工程专业流体力学课程教学改革的探讨[J].教育教学，2014(1).

⑥Wuhan University、scientific Research Publishing.The Heuristic Teaching Practice Based on Innovative Thinking [A].Proceedings of Conference on Creative Education（CCE2012）.2012(5).

⑦朱辉，陈洪杰，刘飞.CDIO教育模式下工程流体力学课程教学改革与实践[J].桂林航天工业学院学报，2013(12).

⑧刘莹.解立平.基于“卓越工程师”培养计划的工程流体力学课程教学改革初探[J].时代教育，2014(2).

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论文关键词：流体力学；制冷与低温工程；教学改革

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。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。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。

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。

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。

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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5

关键词：工程流体力学；环境类；教学难点；教学方法；衔接技巧

作者简介：齐旭东（1981-），男，河北唐山人，河北工业大学能源与环境工程学院，讲师。（天津 300401）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0130-02

一、环境类工程流体力学的学科特色分析

环境类专业涉及流体力学的内容广泛，而且与机械、热能动力、水利等传统学科对流体力学的要求有明显不同。[1-3]河北工业大学（以下简称“我校”）环境工程专业采用闻德荪先生编著的《工程流体力学》教材，由高等教育出版社出版，分上下两册，上册为《理论流体力学基础》，下册为《应用流体力学》。该教材与其它传统学科所采用的流体力学教材相比区别较大：由于人类生活和生产主要局限在生物圈，生物圈中水和气是无处不在的，环境类专业主要围绕水和气，因此，上册《理论流体力学基础》的覆盖面极大，包括静力学、运动学、动力学、恒定平面势流、流动相似原理、流动阻力和能力损失等模块；下册《应用流体力学》包括孔口和管嘴出流、有压管流、明渠流、堰流、渗流等模块。下册以水为主，旁及气体，实际上是水力学基础。但是，与传统水力学又有着明显的不同，这一不同并不是教材主要内容的差异，而是学科体系的构建不同。传统水力学在学科构建上有着鲜明的学科特色，而环境类专业所学习的《应用流体力学》（教材下册）是采用更加简单的方式初步介绍水力学。换言之，是上册《理论流体力学》的动力学在几种特殊边界流场中的具体应用，这些特殊流场的研究对于设计和计算环境类的反应器、构筑物的形式和尺寸，以及流体输配具有重要意义。

工程流体力学与三大力学（理论力学、材料力学、结构力学）相比，其主要概念和原理几乎没有相似之处，[4-6]与大学物理学相比也无相似之处。[7]换言之，在工程流体力学中涉及的概念和原理对本科生来说几乎是全新的。工程流体力学建立在连续介质假设基础上，是通过牛顿经典力学和高等数学知识对流体静止和运动规律进行研究，通过欧拉法或拉格朗日法对流动现象建立数学模型，从而用微积分等高等数学方法解决流体流动问题。该学科的基本概念和原理在三大力学或大学物理学中几乎是从未提及过的。

可见，工程流体力学的学科特点鲜明，是环境类专业的重要骨干课程。笔者从事工程流体力学教学7年有余，并主动向老教师或其他同行学习探讨，发现除了要把握好该课程的学科特点外，对教学难点也要广泛筛选、收集和研究，并结合教学方法进行探讨论证，[8-12]具体分析见表1及下文。

表1 若干教学难点与教材章节对应一览表

序号 教学难点 教材章节[1]

1 连续介质假设 第一章绪论

2 隔离体受力分析 第一章绪论

3 流体相对平衡 第二章流体静力学

4 流体静力学基本方程、阿基米德原理 第二章流体静力学

5 拉格朗日法、欧拉法 第三章流体运动学

6 亥姆霍兹速度分解定理 第三章流体运动学

7 理想流体动力学、实际流体动力学 第四章理想流体动力学和平面势流、第五章实际流体动力学基础

8 牛顿一般相似原理、单项力相似准则 第六章量纲分析和相似原理

9 普朗特混和长度理论 第七章流动阻力和能量损失

10 孔口、管嘴出流和有压管流 第九章有压管流和孔口、管嘴出流

11 堰流 第十章明渠流和闸孔出流及堰流

12 渗流 第十一章渗流

二、环境类工程流体力学的教学难点与教学方法衔接技巧分析

连续介质假设（序号1）是工程流体力学的基础，其重要性不言而喻，但是作为一门新课程的开始，学生往往很难接受这样的模型假设。因此，宜采用讨论法处理该问题，讨论法的难点是避免讨论课的无计划性。质点的概念对于研究流体运动是至关重要的，但是有大半学生掌握不到要领。具体体现在，把流体质点的概念与物理学刚体质点的概念混淆，觉得二者完全一致，没有特殊涵义。面对这一问题，与学生针对两个“质点”概念进行详细的机理分析是很必要的。连续介质假设的核心理念是流体质点概念的提出，流体质点是这样定义的：流体质点是指尺度大小同一切流动空间（流场）相比微不足道又含有大量分子，具有一定质量的流体微元；物理学中的刚体如果只发生平移运动的话，该刚体可简化成质点处理，即用一个质点代替刚体，使物理运算变得很方便。因此，这两个“质点”概念有着不同的涵义，流体的主要特点之一就是易流动性，流场的形状受制于边界条件，流场在流动过程中，边界形状不断变化，所以，流场形状也在不断变化，因此，流体质点不能替代流场，而是由大量的流体质点组成连续介质，填充整个流场。

工程流体力学本质上讲是力学问题，需要在解题前进行受力分析（序号2）。在中学物理学中，受力分析贯穿始终，为中学生所熟知。所以，该部分的学习推荐采用自学指导法和对比分析法，这样可以充分调动学生的学习积极性。由于流场形状受制于边壁，流体的受力分析规律性不明显，这与中学物理学的刚体受力分析区别较大。流体受力分析，均可从两个方面进行，即质量力和表面力。质量力包括重力和惯性力，属于远程力，作用在整个流场的所有质点上，其中，惯性力的存在与否取决于坐标系的选择。如果选择惯性坐标系，则惯性力肯定不存在；如果选择非惯性坐标系，则惯性力肯定存在。表面力包括切应力和压应力，概念的内涵与刚体的表面力相似，切应力和压应力之间的区别在于作用力方向的不同。

