工程流体力学知识点
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工程流体力学知识点范文第1篇
作者简介：韦鲁滨（1962-），男，江苏扬州人，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，教授；曾鸣（1957-），男，重庆人，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，教授。（北京 100083）
基金项目：本文系中国矿业大学（北京）课程建设与教学改革项目（项目编号：K120304）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0085-01
“工程流体力学”涉及数学、力学、物理学内容和必要的工程背景。作为矿物加工、化工等学科的专业基础课，“工程流体力学”课程理论性强、概念多、公式烦杂、工程应用广，对学生综合运用知识和联系实际的能力要求较高，是后续专业课程学习、科学研究和工程应用的重要基础。因此，教师在传授课程知识点的同时，更要注重学生学习、综合运用以及科研实践能力的培养。
一、注重课程导论，激发求知兴趣
“工程流体力学”学时少、任务重，教师讲授课程导论时要确保学生在对课程有整体认识的基础上，激发他们对课程的求知欲望和学习兴趣，丰富学生的想象力。流体力学是研究流体运动及其作用的学科，从数学的角度看，流体力学是对有解方程在不同定解条件下的求解；从美学的角度看，流体力学将变化万千的流体世界，按照相对简单的数学规律给予描述，体现了客观世界的内在美与和谐；从物理和工程的角度看，流体力学是一个由一般到特殊，再由特殊到一般的过程，即对现实问题进行简化，提出方程并构造定解条件，应用实验法、解析法和数值模拟法等手段去寻求问题的答案，再回到所设定问题，根据所解的特定问题寻找带有普遍性的规律，从而指导进一步研究和实践的过程。这样的讲授能使学生从不同角度理解流体力学的美与价值。
引入学生感兴趣和当今工程领域的热点问题，分析流体力学知识在其中的应用。如运载火箭整流罩形状变化对火箭飞行过程的作用；鲨鱼皮泳衣对运动员游泳速度的影响等。通过相关问题的讨论，学生了解学习这门课以后，能够运用所学的相关知识解决实际生活和工程实践中的问题，从而增强学生发现问题与解决问题的能力，调动起学生学习的主动性与积极性。
二、注重深入浅出，促进消化吸收
“工程流体力学”的讲授过程要求内容深入浅出、浅显易懂，由静力学到动力学，由理想流体到粘性流体。学生在对简单知识充分了解和掌握的基础上能够更容易接受相关的扩展和推广的知识点。以恒定不可压缩流体的动量方程为例，具体说明深入浅出的授课过程：将问题简化，给出限定条件，即在恒定渐变流的过水断面上列方程；由动力守恒的角度给出质点系的动量方程；假设将流体看成系统，利用拉格朗日观点解释；结合不可压缩流体连续性方程得出：
（1）
其欧拉观点的物理解释为，作用于控制体上的合力等于单位时间流出控制体的动量减去流入控制体的动量；由物理解释可知其在渐变流过水断面，速度分布不均匀的情况下仍然成立；由恒定不可压缩流体总流动量方程对任意封闭管面的控制体均成立，可进一步推广为雷诺输运方程：
（2）
其中，P为任何物理量。
上述循序渐进的过程表明，先对问题进行适当简化，后逐渐由浅入深、层层推进，有助于学生对较难知识点的接收、理解和掌握。
三、注重物理解释，加强理解记忆
“工程流体力学”涉及的数学公式较多，授课过程中若过分强调数学推导会使得学生提不起兴趣且难于理解和记忆，注重相关公式的物理解释可以加强学生对公式的理解程度，便于记忆和应用。如，理想流体恒定元流的伯努利方程一般给出的是欧拉描述法解释，还可给出更为直观的拉格朗日描述法解释：重力作用下的恒定不可压缩理想流体，给定质点的机械能在流动过程中保持不变。
例如，“工程流体力学”中经常涉及的随体导数运算符号，除了解释位移加速度和当地加速度之外，还应将随体导数的应用范围自然延伸，拓展后的物理意义为：追踪观察场中的某一流体质点，单位时间内该质点的物理量在流动过程中的变化。随体导数物理意义可用于不可压缩流体连续性方程的导出，纠正了不可压缩流体密度为常数的错误认识。综上所述，物理解释无论是对学生理解概念和公式，还是对知识的进一步应用都具有较大促进作用。
四、注重详略得当，掌握重点知识
“工程流体力学”涉及范围广，知识点多，若面面俱到地将教材内容一并灌输给学生，会增加他们的学习负担，很难达到很好的教学效果。因此，要在整个教学过程中贯穿“少而精”的原则，对于那些学生已经学过或能够自学理解的内容安排课下自学，对于专业不相关的内容进行适当删减；要重点突出、究其实质，详略对比，使学生能够由此及彼，触类旁通。例如，《工程
流体力学》教材中密度、浮力、压力等知识点在普通物理的课程中已经有所涉及，完全可以安排学生自学；而流体运动的连续性方程、伯努利方程和动量方程作为研究流体运动的核心内容则需要多花精力，详细讲解。在学生已掌握核心内容基础上，知识点的进一步扩展和延伸可以通过对比方式给出，省去复杂的推导过程，使学生遇到相关问题时直接应用即可。例如，动量矩方程可以确定运动流体与边界之间的作用力位置，在介绍动量矩方程时可以简单地与动量方程对比得出，而无需进行过程推演，进而可知恒定不可压缩流体的动量矩方程，其物理意义为：
（3）
合力矩等于单位时间从控制体输出的流体动量矩减去向控制体内输入的流体动量矩。以上过程表明，对于重点知识的掌握有助于相关知识的拓展，因此要详略得当，使学生学习过程更轻松。
五、注重工程背景，培养科研能力
教师在授课过程中一方面要考虑学生对各个知识点掌握，另一方面还要培养学生综合运用知识以及科研和工程实践能力，以便学生在将来的学习和工作中能够学以致用。一个简单的水流经过喷管的过程就涉及伯努利方程、连续性方程和动量方程。因此，要想很好地掌握理论知识，解决实际问题，对工程流体力学知识的综合运用能力必不可少。“工程流体力学”作为矿物加工工程专业的专业课，在矿物分离过程中应用极其广泛，教师在授课过程中应结合选矿应用实例进行讲解，使学生在掌握理论知识的同时体会到在具体问题解决过程中如何分析和建模。例如，跳汰机可看作一个不等断面的连通管，其水流运动是周期性的非定常流，各点运动速度随位置和时间而变，且推动水流运动的源动力也不是恒定的，而是时间的函数；水力旋流器内流体速度切向速度可由强制涡和准自由涡描述，颗粒在水力旋流器离心力场的分离可从颗粒重力场中分离类比推演。通过理论结合实际的方式，培养学生实践中认识问题和解决问题的能力。
六、结束语
“工程流体力学”作为一门专业基础课，既有较强的理论性，又和工程实践紧密结合。因此学好这门课程对学生综合运用、科学研究、工程实践能力的培养都具有重要意义。教师在教学过程中，应充分做到内容、方法和手段相结合，培养学生学习和综合运用的能力，为将来从事科学研究和工程实践打下坚实基础。
参考文献：
[1]禹华谦.工程流体力学（水力学）[M].成都：西南交通大学出版社，2009.
