流体力学现象

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流体力学现象范文第1篇

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：

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流体力学现象范文第2篇

[关键词] 重度子痫前期；围术期；血流动力学；液体治疗

[中图分类号] R714.2[文献标识码] A[文章编号] 1673-7210（2014）05（b）-0042-05

Changes and influence on the liquid medicine study of severe preeclampsia cesarean delivery woman perioperative hemodynamic

ZHANG Qinglin XU Mingjun

Department of Anesthesia, Beijing Obstetrics and Gynecology Hospital, Capital Medical University, Beijing 100026, China

[Abstract] Objective To study the perioperative hemodynamics variations of severe pre-eclampsia and fluid treat. Methods 30 cases of maternal preeclampsia cesarean delivery with elective cesarean delivery operation from February 2012 to October 2013 in Beijing Obstetrics and Gynecology Hospital, Capital Medical University were collected and divided into group A, group B, group C according to the different input solution with 10 cases in each group. Group A of maternal was given traditional limit liquid, group B maternal was given colloid (130/0.4 6% hydroxyethyl starch and sodium chloride injection); group C maternal was given liquid crystal salinger (sodium lactate injection), the perioperative changes of hemodynamic parameters each time point, including cardiac output (CO), cardiac index (CI), stroke volume (SV), stroke index (SVI), systemic vascular resistance (SVR) and (systolic blood pressure (SYS), diastolic blood pressure (DIA), mean arterial pressure (MAP) were monitored and recorded. Results ①At T2, T7, T8, T10 and T11, group B of SYS, DIA, and MAP in the point above comparison, there were no statistically significant differences (P > 0.05) (prompting that the index in group B was relatively stable); group A of SYS, DIA, and the MAP in every point, the differences were statistically significant (prompting that the index in group A was relatively unstable), so that, group B of SYS, DIA, and the MAP were more stable than group A at the above time points (P < 0.05). There were no statistical significance in other times (P > 0.05). HR of group A was faster than group B and C, especially at T5 and T7-T11 (P < 0.05). HR were more of group A than group B at T12-T13. There were no statistical significance with CO, CI, SV, SVI and CVP with the group comparisons (P > 0.05). SVR were lower of group B than group A at every time, especially at T6-T8, T11 (P < 0.05). All other points in group B of SVR, there was no statistically significant difference compared with group C (P > 0.05). ②Group-in comparison showed that, T0 as the comparison point,the SYS, DIA and MAP of group A were dropped obviously at T2, T6-T11 (P < 0.05). There were no statistical significance in other times of group B and group C (P > 0.05). T0 as the comparison point, there were no statistical significance with CO, CI, SV, SVI with the group comparisons (P > 0.05). There were no statistical significance of SVR in other times of group B and group C (P > 0.05). Conclusion There are obviously circulation fluctuation during perioperation of severe pre-eclampsia. The preoperative fluid therapy can securely maintain circulation stabilized, especially the colloid solution.

[Key words] Severe pre-eclampsia; Peroperative; Hemodynamics; Fluid therapy

正常妊娠孕妇血容量比非妊娠时增加了35%～40%，而子痫前期孕妇的血容量增加仅16%，其血容量是不足的，对容量变化的耐受性较差，而且血细胞比容高，其血液是浓缩的[1]，血液黏度大，血流阻力大，血流缓慢。子痫前期的这种病理生理变化，会降低母胎界面的血液循环，从而对母亲和胎儿均造成不良后果。《米勒麻醉学》（第6版）认为适当扩容可以提高母体（重度子痫前期患者）的组织灌注[2]。目前关于子痫前期剖宫产妇围术期的血流动力学变化研究较少，本研究通过flotrac/vigileoTM system对首都医科大学附属北京妇产医院（以下简称“我院”）2012年2月～2013年10月子痫前期剖宫产妇行围术期的血流动力学测定及相应治疗，现将结果报道如下：

