流體力學(xué)課程多視角教學(xué)方法探索和實踐

1、流體力學(xué)課程多視角教學(xué)方法探索和實踐摘要：根據(jù)流體力學(xué)課程的性質(zhì)、特點，結(jié)合自身的工程實踐 經(jīng)歷和教學(xué)體會，文章從優(yōu)化教材內(nèi)容、提煉講授方法、發(fā) 揮傳統(tǒng)教學(xué)模式優(yōu)勢、挖掘多媒體教學(xué)潛力、培養(yǎng)學(xué)生科研 能力等方面，探討了流體力學(xué)課程教學(xué)改革的具體措施和成 效，提出了有益于學(xué)生理解流體力學(xué)重點內(nèi)容的教學(xué)方法。 此研究對改善流體力學(xué)課程的教學(xué)效果、探索大專業(yè)背景下 的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)模式有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)改革；實踐教學(xué)；創(chuàng)新能 力中圖分類號：g420文獻標(biāo)志碼：a文章編號：10052909 (2013) 04004103流體力學(xué)是關(guān)于流體機械運動規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué) 科，是力學(xué)的

2、一個分支。中國各高校的土木工程、流體機械、 農(nóng)林、石油化工等專業(yè)均開設(shè)了流體力學(xué)課程，它屬于專業(yè) 基礎(chǔ)課。該門課所涉及的基本原理和基礎(chǔ)理論對專業(yè)課的學(xué)習(xí)、 課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以至解決工程實際問題等起著非常重要 的理論支撐作用和指導(dǎo)意義。尤其對于工科學(xué)生，他們畢業(yè) 后大部分在生產(chǎn)一線從事技術(shù)管理工作，必須具備一定的專 業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)應(yīng)用和現(xiàn)場協(xié)調(diào)能力。這就要求流體力學(xué)課程 教學(xué)將理論知識與實踐能力培養(yǎng)相結(jié)合，將課堂教學(xué)與實踐 教學(xué)相結(jié)合，不斷改進教學(xué)方法，積極探索適應(yīng)工科學(xué)生專 業(yè)設(shè)置和就業(yè)主導(dǎo)方向的課程教學(xué)新模式。蘭州交通大學(xué)在 土木工程、環(huán)境工程、市政工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、熱 能動力工程等

3、專業(yè)均開設(shè)了流體力學(xué)課，在長期的教學(xué)實踐 中積累了 一些該課程的教學(xué)體會。一、優(yōu)化教材內(nèi)容，課堂講解力求深入淺出流體力學(xué)課程體系的主要內(nèi)容包括基本理論和實驗兩 大部分。由于流體力學(xué)學(xué)科的快速發(fā)展以及社會對各專業(yè)學(xué) 生知識結(jié)構(gòu)要求的不斷變化，有些在用教材已不能滿足教學(xué) 要求。因此，教師在備課時要盡可能多地參閱質(zhì)量高、實用 性強的教材，力求對同一個問題進行多角度分析。教學(xué)中應(yīng) 將不同教材版本的不同提法告訴學(xué)生，讓學(xué)生課后獨立思考 并提出自己的見解。在制定教學(xué)計劃時，應(yīng)該從課程內(nèi)容的 系統(tǒng)性和完整性出發(fā)，將教材原有章節(jié)順序重新調(diào)整，便于 學(xué)生對相關(guān)知識的理解。比如，在講解流體運動學(xué)基礎(chǔ)、動 力學(xué)基礎(chǔ)

4、時，先從粘性流體三維不可壓縮流動的運動微 分方程（即n-s方程）入手，對實際流體的流動特征進行 描述，學(xué)生就可獲得流體動力學(xué)的基本輪廓，進而了解只要 該方程中粘性力項為零就可得到理想流體運動微分方程。在 此基礎(chǔ)上，再令加速度項為零（即流體處于靜止?fàn)顟B(tài)或相對 平衡狀態(tài)），就可得到流體平衡微分方程（即歐拉方程）。通 過這一調(diào)整，省去了許多推導(dǎo)過程，而且也能讓學(xué)生對流體 質(zhì)點運動的力學(xué)機制有更明晰的認識。在課堂講解上，教師要力求做到深入淺出。流體力學(xué)中 的一些公式或方程的推導(dǎo)過程很繁雜，教師過多地羅列推導(dǎo) 內(nèi)容會導(dǎo)致學(xué)生的厭學(xué)情緒，甚至有些聽不懂的干脆就放棄 學(xué)習(xí)。比如，在講解流體微團運動分析時，可

