流體力學及其工程應用

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流體力學及其工程應用范文第1篇

論文摘要：根據環境工程專業特點，分析了該專業技術基礎課“工程流體力學”和主干專業課“水污染控制工程”在教學中存在的問題，文章從教學內容、教學模式、師資配置、考核方式四個方面提出了“工程流體力學”和“水污染控制工程”教學改革思路。

論文關鍵詞：環境工程專業；工程流體力學；水污染控制工程；教學改革

“工程流體力學”是研究流體（液體、氣體）處于平衡狀態和流動狀態時的力學規律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術中應用的一門科學，是力學的一個獨立分支，有其自身的理論體系，其基礎理論主要由三部分組成：流體靜力學、流體運動學和流體動力學。“水污染控制工程”是關于控制水體污染途徑以及各種廢水處理方法（包括物理處理方法、化學處理方法、生物處理方法等）的基本理論、工作原理及設計計算的一門科學。“工程流體力學”是環境工程專業的重要技術基礎課，“水污染控制工程”是環境工程專業的核心專業課，這兩門課程在環境工程專業本科教學中有著舉足輕重的作用，同時兩者之間也存在著重要的相互理論關系。

“工程流體力學”是水利、環境、能源、土木、機械、動力等學科的一門技術基礎課程，該課程的教學內容紛繁豐富，其特點是理論性和綜合性比較強，概念抽象，難于理解。“水污染控制工程”課程內容與“工程流體力學”內容結合相對比較緊密，如城市排水溝道系統、各種污水處理構筑物等的設計計算，以及在構筑物中的生化反應、化學絮凝反應中水力條件的控制等均是工程流體力學理論知識在水污染控制工程中的實際應用。目前，在環境工程專業教學方面，“工程流體力學”和“水污染控制工程”課程正面臨著比較尷尬的局面：一方面課程內容趨于復雜和廣泛；另一方面在課時量逐漸壓縮的情況下，“工程流體力學”和“水污染控制工程”教學內容沒有起到應有的相互銜接，教學內容彼此脫離。由此形成環境工程專業“工程流體力學”教學內容與專業課銜接不夠，在教學過程中學生感到內容枯燥，概念抽象；而在“水污染控制工程”教學過程中，學生感到工程流體力學基礎理論知識不扎實，不能夠熟練應用工程流體力學基礎理論解決水污染控制工程方面的實際問題。

針對目前環境工程專業課程設置及教學內容的狀況，本文從教學內容、教學模式、師資配置、考核方式四個方面提出“工程流體力學”與“水污染控制工程”教學改革，提高教學質量，培養學生綜合能力。

一、改革教學內容

對“工程流體力學”教學內容進行改革，結合環境工程專業特點，重構環境工程專業的“工程流體力學”課程，對該課程中的主要內容進行優化設計，緊密結合后續專業課“水污染控制工程”的內容進行改編，為“水污染控制工程”的講授奠定基礎理論知識。“工程流體力學”教學內容主要包括理論教學和實踐性教學兩部分，其中在理論教學內容部分，如“工程流體力學”中涉及到的流體粘滯性、流體內摩擦定律等內容，結合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流態所需要的雷諾數內容為實例進行教學內容改革；“流體靜力學”中絕對壓強、相對壓強、真空度等概念、理論在水污染控制工程中虹吸濾池、脈沖澄清池以及沉淀池、污泥濃縮池重力式排泥所需要的靜水頭壓力等實際工程中的應用為實例進行教學內容改革；流體運動學中基本理論對“水污染控制工程”中的數學模式的建立為實例進行教學內容改革；“流體動力學”中壓力損失理論在水污染控制工程中的水力計算，水射器理論在水污染控制工程中的計量作用、加藥作用、射流曝氣作用為實例進行教學內容改革等。其次，“工程流體力學”實踐性教學內容部分，改革傳統的實驗教學內容，除驗證性實驗之外，增加工程應用性實驗，如文丘里流量計、三角堰流量計、巴氏計量槽、畢托管測速儀、虹吸管、孔口與管嘴的工程應用等內容，既加強了動手操作能力，也培養了學生將基礎理論知識轉化為現實生產力的綜合分析與應用能力，不僅使教學內容豐富，也提高了學生學習的熱情和積極性。