工程流体力学知识点范文第2篇
关键词：行业类高校；高等流体力学；电力特色
作者简介：张莉（1973-），女，河南商丘人，上海电力学院能源与机械工程学院，教授；李永光（1957-），男，湖南长沙人，上海电力学院科研处处长，教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海电力学院研究生学位课程建设项目（项目编号：YKJ-2012004）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0086-02
2007年，上海电力学院（以下简称“我校”）热能工程二级学科首次招生，“高等流体力学”首次开课，授课人数20余人，随后几年间授课人数逐年增长。2012年我校动力工程与工程热物理一级学科又增设了工程热物理、动力机械及工程两个二级学科，“高等流体力学”授课范围扩大的同时，授课人数也增加到60余人。但是鉴于我校研究生数量较少、研究生培养历史较短以及师资力量相对薄弱等方面的原因，课程教学的教材只能选用已有的教材。在组织教学内容的过程中发现，大多数教材普遍存在一些问题，如过于强调基本理论、对数学知识的要求偏高、工程应用方面涉猎很少，或者有些工程学科专业的相关研究生教材又往往缺乏理论深度，工程应用背景针对性强，有的强调高速气动、有的强调水动叶栅流动、有的强调涡动力学等等。鉴于此，作为行业类非重点高校，在“高等流体力学”课程的教学中有必要结合我校电力特色进行教学内容和教学模式的研究和探讨。
一、课程教材的调研
为了能更好地做好此次教学研究工作，课程组首先对高校相关研究生专业的“高等流体力学”教材进行了调研，分别对清华大学、西安交通大学、上海交通大学、浙江大学、东南大学、华中科技大学、华北电力大学、东北电力大学等国内若干所大学相关课程的教材及内容做了简单分析。
从调研情况看，所有高校都对流体力学的基本理论很重视，主要教学内容均包括了流动的基本概念和基本方程、流体运动学、势流理论、涡旋流动、理想流体流动、粘性流体流动等，目的是使研究生通过学习流体的运动规律，掌握研究流动的方法进而分析解决实际的工程流动问题。同时，各高校的教材和主要教学参考书还注重与自身学科研究方向的结合，课程的某些重点内容与培养方向相接轨，突出了自身的特色。通过调研发现，“高等流体力学”作为研究生学位课，其教学内容在注重理论基础的同时，还必须要与自身的相关学科研究方向相结合，在注重通用理论的基础上，形成自己的特色。
二、我校授课对象的情况分析
做好此次的教学研究工作，还必须对我校的授课对象有一个清楚的认识。目前，“高等流体力学”已列为本校工程热物理、热能工程、动力机械及工程三个二级学科的研究生学位课程。尽管上述三个二级学科涉及能源、动力、机械等宽广的工程领域，但结合我校的电力特色，这三个二级学科主要是为电力行业培养高级的专业人才，而在电力行业中流动现象多存在于流体机械、动力机械、换热设备、容器、管道等部件，因此，在教学内容上应在透彻讲解流体力学微分方程组的基础上，注重联系工程实际，偏重于讲解流体在上述部件中的流动以及与这些部件间的相互作用。
研究生生源的实际情况也是教学过程中需要考虑的因素。到目前为止，我校共招收6届研究生，通过向历届学生了解发现有以下情况存在：部分同学跨专业（如：数学专业、电力系统及其自动化专业、计算机与信息专业等）考入学校，本科阶段没有学习过“工程流体力学”课程；即使是研究生与本科专业背景相同的同学，他们也普遍认为”工程流体力学”较难，硕士入学考试时，大都不选考“工程流体力学”，这也使得他们可能在大三、甚至大二学完以后，再也没有系统地梳理过流体力学知识。由于各高校专业方向的侧重点不同，大部分同学对电力行业内的流体知识也不是特别了解；考入学校的学生多数为调剂生，入学成绩整体不高。这些情况都表明，我校硕士研究生入学时的流体力学知识基础相对比较薄弱，需要在授课过程中讲授深层次新知识的同时，及时地对基础知识进行回顾和提醒。
三、教学内容的组织
基于以上的调研和分析，课程组首先对教材进行了选取，对教学内容进行了组织。
1.教学目标的明确
“高等流体力学”是为工程热物理、热能工程以及动力机械与工程专业研究生设置的专业学位课程。根据专业人才培养的需要，结合长期本科教学的经验，确定了课程的教学目标：通过对流体力学的基本概念、基本方程、理想不可压缩流体的流动、粘性不可压缩流体的流动、层流边界层与紊流流动、理想可压缩流体等内容的学习，深化学生对流体力学基本内容的理解，提高学生的理论水平，为相关专业课程的学习、课题的研究及论文的撰写打好理论基础。
2.教材的选用
“高等流体力学”是动力工程及工程热物理学科的一门传统课程，有很多课程教材可供选用。通过调研比较，西安交通大学有关电力生产的学科研究方向与我校的研究方向比较吻合，其在“动力工程及工程热物理”一级学科中的学位课 “高等流体力学”选择了西安交通大学出版社出版、张鸣远等编著的《高等流体力学》一书作为教材，课程组通过对该书内容的分析，也一致认为张鸣远等编著的《高等流体力学》比较适合我校侧重于电力人才培养的需求，因此决定选用该书作为本校“高等流体力学”课程的教材。与此同时，将调研中搜寻到的各有特点的教材作为参考书目推荐给学生供他们参考使用。
3.教学内容的组织
在进行“高等流体力学”课程教学内容的组织时，结合我校研究生培养方案和学科建设，既照顾到经典流体力学的通用知识，又重视课程知识的针对性、行业应用的特殊性、学生学习的兴趣以及与学校其他研究生课程的关联性。课程内容的组织主要从以下几个方面考虑：
