流体力学的基本知识
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流体力学的基本知识范文第1篇
关键词：流体力学；教学模式；改革
作者简介：杨卫波（1975-），男，湖北安陆人，扬州大学能源与动力工程学院，副教授；毛红亚（1976-），女，湖北天门人，扬州大学财务处，会计师。（江苏 扬州 225127）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0083-02
“流体力学”作为土木、机械、能源、动力、环境、化工等学科的一门主干技术基础课程，由于其理论性强、概念抽象、方程繁琐、难以理解与记忆，导致学生学习的难度较大，从而影响教学进程和专业人才培养的质量。因此，如何针对“流体力学”课程自身特点，结合专业建设目标，探索出一套新的适合各专业培养目标的流体力学教学模式具有非常重要的意义。本文结合工科院校学生的实际情况及笔者教学实践与体会，从教学内容、教学方法及考核方式三方面对流体力学教学模式改革进行了深入的探析。
一、教学内容
1.教学内容的选择
教学内容的选择对于提高教学质量、改善教学效果具有重要的意义。根据教育心理学理论，[1]在教学中应把课程中具有广泛迁移价值的科学成果作为教材的主要内容，从而可实现利用已有知识来同化现有知识的作用，提高学生的接受能力。“流体力学”作为大学工科专业的一门课程，虽然其内容相对比较陌生，但其所包含的基本知识却贯穿于中学相关课程之中。如流体力学中的速度、压力、压强、质量守恒方程、能量守恒方程及动量守恒方程等，学生均在中学物理中均学过，因此在讲述相关内容时可以将其与中学内容相联系，从而提高学生的理解能力。又如在讲述管路的串联与并联特性时，其流量、阻力及阻抗特性正好与中学物理中电学的串联与并联电路的电流、电阻特性一致，如果在讲述之前引出中学的电路串并联原理，则可大大加强学生对管路串并联水力特性的理解能力。因此，根据学习迁移理论，将相关内容与学生已有知识进行对接，并阐述其相互之间的关系，不仅可以有效发挥学生利用所学知识来同化现有知识的作用，而且对于改善教学效果具有积极作用。
2.教学内容的编排
要合理编排教学内容就必须使教材结构化、一体化，以使构成教材内容的各要素具有科学、合理的逻辑关系。目前，国内“流体力学”课程的教学体系一般包括流体静力学、流体动力学（理想流体流动与实际流体流动）、流动阻力损失、孔口管嘴管路流动及特殊流动现象等。每部分内容既独立，同时各部分之间又有相互的联系。为了使学生容易学习，可以按照流体力学实际应用路线由简单到复杂的方式来编排教学内容。如可以从最简单的流体静力学部分开始，因为静力学部分中学物理中已讲授，生活中很常见，学生容易接受。由于静止是相对的，运动才是绝对的，自然界流体应用中更多的是运动着的流体，让学生明白这个道理后很自然将教学内容过渡到流体动力学部分，从而可提高学生继续往下学习的兴趣。在讲述流体动力学部分时，先从简单的一元理想流体运动部分着手，然后逐步过渡到多元理想流体流动及实际流体运动。在讲到实际流体运动时，由于能量方程中出现了阻力损失项，这样就很自然将内容过渡到流动阻力损失计算这一部分内容。由于生活中的复杂管路往往是由简单管路串联与并联而构成，因此，复杂管路的水力特性（流量、阻力等）需要确定，这样就可以根据流体力学实际应用需要将内容由阻力损失部分转移到孔口管嘴管路流动部分。最后，根据各专业培养需要，选择适合的特殊流动现象内容进行讲解，以加强流体力学的实际工程应用。这种以流体力学实际应用路线由简单到复杂作为主线的教学内容选择模式，内容组织层次感较强，讲起来更加引人入胜和重点突出，教学过程相对简化。
3.教学内容的弹性化
教学内容弹性化有两个方面的含义：一方面要根据每届学生不同的知识背景和不同的定位要求，采用不同的表达方式，以满足学生多样化的学习需要。另一方面是要根据时代的发展，不断更新教学内容，以适应最新科技发展的需要。[2]例如在“流体力学”教学过程中，为了让学生更容易接受，可以删去大量的数学公式推导，如流体连续性方程、动量方程、能量方程的推导等，这些内容对于学生是否掌握流体力学基本知识并无影响。又如，对于不同的学生群体，应根据学生今后的定位不同选择适当的教学内容，对于高职高专的学生，由于其毕业后大多数要走出校门从事实际工作，因此，在讲述时应侧重于流体力学实际应用方面的知识。而对于普通本科院校的学生而言，毕业后有相当一部分的学生要继续从事相关的研究工作（如考研等）。因此，应加强学生流体力学理论方面的教学与培养，以提高学生将来的研究能力。随着时代的发展和计算机的普及，将计算机用于求解流体力学问题的计算流体力学已越来越显示出其重要的作用。所以，流体力学教学中，适当介绍当今常用的计算流体力学商业软件，如Fluent、Star-CD、CFX及Ansys等，以扩充学生的知识视野，为今后有意继续深造的学生提供铺垫。