對“水污染控制工程”教學內容進行改革包括理論教學內容改革和實踐性教學內容改革，強調“工程流體力學”基礎理論知識在水污染控制工程中的應用。在理論教學內容方面，“水污染控制工程”中的污水溝道系統水力計算、水處理構筑物中水力參數的確定、污水在構筑物中的最佳流態、各水處理構筑物之間高程布置、混合反應池中攪拌強度的確定、過濾池中配水系統的設計及其濾速確定等一系列涉及工程流體力學問題的相關內容進行必要教學改革，加強學生對“工程流體力學”基礎理論知識在水污染控制工程中的工程應用有一個更清晰的認識，理解“工程流體力學”基礎理論知識在水污染控制工程中的重要性，使學生既掌握了“水污染控制工程”應用設計方法、設計原則、計算方法等知識，也加強了學生對“工程流體力學”基礎知識在水污染控制實際工程的應用。在實踐性教學內容方面，加強工程性應用實驗教學內容，從不同的工業企業和居民生活區采集不同的廢水水樣，根據化驗所得廢水水質，確定所采用的處理技術和處理工藝，并通過實驗驗證在各種廢水處理工藝中所選擇的工程流體力學水力參數，基于“工程流體力學”基礎理論知識分析廢水處理工藝水力參數的合理性。

二、改革教學模式

“工程流體力學”特點是理論性、綜合性、系統性較強，概念抽象、邏輯結構嚴謹。目前傳統的教學模式基本上是教師講、學生聽，“授—受”型單一模式，盡管在學的過程中采用了多種形式的多媒體教學方式，但仍沒有改變學生在學習過程中的被動地位，學生缺乏主動性和實踐性。改革傳統教學模式，實施探究式、啟發式、開放式的創新教學模式，結合水污染控制工程中的實際問題，以工程實例為背景，應用工程流體力學基礎知識解決實際工程問題，誘導學生積極思考，在教學過程中形成教學互動，調動學生學習的主動性和參與性。根據教學內容性質，“工程流體力學”教學內容可以分為基礎理論和實際工程應用兩個部分。在流體靜力學、流體運動學和流體動力學三個基礎理論部分，采用形象化的多媒體演示、軟件模擬、小型實驗相結合探究式、啟發式教學模式，鼓勵學生課堂討論；在實際工程應用教學部分，如孔口管嘴、有壓管流和明渠流部分，以水污染控制工程中的工程實例為背景，采用適量的實際工程圖片，豐富教學信息量，刺激學生的感官，激發學生的學習興趣，拓寬學生的思路，開闊學生的視野，可以使枯燥、乏味的內容變得趣味盎然，使抽象、晦澀的內容變得直觀生動。

“水污染控制工程”特點是實踐性、工程應用性強，因為不同的廢水水質達到處理要求所采用的處理技術、處理工藝不同；即便相同的廢水水質，如果污水量不同，所采用的處理工藝也不同；一個廢水處理工程，即廢水水質、水量數據相同，也可以采用不同的處理技術和處理工藝，工程流體力學參數的選擇是確定不同廢水處理技術、工藝的主要影響因素之一。因此，在“水污染控制工程”的教學過程中，改革傳統教學模式，實施探究式、啟發式、開放式的實踐教學模式，以工程實例為背景，通過開放性的實踐性實驗正確選擇工程流體力學參數，并通過實驗研究對參數的選擇、廢水處理效果等進行科學驗證。通過工程實例和實踐性教學改革，使學生既對廢水處理工程設計過程有一個清晰的思路，又能達到舉一反三的效果。

