流体力学及其工程应用

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流体力学及其工程应用范文第1篇

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

流体力学及其工程应用范文第2篇

关键词：流体力学；课程改革；考核方式；教学方法

0引言

《流体力学》是工科专业的一门基础课程，在各工程领域也有着非常广泛的应用[1-3]。通过对流体力学的学习掌握就可以为后续专业课的学习奠定坚实的基础，而在实地教学中却存在诸多问题。因为大部分本科生以前接触的力学都是简单的固体力学，研究的是看得见摸得着的事物。而流体力学着重研究流体的静止及运动状态的规律，研究流体的质量守恒、能量守恒及动量守恒三大定律及其应用，对数学学习要求较高，课程中的概念较抽象、公式较复杂[4]，使很多学生难以理解其知识点，难以把握学习的要领，进而容易遗忘或者产生厌学情绪。因此，根据安全工程专业特点，对流体力学课程教学内容和教学方法等进行改革是非常必要的。

1课程教学特点及现状

《流体力学》是安全工程专业的一门学科基础必修课程，是一门多学科交叉融合的课程，涉及数学、物理学、力学等，理论性和工程实用性都较强。课程的研究对象为流体，区别于固体的主要特点是易流动，课程中的许多概念较为抽象，且方程的推导需要运用数学的方法，对学生运用数学知识分析问题的能力要求较高，总体来说，学生学习难度较大。目前，《流体力学》的课堂教学以理论知识讲解为主，习题练习为辅，要求学生数学基础、理解能力、逻辑思维能力较好，课上认真听讲，课后及时复习巩固。但是学生的学习主动性和积极性不高，课程作业的完成质量不高，只是单一的应付考试。

2课程改革探讨

为提高学生的学习效果，适应新形势下应用型人才的培养目标，培养学生严谨、认真的学习态度，培养学生分析及解决流体力学问题的能力，及运用流体力学方法进行科学研究的基本能力，并为后续专业课程的学习打下良好的基础。本文拟从教学内容、教学方法、考核形式三个方面对《流体力学》课程进行改革。

2.1教学内容

根据《流体力学》在安全工程专业中的课程定位，将流体力学的内容分为流体静力学、流体动力学基础、流动阻力及能力损失、管路流动、相似原理及因次分析等五大模块。课程内容围绕流体静止、运动两个状态及力学的三大方程展开，由浅入深。培养学生的工科思想及意识，能够对安全工程专业的流体力学问题进行分析。

2.2教学方法

整合传统和现代教学手段，采用不同的教学方式，如课堂教学与网络辅助教学相结合，将相关的习题解答方法及课堂练习同步至超星在线课堂，给学生课后复习巩固提供资料，并通过网络资源及时进行解答；多媒体教学与板书结合，将复杂的流体流动过程以多媒体动画的形式展现出来，让学生更直观的了解某种现象，增加对理论知识的理解和掌握；增加课堂习题练习及讲解，注重师生互动，注重理论练习实际，在课堂组织教学中通过师生互动调动学生学习积极性，并通过该环节了解学生课堂知识的掌握情况，及时调整讲授方法。

2.3考核方式

采用多元化的考核方式，变单纯的期末考试为平时和期末多层次考试，建立平时成绩考核机制。平时成绩考核包括章节测试、期中测试、课后作业、课堂练习及课考勤四部分内容，其中每一部分成绩占总成绩的10%；期末考试成绩占总成绩的60%。章节测试一般是针对每一章的重点难点，用3-5道典型习题，耗时45min，检测学生的掌握情况。要求学生在规定时间内完成，章节测试的平均成绩计入期末综合评定成绩。对于章节测试的习题进行批改、统计成绩、分析成绩，并对教学方法进行反馈，及时调整。课堂练习一般针对课堂中的知识点进行测试，习题主要以填空、选择、判断的形式出现，方便、灵活、易于控制时间。通过练习，让学生查缺补漏，同时根据练习情况及时调整授课进度及方法，确保学生对课程知识的主要内容了解和掌握。课后练习是对课程内容的巩固和补充，是对学生理论知识运用情况的检测，但课后作业易出现抄袭现象，对于疑似抄袭的作业，作业的分值不会给高分，通过课堂的互动可以判断抄袭者的范围，在课后习题讲解过程中有意让抄袭者进行讲解，同时通过作业重复练习，让学生真正理解作业的解题思路及方法。

流体力学及其工程应用范文第3篇

关键词：工程流体力学；动量方程；科研能力培养

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.