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集我院2012年2月～2013年10月择期行剖宫产手术的子痫前期剖宫产孕产妇30例，所有患者均符合《妇产科学》（第7版）中关于重度子痫前期的标准诊断，收缩压≤200 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），ASA Ⅱ～Ⅲ级，孕龄≥35周。无椎管内阻滞禁忌，无凝血异常，无肝肾功能明显异常，无胎儿宫内窘迫、胎盘早剥、子痫等急诊情况，无桡动脉穿刺禁忌者（Allen试验正常者）。按不同处理方法分为三组。三组患者年龄、身高、体重、体表面积和椎管内阻滞平面一般资料比较，差异均无统计学意义（P > 0.05），具有可比性。见表1。

表1 三组一般资料比较（x±s）

1.2 方法

30例产妇按传统限液、胶体液和晶体液输入方式不同随机分为A、B、C三组，每组各10例。A组孕产妇给予传统限液，B组孕产妇给予胶体液（6%羟乙基淀粉130/0.4氯化钠注射液，万汶）；C组孕产妇给予晶体液（乳酸钠林格注射液），试药均来自于石家庄市协和制药厂生产，批号分别为990502、580041、568001。A组产妇开放静脉按200 mL/h输入乳酸钠林格注射液，B和C组产妇麻醉开始前30 min输入万汶和乳酸钠林格注射液500 mL，而后同A组速度输注乳酸钠林格注射液维持，均于L3～4行腰-硬联合麻醉，鞘内注射0.5%布比卡因1.4 mL（7 mg）。所有研究对象均全部进行左桡动脉穿刺置管，连接Vigileo/FloTrac监测系统调试后，动态监测心输出量（CO）、心脏指数（CI）、每搏量（SV）、每搏指数（SVI）和全身血管阻力（SVR）等，并用SpaceLabs监测仪连续动态监测动脉血压[收缩压（SYS）、舒张压（DIA）和平均动脉压（MAP）]。全部采用右侧颈内静脉穿刺置管，创建中心静脉压的监测，连接UTAH DPT-248型换能器调试后，在SpaceLabs监测仪连续动态监测中心静脉（CVP）。

1.3 观察项目

包括SYS、MAP、心率（HR）、CO、CI、SV、SVI、SVR和全身血管阻力指数（SVRI）。 记录时点：输液后（T0），腰麻后5 min（T1）和10 min（T2），胎儿娩出时（T3），子宫体肌注20 U缩宫素时（T4），子宫体肌注20 U缩宫素后2 min（T5），4 min（T6），6 min（T7）和8 min（T8），子宫内置时（T9），术毕时（T10），麻醉后1 h（T11），2 h（T12）和4 h（T13）。

1.4 统计学方法

采用统计软件SPSS 13.0对数据进行分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，多组间比较采用方差分析，两两比较采用LSD-t检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 三组内不同时点血流动力学指标比较

与T0比较，A组SYS、DIA和MAP在T2和T6～T11时明显降低（P < 0.05）；B组和C组各时点差异无统计学意义（P > 0.05）；A组HR仅在T5增高明显（P < 0.05），B、C两组各时点变化差异无统计学意义（P > 0.05）。见表2。与T0比较，三组CO、CI、SV和SVI在各时点变化差异无统计学意义（P > 0.05）；A组SVR在T11下降明显（P < 0.05），B组和C组在各时点变化差异无统计学意义（P > 0.05）。见表3。

2.2 三组间各时点血流动力学指标比较

对各时间点的差值做统计学比较显示，B组的SYS、DIA和MAP在各时点比较，差异均无统计学意义（提示B组各指标较稳定），A组SYS、DIA和MAP在各时点比较，差异均有统计学意义（提示A组各指标不稳定），可见，B组SYS、DIA和MAP在各时间点比A组稳定。在T2时A、C组SYS比B组下降显著（P < 0.05）；T12和T13时，血压组间比较差异无统计学意义（P > 0.05）。T2，T7、T10和T11时A组DIA和MAP比B组下降显著（P < 0.05）。A组HR值比B组和C组都快，在T5和T7～T11时更明显（P < 0.05）。见表2。三组间CO、CI、SV、SVI和CVP在各时点差异无统计学意义（P > 0.05）；B组SVR比C组各时点都低，在T6～T8和T11时明显（P < 0.05），其他各点B组SVR与C组比较差异无统计学意义（P > 0.05）。见表3。

