与流体力学相关的现象大全11篇

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Abstract: in the chemical research and development of the field, play an important role in computational fluid dynamics, this paper mainly introduces the basic principles of computational fluid dynamics, and the application of computational fluid dynamics in the field of chemical engineering, application mainly through the introduction of computational fluid dynamics in the stirred tank, heat exchanger, distillation, thin film evaporator burning, etc., to reflect the fluid mechanics made in chemical engineering contribution.

Keywords: computational fluid mechanics; chemical engineering; application

中图分类号：TQ021.1 文献标识码：A

1 计算流体力学概述

作为流体力学的一个分支，计算流体力学主要负责，在固定的几何形状空间内，求解流体的动量方程、热量方程、质量方程以及其它的一些相关方程，然后通过进行计算机模拟，得到在特定条件下流体的有关数据。计算流体力学主要根据动量、能量、质量守恒方程，通过数值计算方法来求解出流动主控方程，并最终得到各种流动现象的规律。

计算流体力学主要包括3种计算方法：差分法、有限元法以及有限体积法。这是一个涉及到多个领域的学科，它不仅包括计算机科学、流体力学等专业学科，还有计算几何学、数值分析以及偏微分方程等数学理论知识。通过计算流体力学进行模拟，主要是为了作出预测和获得信息，来更好的控制流体流动。理论的预测主要来自于数学模型结果，并不是来源于实际的物理模型结果。

起初，计算流体力学主要用在航天事业、核工业以及汽车制造业上，解决一些涉及空气动力学方面的流体力学问题。计算流体力学的计算与实验研究相比，不仅成本低、速度快，还可以模拟真实、理想条件，所以，在各种流体现象的研究过程中，计算流体力学成为对各种流动系统和流动过程，进行设计、操作和研究的有利工具。

在上个世纪60年代末期，在流体力学各相关行业中，计算流体力学已经得到了广泛应用，直到上世纪90年代后期，才开始对于化学工程的模拟计算，现在化工领域中，计算流体力学已经成为流体流动和传质的重要研究工具。

在各种化工装置中，计算流体力学都可以进行模拟、分析、预测，比如说，可以在流体流动过程中，对于其中的传质、传热进行预测，比如在蒸馏塔中进行的两相传质流动状态的模拟，在模拟加热器里进行的传热效果的模拟；在搅拌槽混合设备可以进行模拟设计、放大；可以对化学反应及反应速率进行描述分析，并在反应器中进行模拟，比如可以在燃烧反应器、生化反应器，可以进行反应速率的模拟；另外，还可以进行一些设备的分离、过滤、干燥方面的模拟，以及一些装置内流体流动的模拟。

2 计算流体力学在化学工程中的应用

2.1 计算流体力学在搅拌槽中的应用

由于搅拌槽内部流动比较复杂，现在，搅拌混合仍然还没有形成完善的理论体系，在对一些混合设备，比如搅拌槽等，进行放大设计的时候，往往经验成分要多于理论计算。在实际的工业体系中，尤其是快速反应体系，还有高黏度非牛顿物系，不同程度的非均匀性存在于工业规模的反应器中，而且，不均匀性的严重性是随着规模的增大而增大的。所以，目前经验放大设计的可靠性，正在迎来前所未有的挑战，这就更有必要需要，更深入的对搅拌槽的内部流场展开研究。

最初，Harvey等对搅拌槽内的流场，利用计算机进行二维模拟，这些年来，通过采用计算流体力学的方法，对搅拌槽内的流场进行研究的技术，取得了较快的发展，这种方法在节省大量研究经费的同时，也可以获得实验所不能得到的数据。之后，Sun等针对搅拌槽气液两相流动，利用计算流体力学的湍流模型进行了三维模拟，实验结果显示，计算流体力学能很好地对搅拌器上部气体分布进行预测，对搅拌器底部区域的模拟却没有取得较好的效果。后来，Javed等也通过计算流体力学软件Fluent，对Rushton型涡轮搅拌槽湍流，作了与时间相关的三维数值预测，和实验结果比较显示，搅拌叶轮上下平均速域，两项结果一致，但在湍动能的结果上，计算值和实验结果还是存在一定差异的。

之后，又进行了许多类似的实验，实验证明，通过计算流体力学与数字粒子图像测速仪相结合，有益于更深入地对搅拌装置进行研究。通过数字粒子图像测速仪的测量数据，可以对计算流体力学的计算结果进行验证，另外，数字粒子图像测速仪的测定点速度，也可以作为计算流体力学的边界条件。除此之外，多普勒激光测速仪也可以与计算流体力学相结合，用于研究搅拌。

2.2 计算流体力学在换热器中的应用

在化学工程中，换热设备应用比较广泛，它可以详细、准确地对壳程的流动、传热特性做出预测，这不仅有助于设计经济和可靠的换热器，还有助于对现有管壳式换热器的性能做出评价，在工业的应用过程中起着十分重要的作用。

管壳式换热器不仅具有比较复杂的几何结构，而且流动、传热的影响因素也比较多，通过计算流体力学，利用计算机对换热器壳侧流场进行模拟，这就有助于对壳侧瞬态的温度场、速度场加以了解，这是其它方法所难以掌握的，这就方便了对换热器的机理分析以及结构优化。

其中，一些国外专家针对换热器内，流体流动的计算流体力学模拟展开过一些研究。熊智强等专家，针对换热器弓形折流板流场，利用该技术进行了数值模拟，研究结果表明，在弓形折流板的背面，存在着流动死区，导致一些区域的流速偏低，通过在弓形折流板上开孔，计算流体力学计算结果显示，其传热效率有了明显的提高，壳侧压降有了明显降低。

一般来说，管壳式换热器中流体流动为湍流，与此同时，在实际的应用过程中，管壳式换热器中管的数量又比较多，这就给计算增加了难度。现在，针对于管壳式换热器壳程流动的研究，主要采用的还是二维、三维单相研究方法，另外，三维两相还有多相的计算流体力学模拟应用的还是比较少的。

2.3 计算流体力学在其他方面的应用

在其它的一些化工领域中，计算流体力学的应用也是比较广泛的。比如说，在精馏塔中的应用，在薄膜蒸发器中的应用，在燃烧反应器中的应用，在生化反应器中的应用，如下进行简要概述。

在精馏塔气液两相流动、传质的研究过程中，计算流体力学是其中的一项重要工具，通过进行计算流体力学模拟，可以微观的检测到塔内气液两相流动状况。当然，在模拟精馏塔内流体流动上，计算流体力学模拟也存在一些不足，比如说，在规整填料塔内流体流动的模拟上，模拟结果与实验值还是存在一定偏差的。这主要因为数学模型还不够精确，这就要求无论在流体力学的理论分析上，还是实验研究，都需要进一步加强。

通过计算流体力学的应用，对薄膜蒸发器内各种场分布实现成功预测，这就在薄膜蒸发器内，进一步满足了对液膜流动、传热、传质机理的研究。但是由于在薄膜蒸发器内，蒸发过程比较复杂，无论国内还是国外，基于计算流体力学技术，针对薄膜蒸发器流体流动特性所展开的研究还是比较少的。

在各种燃烧系统中，计算流体力学的应用也是比较广泛的。通过计算流体力学，在燃烧过程中，可以对各种状态参数进行模拟，对燃烧器的燃烧过程加深理解，这不仅可以实现对燃烧反应器的优化，还可以相应的控制污染物排放量。

另外，在生化反应器模拟研究的过程中，计算流体力学也是一个重要的手段。生物反应器包括搅拌式生化反应器、气升式环流反应器等，通过对计算流体力学技术的应用，不但可以获取速度场、温度场、浓度场等方面的详细信息，还有助于对生化反应器优化、设计、放大等方面的研究。

但是，目前计算流体力学技术仍然不是很成熟，比如说，一些复杂物理、湍流、反应等现象，还不太容易找到合适的模型，在许多问题的应用上，数学模型也不够精确。这就需要工作人员要针对研究对象，做出合理的选择。即便如此，在化工过程研究中，计算流体力学技术已经成为不可缺少的工具，相信随着科学技术的发展，在化工领域中，计算流体力学技术将会得到更广泛的应用。

参考文献

[1] 张少华.化学链燃烧系统设计与计算流体力学模拟.华中科技大学硕士学位论文.2011(07).

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前言

流体无固定形状，即使受到的剪切力再小，只要持续存在，其变形便会随时间持续增大，不像固体那样，一定的受力只能产生一定的变形。流体力学的基本理论非常严密，描述流体流动现象的数学方程非常复杂，高度非线性[1]，因此学生对流体力学敬而远之的现象比较严重。此外由于因特网及电子计算机的普及，各种虚拟现象泛滥，在这样的环境下成长的学生接触和感受实际发生的各种流体流动现象的机会大大减少，对自然现象的观察和理解能力很弱。很多学生在接受流体力学教育之前所受的应试教育的影响下[2]，学习只是为了在短时间内对给出的试题做出接近正解的答案获得高分，这种教育具有多大的意义，近年来许多学者从教育学的角度提出了疑问[2]。只有直面实际的流体流动现象，抓住问题的本质，才能诞生真正的学问和研究。笔者基于对本科和研究生的流体学教学中存在的难点和问题，指出了重视流体流动现象的观察和理解对提高流体力学的教学效果的必要性和重要性。

一、流体力学教学面临的问题

（一）新形势下学生所处的社会环境变化

学生从小利用电脑打电子游戏的玩耍时间和机会大大超过了自己亲自动手制作道具及模型的体感玩耍时间，通过体感玩耍接触和观察自然现象的机会大大减少。

因特网的普及使得在短时间内获得大量的信息或实时获得信息成为可能，近年来出现学生过度依赖因特网的倾向，疏远了纸质图书及相关文献这些知识比较系统逻辑性也有保证的传统信息载体。但因特网上除了正确的信息外，还有很多不准确甚至错误的信息，即使是正确的信息，各信息段之间也缺乏系统性，因此学生仅通过因特网难以建立系统的知识体系的。

手机在学生中的普及也使得学生们在实际问题时，不是自己独立分析问题，找出问题发生的原因，而是直接利用手机询问他人求得答案，这样很难培养独立制定计划，对可能事态进行预测，独立进行解决问题的能力。这恰恰是对一个未来走向社会成为一个优秀的技术人员的必经的磨砺之道。

（二）流体力学教学面临的问题

流体流动的力学模型及其运动的物理意义难以理解[3]。流体粘性产生的模型与牛顿粘性定律之间的对应关系就是最好的一个例证。大多数学生虽然能够使用牛顿粘性定律进行计算，但对运动的流体为何会产生粘性却不能正确的理解。的确，对于涉及到流体力学的某些技术或产品设计，只要懂得一定的计算即可，但是对于开发和设计全新的产品，如不能准确把握所涉及到的相关流体流动的物理本质，有时会产生完全错误的设计结果。

