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本文格式為Word版,下載可任意編輯——淺談流體力學(xué)課堂教學(xué)中的小技巧思想及一些抽象的概念名詞。在當(dāng)前應(yīng)試教育的背景下,學(xué)生們的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)并不扎實(shí),學(xué)生們主動(dòng)感受實(shí)際發(fā)生的各種流體滾動(dòng)現(xiàn)象的機(jī)遇也較少,因此不少學(xué)生都對(duì)流體力學(xué)敬而遠(yuǎn)之。
考慮到當(dāng)前大學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量綜合化(課程較多),學(xué)習(xí)時(shí)間短程化(學(xué)時(shí)較少),如何在簡(jiǎn)短的課堂時(shí)間內(nèi)幫助學(xué)生提高對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解能力,顯得尤為重要。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),流體力學(xué)授課的過(guò)程中,假使引入一些小技巧,可以使學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)更簡(jiǎn)單把握。該文具體闡述兩大小技巧:(1)利用生活中的例子來(lái)“形象化〞知識(shí)點(diǎn);(2)利用物理學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)來(lái)“類比〞流體力學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)。
1生活中的例子來(lái)“形象化〞知識(shí)點(diǎn)
舉例(1):流體力學(xué)中(見(jiàn)圖1),求解曲面mn上所受壓力的水平分力時(shí),通過(guò)高等數(shù)學(xué)的微積分公式推導(dǎo)得出,要求曲面mn上所受壓力的水平分力,實(shí)際上相當(dāng)于求解該曲面在鉛垂面上的投影面(m’n’)上的水平壓力。該知識(shí)點(diǎn)的常規(guī)講授方式是教學(xué)生們通過(guò)曲面端點(diǎn)往鉛垂面上作垂線,從而找到其投影面。常規(guī)講授之余,為幫助學(xué)生們更好地把握該知識(shí)點(diǎn),可引入生活中推土機(jī)的“推土鏟〞(見(jiàn)圖2)來(lái)作一個(gè)形象比喻。“推土鏟〞前端的“弧形〞面,可類比為曲面mn,而推土鏟后面豎直的擋板,可理解為曲面mn在鉛垂面上的投影面m’n’。當(dāng)學(xué)生們復(fù)習(xí)或者解題的時(shí)候,聯(lián)想起老師上課提到的“推土鏟〞這個(gè)例子,就能夠很好地把握這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。
舉例(2):在講解流場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的加速度時(shí),通過(guò)數(shù)學(xué)公式的嚴(yán)密推理,得出質(zhì)點(diǎn)加速度由兩部分組成:①時(shí)變加速度,即速度隨時(shí)間的變化;②位變加速度,即速度隨空間位置的變化。當(dāng)教師僅依照書(shū)上的公式來(lái)講授該知識(shí)點(diǎn)時(shí),學(xué)生們當(dāng)時(shí)可能難以一下子理解,會(huì)提出這么一個(gè)問(wèn)題:“在表述質(zhì)點(diǎn)的加速度時(shí),為什么含有位變加速度?依照加速度的定義,加速度是速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù),而為什么跟空間位置也有關(guān)系呢?〞。如此推理下去,同學(xué)們對(duì)“質(zhì)點(diǎn)加速度〞這個(gè)概念的理解和記憶可能會(huì)產(chǎn)生畏難情緒。
為了幫助學(xué)生更好地理解,可以引用生活中“個(gè)人想法的變化〞這個(gè)例子,來(lái)形象化流場(chǎng)中的“質(zhì)點(diǎn)加速度〞。在這個(gè)社會(huì)里,茫茫人海可比作流場(chǎng),每個(gè)人相當(dāng)于流場(chǎng)中的某個(gè)質(zhì)點(diǎn),每個(gè)人的想法可類比為質(zhì)點(diǎn)的速度。我們每個(gè)人“想法的改變〞尋常涉及到以下兩個(gè)因素:一是隨著時(shí)間的推移(或年齡的增長(zhǎng)),我們每個(gè)人的想法也會(huì)發(fā)生變化,類似產(chǎn)生了“時(shí)變加速度〞。二是所處的環(huán)境改變,我們每個(gè)人的想法可能會(huì)隨之改變,類似產(chǎn)生了“位變加速度〞。
通過(guò)以上“形象化〞的類比,學(xué)生們對(duì)質(zhì)點(diǎn)加速度這個(gè)抽象概念有了更好的理解。
2利用物理學(xué)的知識(shí)點(diǎn)來(lái)類比流體力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)
舉例(1):流體力學(xué)中講到“并聯(lián)管道〞時(shí),可聯(lián)想到物理學(xué)中的“并聯(lián)電路〞??梢越柚缦聝蓚€(gè)圖例:圖3為物理學(xué)中并聯(lián)電路的圖形;圖4為流體力學(xué)中并聯(lián)管道的圖形。這兩個(gè)圖形具有如下比較關(guān)系:①電路中的電阻R類似管道中的阻抗S;②電路中的電流I與管道中的流量Q類似;③電路中的電壓U可比作管道中的能量損失Hf。
并聯(lián)電路的特征如下:①各支路兩端的電壓相等,為電路中電阻與電流的乘積,②總電路中的電流為各支路的電流之和。具體數(shù)學(xué)描述可見(jiàn)方程組(1)。并聯(lián)管道的水力特征如下:①各個(gè)支管中的水頭損失相等,為管道中阻抗與流量平方的乘積(注:流量的平方);②總管段中的流量為各個(gè)支管的流量之和。具體數(shù)學(xué)描述可見(jiàn)方程組(2)。
由此可見(jiàn),物理學(xué)中的并聯(lián)電路與流體力學(xué)中的并聯(lián)管道,具有很好的比較關(guān)系,唯一不同點(diǎn)是:并聯(lián)電路中運(yùn)用電流的一次方來(lái)計(jì)算電壓,而管道中運(yùn)用流量的平方來(lái)計(jì)算水頭損失。
通過(guò)聯(lián)想比較,學(xué)生們對(duì)流體力學(xué)中并聯(lián)管道的水力計(jì)算把握就更加簡(jiǎn)單了。
(1)
(2)
舉例(2):在介紹流場(chǎng)中的流線時(shí),發(fā)現(xiàn)流線是個(gè)比較抽象的概念,是看不見(jiàn)、且摸不著的。為了更好地幫助學(xué)生們理解該知識(shí)點(diǎn),可將流場(chǎng)中的流線與物理學(xué)磁場(chǎng)中的磁力線聯(lián)系起來(lái),而且磁力線也是比較抽象的概念,也是看不見(jiàn),摸不著的。磁力線的特征:磁力線上某點(diǎn)的切線方向,表示為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,磁力線的疏密程度,可表示磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。流線的特征:流線上某點(diǎn)的切線方向,為該點(diǎn)的速度方向,流線的疏密程度可代表速度的大小。通過(guò)以上描述,發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)中的“流線〞與磁場(chǎng)中的磁力線有一定類比性,可以對(duì)應(yīng)起來(lái)記憶,從而使學(xué)生對(duì)流線的概念和特征有更穩(wěn)固的記憶。
3結(jié)語(yǔ)
諸如以上的例子,在流體力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中還有好多,這里就不一一列舉了。在流體力學(xué)教學(xué)中,有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生,把知識(shí)點(diǎn)與生活中的例子、物理學(xué)的知識(shí)點(diǎn)相聯(lián)系,提高學(xué)生對(duì)流體力
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