流体力学及其工程应用范文第4篇

关键词：工程流体力学；教学改革；第一次课

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0218-02

工程流体力学课程在我校这一工科院校中，长期以来，本科生在未学习之前，已经从他人那里了解到，这门课很难，不好学，不好过关。学生认为流体力学难学的后果，直接反映在多年来很少有人、甚至无人报考我校工科流体力学方向的硕士和博士，致使我校工程流体力学方向后续人才短缺，学科建设出现重重困难。那么作者希望学生在学习这门课程的过程中，是轻松、主动而有兴趣地去学习。为了帮助学生克服畏难情绪，对工程流体力学课程学习产生兴趣，轻松学好这门课，作者在十几年的教学过程当中，积累了一些经验。开好头，为课程打好良好的第一印象非常关键，所以作者非常重视第一次课的讲授内容，以增强学生学习信心和培养学习兴趣为主要目的，为顺利完成该课程的学习奠定基础。

一、第一次课的教学内容

在第一次课，首先自我介绍，然后点名相互认识，留下联系方式，介绍教材和参考书，授课的章节和学时安排等常规内容外，讲授内容主要分为两大块：（1）上课要求；（2）绪论。

1.上课要求。上课要求主要包括课程学习目的和意义、出席和上课纪律要求、作业和实验报告要求、考核方法等内容。①学习目的和意义。学习目的和意义按照大纲要求，掌握流体力学的基本知识，及其解决问题的基本方法和基本实验技能。强调“基本”的含义，因为是首次接触本课程，系统介绍流体力学知识，对大家的要求是“基本”的，同时也强调仅这些即将学的基本知识也能够解决一些工程应用的问题，并简单举例。②出席和上课纪律要求。出席和上课纪律应该遵守学校规定，但是考虑到学生个体的不同。所以有必要让学生清楚什么样的行为是被接受的、允许的，不要出现行为困难的问题。③作业和实验报告要求。作业和实验报告会出现抄袭现象，回避是没有用的，所以上课时直接指出来，希望将抄袭现象弱化。指出要借鉴，而不是抄袭。这样大大降低了学生不经过理解地抄袭作业现象。④考核方法。将考核方式明确地告诉学生，是平时成绩和课程结束后的闭卷考试成绩各占一定比例，综合评出成绩。并计算出考核通过的最低考试成绩。同时强调不存在不通过比例。这样可以避免两种不良现象发生，一是学生会盲目认为很难学，不能过关而放弃学习，二是成绩差的学生会因为排名总在后面，而放弃学习。