流体的运动状态繁多，流体力学融合领域广，要求学生掌握更多的学科预备知识，尤其对数学知识的要求更高，使部分学生觉得流体力学是难以接近的一门课。同一流动现象常常可以从多个角度进行解释，容易使学生产生混乱。比如对翼型的流体力学工作原理，可以从流体流动的动量变化、伯努利方程、压力积分、流线的曲率变化等几个方面进行解释，解释方法之多反而会使学生产生混乱，但每一种解释方法都是正确的，解释的都是一个本质，只有完全理解各种解释方法所依据的理论，才可以解除认识上的混乱，将学到的知识条理化、系统化。

描述流体流动的数学方程高度非线性化，数学上求解比较困难。描述流体流动的纳维斯方程和能量方程是否可以求解以及数学解的唯一性的证明需要微分方程、偏微分方程、多元积分等很深的数学功底，但近年来学生的数学和力学基础存在下降的趋势。

学生在进入大学前所接受的应试教育的影响很大，以考试成绩自评学习效果的认识根深蒂固[4]。实际的流体流动现象往往没有单纯的标准答案，有时甚至存在多个解，重要的是抓住流动现象的物理本质，系统的理解流体力学的基本原理。

二、教学方法对应

解决上述问题的根本方法，笔者认为只有从流体力学教学上，直面涉及流体的各种现象，使学生准确的把握物理本质。为此在流体力学课堂上，广泛采用流体模型教学和实例教学，增加学生观察理解各种流动现象的机会，唤起他们对本门课的兴趣的同时，让他们形成为探究流动现象背后的物理本质进行思考的习惯，这对解决流体力学教学所面临的问题至关重要。

使用电吹风斜向上吹一个让学生事先准备好的气球模型，没经验的学生会意外的发现气球会向斜上方飘起。这一流体流动现象可从风从气球上部通过时，由于气球表面的影响风的流向会产生变化，也就是流线产生弯曲，根据风的动量变化必然产生使得气球浮起的升力得到解释，还可以从物体绕流边界层效应得到解释。从这一简单的模型教学，还可以解释飞机的机翼通过改变空气的流向进而获得升力的流体力学上的工作原理。

在一个装满水的塑料瓶内分别放入密度大于水和小于水的钢球和泡沫小球，然后放在一个可移动桌面上，使桌面等直线加速运动，可发现钢球运动较慢留在瓶底，而泡沫球运动较快停在瓶嘴附近。观察这一个现象引导学生：泡沫球运动得较快是因为等加速运动瓶内流体的静压在运动方向上递减形成压力梯度，小球的前进方向的压力大于等加速运动产生的惯性力，因此小球相对于塑料瓶向前运动；而作用于钢球的前进方向的静压力虽然与泡沫小球相同，但惯性力大于前进方向的静压力，因此钢球相对于塑料瓶向后移动。这一模型教学比一般教科书上关于流体等加速直线运动流体的静压分布的例题更容易使学生抓住问题本质，且能培养学生独立思考之习惯，使学生体会到透过流体流动现象来正确观察和理解把握流体力学基本规律的乐趣。

经常使用立式洗衣机的人都知道，洗完衣服后，衣兜总要被翻过来，假如原来兜里装有硬币等硬物，也会被掏出来[5]。把这个实例在课堂上讲出后，学生们甚有兴趣，追问其中的奥秘，当教师根据伯努利定律做出解释并介绍伯努利这位集物理学家、数学家、力学家及医学家于一身的瑞士的大科学家的基本情况后，学生们顿时对这位科学家充满了崇敬之情，通过大量这种实验模型及实例教学，学生们对学习流体力学这门课更有了兴趣和信心，教学效果的提高自不待言。

三、结语

本文详尽的分析了计算机、因特网、手机等现代化通讯工具普及后对学生产生的影响，由于流体力学课程知识体系的特点，这种影响产生的负面问题很多，尤其是教授成长在应试教育体制下走入大学的学生，更需要转换认识，改变教学观念，在课堂教学中广泛植入实验模型教学和实例教学，让学生直面实际存在的各种流体流动现象，通过实际的流体流动现象的观察和理解，达到生动及形象的把握这些流动现象背后的流体力学的基本定理，有效提升教学效果的同时，通过简单实验模型的制作还可提高学生的动手能力，这对学生走向社会成为一个具有创造性思维能力、独立思考的优秀技术人员也是一个必不可少的雏形磨砺。

[参考文献]

[1]黄卫星.工程流体力学[M].北京:化学工业出版社，2008.

[2]李丹，杨斯瑞.应试教育与创造性人才的培养[J].继续教育研究， 2009， 25(2): 180-185

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“流体力学”课程是我国高等院校工科专业的一门主干专业基础课，涉及土木、能源、医学、环境、化工等许多领域。该课程是联系前期“高等数学”、“理论力学”等基础课程和后续专业课程的桥梁和纽带，在学生能力培养和知识体系构建过程中起着“承上启下”的作用。流体力学因曾经在20世纪五六十年代对航空航天事业的巨大推动而倍受世人瞩目。近年来，流体力学广泛深入地向边缘学科交叉渗透，这就要求相关领域的工作者要善于从错综复杂的工程实际中独立地提出问题和解决问题。

民办高职院校的学生入学成绩较差、自主学习的能力较差。很多学生对流体力学现象认识模糊，学生普遍感觉流体力学概念抽象，难以理解，对“流体力学”产生畏难情绪和厌学现象，学习积极性不高。2011年，江苏省高职院校招生实行注册入学，更意味着生源素质的良莠不齐，这对工科专业的民办高职院校的“流体力学”课程教学是个严峻的挑战。

一、民办高职院校学生的特点

1.入学成绩较差

民办高职院校在高等院校中处于较低的地位，这尤其体现在招生中，往往是录取批次的最后一批。这就意味着入学的学生往往入学成绩较差，从这几年金肯职业技术学院（以下简称“我校”）的录取成绩来看，从90分～330分都有，大多是在180分左右。因此民办高职院校的学生往往数学物理基础较差，计算能力较差，影响他们对工科课程的学习。

2.自主学习的能力较差

从和学生的交流情况来看，学生在课后很少主动学习、看相关的书籍，甚至连作业都有不能按时保质完成的时候。

二、如何调动学生学习“流体力学”的主观能动性

民办高职院校和公办本科院校以及公办高职院校有很大的区别，使得在“流体力学”课程教学中不能照搬上述公办院校的方法，而要根据民办高职院校的特点来实行教学。

陶行知在《中国教育改造》中指出：“大凡选择职业科目之标准，不在适与不适，而在最适与非最适。所谓最适者有二，一曰才能，二曰兴味。才能足以乐业。”学习最有兴趣的专业，因其兴趣，才会有乐趣，才会安于学习。托尔斯泰说过：“成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生的兴趣。”对民办高职院校的学生更应注重兴趣的培养。

1.教学内容优化，降低难度

（1）教学内容精简，理论够用为度。鉴于高职院校学生的特点，再结合高职专业所实现的目标——技能性人才，根据各专业的侧重点，对教学内容进行优化。理论难度够用为度，不求理论的系统性和完整性。以给排水工程专业为例，流体静力学经优化后，保留静压强及其特性、静力学基本方程的应用、平面和曲面的静水总压力的内容，侧重基本概念、基本定律和方程式，取消了平衡微分方程的内容。对我校学生而言，难以听懂，不如加强基本知识的介绍，如能透彻理解，对工作和生活更有用。

（2）教学内容体现职业特点。应该在教学内容中体现本专业的专业内容。对于面向给排水工程专业开设的“流体力学”课程，其专业和自来水、污水的运输和输送紧密相关，都离不开管、泵的设计与使用，这就涉及到流体力学的许多方面。例如，分析流体在管道内的流动规律、压力、阻力、流速和输量的关系时，应向学生指出此处知识点的学习是为了根据流动规律和各参数关系来设计管径、校核管材强度、布置管线以及选择泵的大小和类型、设计泵的安装位置等，把知识点融入到职业特点中，编成例题进行讲解。有些概念和理论是学生首次在“流体力学”里学到的，并且会贯穿到整个专业知识的学习过程中，例如雷诺数、水头损失、沿程水损等，所以，对于此类知识的反复强调也是非常必要的。把“流体力学”和“泵与风机”、“管道工程”、“水处理工程”等专业课联系在一起，相关知识点能做到心中有数，为以后专业知识的学习打下坚实的基础。优化内容的同时，也不同程度地降低了学习内容的难度，这在客观上为提高学生的学习积极性铺平了道路。

2.活跃教学课堂气氛，营造轻松的学习环境

（1）用重大事件激发学生学习“流体力学”的自觉性、主动性和积极性。在教学中适当地穿插讲述一些有关的重大事故、重大灾害和重大建设项目（统称“重大事件”），对于学生认识现在的学习与未来工作之间的关系、提高学习自觉性、培养热爱专业的思想和严谨的科学作风很有帮助，同时也有助于活跃课堂气氛。

在讲授“流体静力学”这一章节内容时，可举1993年青海沟后水库垮坝事件。1993年8月27日夜间，库容为330万m3的青海省海南藏族自治州沟后水库在库水位低于设计水位0.75m3的情况下突然垮坝失事，造成288人死亡，40人失踪，直接经济损失1.53亿元。水利部专家组调查认定，沟后水库在设计上有缺陷，施工中又存在严重质量问题，运行管理工作薄弱，这次垮坝属于重大责任事故。结合流体静力学讲述这一事件时指出：不管在什么岗位，责任心和专业技术素质也许会关系到千百人生命财产的安全。

（2）用工程或生活实例让学生感受到科学很奇妙，身边处处有科学。兴趣是学习的最大动力，教师应该让学生直观形象地了解流体力学的广泛应用性以及内容的趣味性，将与日常生活或生产实际有关的例子介绍给学生。“流体力学”的理论性较强，公式较多，学生理解比较困难。如果教师在课程的讲解过程中，多穿插一些实际生活中的现象，与课本中的理论结合起来讲，一定会大大提高学习兴趣，使学生更好地熟记和应用知识。在静力学章节的学习过程中，可举“人能下潜多深？”的例子，帮助理解静力学基本方程。小时候经常玩的一个游戏——吹纸条。拿出一个小纸条，让它自然下垂。沿水平方向在它上面吹气，纸条就会飘起，这是由于流动气体的压强小。而解释流动气体压强为什么小，要借助伯努利方程来解释。“站台安全线的由来”，“神奇的香蕉球”是如何踢出来的？这也要用伯努利方程来解释。身边的科学无处不在，只要仔细观察，便能从中领悟到许多道理。

从奇妙的鱼缸、小鸟喝水的杯子到饮水机的原理，介绍静力学基本方程的应用及等压面的概念。简单的原理，小小的发明，却给生活带来极大的方便，这就是创造发明的价值所在。

（3）增加语言的艺术性，让枯燥的流体力学变得优美和富有哲理。子曰：“学而时习之，不亦悦乎？”学习应该是快乐轻松的事。从幼儿园到小学，都倡导素质教育、快乐教育。高等教育也应该贯彻这一思想，学习才能持久。

传统的课堂教学极容易枯燥乏味，使学生听课索然无味，这必将不利于教学质量的提高。如果我们的授课语言优美，讲述形象生动，把美的气息、哲理的意味注入“流体力学”的教学，使学生学得轻松、自由，甚至浪漫，营造出轻松、快乐的学习氛围。