3 讨论

全国高等医药院校教材《妇产科学》（第7版）的治疗子痫前期原则：解痉、降压、镇静、扩容、利尿和适时终止妊娠。其治疗原则中，一般不应用扩容剂，仅用于严重的低蛋白血症，贫血[3]。临床产科医师在治疗子痫前期患者时，多采取限液治疗。而可能会导致围术期对循环波动较大。本研究中A组，以T0为对照，SYS、DIA和MAP均是在T2和T6～T11时明显降低。分析为A组患者的血容量相对不足、血液浓缩等的病理变化在限液后更加明显，又有腰麻后，阻滞区域血管舒张，血液回流减少等的影响，故循环波动较大。胎儿娩出后，腹腔血管舒张，此时如果血容量不足，回心血量减少更为明显，此期间对循环影响也会比较大。这与Auler等[4]应用flotrac/vigileoTM system连续监测剖宫产妇心排量的结果相一致。也有观点认为，子痫前期患者的血容量的调节能力紊乱，而静脉系统又是维持着循环和非循环血容量的平衡，调控着储藏在内脏血管池中的血液，母体的静脉系统的血流动力学功能异常也是子痫前期患者病理生理改变的一部分，所以限液可能加重了母体的静脉系统血流动力学功能异常[5-8]。

重度子痫前期，BP≥160/110 mm Hg者，为了防止高血压性脑病和预防平均动脉压高达140～150 mm Hg的脑血流调节极限，降压预期值为140～150/90～100 mm Hg[9-12]。本研究中，B组各时点的SYS和DIA均维持在预期血压值附近，控制较为理性。而且SYS、DIA和MAP比A组在T2、T7、T10和T11时更稳定。B组和C组以T0为对照，各项血流动力学参数在各时点变化均较稳定。分析为麻醉前的液体治疗在椎管内麻醉、胎儿娩出和子宫肌注缩宫素后对循环有较大影响时，循环中有效血容量充足，起到了稳定循环的作用。还有，在T2时C组的SYS比B组下降显著，可能为万汶在围术期稳定循环的作用更突出。B组和C组在输液前后的SYS，DIA和MAP差异无统计学意义，分析为麻醉前的以30 min输入胶体或晶体也对于血容量是不足的子痫前期孕妇是安全的。A、B、C各组内以T0为对照，在T12和T13时，各项血流动力学参数基本变化差异无统计学意义，证明了椎管内麻醉效果基本消退后，下肢血管从扩张状态恢复，使得回心血量增加，麻醉前的液体治疗并没有增加术后子痫和心衰发生，其对重度子痫前期患者是安全的。本研究中SVR值B组比A组和C组各时点都低，但是，在T6～T8和T11时比C组明显降低（P < 0.05），分析为胶体液体治疗可改善子痫前期孕妇的病理生理变化，增加血容量，减少血液黏稠性，减少血管阻力，从而增加重要器官和胎盘的灌注。也可能为，子痫前期患者血容量相对不足，又有子痫前期患者的交感神经过度反应[13-14]，血管收缩，使得其SVR较高。但是当麻醉前胶体治疗后，患者围术期血容量充足，血管舒张，降低了SVR。而C组晶体液扩容效果不明显，SVR降低不明显。但是，B、C组的SVR与A组比，各时点差异无统计学意义，可能受本研究样本量的影响，具体原因有待进一步研究。

CVP是评估血容量情况的重要指标之一，本研究中CVP在T12和T13时三组间变化无统计学意义也说明麻醉前的液体治疗对重度子痫前期患者是安全的。本研究中，HR是A组比B组和C组在在各时点时都快，也说明限液对重度子痫前期产妇围术期循环影响较大[15-18]。