5、以將多數(shù)學(xué)生 兒時玩的“泥球沿坡面下滾”游戲作為例子來講解，因為大 部分學(xué)生有過這樣的親身體驗，他們很容易理解泥球在滾動 的同時將伴隨變形和旋轉(zhuǎn)，這樣后面的推導(dǎo)就容易被學(xué)生接 受了。在講解管嘴出流時，可以學(xué)生每天接觸的水龍頭用水 的例子。比如在12 : 00-13 : 00期間用水，12 : 00時流出水 龍頭的水流速度很大，隨著鍋筒內(nèi)水位的逐漸下降，到接近 13 : 00時用水，在同樣的水龍頭開度下，水龍頭內(nèi)的水流速 度明顯要比12 : 00時的流速小，學(xué)生由此很容易理解有效 作用水頭與排水量的關(guān)系。二、發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)勢傳統(tǒng)教學(xué)模式即教師以講解、板書的形式將知識傳授給 學(xué)生的一種教學(xué)方

6、法。該方法在不同層次的教學(xué)活動中發(fā)揮 了積極的作用。教師生動、形象的描述以及肢體語言能使學(xué) 生有身臨其境之感，這種教學(xué)模式有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā) 揮，教師可以根據(jù)課堂上學(xué)生的反應(yīng)來適時調(diào)整講解速度和 思路，并以板書的形式突出重點和難點。流體力課程中有相 當(dāng)一部分內(nèi)容是力學(xué)知識和數(shù)學(xué)知識的綜合，只有通過嚴密 推導(dǎo)或作圖才能比較透徹地講清其基本原理。比如連續(xù)性方 程、能量方程、動量方程、（n-s）方程等是流體力學(xué)中的經(jīng) 典理論，也是難點所在。只有通過板書推導(dǎo)，學(xué)生才能理解 其物理事實，明確其解決工程問題的一般思路和步驟。流體 微團運動分析一節(jié)是運動學(xué)中的核心內(nèi)容，許多學(xué)生很難理 解流體微團能同時具

7、有“平動、變形（線變形和角變形）、 旋轉(zhuǎn)”三種運動趨勢。這就要求教師從介紹速度分解定理入 手，通過理論推導(dǎo)和對流體微團運動變形的圖示兩種方法來 講解。水擊現(xiàn)象中伴隨管道中壓力和流速交替變化從而引起 壓力波的“順向”及"逆向”傳播過程，如果不通過在黑板 上逐步圖示的方法，學(xué)生很難明白水擊發(fā)生的物理實質(zhì)。另 外，傳統(tǒng)教學(xué)方法也能展示教師的板書和繪圖功底。如果教 師的書法很漂亮，徒手繪圖效果好，能增加學(xué)生對教師的敬 重感，從而激發(fā)他們對流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。三、深挖多媒體教學(xué)潛力隨著科技的飛速發(fā)展和國家對教學(xué)投資力度的加大，現(xiàn) 代化的教學(xué)手段在提高課程教學(xué)質(zhì)量上發(fā)揮了重要作用。在 流體力

8、學(xué)課程教學(xué)中，通過播放課件、視頻、教學(xué)片等，能 讓學(xué)生很直觀地理解流體流動的具體特征。比如，漩渦的形 成、管嘴出流時真空區(qū)的形成、兩個相鄰局部阻礙之間的干 擾等現(xiàn)象，這些內(nèi)容用枯燥的文字描述是很難理解的，但利 用多媒體演示，學(xué)生從動態(tài)的、形象逼真的圖像中就很容易 理解流體力學(xué)現(xiàn)象。紊流是一種高度復(fù)雜的三維非穩(wěn)態(tài)、有 旋流動。對其流動規(guī)律的研究一直是流體力學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的熱 點和難點。紊流中，存在高流速層的流體質(zhì)點進入低流速層, 并與低流速層質(zhì)點發(fā)生動量交換，以及低流速層流體質(zhì)點進 入高流速層與高流速層質(zhì)點發(fā)生動量交換的過程。過去教師 通過板書圖示講解之后，仍有近70%的學(xué)生不理解雷諾應(yīng)力 與紊流脈