三、優化師資配置

師資隊伍優化，一靠資源，二靠制度，師資隊伍優化也是一個相對的漸進過程，優化的標準和措施與所處時代、社會背景及其自身所處發展階段和學科特色有關。環境工程專業特點要求師資隊伍結構合理、質量可靠。“工程流體力學”與“水污染控制工程”是本專業的主要技術基礎課和主干專業課，兩門課程在講授過程中存在著千絲萬縷的必然聯系，這就對師資配置和師資隊伍建設提出了更高的要求。首先，建立高質量的師資隊伍，定期或不定期對教師進行專業培訓和實踐工程訓練，要求講授“工程流體力學”和“水污染控制工程”兩門課程的教師對兩個學科均有一定的研究，或者承擔一定量研究科研工作，洞悉當前“工程流體力學”和“水污染控制工程”發展的最新前沿理論和技術；其次，在師資配置方面，要求講授“工程流體力學”的教師對“水污染控制工程”有一定的研究或承擔相關科研項目，講授“水污染控制工程”的教師對“工程流體力學”有扎實的理論研究或承擔相關的科研項目；第三，建立教師研討會制度，講授“工程流體力學”的和講授“水污染控制工程”的教師定期或不定期舉行教學研討會，避免兩門課程的講授內容出現彼此分裂現象。如果在師資配置中，講授“工程流體力學”的教師畢業于力學專業，即使講授“工程流體力學”的教師對力學有很高的造詣，對該門課程的講授有聲有色，但如果該教師對環境工程專業“水污染控制工程”專業理論知識或實踐工程知之甚少，那么在教學過程中，必然不能夠將“工程流體力學”與“水污染控制工程”教學內容相結合，對環境工程專業學生來說，這樣的師資配置，必定不是最優化的師資配置。

四、改革考核方式

流體力學及其工程應用范文第2篇

關鍵詞：流體力學；課程改革；考核方式；教學方法

0引言

《流體力學》是工科專業的一門基礎課程，在各工程領域也有著非常廣泛的應用[1-3]。通過對流體力學的學習掌握就可以為后續專業課的學習奠定堅實的基礎，而在實地教學中卻存在諸多問題。因為大部分本科生以前接觸的力學都是簡單的固體力學，研究的是看得見摸得著的事物。而流體力學著重研究流體的靜止及運動狀態的規律，研究流體的質量守恒、能量守恒及動量守恒三大定律及其應用，對數學學習要求較高，課程中的概念較抽象、公式較復雜[4]，使很多學生難以理解其知識點，難以把握學習的要領，進而容易遺忘或者產生厭學情緒。因此，根據安全工程專業特點，對流體力學課程教學內容和教學方法等進行改革是非常必要的。

1課程教學特點及現狀

《流體力學》是安全工程專業的一門學科基礎必修課程，是一門多學科交叉融合的課程，涉及數學、物理學、力學等，理論性和工程實用性都較強。課程的研究對象為流體，區別于固體的主要特點是易流動，課程中的許多概念較為抽象，且方程的推導需要運用數學的方法，對學生運用數學知識分析問題的能力要求較高，總體來說，學生學習難度較大。目前，《流體力學》的課堂教學以理論知識講解為主，習題練習為輔，要求學生數學基礎、理解能力、邏輯思維能力較好，課上認真聽講，課后及時復習鞏固。但是學生的學習主動性和積極性不高，課程作業的完成質量不高，只是單一的應付考試。

2課程改革探討

為提高學生的學習效果，適應新形勢下應用型人才的培養目標，培養學生嚴謹、認真的學習態度，培養學生分析及解決流體力學問題的能力，及運用流體力學方法進行科學研究的基本能力，并為后續專業課程的學習打下良好的基礎。本文擬從教學內容、教學方法、考核形式三個方面對《流體力學》課程進行改革。

2.1教學內容

根據《流體力學》在安全工程專業中的課程定位，將流體力學的內容分為流體靜力學、流體動力學基礎、流動阻力及能力損失、管路流動、相似原理及因次分析等五大模塊。課程內容圍繞流體靜止、運動兩個狀態及力學的三大方程展開，由淺入深。培養學生的工科思想及意識，能夠對安全工程專業的流體力學問題進行分析。

2.2教學方法

整合傳統和現代教學手段，采用不同的教學方式，如課堂教學與網絡輔助教學相結合，將相關的習題解答方法及課堂練習同步至超星在線課堂，給學生課后復習鞏固提供資料，并通過網絡資源及時進行解答；多媒體教學與板書結合，將復雜的流體流動過程以多媒體動畫的形式展現出來，讓學生更直觀的了解某種現象，增加對理論知識的理解和掌握；增加課堂習題練習及講解，注重師生互動，注重理論練習實際，在課堂組織教學中通過師生互動調動學生學習積極性，并通過該環節了解學生課堂知識的掌握情況，及時調整講授方法。