在绪论中，可以谈谈流体力学中的人文文化。水与空气都是流体的典型代表，是一切生命不可缺少的物质，自古至今人们对它的了解、探索和应用创造了丰富的文化物质成果。“楚天千里清秋，水随天去秋无际”。秋风，天水一色，是大自然的美景，也是流体的流动现象。它们赋予我们灵感，承载着我们的喜怒哀乐。古圣人喜欢从哲理上描述水性，歌颂水德。老子说“智者乐水，仁者乐山”。老子的名言是“上善若水”。通过此类讲述，使流体力学增加美的气息，使力学融入人文，既说明我们的生活与其息息相关，又轻松了课堂气氛。

在讲授粘性流体流动存在着两种流态时，可以借用古代文学中相关的名句，如描述湍流的有李白的“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，描述层流的则有“半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊”等佳句。这样可以帮助学生建立对流态十分形象而深刻的印象，从而有助于学生理解、掌握相关知识。

在教学过程中，还可穿插着向学生介绍定律知识背景的形成过程，以及相关科学家的工作，让学生领悟科学思想，轻松接受相关知识。“牛顿粘性定律”是牛顿对流体力学的主要贡献之一，是流体力学教学的重点内容。我们不仅仅要教给学生科学知识的本身，还应重视如何使学生感悟科学精神。此时穿插介绍牛顿的哲学思想和科学方法。牛顿用引力理论和运动三定律把天上行星和它们的卫星运动规律，同地上重力下坠的现象统一起来，实现了天上人间的统一，这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献。

3.突出实验教学的特殊地位，让学生乐在其中

突出实验教学的特殊地位，使教学贴近实际，贴近生活。通过演示实验、学生验证性实验、竞赛型的设计性实验、实验录像、照片、仿真实验教学等多种方式贯穿教学的全过程，让学生看到各类实验最深刻、真实的一面，从而丰富学生的经验，增强学生的见识，培养职业意识和实践能力。

（1）开发课堂演示教具和演示实验。开发一系列课堂教学演示教具，可以使学生耳目一新，课堂气氛变得活跃起来。课堂演示教具和演示实验的使用，必须简单易行，价廉物美，且能解决教学问题，这对民办高职院校的教师提出了较高的要求。讲授表面张力和毛细管现象时，可演示毛巾浸湿的现象，顺带告诉学生如何在无人时给花草自动滴灌的方法；演示移液管移液凹面的现象时，告诉学生如何读数，如何避免毛细管现象引起的误差，同时可教学生化学实验操作的细节。讲述“流体静力学”章节时，演示倒扣水杯的实验，让枯燥的方程变得形象，易于理解。从废弃饮水机上拆下的“聪明头”，介绍静力学基本方程的实际应用。这些教具都非常简单，也易于获得，甚至无需额外花钱，学生也非常感兴趣。

（2）应用多媒体教学演示。并不是所有的教学内容都能找到适合课堂演示的案例。随着多媒体在教学中应用的普及，一些复杂的演示实验和昂贵的演示教具可以通过多媒体教学来实现。如雷诺实验、水跃实验、水击现象，在生产实践中所应用的各种堰，都可一一演示，远胜贫乏的语言描述。

（3）用设计性实验让学生参与其中，乐在其中。设计性实验围绕职业特色专题，依据学生的实际情况而设，如：“自动虹吸管的改进与应用”。指导教师根据学生对所学知识的掌握及兴趣度，将他们分成几个不同的实验小组，然后指导和协助学生自己设计实验方案，动手组装，最后依据实验结果给出实验成绩。

该实验教学模式的优势体现在以下几个方面：激发学生的求知欲望和培养学生的创造能力；加深学生对理论知识的理解并向外延展；节省高校实验室资金投入。

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随着我国海洋事业的不断发展，对海洋类科技人才的要求也越来越高。流体力学是海洋科学类专业的一门专业基础课，在整个海洋科学专业的教学体系中占据重要地位。本课程的任务是通过学习，了解流体运动学和动力学的基本知识，掌握理想流体动力学的基本知识，掌握理想流体动力学的研究方法和理论，掌握不可压缩理想流体的无旋运动、粘性不可压缩流体动力、边界层理论、湍流等的基本理论和研究方法。这门课程具有极强的理论性和实践性，从而决定了这门课的教学目的既要使学生掌握理论知识，又要使学生学会如何运用到实际工程中去。然而，随着教学体制的改革，学分制实施，流体力学的教学学时不断缩短。课程教学多是为了满足培养方案的要求，对系列化专业课程支撑不够，教学效果不甚理想。因此，为了适应新形势下对人才培养的要求，我们对流体力学课程教学过程的各方面进行了改革和实践，以达到以培养出合格的海洋类人才的目的。

1.教学理念改革

流体力学课程的特点是抽象概念多、理论性强、体系复杂、难度较大，许多知识点都包含了大量的数学推导，对学生的数学基础要求比较高。也正是由于这些特点，所以需要改变传统的以教师为中心的知识传授型的教学理念，因为这种方式并不能使学生对所学知识留下深刻的印象，因而教学过程效率低，容易造成学生为了考试而学习的现象，不利于学生的综合能力的培养。新教学理念增强教学过程师生间的互动，突出学生的主体性，改变以往学生在学习过程中被动接收的地位，合理设计教学内容，利用现代化的教学方式，是以培养学生的学习能力、科研素质、创新意识为目的，全面提高学生的综合素质。希望通过流体力学课程的学习，使学生系统掌握流体运动的一般规律及其有关的基本概念、基本理论、基本方法和基本实验技能，同时具备较强的自学能力以及创新意识，为以后专业知识的学习，打下牢固的基础。

2.教学内容的改革

由于海洋科学类专业教学要体现海洋特色，海洋学的研究对象是海洋，而海水是海洋最重要的组成部分，动力海洋学研究宏观海水的运动，所以无论在研究对象、研究目的还是研究方法上面，动力海洋学都是流体力学的具体应用和发展。

针对这一教学内容的要求，我们进行了流体力学教学内容改革，使之适应于当前的海洋科学专业类的教学。考虑到目前国内的流体力学课程内容相当宽泛，并不是特别适合海洋科学专业的教学需要，所以在内容上作了调整，保留经典流体力学的基本原理，同时加入了流体力学基本原理在海洋学中的具体应用。例如，在讲授研究流体运动的两种方法欧拉方法和拉格朗日方法时，介绍了两种方法在海洋调查研究中的应用；在讲授有旋运动动力学中，将环流定理扩展到海洋和气象等方面的具体应用；在讲授粘性流体动力学时，补充了柯氏力场中粘性流体的运动，并深入讲授了风生海流、地球转动对梯度流方向随深度变化的影响等。

这些内容的加入和调整，使学生不但能够深入理解相关的教学内容，还能够了解其具体的海洋学应用，真正做到学以致用，并且可以平滑过渡到一些后续海洋类专业课程，如物理海洋学、海洋气象学、大洋环流等，的学习当中，同时也为将来考研或者研究生阶段的学习打下良好的基础。

3.教学方式的改革

教师教学方式就是教学中为达到教学目标，教师所采用的一系列的教学行为和活动方式、方法的结合。考虑到流体力学的学科特点，其基本方程、原理的推导较多，所以在传统上以教师教授法为主，即以教师为主体进行知识的讲授教学活动。但是单纯的讲授法存在一些问题，就是容易在课堂上与学生缺乏互动交往，从而不能有效的调动学生的学习积极性。为此，在流体力学的教学过程中，转变教学思路，将以教为主的教学设计和以学为主的教学设计结合起来，通过多种方式实现教学的良性互动，提高教学质量。

3.1多媒体教学改革

传统的板书教学方法的特点是推导过程细致、讲解入微，这在一些复杂的定理推导过中可以有效的帮助学生理解整个推导过程，也有助于学生掌握推导方法和技巧。但是，板书教学也有不足之处，一是采用板书教学传授的信息量不够大，由于流体力学的教学内容中存在大量的公式原理的推导，所以往往需要较多的课时才能满足教学要求；二是部分教学内容不够直观，流体力学的一门理论与实际结合的学科，所以很多的理论都有其对应的实际流动现象，所以板书对此无能为力。

多媒体教学可以有效的弥补板书教学上存在的不足，单课时能够提供较多的教学信息量，有效提高教学效率。另外，多媒体教学可以增加课堂教学内容的表现效果，通过一些多媒体素材展示了相关的流动现象，通过视觉、听觉等多种信息传递方式，帮助学生理解教学内容，这对于抽象的流体力学理论教学是一种相当好的授课形式。但是多媒体教学也存在一些不足之处，在公式的推导过程中，翻页式的教学明显加快了教学节奏，使得学生对推导过程了解不够深入，部分细节不明所以，学生的思考时间减少，另外就是多媒体教学的推广，很多学生都没有了记笔记的习惯。

针对以下两种教学方式的特点，在海洋科学专业流体力学的教学过程中，我们采用了两种教学方式相结合的方法。对于一些重要的基本原理，仍然采用传统的板书式教学，力求传授给学生流体力学的研究方法和研究思路。而对于推导结果，则采用多媒体的方式进行展示，在实际的教学中，引用了大量的海洋、大气等流体力学现象，如波浪、海流、台风等，将其以直观的形式与对应的流体力学理论结合，这样既加深了学生的理解，也引发学生进行海洋学研究的兴趣。实际的教学过程显示，课堂教学效果较好。

3.2课堂教学过程改革

为了能够使学生更好的融入课堂教学，在讲授法的基础上，采取了问答法、引导法多种教学方式作为辅助。

问答法是教师通过提出问题引导学生积极进行思考，学生自己得出结论来获取知识，可以有效的使学生主动参与课堂学习。在流体力学的教学过程中，合理的设计课堂问题，避免问题过易或者过难，前者不能达到启发引导学生思考的效果，后者会让学生对流体力学的教学内容产生畏难情绪，不利于知识的深化教学。同时，问题的设计也要有启发性、典型性，问题的数量一般控制在每节课2个左右，根据相关的知识点进行设计。

引导法是教师引导学生通过阅读教材、课件提示等材料，以自己相对独立的形式学习的教学方式，这种方法更能锻炼学生的学习能力。在流体力学的教学过程中，对于引导法的使用一般安排在内容相对简单，或者教学内容有相似重复处。如将雷诺输运定理应用于连续方程、动量方程等的推导，教师讲授连续方程的推导，而其后对于动量定理、能量定理等的推导引导学生独立完成。通过这样的引导过程，使得学生能够举一反三，牢固掌握基本原理，并培养了自学能力和创新能力。

3.3引入现代网络教学方法

为了能够有效的利用现代网络技术进行教学，推进课程的网络化改革，建设了流体力学网络课程。为避免网络课程成为简单的课堂内容的重复再现，在网络课程的设计过程中考虑与实际的课堂教学的互动性与互补性，除了提供课程教学视频录像供学生复习以外，还提供了非常丰富的相关多媒体教学资源、辅导资料，并将网络课程作为学生自学的一个重要的课后辅导工具，提供在线答疑。另外学生还可以网络课程提出对于教学过程的各种建议反馈，促进教学改革。网络课程的开设，使得流体力学的整个教学过程具有了交互性、共享性、开放性、协作性和自主性等特点。

4.结语

通过近几年较为系统的流体力学课程教学改革，包括更新教学理念、调整和补充部分海洋特色的教学内容、运用现代化的教学手段、改革课堂教学过程等途径，大大调动了学生学习的积极性，显著提升了教学效果，提高了课程的教学质量。但仍需进一步完善教学体系，提高教学水平，将教与学有机结合，对海洋科学类专业流体力学课程的教学改革进行不断探索和实践。

参考文献：

[1]孟祥林.不同教学模式下师生角色、教学效率对比及改革思路.湖南师范大学教育科学学报，2004年1月，第3卷第1期.