2.绪论。绪论主要包括工程流体力学研究内容、课程特点、研究方法、解题步骤、学习方法和大学生认知阶段，等等方面。重点讲前三点涉及的内容。①流体力学研究内容。讲述工程流体力学研究内容首先展开讲解的是研究对象为流体，此时虽然没有讲流体的定义，但是还是提出请学生举例哪些物质是流体？让学生从最简单的问题开始流体力学知识的学习。学生说对了予以肯定。学生会将多相流和塑性物质列进来，也要说清楚与本课程所学流体的区别和联系，并将学生想不到的流体补充出来，还告诉学生目前最新研究方向在处理流固相互作用时有提出将固体处理为特殊流体，以简化流固交界面的处理；还有已有研究表明固体颗粒的高速运动遵循流体力学规律，以及当车流量和人流量很大时，被称为交通流，犹如流体流动一样，那么在后续课程讲解中可将高密度、大流量的人群流动现象用来形象化的阐述流体的运动规律，帮助学生理解抽象的流体运动规律，使问题直观。还需要指出，最常见的流体是空气和水，人类无时无刻不处于空气和水当中，提醒学生在学习的过程中，可以将所学知识放到自己熟悉的环境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空气，等等。将理论知识与生活结合起来，既能帮助理解所学知识，又能将知识应用起来，提高学习兴趣。②流体力学课程特点。流体力学课程的特点主要讲三点，一是一门技术（专业）基础性课程；二是用场的观点研究问题；三是概念多、公式多。它是一门专业基础课，从实践中抽象出来，再应用到实践中去；所以课程知识可用于解决工程实际问题。用场的观点研究问题。首先提问，说到“场”大家会想到什么？有的同学很高端大气上档次地回答重力场、电场、磁场，那我继续问还有呢？有的学生开玩笑说操场，好像在说操场不够档次、不够科学。而我肯定“操场”，因为是相同的“场”字嘛，而且还有工场、商场、广场等。然后引导学生思考，既然用相同的“场”字，其中必有共同点，它是什么？学生想出来了，是某某占据的空间。以此类推，流体占据的空间就是“流场”，概念很容易就被理解了。同时还让学生意识到科学不是高不可攀的，做科学时不要端起架子，它是很贴近生活的。流场的概念出来了，但是其空间的大小呢？这个问题也必须解释清楚。首先提出两个问题让学生思考：海洋是海水占据的空间，是一个流场吗？大气层是空气占据的空间，是一个流场吗？其实流场的大小与我们要研究的空间范围有关。比如，我们现在想知道教室内空气的温度分布，那么要分析的流场就是教室内空气占据的空间；如果要预报中国天气，那么中国上空的大气层或者更大范围就是要研究的流场；如果想了解南海海洋环流、潮汐流动等，南海海水占据的空间就是要求解的流场。将抽象概念与实际结合，在易于理解的同时，引起学习兴趣。在此基础上，进一步与物理量场联系起来，流场中的物理量，比如速度，是时间和空间函数，被称为速度场，还有压力场，等等。场是具有连续无穷维自由度的系统，那么流场的速度场、压力场，等等具有连续性，与第一章中连续介质假设内容一致，在这里提到，为后面学习埋下伏笔。概念多、公式多的原因是因为在以前的学习过程中鲜有接触与流体力学有关的知识，导致大量的专业术语集中出现。但是这些概念、公式并不是全新的。比如流体质点的概念与以前物理中所学的质点概念是很一致的；多的公式其实是质量守恒定律、牛顿定律、能量守恒定律、动量定理，等等在流体力学中的表达形式，比如连续性方程是质量守恒定律的表达形式，伯努利方程与能量守恒定律相吻合，欧拉方程、Navier-Stokes方程是牛顿运动定律的表现形式，动量方程是动量定理的表达，把要学到的主要方程名称在此叙述一遍，目的是让学生有个初步接触，为后续学习打下铺垫。③流体力学研究方法。流体力学研究方法主要有三种：解析方法、实验方法和数值计算方法。本课程主要介绍解析方法，有一章是专门介绍实验研究方法的，而数值计算方法本课程几乎不涉及，由计算流体力学讲解。并强调，求解的基本方程是连续性方程、欧拉方程或Navier-Stokes方程，那么为什么基本方程一样，可以求解出各种不同的流动？于是提出边界条件和初始条件的概念，使边界条件和初始条件的重要性一目了然；也为后续学习打下基础，并引起学生的兴趣和重视。

二、结论与展望

通过第一次课，使学生对整个课程的要求、特点、内容有一个整体了解，做到心中有数，克服不良情绪，从不同方面让学生做好学习的心理准备。第一次课，如果是一个良好开端，并为后续学习做了大量铺垫，使学生获得了自信，并激发了其学习的兴趣，学生后面的学习将会顺利很多。工程流体力学是大部分工程专业的重要基础课程，作者希望学生灵活掌握流体力学知识，并能够在工作中活学活用。

参考文献：

[1]许维德.流体力学[M].北京：国防工业出版社，1979.

[2]张也影.流体力学[M].北京：高等教育出版社，1999.

流体力学及其工程应用范文第5篇

Fluid Mechanics Course Teaching Design

Based on Virtual Experiment Platform

GAO Junxia

（Department of Mechanical and Electrical Engineering， Tangshan College， Tangshan， Hebei 063000）

Abstract Fluid mechanics courses for abstract concepts， theories and strong， fluid movement and the lack of student perceptions of the characteristics of the fluid dynamics of virtual experiment platform designed to integrate into the classroom session， with pictures， animations and other media means and application of knowledge engineering background to explain the point， explain the physical meaning of the concepts and formulas， and combine classroom teaching with virtual experiment teaching， not only preview to help students hydrodynamic theory and the basic operation of the experiment， but also makes the students' theoretical and experimental phenomena inherent in a more thorough understanding， further enhance the overall quality of students and so the effect is obvious.

Key words fluid mechanics； virtual experiment platform； teaching design； classroom teaching； experimental teaching

1 流体力学课程改革现状

由于流体力学概念抽象、理论性强，学生对流体运动又缺乏感性认识，流体力学课程历来被认为是学生难学、教师难教的课程之一。为了讲清概念、交代众多公式的来龙去脉、介绍丰富的工程背景和应用知识，流体力学授课需要大量课时，这与目前国内提倡的教学改革缩减理论授课课时相矛盾。不加强基础理论和工程应用知识难以提高教学质量，局促的课时除了教会学生做题、应付考试外没有多少时间讲解其他内容。如何更好地处理少课时与大教学量之间的矛盾，国内不少高校进行了此方面的改革，比如研制流体力学多媒体电子教案，加大网络教学资源等等弥补课时的不足。这些措施对于课堂教学帮助很大，但均无法替代实验教学，无法帮助学生更加深刻地理解理论、应用理论。而在实验教学中，实验教师的教学重点却是教学生如何操作仪器，如何记录处理数据，而不会关注于让学生知道为什么要“那么做”。因此课堂教学内容与实验教学内容之间缺乏有效的衔接与沟通，导致很多学生只知如何做实验，而不知为何做实验。