很多学生不了解学习流体相对平衡（序号3）的意义何在，根据该知识的特点，可采用探究发现法处理该部分内容。流体相对平衡的意义，在于将特殊的运动问题转化成相对静止的问题，从而使计算得到简化。当整个流场与固体边壁无相对运动时，选择非惯性坐标系，根据达朗贝尔原理引入惯性力，可用相对平衡条件来处理该问题，即对隔离体采用受力平衡条件，可使计算过程大大简化。

中学物理学所熟悉的流体静力学基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何从流体静力学的角度来重新定义（序号4），也是这一章的难点。该难点的讲解宜采用启发性谈话法，该方法一定要注意谈话内容的设计合理性，以期对整个谈话过程有的放矢。流体静力学基本方程的限定条件是质量力仅有重力，也就是说，坐标系为惯性坐标系。如果将其推广到非惯性坐标系，则计算方法应为欧拉平衡微分方程的积分式，欧拉平衡微分方程是建立在牛顿第二定律基础上的。该部分需要学生将流体静力学基本方程与欧拉平衡微分方程积分式进行对照。阿基米德原理是计算浮力的基本原理为中学生所熟知，在中学物理中往往解释成由实验研究获得，实际上在大学工程流体力学中可以解释成曲面所受静压力的合效应使其意义更广泛。

流动现象如何用数学语言描述，这是流体力学建立的基础，该难点的处理宜采用讲授法。描述流体运动的方法有两种，即拉格朗日法和欧拉法（序号5）。拉格朗日法是从流场中选择关键性流体质点组成流体质点系，跟踪每一个流体质点，研究其运动规律，进而总结出质点系运动规律，从而推演出整个流场运动规律，该方法概念清晰，但是分析和计算过程复杂。欧拉法是从流场中选择有代表性的空间点，分析这些空间点的运动规律，从而总结出整个流场运动规律。在计算流体力学中，常常采用拉格朗日法，在工程流体力学中常常采用欧拉法。

流体微元运动的基本形式包括平移、转动、角变形、线变形等。在流体微元内部，如果已知其中一点的运动要素，在微元内其他空间点的运动要素可以用已知点的运动要素表达出来，该定理称为亥姆霍兹速度分解定理（序号6）。很多学生对该定理存在疑问：微元内部这两个空间点之间怎么会存在联系？该问题适合采用探究发现法进行介绍，教师可首先将其转化成高等数学的模型，提示学生用微积分的方法来处理，具体而言，二者之间的联系是通过高等数学中的泰勒公式建立的。

理想流体动力学和实际流体动力学（序号7）在工程流体力学中是可以合并讲授的，采用系统讲授法更合适，这样更有利于知识的完整性。流体动力学主要涉及三大方程的后两个，即能量方程和动量方程。首先介绍理想流体运动微分方程和实际流体运动微分方程，前者也称为欧拉运动微分方程，后者也称为N-S方程，这两个重要方程均由牛顿第二定律推导获得，二者可作为计算流体力学基础，由此也可推导出能量方程。另一点需要注意，能量方程有两种形式，理想流体能量方程和实际流体能量方程，前者可以统一到后者中去，由于实际流体存在粘滞力，可产生能量损失，即单位重量流体从计算断面1-1运动到计算断面2-2时的平均能量损失；如果是理想流体，则粘滞力不存在，产生的能量损失为0。

量纲分析和相似原理主要涉及到（动力）相似准则里的牛顿一般相似原理和单项力相似准则之间的辩证关系（序号8）。该部分知识琐碎，宜采用讲授法。两个流动，即原型和模型流动，如果要实现流动相似，几何相似和初始条件、边界条件相似是基础，动力相似是保证，运动相似是目标。如果要实现动力相似，需要对应空间点处各个同名力方向相同，大小成固定比例，这称为牛顿一般相似原理。但如果在几何相似和牛顿一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的几何形状和大小完全一致，失去了模型实验可缩小原型几何尺寸的意义。正是基于此，所以提出单项力相似准则，在流动中起主导作用的力往往只有一种，这是流动现象的特点，所以如果在原型和模型中，起主导作用的力相似的话，可认为二者的动力相似已实现。

普朗特混和长度理论（序号9）是学生学习的难点，大多数学生感觉该部分不知所云。比如说，该半经验理论的意义是什么，问题从何而来？该部分宜采用讨论法。流体处于湍流状态时，运动参数可以分为时均流速和脉动流速，时均流速产生时均切应力，脉动流速产生附加切应力，时均切应力的计算采用牛顿内摩擦定律，附加切应力计算采用脉动流速计算，即，其中脉动流速ux’和uy’计算困难，需要通过普朗特混和长度理论进行计算，该理论通过将湍流脉动与理想气体自由程理论进行类比，提出自由程概念，从而将脉动速度与时均速度建立联系，实现了附加切应力的计算可行性。

孔口、管嘴出流和有压管流（序号10）是研究水力设备和输配水管网的基础，这一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、长管、管网，对这些模型的深入研究需要采用上册流体动力学的连续性方程和能量方程，在深入分析流动规律后，可得最一般的规律性，即流量和断面平均流速的计算公式。这部分可以看成针对几种特殊边界应用动力学方程来求解计算题，所以在介绍了孔口或短管以后，其他形式的边界流动由学生通过练习法和讨论法来自学，最后由教师进行总结。

在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁称为堰，缓流经堰顶溢流的局部水流现象称为堰流（序号11）。在环境类专业中，堰是常用的溢流集水设备和量水设备，在一确定的堰流中，流量与其它特征量的关系明确。薄壁堰可在环境类构筑物中作为出水设施，如二次沉淀池出水等。该部分内容生疏，宜采用演示法和讲授法。

渗流（序号12）是指流体在孔隙介质中流动，该流动状态在地下水中广泛存在，对地下取水井的设计往往要采用该模型的相关理论。该部分多在研究生阶段深入学习。

三、结语

工程流体力学在环境类专业中的现实意义和理论意义重大，在注册环保工程师基础考试中份额可观。该课程学习难点颇多，对于本科生来说学习的压力较大，需要教师在知识点梳理、难点筛选、师生沟通、教学方法总结等方面多做工作，笔者通过对环境类专业工程流体力学教学的自身体会完成此文，希望对教学一线的教师有所帮助。

参考文献：

[1]闻德荪.工程流体力学（水力学）[M].第3版.北京：高等教育出版社，2010.

