流体力学的重要性范文

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篇1

[关键词] 护理;血液灌流;药物中毒

[中图分类号] R473.5 [文献标识码] A[文章编号] 1673-9701(2010)14-91-02

血液灌流是利用具有吸附作用的固态吸附剂吸附患者血液中游离的和与蛋白结合的毒物,达到解毒和净化血液的目的。对急性药物中毒患者,采用血液灌流抢救是目前较为理想的方法[1]。2005年6月～2009年9月,我院ICU收治各类急性药物中毒患者30例,其中18例采用血液灌流治疗并加强了相应护理,效果明显,现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料

2005年6月~2009年9月,我院ICU收治急性药物中毒患者30例,男8例,女22例,年龄21~53岁,其中安眠药中毒11例,急性有机磷中毒14例,酒精中毒4例,杜冷丁中毒1例。入院时间为服毒后0.5~3h。30例患者根据家属意愿分为两组,其中血液灌流治疗组18例,内科保守治疗组12例。

1.2抢救及监护措施

确诊后立即采取积极的抢救措施:①迅速清除毒物,防止毒物再吸收;②给予心电、血压监测,吸氧,建立静脉通道;③在有效维持呼吸、循环功能的同时,血液灌流治疗组尽早行股静脉穿刺留置大口径中心静脉导管,准备血液灌流治疗。

1.3血液灌流方法

本组患者使用贝朗牌血液滤过机和HA型血液灌流器(丽珠医用材料厂生产)。按操作规程安装血液灌流器,用2L肝素生理盐水(肝素100mg/L)预冲洗血滤管路。采用肝素钠抗凝,首次剂量为(1~2)mg/kg,以后肝素泵维持用量(1~2)mg/h,肝素用量以维持患者的APPT值达正常值的1.5~2倍为宜。血流量(70~100)mL/min,灌流时间1.5~2.5h。结束时用空气回血法进行回血,然后继续透析至结束[2]。根据病情及化验结果,酌情调整血液透析及灌流次数及肝素的用量[3]。

1.4统计学处理

应用SPSS11.0统计软件,数据采用配对t检验进行统计分析,P

2结果

血液灌流治疗组患者的意识清醒时间、平均住院时间及有机磷中毒患者胆碱酯酶恢复时间均明显缩短。两组患者疗效比较,差异有统计学意义(P

3护理

3.1一般护理

①迅速清除毒物,防止毒物再吸收。立即脱去有农药污染的衣物,用清水反复清洗污染部位,特别是指甲和毛发,直至气味完全消失。禁用热水冲洗或酒精擦洗,以免使皮肤血管扩张,加速毒物吸收。②彻底洗胃,用清水反复洗胃,直至洗出液澄清无味为止。③专人重症护理,严密观察患者意识状态、心电图、呼吸、血氧饱和度的变化。急性有机磷农药中毒患者注意观察是否达到阿托品化,防止阿托品过量中毒。④做好昏迷患者的基础护理,如口腔、皮肤、导尿管的护理,按时翻身,防止压疮的发生。

3.2维持呼吸功能

保持呼吸功能是抢救措施中的重中之重,应该密切观察呼吸情况,根据病情协助医生及时行气管插管或气管切开,呼吸机辅助呼吸。机械通气过程中,注意加强呼吸道的管理,保持呼吸道通畅,及时清理气道分泌物。

3.3血液灌流的护理

3.3.1循环功能的监测密切观察患者的血压、脉搏等生命体征。血液灌流治疗初期,易出现一过性低血压,此时可给予新鲜血浆或其他液体补充血容量,必要时应用升压药,使血压维持在90/60mmHg以上。同时注意监测中心静脉压,中心静脉压维持在8~10mmHg。

3.3.2出血的观察及护理血液灌流治疗时,肝素钠的应用容易并发出血。因此必须动态监测出凝血时间,每隔0.5~1h检测一次凝血指标,根据其结果及时调整肝素用量,并注意穿刺点有无渗血等,一般情况下血液灌流后不需要鱼精蛋白对抗[4]。

3.3.3血液灌流停止后的护理撤机拔出穿刺针后穿刺部位加压止血20~40min。

3.4心理护理

大多数急性药物中毒患者在意识清醒后情绪不稳定,烦躁不安,不愿配合治疗。护士应了解患者服药的动机和原因,从社会、心理方面进行分析,耐心为患者做好心理疏导工作,使其消除心理障碍,积极配合治疗。

[参考文献]

[1] 邱海波. ICU主治医师手册[M]. 南京:江苏科学技术出版社,2007:397-398.

[2] 郑环英. 血液灌流联合血液透析的预冲技巧[J]. 护理学报,2001,6(1B):15.

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[4] 方华. 血液灌注联合血液透析治疗有机磷农药中毒病人的护理[J]. 护理研究,2008,21(7C):1885-1886.

篇2

[论文摘要]结合学习主体所处的时代环境变化和流体力学知识体系的学科跨度大以及对数学基础知识要求很高的特点，分析了流体力学教学中存在的问题和难点，提出大量采用实验模型和实例教学以加强流体流动现象的观察理解对提高流体力学教学效果的必要性和重要性。

前言

流体无固定形状，即使受到的剪切力再小，只要持续存在，其变形便会随时间持续增大，不像固体那样，一定的受力只能产生一定的变形。流体力学的基本理论非常严密，描述流体流动现象的数学方程非常复杂，高度非线性[1]，因此学生对流体力学敬而远之的现象比较严重。此外由于因特网及电子计算机的普及，各种虚拟现象泛滥，在这样的环境下成长的学生接触和感受实际发生的各种流体流动现象的机会大大减少，对自然现象的观察和理解能力很弱。很多学生在接受流体力学教育之前所受的应试教育的影响下[2]，学习只是为了在短时间内对给出的试题做出接近正解的答案获得高分，这种教育具有多大的意义，近年来许多学者从教育学的角度提出了疑问[2]。只有直面实际的流体流动现象，抓住问题的本质，才能诞生真正的学问和研究。笔者基于对本科和研究生的流体学教学中存在的难点和问题，指出了重视流体流动现象的观察和理解对提高流体力学的教学效果的必要性和重要性。

一、流体力学教学面临的问题

（一）新形势下学生所处的社会环境变化

学生从小利用电脑打电子游戏的玩耍时间和机会大大超过了自己亲自动手制作道具及模型的体感玩耍时间，通过体感玩耍接触和观察自然现象的机会大大减少。

因特网的普及使得在短时间内获得大量的信息或实时获得信息成为可能，近年来出现学生过度依赖因特网的倾向，疏远了纸质图书及相关文献这些知识比较系统逻辑性也有保证的传统信息载体。但因特网上除了正确的信息外，还有很多不准确甚至错误的信息，即使是正确的信息，各信息段之间也缺乏系统性，因此学生仅通过因特网难以建立系统的知识体系的。