目前，关于虚拟实验室设计开发的案例也很多，但多数集中于研究如何使其更好地辅助实验教学，而对于将虚拟实验系统与课堂教学相结合进行教学设计的研究相对较少，唐山学院机械设计制造及其自动化专业流体传动课程组教师针对此种情况，开发了基于Flash的流体力学虚拟实验平台，并将之与课堂教学相结合，进行了基于虚拟实验平台的理论教学与虚拟实验教学相结合的教学设计与探索。

2 基于Flash的流体力学虚拟实验平台简介

用Flash做动画比较灵活，如表现运动机理、物理过程、动作分解等，也可编程。流体力学虚拟实验平台基于Flash语言而编制，主要是为建立一种创造和引导模拟实验的交互环节，通过与实验教学教师接洽，利用Flash将实验设备虚拟化，并用动画的手段将实验现象演示出来，学生根据需要选择实验项目。以“动量守恒实验”为例，在虚拟实验平台上运行该实验，界面如图1所示，既可以通过“原理”标签学习实验原理，同时还可以观测到动量守恒实验现象的动态演示。虚拟实验可以让学生熟悉实验流程、处理一些常见的难点问题。学生如果需要，也可以不厌其烦地反复练习，直至熟悉掌握实验操作技能。

3 教学设计与实践

教学的目的在于使学生真正掌握应知应会的内容，并且获得能力上的锻炼和提高。下面以唐山学院机械设计制造及其自动化专业流体力学课程教学为例，简介基于虚拟实验平台的流体力学课程教学设计。

3.1 基于虚拟实验的研讨式教学

首先教师带学生一起温习中学时的动量定理内容，而后提出疑问：当介质不再时固体，而是液体时，动量定理还适用吗？如何用？以启发式教学思想为基础，在教师的引导下启发学生积极主动地思考问题，并在同学之间、师生之间进行相互交流和互动式思考和学习，进而公式推导获得动量方程，而后利用流体力学虚拟实验平台演示动量守恒实验过程，请学生根据实验观察，讨论分析该实验的验证原理。这种将课堂教学与虚拟实验教学相结合的方式，不仅帮助学生进行了流体力学实验的预习，而且使得学生对实验现象和实验数据处理的理论理解得更加透彻深入，提高了学生的思维能力和对一些重要概念的理解力。

3.2 操作训练与思维训练相结合

沿程阻力损失的计算是流体力学课程的教学重点之一，而其中的沿程阻力系数的正确选择尤其关键，同时这里也涉及到一个很著名的实验：尼古拉兹实验。唐山学院机械设计制造及其自动化专业流体力学课程的理论授课教师和实验教师并不是同一人，该课程有6学时实验，其中一个实验为“沿程阻力系数测定实验”。在最终的实验操作考核中，理论授课教师通过观察学生 “沿程阻力系数测定实验” 实验操作过程，发现学生操作很熟练，记录数据整齐认真，并且很快地利用实验指导书中给出的层流状态下的计算公式算出了沿程阻力系数的数值，但其中存在一个问题被学生忽略了，即根据计算的结果核实是否真正是层流流动状态。如果阀门开度合理，大部分同学的结果应该是可信的，但是任何实验过程中，均无法排除一些其他人为因素。操作技能训练的同时，学生并未注意到分析并解决问题的严密性，思维训练未达到与操作训练同步。

将虚拟实验平台引入课堂教学后，授课教师在学生们完成此实验项目后，再次在课堂上演示实验过程，并将两组往届学生的实验考核记录数据（一组数据正常，一组异常）以及得出的沿程阻力系数结果记录在黑板上，教师提出质疑，即该实验能否反映Re与尼古拉兹实验曲线的内在联系？因是小班授课（共28名学生），将全班学生分成7个小组，在讨论中，学生反复研究教材内容，推敲实验数据，最后几乎每个小组都得出了较全面的结论。此种方式的开展，比填鸭式的反复做题强化训练得到的学习效果好很多。

如果授课教师在教学设计中能够充分利用虚拟实验平台，则教学效果可大大提高，学生收效显著。