[2]陈卓如.工程流体力学[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.

[3]吴持恭.水力学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.

[4]哈尔滨建筑工程学院，沈阳建筑工程学院.理论力学[M].哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1992

[5]刘鸿文.简明材料力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]王焕定，章梓茂，景瑞.结构力学[M].第3版.北京：高等教育出版社，2011

[7]东南大学等七所工科院校.物理学[M].第五版.北京：高等教育出版社，2008

[8]教育部人事司.高等教育学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[9]教育部人事司.高等教育心理学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[10]河北省教师教育专家委员会.教育原理[M].石家庄：河北人民出版社，2007.

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【关键词】项目驱动；空气动力学；教学

0 前言

空气动力学是工科院校中力学类、航空航天类、飞行器设计类等专业的专业必修课。它是研究空气运动规律及其应用的学科，在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。空气动力学学科经历了几个世纪的演变，如今形成了实验测试、理论解析和数值模拟方法三足鼎立的局面。

计算流体力学（简称为CFD）是建立在经典流体力学与数值计算方法基础之上的一门学科，它通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。它是流体力学的一个分支，用于求解固定或变化几何形状空间内的流体的动量、热量和质量方程以及相关的其它方程，并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关数据。CFD作为一种研究工具，它可以形象的展示流场的内部结构，从机理的角度解释相应流动的特点。

总之，CFD在现代生活和生产中的很多方面正在发挥着巨大的作用，对空气动力学工作者的工作方式已经产生了巨大的影响。针对空气动力学课程的教学，本文探索了以CFD技术为手段，结合工程项目来促进教学的教学方式。

1 教学改革的必要性

目前，国内大多数院校将空气动力学作为本科阶段的必修课，目前空气动力学学科体系教学中存在的一些问题，有必要增加一部分CFD教学的内容。多年以来，空气动力学本科教学内容主要是经典的流体力学理论和传统的实验分析方法，且偏重于理论分析和对理论进行验证性实验，教学内容比较抽象和单一，不能反映当前空气动力学学科发展的趋势，不利于提高学生的学习能力和培养学生的创新能力。同时，整个流体力学课程在建立了基本控制方程后，就开始转而从一些特殊的流动出发，采用根据流动特点进行简化的方式，先建立物理模型，再得到数学模型，进而得到我们在书中经常看到的很多“理论”，比如不可压无旋流、旋涡动力学、水波动力学、气体动力学等等，甚至理论中还包括理论，比如不可压无旋流中还有自由流线理论，等等。形成一个类似于俄罗斯套娃的学科结构，这种结构容易给人一种支离破碎的印象。如果在空气力学课程后续学期增加一些CFD的内容，会使得学生对方程描述的重要性有个很好的认识。因为方程描述只是一部分，还必须要求解后才能得到各种物理量的分布，从而对问题进行相应的分析。而且，CFD课程也能和实验课程进行很好的配套，比如层流到湍流的转I实验，弯管中的流动实验等，借助于CFD技术中的图片、动画来展示流场结构，有利于培养学生产生数值模拟工作的兴趣，激发学生的积极性。

另一方面，毕业设计是本科教学中的重要一环，也是最后一环。毕业设计的目的之一就是让学生们综合运用以前所学的各种知识，进行一次完整的科研训练，以提高学生们独立分析和解决实际问题的能力，为以后从事科研工作打下一定的基础。现在，毕业设计中数值模拟的题目越来越多，而学生们没有接触过数值模拟，往往都是从毕业设计开始时才开始了解CFD的相关知识，学习相应的软件，这无疑会影响到毕业设计的进度，为了提高毕业设计的进度和题目的完成质量，有必要在大学的培养阶段讲授相关的CFD知识。

基于此，国内外部分院校在本科阶段已经开设了CFD相关课程，如斯坦福、中科大等知名院校。由于CFD基础理论知识比较复杂，且本科毕业设计中关于数值模拟的题目大都是商业软件的应用计算，而且学生们没有相关计算方法课程的基础，所以在本科阶段的CFD课程应以软件的应用为主。

2 教学改革的方法与内容

空气动力学专业方向相关课程包括空气动力学、风工程、计算流体力学、飞行器设计等。在该系列课程的教学中，始终以计算流体力学的数值模拟为主要手段，以完成“风能发电在建筑中的应用”等相关项目为目标，以促进学生对课程基础知识的掌握，并培养学生理论与实践交融结合，解决实际工程问题的能力。整个过程主要分为学科基础验证性项目、应用型工程项目和综合性科研项目三个阶段：

第一阶段：以理论教学为主的专业基础知识（如空气动力学、风工程等课程）学习阶段，重点是夯实基础，改变学生的学习方式，提升学生的专业知识和技能素养。

第二阶段：宽口径的专业技术基础知识（如计算流体力学、风工程应用软件等课程）学习阶段，注重专业理论与实践相结合，使学生掌握专业技术基础理论和基本实践动手能力培养学生分析问题和解决实际问题的能力，全面拓展学生的相互协作及各方面的综合素质。

第三阶段：结合“风能发电在建筑中的应用”相关项目，采用项目教学手段进行专业理论与实践的密切结合，完成毕业设计的内容，注重学生的实践能力和个性发展，创新意识与综合素质的全面提高。

在教学过程的不同阶段，所完成的内容的侧重点应有所区别。如第一阶段，通过教师的指导，以学科实验性项目为主要内容，使学生通过数值模拟的手段熟悉并加深理解相关专业基础知识，掌握基本的完成任务的科学方法。完成的项目内容包括“NACA系列翼型的气动性能的数值计算”、“二维不同形状钝体绕流卡门涡街的数值模拟”等；第二阶段，通过教师的指导，以专业实践为主要内容，结合实际工程项目，完成一些专业应用项目。项目内容包括“某垂直轴风机的气动性能的数值计算”、“某高层建筑绕流流场的数值风洞模拟”等。第三阶段，学生参与教师科研项目研究过程中，以接触到课程以外的综合性科研课题或新问题，整理项目资料及各种计算数据、形成一份研究报告，并最终以论文的形式发表。项目内容包括“集成垂直轴风机的高层高层建筑绕流流场的数值模拟”、“增强型垂直轴风机的气动性能的优化与设计”等。