篇（5）

中图分类号：G641 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2013）12-0220-01

一、重视“绪论”课

在正式绪论课之前，先以“引子”的方式引入流体力学的概念，并列举生活中存在的流体力学现象，例如球类运动，运输行业，长距离体育项目激发学生对流体力学的兴趣，并强调流体力学存在于自身身边，并不是高深的学问，打消学生对学习困难的顾虑。

再列举流体力学在专业中的应用，例如水力学中的管道、渠道等，空气动力学中的气象污染扩散、室内通风等，强调流体力学对于专业来说是一门重要的专业基础课，在流体力学课程的基础上架设的多门专业课如《化工原理》、《水污染控制工程》、《大气污染控制工程》均需要流体力学课程相关理论的支撑，使学生知晓学好流体力学课程的重要性与必要性。

之后再少量列举专业外流体力学的应用，如水力发电、火力发电、心脑血管疾病、石油的开采和运输、航空航天、给排水等向学生传达学好流体力学不仅可以在本专业有所发展，还可以向相关专业进行渗透，进一步激发学生学习的兴趣。

二、教学手段的改革

1.利用辅助教学手段，将抽象教学转换为形象教学

1.1针对流体力学课程制作助教型和助学型两套多媒体辅助教学软件。利用目前国际上比较前沿的软件Fluent（在美国的市场占有率为60%。凡跟流体，热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括：燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等）、Flash、虚拟现实、录像等手段针对流体力学课程制作助教型和助学型两套多媒体辅助教学软件。

1.2充分利用助学型教学软件，使授课系统化。授课前先将流体力学助学型教学软件下发至每一位学生，要求部分内容自学，部分内容课堂讨论、部分内容自行设计、搭建模型并求解，充分解决传统讲授部分学时占用过大，大部分的学时均被教师用来课堂推导、计算、分析、总结，没有充分调动学生的积极性和主动性的缺点。并将一些涉及到科技前沿应用的知识点、和日常生活非常接近的知识点以及涉及到的相似相近内容体现在助学型教学软件中，增加学生对课程学习的兴趣。

1.3充分利用助学型教学软件，加强学生实践环节训练。流体力学实验不仅涉及到经典的流体力学模型建立、计算、求解、验证还包括可以将各种模型相互组合，组合后验证经典流体力学经典公式、模型在新模型建立及求解过程中的应用。在助学型多媒体课件软件中，设计各种经典流体力学实验环节，规定学生在课余时间自己动手在虚拟的助学型教学软件中进行实验环节，达到使学生锻炼动手动脑能力的目的。另外，还可利用助学型课件软件中的典型模型组合功能，在课余辅导中，让学生自己动手建立模型。

1.4充分利用助教型教学软件，使教学不再枯燥乏味。在流体力学教学过程中，经常会遇到简单口述和简单二维图片无法阐述清楚的内容，在教学过程中辅助老师的讲授进行演示，不仅可以减少教师的无谓劳动也可以增强学生对这些知识点的理解。

2.增加习题课比例，注重实践性习题

之前的教学过程中只是对课后习题中出错率较高的习题进行课堂专门讲解，但经过一段时间的教学探索，发现这样的方式对学生的学习积极性并没有起到大的促进和改善，因此将课堂教学时间的一部分专门开设为习题课，选择有实践性甚至是直接从实践环节总结出的习题，习题给出后，并不由教师直接讲授解题思路与方法，而是选择学生上讲台，一边解题一边向大家介绍自己的解题思路，在解题的过程中有的学生就能够发现自己考虑的不周全的地方，或者下一位学生就能够指出上一位学生的出错点，这样全班学生的思想都被调动起来进行思考，题目也在大家的讨论中得到了正确的解答，学生对于这个知识点的掌握也就更加清楚明了。这样的做法虽然会压缩理论课教学时间，但是学生对于相应概念、公式、理论的理解却更加深入。让学生真正成为课程学习的主体，达到“教”与“学”的同步。

三、考核方式的改革

传统教学模式中，考试卷子可谓“分量最重”，学生对该门课程的掌握程度完全凭借一张试卷中的十几道试题体现，在题目的设置、试卷的审阅、批改过程中难免会遇到平时课堂表现不错但实际考分却并不理想的学生，因此，笔者将《流体力学》课程考核方式设定为40%平时成绩+60%考试成绩组成，平时成绩由课堂随机提问、习题课习题完成情况、作业成绩、课堂出勤率共同组成，强调在随机提问与习题课中，只要积极回答问题就会得到相应的加分，鼓励学生积极参与课堂讨论。考试试卷也由原先的重视计算题和应用题转为多种题型增强多种形式的考核，从多方面考查学生对知识的掌握程度。

也可以通过开卷或大作业形式考核学生灵活运用基本理论分析问题、解决问题的能力，题型可为一些综合性的计算题和分析题，如：简单管网的计算、简单管网系统运行工况的分析等，分值可计算入平时成绩并在平时成绩中占60%～70%的比例。

总之，改革课程考核内容是“流体力学”教学综合改革的又一项重要内容。必须多能力、全方位地考核学生，全面反映学生掌握该课程基本知识的程度和综合运用能力，动手能力。

四、结语

《流体力学》是面向应用型工程技术人才的课程，教师在教学时要注重教学理念的转变，不断进行教学方法的改革，使学生全面学习和掌握知识，进一步提高“工程流体力学”课程的教学水平。

参考文献

[1]朱俊锋，梅群，李一帆. 浅谈土木工程专业工程流体力学课程教学改革[J]. 山西建筑，2010， 36（23）： 224～225

篇（6）

马亚生

顾 磊

[摘 要] （工程流体力学）是能源与动力工程专业学生的专业基础课，合理的评价体系能充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。结合（工程流体力学）课程教学特点及现状，对该课程的多元评价模式进行设计，并在教学中进行探索，结果表明教学效果多元评价方案能调动学生学习兴趣，激发学生的创造力。

[

关键词 ]工程流体力学；多元评价；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：A文章编号：1671-0568(2014)35-0051-03

一、 （工程流体力学）教学现状

《工程流体力学》是能源与动力工程专业学生的专业基础课，有着承上启下的作用，对后续专业课程的学习有着重要的影响。科学、全面、合理的评价体系能提高学习评价质量、提高学生学习的积极性。但目前的评价模式存在一定的局限性，没能起到评价的导向作用，需要进一步改进。

1．教学中存在的问题。 《工程流体力学》课程要求学生要具备高等数学、大学物理、理论力学、材料力学工程热力学等基础课程的知识，尤其对高等数学和力学知识要求较高。同时也是泵与风机、汽轮机、锅炉、制冷、空调、换热器、液压传动、水力输送等课程的基础。 《工程流体力学》的授课内容是学生将来从事相关专业技术工作和科学研究工作重要的必备知识。流体力学是力学的一个分支，研究对象是不具有固定形状的流体，研究理论比较抽象、一些流体现象不能凭直观感觉或经验去解释，且经验公式繁多、推导过程复杂。目前该课程的教学效果不是很理想，教师难“教”、学生难“学”已经成为师生的共识。河海大学（以下简称“我校”）热能与动力工程专业开设了4学分，64学时（含8学时实验）的工程流体力学课程，由于是90人以上的大班，教师无法深入了解学生。学生中存在着平时不学，考前突击，考完全忘的现象。教学没有循序渐进，易造成后续课程学习上的困难。 《工程流体力学》是面向工程技术中的流体力学，学生对大量无规律的经验公式死记硬背是没有意义的，能够综合运用所学知识分析解决问题才是教学的目的和核心。传统的教学与评价方式对学生没有导向性，学习的积极性不高，主观能动性没有得到很好地发挥，对身边的流体力学问题无从下手，很难做到学以致用。

2．评价方式存在的问题。根据课程教学、学生反馈、后续课程等多方面的调查分析，目前《工程流体力学》课程学习评价的局限性表现在以下方面：

(1)评价的主体单一。现有的《工程流体力学》评价模式主体的是教师。所有环节都由教师进行评价，过于强调教师在教学中的主导作用，忽视了学生作为学习主体的地位。学生被动接受评价信息，存在客观性缺失的现象。

(2)评价的内容片面。传统的《工程流体力学》学习评价内容包括平时成绩（书面作业、出勤、实验）和期末考试。期末成绩占70%，平时成绩占30%。考试成绩作为主要内容来评价学生学习成效，其最大缺点是侧重于结果，忽视了过程。不能充分反映学生的学习态度和实际能力。工程流体力学课程学习目的是学以致用，所以既要重视学习过程，也要对学生实践动手能力、创新能力、科研攻关力进行全面培养。

(3)评价的方式单调。 《工程流体力学》课程的评价方式是考试分数。虽然在一定程度上能反映学生对知识的掌握程度，却不能客观地反映学生积极的学习态度、学习效果及学以致用的能力。考核的仅是学生对知识“复制”的能力，即评价的是学生的记忆和保持水平，没发挥出学生的主观能动性。在近几年的教学中有出现不少高分低能学生，他们在课程考试中可能会取得较好的成绩，但对于课本之外知识的获取能力较差。部分学习成绩好的学生还表现出死钻牛角尖的特征，缺乏从宏观上把握问题的主旨及方向。高能低分的情况屡见不鲜。因此，评价的方式应有侧重，引导学生学习基本理论，重视解决问题能力和创新意识的提升。

二、 （工程流体力学）课程的多元评价模式的分析

学生各自有不同的特征，在学习过程中能表现出多方面的能力，各种能力的水平是有差异的。学生的学习效果应采多元的评价模式来进行，多方面考察学生的学习状况和效果。 四针对《工程流体力学》课程的特点，多元评价模式包括以下几方面：

1．评价主体的多元化。授课教师、学生个人、小组都作为评价主体，在条件允许的情况下后续课程的教师也可以作为评价的主体。教师由“一家之言”变为评价活动的参与者和组织者。学生由被动的被评价者变成评价主体的参与者。学生的能力是多方面的，有各自的优点与不足。学生能参与自己学习效果的评价，能使学生的主动性、自尊心、心理个性得到张扬，发挥学生的自主性、探索性和创造性。将3-5名学生组成小组既可训练学生的组织协调能力也有助于学生整体素质的提高。多元化的评价主体，有利于教师与学生之间的沟通，以及学生之间的相互学习与合作，提高了评价结果的客观性。