（1）奠定扎实基础。“高等流体力学”是一门系统性、逻辑性较强的课程，作为硕士研究生的学位课，在加深学生对流动所伴随的物理现象的认识、概念的建立及规律分析的同时，还应努力加深学生学科知识分析和研究问题的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解决流体力学问题的水平及能力。
（2）突出电力生产特色。针对我校研究生的专业背景和学科研究方向，强调本学科与电力生产流程和设备的结合，强化学生应用流体力学知识，认识并解决相关电力工程问题的能力。教学内容应注重理论与实践相结合，保持基础理论知识与工程应用知识的相对平衡。
（3）注重课程的关联性和完整性。在关联性方面，首先与本科阶段的教学内容要有恰当的分工和衔接，其次要避免与其他相关课程之间缺乏衔接；在自身内容体系的完整性方面，既要注意到对数学知识回顾和补充的必要性，又要对工程中不常见的复杂流动概念的介绍有所兼顾。
考虑以上几个方面，课程组将教学内容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量运算分析”、“场论知识”的回顾以及曲线坐标、张量分析知识的补充；第二部分“流体力学的基本方程”主要介绍流体力学的基本概念，流体力学的控制方程组以及一些相关的重要定理；第三部分“理想不可压缩流体的流动”介绍平面势流，空间轴对称势流和理想流体中的旋涡运动，其中对平面势流里的复位势、叠加法、镜像法和保角变换法做重点讲解；第四部分“粘性不可压缩流体的流动”中介绍纳维―斯托克斯方程的精确解，小雷诺数流动，层流边界层流动和紊流，其中对工程中应用较多的层流边界层流动和紊流做重点讲解；第五部分“理想可压缩流体的流动”分别介绍一维流动和平面流动，其中对一维流动做重点讲解。
四、教学模式的探讨
学生的学习情况在不断地发生变化，这就需要教师不断根据实际情况，进行教学模式的探讨，充分调动学生学习的主动性和积极性，使他们在有限的学习时间中学习好内容繁多的“流体力学”。
1.教学方法
“高等流体力学”是一门基础课，基本概念和基础理论部分内容较多，涉及的公式推导也比较多，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。为此，课程组以教材为蓝本编制了电子课件，教学中采用板书与多媒体相结合的教学模式，突出传统板书中能够清晰讲解复杂理论推导的优点，充分利用多媒体教学信息量大、图像清晰生动的特点。经过一段时间的尝试，这种教学方法既达到了避免研究生在课堂上因长时间精力高度集中而产生疲劳的问题，又有利于他们理解并掌握复杂的流体力学基本理论的教学效果。
2.教学手段
尽管本课程以课堂讲授教学方式为主，但要避免“填鸭式”的讲授，要注重以启发式讲授为主的多种教学方法的综合应用，提高课堂教学的趣味性，以提高学生学习兴趣和主动性。课程组结合本科“工程流体力学”多年的教学经验，在教学过程中注意做到几个注重：注重物理概念与数学方法的有机结合，强调物理含义的数学表示以及数学内容的物理解释；既注意严格的理论推导，又注意叙述的深入浅出；注重教学思路，教学方法，在引进概念介绍方法时，突出解决问题的思维方法及推理要点；注重从与教材不同的角度或思路来讲述同一教材内容，以丰富学生思维和联想能力；注重引导学生围绕课程内容，发现问题、提出问题、解决问题，同时再结合课程组教师的科研积累，搜集并提炼出了大量与电力生产紧密关联的工程案例，通过案例的讨论和分析，增强学生学习理论知识的兴趣，提升课堂教学的互动效果，增强学生运用理论知识分析并解决工程实际问题的能力。
3.辅助教学
仅仅通过课堂上对教材的学习是远远不够的，还必须配套地做大量的习题，才能较好地使学生掌握具有理论性强、公式多、数理基础要求高的“高等流体力学”课程。考虑到我校研究生教学的特点，课程组根据教材的主要内容编写了典型习题集。习题集力图做到习题具有典型性，能够对应教学内容的各个知识点，学生通过习题的练习，能有效地掌握教材中的基本知识。此外，习题集中的习题也尽可能地结合电力生产中的流动问题，帮助学生对专业关联工程问题进行认识和思考，培养学生应用知识的能力。
4.课程考核
课程考核成绩应该能够较为客观地反映学生对课程的整体学习情况。为了全面地反映学生的全程学习过程和最终的学习效果，课程组经讨论明确了课程的总评成绩由平时成绩和期末考试成绩综合评定得出，平时成绩与期末考试成绩的分配比例是2∶8。平时成绩包含作业、考勤、课堂表现等几部分。期末考试采用笔试形式，考试试卷从建立的试卷库中随机抽取。
期末考试是课程考核的重头戏，为了提高学生的学习积极性，同时也为了增强教师的工作责任心，实行考、教分离是一个较好的督促办法。为此，2012年课程组根据课程的教学要求组织编写了试卷库。试卷库中的试题符合教学大纲的要求，内容丰富、形式多样、题型一致，试题表述清楚，要求明确，无偏题、怪题，难易得当，考核的知识点覆盖面宽，能考核学生掌握知识以及应用知识进行综合分析能力的情况。此次编写的试卷库共包含试卷6份，至少够三年使用，随着试卷库的使用，课程组还拟将对试卷库进行不断扩充。
五、结束语
“高等流体力学”的日常教学工作一个任重而道远，为了适应高等流体力学服务于日新月异的学科发展的需求，提高该学位课程的教学效果，更好地为本校研究生人才培养服务，课程组将把教学研究工作不断地持续进行下去，搜集最新最前沿的相关信息以补充教学内容，探讨教学模式以提高教学效果，及时对习题库和试卷题库进行更新。相信只要教师多花一点时间，多动一点脑筋，多找一些教育学生的切入点，因材施教，一定能取得好的教育效果。
参考文献：
[1]张鸣远.高等流体力学[M].西安：西安交通大学出版社，2006.