3 教学效果

采用项目驱动式的教学方法，在教学过程发现中有以下优势：

（1）采用数值模拟的手段，结合学科知识点的实验性验证项目，通过数值模拟方法的可视化后处理技术，使学生加深理解了相关专业相对枯燥的基础知识点。

（2）项目内容由浅入深，从基础知识到专业知识均有涉及，使学生对相关知识有全面的掌握。

（3）项目驱动的教学方法超越了单纯的专业知识掌握，立足于学生学习能力的培养、以学生的自主性探索性学习为基础，采用科学研究及实践的方法，充分调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的自学能力以及分析问题和解决问题的能力，能够激发和提升他们协作、创新、探索的精神，解决了在传统教育下学生理论知识有余，而实际动手能力和实践经验不足的弊端。

以上的观点及做法是个人及相关同事在多年的教学过程中，对空气动力学教学改革提出的一些肤浅看法。在已经实践的过程中看出，该方法能激发学生自主学习的能力，提高学生工程应用能力，有良好的教学效果。

【参考文献】

[1]徐雅斌.项目驱动教学模式的研究与实践[J].辽宁工业大学学报，2011，13：125-130.

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1.1教学内容

(1)缺乏基础知识铺垫，影响教学效果。《汽车发动机原理》课程内容包括发动机的性能指标、换气过程、燃料燃烧、汽油机混合气的形成与燃烧、柴油机混合气的形成与燃烧、发动机特性、车用发动机废气涡轮增压、发动机排放与噪声以及新型汽车动力装置等方面。学习该课程，需要以工程热力学和流体力学知识为基础，但实际中学生的工程热力学和流体力学等课程基础知识不牢，在学习过程中分析发动机内部燃烧机理时较为吃力，教学效果较差。(2)教学内容多而滞后，影响教学质量。《汽车发动机原理》课程内容涉及多个专业课程，如汽车构造课程、工程热力学课程和流体力学课程等，内容多，主线不突出。汽车发动机原理是以发动机的性能指标为研究对象，在教学内容的设计安排上，不能很好地围绕发动机性能分析及措施这一主线展开。另外，教材内容存在滞后性，如现动机的一些最新技术涉及较少，不能把握汽车发动机科技发展的现状和前沿。

1.2教学方式

(1)教学方式传统，难以改善教学效果。在信息科技发展的今天，许多先进的教学仪器设备及教学方式方法已经应用到现代教学中，课堂教学方式已由过去的黑板变为现在的PPT模式。但教学方法的实质有待改变，目前仍然集中在老师讲、学生听的一种单向灌输模式，学生容易精力不集中、犯困。如《汽车发动机原理》课程理论多而复杂，涉及相关汽车构造、工程热力学等内容，传统的灌输模式难以提高学生的学习兴趣和教学效果。(2)教学方法单一，难以提高教学质量。课程教学方法比较单一，老师教什么学生就学什么，学生处于被动学习地位，参与到课程学习的积极性不高。该课程存在“内容多、理解难和记忆难”的问题，在教学中方法单一，学生对发动机基本原理的理解不深。如发动机混合气的形成与燃烧过程是发动机原理最重要的内容之一，在授课中如果单一地讲解发动机燃烧过程，学生难以理解车用发动机的燃烧过程和燃烧内部机理，同时对燃烧特性缺乏清晰和形象的理解，因而教学质量难以提高。

2微课与课程教学的融合

微课是指以视频为主要载体，记录教师在课堂内外教育教学过程中围绕某个知识点而开展教学活动的全过程。微课包含课例、教学设计和总结复习等教学资源，有别于传统单一资源类型，具备教学时间短、重点突出和容量小等新特点。微课是除了课堂教学外的补充资源，学生可以随时理解知识点的精讲，同时丰富获取知识的方法。如今的课程教学模式主要集中于PPT模式的讲解和应用，课程讲解枯燥单调，复杂的知识点在教学实施中难以被理解或理解不透彻，而学生应用能力低。微课因“短小精悍”的特点可以分解复杂的知识点，动态的视频可以成为课程教学中很好的调味剂，激发学生的学习兴趣。因此，微课与课程教学的融合，可以服务和提升教师的“教”，更能促进和发展学生的“学”。

2.1将微课作为引导资源，构建生动教学情境

在微课教学模式中，教师可以通过微视频引入课堂教学内容，加上相关的教学设计、辅助资源等构成真实生动的教学情境，让学生有一种真实的参与感。如《汽车发动机原理》课程教学中，发动机换气损失一节讲解中，可采用一段发动机换气过程的动画来引起学生的兴趣，让他们产生一种真实可见的情境感触。

2.2将微课作为示范资源，为课程教学注入新鲜活力

微课包含与该教学主题相关的教学设计、素材课件、核心知识讲解和过程演示等，可以再现教师的讲授细节，学生能快速地掌握知识点，教师有更多的时间进行创造思维的培养，使课堂教学效率得到提高。如汽油机混合气的形成与燃烧一节，教师可事先录制一段关于汽油机的结构和混合气形成过程的微课，上课时让学生按照微课中讲解的重点理解。微课的内容虽然单一，但具有很强的针对性，一般只会涉及一个知识点，学生在课程教学中能够更好地理解教师所教的内容。

2.3将微课与传统教学资源整合，实现不同步教学

由于某些客观条件的限制，学生的知识基础不同，传统的教学方式很难满足不同学生的需求。微课容量小，方便学习，可以根据教学要求、教学内容和复习训练资料等资源调整教学安排。通过微课与传统教学资源的整合，实现不同步教学，弥补传统教学带来的缺陷和不足，可以使用手机、ipad等移动终端随时学习，满足不同学习基础的学生对不同学习层次的需求。如讲解汽油机混合气形成与燃烧过程中，以汽油机结构为基础知识点、汽油机混合气形成与燃烧作为特色微型课为主(15min以内)，学生将对燃烧有清晰和更形象的理解，学习过程中更容易接受。