2．评价内容的多元化。按照工程流体力学教学内容的可分为概念学习、原理学习以及解决问题等几个阶段。不同阶段评价的内容应有不同的侧重点。概念及原理阶段的学习评价应以引导学生掌握基本理论、能独立思考，培养学生的思维模式为目的，侧重于启迪学生的创造性思维。解决问题阶段是以引导学生科学观察、将流体力学知识与日常生活、水利、水电、能源、环境、化工等相关行业的实际工程有机结合。侧重于学生流体力学知识的运用能力、理论联系实际的创新意识、动手情况、团队合作精神等。

3．评价方法的多元化。依据评价内容不同，可采用量化评价和质量评价两种方法。这两种评价方式的各项评价指标都要有明确的含义。量化评价各项指标要做到规范，易于操作，利于学生按照指标要求不断修正自己的努力方向，以达到良好学习效果。质量评价是需确定学生是否积极、方向是否正确而对某些细节和小的利弊得失采取模糊评价的方法，包括到课率、课堂表现等。

三、 （工程流体力学）课程多元评价设计与实践

1．《工程流体力学》课程的多元评价过程。①根据教学目标，合理设定评价内容的各项具体指标及权重系数，并在开始教学时公布评价的各项具体细则：②教学过程评价主体根据评价指标对各项评价内容进行评价，引导学生在评价过程中学习：③教学活动后统计分析各项评价数据，得出学生学习《工程流体力学》评价结果；④根据需要及时将评价的结果反馈给学生本人、授课教师、辅导员、家长及后续课程的教师。通过以上环节，学生对自己的学习状况有了客观的认识，授课教师可以在评价的结果中了解学生的普遍不足，在今后的教学中有所侧重，后续课程的教师可以根据学生的掌握情况来调整授课安排，能对《工程流体力学》教学效果起到很大帮助。

2．《工程流体力学》课程多元评价体系。 《工程流体力学》的评价内容包括课堂表现、作业、实验操作、实验数据，实验报告、小测验、小组学习、课程大作业和期末考试。 《工程流体力学》课程多元评价体系见图1。

评价内容的不同评价主体也略有不同。例如，由于整个授课的周期较长（通常为16周）会在期中安排小测验，目的是帮助学生巩固以前学过的知识，这部分内容的评价由教师来完成比较恰当，也方便教师根据学生的掌握情况来调整课程的安排。

表1给出了《工程流体力学》评价内容的各项指标与权重。评价主体根据各项指标给出每项评价内容相应的等级或分数，成绩加权平均得到各项评价内容的成绩，最后总成绩是由各项评价内容的分数乘上权重系数计算得出。

工程流体力学多元评价侧重于学习独立分析、解决实际问题的能力的提升，因而对学生在过程中的能力的体现评价内容权重系数较高，如大作业中分工任务的完成情况占到总成绩的10%。质量评价的部分内容是按等级制来计分的，级别包括A+、A、A-、n+、B、B-等。这些等级在录入成绩管理系统时需换算成百分制，对应关系如表2所示。

篇（7）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

流体力学是一门研究流体运动基本规律以及流体与物体之间的相互作用力的学科，它作为一门严密的且应用面很广的专业基础学科，是以数学、物理学为基础发展起来的，也是土木、机械、动力、水利、环境等学科的一门技术基础课程。改革开放以来，虽然各院校在该课程教学实践中都积累了丰富的经验并取得了不少成果，但是在该课程建设中仍存在着许多问题。论文结合教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革以及师资队伍建设三方面探讨提高流体力学教学水平的方法。

一、 流体力学教学现状

流体力学是一门主要研究流体平衡和运动规律及其实际应用的技术科学，具有理论性强、工程实际应用广、概念和方程较多且易混淆、对学生高等数学知识及综合分析和处理问题能力要求较高等特点。流体力学建立在理论、计算、实验三大技术手段之上，是化工、土木、机械等众多学科或专业的基础学科。另外，流体力学在环境工程设计和实际工程中也有着广泛的应用，是水处理设备设计与应用的必备知识，以及生态分析的重要理论基础。同时，流体力学是环境工程与其他学科体系沟通的桥梁，这个桥梁作用是其他基础课或专业课无法替代的，直接影响到环境工程学科体系的完善性。因此，提高流体力学课教学质量，使学生学好本门课程，培养学生分析问题的能力和创新能力，对流体力学课程教学进行改革以适应学科发展显得十分必要。

目前国内院校的流体力学课程教学过程大体可归纳为“课前预习、课堂教师讲授、实验室实验、课后教师评阅”的四段串行模式。实践证明，这种传统的教学模式在强化理论教学成果以及动手能力的培养方面效果比较显著，然而在创新意识培养方面却收效甚微。原因在于：①理论教学中注重经验理论与公式的讲解，而公式多且乏味，导致教师难教，学生难懂，课堂教学缺乏生动性。另外，本科流体力学理论教学模式多为填鸭式教育，对学生而言，流体力学课缺少客观体验，理论抽象，不易理解，而由此带来了一系列的问题是现在流体力学课程教学的主要障碍；②目前，大部分院校的流体力学实验教学多采用传统验证性实验，每一学生进行的实验完全相同，教师由实验报告的数据评定实验成绩。虽然实验有利于增进学生对理论知识的理解，但此手段不能激发学生的积极性，无法体现学生的主体性，也不能培养学生的创造性[1]。由于实验教学内容多数为验证性实验，在按既定的理论知识和实验方案实践的过程中，学生所得到的主要是从理论知识到实践成果的收获，而教师的作用主要是理论知识的传授，具体实验的演示、引导与纠错，甚至有时会耳提面命，因此学生作为学习主体的创造性很难有机会得到展示。

因此，采用一种有效的教学方法进行流体力学理论和实验教学的改革，激发学生的学习积极性和主动性，以提高流体力学课程教学质量，并对相关专业产生积极的影响，从而促进学生创新性的培养非常有必要。

二、 培养学生对逻辑思维的兴趣

学生对任何概念和公式的形成、理解有一个过程，而在流体力学中，这些概念、公式又较为抽象，要求学生具备较强的逻辑思维能力，因此，根据学生掌握知识的快慢，耐心引导学生进行逻辑思维，培养学生对逻辑思维的兴趣，使他们产生对逻辑推理的爱好，就成为教学中的关键。例如，流体力学中的三大方程――连续性方程、动量方程和能量方程需通过输运公式逐步推导而来，如此的教学安排便使知识较为系统、连贯、紧凑，并有利于认识各个方程的物理意义。而输运公式的推导由于逻辑性较强，讲授时就需要花费较多的学时和精力来理清逻辑思路，理解每一步推导中的物理含义和数学要领，使学生对输运公式有一个清晰准确地理解。最后，将输运公式中的物理量换成质量、动量、能量即可得出连续性方程、动量方程和能量方程，如此便形成了较为完整的逻辑演绎体系。此种方式不仅使理论教学更加清晰明了，而且会使学生对将要学习的知识接受产生极大兴趣，具有更加强烈的探索感和求知欲。

三、 教学方法探讨

教学方法作为联结教师和学生的重要纽带，在提高教学质量方面起着重要的保证作用。为了更好地适应学科发展要求，工科“流体力学”课程方法的改革势在必行，作者结合自身多年的教学经验，针对该课程特点，认为应该在以下几个方面进行课程教学方法改革。

（1）重视绪论课的作用

部分教师认为绪论课仅是对流体力学的简单介绍，作用不大，所以对绪论的授课过程照本宣科、枯燥无味。其实绪论课对整个教学活动的成功与否起了至关重要的作用，它不仅是学生了解流体力学课程的窗口，也是教师教学水平的第一次展示。

讲授绪论课的较好方法是介绍流体力学的成就、发展方向、广阔前景及其在国民经济中的重要作用等。教师要注重讲解流体力学知识在工程中的应用，特别是教师自己承担的科研项目，以展示流体力学在科学和工程技术中所取得的辉煌成就[2]。例如，通过介绍流体力学理论在“神舟号”系列飞船上的广泛应用，使学生明白流体力学这门相对古老的学科还具有旺盛的生命力；通过介绍美国华盛顿州的塔科马悬索桥在1940年秋天的大风中倒塌的例子，说明在实际工程中忽视流体力学会造成巨大的灾难[3]。另外，流体力学的发展史对于激励学生的学习热情也有着非常重要的作用。在上课的同时，要善于借助互联网，及时的将一些重要理论的发展过程、重要研究成果展现在学生的面前[4]。

（2）从实例中引出教学内容

流体力学虽有概念多、逻辑性强、理论上较难理解的特点，但却与生活和生产实际密切相关。在具体教学内容的讲解过程中，穿插一些生活中的现象，并结合课本中的理论“双管齐下”，利用学生求趣、求新、求知的心理，引导学生学习并掌握教学内容。例如，在讲流体粘性时，比较水的粘性和油的粘性；在讲流体静力学知识时，可讲一些水库垮坝事件，主要是设计时有缺陷和施工存在着质量问题，不能承受水对壁面的静压力。另外，还可以进行一些相关事例的延伸，如是否建设三峡工程时流体力学专家的争论，通过分析得到的建设三峡工程必要性的结论等，使学生切实体会到学好流体力学的重要性[5]。利用这些鲜活的事例，使课堂教学更生动、更有意义。

（3）师生互动，培养良好学风

调动学生主动的学习，培养学生良好的学风，提高学生综合素质，是加强流体力学教学效果的重要条件。作者在每次讲课后都会对本次课程的内容进行总结，然后下次课随机抽取部分学生回顾上次课的内容，并让其他学生作出补充和建议。在课堂上，多为学生提供随堂练习的机会，师生互相之间进行探讨和思考，针对练习中的问题讲解做题思路和方法，给予纠正和补充。这种授课模式充分调动了学生的主观能动性，课堂气氛活跃，有利于拓宽学生的思维深度，查漏补缺。学风对于任何一门课程教学的成功与否都起到了非常关键的作用，所以从第一堂课、第一次作业就要严格要求学生，对作业的批改做到一丝不苟，指出其作业中的各种问题并要求其修改。例如，要求学生对作业中的每道题，在解答时必须写出已知、求解，并画出相应图示，这些小细节可以帮助学生以简明的方式加深理解题意，取得了较好的效果。

（4）重视实验教学

流体力学按研究方法可以分为理论流体力学、实验流体力学和计算流体力学。实验流体力学是理论流体力学发展的基础，是计算流体力学的检验依据。因此，实验教学在流体力学教学中有着极其重要的地位。流体力学中的公式繁多，难以记忆，难以理解，通过实验可以加强学生对公式的感性认识，有助于学生深刻理解公式和概念的物理意义。例如，在讲解伯努利方程意义的时候，单从公式上讲解并不形象，通过能量方程实验，可以使学生非常直观的理解伯努利方程中每一项对应的意义。对于没有开的实验课，通过在网络上收集照片、视频等展示给学生，也可提高学生对理论知识的理解[6]。