综上所述，重度子痫前期剖宫产患者围术期，限液对患者的循环影响较大。麻醉前的液体治疗既是安全的又可使子痫前期患者围术期的循环稳定，其中麻醉前胶体液治疗效果更突出。

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流体力学现象范文第3篇

论文摘要:通过工程流体力学教学实践，探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合，活跃课堂气氛，提高学生学习的积极性和主动性，达到优化教学效果的目标。

一、前言

随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展，多媒体教学已被高等院校广泛采用，并深受广大师生的欢迎。因此，利用多媒体教学手段开发学习资源，构建新的教学模式，达到最佳教学效果，成为国内外提高教学质量、改革教学方式的重要手段。

本文通过工程流体力学教学实践，探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合，活跃课堂气氛，提高学生学习的积极性和主动性。达到优化教学效果的目标。

二、传统教学模式的利与弊

传统教学模式历史悠久，教育理论成熟，已经积累了丰富的经验。在传统教学中，通过教师的形象、生动的讲述，学生易于接受，师生之间可以面对面地探讨疑难问题。对于工程流体力学而言，教学内容不可避免地会涉及到数学公式的推导，传统的板书教学方式即可以留给学生更多的思考时间，同时又可以加深学生对公式推导过程的理解，加强记忆。然而传统式教学主要依靠粉笔与黑板的教学条件，是以教师为主体的教学模式，从而大大降低了教学效率，也扼杀了学生个性的发挥和创意的产生。

三、多媒体教学的特点

多媒体教学以其鲜明的教学特点，丰富的教学内容，形象生动的教学情景，在教学过程中发挥了重要的作用:

第一，激发学习兴趣，有利于提高课堂效率。兴趣是学生获取知识、拓宽视野、丰富心理活动最主要的推动力。多媒体技术综合应用文字、图片、动画和视频等资料来进行教学活动，激发学生的学习兴趣，从根本上改变了传统教学模式的单调性。而且多媒体教学可以充分发挥学生听觉、视觉等器官对信息的接收，对学生的眼、耳等器官进行多重刺激，从而活跃学生的思维，增强学生记忆力，提高课堂效率。第二，直观、易懂，有利于提高教学质量。流体力学是从力学的观点出发，主要研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学，在日常生活和各种工程实际中具有广泛的应用领域，是动力工程和流体机械专业一门重要的专业基础课。与固体的运动规律相比，流体在运动过程中存在诸如激波、接触面间断、两相流体之间相互掺混等复杂现象。 多媒体教学手段能够通过图片、动画和视频资料等直观、清晰地观看复杂的流动现象，使学生较容易地掌握相关内容，提高教学质量。第三，增加教学容量，节约空间和时间。工程流体力学研究内容较多，涉及范围较广，在有限的课时内传授给学生的信息量较大。传统教学中知识的传播主要靠教师的口授与黑板板书，在一定程度上限制了课堂信息的含量，多媒体教学充分地利用了电脑能够存贮大量信息的优势，授课的信息量明显增多，教学内容更加丰富，使学生在有限的时间内接收更多的知识，开阔了学生视野，增加课堂知识的容量，提高了教学的效率。

四、多媒体教学手段与传统教学方式相结合

多媒体教学的发展并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段，而是将多媒体教学与传统教学方式相结合，扬长避短，发挥各自的优势，更好地服务于教学工作。

工程流体力学教学内容主要包括两大部分，理论教学和流体力学实验教学。

工程流体力学理论教学部分包含大量流体力学的基本概念、基本方程和一些复杂的流动现象。例如在教学过程中，流体静力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书，这样既可以留给学生足够的思考时间，又可以加深学生对公式推导过程的理解，加强学生的记忆能力。而对于某些基本概念和特定的流动现象，可以通过多媒体教学手段，加深学生对基本概念和流动现象的理解。

流体力学实验是流体力学教学中的重要组成部分之一，贯穿于课程始终。现行流体力学教学实验多为验证性实验，实验方法单一，同时，还受实验老师较少、实验课时有限以及设备等多种因素的影响，学生选择的范围极小，在很大程度上制约了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力，不能很好地达到流体力学实验教学的要求。然而引入多媒体教学手段以后，学生可以灵活地改变实验条件，演示各种实验现象。