3结束语

篇8

关键词：课程特点；教学内容实践；课程教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0123-02

世界能源主要来源于矿物质燃料的燃烧，而矿物质燃料的燃烧又是硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）及细颗粒物（PM2.5）等各种大气污染物的主要来源。[1]“燃烧与污染控制”是在“燃烧学”课程的基础上结合当前燃烧污染物控制问题越来越突出的情况下发展起来的一门较新的学科。该课程既研究矿物质燃料的燃烧过程及化学能的转化，又研究燃烧导致的大气污染物排放控制的专门学科。

尽管近几年来“燃烧与污染控制”这门课程有了很大的发展，各高校在教学方面也积累了很多经验，但与“工程热力学”“流体力学”等传统主干课相比，该课程的教学依然存在不少问题，如学生普遍反映该课程理论难度大、知识点多且零散、对数学要求高等。[2]

为此，笔者结合几年来的教学实践对该课程教学过程中遇到的一些困难及解决方法进行梳理和总结，并对“燃烧与污染控制”课程教学内容的制订及教学手段的选择提出了自己的意见。

一、课程内容及特点

1.课程内容

“燃烧与污染控制”主要包括化学热力学、化学动力学、燃料的着火理论、火焰的传播与稳定理论及湍流燃烧理论模型等基础理论；液体燃料、固体燃料的燃烧过程及其经典的模型；SOx、NOx等污染物的形成及分解机理以及主要的污染物控制技术。在污染物控制部分，由于近年来国家对环境保护问题愈加重视，新的污染物控制要求、控制内容及相应的新的污染物控制理论及技术不断涌现，如PM2.5的产生机理及控制理论、控制技术，CO2的捕集与处理技术等。

通过相关内容的讲解，使学生了解燃烧及燃烧污染物生成的基本原理，了解掌握最新的污染物控制技术，学会抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，从而理论联系实际，利用所学知识解决工程中的实际问题。

2.课程特点

“燃烧与污染控制”课程燃烧学部分涉及到传热、传质、传动量及化学反应，也就是俗称的“三传一反”，知识点多、理论性强、学科交叉性强。[3]因此，一方面，该课程的学习要求学生很好地掌握“工程热力学”“流体力学”和“传热学”等专业基础课程的内容；另一方面，该课程的学习又促进了学生对上述课程知识点的理解。

相比较而言，燃烧部分理论性更强，是一门典型的实验研究和理论总结相结合的学科。由于燃烧过程的复杂性，截至目前，燃烧科学的研究仍然以实验研究为主。先进诊断技术的不断出现使得燃烧实验获取的数据更加可靠、准确。[4]20世纪以来，着火模型、火焰传播理论、反应流体力学和计算流体力学等的建立使燃烧理论有了长足的发展。并且，随着大型计算机的出现，使得采用数值模拟方法研究燃烧过程已经成为现实。[5]这些都促进了燃烧学的发展。但这些理论模型大多以偏微分方程的形式出现，导致仅学过常微分方程的本科生很难理解。这要求授课的老师探索找到适合本科生知识结构及认知水平的教学内容和教学手段。

污染物控制部分主要研究燃烧导致的大气污染物的产生机理、燃烧中及燃烧后控制大气污染物产生及排放的主要技术手段。事实上，C、N、S元素既是常见燃料的组分，参与燃烧反应过程，同时其反应生成物CO2、NOx、SOx又是大气污染物的主要成分。因此，该部分内容的学习与燃烧学部分的学习紧密联系。污染物控制除了从机理上分析研究污染物生产及控制外，更注重实践环节，即污染物控制的主要技术手段及方法的介绍。由于我国近年来愈发重视大气污染物控制，新的污染物控制内容、新的污染物控制理论及方法不断出现，这就要求老师不断追踪新知识、新技术，不断充实、更新自己的专业知识。

二、教学方法

1.教材的选择

“燃烧与污染控制”这门课程知识点多、理论性强、概念抽象，如何上好这门课，选择好的教材是非常重要的环节。只有选择好的教材才能根据教材合理制订教学内容、教学计划，进而有效促进教师的教学和学生的学习。目前市面上发行的教材一般都侧重于“燃烧学”部分，“燃烧污染物控制”部分往往不作为重点，只是捎带介绍。这些教材主要有国外教材的国内翻译版和国内教材两类，这两类教材各有特点。[6]将“燃烧学”“燃烧污染物控制”作为重点的教材只有由浙江大学岑可法院士领衔编写的《燃烧与污染控制》。笔者认为，合适的教材应该能够与学生的知识结构及认知能力相适应，与该课程的教学目标相适应。

针对本课程的特点，教材的内容要全且新，尤其是污染物控制部分，应能够较好地反映当前的理论发展水平及技术发展现状。教材内容应当包括化学热力学、化学动力学、燃烧物理基础、液体及固体燃料的燃烧、各种主要燃烧染污物的形成机理及控制方法等。由于是面向本科生的教材，应当内容简单易懂，表述深入浅出，实例丰富直观，结构逻辑清晰，能有效衔接理论分析与工程实例。这样才能使学生学起来不感到沉闷单调、枯燥乏味。目前国内出版的《燃烧与污染控制》教材要么理论性太强，要么涵盖内容不全面，要么针对性太强，总之都存在这样或那样的问题。

2.教学内容设计

教学内容系指教学过程中同师生发生交互作用、服务于教学目的达成的动态生成的素材及信息，是教学的核心。[7]教学内容应该具有目标性、实效性、科学性、启发性。对于“燃烧与污染控制”教学内容的设计，笔者认为应该注意以下几点：