手机在学生中的普及也使得学生们在实际问题时，不是自己独立分析问题，找出问题发生的原因，而是直接利用手机询问他人求得答案，这样很难培养独立制定计划，对可能事态进行预测，独立进行解决问题的能力。这恰恰是对一个未来走向社会成为一个优秀的技术人员的必经的磨砺之道。

（二）流体力学教学面临的问题

流体流动的力学模型及其运动的物理意义难以理解[3]。流体粘性产生的模型与牛顿粘性定律之间的对应关系就是最好的一个例证。大多数学生虽然能够使用牛顿粘性定律进行计算，但对运动的流体为何会产生粘性却不能正确的理解。的确，对于涉及到流体力学的某些技术或产品设计，只要懂得一定的计算即可，但是对于开发和设计全新的产品，如不能准确把握所涉及到的相关流体流动的物理本质，有时会产生完全错误的设计结果。

流体的运动状态繁多，流体力学融合领域广，要求学生掌握更多的学科预备知识，尤其对数学知识的要求更高，使部分学生觉得流体力学是难以接近的一门课。同一流动现象常常可以从多个角度进行解释，容易使学生产生混乱。比如对翼型的流体力学工作原理，可以从流体流动的动量变化、伯努利方程、压力积分、流线的曲率变化等几个方面进行解释，解释方法之多反而会使学生产生混乱，但每一种解释方法都是正确的，解释的都是一个本质，只有完全理解各种解释方法所依据的理论，才可以解除认识上的混乱，将学到的知识条理化、系统化。

描述流体流动的数学方程高度非线性化，数学上求解比较困难。描述流体流动的纳维斯方程和能量方程是否可以求解以及数学解的唯一性的证明需要微分方程、偏微分方程、多元积分等很深的数学功底，但近年来学生的数学和力学基础存在下降的趋势。

学生在进入大学前所接受的应试教育的影响很大，以考试成绩自评学习效果的认识根深蒂固[4]。实际的流体流动现象往往没有单纯的标准答案，有时甚至存在多个解，重要的是抓住流动现象的物理本质，系统的理解流体力学的基本原理。

二、教学方法对应

解决上述问题的根本方法，笔者认为只有从流体力学教学上，直面涉及流体的各种现象，使学生准确的把握物理本质。为此在流体力学课堂上，广泛采用流体模型教学和实例教学，增加学生观察理解各种流动现象的机会，唤起他们对本门课的兴趣的同时，让他们形成为探究流动现象背后的物理本质进行思考的习惯，这对解决流体力学教学所面临的问题至关重要。

使用电吹风斜向上吹一个让学生事先准备好的气球模型，没经验的学生会意外的发现气球会向斜上方飘起。这一流体流动现象可从风从气球上部通过时，由于气球表面的影响风的流向会产生变化，也就是流线产生弯曲，根据风的动量变化必然产生使得气球浮起的升力得到解释，还可以从物体绕流边界层效应得到解释。从这一简单的模型教学，还可以解释飞机的机翼通过改变空气的流向进而获得升力的流体力学上的工作原理。

在一个装满水的塑料瓶内分别放入密度大于水和小于水的钢球和泡沫小球，然后放在一个可移动桌面上，使桌面等直线加速运动，可发现钢球运动较慢留在瓶底，而泡沫球运动较快停在瓶嘴附近。观察这一个现象引导学生：泡沫球运动得较快是因为等加速运动瓶内流体的静压在运动方向上递减形成压力梯度，小球的前进方向的压力大于等加速运动产生的惯性力，因此小球相对于塑料瓶向前运动；而作用于钢球的前进方向的静压力虽然与泡沫小球相同，但惯性力大于前进方向的静压力，因此钢球相对于塑料瓶向后移动。这一模型教学比一般教科书上关于流体等加速直线运动流体的静压分布的例题更容易使学生抓住问题本质，且能培养学生独立思考之习惯，使学生体会到透过流体流动现象来正确观察和理解把握流体力学基本规律的乐趣。

经常使用立式洗衣机的人都知道，洗完衣服后，衣兜总要被翻过来，假如原来兜里装有硬币等硬物，也会被掏出来[5]。把这个实例在课堂上讲出后，学生们甚有兴趣，追问其中的奥秘，当教师根据伯努利定律做出解释并介绍伯努利这位集物理学家、数学家、力学家及医学家于一身的瑞士的大科学家的基本情况后，学生们顿时对这位科学家充满了崇敬之情，通过大量这种实验模型及实例教学，学生们对学习流体力学这门课更有了兴趣和信心，教学效果的提高自不待言。

三、结语

本文详尽的分析了计算机、因特网、手机等现代化通讯工具普及后对学生产生的影响，由于流体力学课程知识体系的特点，这种影响产生的负面问题很多，尤其是教授成长在应试教育体制下走入大学的学生，更需要转换认识，改变教学观念，在课堂教学中广泛植入实验模型教学和实例教学，让学生直面实际存在的各种流体流动现象，通过实际的流体流动现象的观察和理解，达到生动及形象的把握这些流动现象背后的流体力学的基本定理，有效提升教学效果的同时，通过简单实验模型的制作还可提高学生的动手能力，这对学生走向社会成为一个具有创造性思维能力、独立思考的优秀技术人员也是一个必不可少的雏形磨砺。

[参考文献]

[1]黄卫星.工程流体力学[M].北京:化学工业出版社，2008.

[2]李丹，杨斯瑞.应试教育与创造性人才的培养[J].继续教育研究， 2009， 25(2): 180-185

[3]向文英，程光均.流体力学教学与实验创新[J].重庆大学学报(社会科学版)，2003，18(4): 21-26.