2.3考核方式

采用多元化的考核方式，變單純的期末考試為平時和期末多層次考試，建立平時成績考核機制。平時成績考核包括章節測試、期中測試、課后作業、課堂練習及課考勤四部分內容，其中每一部分成績占總成績的10%；期末考試成績占總成績的60%。章節測試一般是針對每一章的重點難點，用3-5道典型習題，耗時45min，檢測學生的掌握情況。要求學生在規定時間內完成，章節測試的平均成績計入期末綜合評定成績。對于章節測試的習題進行批改、統計成績、分析成績，并對教學方法進行反饋，及時調整。課堂練習一般針對課堂中的知識點進行測試，習題主要以填空、選擇、判斷的形式出現，方便、靈活、易于控制時間。通過練習，讓學生查缺補漏，同時根據練習情況及時調整授課進度及方法，確保學生對課程知識的主要內容了解和掌握。課后練習是對課程內容的鞏固和補充，是對學生理論知識運用情況的檢測，但課后作業易出現抄襲現象，對于疑似抄襲的作業，作業的分值不會給高分，通過課堂的互動可以判斷抄襲者的范圍，在課后習題講解過程中有意讓抄襲者進行講解，同時通過作業重復練習，讓學生真正理解作業的解題思路及方法。

流體力學及其工程應用范文第3篇

關鍵詞：工程流體力學；動量方程；科研能力培養

作者簡介：韋魯濱（1962-），男，江蘇揚州人，中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，教授；曾鳴（1957-），男，重慶人，中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，教授。（北京 100083）

基金項目：本文系中國礦業大學（北京）課程建設與教學改革項目（項目編號：K120304）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0085-01

“工程流體力學”涉及數學、力學、物理學內容和必要的工程背景。作為礦物加工、化工等學科的專業基礎課，“工程流體力學”課程理論性強、概念多、公式煩雜、工程應用廣，對學生綜合運用知識和聯系實際的能力要求較高，是后續專業課程學習、科學研究和工程應用的重要基礎。因此，教師在傳授課程知識點的同時，更要注重學生學習、綜合運用以及科研實踐能力的培養。

一、注重課程導論，激發求知興趣

“工程流體力學”學時少、任務重，教師講授課程導論時要確保學生在對課程有整體認識的基礎上，激發他們對課程的求知欲望和學習興趣，豐富學生的想象力。流體力學是研究流體運動及其作用的學科，從數學的角度看，流體力學是對有解方程在不同定解條件下的求解；從美學的角度看，流體力學將變化萬千的流體世界，按照相對簡單的數學規律給予描述，體現了客觀世界的內在美與和諧；從物理和工程的角度看，流體力學是一個由一般到特殊，再由特殊到一般的過程，即對現實問題進行簡化，提出方程并構造定解條件，應用實驗法、解析法和數值模擬法等手段去尋求問題的答案，再回到所設定問題，根據所解的特定問題尋找帶有普遍性的規律，從而指導進一步研究和實踐的過程。這樣的講授能使學生從不同角度理解流體力學的美與價值。

引入學生感興趣和當今工程領域的熱點問題，分析流體力學知識在其中的應用。如運載火箭整流罩形狀變化對火箭飛行過程的作用；鯊魚皮泳衣對運動員游泳速度的影響等。通過相關問題的討論，學生了解學習這門課以后，能夠運用所學的相關知識解決實際生活和工程實踐中的問題，從而增強學生發現問題與解決問題的能力，調動起學生學習的主動性與積極性。

二、注重深入淺出，促進消化吸收

“工程流體力學”的講授過程要求內容深入淺出、淺顯易懂，由靜力學到動力學，由理想流體到粘性流體。學生在對簡單知識充分了解和掌握的基礎上能夠更容易接受相關的擴展和推廣的知識點。以恒定不可壓縮流體的動量方程為例，具體說明深入淺出的授課過程：將問題簡化，給出限定條件，即在恒定漸變流的過水斷面上列方程；由動力守恒的角度給出質點系的動量方程；假設將流體看成系統，利用拉格朗日觀點解釋；結合不可壓縮流體連續性方程得出：

（1）

其歐拉觀點的物理解釋為，作用于控制體上的合力等于單位時間流出控制體的動量減去流入控制體的動量；由物理解釋可知其在漸變流過水斷面，速度分布不均勻的情況下仍然成立；由恒定不可壓縮流體總流動量方程對任意封閉管面的控制體均成立，可進一步推廣為雷諾輸運方程：