（1）内容要重点突出，有的放矢。该课程内容包括化学热力学、反应动力学基础、着火理论、火焰传播与稳定理论、液体燃料及固体燃料的燃烧和燃烧污染物控制等部分，但在各部分内容的讲解上要有重点。“燃烧学”部分，化学热力学和化学动力学基础是该部分的理论基础，可合二为一，讲解内容包括化学平衡、热化学、化学反应速率、质量作用定律、活化分子碰撞理论及链锁反应理论等。其中，热化学、化学反应速率和链锁反应理论应作重点讲解。关于着火理论，授课重点放在闭口系统着火理论模型的建立和结果分析上，并分析燃烧放热量和散热量随温度的变化曲线，确定着火温度与初始温度、物理化学因素和散热强度的关系。对于火焰传播与稳定理论，授课的重点在火焰传播概念、泽利多维奇理论、气体的动力燃烧与扩散燃烧及火焰稳定的基本原理与方法的讲解，并介绍防止火焰吹脱和回火的措施，以及来流速度、火焰传播速度与圆锥型气体火焰高度的关系。对于液体燃料及固体燃料的燃烧，液体燃料的雾化、蒸发模型及扩散燃烧，碳的燃烧化学反应及碳粒的燃烧速度作为授课重点。“燃烧污染物控制”部分的重点放在燃烧过程中SOx、NOx的生成机理，燃烧过程中SOx、NOx的脱除以及燃烧后脱硫脱硝技术，并介绍PM2.5的生成与脱除技术的最新进展，CO2的收集控制技术。介绍理论模型时，应更注重理论模型物理意义的解释。

（2）理论与实践结合。“燃烧与污染控制”是一门理论性及实践性都很强的学科。课程涉及的相关理论模型较为抽象，不易掌握。因此，该课程的教学内容必须与工程或生活实践紧密结合。如“燃烧学”部分，在教学内容设计过程中必须将理论与具体工程案例或燃烧相关生活案例相结合，以具体案例作为切入点，将复杂抽象的理论概念穿插到生动、具体的案例中进行讲解。要开设必要的实验课，如本生灯测火焰传播速度、煤的工业分析和元素分析、预混火焰浓度测量、联合脱硫脱硝实验及烟气分析仪测定烟气成分等。对于热能动力专业的本科生，笔者结合锅炉的设计案例，利用燃烧学理论解读炉膛结构设计、燃烧器布置、风量确定、炉膛点火这些具体方案设计背后的理论依据，从而强化对燃烧理论的理解。结合家用燃气灶台，讲解燃料与空气的混合原理。安排学生参观热电厂的脱硫脱硝及除尘装置等污染物控制设备，现场分析各种技术设备的设计原理，强化学生对污染物形成机理及控制技术的认识，使书本理论与实践统一。

3.教学方法的设计

（1）采用启发式教育。学生是学习的主人，“教”是为“学”服务的，“教”不是统治“学”，也不是代替“学”，教师的“教”是启发和引导学生的“学”。就“燃烧与污染控制”课程的教学而言，在教学过程中应从学生的知识结构及认知能力出发，结合具体的教学内容和教学目标，采用提问、讨论、案例分析等多种方式，让学生参与到老师的教学过程，激发学生的学习热情，使他们在活跃、开放的教学氛围中理解掌握燃烧与污染控制相关的知识点，并能使用相关知识点分析解决实际问题。问题的提出要有引导性、针对性，要围绕教学目标，否则难以达到预期效果。

（2）多媒体教学与板书的有机结合。现在，各种多媒体技术已经广泛进入课堂教学，成为课堂教学的重要手段，对传统板书教学形成了巨大的冲击。多媒体教学课件图文并茂、内容丰富、信息量大。就“燃烧与污染控制”而言，燃烧过程和污染物控制设备可以被生动地展示出来，使学生能够更加深刻、有效地理解相关理论概念。[8]但是，使用多媒体技术授课时，老师讲课的速度加快，信息量增加，学生的思维跟不上。[9]板书比较灵活，对于复杂理论模型可以引领学生的思维，鞭辟入里地进行推导，融会贯通。但是，板书速度慢、效率低。因此，在“燃烧与污染控制”课程教学过程中，应将多媒体教学与传统板书有机结合，扬长避短，充分发挥各自优势，以达到最佳的教学效果。

（3）多种考核手段的结合使用。在教学过程中，应采用多样化的考核手段，了解学生对课程知识点的掌握情况，督促学生的学习。课堂提问、课后作业、案例分析、阶段考试等都可以作为考核手段。但无论采用何种形式的考核手段都应当激发学生的学习热情，提高学生的学习效果，增加学生对本课程本专业的认识为出发点。

三、结论

综上所述，“燃烧与污染控制”涉及传热、传质、传动量及化学反应，融合了工程热力学、传热学、流体力学、高等数学等方面的知识。在教学过程中应点面集合，重点突出，理论联系实际，加强对学生实践能力的培养，不断更新教学内容。同时，作为老师，需要不断学习，及时掌握该课程新的知识点，及时更新教学内容。

参考文献：

[1]曹玉春，吴金星，焦森林.热能动力专业“燃烧学”课程教学的改革与创新[J].中国电力教育，2010，（4）：69-71.

[2]齐黎明.动画制作在“燃烧学”课程教学中的应用[J].中国电力教育，2009，（15）：82-83.

[3]裴蓓，辛耀华，路长.谈“燃烧学”课程教学设计[J].中国电力教育，2009，（5）：57-58.

[4]岑可法，姚强，骆仲泱，等.燃烧理论与污染控制[M].北京：机械工业出版社，2004.

[5]严传俊，范玮.燃烧学[M].西安：西北工业大学出版社，2008.

[6]王保文，王为术，高传昌.电厂热能动力工程专业“燃烧学”教学内容设计[J].中国电力教育，2010，（30）：100-102.

[7]吴化钿.教育学教程[M].广州：广州高等教育出版社，2005.