4.教学内容与工程实际相结合
兴趣是最好的教师。教育心理学[1]的研究表明：当学习内容与学生已有的知识和生活实际相联系时，才能激发学生学习和解决问题的兴趣。因此，在流体力学教学过程中，应结合专业目标尽可能多地介绍流体力学广泛的工程应用背景，引导学生提高自主学习流体力学的兴趣和积极性。如在讲述流体静力学中液体作用在曲面的总压力计算时，可以介绍1998年特大洪水灾害长江决堤事件等；在讲到流体静力学中平面总压力计算时，可以适当引入长江三峡水坝闸门的设计与计算；在讲到沿程与局部阻力损失[3]时，可以讲述如何选择水泵，并以每天生活用水管道供水为例来分析等；在讲到动量方程应用时，引入如何确定弯管及分叉管路中水流对管道的冲击力，从而可计算出管道支墩所受的推力；在讲述毕托管时，可讲述如何测量风管的风量与风压，在讲述倾斜式微压计时，可与毕托管一起讲述如何利用两者来测量正压与负压风管段的动压、静压及全压等。任课教师在平时授课过程中，结合专业培养目标适当穿插讲述一些发生在我们身边的与流体力学有关的实例，使学生认识到流体力学在生活及工程中的重要性，激发其学习兴趣，以提高教学效果。
二、教学方法
目前课堂授课中常用的教学方法主要有传统教学模式与以多媒体技术为代表的现代教学模式。传统教学模式是指教师通过口授、板书完成特定教学内容的一种课堂教学形式，该模式学生容易接受，可以达到预期教学目标。但缺乏创新与探索知识的功能，尤其是在当今知识快速更新的年代，更是面临严峻的挑战。现代教学模式是指在课堂教学中引入多媒体技术，通过形象逼真的动画的运用，生动形象地展示教学内容，从而可以充分发挥学生学习的积极性，使教学方式形象生动，有利于培养学生的思维能力、想象能力和创造能力。
考虑到传统与现代教学模式各自的优缺点，在流体力学教学过程中应将两种教学方法有机结合起来。如在讲述相关理论公式时，就以传统的板书教学为主，对公式的推导和例题的讲解，用板书的方式条理化，通过板书一边写、一边对学生提问，一边推导相关公式，让学生参与到教学中，从而可以加强学生与教师间的互动，激发与调动学生的学习积极性。而在流体力学理论的工程应用部分则较多地采用多媒体课件，例如在讲授层流与紊流[3]这部分内容时，单纯地板书讲解其概念很抽象，用多媒体课件展示雷洛实验讲解则直观生动，容易理解。在讲解孔口管嘴管路流动及虹吸现象时，用生动动画显示其流动全过程，可说明其流动过程中截面收缩及可能出现的真空现象，从而给学生留下深刻的印象。
三、考核方式
考核的作用主要是了解教师教与学生学的情况，及时发现问题以便改进。考核方式的合理性不仅能激发学生学习的兴趣，同时还可以提高教学效果。“流体力学”作为一门理论性极强的基础课程，传统的考核通常采用平时考核与期末闭卷考试相结合的方式，两者所占比例通常为30%与70%。平时考核主要是学生的出勤率与作业完成情况，而期末考试主要是卷面所取得的成绩。这种考核方式存在一定的问题，不仅不能激发学生的学习热情，在某种程度上还会使学生产生抵触心理。由于流体力学中有大量的经验公式和图表，如阻力系数计算公式与莫迪图、纳维-斯托克斯方程等，若采取闭卷考试，则势必要求学生背熟这么多的公式，容易陷入死记硬背的怪圈。
事实上，这部分内容的教学要求是让学生能熟练应用这些公式和图表解决工程实际问题，而不需要死记硬背。因此，在考核方式中可以尝试平时开卷考核与期末闭卷考核相结合的考核方式。即将不适合闭卷考试的一些无法记忆而又要求学生掌握与应用的内容，放在平时教学中进行开卷考核，而将一些基本原理、基本概念、基本计算方法的考核放在期末闭卷考试中。这样，一方面，通过平时不定期的考核能提高平时学生的出勤率，另一方面，通过平时考核也可以激发学生平时的学习兴趣，提高学习效率；此外还可以通过考核及时发现问题，改善教学方法。通过这样的考核方式，既能激发学生平时的学习兴趣，同时还可以提高教学效果，考试结果能较真实地反映学生对本课程知识的掌握和应用能力。
四、结语
教学不仅是一门科学，也是一门艺术。每一种教学模式都有其特定的适用范围和条件。流体力学作为工科院校相关专业的一门主干技术基础课，由于其理论性强、概念抽象、经验公式多，给其教与学带来难度。如何根据专业特点将其与各专业培养目标进行有机结合，通过教学模式的探索使其教学融入到各专业人才培养中，将是“流体力学”教学模式改革的进一步目标。
参考文献：
[1]谭顶良.高等教育心理学[M].南京：河海大学出版社，2006.