（2）

其中，P為任何物理量。

上述循序漸進的過程表明，先對問題進行適當簡化，后逐漸由淺入深、層層推進，有助于學生對較難知識點的接收、理解和掌握。

三、注重物理解釋，加強理解記憶

“工程流體力學”涉及的數學公式較多，授課過程中若過分強調數學推導會使得學生提不起興趣且難于理解和記憶，注重相關公式的物理解釋可以加強學生對公式的理解程度，便于記憶和應用。如，理想流體恒定元流的伯努利方程一般給出的是歐拉描述法解釋，還可給出更為直觀的拉格朗日描述法解釋：重力作用下的恒定不可壓縮理想流體，給定質點的機械能在流動過程中保持不變。

例如，“工程流體力學”中經常涉及的隨體導數運算符號，除了解釋位移加速度和當地加速度之外，還應將隨體導數的應用范圍自然延伸，拓展后的物理意義為：追蹤觀察場中的某一流體質點，單位時間內該質點的物理量在流動過程中的變化。隨體導數物理意義可用于不可壓縮流體連續性方程的導出，糾正了不可壓縮流體密度為常數的錯誤認識。綜上所述，物理解釋無論是對學生理解概念和公式，還是對知識的進一步應用都具有較大促進作用。

四、注重詳略得當，掌握重點知識

“工程流體力學”涉及范圍廣，知識點多，若面面俱到地將教材內容一并灌輸給學生，會增加他們的學習負擔，很難達到很好的教學效果。因此，要在整個教學過程中貫穿“少而精”的原則，對于那些學生已經學過或能夠自學理解的內容安排課下自學，對于專業不相關的內容進行適當刪減；要重點突出、究其實質，詳略對比，使學生能夠由此及彼，觸類旁通。例如，《工程

流體力學》教材中密度、浮力、壓力等知識點在普通物理的課程中已經有所涉及，完全可以安排學生自學；而流體運動的連續性方程、伯努利方程和動量方程作為研究流體運動的核心內容則需要多花精力，詳細講解。在學生已掌握核心內容基礎上，知識點的進一步擴展和延伸可以通過對比方式給出，省去復雜的推導過程，使學生遇到相關問題時直接應用即可。例如，動量矩方程可以確定運動流體與邊界之間的作用力位置，在介紹動量矩方程時可以簡單地與動量方程對比得出，而無需進行過程推演，進而可知恒定不可壓縮流體的動量矩方程，其物理意義為：

（3）

合力矩等于單位時間從控制體輸出的流體動量矩減去向控制體內輸入的流體動量矩。以上過程表明，對于重點知識的掌握有助于相關知識的拓展，因此要詳略得當，使學生學習過程更輕松。

五、注重工程背景，培養科研能力

教師在授課過程中一方面要考慮學生對各個知識點掌握，另一方面還要培養學生綜合運用知識以及科研和工程實踐能力，以便學生在將來的學習和工作中能夠學以致用。一個簡單的水流經過噴管的過程就涉及伯努利方程、連續性方程和動量方程。因此，要想很好地掌握理論知識，解決實際問題，對工程流體力學知識的綜合運用能力必不可少。“工程流體力學”作為礦物加工工程專業的專業課，在礦物分離過程中應用極其廣泛，教師在授課過程中應結合選礦應用實例進行講解，使學生在掌握理論知識的同時體會到在具體問題解決過程中如何分析和建模。例如，跳汰機可看作一個不等斷面的連通管，其水流運動是周期性的非定常流，各點運動速度隨位置和時間而變，且推動水流運動的源動力也不是恒定的，而是時間的函數；水力旋流器內流體速度切向速度可由強制渦和準自由渦描述，顆粒在水力旋流器離心力場的分離可從顆粒重力場中分離類比推演。通過理論結合實際的方式，培養學生實踐中認識問題和解決問題的能力。

六、結束語

“工程流體力學”作為一門專業基礎課，既有較強的理論性，又和工程實踐緊密結合。因此學好這門課程對學生綜合運用、科學研究、工程實踐能力的培養都具有重要意義。教師在教學過程中，應充分做到內容、方法和手段相結合，培養學生學習和綜合運用的能力，為將來從事科學研究和工程實踐打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]禹華謙.工程流體力學（水力學）[M].成都：西南交通大學出版社，2009.

