時(shí)間：2024-01-03 16:56:45
序論：在您撰寫流體力學(xué)的基本原理時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
[關(guān)鍵詞]本科院校；環(huán)境工程；流體力學(xué)；教學(xué)改革
[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）03-0038-02
流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講述工程流體力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，主要內(nèi)容包括流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、流動(dòng)能量損失及有壓管流和明渠流等。由于該課程涉及高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)等，基本概念多且抽象，對(duì)學(xué)生的綜合分析和處理問題的能力要求高，因此學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)較為困難。流體力學(xué)課程一般在第4學(xué)期開設(shè)，開設(shè)在高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)等課程之后。
隨著教學(xué)改革的不斷深入，如何針對(duì)流體力學(xué)抽象概念多、數(shù)學(xué)分量重、理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，有針對(duì)性地對(duì)環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生尤其是應(yīng)用型本科院校的學(xué)生進(jìn)行授課，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。
一、針對(duì)專業(yè)特色和課時(shí)量，優(yōu)選教材
流體力學(xué)分為理論流體力學(xué)和工程流體力學(xué)。前者適用理科專業(yè)方向，偏重理論；后者適用工科專業(yè)方向，著重于工程應(yīng)用。對(duì)于應(yīng)用型本科院校來說，應(yīng)選用偏重于工程應(yīng)用的工程流體力學(xué)作為教學(xué)內(nèi)容。目前，環(huán)境工程專業(yè)尤其是側(cè)重于水處理的環(huán)境工程專業(yè)，其流體力學(xué)的知識(shí)主要用于解決污水處理廠設(shè)計(jì)中的流體力學(xué)問題，課時(shí)量被壓縮到50個(gè)課時(shí)左右。因此，要選用適用于較短學(xué)時(shí)，并且側(cè)重于水力學(xué)知識(shí)的教材。教材要能夠與時(shí)俱進(jìn)，精益求精，注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重內(nèi)容的系統(tǒng)性與完整性，能夠涵蓋流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、有壓管流、明渠流等基本內(nèi)容。教材要有一定的例題和課后思考、復(fù)習(xí)題，能夠開拓學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最好能附有實(shí)驗(yàn)演示的光盤。
二、豐富教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性
學(xué)生普遍反映流體力學(xué)很難，其中的主要原因在于W生的學(xué)習(xí)積極性不高，不肯花時(shí)間去鉆研。確實(shí)，流體力學(xué)對(duì)于初學(xué)者來說，是有一定的難度，這就要求教師在講授緒論課時(shí)，要讓學(xué)生了解流體力學(xué)的任務(wù)以及在專業(yè)及后續(xù)課程中的作用，從而啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)提出明確要求，如哪些內(nèi)容需要掌握，哪些內(nèi)容需要了解，使學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)做到心中有數(shù)，樹立學(xué)好這門課程的自信心。[1]
三、改進(jìn)教學(xué)方法和手段，突出重點(diǎn)
流體力學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于公式的推導(dǎo)和理論的理解，以及用理論和公式解決實(shí)際問題。例如，在流體靜力學(xué)這一章中，關(guān)于流體平衡微分方程的推導(dǎo)，就涉及高等數(shù)學(xué)中的連續(xù)函數(shù)和泰勒展開式等，這是一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的高數(shù)基礎(chǔ)要求比較高。而求解作用在平面上的靜水總壓力有兩種計(jì)算方法，一種是解析法，一種是圖解法。解析法要求學(xué)生有工程力學(xué)的靜力矩和慣性矩的知識(shí)以及基本的幾何知識(shí)，此法的壓力中心在受壓面的形心的下面，與形心不重合；而在圖解法中，靜水總壓力的壓力中心與壓強(qiáng)分布圖的形心重合。雖然課上教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)兩種方法的區(qū)別，但基礎(chǔ)差和理解能力不強(qiáng)的學(xué)生仍然一頭霧水，不能很好地解決實(shí)際問題。針對(duì)這一情況，教師在課堂講解時(shí)應(yīng)盡量利用多媒體課件進(jìn)行講解，最好還能結(jié)合模型進(jìn)行講解。例如可以借助一塊平板，將其置于水下，標(biāo)注其形心和壓力中心的位置，再將平板與一棱柱體結(jié)合，分析壓強(qiáng)分布圖的形心位置。這種形象地講解，有助于學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容。