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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：

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篇4

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

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关键词CDIO；流体力学；能力培养；教学改革

1引言

“流体力学”作为理工科的一门专业基础课和必修课，它的重要性是众所周知的，作为力学分支，其在安全工程专业有着广泛的应用，与泄漏、火灾、爆炸、通风等有着密切的关系，是后续工业通风、消防工程等专业课程学习的重要基础。近年来流体力学学科发生深刻变化，对流体运动认识加深，测量手段更为先进，对流体运动分析和处理的能力空前强大，与工程应用结合更加紧密。然而“流体力学”这门课程概念抽象、数学公式多，在以往课程教学过程中更多重视理论知识的传授，人才培养过程中存在着过分偏重理论知识学习，缺乏对学生工程能力的培养等不足之处。因此，本文借鉴国际流行的CDIO工程教育理念，拟对安全工程专业“流体力学”课程进行教学改革，使理论知识服务于后续的安全知识学习及工作实际，将知识教育和能力培养有机地结合起来，增强学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，使学生专业理论知识的学习真正地更好地融入之后的安全工作中。

2CDIO工程教育理念

CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Imple-ment）和运行（Operate）的简称。“C”构思指系统性的构想、思考，明确产业需求。“D”设计是把将要被实现的计划通过视觉的形式描述出来的活动过程；“I”实施是执行、施行实际的行为，指把设计转变为产品的过程；“O”运行是指产品实现之后（即实施之后）使用其来达到想要的价值的过程。从构思、设计、实施到运行的全过程就是产品的整个生命周期，用它来代表工程的范畴[1]。CDIO教育模式提倡培养具有较高专业理论水平和符合产业需求的综合性应用能力并重的高等工程教育专业学生，这种模式在安全工程专业领域具有一定的借鉴意义[2]。CDIO强调在系统和产品构思、设计、实施、运行的真实工程实践环境中培养学生的工程能力，通过引导学生以主动的、实践的、知识之间有机联系的方式培养学生的工程能力，使学生在创新思维能力、终生学习能力、团队合作能力和工程实践能力等方面得到全面的训练和提高。

3基于CDIO理念的流体力学课程实施

3.1优化教学内容

在教学时，教材的选取是非常重要的，首先要选择一本好的教材，然后围绕教材的内容，进行全方位的内容设计。湖南工学院安全工程专业选用的教材为蔡增基、龙天渝主编的《流体力学泵与风机》，该教材详细介绍了流体力学及泵与风机的基础知识，并配有丰富的习题供学生课后练习巩固，另围绕教学大纲，每章设置了思考题。但教材内容多是从供热通风空调类专业角度出发，内容较多。按照安全专业职业能力与素质需求为导向，结合我校安全工程专业对该课程课时安排较少，学生文科生多，理科基础薄弱的特点、安全工程专业需求及其与后续专业课程之间的关系，课程教学内容分为四部分：（1）流体静力学。掌握流体平衡的规律，对其中与安全工程关系不大的小节进行删除。（2）流体动力学。研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等。（3）有关流体静力学和流体动力学在生产和生活中的应用，如孔口与管嘴恒定流、管道恒定流等。注重与工业通风、消防、安全工程中常见的泄漏等问题相结合。（4）泵与风机工作原理及运行知识，重点掌握如何选择泵与风机。由于课时有限，其他知识可通过学生自主学习来完成。内容设置注重培养学生的创新能力、学习能力和分析解决问题的能力，不因课时少而删除其物理背景、力学建模和求解过程等方面的学习，只讲授结果、计算公式、图表等这种短视的做法培养出来的学生只是现成公式的计算机器，面对新的问题将束手无策，学生没有创新能力，没有利用所学知识解决实际问题的能力。只有掌握正确的基本概念和流体运动一般规律，才能认识特殊规律，才能有分析实际问题的能力，才能正确应用和处理流体力学商业软件。

3.2转变教学方法

在课堂教学中注重学生综合思维、系统思维和工程能力的培养。结合传统的教学方法，采用以问题学习的形式，要求学生基于问题学习。（1）首先要讲授该门课程的性质及作用，让学生掌握该课程在整个专业培养中的作用以及工程实践中的具体应用价值，以及该课程与其他课程之间的关系，从而在学生的整体知识架构中建立起清晰的课程逻辑联系[3]，培养学生的系统思维能力。（2）各知识点的教学过程采用启发式教学法，先由老师设置问题，让学生带着问题进行学习；学完之后让学生思考学了什么，有什么用；除了基本的教学过程外，在课程中设置一些小专题讨论，培养学生分析问题、解决问题的能力。（3）传统的教学模式由于缺乏对知识的应用，学生通常将通过考试作为学习目标而专注于记忆考试内容。因此在教学中注重相应知识点的讲解的同时，注重对各知识点的应用和拓展，各知识点多方面地与安全工程专业相结合（如在讲述孔口管嘴出留时与危险化学品物质泄漏进而导致火灾、爆炸、中毒事故相结合；讲述流动阻力时与工业通风管道设计、消防水管道设计相结合），强调其对专业的支撑作用，要求理论知识必须服务于安全工作实际，将知识教育和工程能力培养有机地结合起来。

3.3实验教学改革

实验环节是CDIO模式下教学环节的非常重要的组成部分，学生工程能力的培养和综合应用能力的提高，有赖于此环节[4]。实验教学方面通过建设流体力学实验室，将实践教学贯穿于学生的整个学习过程，实现对学生的动手实践能力、技术应用能力、研究创新能力的培养。实验模块分为基础验证类实验模块、综合性实验模块和开放性实验模块。基础验证类实验主要包括雷诺实验、能量守恒验证实验、沿程阻力实验、局部阻力实验、文丘里管实验、流量计实验、离心泵实验等[5]。这些实验过程简单，能帮助学生更好地理解流体力学的基本原理和定律，但缺乏创造性，没有与安全工程专业实际相结合。综合性实验如与工业通风课程相结合，设计一个通风除尘管道模型，学生通过流体力学知识制定实验方案，使用仪器测量风速、压强等相关参数计算通风阻力。让学生把流体力学知识更好地与安全工程专业相结合，解决专业实际问题。综合类型的实验相对较复杂，采用团队协作的方式，通过互相交流讨论解决实验过程中遇到的问题，发散思维，实验结束后进行汇报，培养学生的团队协作能力和沟通能力。开放性实验模块通过建设开放性实验室，为学生参加各类学科竞赛、科技创新活动、自主实验、参与大学生研究性与创新性实验项目、参与教师科研项目提供实践平台。如学生可进行计算机虚拟流体力学实验、利用flunet软件模拟火灾发生时烟气流动过程。开放性实验可锻炼学生创新能力。

4结论

1）安全工程专业“流体力学”课程作为一门学科基础课，其教学改革应以专业能力需求为导向、学生能力培养为目标，引入CDIO理念进行教学改革，可提高学生创新思维能力、系统思维能力、和工程能力的培养，提高学生的工程意识及大工程观。2）基于CDIO理念的“流体力学”课程教学改革应注重学生主体作用的发挥，以学生为主体、教师为主导，采用问题学习的形式进行教学，培养学生用基础理论分析、解决实际问题的能力。3）在“流体力学”课程教学改革中，应注重实验教学环节，实验教学除了基本的基础验证类实验外，组织学生做一些综合性、设计性、开放性实验，教学中注重学生团队协作能力，人际交往能力和创新能力的培养。

参考文献

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[2]张景钢.基于CDIO的创新型安全工程培养方式研究[A]//安全科学理论与创新[C].郑州:郑州大学出版社,2016:92-96.