[2]刘立平，师少鹏.传热学课程教学的改革探索[J].高等农业教育，
流体力学的基本知识范文第2篇
关键词：工程流体力学；课程建设；精品课程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）15-0155-02
教育部《关于启动高等学校质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》指出精品课程建设是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。《工程流体力学》是机械、热能动力工程、土建等学科的一门重要专业基础课程，在学生知识能力培养和知识体系结构中起着承上启下的作用。2007年本课程被评为国家精品课程，在4年多的建设过程中，不仅取得了建设成果，更以课程建设为契机，对教学中存在的诸多问题进行了深入研究，取得了宝贵的经验。
一、课程建设的指导思想
精品课程建设是本科教学的一项重要的基础性工作，代表着学校的办学特色和学科专业优势，是学校重点专业建设、培养高层次专门人才、开展科学研究、解决经济建设和社会发展过程中重大问题的重要基础。从学院到研究所，大家都充分认识到了精品课程建设的重要性和迫切性，认定应切实采取措施，加大课程体系优化和课程整合的力度，加快教学内容、方法和手段的改革，抓紧课程教学队伍建设，造就一支结构合理、教学水平高、教学效果好的课程教学队伍。
二、课程建设的实施方法
1.改革教学内容。《工程流体力学》作为一门专业基础课，以研究流体（液体和气体）平衡和机械运动规律为核心，通过各教学环节的学习，使学生掌握流体运动的基本概念、基本计算，为后续课程的学习奠定了基础，并能运用流体力学的基本理论解决工程中的实际问题，提高学生分析问题、解决问题的能力。旧的教学模式过于追求“自身”的完整和独立，这种体系的特点是强调系统性、整体性，重视数学推导；部分内容起点低，简单重复；忽视课程的基础作用，片面强调工程流体力学的课程教学为专业服务，不适应加强基础、拓宽专业面的人才培养模式。鉴于以上问题，删除一些和热力学、普通物理学等课程简单重复的内容，引进一些反映当代最新研究水平的内容，如紊流理论、非定常理论和新的测量技术、计算流体力学等，使学生在掌握基础理论的同时，了解课程的最新研究成果和动向。
2.加强教材建设。精品课程必须配备一流的教材，建材建设一直是我校在国内同行中影响较大的一个重要方面。目前由我校编写的流体力学方面的教材5部，分别获得国家“九五”“十五”“十一五”规划教材立项，现正在申报国家“十二五”规划教材立项。其中由电力出版社出版的《工程流体力学》曾获得过高等学校水利电力类优秀教材一等奖、全国优秀教材一等奖。在教材建设上，一直根据工程实际需要，贯彻“少而精”的原则，并从工科本科生学习课程的实际出发，“填平补齐”，循序渐进，逐步提高。并适当加强理论基础。例如，用系统与控制体的输运公式导出流体力学积分形式的基本方程，进而导出其微分形式的基本方程；又如，对实验的理论基础——相似原理和量纲分析，也给予必要的重视等。这样，便适当提高了理论起点，加强了系统性，避免了重复，而且物理概念清楚，学生易于接受。
3.丰富教学手段教学手段和方法的改革是精品课程先进性的重要体现。精品课程应该充分利用现代化的教学手段，采用有效的教学方法，与传统教学实现有机的结合。为了有效提高教学质量，采用了多种方式：（1）翻译了美国某出版社的流体教学影片，该片内容丰富生动，被国内许多高校采用，在流体力学课程的教学中起到了较好的辅助作用。（2）建设了精品课教学网站，将教学基本要求、课程进度、教学内容、典型例题、实验教学、流体力学发展简史、授课录像等上网开放，实现优质教学资源共享。学生除了在课堂上听老师讲解以外，在业余时间还可以通过网络进行复习，加深对课堂内容的理解。该网站设有在线答疑功能，学生可通过网络提出问题，教师可以在网上答疑。实践表明，教学网站的建设对提高教学质量有显著效果。（3）购置、自行制作了工程流体力学多媒体教学课件，用于流体力学课程的课堂教学。工程流体力学的特点之一是概念抽象，而且由于流体没有固定的形状，在讲解时常需要借助一些图形表示流场的存在，教学中适当利用多媒体，可减少教师在黑板上的画图时间，同时动画、视频、图片等可使内容变得生动、直观，有效提高讲课效率和教学效果。因此教学中采取以多媒体教学为主，板书为辅的教学手段，收到了很好的教学效果。
4.加强实验教学建设。实验教学是工程流体力学教学过程中一个非常重要的环节，实验教学不仅可以培养学生的动手能力，分析和解决问题的能力，而且还能提高学生的学校兴趣、加深对理论知识的理解，在实验过程中还能将流体力学的各部分知识点有机地联系起来，使之形成完整的知识链。