[2]董守平.高等流体力学[M].东营：中国石油大学出版社，2006.
[3]王献孚.高等流体力学[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.
[4]王松岭.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2011.
[5]周云龙.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2008.
工程流体力学知识点范文第3篇
关键词： 流体力学；实践教学；教学改革
中图分类号：O35
流体力学是材料成型、机械、航空航天、土木、化工等多个学科的专业基础课程，主要研究生产、生活中遇到的流体平衡和运动规律的问题。流体力学具有理论性强、公式推导和基本概念多、对学生的数学物理知识要求高、应用广泛等特点。熟练掌握流体力学这门专业基础课程，对解决工程实际问题有着重要的意义。
结合实际的教学经验，目前的流体力学课程教学中存在如下问题。首先，大量的基本概念、定理、公式和理论模型需要学生掌握，抽象复杂，教师满堂灌输，学生被动接受，导致“教师难教，学生难学”的现象。其次，流体力学虽理论性较强，但与工程实际息息相关，课堂习题和课后练习往往与工程实际脱节，学生缺乏理论联系实际，不能很好地将所学知识应用于实际工程问题。再次，流体力学课程实验多为演示实验，学生不能主动设计实验并加以验证，不利于培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。
针对流体力学课程特点和存在的问题，本文从教学内容、教学方法、教学考核等方面，对流体力学教学改革进行探讨。
一、 优化理论和实验教学内容
流体力学理论应该以掌握概念为基础，以分析计算为手段，以加强应用为目的来展开。教学过程中，应对教学章节划分轻重主次，进行合理取舍，课堂中引入工程实际问题，进行习题练习和思考分析，提高思考和解决问题的能力，培养出应用型人才。在内容选择上，根据专业人才培养方案的思路和流体力学自身规律，优化选取教学内容，注重点面结合。在完整全面介绍基础知识的前提下，实时穿插介绍流体力学最新科研成果、科学研究热点和具体的工程应用实例。在理论教学内容安排方面，应该遵循由简到繁，由易到难的原则，明确课程主线的基础之上，突出重点的基本概念、掌握基本方法和技巧、培养学生的思维方式。
在流体力学实验教学环节，学生可以加深对基本概念的理解和对重要公式的应用。实验教学内容分为三类：必开实验模块、选开实验模块和自主设计实验模块。在必开实验中，应该围绕流体力学最重要的理论内容，进行理解和掌握，去粗取精，探究核心内容。在选开实验中，应该结合流体力学科研热点和科研动向，整合实验教学资源，理论联系实际，进行工程应用的培养。自主设计实验模块从无到有，应该增大次模块比例，适当增加学生人数，培养学生自主创新和研发的能力，学生的实验作品，可进行展览或参赛，激发学生的创新热情，提高综合素质。
二、 改进教学方法和手段
流体力学课程内容复杂枯燥且抽象，对于高等数学的要求较多，大部分学生学习困难较大。为了培养学生学习兴趣，激发创造力，我们应该对教学方法进行探索和改进。
为了丰富课堂内容，教师应该巧妙地设计身边有趣的问题，将问题抛进课堂，启发学生的思维。例如，介绍伯努利方程之前，可以搜集吹纸片和吹风机吹乒乓球等有趣的伯努利现象，向学生提出问题，引入相对枯燥的课程内容，从而提高学生的学习兴趣。在课堂教学过程中，适当介绍最新的研究成果和研究热点，可以调节课堂气氛，极大地丰富了学生的知识面，提高学习积极性。例如讲解动量方程时，可以介绍军舰的不同推进方式，增加学生对流体力学用于军事装备的了解，增强了学习动力。教师讲解课堂内容时，不能仅限于内容本身，应该引入研究背景、科学家的研究思想和发展进程。通过此类介绍，使学生学会在实际工作中发现问题、提出问题、分析问题和自主解决问题，通过理论联系实际，从而达到培养综合能力的目的。最重要的是，教师讲解应该形成清晰的立体空间，讲解知识点的过程中，注意点线面相结合，形成清晰的脉络，有利于学生对课程的掌握。
三、 完善课程考核方式
考核的目的在于考察学生掌握程度，检验教学成果，从而促进教学方法的改M和课程的优化改革。因此，流体力学的课程考核应该在一定程度上反映学生的主观能动性，这样有助于营造良好的课堂氛围，促进教师与学生之间的互动和交流。相比于期末考试成绩占百分之百比重的传统考核方式，目前综合考核的方式更加人性化、合理，操作起来也更加复杂。
目前，我院主要采用平时成绩和期末成绩综合考核的方式进行课程评价。平时成绩包括课堂考勤、作业和实验报告，每一个部分占一定的成绩比例。平时成绩是学生对该课程的学习状况、掌握情况的重要反映，也是教师及时了解教学整体情况的重要途径，平时成绩应该是考核中最重要的内容。在平时成绩考核过程中，教师应该对作业和实验内容进行精心设计和优化，不能盲目采用题海战术，应分轻重主次，让学生对各章节的学习有的放矢，有利于调动学生学习积极性，进行综合素质的培养。期末考试可以采用开卷、半开卷的新形式，着重考核学生利用知识分析问题的能力和创新能力。
结束语：
