交叉型教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)中的作用與研究(精)

1、交叉型”教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)中的作用與研究摘要流體力學(xué)中的概念、定理比較多,讓學(xué)生快速準(zhǔn)確地理解 并掌握這些概念和定理并非易事,它需要正面的說明解釋,還需要從數(shù)學(xué)和物理 的角度進行類比聯(lián)系。本文研究了在流體力學(xué)教學(xué)中的引入“交叉型”教學(xué)方 法的必要性和作用,重在培養(yǎng)學(xué)生的類比和建立多學(xué)科聯(lián)系的能力,準(zhǔn)確把握概 念及定理間的關(guān)系。關(guān)鍵詞交叉型教學(xué) 流體力學(xué) 類比“實施精英教育、 培養(yǎng)精英人才”是高等院校建設(shè)高水平研究型大學(xué)的目標(biāo)和 導(dǎo)向。高等院校秉行“教育以育人為本,以學(xué)生為主體;辦學(xué)以人才為本,以教師 為主體”的教育理念,培養(yǎng)了大批滿足社會需求的優(yōu)秀人才。但隨著社會進步和 時代的發(fā)展,對本科教學(xué)

2、質(zhì)量和教學(xué)目標(biāo)提出了更高要求,研究和實施新的教學(xué) 模式十分必要。 一、“交叉型”教學(xué)方法的必要性目前,我國高等工程教育的傳統(tǒng)模式是教師講授為主體的“知識灌輸”式,學(xué)生被動接受知識,主 動性學(xué)習(xí)不足,缺乏運用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)問題的能力,缺乏創(chuàng)新意識,創(chuàng)新能力不 足。不能滿足社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展對高素質(zhì)創(chuàng)新人才的現(xiàn)實要求。 多學(xué)科之 間的交叉融合成為目前學(xué)科發(fā)展的一個主要趨勢,大量原創(chuàng)性科研成果的產(chǎn)生、 新的學(xué)科增長點的培育以及優(yōu)勢學(xué)科方向的凝練,都依賴于多學(xué)科之間的相互交 叉與融合。積極推動學(xué)科的交叉融合可以為高等院校的學(xué)科發(fā)展創(chuàng)造一個良好 的機遇,并據(jù)此提供一條可行的路徑?？茖W(xué)所探討的規(guī)律是客觀存在的

3、,自然界 的規(guī)律本無學(xué)科之分,只是人為將之分為不同的門類,因此,所有的科學(xué)研究不應(yīng) 當(dāng)以學(xué)科作為界限。學(xué)科交叉、學(xué)術(shù)交流和團結(jié)合作是獲得創(chuàng)新性成果的必然 要求。很多諾貝爾獎的誕生都是得益于團隊合作與學(xué)科交叉,學(xué)科建設(shè)是學(xué)校事 業(yè)發(fā)展的根本,學(xué)科交叉有利于出創(chuàng)造性成果,同時,可以充分利用學(xué)校現(xiàn)有教 學(xué)、科研資源,減少資源浪費。現(xiàn)在,我們通常強調(diào)科研方面的多學(xué)科交叉,而忽 視了教學(xué)方面。在教學(xué)方面,多學(xué)科交叉同樣起著舉足輕重的作用。 二、 “交叉型”教學(xué)方法的作用 “交叉型”教學(xué)是構(gòu)建以核心課程和選修課程 相融合的教學(xué)模式,實現(xiàn)“科學(xué)無界限”的完美結(jié)合?！敖徊嫘汀苯虒W(xué)模式融理論基礎(chǔ)與專業(yè)培養(yǎng)為一體

4、,是研究型大學(xué)的基本教學(xué)模式,具有以下三個基本特 征:突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位;強調(diào)多學(xué)科交叉融合在教學(xué)中的重要作用;構(gòu) 建知識、能力與素質(zhì)的三維一體?！敖徊嫘汀苯虒W(xué)模式是相對于以單一性知識 傳授為主的教學(xué)模式提出的,是指教師以主講課程內(nèi)容為基礎(chǔ),融入其他相關(guān)學(xué) 科的知識加以傳授,讓學(xué)生體會多學(xué)科之間是有聯(lián)系的,不是獨立的,可以觸類旁 通,加深理解和便于掌握。專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)是夯實學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識、提高學(xué)生 綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié),在專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中引入其他相關(guān)學(xué)科的知識,可以拓寬 學(xué)生視野、提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、發(fā)揮學(xué)生能動性,對強化專業(yè)課教學(xué)效果,培 養(yǎng)專業(yè)知識扎實、思維活躍的創(chuàng)新型精英人才具有