根据购置的实验设备自行编写了实验指导书，明确了仪器设备的工作原理、实验过程的具体步骤、实验结果的分析和处理以及实验中的注意事项等内容；为了实验教学的多样化，自行编制了工程流体力学实验教学演示软件，形象直观，使学生一目了然；自行研制了多功能空气动力学实验台，可进行平板边界层、圆柱体绕流、弯管压力分布、紊流射流等多项实验；合作研制了小型烟风洞，可演示飞机模型（包括机翼）、汽车模型（轿车、卡车）、圆柱体等流场，使实验教学的质量和效率得到了提高。
5.改革考试形式。工程流体力学中公式特别多，而死记硬背这些公式及其推导意义不大。对以往的闭卷考试形式进行了深入探讨，发现闭卷考试主要存在以下问题：（1）考试中客观题占的比重较大。客观题就有标准答案，这使得课程教学成为趋同性教学，即希望学生的认识都统一到这一标准之下；（2）考试内容中记忆性成分所占比重较大。而记忆性的知识可以通过短期突击学习获得迅速提高，这使得许多同学平时不学，临近考试“加班加点”以应付考试。另外记忆性学习较适应女生，因此出现了所谓的“女生优势”现象；（3）一次考试定成绩。教师往往根据期末考试的成绩来决定学生的总评成绩，很少考虑学生的平时成绩。这就导致了学生平时上课不认真，期末搞突击的现象；（4）由于采用闭卷考试，计算题往往比较简单，无须建立数学模型即可求解，不能反映出学生的思维能力与数学建模能力。为了提高本科教学质量，适应素质教育的要求，采用半开卷（即考试时学生只带一张A4纸，上面可以随意记录内容）的考试形式，在考试内容上，减少了客观题，加大主观题，注重内容的应用性、灵活性和综合性，注重考查学生的基本知识的掌握程度及灵活应用知识的能力。这样既能兼顾一般学生的合格水平，又能突出优秀学生的创造性思维和激发他们能力的发挥。
三、结束语
《工程流体力学》是一门非常重要的专业基础课程，它具有较强的理论性、抽象性和实践性。本文深入分析精品课程的建设，以期交流经验，提高工程流体力学教学水平，从而帮助学生更好的掌握和理解工程流体力学的具体内容，提高学生分析问题、解决问题的能力。
参考文献：
流体力学的基本知识范文第3篇
【关键词】 水力学；土建类；现状；改革
《水力学》（或《工程流体力学》）课程是土建类专业培养方案和大纲中规定必须开设的一门专业基础课程，相比该专业的其他力学基础课程而言，该门课程学时数少，对结构课程的支撑性较弱，课程教学多是为了满足培养方案的要求，教学效果不甚理想。作为一名长期从事土建类专业水力学学课程教学的老师，有必要对水力学教学的现状进行反思，提出合理的解决办法。
1 土建类专业水力学教学现状
1.1 课程地位不高。本校的土建类专业以工业民用建筑为主要方向，在课程设置中固体力学占据着非常重要的基础地位，流体力学与水力学课程基本上处于可学可不学，学好学坏一个样的地位。在专业培养中也较少重视流体力学或水力学的应用，学生学习以应付考试为主。授课和学习的积极性都不高，课程整体上来说不受重视，据了解很多学校建筑类专业的水力学课程基本上都面临着这样的窘迫地位。
1.2 教师队伍建设不足。大多学校土建类专业不一定同时具有水利类专业，水力学教学主要是为了满足专业培养目标中单独一门课程的需要，一般该课程的师资力量一般不强，数量较少，教学科研和实验教学环境较差，大多数流体力学或水力学专业的硕士研究生或者博士研究生基本不原意来校做教师，因此该类专业的流体力学老师一般专业出身的少，很多学校的流体力学老师是建筑专业或其他专业通过培训后任教该门课程的。在土建专业中，流体力学课程的老师队伍建设严重不足且整体素质和同专业的其他教师相比不同步。
1.3 学生学习积极性不高。土建类专业学生毕业主要从事工业与民用建筑的设计和施工等方面的工作，老是认为水力学课程与这些工作联系不大，应用不广，认为一般应用没有必要单独学习水力学，只需要按照规范来做就可以了，相比其他几门力学课程而言，学生学习积极性不高，水力学学习基本上是在临近考试的时候才进行。学生的积极性不高，教学效果肯定大打折扣。
1.4 课时较少，内容较多。土建类专业开设的水力学课程在一般院校中课时不高，一般在40-60 之间，由于教学改革的要求，课程门数增加，重点课程的学时比例增大，水力学课程的学时数有降低的趋势。在比较少的课时中，水力学教授内容包括水静力学，动力学，流动阻力和能量损失，孔口管嘴出流和管路流动，明渠流动，堰流和渗流等内容，有些专业还需要学习气体射流等内容。分理论和工程应用两大部分，内容较多，涉及的基础知识较广，有些数学知识还需要在课程中进行补充，学时显得紧迫。
1.5 教材建设没有特点。如上所述目前水力学教学内容主要包括理论部分与工程应用部分，目前各个学校所使用的教材内容基本上按照上面列举的内容来布局，采用的教学顺序也是先理论（静力学，动力学，能量损失）后应用（孔口管嘴出流和管路流动，明渠流动，堰流和渗流等）的顺序。这个顺序和内容的布置是所有的非流体力学专业的水力学课程采用的一般方式。没有针对土建专业课程进行专门的布局，在理论部分的习题中基本上仍旧以水力工程的例子为主，在应用部分，没有结合土建类专业，比如给排水，通风，防渗，供暖改革课程内容。采用的基本上的水利类专业的课程体系和教材体系。