流体力学对后续专业课程的学习和解决实际工程问题是非常重要的，教师应该在教学过程中不断发现问题、分析问题和解决问题，不断改善教学方法，最终提高教学质量，培养学生的综合能力。
参考文献
[1]张志宏，顾建农，王家楣.“流体力学”课程教学改革的实践与探索[J].高等理科教育，2006（5）：87-91。
[2]欧阳莉.“流体动力学”教学内容及考核方法研究[J].大学教育，2015：117-118。
[3]杨扬，张勤星，王利霞，李倩.工科流体力学教学方法与改革[J].大学教育，2015：129-130。
工程流体力学知识点范文第4篇
论文关键词：高职院校；流体力学；学习兴趣
“流体力学”课程是我国高等院校工科专业的一门主干专业基础课，涉及土木、能源、医学、环境、化工等许多领域。该课程是联系前期“高等数学”、“理论力学”等基础课程和后续专业课程的桥梁和纽带，在学生能力培养和知识体系构建过程中起着“承上启下”的作用。流体力学因曾经在20世纪五六十年代对航空航天事业的巨大推动而倍受世人瞩目。近年来，流体力学广泛深入地向边缘学科交叉渗透，这就要求相关领域的工作者要善于从错综复杂的工程实际中独立地提出问题和解决问题。
民办高职院校的学生入学成绩较差、自主学习的能力较差。很多学生对流体力学现象认识模糊，学生普遍感觉流体力学概念抽象，难以理解，对“流体力学”产生畏难情绪和厌学现象，学习积极性不高。2011年，江苏省高职院校招生实行注册入学，更意味着生源素质的良莠不齐，这对工科专业的民办高职院校的“流体力学”课程教学是个严峻的挑战。
一、民办高职院校学生的特点
1.入学成绩较差
民办高职院校在高等院校中处于较低的地位，这尤其体现在招生中，往往是录取批次的最后一批。这就意味着入学的学生往往入学成绩较差，从这几年金肯职业技术学院（以下简称“我校”）的录取成绩来看，从90分～330分都有，大多是在180分左右。因此民办高职院校的学生往往数学物理基础较差，计算能力较差，影响他们对工科课程的学习。
2.自主学习的能力较差
从和学生的交流情况来看，学生在课后很少主动学习、看相关的书籍，甚至连作业都有不能按时保质完成的时候。
二、如何调动学生学习“流体力学”的主观能动性
民办高职院校和公办本科院校以及公办高职院校有很大的区别，使得在“流体力学”课程教学中不能照搬上述公办院校的方法，而要根据民办高职院校的特点来实行教学。
陶行知在《中国教育改造》中指出：“大凡选择职业科目之标准，不在适与不适，而在最适与非最适。所谓最适者有二，一曰才能，二曰兴味。才能足以乐业。”学习最有兴趣的专业，因其兴趣，才会有乐趣，才会安于学习。托尔斯泰说过：“成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生的兴趣。”对民办高职院校的学生更应注重兴趣的培养。
1.教学内容优化，降低难度
（1）教学内容精简，理论够用为度。鉴于高职院校学生的特点，再结合高职专业所实现的目标——技能性人才，根据各专业的侧重点，对教学内容进行优化。理论难度够用为度，不求理论的系统性和完整性。以给排水工程专业为例，流体静力学经优化后，保留静压强及其特性、静力学基本方程的应用、平面和曲面的静水总压力的内容，侧重基本概念、基本定律和方程式，取消了平衡微分方程的内容。对我校学生而言，难以听懂，不如加强基本知识的介绍，如能透彻理解，对工作和生活更有用。
（2）教学内容体现职业特点。应该在教学内容中体现本专业的专业内容。对于面向给排水工程专业开设的“流体力学”课程，其专业和自来水、污水的运输和输送紧密相关，都离不开管、泵的设计与使用，这就涉及到流体力学的许多方面。例如，分析流体在管道内的流动规律、压力、阻力、流速和输量的关系时，应向学生指出此处知识点的学习是为了根据流动规律和各参数关系来设计管径、校核管材强度、布置管线以及选择泵的大小和类型、设计泵的安装位置等，把知识点融入到职业特点中，编成例题进行讲解。有些概念和理论是学生首次在“流体力学”里学到的，并且会贯穿到整个专业知识的学习过程中，例如雷诺数、水头损失、沿程水损等，所以，对于此类知识的反复强调也是非常必要的。把“流体力学”和“泵与风机”、“管道工程”、“水处理工程”等专业课联系在一起，相关知识点能做到心中有数，为以后专业知识的学习打下坚实的基础。优化内容的同时，也不同程度地降低了学习内容的难度，这在客观上为提高学生的学习积极性铺平了道路。
2.活跃教学课堂气氛，营造轻松的学习环境
（1）用重大事件激发学生学习“流体力学”的自觉性、主动性和积极性。在教学中适当地穿插讲述一些有关的重大事故、重大灾害和重大建设项目（统称“重大事件”），对于学生认识现在的学习与未来工作之间的关系、提高学习自觉性、培养热爱专业的思想和严谨的科学作风很有帮助，同时也有助于活跃课堂气氛。
在讲授“流体静力学”这一章节内容时，可举1993年青海沟后水库垮坝事件。1993年8月27日夜间，库容为330万m3的青海省海南藏族自治州沟后水库在库水位低于设计水位0.75m3的情况下突然垮坝失事，造成288人死亡，40人失踪，直接经济损失1.53亿元。水利部专家组调查认定，沟后水库在设计上有缺陷，施工中又存在严重质量问题，运行管理工作薄弱，这次垮坝属于重大责任事故。结合流体静力学讲述这一事件时指出：不管在什么岗位，责任心和专业技术素质也许会关系到千百人生命财产的安全。