流體力學及其工程應用范文第4篇

關鍵詞：工程流體力學；教學改革；第一次課

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0218-02

工程流體力學課程在我校這一工科院校中，長期以來，本科生在未學習之前，已經從他人那里了解到，這門課很難，不好學，不好過關。學生認為流體力學難學的后果，直接反映在多年來很少有人、甚至無人報考我校工科流體力學方向的碩士和博士，致使我校工程流體力學方向后續人才短缺，學科建設出現重重困難。那么作者希望學生在學習這門課程的過程中，是輕松、主動而有興趣地去學習。為了幫助學生克服畏難情緒，對工程流體力學課程學習產生興趣，輕松學好這門課，作者在十幾年的教學過程當中，積累了一些經驗。開好頭，為課程打好良好的第一印象非常關鍵，所以作者非常重視第一次課的講授內容，以增強學生學習信心和培養學習興趣為主要目的，為順利完成該課程的學習奠定基礎。

一、第一次課的教學內容

在第一次課，首先自我介紹，然后點名相互認識，留下聯系方式，介紹教材和參考書，授課的章節和學時安排等常規內容外，講授內容主要分為兩大塊：（1）上課要求；（2）緒論。

1.上課要求。上課要求主要包括課程學習目的和意義、出席和上課紀律要求、作業和實驗報告要求、考核方法等內容。①學習目的和意義。學習目的和意義按照大綱要求，掌握流體力學的基本知識，及其解決問題的基本方法和基本實驗技能。強調“基本”的含義，因為是首次接觸本課程，系統介紹流體力學知識，對大家的要求是“基本”的，同時也強調僅這些即將學的基本知識也能夠解決一些工程應用的問題，并簡單舉例。②出席和上課紀律要求。出席和上課紀律應該遵守學校規定，但是考慮到學生個體的不同。所以有必要讓學生清楚什么樣的行為是被接受的、允許的，不要出現行為困難的問題。③作業和實驗報告要求。作業和實驗報告會出現抄襲現象，回避是沒有用的，所以上課時直接指出來，希望將抄襲現象弱化。指出要借鑒，而不是抄襲。這樣大大降低了學生不經過理解地抄襲作業現象。④考核方法。將考核方式明確地告訴學生，是平時成績和課程結束后的閉卷考試成績各占一定比例，綜合評出成績。并計算出考核通過的最低考試成績。同時強調不存在不通過比例。這樣可以避免兩種不良現象發生，一是學生會盲目認為很難學，不能過關而放棄學習，二是成績差的學生會因為排名總在后面，而放棄學習。