1.6 课程理论抽象，实验教学困难，教学方式比较单一。 水力学基本理论建立在复杂的物理分析和数学推导的基础之上，讲解起来比较抽象，数学基础比较差的同学较难接受，加上通过理论推导的结论和规律与现实的实际例子有一定的差异，对于同学们接受起来非常抽象，因此水力学课程往往成为土建类专业同学不以为然而又敬畏的课程之一。多数结论需要通过实验过程来进行验证，而水的运动过程受实际的条件约束较多，不同的工程条件会形成不同的结果，常规水力学实验主要用来验证流体力学基本理论以及一些典型的工程例子（如基本方程，能量损失，堰流等），验证一个规律需要较大的实验投入和准备工作，加上土建类专业实验中水力学的地位问题，实验教师的配置问题，水力学实验课程一般很难开全。实验过程中由于学生人数众多，实验分组一般都是5人-10 人一组，实验过程中动手能力以及实验效果均较差。
水力学教学过程一般采用理论教学和实验教学相结合的方式进行，理论教学一般采用介绍概念，提出问题，分析推导得出结论的步骤进行，这个步骤过程中采用传统的板书推导的方式是常用的教学方法，近年来许多学校的课堂教学过程也在尝试使用多媒体教学过程，但从效果来看不甚理想。
2 教学改革与探索
上述水力学教学过程中存在的问题说明，土建类专业的水力学教学目前已经处于一个比较困难和尴尬的地步。在教学过程中必须采用多方面的手段，改变教学思路，改进教学手段，更新教学内容，改善教学条件，提高教学质量。
2.1 课程内容改革和教材建设探讨。目前的水力学( 工程流体力学)课程基本以水利类专业为背景,介绍和研究的主要对象为水这种液体,对于土建类专业而言,笔者以为,水只是其专业背景下的一种流动工质,和建筑相关的流体种类还有很多,比如空气,燃气等,这些流体的流动过程本身与水运动的基本规律差别不大,应该能够在水力学课程中加以辅助介绍,在实际的教学过程中，我们在介绍水动力学基础中加入了气体运动规律（如可压缩流动的连续性方程，气体流动的能量方程以及压强线的概念等）；在介绍流动阻力和能量损失的时候补充了通风管道的阻力和能量损失的计算方法，在介绍孔口的时候联系到窗户等通风口的淹没出流问题，介绍管道流动计算的时候与建筑给水排水系统联系，在介绍渗流的时候结合建筑井和基坑的排水问题。并且在例题和作业中有意识的和建筑物中的流动问题相结合，通过这种调整使学生在学习的时候，不再觉得水力学是一门与建筑行业无关的课程，同时了解了建筑中的流动过程，而这些内容是他们可能在其他课程中无法了解的，认识了流体力学与建筑以及人类的生产生活过程息息相关之后，逐渐培养出学习流体力学（水力学）课程的积极性。
关于教材建设的问题，笔者长期以来使用两种教材，一种是以建筑设备工程专业使用的流体力学与流体机械类（多种流体，以空气主）；另一种是以水力工程，土木工程为代表专业使用的水力学或工程流体力学教材，这类教材一般以不可压缩水流为研究对象，水力工程应用比较丰富。通过长期的使用来看，应该以水力学（工程流体力学）为基本教材内容，适当的加入前者中关于气流运动，建筑工程中流动问题，并在二者结合的基础之上增加适当的工程问题作为例题和习题。建设土建类专业普遍实用的一本教材。目前的教学中内容已经进行了改变，但教材的编写和建设比较滞后。
2.2 教学手段的改革。关于多媒体教学在逻辑性强的含有较多的数学公式的推导内容的课程教学中的应用与效果问题，历来在高校中颇有争议，但不管怎样，为了适应学生的厌倦传统教学方式的要求，为了适应课堂教学时间缩短而内容增加的形势，传统的黑板教学方式必将被新型的教学手段所代替，这好象不值得讨论了，事实上并不是幻灯片方式不适用于公式推导的教学过程，问题在于我们的多媒体手段是不是能够解决和克服这样的问题。也就是说就是如何利用多媒体技术，以及应用怎样的多媒体技术。
水力学和流体力学研究的对象是流动的物质，研究的是流体的流动规律和状态，动画和录象是在教学中必不可少的元素，使用动画软件可以形象的描述出流体在压力变化的时候的体积变化，流动的迹线和流线，层流和紊流的特征和现象。使用PPT自带的动画功能也可以将每一步推导过程按照顺序播放和演示出来，这种变化的动态效果和流动的特征在本性上是相容的，从这个意义上讲流体力学是最适合使用多媒体技术讲授的。
对流体力学的抽象认识甚至可能因为多媒体的应用而改变，在没有多媒体技术之前，抽象的理论要被消化，往往是需要在实验过程中才有可能变的具体一些，而有了图象动画之后，在课堂上也可以一目了然，提高了教学效率，同时也吸引了大部分同学的积极性。在有了尽可能多的感性认识之后，对于数学推导以及原理的应用也比较容易接受了。
网络和信息技术的发展，为流体力学的教学提供了一个新的平台，笔者通过使多年的水力学教学过程中同时发现了不是课程本身的问题，许多同学不会主动的和老师沟通关于学习的问题，近年来我主动公布了自己的电子邮箱地址，QQ号码，个人博客和网站。意外的发现和同学的联系不断的增加，课程教学的问题也更多的通过网络来解决和消化了，当然更好的利用网络是建立网络课程，但笔者现在仍旧坚持采用这些一对一的网络方式。