在教學(xué)過程中，多媒體可充分利用圖形、圖像、聲音、錄像將教學(xué)內(nèi)容充分表現(xiàn)出來，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加快教學(xué)信息的傳遞速度，提高課堂教學(xué)效率，擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面。[2]但多媒體也帶來了一系列的問題，如學(xué)生在聽課過程中，多媒體課件一晃而過，當(dāng)時(shí)學(xué)生感覺很好， 但真正留在腦海里能掌握的內(nèi)容卻很少，這容易造成學(xué)生眼高手低。因此，流體力學(xué)的教學(xué)要多媒體和板書相結(jié)合，在進(jìn)行公式的推導(dǎo)和例題的講解時(shí)，最好使用板書，這樣可以使學(xué)生印象深刻，增加記憶的時(shí)間；而在講解流線和跡線等比較抽象的內(nèi)容時(shí)，可以采用動(dòng)畫形式，這樣能夠加深學(xué)生的直觀理解， 有助于提高教學(xué)效果。
流體力學(xué)的學(xué)習(xí)講究系統(tǒng)性，各章之間又相對(duì)獨(dú)立。在每次上課之前，教師應(yīng)對(duì)上節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)，并可以采用提問的形式，讓學(xué)生了解自己對(duì)上節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容的掌握情況。在每一章節(jié)開始時(shí)，教師應(yīng)首先向?qū)W生介紹本章的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)以及與前后章節(jié)的聯(lián)系，每學(xué)完一章后教師要進(jìn)行歸納總結(jié)，以便讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通。對(duì)于重要的內(nèi)容，教師在課上講解的時(shí)候要明確指出，回顧的時(shí)候要對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行提問，在一章講完歸納總結(jié)的時(shí)候，要再次強(qiáng)調(diào)這部分內(nèi)容，相信這樣可以使學(xué)生印象比較深刻。
四、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，充分利用有限的課時(shí)
流體力學(xué)往往有0.5個(gè)學(xué)分的實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)的主要目的是通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，更好地運(yùn)用所學(xué)理論解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)讓學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)物理量之間的相互關(guān)系，以便發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，這非常重要。[3]很多教師的做法是理論課全部講完了，再集中上實(shí)驗(yàn)課，這種做法有利有弊。優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生在上完理論課后，在實(shí)驗(yàn)課上教師再講解一遍實(shí)驗(yàn)原理，可以加深其對(duì)知識(shí)的理解和記憶。弊端是上理論課時(shí)，教師不能形象地講解，學(xué)生不能很好地掌握；上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，教師再講解一遍，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。對(duì)于應(yīng)用型本科院校來說，其培養(yǎng)的是應(yīng)用型人才，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是人才培養(yǎng)最基本的工作。尤其在總課時(shí)量被壓縮的情況下，充分利用實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間，將理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，就成為一種行之有效的手段。流體力學(xué)中的很多內(nèi)容，例如雷諾實(shí)驗(yàn)，沿程水頭損失和局部水頭損失的計(jì)算都可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行講解，一邊講解，一邊實(shí)驗(yàn)演示。還可以在流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中增加多媒體設(shè)備或者其他可視化設(shè)備，課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)，課上講解完理論，直接就讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，課后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣既能充分利用有限的課時(shí)，又能使學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)，還能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和歸納總結(jié)的能力，一舉數(shù)得。