5、重要意義。 三、“交叉 型”教學(xué)方法的具體實施 流體力學(xué)是工科學(xué)校主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。學(xué) 生通過本課程學(xué)習(xí)流體力學(xué)的基本概念和基本原理,掌握一定的分析、解決本專 業(yè)中涉及流體力學(xué)問題的能力,為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。本課程要求學(xué)生 掌握流體的主要力學(xué)性質(zhì)、流體在靜止和相對平衡時壓強的分布規(guī)律、計算和 測量方法、理解渦動力學(xué)原理并掌握流體運動學(xué)和動力學(xué)的基本方程,理解并能應(yīng)用理想流體和粘性流體的運動方程。內(nèi)容涉及:流體力學(xué)研究對象和研究方法 流體的主要物理性質(zhì),流體靜壓強及其特性;流體平衡微分方程;流體靜壓強的分 布規(guī)律;作用于平面的液體壓力;壓力作用點;作用于曲面上的液體壓力;液體的相對平

6、衡。描述流體運動的方法;流動分類;連續(xù)性方程;流體微團運動分析,無 旋運動和速度勢,不可壓流體的平面運動和流函數(shù)。理想流體的動量方程;理想 流體的能量方程;不可壓縮流體的一維流動,積分形式的動量方程和動量距方 程。流體的渦旋運動。應(yīng)力張量及形變率張量之間的關(guān)系;粘性流體力學(xué)基本方 程和邊界條件;粘性流動的基本性質(zhì);精確解;相似理論和量綱分析;邊界層理 論。湍流產(chǎn)生的隨機性;湍流基本方程;湍流的半經(jīng)驗理論;湍流邊界層。課程的 重點是連續(xù)性方程,動量守恒方程,能量守恒方程。課程的難點是邊界層理論和 湍流邊界層。但作者發(fā)現(xiàn)在課程教學(xué)中若采用傳統(tǒng)的以全時段講授為主的模式,學(xué)生容易產(chǎn)生疲倦心理,課堂效果

7、并不理想,同時若單一以教學(xué)參考書為主線講 授,在教和學(xué)兩個環(huán)節(jié)對細節(jié)的把握和理解都不盡如人意。申請人前期嘗試運用 類比的方法授課,也就是在介紹流體力學(xué)的概念和定理時,與數(shù)學(xué)和物理知識相 類比,同學(xué)可以很快接受,理解也較深刻,講授課程所涉及的基礎(chǔ)知識很多與數(shù)學(xué) 和物理密切相關(guān),引導(dǎo)學(xué)生積極思考,主動聯(lián)系,走向前臺,取得良好的課堂效果。 舉例一:流體力學(xué)中的很重要的內(nèi)容勢流理論,在勢流理論中很 重要的概念就是勢函數(shù)的引進,這里高等數(shù)學(xué)的格林定理就有著重要的作用,兩 者密切相關(guān),所以在介紹勢流理論時,格林定理要有意識地引入和重點闡述,并且 將兩者對應(yīng)起來,使學(xué)生在回想起數(shù)學(xué)重要定理的同時,對流體力學(xué)

8、的概念也更 加深刻的理解和清楚地掌握。 舉例二:在介紹激波概念時,可以借助 如下兩個圖例,圖1是通過計算在不可壓縮領(lǐng)域借助淺水波方程給出激波的圖形 圖2是通過實驗在可壓縮領(lǐng)域給出激波的圖形,在不可壓縮和可壓縮兩個情況下 激波的圖形是具有相比擬關(guān)系的,是可以類比的。同樣,水動力學(xué)的控制淺水波的方程和空氣動力學(xué)的可壓縮氣體方程形式上相似,具有比擬關(guān)系。兩個方 程的形式如下:淺水波方程:可壓縮氣體方程:形式比較復(fù)雜的 方程,通過聯(lián)想比擬,就可以通過記住淺水波方程就可以記住可壓縮方程的形 式。在流體力學(xué)教學(xué)中,有意識地引導(dǎo)學(xué)生與數(shù)學(xué)物理的概念和定理相聯(lián)系,可使學(xué)生更深刻地理解有關(guān)概念及定理間的關(guān)系,有助于培養(yǎng)學(xué)生的技能,并 使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)格的推理、全面分析問題的能力。在流體力學(xué)教學(xué)中,和其他學(xué)科 的知識相交叉,不僅對流體力學(xué)的理解有幫助,也可以加強其他學(xué)科知識的理解 和掌握。 多學(xué)科之間可以融會貫通,觸類旁通。參考文獻: 1張兆順,崔桂香.流體力學(xué).清華大學(xué)出版社.2Milton Van Dyke,An album of fluid motion,The parabolic