多媒体技术与网络教学是流体力学教学手段进步的一种标志，除此之外借助于流体力学自身发展的技术来促进课程教学也不可忽略，计算流体力学的飞速发展和应用，使得在计算机上模拟流动的过程和结果变的非常容易，尽管在本科教学中，不必讲解计算流体力学，但使用它可以直接显示出一个具体流动的特征和规律。在多媒体的制作过程中这也是一个不可忽略的途径。
2.3 实验实践环节改革。水力学实验，所需场地面积大，设备投资高，单个实验时间长，土建类专业水力学课程实验环节一般比较少，实验个数少，实验参与度低，一般一台实验设备进行实验时往往有5、6人之多。很多同学实验过程中基本上是看其他同学做，实验效果较差，在实验条件受限的条件下，笔者认为可以采取以下的一些手段改善实验效果。
增加实验组数，我校的实验室有10台综合实验台，如果50个人一起做实验，5人一组，分成两组，就2-3人一个小组了，有了实验条件参与度自然提高，有些实验仪器只有2台套，这就要合理的组合了，将几种实验放在同一个时间段里进行，不同的小组进行不同的实验，然后依次进行轮换，这样的过程既防止了多人做一个实验，又避免了实验过程变成演示实验，提高了设备的利用率 。当然这样的结果带来的后果就是增加了实验老师的工作量，同时要求学生在课前的准备要足够的充分。
采用多媒体实验教学，有些实验仪器实验室中没有，我们就借鉴其他学校的实验录象或者自己使用动画制作了一些实验过程，在课堂上演示并讲解。达到实验目的明了，原理清楚，熟悉过程，知道结论的目的。
采用计算流体力学计算，根据工程的流动现象，自己设计流动过程的边界，条件，流体种类。通过计算机计算和数图显示，掌握流动规律，获得流动结论，由于计算机模拟是实质上的计算机实验，这一过程可以很好的代替实际的实验，可以模拟任意复杂的实验环境。同时也便于同学们自己设计实验，达到开拓视野，提高创新能力的目的。
2.4 考核方式和效果评价。传统的水力学教学方式基本上都是采用闭卷考试来评定学生成绩以及衡量学生是否结业，现行的水力学教材上基本上只有问答和计算两种形式，考试中一般多采用这两种题型。笔者在教学中结合本课程在专业中的地位问题，做如下的尝试：
考核不仅仅由考试来决定，在每章甚至在有些比较重要的小节或一个知识点介绍完之后，不定时的给学生布置小论文任务。要求学生就该内容去找日常生活或工程中有关的例子并进行说明，作为平时最重要的成绩。
考试的题型不限于计算和问答，采用更多的方式要求学生掌握基本规律，计算题在结业考试中的比重低于30%。但一定要是需要综合能力才可做的。前面的一些诸如选择，判断，作图，分析的体型考察基本规律和概念，既考查基本知识又考察应用能力。
考试的内容不全由教师决定，在每章作业之后布置一个特殊的任务，自己出一些本章内容有关的考题并上交，考试的时候一部分内容就是学生自己出的考题。这个过程由于学生比较重视，也很认真，同时也刺激了进一步学习的兴趣。
总评成绩的评定根据学校的规定，考试、实验和平时成绩各居一定比例。综合平定效果，这个问题我想大多数教师都是采用相同的方法来进行的。其实撇开教育的规范性来看，笔者认为，学习成绩的评定中应淡化考试成绩，而注重平时的学习和应用能力。
3 结语
水力学（流体力学）课程作为土建类专业的一门基础课程，在结构专业中的地位较弱，同时课程在教师队伍，教材建设，教学内容，教学方法，以及同工程实际相联系的过程中，也还存在诸多问题。作为该门课程的一名普通教师，笔者认为，当前应该改革课程内容，土建工程实践紧密结合，加快教材建设改革；改进教学方法，提高多媒体教学效果，使用网络教学平台；利用计算流体力学的成果促进课堂教学和实验教学；改变成绩评定和考核方式，使考核过程更加科学与合理。
参考文献
[1] 裴国霞.水力学课程教学模式的改革与实践[J].内蒙古农业大学学报,200,2(3);39-41
[2] 向文英,程光军.水力学教学方法探讨[J].高等建筑教育,2001,39(2):47-48
流体力学的基本知识范文第4篇
1 实验实践教学中的相关问题
从国内相关院校以及上海海洋大学工程学院工程基础实验、实践教材建设情况看，目前理论与实际相联系的内容详实、规范实用的实验、实践教学系列教材十分缺乏[5]。上海海洋大学经过几年的实践教学探索，虽然取得一些成绩，但也存在需要改进与完善的问题：首先，在实验、实践教材建设上没有系列化，正式出版的实践教材很少；其次，实验实践教学内容缺少深度和层次性，缺乏相关课程群组的关联与集成，较常采用传习性、因袭性的教育方法，缺乏对学生探究问题的鼓励；再次，实验实践教学考核模式单一，缺乏考核的层次性和多样性，采用所有学生按部就班地做一样的案例的方式较多，不利于学生综合能力和创新意识的培养[6]。