（2）用工程或生活实例让学生感受到科学很奇妙，身边处处有科学。兴趣是学习的最大动力，教师应该让学生直观形象地了解流体力学的广泛应用性以及内容的趣味性，将与日常生活或生产实际有关的例子介绍给学生。“流体力学”的理论性较强，公式较多，学生理解比较困难。如果教师在课程的讲解过程中，多穿插一些实际生活中的现象，与课本中的理论结合起来讲，一定会大大提高学习兴趣，使学生更好地熟记和应用知识。在静力学章节的学习过程中，可举“人能下潜多深？”的例子，帮助理解静力学基本方程。小时候经常玩的一个游戏——吹纸条。拿出一个小纸条，让它自然下垂。沿水平方向在它上面吹气，纸条就会飘起，这是由于流动气体的压强小。而解释流动气体压强为什么小，要借助伯努利方程来解释。“站台安全线的由来”，“神奇的香蕉球”是如何踢出来的？这也要用伯努利方程来解释。身边的科学无处不在，只要仔细观察，便能从中领悟到许多道理。
从奇妙的鱼缸、小鸟喝水的杯子到饮水机的原理，介绍静力学基本方程的应用及等压面的概念。简单的原理，小小的发明，却给生活带来极大的方便，这就是创造发明的价值所在。
（3）增加语言的艺术性，让枯燥的流体力学变得优美和富有哲理。子曰：“学而时习之，不亦悦乎？”学习应该是快乐轻松的事。从幼儿园到小学，都倡导素质教育、快乐教育。高等教育也应该贯彻这一思想，学习才能持久。
传统的课堂教学极容易枯燥乏味，使学生听课索然无味，这必将不利于教学质量的提高。如果我们的授课语言优美，讲述形象生动，把美的气息、哲理的意味注入“流体力学”的教学，使学生学得轻松、自由，甚至浪漫，营造出轻松、快乐的学习氛围。
在绪论中，可以谈谈流体力学中的人文文化。水与空气都是流体的典型代表，是一切生命不可缺少的物质，自古至今人们对它的了解、探索和应用创造了丰富的文化物质成果。“楚天千里清秋，水随天去秋无际”。秋风，天水一色，是大自然的美景，也是流体的流动现象。它们赋予我们灵感，承载着我们的喜怒哀乐。古圣人喜欢从哲理上描述水性，歌颂水德。老子说“智者乐水，仁者乐山”。老子的名言是“上善若水”。通过此类讲述，使流体力学增加美的气息，使力学融入人文，既说明我们的生活与其息息相关，又轻松了课堂气氛。
在讲授粘性流体流动存在着两种流态时，可以借用古代文学中相关的名句，如描述湍流的有李白的“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，描述层流的则有“半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊”等佳句。这样可以帮助学生建立对流态十分形象而深刻的印象，从而有助于学生理解、掌握相关知识。
在教学过程中，还可穿插着向学生介绍定律知识背景的形成过程，以及相关科学家的工作，让学生领悟科学思想，轻松接受相关知识。“牛顿粘性定律”是牛顿对流体力学的主要贡献之一，是流体力学教学的重点内容。我们不仅仅要教给学生科学知识的本身，还应重视如何使学生感悟科学精神。此时穿插介绍牛顿的哲学思想和科学方法。牛顿用引力理论和运动三定律把天上行星和它们的卫星运动规律，同地上重力下坠的现象统一起来，实现了天上人间的统一，这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献。
3.突出实验教学的特殊地位，让学生乐在其中
突出实验教学的特殊地位，使教学贴近实际，贴近生活。通过演示实验、学生验证性实验、竞赛型的设计性实验、实验录像、照片、仿真实验教学等多种方式贯穿教学的全过程，让学生看到各类实验最深刻、真实的一面，从而丰富学生的经验，增强学生的见识，培养职业意识和实践能力。
（1）开发课堂演示教具和演示实验。开发一系列课堂教学演示教具，可以使学生耳目一新，课堂气氛变得活跃起来。课堂演示教具和演示实验的使用，必须简单易行，价廉物美，且能解决教学问题，这对民办高职院校的教师提出了较高的要求。讲授表面张力和毛细管现象时，可演示毛巾浸湿的现象，顺带告诉学生如何在无人时给花草自动滴灌的方法；演示移液管移液凹面的现象时，告诉学生如何读数，如何避免毛细管现象引起的误差，同时可教学生化学实验操作的细节。讲述“流体静力学”章节时，演示倒扣水杯的实验，让枯燥的方程变得形象，易于理解。从废弃饮水机上拆下的“聪明头”，介绍静力学基本方程的实际应用。这些教具都非常简单，也易于获得，甚至无需额外花钱，学生也非常感兴趣。
（2）应用多媒体教学演示。并不是所有的教学内容都能找到适合课堂演示的案例。随着多媒体在教学中应用的普及，一些复杂的演示实验和昂贵的演示教具可以通过多媒体教学来实现。如雷诺实验、水跃实验、水击现象，在生产实践中所应用的各种堰，都可一一演示，远胜贫乏的语言描述。
（3）用设计性实验让学生参与其中，乐在其中。设计性实验围绕职业特色专题，依据学生的实际情况而设，如：“自动虹吸管的改进与应用”。指导教师根据学生对所学知识的掌握及兴趣度，将他们分成几个不同的实验小组，然后指导和协助学生自己设计实验方案，动手组装，最后依据实验结果给出实验成绩。
该实验教学模式的优势体现在以下几个方面：激发学生的求知欲望和培养学生的创造能力；加深学生对理论知识的理解并向外延展；节省高校实验室资金投入。