[3]赵庆贤,葛秀坤,毕海普,等.“变焦式”教学法在专业基础课程教学中的应用[A]//第26届全国高校安全工程专业学术年会论文集[C].北京:气象出版社,2014:262-265.

[4]王海江,彭静,杨玲,等.CDIO模式下的信号处理课程群建设[A]//2009年中国高校通信类院系学术研讨会文集[C].北京:电子工业出版社,2009:593-596.

篇6

力学是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质。力学又是一门技术科学，它是许多工程技术的理论基础。土木工程是力学应用最早的工程领域之一[1]。对于土木工程专业的学生来说，力学课程是一类极为重要的专业基础课，它不但影响学生对今后其他专业课程的理解，还将影响学生以后解决工程实际问题的能力。所以，对力学课程在土木工程专业的重要性进行研究，可以帮助培养出适宜于社会发展的合格的工程技术人员。

2土木工程专业主要设置的力学课程

根据土木工程专业培养计划，四年本科期间，8学期内，共设置7门力学类课程。所以说，除了理论力学、材料力学和结构力学这“三大力学”之外，结合土木工程必须与流体接触的特点，也设置了流体力学这样的学科基础课。另外，考虑到大三之后，土木工程专业学生有“建筑工程方向”、“地下工程方向”、“古建筑修复与保护工程方向（特色方向）”三个不同的发展方向，也设置了土力学、弹性力学与有限元基础和岩石力学基础这样三门专业方向课程。

3各门力学课程的教学内容及特点

3.1理论力学

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，是各门力学的基础。它忽略一般物体的微小变形，建立在力作用下物体形状、大小均不改变的刚体模型。主要讲授内容分三个部分：淤静力学部分。主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件；同时也研究物体受力的分析方法，以及力系简化的方法等。于运动学部分。只从几何的角度来研究物体的运动，而不研究引起物体运动的物理原因。盂动力学部分。研究受力物体的运动与作用力之间的关系。

3.2材料力学

材料力学以单个杆件作为主要研究对象，并且将其看作均匀、连续、各向同性的可变性固体。它研究杆件的拉、压、弯、剪、扭变形特征，并对杆件进行强度、刚度及稳定性分析计算。

3.3流体力学

流体力学是研究流体的平衡和流动的机械运动规律及其在工程实际中应用的一门学科。流体力学研究的对象是流体，包括液体和气体。

3.4结构力学

结构力学以杆件结构（包括梁、拱、桁架、刚架和组合结构等）为主要研究对象；研究在外力和其他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的组成规律。

3.5土力学

土力学研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关系，即土的应力、应变、强度和时间这四个变量之间的内在关系。

3.6弹性力学与有限元基础

弹性力学研究弹性体由于受到外力作用或温度变化以及支座沉陷等原因而发生的应力、变形和位移。它一方面对杆状物件作进一步的、较精确的分析；另一方面，对板和壳，以及挡土墙、堤坝、地基等实体结构，加以研究。

3.7岩石力学基础

岩石力学基础主要研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探究岩石和岩体在其周围环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，作出响应的一门力学分支。其所研究的岩体，具有不连续性、各向异性和不均匀性的特征。

4力学课程在土木工程专业的重要性

力学是土木工程专业的技术基础课，若缺乏对力学课程基本概念、物理意义和求解方法的深入理解，想真正掌握好相关专业课程，做好有关工程设计、施工、监理乃至进一步的科研工作，是不可想象的。

4.1对本科后续专业课程学习的影响

混凝土结构基本原理、钢结构基本原理、基础工程、土木工程施工技术、房屋砌体与混凝土结构设计、钢结构设计、结构抗震设计、地基处理、深基坑工程、城市轨道交通工程、隧道工程、古建筑设计与保护技术等专业课程，都与力学课程有关，如不打好力学基础，将无法真正掌握及应用好专业知识。例如在学习“混凝土结构基本原理”课程中受弯构件斜截面承载力计算这部分内容时，需首先了解斜裂缝出现的原因，这时就需利用材料力学主应力迹线的分析方法，在构件上取出微元体，来做截面主应力分析等。再如“钢结构基本原理”课程，由于钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的，所以钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合；在课程的学习过程中，经常会用到材料力学中的各种计算公式和计算理论等。除了这些专业课程，对于土木工程专业毕业设计这个实践教学环节来说，力学知识也是非常重要的。就拿经常会出现的“混凝土框架结构设计”这种毕业设计题目来说，它分为结构布置、计算简图框架内力计算、框架内力组合、框架梁柱截面设计、现浇楼面板设计、基础设计、楼梯结构设计计算和软件计算这样几个部分。所以说，若不能利用力学基础知识先进行结构计算简图的简化和结构内力的计算，后面实际结构设计部分，均无法完成。

4.2对研究生阶段学习的影响

毕业后，若继续就读本专业研究生，除了在研究生入学考试中可能会考核到材料力学、结构力学这样的力学课程；在读研期间，也将涉及更多更深入的力学课程，如应用弹塑性力学、塑性力学、连续介质力学、有限单元法、高等结构动力学等。如在本科阶段没有打下良好的基础，将很难掌握这些课程。

4.3对就业后解决工程实践问题的影响

力学知识在工程设计工作中的作用是不言而喻的。同样，力学知识对于施工或监理等工作，也是不可或缺的。如预制桩在堆放时垫木位置和吊装时吊点位置的确定，施工脚手架的安装计算，施工模板拆除顺序的确定，施工缝留设位置的确定，施工中钢筋放置位置的确定等，都需要通过力学知识来确定。从事建筑施工或监理的工程技术人员，只有掌握了建筑力学的基本知识，才能懂得建筑物中各种构件的作用、受力情况、传力途径以及它们在各种力的作用下在什么条件下会产生什么样的破坏。这样，在施工中就能正确理解设计意图，制定出合理的安全措施和质量保证措施，从而保证建筑施工过程中的绝对安全，确保工程质量，避免事故发生。

5对本科阶段力学课程野教冶与野学冶两方面的建议

力学课程内容繁多，概论抽象，在“教”与“学”两方面都存在很多问题，容易使教师教起来用时多，任务紧；学生学起来难度大，负担重，且容易出现书能看懂而求解问题无从下手的情况。