（5）传统教学方式和多媒体技术互补

过去，流体力学课程在教学手段上采用板书教学，这种方式能够在教师的书写和同步的讲解中促进学生的积极思维与参与意识，但对教学内容中比较抽象的概念、复杂的流动现象和流动规律，很难用语言和文字准确、形象地描述。多媒体教学最大的优点是形象、生动、具体、直观、易于理解且信息量大，但也有不能突出推导过程和思维、学生对知识的掌握比较肤浅的一些弊端。将传统教学方法和多媒体技术综合应用于教学过程是一种很好的方法，在讲授偏重于推导过程的内容时采用传统授课方式，而讲授直观形象的内容时采用多媒体教学方法，做到取长补短、优化组合，会获得较好的教学效果[7]。

四、师资队伍的建设

为适应素质教育的需要，教师不仅要掌握先进的教学手段，而且要努力研究实施素质教育的教学方法。在实际教学过程中，要灵活应用各种教学方法，并且要善于归纳总结教学经验，虚心向有经验的教师请教，同时要高度重视学生的反馈信息，不断调整自己的教学思路，只有这样才能逐步提高自己的教学水平。社会发展对教师的自身素质提出了更高的要求，教师要明确教学水平的提高和发展是一个毕生的过程，教师应该不断开阔视野，更新知识体系，才能形成对流体力学更深层次的理解和认识。

五、 结论

论文结合流体力学教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革及师资队伍建设三方面论述的教学方法，将教与学有机结合起来，使枯燥的流体力学课堂变得生动活泼，多方面激发学生的主动性、积极性及创造性。将上述方法运用于教学实践后发现，该方法能够有效的提高流体力学课程的教学效果。

参考文献

[1]梁丽珍，牛俊玲.互动式流体力学教学模式探索[J].化工时刊，2011（2）：66-67

[2]王发辉，桑俊勇，张丹.“流体力学”立体化教学体系的构建[J].电力教育，2009（12）：102-103

[3]邹惠芬，张培红，叶盛.流体力学多媒体教学的探讨[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2008（4）：507-509

[4]潘良明，何川，陈红.流体力学立体教学法初探[J].中国电力教育，2008（11）：73-74.

[5]陈霞.流体力学教学方法的探讨和研究[J].科技文汇，2011（9）：104-108

篇（8）

作者简介：李伟锋（1976-），男，湖北麻城人，华东理工大学资源与环境工程学院，副教授；刘海峰（1971-），男，山东文登人，华东理工大学资源与环境工程学院，教授。（上海 200237）

基金项目：本文系2011年华东理工大学本科教育教学改革重点项目、华东理工大学《流体力学》精品课程建设项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0103-02

“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”这就是著名的“钱学森之问”。“钱学森之问”是关于中国教育事业发展的一道艰深命题，需要整个教育界乃至社会各界共同破解。钱老的话一针见血，既对我国高校人才培养中存在的创新性不足问题提出了尖锐批评，又对改革高校人才培养模式提出了殷切希望。[1]

为此，在党的十报告中明确提出实施创新驱动发展战略，指出科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。那么我国大学生的创新能力相对欧美发达国家为何比较薄弱？相比较而言，中国式教育比较注重学生掌握的“知识量”和解题能力，欧美发达国家教育更注重学生的独立思维和发现问题、解决问题的能力；中国教育侧重于知识获取和掌握，欧美发达国家教育侧重于创新能力培养。这种教育的结果导致中国学生的知识量大、解题能力强，弱点在于不善于“质疑”和“提问”，直接导致科技创新能力较差。这个问题的解决除了需要改革高等教育制度之外，也需要每个高校教育工作者共同去面对。

本文以华东理工大学“流体力学”课程建设为例，抛砖引玉，介绍如何通过课程改革，提升学生的创新能力。就“流体力学”课程而言，基本任务和要求是老师完成知识的讲授，学生完成听讲、作业及考试。但是，这些要求对创新能力培养而言还远远不够，为此对华东理工大学“流体力学”课程的授课内容、授课方式以及创新实践进行了改革和探索。

一、确立以人为本的教学改革思路

在我国古书中最早明确提出“以人为本”的是春秋时期齐国名相管仲。到了近现代，“以人为本思想”在国家执政方略和企业管理等方面有了新内涵和新发展。高等教育在教学上是以人为本，还是以知识为本？传统的大学教育模式，忽视引导学生探索新的知识，忽视对学生进行创新教育；以教师为中心，没有充分调动学生的积极性。我国目前仍有相当多的大学采用的是“我在上面讲，你在下面记”的教学方式，这没有把学生作为主体。因此课程改革的基本指导思想是要把以教师为中心转变为以学生为中心，教师是大学生创新能力培养的主导者，而大学生则是创新能力培养的主体。[2]

具体到“流体力学”课程内容的改革，以人为本的思想表现为教师设身处地为学生着想：当今大学生需要什么样的知识和能力？华东理工大学（以下简称“我校”）热能工程专业的本科生，将来一部分成为热能工程领域的工程师，一部分会进一步深造读研或者攻博，成为科研工作者。对于这两种学生，除了强化理论知识的学习和掌握之外，前者渴望了解流体力学在工程实践中是如何应用的，如何让书本上的流体力学知识成为将来工作中的工具和技能；后者渴望获取流体力学的科学研究思路及方法，如何利用现有的流体力学知识开展创新性的科学研究等。为了解决学生的需求，依托我校煤气化及能源化工教育部重点实验室的科研优势，对“流体力学”课程的授课内容进行了改革。授课过程中，除了基本的三大守恒定律（质量、动量和能量）以及纳维斯托克斯方程的讲解外，还着重对流体力学在工程中的应用和科学研究进展进行补充讲解。比如，我们加大了对流体力学的发展历史和最新进展的讲解，让学生了解流体力学学科中哪些已解决，哪些尚未解决，困难在哪里？哪些老问题有了新进展和新思维？在理论性比较强的部分，通过展示本团队在流体力学方面的研究成果，让学生了解流体力学科学研究的基本方法和基本思路，引导学生参与科研和投身科学；在实践性比较强的部分，通过展示本团队在技术开发和技术转让建设的工业装置上各个环节中流体力学知识是如何应用的，让学生获得直观的感受，为他们将来走上工作岗位打下基础。通过这些教学内容的改革，学生普遍反映课程容量大、学有所用。

二、引入探究型授课方式

我国以往的教育体制在一个很长的时间里把人才培养的重点放到知识记忆和应试能力上，学生对知识被动地接受或吸收，因而学生的创新能力没有得到有效的培养和锻炼。因此，我国高等教育的重点应该放在培养学生的创新意识上，大学教师在教授已有知识的同时，必须把创新理念传达给学生，引导学生去创新。[3]在“流体力学”课程授课方式的改革中，重点在以下三个方面对学生的创新能力进行了引导和培养。

1.从教师提问转变为学生提问

课堂提问是教师检验学生对讲课接受程度的一个有效手段，能强迫学生集中精力进行思考，但是对学生来说是被动的。我们在授课中，鼓励学生课堂提问和课间提问，也鼓励学生课后采用电话、短信和邮件进行提问。提问的内容可以是任何和流体力学相关的，对于这些提问，我们都给予详细的解答。特别需要注意的是，对于学生的原创思维，哪怕是很幼稚或者明显是错误的，教师也要予以肯定并进行委婉的引导。

2.引导发散性思维

“流体力学”课程的讲授中，注重引导学生进行学科交叉和发散性思维，鼓励学生运用流体力学的基本知识思考身边的自然现象，比如河流、龙卷风、泥石流、沙尘暴和海啸等，引导学生思考生物体内的生物流体力学现象等。在讲授流体尾流知识时，引导学生思考汽车、火车和飞机运动时的阻力形成的原因以及减小阻力的措施；在讲到流体输送机械和流体阻力时，从微观角度引导学生思考我们身体内血液和细胞液的输送和流动；从宏观角度引导学生思考自来水输水管网的铺设方式和阻力分布特点，进而让大家思考我国正在实施的“西气东输”和“南水北调”等大工程的技术特点和难点。通过诸如此类的引导，学生深刻领会到流体力学知识不光是书本上枯燥的公式和推导，而是和自己的身体、生活、生产实践以及国民经济的发展息息相关的。这些发散思维的引导，拓展了学生的视野，激发了他们学习和投身科研的热情。

3.引导学生质疑

大学生们思维方式中一个最大的问题就是对任何知识都喜欢抱着“非此即彼，非对即错”以及“教科书中的知识就是真理”的观念。殊不知，这些观念是创新能力培养的大敌，科技创新需要一股质疑知识、质疑权威的观念和勇气。因此，在授课过程中，我们告诉学生有些流体力学知识也是不完善的，也在不断发展和完善之中，需要包括在座的各位同学在内的众多科研工作者去继承、去发展、去完善。比如，流体力学中的湍流是公认的世界级难题，在现阶段还没有完善的公式和理论，但是近年来在不断发展和完善，通过这种存疑方式的教学，来引导学生挑战权威和经典的意识和勇气。

三、全面实施创新实践环节

提高大学生的创新能力，创新实践是重要的一环，是创新能力培养从理论走向实践的关键。为了提高大学生的实践能力和创新能力，我校每年开展各种级别（校级、上海市级和国家级）大学生创新实验计划项目，并进行一定的经费资助和跟踪管理。为此，我们每年开展多项流体力学相关的各种级别的大学生创新实验课题。这些课题分成两种类型，一种是修完“流体力学”的学生根据兴趣，通过查阅相关资料后自拟的课题；另一类是教师从承担的各种科研项目中挑选流体力学相关的小课题来供学生进行双向选择。在整个项目的实施过程中，从资料的查阅到课题的立项，从项目组成员的组建到经费的管理，从实验装置的搭建、实施到数据处理，从撰写创新实践论文到项目检查和答辩，都是由学生来实施完成的，教师只起到指导和协助的作用。学校在项目的执行过程中，主要起到监督和管理的作用，比如项目的立项答辩和筛选、中期检查和结题验收答辩以及经费使用的监督等。在项目立项、中期检查和结题验收几个环节都有严格的淘汰制，防止有的学生走过场、片面追求创新学分而不注重实效。通过实施这些创新实验项目，学生巩固了书本知识，更重要的是完成教学和科研的互动以及理论和实践的结合，培养了学生思考问题、发现问题、解决问题的能力，创新能力得到了较大提高。

四、结语

创新人才的培养是摆在教育工作者面前的一项刻不容缓的系统工程，需要努力探索新的思路和举措。在课程建设中，应贯彻学生是主体、教师是主导的教育思想，树立知识、能力和创新三位一体的教育理念，构建注重培养学生科学思维、实践能力和创新能力的新教学模式。教学过程中，应引入探究型学习模式，引导学生质疑和提问，并使学生积极参与创新实践环节。通过这些课程和教学方式的改革来综合提高学生的创新能力，以培养适应新世纪我国现代化建设需要的具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才。

参考文献：

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【中图分类号】G423 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）17-0042-04

所谓研究型教学，就是以先进的教学理念为先导，运用与教学内容相关的实际问题作为载体，让学生在教师的组织和指导下有目的地、相对独立地进行探索研究，在整个学习过程中，注重在探索和研究的教学过程中激发学生的求知欲和学习兴趣，从而促进学生思维水平的发展，提高学生运用知识解决实际问题的能力。相较传统的教学模式，研究型教学模式更重视学生思维模式和能力的培养，强调教学与现代科技和社会的发展以及学科发展相关联，以此保持教学内容的新颖性和增强学生的创新性；更突出教学与训练方法的科学研究特色，强调师生之间的互动，培养学生的批判性思维与探索精神。