五、加作業(yè)環(huán)節(jié)，改革考核方式
學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨(dú)立自主地解決實(shí)際工程問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)理解、掌握程度的一種手段，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。[4]當(dāng)然，布置作業(yè)不等于搞題海戰(zhàn)術(shù)。例如，關(guān)于典型的三大方程，即連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程的應(yīng)用，有三種類型的典型題目，即彎管內(nèi)水流對(duì)管壁的作用力，水流對(duì)建筑物的作用力和射流對(duì)平面壁的沖擊力，每種類型的題目可以布置1～2道作業(yè)題。而關(guān)于求解作用在平面上和曲面上靜水總壓力的計(jì)算，題目形式多樣，壓力體的形狀靈活多變，可以適當(dāng)多布置作業(yè)題，讓學(xué)生盡可能多掌握各種類型的題目。同時(shí)教師可以在課堂上專門安排習(xí)題課。這樣一方面可對(duì)學(xué)生所做作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，剖析典型例題，啟發(fā)學(xué)生舉一反三；另一方面，這也可給學(xué)生提供了課堂討論的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生掌握發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思路、方法和技巧，能對(duì)學(xué)生思維進(jìn)行鍛煉，讓學(xué)生觸類旁通。[5]除了典型的計(jì)算題以外，習(xí)題課上還可以設(shè)置選擇題、填空題和判斷題等，避免學(xué)生重計(jì)算，輕概念。
目前，在考核方式上，一般是平時(shí)成績(jī)占20%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，期末成績(jī)占60%。這種考核方式雖然兼顧了期末考試和平時(shí)表現(xiàn)，但也存在弊端。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生平時(shí)作業(yè)做得不錯(cuò)，但期末卷面成績(jī)非常不理想。究其原因，可能是平常作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象，上課雖然出勤率高，但課上聽講不認(rèn)真。如何改變這一現(xiàn)狀？一方面，可以適當(dāng)減少平時(shí)成績(jī)所占的比重，例如平時(shí)成績(jī)占10%，期末成績(jī)占70%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%；另一方面，實(shí)驗(yàn)成績(jī)單獨(dú)計(jì)算，而在理論考試中，平時(shí)成績(jī)占20%，期末成績(jī)占80%。當(dāng)然，更為重要的是教師要練就“火眼金睛”，要具有高度的責(zé)任心：一是對(duì)作業(yè)雷同的現(xiàn)象，一律給予當(dāng)次作業(yè)不及格；二是要加強(qiáng)課堂紀(jì)律的管理，對(duì)于回答問題的情況、課上表現(xiàn)等都要作為平時(shí)成績(jī)的重要方面進(jìn)行考核。只有這樣，才能真正體現(xiàn)出考核的公正性和合理性。
總之，針對(duì)應(yīng)用型本科院校，流體力學(xué)的教學(xué)應(yīng)與學(xué)校的辦學(xué)特色、辦學(xué)定位相結(jié)合。應(yīng)在總課時(shí)量不增加的前提下，優(yōu)選教材；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)；加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手研發(fā)、設(shè)計(jì)小型實(shí)驗(yàn)裝置，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)造能力，這樣才能夠提高學(xué)生各方面的能力，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、善實(shí)踐、能創(chuàng)新、高素質(zhì)”的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 張羽，張仙娥.環(huán)境工程專業(yè)《流體力學(xué)》的教學(xué)探討[J]. 華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)（社科版），2010（4）：156-157.
[2] 宿程遠(yuǎn)，張建昆，陳孟林.師范學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)流體力學(xué)課程改革初探[J].中國(guó)電力教育，2008（12）：117-118.
[3] 王偉.土木專業(yè)工程流體力學(xué)課程教學(xué)研究[J].山西建筑，2008（21）：182-183.
Measurement in Fluid
Mechanics
2005, 354pp.