2.緒論。緒論主要包括工程流體力學研究內容、課程特點、研究方法、解題步驟、學習方法和大學生認知階段，等等方面。重點講前三點涉及的內容。①流體力學研究內容。講述工程流體力學研究內容首先展開講解的是研究對象為流體，此時雖然沒有講流體的定義，但是還是提出請學生舉例哪些物質是流體？讓學生從最簡單的問題開始流體力學知識的學習。學生說對了予以肯定。學生會將多相流和塑性物質列進來，也要說清楚與本課程所學流體的區別和聯系，并將學生想不到的流體補充出來，還告訴學生目前最新研究方向在處理流固相互作用時有提出將固體處理為特殊流體，以簡化流固交界面的處理；還有已有研究表明固體顆粒的高速運動遵循流體力學規律，以及當車流量和人流量很大時，被稱為交通流，猶如流體流動一樣，那么在后續課程講解中可將高密度、大流量的人群流動現象用來形象化的闡述流體的運動規律，幫助學生理解抽象的流體運動規律，使問題直觀。還需要指出，最常見的流體是空氣和水，人類無時無刻不處于空氣和水當中，提醒學生在學習的過程中，可以將所學知識放到自己熟悉的環境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空氣，等等。將理論知識與生活結合起來，既能幫助理解所學知識，又能將知識應用起來，提高學習興趣。②流體力學課程特點。流體力學課程的特點主要講三點，一是一門技術（專業）基礎性課程；二是用場的觀點研究問題；三是概念多、公式多。它是一門專業基礎課，從實踐中抽象出來，再應用到實踐中去；所以課程知識可用于解決工程實際問題。用場的觀點研究問題。首先提問，說到“場”大家會想到什么？有的同學很高端大氣上檔次地回答重力場、電場、磁場，那我繼續問還有呢？有的學生開玩笑說操場，好像在說操場不夠檔次、不夠科學。而我肯定“操場”，因為是相同的“場”字嘛，而且還有工場、商場、廣場等。然后引導學生思考，既然用相同的“場”字，其中必有共同點，它是什么？學生想出來了，是某某占據的空間。以此類推，流體占據的空間就是“流場”，概念很容易就被理解了。同時還讓學生意識到科學不是高不可攀的，做科學時不要端起架子，它是很貼近生活的。流場的概念出來了，但是其空間的大小呢？這個問題也必須解釋清楚。首先提出兩個問題讓學生思考：海洋是海水占據的空間，是一個流場嗎？大氣層是空氣占據的空間，是一個流場嗎？其實流場的大小與我們要研究的空間范圍有關。比如，我們現在想知道教室內空氣的溫度分布，那么要分析的流場就是教室內空氣占據的空間；如果要預報中國天氣，那么中國上空的大氣層或者更大范圍就是要研究的流場；如果想了解南海海洋環流、潮汐流動等，南海海水占據的空間就是要求解的流場。將抽象概念與實際結合，在易于理解的同時，引起學習興趣。在此基礎上，進一步與物理量場聯系起來，流場中的物理量，比如速度，是時間和空間函數，被稱為速度場，還有壓力場，等等。場是具有連續無窮維自由度的系統，那么流場的速度場、壓力場，等等具有連續性，與第一章中連續介質假設內容一致，在這里提到，為后面學習埋下伏筆。概念多、公式多的原因是因為在以前的學習過程中鮮有接觸與流體力學有關的知識，導致大量的專業術語集中出現。但是這些概念、公式并不是全新的。比如流體質點的概念與以前物理中所學的質點概念是很一致的；多的公式其實是質量守恒定律、牛頓定律、能量守恒定律、動量定理，等等在流體力學中的表達形式，比如連續性方程是質量守恒定律的表達形式，伯努利方程與能量守恒定律相吻合，歐拉方程、Navier-Stokes方程是牛頓運動定律的表現形式，動量方程是動量定理的表達，把要學到的主要方程名稱在此敘述一遍，目的是讓學生有個初步接觸，為后續學習打下鋪墊。③流體力學研究方法。流體力學研究方法主要有三種：解析方法、實驗方法和數值計算方法。本課程主要介紹解析方法，有一章是專門介紹實驗研究方法的，而數值計算方法本課程幾乎不涉及，由計算流體力學講解。并強調，求解的基本方程是連續性方程、歐拉方程或Navier-Stokes方程，那么為什么基本方程一樣，可以求解出各種不同的流動？于是提出邊界條件和初始條件的概念，使邊界條件和初始條件的重要性一目了然；也為后續學習打下基礎，并引起學生的興趣和重視。

二、結論與展望

通過第一次課，使學生對整個課程的要求、特點、內容有一個整體了解，做到心中有數，克服不良情緒，從不同方面讓學生做好學習的心理準備。第一次課，如果是一個良好開端，并為后續學習做了大量鋪墊，使學生獲得了自信，并激發了其學習的興趣，學生后面的學習將會順利很多。工程流體力學是大部分工程專業的重要基礎課程，作者希望學生靈活掌握流體力學知識，并能夠在工作中活學活用。

參考文獻：

[1]許維德.流體力學[M].北京：國防工業出版社，1979.

[2]張也影.流體力學[M].北京：高等教育出版社，1999.

流體力學及其工程應用范文第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 流體力學課程改革現狀

由于流體力學概念抽象、理論性強，學生對流體運動又缺乏感性認識，流體力學課程歷來被認為是學生難學、教師難教的課程之一。為了講清概念、交代眾多公式的來龍去脈、介紹豐富的工程背景和應用知識，流體力學授課需要大量課時，這與目前國內提倡的教學改革縮減理論授課課時相矛盾。不加強基礎理論和工程應用知識難以提高教學質量，局促的課時除了教會學生做題、應付考試外沒有多少時間講解其他內容。如何更好地處理少課時與大教學量之間的矛盾，國內不少高校進行了此方面的改革，比如研制流體力學多媒體電子教案，加大網絡教學資源等等彌補課時的不足。這些措施對于課堂教學幫助很大，但均無法替代實驗教學，無法幫助學生更加深刻地理解理論、應用理論。而在實驗教學中，實驗教師的教學重點卻是教學生如何操作儀器，如何記錄處理數據，而不會關注于讓學生知道為什么要“那么做”。因此課堂教學內容與實驗教學內容之間缺乏有效的銜接與溝通，導致很多學生只知如何做實驗，而不知為何做實驗。