参考文献:

流体力学现象范文第4篇

一、当前教学过程中存在的问题

1.学生学习兴趣不高

提到力学，多数学生会觉得很难，这种先入为主的感觉会使学生对这门课程产生很大的抵触情绪，不愿意学。再加上同时开设的工程热力学和传热学等重要的专业基础理论课，越发加重了学生的学习任务。另外，流体力学课程习题量大，需要学生花费大量课余时间复习和做题，就更加影响学生对这门课的学习兴趣。因此如何帮助学生克服对本课程的畏难情绪，激发他们学习流体力学的兴趣，是提高教学质量的首要因素，也是教学改革的目标之一。

2.教学方式单一，课堂气氛死板

现在是信息社会，对人才的要求很高，这就要求教师在教学过程中按照“厚基础、宽口径、高素质”的目标[2]进行专业人才的培养，这对传统的黑板加粉笔的教学方式是一种挑战。另一方面，随着课时与学分制的挂钩，学时被普遍压缩，这也给课堂教学带来很大的压力。众所周知，传统的教学方式把很多时间用在了绘图和板书上，无形中缩减了教与学的时间，教师要想在规定的时间内完成教学大纲规定的教学内容，就必须加快讲课节奏，删减授课内容，或者占用习题课或实验课的时间，这些都将导致这门课程的信息量不够，而且学生也没有机会及时消化所学的理论知识，更谈不上举一反三了。同时，“一言堂”式的教学方法使得课堂气氛死板，学生对课程的学习兴趣锐减，也影响了教学质量。

3.理论教学与实验教学的脱节

在流体力学的教学过程中，实验环节起着不可替代的作用。实验教学不仅可以培养学生的动手能力，帮助学生更好的理解理论知识，而且可以启发学生对理论知识的创新性应用[3]，很多学校不重视实验课的教学，实验教学完全放在理论教学之后甚至放在考试之后集中完成，大大降低了实验教学的作用。

二、课程教学改革的基本内容

1.传统教学方式与多媒体相结合

在现在的流体力学教学中，黑板加粉笔的教学方式是很多高校教师仍然采用的教学方式。这种方式对于公式的推导、例题的计算效果很好，但是在流体力学的教学中需要辅以很多图片，如果全用板书来讲，必然花费很多时间。传统的教学方法无法满足教师在教学中的信息量，当然也不能完全脱离板书，毕竟公式的推导，例题和习题的讲解用板书的效果要优于多媒体。在讲绪论部分内容时可以介绍流体力学的发展史及流体力学在现实生活和工程实践中应用的实例，如果单纯用板书讲，会很枯燥，达不到启发学生学习兴趣的目的，如果辅以多媒体，结合图片、短片、动画来讲就会有很好的效果。所以笔者认为，应当将传统的教学方式与多媒体教学方式很好的结合起来。

2.理论知识与专业知识相结合

流体力学这门课程不仅理论性很强，而且和工程实践结合的非常紧密。该课程是后继专业课程的重要理论基础，所以将相关专业知识穿插在流体力学课程中进行介绍有很多好处。首先，可以帮助学生加深对专业的理解。流体力学课一般在第五学期开设，此时学生已结束公共基础课的学习，开始了专业基础课和专业课的学习。调查表明很多学生此时对专业还处在迷茫的状态，不知道建环专业具体是做什么的，自己将来能干什么。在流体力学课程的教学中采用理论知识与专业知识有机结合进行讲解的授课方式可以帮助学生在学习理论知识的同时加深对专业的了解。再者，学生了解了专业也就有了学习的方向和动力，自然有助于提高学生对流体力学课程的学习兴趣。比如在讲授流体的热胀性时，介绍采暖系统膨胀水箱的作用及系统膨胀水量的计算方法，使学生既掌握了液体热胀性的计算公式，又了解了自然循环采暖系统的基本原理。再比如，在讲授伯努利方程的应用时，可以介绍水泵扬程的计算方法和建环专业水泵的适用场合，使学生明白水泵是建环专业最重要的设备之一。在学生学习管网计算基础这部分内容时，可以结合采暖系统和给排水系统或消防给水系统同时学习，毕竟这些系统在北方城市是到处可见的。在介绍气体射流知识的时候可以结合空调房间的气流组织进行介绍等等。