篇9

关键词：液压传动；教学方法；多媒体教学；理论联系实际

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0128-02

《液压传动》是机械类专业必修的专业基础课，它融合了机械电子及自动控制等技术，解决液压元件、系统分析及应用问题，在工业、农业、国防以及航空航天等领域都得到了广泛的应用[1]。液压传动课程理论较深且实践性强，通过课程学习学生应掌握液压基础知识，了解各类液压元件的工作原理、特点应用及选用方法，熟悉各类液压基本回路的功用、组成及应用场合，还应了解国内外先进技术成果在机械设备中的应用。该课程相对于学生而言属于专业性较强的陌生领域，学习起来有一定难度，对教学也提出了更高的要求。只有在教学实践中不断寻找、总结适当的教学方法、采用更新的教学手段，才能适应教学需求，获得更好的教学效果。

一、课程特点及教学实践中存在的主要问题

《液压传动》课程具有较深的理论性和较强的实践性等特点，体现为专业性强、涉及学科多、概念原理较抽象、较难理解掌握等。该课程理论基础源于流体力学及自控原理，而常用元件结构工作原理和性能部分实践性较强，故此要求理论环节与实践环节的紧密结合。

但由于课堂教学学时有限、学生实践机会少、实践知识缺乏等问题，同时传统教学模式及知识体系中以抽象的理论为主，过分强调理论深度，忽视理论知识的应用与实践，致使学生缺乏感性认识和实践经验，理论知识与实践应用环节严重脱节。

作为一门实践性较强的课程，在传授理论知识的同时，更为重要的是培养学生分析问题和解决问题的能力。为此需要不断总结教学实践中存在的问题，有针对性地调整教学内容，吸取先进的现代教学手段，丰富、改善教学方法，着重理论环节与实践环节的紧密结合，以促进教学效果及质量的提高。

二、合理调整教学内容

面向应用型人才培养目标，基于实用技术角度合理调整《液压传动》课程教学内容。实际教学中，应适当降低理论的难度和深度，教学内容要加强与工程实际相联系，并能及时反映最新技术的发展和应用。

本课程教学任务是掌握液压传动技术的基础理论知识，为确保学生同时具有一定的调整、使用分析及检测能力，将整个课程教学内容的重点调整为注重理论的应用，突出学生能够接受的应用型内容，侧重实用。对于教学内容中过繁过深的理论推导、分析和计算部分进行压缩，以突出重点。对于液压流体力学基础知识例如流体力学中的四大基本方程、能量损失及小孔流量公式等，要求学生掌握理论概念和主要公式的运用，删减冗长烦琐的公式推导及计算过程，过多的理论阐述和公式推导会占据大量课时，容易导致理论和实践的比例失调。重点要求掌握元件的工作原理和主要特性，强调其影响因素及实际应用，加强对元件的认识、拆装、使用和液压系统的调试等实践性教学。

同时，对于课程中重点教学内容着重进行详细分析及讲解，增加典型液压系统实例分析，通过大量实例分析将零散的液压知识有机联系起来，并灵活应用，确保学生真正理解并熟练掌握。例如讲授液压传动各元件工作原理、应用及液压传动基本回路等内容时，严格遵循每一教学环节，通过后续的作业练习和实验等环节来巩固加深对相关理论知识的理解与掌握。

此外，着重加强实践教学环节，改进实验内容和方法，推行多组分批次实验教学，保证学生有足够充分的实验时间及机会。根据现有条件可适当增加液压回路分析，进行设计性和综合性实验，鼓励学生尝试创新及开放性[2-4]。将自动控制原理、机电一体化、数控技术及电气控制等课程贯穿为系统教学，有利于学生创新能力和工程观念培养，促进基础理论教学及教学与科研相结合。

三、现代教学手段与传统教学形式有机结合

篇10

关键词：粉体科学与工程基础；教学；工程思维能力

中图分类号：G642.4 ？摇文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）03-0071-02

《粉体科学与工程基础》是我院无机非金属材料专业的一门重要的专业基础课，主要从理论上论述粉体在几何特征、堆积、物理、界面化学、机械力化学、粉体力学、流体力学、流态化等方面的性质和变化规律。其教学目的是使学生系统地掌握粉体材料的基本性质、制备理论及操作过程等的理论知识，从而能根据材料的性能要求，从粉体科学的角度，对粉状原材料的颗粒几何特征和表面物理化学性质进行正确的表征和合理的设计，为进一步学习粉体制备与处理工艺及装备技术奠定基础，使学生能从粉体过程工程的层面，掌握正确、合理地运用粉体材料制备工艺和装备技术的技能，从而培养他们进行材料设计、研究、开发和制备的能力。由于课程改革，本课程的学时数已减少为32学时，而教学大纲所要求的知识点却没有减少，因此，如何在少的学时数中使学生能够系统掌握本门课的知识成为教师在教学中所面临的问题。同时，本课程在三年级下学期或四年级上学期开设，这时的学生已进入专业课的学习，并且即将面临毕业论文写作，如何能将本课程的知识与学生的专业课结合起来，理论联系实际，培养学生的工程思维能力和工程方法的训练，也是我们在教学中要着重关注的问题。为此我们通过《粉体科学与工程基础》各环节的教学来培养学生的工程思维能力。

一、理论教学中培养工程思维能力

《粉体科学与工程基础》作为《粉体科学与工程》的基础篇，其课程内容与材料、冶金、化学工程、矿业、建筑、食品、医药、能源、电子及环境工程等诸多领域都有极大的关系，是一门跨学科、跨行业的综合性极强的基础学科。本课程作为大三和大四学生的专业基础课，在课程讲解中，注重理论结合实际，将课堂知识与实际的工程例子结合，激发学生学习的兴趣，最大限度地调动学生的学习情绪，使他们成为学习的主体。