为了解决上述问题，实现上述目标，就要更好地发挥高校本科实验实践教学的作用。工程力学基础尤其是工程流体力学是海洋类大学的重要基础课程，本文以工程力学基础课程（工程流体力学）为主要研究对象，通过对本课程大纲、环节模块以及相关课程群的梳理，调研分析现行课程实验实践内容、条件以及不足之处，利用模块化层次化的架构，探索实验实践中的管理与运行机制。鉴于上海市教委对大学生创新的鼓励与项目的加大投入，本文提出对基于大学生创新能力培养的实验实践教学优化管理方案的研究，通过本科生创新思路、想法以及项目的综合分析利用，推动实验实践教学体系的优化进程。针对实验实践环节条件与教材完善，学生创新思想引导理论教学与实验实践内容深化，以及实验实践教学多方式灵活考核方法等方面展开探索，对现行工程力学基础课程实验实践教学的优化管理进行研究。
2 基于创新能力培养的教学优化管理方法
针对上述问题，基于大学生创新能力培养，推进工程力学基础课程实验实践教学的优化管理模式，优化工程综合类本科实验实践教学质量的关键领域和薄弱环节，优化本科实验实践教学的管理模块与层次，更好地为学校教学综合管理提升以及本科学生能力培养和素质提高提供服务和参考。
方法实施的主要流程包括：
1）以工程流体力学专业基础课程为对象，分析现有教学大纲，理清各个环节模块关系，研究构建学校、学院其他与之相关的课程群模型，完成与工程流体力学课程内容匹配与互补的体系架构；
2）总结现有实验实践课程开设情况与条件，分析与现有课程群组的关联关系，总结尚缺的环节条件；
3）调研分析现有大学生创新项目，结合工程流体力学理论课程与实验实践课程，完善更新实验实践教学系列教材；
4）以现有大学生创新思想需求及项目为基础，深化扩充现有实验实践教学案例、内容、环节及模块；
5）按照模块化训练模式，主要包括基础训练模块、专业训练模块以及综合训练模块来进行。
3 实施效果及分析
以上海海洋大学大三下学期本科学生为对象，针对开设的工程流体力学理论课程与实验课程、物流系统建模与仿真实践课程，采用上述方法，具体步骤如下。
1）整理大学生创新思想及项目，融入实验实践课程内容中，推进完善教学内容。
2）基于层次化、模块化的递阶式研究方法，分析并构建工程力学基础课程本科实验实践教学的优化管理机制与体系。
3）结合理论教学条件内容，在基础训练模块中，所涉及的实验实践内容主要是操作性实验，此类实验着重培养学生对应用及专业基本知识的理解和掌握，培养学生严肃认真的态度并为后续课程的学习提供基础知识。
4）在专业训练模块所涉及的实验实践内容主要是分析设计性实验，此类实验着重训练学生运用所学知识和获得的基本的实验技能，综合多课程群组的综合知识，在教师指导下对专业知识的全面理解和掌握，培养学生综合运用知识的能力以及创新思维设想。
5）在综合训练模块中所涉及的实验实践内容主要是综合性实验，结合现有和预想的创新思路项目，此类实验着重把理论知识和实际运用结合起来，接近实际工作，并深化学生在前两个模块中掌握的实验方法和操作技能，培养学生的综合分析能力和创新能力。
6）利用实验与问卷调查结合的方法，验证所获得的研究成果的有效性和实用性。
方法通过两届学生课堂实施进行验证，实施过程中的课堂效果与学生表现良好，课堂质量以及互动明显提升。分别对两届4个班的48名学生进行抽样问卷调查，通过结果分析显示：42名学生喜欢基于大学生创新能力培养的实验实践课程改革模式，3名学生选择一般，3名学生选择不喜欢而更习惯于传统教学方式；43名学生认为该方法值得推广到其他相应课程，4名选择一般，1名选择不值得推荐；对于存在的问题，学生反映较多的是除了大学生创新思想引导，还应加入更多的工程案例，因此融入合适的工程案例是继续改进的内容；同时学生通过课程引导，思路源于课程实验与实践，新增获5项大学生创新项目。
4 结束语
本科实验实践教学是培养大学生动手能力、创新能力以及解决分析处理实际问题能力过程中不可缺少的重要环节，而大学生创新精神和创新能力的培养与实验实践教学的管理机制是相辅相成、密不可分的。以工程流体力学实验实践课程为例，本文提出的基于大学生创新能力培养的方法在于改革优化现有的工程力学基础实验实践教学管理体制和运行模式，突破实验实践教学传统的不适应新形势的管理理念，创造新的人才培养模式，多角度全方位为学生实验实践教学管理与质量的提升提供参考。基于大学生创新能力培养，促进本科实验实践教学质量及管理机制的有效运转与提升，在全方位培养学生创新项目与能力的基础上，更好地推动工程力学基础课程本科实验实践教学的完善运转，更好地为学校其他专业课程的实验实践教学管理给予借鉴与参考。
参考文献
[1]孔鹏.高校文科类开放式实验教学的研究[J].高校实验室工作研究，2011（2）：26-28.
[2]王伟，孟祥贵，安寅.“创新人才培养模式”下的实验教学改革探索[J].实验科学与技术，2013，11（2）：144-146.
[3]程瑛琨，孟庆繁，刘成柏，等.高校基础实验教学质量评估体系的研究[J].高教论坛，2006（2）：116-118.
[4]阳国亮，曾冬梅.构建创新教育体系全面提高大学生的创新精神和实践能力[J].实验室研究与探索，2008，27（12）：
4-6.
[5]程永强，苗淑清，张建文，等.地方工科院校加强实践教学的探索与实践[J].实验技术与管理，2013，30（2）：5-9.