3.理论流体力学、计算流体力学与实验流体力学在教学中的结合

研究流体力学方法有理论分析的方法、数值分析的方法和实验研究的方法，在流体运动规律的研究中，三种方法相辅相成。但是在教学中，我们往往更多的是强调理论的重要性，而忽视了计算流体力学和实验流体力学对理论学习的帮助。应当充分将计算流体力学和实验流体力学的部分补充进来，这样才会使整个课程内容丰满，也可以扩宽学生的知识面，培养其解决问题的能力。

（1）理论流体力学与计算流体力学相结合

随着计算机技术的迅猛发展和数值计算技术的不断提高，计算流体力学（CFD—ComputationalFluidDynamics）技术得到了空前的发展，CFD技术可以在短时间内模拟流场内的温度、速度和压力的分布情况，可以较好地模拟流体的流动过程和传热过程以及污染物的扩散过程等，因此被广泛应用在各行各业。建环专业涉及大量与流动相关的问题，因此也不例外。可以用CFD技术模拟空调房间的气流组织和温度分布，模拟水和空气在管道内的流动情况，模拟火灾时建筑内烟气的流动规律。在CFD领域，目前世界上最具有代表性的计算商用软件有PHOENICS（英国）、CFX（美国）、FLUENT（美国）、STAR-CD（日本），这些软件均采用经典的流体理论和通用流体计算程序作为模型的核心，并提供丰富的计算方法处理湍流流动，具有强大的前后处理功能。这些新技术的发展对流体力学课程的教学提出了新的要求。在流体力学的教学过程中除了重点讲授理论流体力学的知识外，应当增加计算流体力学的知识，一方面可以增加信息量，拓宽学生的知识面，为进一步的学习和今后的发展奠定扎实的基础，另一方面可以用CFD技术模拟简单的流动规律和流动现象，帮助学生加深对流体理论知识的理解，起到相互促进的作用。图1是用CFD技术模拟的简单流动现象，（a）图验证了圆管中的层流运动，证明断面流速为旋转抛物面。（b）图给出了流体经过弯管时的断面压强分布规律，充分说明了离心力的作用是弯管中产生涡旋的主要原因。可以将这些模拟结果通过多媒体展示给学生，让他们在掌握理论的同时增加感性的认识，可以很好的提高学生的学习兴趣。图1只是两个简单的例子，流体力学中有很多例子可以通过数值计算和模拟穿插在教学过程中，得到很好的效果。

（2）授课与实验的有机结合

与流体力学课程相结合的有8个主要实验，分别是能量方程实验、总水头线实验、动量方程实验、毕托管实验、雷诺实验、沿程阻力系数和局部阻力系数测定实验以及孔口出流实验。另外还有诸如流线、绕流等演示实验。应当将这些实验的教学进度与理论的教学进度很好地结合，任课教师和实验教师共同指导，与学生形成很好的互动，及时启发和引导学生进行实验，充分启发学生对理论知识的创造性理解，同时锻炼其动手能力。实践证明这样做不仅可以提高学生的兴趣，还可以有意识的培养其观察流体现象的能力和分析解决问题的能力。

流体力学现象范文第5篇

关键词：流体力学 教学方法 自主实验 抽象到具体 工科院校

中图分类号：O35 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0199-02

流体力学是力学的一个重要分支，是流体机械专业重要的专业基础课，在航空、航天、航海、水利、机械等领域拥有广泛的应用，因此学生学好这门课对后续课程的学习以及日后从事相关研究工作非常重要。但流体力学不同于理论力学、材料力学等力学学科，流体力学研究对象比较抽象，通俗来讲就是研究对象看不见、摸不着，理论性强、数学表达式复杂非线性强，讲课好像有点空对空的感觉。一些关键概念比如雷诺输运定理、随流导数等学生理解起来比较困难，如果纯粹从数学角度开展教学，学生听起来比较枯燥、积极性不高、课堂互动性不强。为了提高教学效果，目前国内很多流体力学教学工作者已经探索了很多教学方式方法，比如哈尔滨工业大学的“流体力学的多尺度创新性实验课”[1]、南京航空航天大学的“流体力学设计性实验竞赛”[2]、北大通过结合重大事件与自主试验调动学生积极性、培养创新精神[3-4]等。