现代大学的职能，特别是高水平的研究型大学，强调教学和研究的相互渗透，在教学活动中，教师的作用是启发、引导、指导学生，强调引导学生探索研究自己感兴趣的未知领域，培养学生的观察、阅读、分析、讨论和推理判断能力，实践证明，研究型教学模式有助于学生积极参与教学过程，激发学习兴趣。

流体力学是知识体系庞杂、以大量实验为基础且对实验技能和实验条件要求较高的新兴综合性学科，也是一门重要的基础课程，它已经发展成为一门深入各个科学研究领域的重要学科，特别是随着航空、航天、航海以及能源利用等行业的发展，迫切需要解决许多有关流体力学的问题，这也极大地促进了流体力学学科的发展。流体力学在动力工程类各专业的课程设置中，起着从《高等数学》、《理论力学》、《机械设计》等基础课程到相关专业课程，譬如《发动机原理》、《流体机械原理》的桥梁作用，也是深入研究热能与动力机械的专业基础课。笔者在流体力学的教学过程中，就研究型教学模式进行了探索和实践，在课程设置中，针对某一授课主题，准备流体与流体运动科学中一系列生动的案例，让学生对生活中这些看似熟悉却又非常模糊陌生的现象有清晰的了解，在教学进行中，以具体实例为研究对象，引导学生利用所学的基础知识，并结合现代的研究手段，进行逐步深入的探讨与研究，并对研究结果进行合理的分析。在整个教学活动中，将现代科学研究方法与内容引入课堂，努力激发学生的学习兴趣，加深对基础知识的理解，培养学生从事科学研究的思维模式和严谨的科学态度，引导学生在主动探索、主动思考、主动实践中发展探索能力、实践能力和创新能力。

一 工程流体力学课程研究型教学模式实施方法

1.研究题目的选择与引入

开展研究型教学，对于研究选题有比较高的要求，既要有一定的工程背景，又要符合课程大纲的要求。由于是课堂教学，受时间所限，研究题目要求清晰易懂，又有一定的科学内涵和深入研究的背景。流体运动的连续性方程是工程流体力学课程中最为重要的内容之一，该部分逻辑性较强，对学生的数理推导能力有一定的要求。在教学活动中，拟结合计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）数值模拟，采用循序渐近、逐步推导、深入分析的教学方法。

为激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，将通过以下两个现象来认识流体连续性方

北京理工大学第十批教育教学改革研究课题

程的物理本质：

第一，黄河壶口瀑布。壶口瀑布，是黄河上唯一的黄色大瀑布，也是中国的第二大瀑布，号称“黄河奇观”，其奔腾汹涌的气势是中华民族精神的象征。那么黄河壶口瀑布是如何形成的呢？

图1 黄河壶口瀑布

第二，乌鲁木齐开往阿克苏5807次列车失事。列车被风吹翻，看似是个笑话，但却实实在在地发生了。2007年2月28日凌晨2时05分，乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车在行至南疆线珍珠泉至红山渠间42千米处时，遭遇13级飓风，风速达到37～41.4米/秒，造成机车后9至19位的后部车厢全部脱轨，导致南疆线被迫中断行车，那么其中的原因该作何科学解释呢？

图2 5807次列车失事图片

黄河壶口瀑布及列车被风吹翻现象中均蕴含着流体动力学连续性方程的物理本质。问题提出后，首先引导学生根据自己对于问题的理解，通过教学过程中的情境创设，利用流体力学基本原理进行理论分析和解释。根据对上述现象进行物理问题简化，提出一元流动连续性方程的推导过程。

设想有一根管道，流体在由入口断面A1、出口断面A2和管壁（三者构成控制面）围成的流域（控制体）内流动，如图3所示。

图3 一元流动连续性方程推导示意图

假设流体是不可压缩的均质流体，意味着流域内的

质量不变，且密度ρ为常数，则 。又

因沿管壁没有流体的流入与流出，有：

得到不可压缩流体流动总流所必须满足的连续性方程：u1A1=u2A2。

由于假设入流断面和出流断面的速度都为匀速（断面平均速度），故这也是一元流动的连续性方程，表明总流沿任意过流断面的流量是相等的。

在这一部分的教学中，强调教师选择教材内容、案例或课题，学生利用案例资料，独立思考，自主发现新知识，掌握内在规律，从现象中发现物理本质问题，从而获得新的感悟。在整个教学过程中，要特别注意引导学生去理解和分析问题，并采用不断提出问题的方式，吸引学生注意力，并激发学生进行深入探索的兴趣。

2.数值计算模拟仿真在教学中的应用

把现代研究工具与理念融入到日常教学中，是研究型教学模式的重要内容和任务。传统的流体力学教学内容与方法，基本上是基于理论的教学，并辅之以部分简单的实验，教学内容比较抽象和单一，不能反映当前流体力学学科发展的趋势。计算流体力学CFD技术，是解决工程中复杂流动的一种有效手段，也是一门新型的独立学科，它以经典理论和数值计算为基础，通过计算机的数值计算和图像显示，从空间和时间上定量描述各种场变量，从而达到对物理问题研究的目的。将CFD数值计算模拟方法和部分简单应用的实际上机练习引入到教学中，既可以开阔学生视野、生动课堂，增强学生对流体力学知识的理解，培养其解决实际问题的能力，又可以激发学生学习流体力学的兴趣，有助于学生养成善于尝试和探索规律的习惯。

为了使学生加深对流体运动连续性方程的理解和应用，在课程设计上，将设计以下CFD算例“喷管内二维流动”，问题的描述如下：空气在一个大气压的作用下通过平均背压Pexit=0.9atm的缩放型喷管。通过对流域的建模、计算和后处理，对本问题进行了流动过程的数值模拟仿真研究。对这一部分教学内容，应该对流场的边界条件、边界类型、湍流模型和计算方法等进行较详细的介绍和讲解。鉴于大学本科教学内容和流体专业知识的限制，可对流场的边界条件和边界类型多做一些讲解，例如速度边界、压力出流边界等；对湍流模型的来源及其应用做简单介绍，而对诸如SIMPLE、PISO算法等仅仅介绍一下怎样选取和使用即可。通过计算可以得到可视化的流动结果（速度矢量图和压力分布图等）。

（a）速度矢量分布图 （b）压力分布云图

图4 喷管内流动的CFD计算结果

将这些计算结果直观地呈现在学生面前，引导学生基于连续性方程的基本物理内涵去对计算结果进行分析，

由速度矢量图可以清晰地看出：在喷管喉口处，速度较大，这是由于此处流通截面积较小。对于喷管内的一元流动，通过喷管内通流界面的流量是相等的，流体的流速与管内通流截面积成反比，因此，在喉口处的速度最大。另外，在计算中，我们还可以通过检查质量流量的连续性来检查通过区域的质量流量是否满足质量守恒定律。通过在软件中进行相关的设置，我们可以看到进、出口质量流量的差异，在理想状态下，进口处的质量流量应该恒等于出口处的质量流量，考虑到计算误差，这一误差保证在总流量的1%即可。

图5 进、出口质量流量的差异

这一部分的教学，要求学生不仅掌握流体力学的基础知识，还要学会利用所学知识去分析工程实际问题。教学中要特别注重引导学生去不断地提出问题，并利用所学的知识去进行解释。这是进行研究型教学过程的关键。另外，如果有条件，最好采用师生互动，共同进行仿真计算和研究的方法。教学和训练方法要表现较强的科学研究特色，注意培养学生的批判和探索精神。

通过前面的教学，使学生对数值模拟这一现代研究手段及研究过程有了初步的了解，达到了将现代研究方法引入课堂的目的。为了更加有效地掌握教学内容，在介绍完数值模拟平台的使用，并对问题进行了初步研究之后，还必须引导学生进一步思考和研究。具体到本次教学，可进一步引导学生去思考课前所提出的两个问题，解释“黄河壶口瀑布形成原因”，以及“列车被风吹翻的原因”。

二 工程流体力学课程研究型教学中需注意的问题

在工程流体力学课程研究型教学中，既要照顾到流体力学课程的基本原理，又要反映现代计算技术在流体力学中解决实际问题的新发展。在教学实施过程中，根据笔者的实践和体会，需要注意以下几个问题：

1.坚持教学与科研相结合

要培养具有创造能力的人才，必须将教学与科研有机结合起来。教师只有通过本专业及有关学科的科研活动，才能加深对本专业本学科的理解和认识，更新教学

手段，丰富知识结构，激发学生的学习和研究热情。实施研究型教学作为一种趋势，已经得到了全球教育界的认可，这种人才培养模式的收效显著、发展前景可观，是一种值得我们研究与使用的教学模式。

2.教学题目的选取和教学过程的实施必须有针对性

采用研究型教学模式进行教学，应以讲解研究方法和研究过程为宗旨。其中题目的选取至关重要，一般来说，题目应来自于工程实际，有工程背景和深入研究的空间。同时也要注意题目不宜选得过于复杂，且与课程的教学内容结合得比较好。在实施过程中，可针对不同专业、不同需要的学生，建立不同的教学体系。例如与流体接触密切的专业，如流体机械及工程方向的学生，设置的CFD 部分理论和上机实验内容可略多。而对于车辆工程、机械设计及工程等普通工程类专业的学生来讲，可少讲理论，主要参与简单的工程实际流动问题的模拟解决实验。上机实验的内容也可以根据专业特点来选定，结合不同专业进行不同的案例计算和分析。

3.进一步确定学生在教学过程中的主体地位

篇（10）

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）03-0030-02

“工程流体力学”课程是以高等数学、大学物理、工程力学、工程热力学为基础，集概念、公式、实际应用于一体的一门专业基础课。该课程基本概念抽象，公式结构复杂，实际应用众多，尤其在石油行业尤为突出。石油工业中的许多问题都要采用流体力学理论解决，诸如钻井液循环压力和流速的设计，套管强度的校核，采油过程中油井采出的流体在泵或井筒内的流动规律分析，地面管线的布设，管径设计，管线强度的校核，压差与流量之间关系的确定，输液泵的选择和安装位置的确定，储油罐强度的校核，油品装卸时间的计算，油品和天然气的计量，气蚀和水击等现象的预防等。解决这些问题，要求从事石油工程技术的科学工作者必须具备“工程流体力学”知识，以便在石油工程的建设和管理中更好地发挥作用。为了使学生能够更好地学习掌握该课程的内容，教学环节尤为重要。对如何设计教学环节，本文主要从以下四个方面加以说明。

一、教学由多媒体与板书共同完成

教学板书是教师教学思路的整体反映，是教师在教学过程中引导学生学习，帮助学生理解和记忆，以及启发学生思考的重要手段，是教学过程中不可缺少的组成部分。教学板书以文字、符号、图表等手段将教学内容直接诉诸学生的视觉，丰富了学生的感知表象，有助于学生吸收和掌握知识信息。在授课过程中，笔者把学生对使用板书和多媒体的意见进行调查，90%的学生更倾向于使用板书教学。