9、動的因果關(guān)系。但是，通過動漫形式顯示具有不同 初速度的流體質(zhì)點進入另一流層后對兩個流體質(zhì)點速度在 不同方向的影響過程，使這一復(fù)雜問題簡單化，學(xué)生也容易 接受。另外，利用教學(xué)錄像，學(xué)生對流體力學(xué)現(xiàn)象尤其是大 海的潮起潮落、龍卷風(fēng)運動、橋墩后尾流變化，以及1940 年美國塔科馬海峽大橋由于風(fēng)振而坍塌的整個過程印象深 刻。多年的經(jīng)驗表明：多媒體在教學(xué)中的運用對于激發(fā)學(xué)生 學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣、增強求知欲、開闊視野起到了積極的 作用。但是，多媒體教學(xué)潛力的開發(fā)取決于教師的前期投入, 也就是說，授課前教師必須投入大量的精力制作多媒體課 件，使其包含豐富的教學(xué)內(nèi)容，同時還能調(diào)動學(xué)生積極的參 與意識1。只有這

10、樣，作為傳統(tǒng)教學(xué)方法輔助手段的多媒 體教學(xué)，才能在幫助學(xué)生理解難點、掌握重點、提高學(xué)習(xí)效率上發(fā)揮越來越重要的作用。四、加強科研實訓(xùn)，開闊學(xué)生視野引導(dǎo)學(xué)生參與科研活動，在科學(xué)研究中增長學(xué)生的專業(yè) 知識，開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野。教師在完成課堂教學(xué)任務(wù)之后, 就課內(nèi)某一知識點引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻，開展科學(xué)研究， 培養(yǎng)學(xué)生的科研意識，提高其認知水平。學(xué)生以書面形式定 期反映自己在查閱文獻和學(xué)習(xí)研究中的收獲。教師根據(jù)學(xué)生 書面總結(jié)的完成情況給予評價。此外，教師也鼓勵學(xué)生主動 參與校內(nèi)外的科研活動，并定期寫出自己的體會交指導(dǎo)教師 評定2-3 o學(xué)生參與的科研內(nèi)容即使與其所學(xué)專業(yè)的學(xué)科 領(lǐng)域有一定距離，也將得到

11、支持，因為參與科研活動對學(xué)生 能起到開闊視野、激發(fā)科研熱情、訓(xùn)練科研思維的作用4。 同時還將進一步密切科學(xué)研究與專業(yè)學(xué)習(xí)之間的關(guān)系，為學(xué) 生進入更高層次的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)3。流體力學(xué)是一門系統(tǒng)性和理論性都較強的課程，它既體 現(xiàn)了經(jīng)典力學(xué)的基本思想，也反映了數(shù)學(xué)、物理、機械等多 學(xué)科在現(xiàn)代工程中的交叉應(yīng)用。在學(xué)分制教學(xué)管理體制和大 專業(yè)背景下的人才培養(yǎng)模式，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)培養(yǎng)目 標(biāo)來尋求合適的教學(xué)方法，構(gòu)建有創(chuàng)新特色的流體力學(xué)課程 教學(xué)改革體系，是一個艱難而漫長的過程，還需要在今后的 教學(xué)工作中作出更多的努力。參考文獻:1 楊小林，楊開明，嚴敬，等流體力學(xué)課程教學(xué)改革探析j.高等教

12、育研究,2006,22 (2)： 47-48.2 王烽，孫三祥，張濟世.水泵及水泵站課程設(shè)計教學(xué)新模式研究j.高等建筑教育，2010,19 (3)：117-119.3 王煒，陳煥新.水泵及水泵站課程設(shè)計教學(xué)改革j高等建筑教育，2011,20 (3)：91-94.4 馬寶峰，李巖，郭輝，等基于科研問題的力學(xué)綜 合實驗教學(xué)研究與實踐j.力學(xué)與實踐，2012, 34 (1)： 103-105.investigation and practice on multiangle teaching method of fluid mechanicswang yea, li yaningb(a. school

13、 of environmental and municipal engineering； b. school of automation and electrical engineering , lanzhou jiaotong university , gansu 730070, p. r. china)abstract：according to the course characteristics of fluid mechanics and the field working experience and teaching achievement of the author , five

14、 teaching reform measures are discussed as follows: optimizing theteaching content, simplifying the lecturing means, exerting thetraditional teaching advantage ,excavating the potential of multimedia teaching , cultivating the student? s innovation ability some efficient teaching methods are put forward to help the students understand the key contents of the fluid mechanics this study is meaningful for improving the te