目前，關于虛擬實驗室設計開發的案例也很多，但多數集中于研究如何使其更好地輔助實驗教學，而對于將虛擬實驗系統與課堂教學相結合進行教學設計的研究相對較少，唐山學院機械設計制造及其自動化專業流體傳動課程組教師針對此種情況，開發了基于Flash的流體力學虛擬實驗平臺，并將之與課堂教學相結合，進行了基于虛擬實驗平臺的理論教學與虛擬實驗教學相結合的教學設計與探索。

2 基于Flash的流體力學虛擬實驗平臺簡介

用Flash做動畫比較靈活，如表現運動機理、物理過程、動作分解等，也可編程。流體力學虛擬實驗平臺基于Flash語言而編制，主要是為建立一種創造和引導模擬實驗的交互環節，通過與實驗教學教師接洽，利用Flash將實驗設備虛擬化，并用動畫的手段將實驗現象演示出來，學生根據需要選擇實驗項目。以“動量守恒實驗”為例，在虛擬實驗平臺上運行該實驗，界面如圖1所示，既可以通過“原理”標簽學習實驗原理，同時還可以觀測到動量守恒實驗現象的動態演示。虛擬實驗可以讓學生熟悉實驗流程、處理一些常見的難點問題。學生如果需要，也可以不厭其煩地反復練習，直至熟悉掌握實驗操作技能。

3 教學設計與實踐

教學的目的在于使學生真正掌握應知應會的內容，并且獲得能力上的鍛煉和提高。下面以唐山學院機械設計制造及其自動化專業流體力學課程教學為例，簡介基于虛擬實驗平臺的流體力學課程教學設計。

3.1 基于虛擬實驗的研討式教學

首先教師帶學生一起溫習中學時的動量定理內容，而后提出疑問：當介質不再時固體，而是液體時，動量定理還適用嗎？如何用？以啟發式教學思想為基礎，在教師的引導下啟發學生積極主動地思考問題，并在同學之間、師生之間進行相互交流和互動式思考和學習，進而公式推導獲得動量方程，而后利用流體力學虛擬實驗平臺演示動量守恒實驗過程，請學生根據實驗觀察，討論分析該實驗的驗證原理。這種將課堂教學與虛擬實驗教學相結合的方式，不僅幫助學生進行了流體力學實驗的預習，而且使得學生對實驗現象和實驗數據處理的理論理解得更加透徹深入，提高了學生的思維能力和對一些重要概念的理解力。

3.2 操作訓練與思維訓練相結合

沿程阻力損失的計算是流體力學課程的教學重點之一，而其中的沿程阻力系數的正確選擇尤其關鍵，同時這里也涉及到一個很著名的實驗：尼古拉茲實驗。唐山學院機械設計制造及其自動化專業流體力學課程的理論授課教師和實驗教師并不是同一人，該課程有6學時實驗，其中一個實驗為“沿程阻力系數測定實驗”。在最終的實驗操作考核中，理論授課教師通過觀察學生 “沿程阻力系數測定實驗” 實驗操作過程，發現學生操作很熟練，記錄數據整齊認真，并且很快地利用實驗指導書中給出的層流狀態下的計算公式算出了沿程阻力系數的數值，但其中存在一個問題被學生忽略了，即根據計算的結果核實是否真正是層流流動狀態。如果閥門開度合理，大部分同學的結果應該是可信的，但是任何實驗過程中，均無法排除一些其他人為因素。操作技能訓練的同時，學生并未注意到分析并解決問題的嚴密性，思維訓練未達到與操作訓練同步。

將虛擬實驗平臺引入課堂教學后，授課教師在學生們完成此實驗項目后，再次在課堂上演示實驗過程，并將兩組往屆學生的實驗考核記錄數據（一組數據正常，一組異常）以及得出的沿程阻力系數結果記錄在黑板上，教師提出質疑，即該實驗能否反映Re與尼古拉茲實驗曲線的內在聯系？因是小班授課（共28名學生），將全班學生分成7個小組，在討論中，學生反復研究教材內容，推敲實驗數據，最后幾乎每個小組都得出了較全面的結論。此種方式的開展，比填鴨式的反復做題強化訓練得到的學習效果好很多。

如果授課教師在教學設計中能夠充分利用虛擬實驗平臺，則教學效果可大大提高，學生收效顯著。