5.1教学方法建议

依据土木工程专业培养目标，考虑力学课程与相关专业课程的衔接性，整合力学课程教学内容。注重工程实践教育，加强学科工程背景教学。培养学生创新意识，开展竞赛活动，强化学生动手能力。引导学生参与教师科研活动，培养学生的科研意识。教学中运用案例教学，趣味教学，启发式、探究式、研讨式等教学方法。理论教学之余，也可简要介绍结构力学求解器、ANSYS、ABAQUS、PKPM等计算软件，加强学生在力学计算方面的综合能力。

5.2学习方法建议

“教”与“学”相辅相成，无法分离。所以除了教师需运用不同的教学方法来提高学生的学习兴趣之外，学生也需掌握合理的学习方法，以加强对教师教授知识的理解与渗透。第一，课前做好预习，课后加强复习。有效的预习，可以使学生在上课之前，了解自己即将要学的知识，这样在课堂学习时，就可以对自己所学的东西做到心中有数；及时的复习，可以使学生及时消化课堂所学，以便深入了解所学知识，深入掌握。第二，善于积累，善于提问。本科教学不比高中教学，它讲授新知识的时间往往多余复习旧知识的时间，所以，在学习的过程中，不能存在“猴子掰玉米”的现象，学了新的忘了旧的，而是要不停积累，不停学习；对于不懂的知识点，要善于提出疑问，问同学，问教师，问网络，及时解答疑问，及时解决问题。第三，要加强练习。学习力学知识的过程中，不做一定数量的习题，将很难对基本概念和计算方法有深入的理解，也很难培养出好的计算能力，所以，要学以致用，加强练习。第四，善于创新，积极参与不同的实践活动。教师教授的知识是有限的，在学习教师教授的方法之后，举一反三，要自己善于发现问题，创新思维；积极参与各项社会实践活动，如省大学生力学竞赛、省大学生结构设计大赛等，将学到的力学知识应用到实际的大赛活动中，并且从实践的过程中又学习新的力学知识，循环往复，提高自身的学习积极性；积极参与教师的科研项目，提高自身的研究思路和水平，也是加强自身力学思维的较好方法。

6结语

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【关键词】高职院校；液压与气压传动；教学质量

《液压与气压传动》是我国高职院校机械类专业的一门基础课，它在整个机械类专业的教学中举足轻重。这门课程主要包括三方面内容：一是流体力学的基础知识；二是液压传动技术；三是气压传动技术，主要由液压元件、液压系统、流体力学、气动元件及气动系统等内容组成。学好这门课程对于学生掌握理论和指导实践具有重要的意义。但在当前，这门课程教学质量却并不理想，主要是由于液压和气压的传动过程是在高度密封的环境中进行，所以对于各种液压及气压传动元件的结构，传动系统及其传动过程只能靠讲解，让学生无法清晰看到，没有直观的影响，学习会因为太抽象而感觉学习难度大。本文针对目前教学中的问题及不足，就怎样提高液压与气压传动教学质量发表自己浅显的意见，供教学参考。

1.目前液压与气压传动教学中存在的问题与不足

1.1学生的重视程度不够

学生对一门课程的的学习态度和兴趣，很大程度取决于其对该课程的重视程度。有相当一部分学生认为基础课既简单又无多大用处，不必下功夫，只要学习好专业课，将来工作需要用的知识就早已足够。于是在课上，不认真听讲；在课后，不管不故。《液压与气压传动》正是这类富有专业色彩的基础课，只要几节课不听，并且课外也不及时复习后，老师再讲的知识就根本听不懂了，然后失去信心，继而对该课程不感兴趣，甚至放弃这门过程。

1.2教材选用不恰当与教学方法不灵活

机械类专业几乎都有安排《液压与气压传动》这门课程，并且大多数专业都会选用相同的一本教材。这样便导致了教材的专业性不强，使学生对学习该课程的方向和目的不明确，从而丧失学习兴趣。此外，也有一部分教材的编制相对简洁，内容很精简，至说明结果不阐述原因，结果使整本教材难以理解。

《液压与气压传动》抽象性与实践性相结合，传统的“灌输式”教学方法效果差强人意，教师讲得累，学生学得更累。即便现在已经大普及了多媒体教学，但还未最大程度发挥其优势，更多地只是电子再现黑板板书。伴随着我院大力实行的教学改革，本课程的教学条件、教学方法、教学内容以及教学手段也相应发生较大的改变，怎么达到本课程教学的培养目标，需要教师深刻去反思。

1.3实验设备落后缺乏、考核形式单一

实验既能对所学的理论知识进行验证及理解，又能锻炼学生实际动手能力。但因为实验设备落后，许多实验无法正常完成，再加上设备数量严重缺乏，几个学生一个实验台，一至两名学生动手实验，其余学生当观众，实验效果不尽人意。

《液压与气压传动》课程通常最后的考核仅凭一张理论试卷，这样便会导致无法客观评价学生的理论知识掌握程度和实际动手能力，因为这门课程是由理论课及实验课构成的，如此考核，不会达到该有的教学效果。

2.提高液压与气压传动的教学措施

2.1提升学生学习兴趣

向学生强调本课程的专业地位，从而引起学生对本课程的重视。

（1）详细介绍本课程在专业中的地位，提高学生的认识，既要详解前系课程，又要对后系专业课程的基础性作解释，让学生对液压与气压传动的理解有整体的印象。

（2）仔细详解液压与气压传动技术的重要性及其在各个专业技术领域的运用，并与学生以后的就业及学习深造等的关系联系起来， 提高学生思想上的重视性及学习的主动性。

2.2运用多媒体教学改进教学方法

通过近年来的教育改革与教材建设， 《液压与气压传动》课程确实有一批适合教学的精品教材。但在教材选用的时候要注重针对性，例如本科与高职的目标不同， 机电专业和模具专业的要求不一样，所以要有的放矢，根据定位及对象正确选用教材。

随着科学技术的发展，高等院校教学方式日益呈新，多媒体课件的运用，让教学变得生动、直观，易于理解。它能把元件构造、状态、动作及过程直观全面向学生暂时，利有学生理解接受。例如流体传动教学的重点，回路和系统的内部动作、流体的流动、阀的操作与位置变换等就通过多媒体课件的应用，以动画形式清晰地展现出来，让学生对系统处在不同工作状态时的情形有直观的视觉印象，这样就让教师讲解简单明了，学生理解容易深刻，且有着不错的学习效果。