本人目前承担工程流体力学、实验流体力学、计算流体软件应用分析以及流体教学实验开发等与流体力学相关的教学工作并从事一定的科研工作，本人能从理论、实验、计算等不同层面并结合自己的科研工作对流体力学教学方式方法进行一些尝试，中心理念是站在学生的角度，从流动本质讲授，让抽象的知识具体化、形象化。该文将结合自己的教学经历谈几点这方面的体会。

1 赋予公式物理含义，让公式形象化、理论生活化

流体力学与学生在基础课学习阶段学习的大学物理、理论力学、材料力学中的力学在本质上是相同的，依然要满足牛顿第二定律，同时满足质量守恒定律、能量守恒定律，但在研究方法与研究对象方面存在很大的差异。流体力学所采用的研究方法主要是欧拉方法，研究对象是流场。流场是个空间概念，而质量守恒、动量守恒、能量守恒这三大守恒定律仅适用于流体质点或者流体质点组成的体系。这就需要把流场与质点或者体系两种研究对象、欧拉方法与拉格朗日方法两种研究方法联系起来，换句话讲就是如何用空间流场参数的分布与变化表示流体质点或者体系运动参数的变化，随流导数和雷诺输运定理就是建立这种关系的桥梁。随流导数在数学形式上是某种物理量对时间的全微分，从数学角度讲解学生没有任何异议，但这不代表学生理解了它的物理内涵。随流导数由当地导数与迁移导数构成，首先需要让学生明确随流导数对象是流体质点，三大守恒定律适用于它；当地导数与迁移导数针对流场，其中当地导数表征流场参数随时间变化，即流动是定常的还是非定常的，迁移导数表征流场参数空间分布均匀性，在此三大守恒定律不适用。下面的问题是让学生如何理解两者之间的关系。首先举个简单的例子，让学生从感性上认可这种关系，即可以用空间流场的变化与分布表示流体质点运动参数的变化。比如以教室里温度分布为例，夏天或者冬天开空调，教室里面温度分布不均。假定空调功率稳定，此时可以认为温度空间分布是稳定的。一个人在教室里面走动，感受到温度的变化，并且走动速度越受到的温度变化越快，这时人感受到的温度的变化是教室温度场分布均匀度与人走动速度两者的综合效应，这部分由温度空间分布不均导致，对应随流导数中的迁移导数。假如空调功率不稳，那教室里温度也不稳定，此时即便站在一个位置不动，也能够感受到温度的变化，这部分对应随流导数中的当地导数。假如人走在一个空调功率不稳定、温度空间分布不均匀的教室里，这时人感受到的温度变化就是以上两种作用的综合效应，对应随流导数，也就是质点温度对时间的变化率。人比拟到流场里面就是一个质点的角色，流体质点温度随时间的变化率可以用流场温度的空间分布与变化表征，即可以用流场的信息获得流体质点运动参数的变化。这样学生理解起来比较容易、比较具体，并且对公式的物理内涵理解也比较深刻。雷诺输运定理其实是随流导数的积分形式，这部分给学生讲透了，雷诺输运定理理解起来也就比较容易。随流导数、雷诺输运定理的理解非常重要，它是一种研究方法、思维方式的转变，是开展流体动力学研究的基础。