文中所提到的方法，最终需要教师来完成，这对教师提出了较高要求。虽然高职院校的教师的教学任务很繁重，尤其是民办高职院校的教师，但这些方法都可以在平时的积累中完成，只需平时阅报、听新闻、上网浏览、注意周遭事物，多和同行交流就可以做到。
工程流体力学知识点范文第5篇
关键词：能源与动力工程；网络教学平台；混合式教育
作者简介：代乾（1981-），男，河北沧州人，天津城市建设学院能源与安全工程学院，讲师；王泽生（1964-），男，天津人，天津城市建设学院能源与安全工程学院，教授。（天津 300384）
基金项目：本文系天津城市建设学院2012年度教育教学改革与研究项目（项目编号：JG-1207）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0074-02
2012年9月，教育部颁布实施新的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》，热能与动力本科专业更名为能源与动力工程专业。由专业名称可见该专业的内涵更加广阔和深远，从而也说明随着能源动力科学技术的飞速发展和新问题地提出，社会对人才的培养提出了新的要求。目前，大约有170多所高校设置了热能与动力工程专业。[1]随着经济的发展，能源与环境逐渐成为世界各国所面临的重大科技和社会问题。培养高素质的具有创新意识的能源工程专业人才是本学科义不容辞的责任。而热工系列课程作为重要的专业基础课程，其重要性不言而喻。合理的课程体系是体现教育教学理念的重要载体，是实现专业培养目标、构建学生知识结构的中心环节，建立适应社会主义市场经济发展需要、体现热能动力技术学科内在规律、科学合理的课程体系极为重要。[2]为了使该课程适应新的要求，非常有必要对其进行一定的改革，以培养适应21世纪社会发展需要的人才，同时对推动我国可持续发展战略具有重要的意义。
一、实施混合式教育方式
开发混合式学习方案的关键因素在于确定适当的时机，使用适当的混合方式，为适当的学生施行教学。而教师想要运用适当的混合方式需要考虑学习地点的设置、信息传输技术及时间的安排、教学策略和绩效援助策略等。[3]混合式教学模式一般可分为以下几个阶段：[4-6]
1.前期分析
学生作为学习活动的主体是有认知、有情感的，学生本身的知识水平、学习能力和社会特征都对学习的信息加工过程产生影响，教师进行学生特征分析有助于了解学生的学习准备和学习风格，从而为后面的学习环境设计和媒体的选择提供依据。
2.混合式教学的组织与管理
教师应按照教学进度有针对性地选择和设计教学活动，同时要参照已经设计好的课程目标、课程内容及其呈现形式，将其与具体的章节知识点相关联。教学活动的作用在于为学生创造具体的学习情境，并加强师生、生生之间的交流互动，因此恰当的教学策略对于教学活动的顺利展开尤为重要。
3.网络教学平台及教学资源建设
网络的对于教学来说不应当只是教学内容，而更多的应该是支持教学交互、教学评价和教学管理，教学交互、教学评价和教学管理是保证教学质量的重要环节，这就需要有一个集教学内容与管理、课堂教学、在线教学交互、在线教学评价、基于项目的协作学习、发展性教学评价和教学管理等功能于一体的网络教学平台来支撑混合式教学。本校对“工程热力学”、“传热学”、“工程流体力学”原有的教学网站进行了全面改版，并于2010年先后投入运行。其中“工程热力学”课程教学网站主页如图1所示。网站按照省部级精品课程的要求制作，网上教学内容详实，包括课程的概况、教学文件、习题及答案、实验实践教学等各种资源。学生可通过浏览网站学习更多的知识，这对课堂教育来说是一个非常有益的补充，并有助于实现教与学的互动。
二、教学内容优化
“工程流体力学”是理解能源动力系统工质流动与流量、能量分配的基础。“工程热力学”是研究如何充分和有效利用能量的学科，其基本内容是热力学基本定律和工质热物性、热过程的研究，是理解能源动力系统中能量转换基本规律和提高系统能源利用效率的理论基础。“传热学”研究热量传递的基本规律，是理解和控制能源动力系统热量传递过程的理论基础。“热工学”集成了“工程热力学”、“传热学”的基本理论和核心内容，为能源动力类安全工程专业等提供必要和少量学时的热工理论基础教育，也是其他非能源动力类专业节能技术及应用的理论基础课程。“热工测量技术”和“流体热工基础实验”课程则是关于“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”的实验理论的技术基础课程，旨在揭示相关课程的实验研究目标、原理、方法以及应用。
1.热工系列课程间内容关联性分析
（1）“工程流体力学”与“工程热力学”在教学内容的关联性之处主要体现以下两个方面：“工程流体力学”中的一维无粘性重力流体流动能量方程（伯努利方程）与“工程热力学”中的热力学第一定律稳态稳流能量方程式具有相同的理论基础，后者是普遍适用的能量方程式，而后者是前者在一维无粘性重力流体条件下的特例和不同的表达方式；“工程流体力学”中的可压缩流体流动基础与“工程热力学”中的气体和蒸汽的流动研究对象及理论基础完全相同，只不过研究的侧重点不同，前者强调流动特性，后者注重能量传递与转换过程。
（2）“工程流体力学”与“传热学”课程在教学内容方面具有紧密的关联性和延续性，主要体现在“工程流体力学”中粘性流动方面与“传热学”中对流换热方面的相关内容，具体为：