虽然多媒体教学有其得天独厚的教学有事，但是传统教学仍具备着其所不拥有的诸多优点，例如有利于教师对教学过程的直接控制和指导，有利于加强学生的人格教育等。所以在教学过程中，要根据不同情况下的教学对象、内容，正确地将二者有机结合，改善提高教学效果。比如，在对液压与气动原件的结构和工作原理的教学时，可以采用多媒体课件加实物模型进行讲解，增加直观印象；而在流体力学基础部分与液压缸设计等内容的教学中，仍然采用传统的教学方法，打好理论知识基础。

2.3完善考核方式，重视考后分析

考试应该是教师检验学生学习效果的一种手段，而不应该成为一种目的。《液压与气压传动》课程的考核需要改变一张试卷的模式，适度降低期末考中理论知识的成绩比重，增加液压实验操作成绩比重，这样可实际检验出学生的学习效果。实验操作可以以“操作+答辩”的形式，学生在规定的时间内完成教师出题或学生人选的实验，教师对其实验的过程及结果进行检查，并针对该实验提出2至3个问题让学生回答，最后可按一定比例，根据平时成绩、理论考核、实验操作等综合评定出成绩。

考后教师还应对试卷进行认真分析，并对试卷命题和效果进行全面总结，对教学方法、教材内容、教学理念进行深刻反思，从而积累宝贵的经验，有助于下一阶段教学水平的提升。

3.结语

要提高液压与气压传动教学质量，还需要更多的教育工作者在日常教学实践中总结提炼方法，挖掘每一个可能会提高教学的有效手段，并且要注重在具体的实践中锻炼学生的设计能力和动手实践能力。

【参考文献】

[1]王雪红，王桂良.《液压传动与气动》课程的多媒体教学探讨.湖南工业职业技术学院学报，2008（2）：128-129.

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[3]杜群贵.液压传动课的知识结构与专业教育.华南理工大学学报（自然科学版），1996（11）：79-81.

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【Key words】Hydraulic transmission； pneumatic transmission； curriculum reform， ；innovation experiment

0 前言

?C械之间动力的传递主要有三种方式：机械传动、机电传动、液压与气压传动，而现在的机械结构综合应用了这几种传动方式的优点，大幅度地提高了传动效率和平稳性。其中液压与气压传动广泛应用于工业生产和生活实际中，在机械设备中发挥着重要的作用，特别是随着现代计算机控制技术的发展，液压与气动技术已经逐渐发展成包括控制、检测、传动等一体化的一门自动化技术。《液压与气动技术》是机械专业的专业基础课，是一门实践性、理论性、系统性很强的课程，现在的大部分高校注重于理论教学，而忽略了实践性教学和启发式教学的重要性，导致学生的学习创新能力和实践应用能力较低。笔者根据自身教学经验，谈谈对本门课程教学改革的看法。

1 注重绪论教学，提高学生学习兴趣

绪论是构成一本教材必不可少的部分[1]，是学生最先接触的一部分，是进入新课学习的前奏。但是在实际的教学过程中，因为绪论内容大多为介绍性知识，且受到课程课时的限制，很多教师采用轻描淡写、一笔带过的方式，导致很多学生课程开始就对课程失去了兴趣。

绪论课与其他章节相比，更能体现教师的个人教学能力的高低。一堂精彩的绪论课，让学生更全面地了解本门课程的学习任务、学习目的及学习意义，可以引发学生思考，提高课程兴趣，调动学生求知欲，为后面教学内容奠定基础。而讲好绪论课，需要教师认真对待，对课堂进行精心设计。首先应对本门课程所要讲述的所有内容有比较深刻的认识；其次，应合理设计绪论课时，根据自己教学进度可以安排2-4个课时。最后，需要旁征博引，多查阅先关文献资料，了解本门课程的发展历程及最新研究动态，选取合适的工程实例和素材，做成精美幻灯片，让学生对本门课程有更直观的感受。

2 采用多样化的教学方式，加强实践性环节

一直以来，专业课的授课主要以教师讲授为主，再加上专业课上专业术语比较多，内容比较晦涩难懂，学生学起来容易感到枯燥乏味，对课堂失去兴趣，因此如何激发学生学习兴趣，将被动学习转变为主动学习，是教学改革的首要问题。对于不同的教学内容，应采用合适的教学方式，提高课堂效率[2-3]。

在学习液压与气压传动基础部分，流体力学知识比较难懂，学生学起来比较吃力，这时应该采用通俗易懂的语言以及生活中实例来讲授，提高学生的学习兴趣。例如在讲流体力学中的伯努利方程时，可以以生活的一些现象来说明，飞机为什么能飞上天，让学生思考几分钟，然后再来进行分析讲解，采用这种教学方式不仅可以提高学生的学习积极性，还可以提高学生的思维能力，加深对知识点的记忆。

在学习控制元件与动力元件时，由于各种控制阀及泵的内部结构稍复杂，工作原理比较难懂，这时候应充分利用多媒体教学方法的优势，结合相应的动画，如果有条件可以将教学教具带入课堂，通过简单的拆装，让学生对元件结构有更加深刻的认识，再进一步介绍其工作原理，利于学生理解。另外还应采用对比分析的方法，在讲述减压阀、顺序阀、溢流阀部分内容时，虽然三种控制阀都是通过液压力和弹簧作用力进行比较，而使阀芯开启或闭合，但是它们应用的场合却大不相同，这时需要对其结构和工作原理进行总结，掌握它们之间的异同点，最后可以通过习题练习，加深对压力控制阀的理解。

在整个教学过程中，都要注重对学生思维的启发，提高学生创新设计能力。例如本人在讲授气动手指结构和工作原理时，课本上平动气动手指以双活塞结构为例来进行介绍，这时候在课堂上对学生提出启发式问题，如果你设计一种平动手指，怎么设计？结果学生思维活?S，设计出了3种不同的方案，并让其上讲台进行讲解，提高了学生的学习积极性。通过启发式和问题式教学，利用学生争强好胜的心理，使学生在掌握基本的工作原理和功能基础上，具有一定的设计、创新能力。

由于本门课程实践性较强，为后续的毕业设计及学生工作奠定基础，学习本门课程的最终目的是让学生具有一定设计、分析、实践能力。实践是检验理论的唯一标准，应增加实验学时，让学生自己动手拆装液压泵、溢流阀、减压阀、液压缸等元件，自己动手设计实验并在实训台上进行验证。