任何一个数学公式都有其物理含义，授课过程中要力争从学生理解的角度，从公式背后的物理含义与物理过程角度讲解，并辅以生活中的例子，让公式形象化、理论生活化。

2 开设自主创新实验，让问题具体化，提高学生积极性、提升学生综合能力

第一部分立足于学生对关键知识点的理解，这部分谈谈如何让学生带着兴趣去学习、创造性应用所学知识。

与理论相比，学生更喜欢自己动手去开展一些探索性试验。同时结合数值仿真让看不见摸不着的流场具体化、图像化，这对提高学生学习、探索、思考问题的积极性非常有益。在教学过程中可以给学生布置一些探讨性课题，让学生组成团队，独立从理论分析、数值仿真及试验验证方面开展课题研究，采用答辩的方式把讲台交给学生，提高学生的应变能力以及学生的参与度，针对一个课题让大家共同探讨。理不辩不明，通过辩论加深了学生对问题的认识，增强了学生学习的积极性，培养了学生独立分析问题的能力与团队协作精神，而独立分析问题能力与团队协作精神是大学教学一个关键的落脚点。下面举一个教学中的例子。

圆柱绕流以及圆柱在流场中所受阻力是一个经典的流动现象，可以让学生从试验、数值仿真的角度去研究分析影响阻力的因素并给出影响规律。试验设备方面实验室提供拖拽力实验设备，主要功能为测量圆柱在流场中所受阻力。该实验设备提供了3种测量阻力的方法：（1）用天平直接测力；（2）测量出口速度分布，采用动量定理计算出阻力；（3）测量圆柱表面压力分布计算所受阻力，同时可以调节来流速度。计算软件方面提供给学生相关计算流体软件并讲授软件基本功能与操作。让学生自由组团，独自开展研究方案设计、试验与数值仿真、结果对比分析与报告撰写，公开答辩、互动参与。这样学生结合实验与数值仿真结果进行对比分析，对流速、流态对圆柱阻力的影响理解就比较深刻，同时学生在这个过程中锻炼了独立分析解决问题的能力，培养了协作精神。

3 贴近生活，学习趣味化

人类生活在流体中，很多生活中的现象都可以用流体知识解释，因此在教学中可以尝试着让理论走进生活，让学习充满趣味。

比如好多男学生喜欢踢足球，估计弧线球很多学生也会踢，但足球的轨迹为什么呈弧形，可能好多学生不知道，可以把这个问题提出来让大家讨论。上课时，提出这个问题后整个课堂氛围一下就活跃起来了。这时候与学生一起分析足球近壁面流动并结合伯努力方程讲解足球的受力，学生一下就明白了足球轨迹为什么可以呈弧形。再比如还可以播放一些生活中有趣流动现象的视频与图片，引导学生分析与讨论。

4 考核多元化

流w力学要想充分调动学生的积极性，还需要对考核方式做调整，不再唯卷面分数论。本人在教学实践中从以下几个方面进行考核：（1）卷面成绩；（2）创新性综合实验，综合考虑试验效果、结果分析、答辩情况等；（3）课堂互动，对于在课堂上积极互动提出疑问的同学给予平时成绩加分，甚至可以将讲台交给学生，让学生给大家讲解；（4）课后作业与讲解，鼓励学生给大家讲解，并给予加分鼓励。

5 结语

流体力学是一门学生认为比较难的专业基础课，作为授课老师应该站在让学生容易理解的立场，从流动的物理概念和物理过程出发，赋予抽象难解的理论、公式具体的物理含义，并结合常见的流动现象让理论形象化、生活化；开展自主创新综合试验结合数值仿真，让抽象的流动具体化、图形化，提高学生的积极性、激发学生的创造性、培养学生的团队合作精神；把讲台交给学生，通过课题答辩、习题讲解，增强学生互动；让理论走进生活，引导学生用流体力学理论知识分析生活中的流动现象，提高学习的趣味性；通过多元化的考核，增加学生学习的积极性。总之，以学生为本，从物理本质上讲解理论知识，让理论走进生活贴近生活，从抽象到具体，多层次增强学生对知识的理解。

参考文献

[1] 李小斌，李凤臣，姜宝成，等.基于创新意识培养的流体力学实验教学探索[J].实验实践教学，2014（15）：119-121.

[2] 金志光.工科高校培养创新思维的流体力学设计性实验竞赛[J].科技创新导报，2009（8）：145-146.