1）研究对象均为传递现象，“工程流体力学”研究的是动量的传递，而“传热学”研究的则是热量的传递，其规律及分析方法具有类比性。首先，传递驱动力分别为速度差和温度差；其次，传递方式均为分子扩散和对流扩散，其中对于分子扩散基本规律两者具有类似的形式，即牛顿摩擦定律及傅里叶定律，也均有描述传递能力的物性参数，即运动粘度（m2/s）和热扩散系数（m2/s），而且流动边界层与热（温度）边界层具有相似的定义和相同的边界层结构；最后，描述传递现象的控制方程，即动量微分方程式（N-S方程）和能量微分方程，也具有相似的形式。这也是“传热学”中动热类比分析方法（类比律，即将阻力实验结果直接用于表面传热系数的计算）的理论基础。
2）如果粘性流体流经壁面且具有与壁面不同的温度时，就会同时发生动量传递和热量传递现象。此时“工程流体力学”与“传热学”研究的是同一现象的不同方面的特性，即阻力特性和传热特性。一般阻力特性是传热特性研究的基础，某些特殊情况（流动及对流换热具有耦合特征）下两者相互影响，如流体外掠平板的层流与紊流流动及对流换热、圆管内层流与紊流流动及对流换热、外掠圆柱的层流与紊流流动及对流换热、各类自由流动及对流换热等等。显然在此类教学内容中，“工程流体力学”是“传热学”的基础。
3）具有相同的分析、计算方法。正是由于动量方程和能量方程具有相似的形式，理论分析法（包括微分方程组求解及积分方程组求解）、模化实验方法（相似原理）、数值计算方法均可应用于阻力特性和传热特性的研究，甚至同一数值计算商业软件（如FLUENT、ANSYS、PHINICS等）可同时分析求解同一现象的阻力特性和传热特性。因此在研究方法上，“工程流体力学”与“传热学”是并行的或者说是相同的。
（3）“工程热力学”与“传热学”课程在教学内容具有关联性之处主要体现以下两个方面：“工程热力学”中有关热量传递只是讨论热力过程中热量传递的量，而“传热学”研究的是热量传递的机理、方式、影响因素、计算方法。在“热力学”中热量的单位是q（J/kg），而“传热学”中热量（热流密度）单位是q（W/m2），可见后者强调的是热量传递的速率及能力，而后者以前者的理论（即热力学第一定律—能量守恒规律）为基础；“工程热力学”中有关湿空气焓及含湿量变化规律与“传热学”中的热质交换有着内在联系。如电厂冷却塔中，“工程热力学”讨论了其工作原理及状态参数的变化，而“传热学”则讨论了其热湿交换的具体方式和传递速率。
2.热工系列课程教学内容体系优化原则
依据培养方案，流体热工系列课程时间安排顺序是“工程流体力学”—“工程热力学”—“传热学”（或“热工学”）—“热工测量技术”，“流体热工基础实验”课程与上述课程并行安排。因此，热工系列课程教学内容体系优化按照以下原则进行：
（1）安排在前的课程。教师除完成本课程教学内容外，须根据上述各课程之间知识点的关联性，有意识地为后续课程涉及的内容打下牢固的理论基础。“工程流体力学”课程的教师需要向“工程热力学”、“传热学”课程任课教师了解相关的内容，如一元绝热稳定流动的能量转换规律、相似原理等等，在“工程流体力学”的教学中兼顾这些内容的教学需求。
（2）安排在后的课程。教师依据上述各课程之间知识点的关联性分析，在相关内容的教学过程中，须了解前面课程任课教师的授课内容和方法，精选授课内容，避免不必要的重复，使该课程与前面课程有机衔接，且注意采取比较教学法，让学生更容易掌握课堂知识。
（3）“热工测量技术”和“流体热工基础实验”课程。课程任课教师应了解和引用其他理论课程相关教学内容，使实验教学与理论教学内容有机结合。如温度测量，教师除加强温度测量原理、仪表、标定及使用方法教学外，对于高速气流温度测量，需引用“工程热力学”中气流一维绝热流动能量方程以及滞止温度和气流温度的关系等相关理论知识，说明气流速度对温度测量误差的影响；而对于高温气流温度测量，需引用“传热学”的辐射换热相关理论，说明辐射对测温误差的影响以及消除误差的措施；而对于铠装热电偶或在加温度计套管情况下，还需引用“传热学”的通过肋壁导热的相关理论，说明套管的存在对温度测量误差的影响以及消除误差的措施。
三、结束语
经过一定时间的教学体验和学生的反馈表明，该教学模式使教学效果得到很大提高。笔者认为在以后的教学当中，要把这种模式继续深化并推广到其他课程的教学当中，热工系列课程的教学改革也必然会取得成功。
参考文献：
[1]宋文武，符杰，李庆刚，等.关于构建“热能与动力工程”大专业多方向课程体系的思考——基于培养复合型应用人才的视角[J].高等教育研究，2011，28（4）：44-48.
[2]战洪仁，张建伟，李雅侠，等.热能与动力工程专业人才培养模式及课程体系探讨[J].化工高等教育，2008，99（1）：19-21.
[3]Matt Donovan，Melissa Carter.Blended Learning：What Really Works[J].CLASTD，2004，（2）.
[4]Driscol1 M.Blended learning：Let’s get beyond the hype[J].learning and Training Innovations[R].2002.