3 改进教学内容，鼓励创新

不同层次的学校应该根据学校定位来选取合适的教材和教学内容，笔者所在学校主要培养工程设计与应用型技术人才，考研及出国深造的比例较小，培养目标具备一定的专业基础知识，为产品设计与制造奠定理论基础。在对这类学生进行液压与气动课程教学时，在介绍流体力学基本知识时，不需要花大篇幅去推导相关公式，增加学生学习难度，而应该将重点放在与液、气压传动相关的基本理论及应用上。在讲授传动系统各组成元件时，不需要面面俱到，每种元件都逐一介绍，而应以实际生产中应用比较广、具有代表性的元件进行学习。最后通过基本回路的原理和特点的学习，并结合工程实例进行分析，培养学生的分析、设计能力。

学校应根据教学内容采购合适的教具，教具应比较直观，易于携带和拆卸；液压与气压实训台应定时维护和保养；积极鼓励学生参加机械创新设计大赛，综合应用液压与气压、机械设计基础、单片机、PLC、机电传动等知识。

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关键词：传热学；多媒体教学；启发式教学

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）19-0038-01

教学改革是高等学校本科教学中一项重要的工作，对于提高教学水平和教学质量具有深远的意义。“传热学”是能源机械类及其相关专业的专业基础课，是一门理论性强、基础性强、应用性强的课程。[1，2]开展“传热学”课程教学改革，对提高专业型人才培养质量有着重要的意义。[3，4]

“传热学”课程是上海电力学院（以下简称“我校”）为热能与动力工程专业以及其他相关专业开设的重要的专业基础课，主要面向本科教育。课程的教学目标是培养学生运用传热学的基本理论和研究方法进行分析、解决实际工程中热量传递问题的能力，为学生学习后续课程和以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计等方面的工作打下必要的基础。该课程的教学质量对本专业学生专业素质的提高有着重要的影响。但是，“传热学”课程组成员在近几年的教学过程中发现，教学方法死板、教学手段陈旧等问题往往会导致学生听课兴趣不高，在一定程度上影响了课程的教学质量。为此，课程组针对在教学中发现的问题，进行教学方法、教学手段的改革，激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量。

一、“传热学”课程教学中存在的一些问题

“传热学”是一门理论性强、基础性强、应用性强的课程，学生反映学习难度较大，具体表现在：学生对本课程的学习和理解感觉比较困难；课堂内容学完后，学生很难将知识贯通使用。与此同时，教师在教学中也体会到存在的一些问题。一是学生对先修课程（如高等数学、流体力学等）的知识有所忘记，而“传热学”是一门承上启下的专业基础课，对先修基础课程的要求较高，因此导致学生学习起来就有些吃力；二是传统的教学方法较为死板，教师讲，学生听，“一言堂”式的上课模式让学生觉得上课枯燥无味，学生上课兴致不高；三是教学手段落后，教师难以在黑板上表达工程中复杂的传热问题，单凭“粉笔+黑板”和教师的口述，学生很难想象和理解复杂的传热关系。

二、教学改革的思考与实践

上述问题的存在促使课程组不断思考，寻求解决问题的方法。经过思考、讨论以及教学中的实际实践，在以下几方面进行了教学改革的尝试。

1.脱节知识的弥补

在长期的教学实践中，课程组体会“传热学”是一门专业基础课，在基础课、专业基础课、专业课整个课程体系中处于承前启后的地位，教学中应该注重该课程与前、后课程的关系，注意弥补学生知识的脱节。尽管课程中涉及的高等数学、流体力学等知识已经学过，但是多数同学已有所忘记，因此在教学中有必要进行适当的复习，唤起学生对这部分知识的深层记忆。同时，在教学中还要注意加强基础理论与工程实践结合，适时地引出传热学知识在锅炉、空调、制冷、通风等专业方向中的用途和重要性，激发学生的学习兴趣。

2.启发式教学方法的使用

尽管“传热学”课程还是以课堂讲授的教学方式为主，但要避免“填鸭式”的讲授方式。课程组对课堂教学方法进行了研讨和交流，为了提高学生的听课兴趣，对任课老师提出了以启发式讲授为主的建议。“启发式”教学方法在教学过程中要做到以下几个注重：

（1）注重按照先易后难、循序渐进的原则展开。譬如：先将传热过程与电路相类比，由热流=驱动力/热阻，引出导热热阻、对流换热热阻以及辐射换热空间热阻和表面热阻的概念，使学生一下子掌握了传热的计算。

（2）注重教思路，教方法。课堂教学中对于教学内容中理论、定律、公式不是简单地列出，满足于讲授某些具体的内容，而是在理论、定律、公式的引出、物理意义及应用的整个过程中启发学生思考，锻炼学生的思维能力，学会举一反三、活学活用。

（3）注重引导学生围绕课程内容，提出传热问题。如：身边的哪些物理现象属于传热现象？本专业领域哪些地方用到传热学的知识？是如何应用的？哪些学科领域涉及传热的强化、削弱问题？哪些学科领域涉及对温度场的控制？如何解决？

3.多媒体教学手段的引入

“传热学”是一门重要的专业基础课，基本概念和基础理论部分内容较多，涉及的公式、图表和复杂的传热现象也比较多，传统的“黑板板书”的教学手段对教学信息的处理和呈现都比较单一，造成学生对于传热学内容的理解和掌握有一定的难度。随着计算机辅助教学技术的发展，课程组觉得将具有生动性、直观性和简明性等特点的多媒体教学手段引入课堂能够使教学更加生动，诸如烦琐的公式推导、难以描述的传热问题等教学问题通过多媒体手段的展现可以得到较好地解决。为此，课程组以教材为蓝本进行了多媒体电子课件的制作。制作完成的电子课件具有以下特点：教学内容详尽，对需要学生重点理解的内容，增加公式推导的细节和步骤，并辅助图片说明，有利于学生对内容的深入理解；图片穿插于电子课件中，加强学生对传热现象的感性认识；电子课件显示具有节奏感，教师讲到哪里，内容显示到哪里，有利于学生紧跟教师的讲课思路；文字的字体大小适中，使每位学生都能清晰地观看屏幕内容；画面整体布局合理，整齐有序，避免分散学生注意力。制作完成的多媒体电子课件已供任课老师引入到课堂教学中，并且已上传至教学网页上供学生课后参考使用。

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关键词：医学物理；双主；高效教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）11-0048-02

当今社会与科技的快速发展使教育改革备受关注。为实施素质教育、培养创新人才，有关教学改革的新理论及其指导下的实践范式不断创新发展。教学是一个共同体，教师主导得如何，直接影响着学生主体参与的结果。不同的学科有不同特点及不同教学方式。医学物理课是医学、物理结合形成的交叉学科。如何实现该学科的高效教学？笔者立足于教学的主要形态构成，从教师、学生和教材各构成及整体性分析“教”与“学”的交互作用，以此提出几点粗浅的认识。