由于“工程流体力学”课程，基本概念多、难理解，公式复杂难懂，采用板书边写边讲解，给学生留有足够的时间去理解，去认知，接受起来更容易一些。但是流体本身运动复杂，没有固定的形状，在外力作用下，流体流动状态、流动规律是什么样的，在板书上表达起来可能不够准确，不够形象、逼真；而采用多媒体[1]，将其制作成图片或动画课件，则直观明了，生动具体，给学生在视觉上以新颖的感觉，在头脑里的印象会更深刻一些。比如：讲工程流体力学的发展史，单纯讲授枯燥无味。此时，制作多媒体课件展示给大家， 比如弧线球也称香蕉球，找一个足球明星踢弧线球的视频放里面，边放映边讲解，学生很感兴趣，还学到了知识，同时也激发了学生的学习热情，起到了很好的引导效果。

二、将计算流体动力学软件融入到理论教学中

“工程流体力学”一般采用理论方法、实验方法和数值计算三种方法研究，其中，数值计算就是使用计算流体动力学软件计算[2]，是当今比较常用也比较流行的方法。计算流体动力学（简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD可以看作是在流动基本方程控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定漩涡分布特性、空化特性及脱流区等。CFD方法克服了理论方法和实验方法的局限性，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计算机上做一次物理实验。例如，机翼的绕流，通过计算机并将其结果在屏幕上显示，就可以看到流场的各种细节；如激波的运动、强度、涡的生成与传播、流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有区别。

目前，CFD软件中比较著名的就是Fluent软件。所以可以在教学中使用Fluent软件模拟，给学生展示流动规律和流动结果。例如：冯・卡门涡街，不同形状物体绕流使用Fluent进行模拟，既直观又能清楚地展现流动规律，同时对流体本身产生无限的向往，对“工程流体力学”课程充满了期待和兴趣，为学生以后学习软件打下了基础。

三、实施双语教学

随着我国与世界的接轨，随着世界一体化进程，迫切需要大量精通两种以上语言的人才，作为一种培养国际化人才的有效手段，双语教学势在必行。高等教育作为教育的前沿阵地，也要同国际接轨。双语教学本身就是我国高等教育国际化趋势的客观要求，对高校来讲，可以加强国内高校和国外高校的教学合作，高校之间的合作项目越来越多，有助于国内外专业领域知识体系的统一和完善；对教师来说，可以促进国内高校教师同国外高校教师的学术交流，国内高校教师可从中了解到很多世界前沿知识，并有效地传递给学生；从学生自身来看，打破了语言障碍，学生能够在专业技术领域内较好地将母语和英语这两种语言之间根据交际对象和工作环境的需要进行切换，有效地开展交流与合作，并且多掌握一种语言，就多了一份生存的手段，多了一份了解外部先进世界的途径，多一份机会。双语教学不仅可以培养学生运用外语解决实际问题的能力，而且有利于学生学习、掌握、精通一门外语（主要是英语），能够多一种思维方式，学会从多种角度，用不同观点看问题，进而提升竞争能力，同时也为培养“复合型”人才奠定了基础。

现今实施“双语教学”，既符合与时俱进的要求，又能够提升教学水平，这意味着在教学中实施“双语教学”势在必行。在“工程流体力学”专业基础课教学中改变使用单纯母语（汉语）的教学方式，将外语（主要是英语）运用于其教学的全过程之中，使之与母语教学互相融合、互相促进，既体现专业基础课教学的特色和针对性的同时，又能够全面提高学生的外语应用能力和综合素质，使教学更好地适应新世纪人才培养目标的要求。在“工程流体力学”教学中推行双语教学，使学生在双语教学课堂中提高英语水平，学会用英语表达专业知识，继而过渡到用英语去思维、求知、交流，以便熟练地用外语来解决实际问题。这种教学模式既符合经济迅速发展对涉外人才基本素质的要求，也符合大学各专业交叉融合的发展方向，是教学改革的重要内容。

根据“工程流体力学”课程的特点，在其教学中可以使用综合型教学模式。即对一些基本概念、基本理论，比较好理解的，可以采用浸入型；而对一些公式的推导，专业性比较强的，难于理解的采用过渡型。另外，将一些流体发展的历史、实例用多媒体教学手段进行授课，达到直观的效果。

四、注重实验环节

“工程流体力学”也是一门实验科学[3]。很多流体力学理论都是以实验为基础建立起来的，理论分析得出的结果需要通过实验来验证，而实验的进行又需要用分析得出的理论来指导。因此，实验是“工程流体力学”课程的重要组成部分，是必不可少的教学环节。它不仅是为了验证理论，有助于学生学好流体力学，而且是培养学生进行科学研究、提高独立工作和创新能力的重要环节。

随着大学教育的普及，受教育的人数迅猛增长，而实验教学设备与人数增长不成比例，导致教学和实验的间隔周期较长，使得实验前，有些学生并没有做好充分的准备，并且缺乏必要的理论复习，对即将做的实验相关知识没概念，致使理论和实验严重脱节，实验效果不佳。但是对学生的考核仅仅是一份实验报告，导致有些报告抄袭严重，甚至有些学生做实验，看别人怎么做就怎么做。这样，学生的动手能力、实践能力怎么能培养出来？更不用说培养学生的创新能力和发散思维。实验课是教学的必要环节，也是重要环节，不容忽视。

1.实验前，回顾与实验相关的知识点，让学生在短时间内了解本次实验和相关理论，这里的相关理论不是本实验的结论，实验结论应该由学生通过做实验总结出来；也可以将本实验过程录制成一段视频，让学生提前看一下，熟悉一下实验过程，视觉在人心中留的印象会更深刻一些，做到心中有数，这样真正自己动手做实验就不会茫然。

2.由于时间和设备的限制，实验只能就某一种情况进行操作，对其他条件变化时会有什么样的规律不能面面俱到，这时在实验教学中应用计算流体动力学软件演示也会收到很好的教学效果。所以，计算流体动力学软件不仅在教学中，在实验中的作用也是显著的。

3.在实验课教学改革的同时，实验课考核的方法也应该相应地加以整改。通过纯粹的书面实验报告和出勤率进行考核，学生互相抄袭，敷衍了事，实验做完后真正的原理还没弄明白。为了避免此类情况的发生，一方面，考核每个学生亲自动手做实验，边做实验边讲解，不仅能够锻炼学生动手的实验能力，语言表达能力相应地也有所提高，为此应该增加实验教师的人数；另一方面，除了增加实验课在最终成绩的比例（10%）外，还要在期末试卷中增加实验内容，以检验学生对实验的理解能力和掌握情况。

为了使学生能够更好地掌握“工程流体力学”课程的内容，教学需要改革，这就要求当代大学教师不断地尝试、不断地探索新的教学模式，充分调动学生的学习热情。本文针对“工程流体力学”这门专业基础课程的特点，提出了几点教学建议，希望对工作在一线的流体力学教师有点帮助。

参考文献：

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作者简介：尹雪梅（1979-），女，四川资中人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师；张文慧（1980-），女，河南焦作人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师。（河南郑州450002）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）10-0098-02

目前，郑州轻工业学院（以下简称“我院”）的制冷与低温工程专业已被评为国家级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养，造就人才，有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。

“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，主要分为流体静力学和流体动力学，研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂，故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。[1]加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识，导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。[2]因此，迫切需要进行“流体力学”课程教学改革，使学生学好本门课程，提高课程教学质量，使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识，培养学生的综合分析应用能力和创新能力，全面提高专业素质。

分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状，发现存在以下主要问题：首先，“流体力学”理论性强，概念多而抽象，难以理解，学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识，学习兴趣不高；其次，课程中公式繁多，推导过程复杂，且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程，另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识，学生理解困难；另外，学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣，选择合适的教学模式组织教学，全面实现该课程教学目标，提高教学质量，是该课程教学亟待解决的问题。

一、改革教学方法

学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素，不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础，也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课，笔者结合自己的教学经验，认为可以从以下几方面着手。

1.激发学生学习兴趣

学生是学习的主体，而“流体力学”又是大家公认难学的课程，因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。

要提高学生学习“流体力学”的积极性，首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口，也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示，“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解，使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关，深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。[3]

教师在讲授一些理论知识之前，可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣，启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前，可以先问学生：在水中游得快还是在油中游得快？为什么？又如在描述流体运动有两种方式――拉格朗日法和欧拉法时，可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比，从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式，让学生带着问题去学习，让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事，由愿学到爱学再到乐学。实践表明：列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感，活跃课堂气氛，不仅可以吸引学生的注意力，激发学生学习的主观能动性，还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义，并且能加深学生对所学知识的理解和记忆，使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。

另外，还应充分利用多媒体，通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象，而不是停留在抽象层面，从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。

2.巧妙讲解公式

为了定量地描述流动现象和分析流动机理，需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要读懂数学，然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明，学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作，帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变，进一步建立起科学的思维方式。

“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式，这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识，特别是大量的偏微分方程，加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法，与物理及其他力学不同，学生的观念不易改变，而且推导过程复杂，学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性，对每个公式的每个推导细节都逐一介绍，推导过程将会枯燥无味，学生只会被弄得糊里糊涂，兴趣全无。而如果直接给出公式，让学生死记硬背，只能让学生不知其所以然，当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。

根据多年的教学经验，笔者认为：“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透，概念清楚了，公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义，只有真正理解了公式的物理意义，才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性，“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的，如伯努利方程就有多种形式（理想流体、实际流体、流体是否可压等），在具体运用时，要根据具体情况选用正确的形式。

3.充分利用作业

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了，接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。

首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题，这是“流体力学”学习过程的重要组成部分，解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程，课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。

然后再由教师通过习题课的方式，利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题，讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时，重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤，使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧，以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解，将物理问题与数学工具有机地结合起来，有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考，有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。

二、改革教学手段

多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点，丰富的教学内容，被高等院校广泛采用，并深受广大师生的欢迎。[4]

多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体，可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点，如拉格朗日和欧拉法的描述，流线与迹线、层流、湍流等，通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生，使其从感性认识开始建立清晰的物理概念，较容易地掌握相关内容，并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学，授课的信息量增多了，教学内容更丰富了，学生在有限的时间内接收的知识更多了，学生的学习兴趣提高了，学生的思路拓宽了，教学质量也提高了。

多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西，更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点，在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合，扬长避短，发挥各自的优势，为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象，可以通过多媒体教学，加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学，例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书，有利于学生集中注意力，让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间，又可加深学生对重要知识的理解，从而获得良好的教学效果。

三、 结束语

总之，高等教育教学改革，特别是专业课程的教学改革，是一个长期而艰巨的实践过程。“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，在教学中要根据学校的具体情况改革教学方法和教学手段，借助现代教育技术与手段，充分调动学生的学习兴趣，结合生活、生产、科研中的实际问题，进行深入浅出、生动活泼的讲解，揭示问题的本质，向学生传授治学方法，扩大学生的知识面，培养学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新精神，以取得更好的教学效果。

参考文献：

[1]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建筑,2008,34(21).