1.课堂教学注重理论联系实际。为提高课堂教学质量，教师上课之前认真备课，熟悉课程内容，精通所教课程的专业知识，在课堂上向学生讲清楚各章节的基本原理及其在生产实际中的应用，并通过相关的习题训练使学生巩固所学知识，同时，教师也要不断地把与课程内容相关的前沿知识和学科的发展动态提供给学生。在课堂教学中，尽量结合学生的专业学习和认识实习，选择一些与现实生产、生活联系紧密的工程问题进行引导、分析、讨论和归纳总结。例如，在颗粒流体力学章节的教学中，先以北方常见的沙尘暴的形成和传输为例，如果风持续的时间很长，形成悬移的浮尘能够被输送到很远的地方，所经过的地区就会出现沙尘暴；当风速减弱到一定程度后，浮尘就会降落，该地就会出现降尘天气，说明颗粒的粒度、流体（空气）的速度是影响颗粒沉降的主要因素。再以颗粒在流体中的两种沉降方式：重力沉降和离心沉降为例，举例选矿生产中常用的重力选矿机和水泥生产中的离心选粉机，通过讲述设备的工作原理和设备结构，引导学生理解颗粒在流体中的两种运动方式，引导学生如何在生产实际中根据颗粒的大小选用适宜的设备。例如，《颗粒堆积》一章是本课程的基础篇，涉及颗粒的大小和分布的计算、等径球形颗粒的堆积结构，教师详细讲解应用较多的经典颗粒尺寸分布和堆积理论，让学生明白堆积颗粒系统中的颗粒尺寸分布在许多产品的生产中起着重要作用，它不仅影响着最终产品的性质，如气孔率、密度、强度等，而且许多工艺性质也取决于颗粒尺寸分布，如泥浆粘度、注浆速度、干燥速度等等。根据学生的专业特点举例讲述水泥颗粒分布对水泥性能和混凝土施工性能的影响；陶瓷工业中密实陶瓷与多孔陶瓷的制备与颗粒堆积与分布的影响，并布置学生课外通过学校的图书馆资源以及其他网络上的电子资源去查询“利用颗粒大小和分布制备多孔陶瓷的方法”“陶瓷注浆成型中颗粒大小与分布对成型密度的影响”，用PPT的形式进行课堂交流。这种交流拓宽了学生的知识面，另外通过学生自己查阅科研文献也激发他们的创新思维，强化对工程观念的检验和应用，同时也能培养学生对“粉体科学与工程基础”课程的兴趣，有利于工程观念的建立和提升。

2.课堂教学注重工程方法训练。工程实际问题多数因为影响因素众多而变得相当复杂，依据现有的科学理论还难以弄清问题的本质，在目前的阶段还做不到用严密的理论思维方式去解决，只能用工程近似的办法来解决工程具体问题。工业上处理工程问题的常用方法有数学分析法、实验研究法和数学模型法等。教学中根据课程内容将这些工程方法教授给学生，以培养学生的工程意识。例如以流体在颗粒固定床层中的透过流动时压降的计算为例，对于有无数个颗粒构成的固定床而言，颗粒间的空隙形成许多可供流体通过的细小通道，这些细小通道是曲折而又相互交错、大小和形状也很不规则，流体通过如此复杂的通道时的压降自然很难直接用数学分析的方法求出。这时可引导学生借用数学模型法来解决。即，将床层中复杂的不规则的通道简化成一组管径为de、长度为Le的平行细管，细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积、细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积，将颗粒层内的实际流动过程大幅度简化，按这种简化后的模型，流体通过固定床的压降等同于流体通过一组当量直径为de、长度为Le的细管的压降。简化后的模型根据圆管中流体定态层流流动时的沿程阻力损失计算公式，引入固定床流动摩擦系数λ′为模型参数，建立数学模型，通过实验来确定模型参数和检验数学模型的有效性。最后采用康采尼或欧根公式计算床层压降，[1]就把一个复杂的实际工程问题简化为一个简单的流体流动问题。学生在其中经历了提出问题、分析问题、解决问题的过程，既加深了对公式的理解和认识，又掌握了一种实用的工程问题解决方法。

二、实验教学中强化工程思维能力

实验教学是理论联系实际环节，针对课程的内容而进行的验证、理解、巩固和提高的实践教学环节。通过实验培养学生工程实验的方案设计、流程组织、实验操作、数据处理、归纳总结等实验能力。“粉体力学”是本门课的重点，粉体的流动性是粉体力学性质的最重要的表征。教师首先在教学中详细讲解粉体流动性的内涵以及各种测试方法，然后联系工程实际举例说明粉体的流动性在粉体工程设计中的应用。比如，在粉末冶金、食品、制药、钢铁和农业等生产过程中，广泛涉及到颗粒物质流动，如工业上常见的筒仓卸料、传输、混合、流态化和固气分离等，把握粉体材料的流动特性，对于防止发生粉料堵塞、控制粉体内颗粒成分的均匀性和一致性都具有至关重要的意义。水泥厂中许多操作过程都会涉及到粉体的重力流动。“粉体力学”实验中设立了粉体流动性综合实验（Carr指数法）和粉体剪切实验（直剪实验）。两组实验分别分成六组，每组两人，每组的粉体种类不同、粒径相同，或种类相同、粒径不同，要求学生按规定测试步骤完成实验后，比较各组的测试计算结果，总结出影响粉体流动性的因素。学生通过实验自我总结出粉体流动性与粒子的形状、大小、表面状态、密度、空隙率等因素关系，引导学生比较Carr指数法和直剪实验两者的实验方法和评价指标的不同，分析两者用于工程实际时的使用范围及不足之处，并提出改进意见。通过学生主动思考，可以将工程思维在实验环节得到强化和深化，变为学生自觉主动的习惯。

三、结合学院科技竞赛，应用工程思维能力

我院从2010年起每年组织“材料性能设计与制备”大学生科技竞赛活动，全院大二到大四的本科生自由组合参加，竞赛旨在加强学生在材料性能设计与制备方面的综合知识，提高学生分析问题，方案设计及动手实践能力，开拓创新。教师在上课时积极鼓励学生参加竞赛活动，并担任竞赛指导老师。这两届的竞赛活动围绕“轻质高强”材料制备，根据任课教师的研究方向，选定以多孔陶瓷为目标。首先由老师讲解，要求学生以所学的“颗粒堆积”理论为指导，通过查阅文献资料，学生确定了有代表性的三种制备方法：颗粒堆积成孔工艺法、添加剂造孔工艺法，发泡工艺法。学生综合运用各方面知识，全面考虑材料多方性能，综合比较几种方法后自主设计详细的实验方案，并经指导教师修改认可后进入导师实验室进行原料准备、球磨混料、成型、烧结、测试等工艺，在实验中不断修改和完善实验方案，最终完成制备。学生对这种竞赛活动非常积极，因为比赛过程中，不仅要求同学们有扎实的理论基础，还要应用工程思维能力，勇于实践探索，将理论基础和动手实践相结合，同时也使学生团队合作意识增强。这种综合运用所学学科知识、自我设计创新科研性、自我制备的方式对培养学生创造性、独立科研工作能力具有重要意义。