一、辩证看待主导与主体的作用

“现代教学理论认为，教学永远是教与学相结合和统一的双边活动过程。”医学物理以系统的物理知识体系为基础，以具体的医学现象为应用目标。物理知识本身的特点要求学生养成科学思维的习惯，领悟科学的学习方法。教师应基于学生的认知水平，导设激发学生思维的医学情景，使其集中注意力，充分发挥自我想象、思维能力，根据前物理经验主动探索问题解决策略与方式，期间教师适时予以启迪、疏导。如建立理想模型、提供数理技巧等。学生通过思维操纵学习，挖掘潜在的心智技能，构筑新的个性化的认知结构，并有意识地借助有关医学经验进行积极内化。反过来，学生的认知成效及差异表现将反馈于具体的教学环节，促使教师及时调整，改进教学方案。

总上，医学物理教学中教师有效主导是学生主体参与的有力支撑；学生的真正参与又为教师的主导提供了丰富的内涵，二者作为教学的两个主要变量，依托教学主题互为调适，和谐共长，促使“教”与“学”达到动态平衡，进而促进教学质量螺旋式上升。

二、高效教学

1.高效教学的一般意蕴

狭义上高效教学指占用尽量少的学生的学习时间和精力等消耗来获取尽量多的教学效果，旨在教师用科学的教学方法，通过合理设计、规划并执行教学任务，使学生掌握一定的学习策略，主动根据个体的认知经验对新事物、新知识进行建构，扩充自我认知领域，包括知识技能的习得以及非智力因素的培养。一定意义上，高效即教学的生命。

2.实现医学物理高效教学的必需性

医学物理是物理与医学的有机结合，物理学的理论是阐释医学现象的基础；物理因子对人体的作用研究使诊断、治疗技术不断发展。“学习《医用物理学》可以改变学生的智能结构，使学生既从形态学科中学到形象思维，又从物理学中锻炼抽象思维能力。实践证明，改变医生的智能结构将扩大其视野，增长才干，提高工作和科研水平。”[1]物理应以其自然科学的特点，发挥功能性作用，如培养学生辩证思维能力、科学的学习方法及笃实的求知精神等多元目标。但鉴于各种教学要素的制约，医学物理课通常处于从属地位，其教学重要性得不到足够的重视，教学研究与实践实施不力，物理未能尽其最大效用。如何利用有限的教学资源改善医学物理教学效果显得尤为必要。

三、可行性方式

1.主体方面：增强学生的学科情感度

“学习情感是学生学习的内在动力源泉”，[2]它对于学习效果的好坏起着第一位的作用。医学物理作为基础课，通常在新生第一学期开设，正值学生学习态度、情感处在中学到大学的适应期，加之中学和大学教学、学习方式缺乏有机衔接，因此教学中应注重培养医学生积极的学科情感。

首先，在绪论中，教师应创新地结合实际中常见的诊疗技术及生活中的一些医学现象，有的放矢地介绍物理对医学的指导、支持和促进作用，此外还应紧密联系物理学科特点，引导学生认识物理教育对个体发展的重要性和独特性，包括培养个体分析事物的能力、方法以及解决问题的基本能力。其次，在具体教学活动中，教师要加强自身对学科热情的表露，通过以物、以事件阐述物理的知识。另外，在抽象中进行信息加工是物理本身的特点，教师要借助生动形象的语言、借机合理引导、亲切交流等方式，积极生成并凸显个性的教学魅力，充分利用其主导性感染学生的激情，使学生尽量“亲其师”，从而对医学物理具备理性的学习态度和积极的情意。

2.主导方面：有效处理教学内容

（1）微观上：因学定教，寓学于用。新课程改革倡导教师理性处理教材，而非教教材。教师在兼顾物理知识逻辑性的前提下，可适当突破章节内容的文本限制，调整一些富有基础性、应用性的物理知识，重组教学单元体系，将物理的概念、规律等有机融入医学现象、实践中，合理创设具体情境，促使学生想象穿越，生成能够激发并活跃思维活动的教学形式。

如对于流体力学的基本定律，教师预先组织学生阅读血压测量、心脏做功等关于血液流动的内容为背景知识，导入核心任务即流体在流动过程中遵循何种规律的问题。适时引导学生横向迁移，利用物理惯用的抽象法提取模型理想流体，建立稳定流场、流线等概念；启迪学生主动构建研究对象流管，师生共同推证压强、高度和速度三个物理量的关系，即伯努利方程。在对这一流体力学基本定律进行逐项的意义及单位深入理解的基础上，学生自主限定任一参量，讨论其它两者的变化，如计算人体倒立时头部的平均动脉压，计算药液从水平注射器的针尖流出的速度等，期间教师予以细节性的疏导，以此强化学生对伯努利定律的基础性掌握及不同条件下灵活应用。

上述方式融学于用，突出思维过程，拓宽了学生的认知维度，促使医学生基于个体的主观需要与客观情境作用，产生一线的学习体验，提高其学习中认知情意的发展，使学生感受到学有所用的高效感。

（2）宏观上：加强“医”“物”结合，促进课程背景化。当前我国教学理念变革的一项主要表现是课程资源的整合，传统的以传授专门知识为主要任务的具体科目教学，有悖于个体思维的综合性发展。医学物理是一门交叉学科，客观上要求多元整合。如组织物理与医学教师围绕具体课题交流学习，商榷教法，增强物理教师的医学素养，以丰富教师起主导作用的内涵。另外，基于医学生的自主学习能力，进行学情调查，如个体的数理功底及文理偏向，设计能够体现学生差异性的专题式导学案：或侧重医学技术应用，或偏向医学现象阐释等，拓宽学生学习空间，增加思维活动的维度。同时，将物理的思维方法迁移到医学学习中，实现个体认知活动的一体化。最后采取开放的评价措施，以考试为主辅以其它阐述性的考核方式，使学生的各种认知能力得以有效发挥。教师要及时总结教学日记并不断反思，在此基础上逐步生成医物类校本课程。

总之，依据物理课程特点，结合医学的实践应用，以增强师生间的碰撞交流为中心，挖掘教学活动的潜在资源，包括教学中有形和无形的各种因素，形成授——受——授教学活动循环，创造出医学意味的物理教学范式，以纠正不少医学生主要应对考试的功利化学习动机，强化物理知识的功能性作用，从而多维度提高教学效率。

参考文献：

[1]周志尊等.《医用物理学》在医学教育中的地位及作用[J].牡丹江医学院学报，1994，（1）.