流体力学的基本知识范文第5篇
一、心输出量：心脏每分钟泵血量，等于每搏输出量×心率。
心脏的舒缩力是血液流动的原动力。由于循环系统是一个密闭的压力环，根据流体连续性原理，左心每分钟泵血量应当等于右心的回心血量[1]。左心室的泵血是血液循环中最重要的决定因素。而决定左心室泵血能力的因素有以下几个方面：1.前负荷，2.后负荷，3.心肌收缩力。下面我们分别来分析上述三者对心脏泵血能力的影响。
1.前负荷
定义：肌肉收缩前遇到的负荷。对心脏而言，心室舒张末期容积就是它的前负荷。在心脏生理中有一条十分重要的规律，称为Frank-Starling定律（见图1）。许多因素可以引起心室顺应性变差，临床上最常见的原因包括心室肥厚、心肌缺血。心室顺应性变差也可引起心力衰竭，这与后负荷过大引起的收缩性心力衰竭不同，我们称之为舒张性心力衰竭。主要机理是由于心室顺应性变差，导致心室舒张期充盈不够，引起心输出量下降。
说明：图中纵坐标为心脏每搏输出量，横坐标为心室舒张末期容量，最高的那条曲线为正常人交感兴奋状态下的Starling曲线，中间那条曲线为正常人安静状态下Starling曲线，最下面那条曲线为心力衰竭患者的Starling曲线。
2.后负荷
后负荷是一个十分复杂的参数，生理学告诉我们，心室在收缩期所做的功分为两部分：1.大动脉的弹性势能，2.血液的动能[2]。弹性势能使动脉扩张而容纳更多血液，血液动能使血流克服血管阻力而向前流动。其中弹性势能是主要部分，约占心室做功的2/3，血液的动能约占心室做功的1/3。以上是从能量守恒的角度分析问题。
下面我们来看看胸内压对心脏功能的影响。在正常人，胸内压均为负值，根据Laplace公式可知，负的胸内压将增加P，导致心室后负荷增加，从而不利于心功能；正的胸腔内压将减少P，导致心室后负荷减少，从而改善心功能。目前临床上使用的机械通气均为正压通气，因此机械通气可以起到心脏辅助支持作用，心源性休克的患者应当使用正压通气。请注意，这里说的是机械通气对心室后负荷的影响，机械通气对心室前负荷的影响又是另外一个问题。一般来说，正压通气对胸腔静脉的回流会有阻碍作用，但是这种阻碍在血容量充足的患者基本可以忽略不计。
3.心肌收缩力
在剔除前负荷及后负荷对心肌收缩力的影响之后，决定心肌收缩力的因素就是心肌细胞本身的结构和功能状态了。一般来说，素有锻炼者心肌细胞比较发达，收缩力较强。当心肌细胞发生炎症、缺血缺氧、中毒等病变时会影响其收缩能力。另外，心肌收缩力受神经和体液调节，心交感神经，去甲肾上腺素，肾上腺素使之增强；迷走神经，乙酰胆碱使之减弱。在临床上，超声心动图是一个比较好的检测心肌收缩力的手段。
二、血管阻力
血管阻力即血液在血管系统中流动时所受到的总的阻力，大部分发生在小动脉。在物理学上有一个Hagen-Poisseuille方程可以描述管道的阻力：R=8μL/ πr4
公式中R代表血管阻力，μ代表血液的粘滞度，L代表血管的长度，r代表血管的半径。由上式可以看出，阻力的大小主要决定于血管的半径。
三、血压
血压指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，即压强。由于血管分动脉、毛细血管和静脉，所以，也就有动脉血压、毛细血管压和静脉血压[3]。通常所说的血压是指动脉血压。在人体，动脉血压是一个不断变化的变量，最大值出现在心动周期的收缩期，称为收缩压，最小值出现在心动周期的舒张期，称为舒张压[4]。通常以平均动脉压作为心动周期中的平均血压，平均动脉压=舒张压+1/3脉压差。
影响血压的因素有两个：心输出量和血管阻力。在电学中有一个著名的欧姆定律，描叙的是电压、电阻和电流的关系，即电压=电流×电阻。其实这条定律在流体力学中一样成立，即：管道两端压力差=管道内流量×管道阻力。
我们将人体全身的血管网络看成一个管道，主动脉为流入端，右心房为流出端，以一分钟为单位时间，那么根据欧姆定律，（流入端压力-流出端压力）=分钟血流量×全身血管阻力。
流入端压力即动脉压，流出端压力等于右心房压（一般情况下接近于0），1分钟内的血流量就是心输出量。
替换后可得出：血压（Bp）=心输出量（CO）×全身血管阻力（SVR）。
根据上式可知，一个正常的血压值可以存在三种情况：1.正常心输出量和正常血管阻力；2.高心输出量和低外周阻力；3.低心输出量和高外周阻力。因此，当我们看到一个正常的血压值时并不意味着病人处于循环稳定的状态。
公式中的全身血管阻力（SVR）是一个ICU常用的血流动力学参数，可以用来反映心脏后负荷的情况。但实际上这是有一定偏差的。原因如下：
1.小动脉的阻力是心室后负荷的一小部分，主要部分在大动脉的顺应性（弹性）上；
2.SVR反映的是全身动脉和静脉的平均阻力。由于血管阻力主要部分都集中在小动脉，静脉系统的阻力明显小于动脉系统阻力，因此SVR会低于小动脉系统的阻力。
研究血流动力学对于正确指导临床治疗有积极的意义。
参考文献：
[1]王晓曦， 刘宏斌， 胡小忠， 等. 以CT图像为基础的冠状动脉狭窄处血流动力学研究[J]. 现代生物医学进展， 2013， 13（09）： 1682-1686.
[2]李昂. 危重病医学临床教学经验交流[J]. 临床和实验医学杂志， 2012， 11（05）： 400-401.