HardcoverUSD85.00
ISBN 978-0-521-81518-5
S.塔沃拉里斯 著
本書全面闡述流體力學(xué)中的各種測(cè)量方法，既有經(jīng)典的方法，又有最新的技術(shù)，內(nèi)容包括流量、壓力、速度、溫度和壁的切應(yīng)力等參數(shù)的測(cè)量，以及流動(dòng)可視化。書中涉及大量有關(guān)系統(tǒng)響應(yīng)、測(cè)量的不確定性、信號(hào)分析、光學(xué)、流體力學(xué)儀器和實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐等基本素材，還有豐富的插圖，大量的參考文獻(xiàn)和100多個(gè)練習(xí)，是流體力學(xué)研究的有用工具。
全書分為兩部分含15章。第一部分一般概念，含第1~7章。第1章流動(dòng)的性質(zhì)和基本原理，論述流體力學(xué)的基本原理；第2章測(cè)量系統(tǒng)，介紹各種測(cè)量系統(tǒng)中所用的定義和概念；第3章測(cè)量的不確定性，討論測(cè)量的不確定性的定義和估計(jì)的方法；第4章信號(hào)調(diào)節(jié)、識(shí)別和分析，敘述信號(hào)調(diào)節(jié)、識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理所需的儀器操作和程序方面的基礎(chǔ)知識(shí)；第5章光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，介紹光學(xué)測(cè)量所需的概念和基本知識(shí)；第6章流體力學(xué)的設(shè)備，匯集流體力學(xué)測(cè)量設(shè)備的基本元素，供讀者在設(shè)計(jì)時(shí)選擇參考；第7章走近完美的試驗(yàn)，討論進(jìn)行完美的試驗(yàn)所需的一些因素。第二部分測(cè)量技術(shù)，含第8~15章。第8章流動(dòng)壓力的測(cè)量，介紹在流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)室測(cè)量壓力所用的相關(guān)設(shè)備；第9章流量的測(cè)量，闡述測(cè)量流量所用的一般儀器和技術(shù)；第10章流動(dòng)的可視化技術(shù)，簡(jiǎn)單介紹流動(dòng)顯示技術(shù)的通用方法；第11章局部流動(dòng)速度的測(cè)量，討論流動(dòng)速度測(cè)量的幾種方法；第12章溫度的測(cè)量，闡述一般的溫度計(jì)和在流體力學(xué)研究中使用的其他測(cè)量溫度方法；第13章成分的測(cè)量，敘述混合流體中識(shí)別成分和相對(duì)比例的方法；第14章壁切應(yīng)力的測(cè)量，簡(jiǎn)述流體流動(dòng)時(shí)，與流體接觸的表面上流體的切向力；第15章展望，指出實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)發(fā)展的方向。
本書自成一體，通俗易懂，可作為流體力學(xué)測(cè)量相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)生和研究生的教科書，也可供流體力學(xué)測(cè)量技術(shù)的工程師和科學(xué)家參考和閱讀。
吳永禮，研究員
(中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所)
Measurement in Fluid
Mechanics
2005, 354pp.
HardcoverUSD85.00
ISBN 978-0-521-81518-5
S.塔沃拉里斯 著
本書全面闡述流體力學(xué)中的各種測(cè)量方法，既有經(jīng)典的方法，又有最新的技術(shù)，內(nèi)容包括流量、壓力、速度、溫度和壁的切應(yīng)力等參數(shù)的測(cè)量，以及流動(dòng)可視化。書中涉及大量有關(guān)系統(tǒng)響應(yīng)、測(cè)量的不確定性、信號(hào)分析、光學(xué)、流體力學(xué)儀器和實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐等基本素材，還有豐富的插圖，大量的參考文獻(xiàn)和100多個(gè)練習(xí)，是流體力學(xué)研究的有用工具。
全書分為兩部分含15章。第一部分一般概念，含第1~7章。第1章流動(dòng)的性質(zhì)和基本原理，論述流體力學(xué)的基本原理；第2章測(cè)量系統(tǒng)，介紹各種測(cè)量系統(tǒng)中所用的定義和概念；第3章測(cè)量的不確定性，討論測(cè)量的不確定性的定義和估計(jì)的方法；第4章信號(hào)調(diào)節(jié)、識(shí)別和分析，敘述信號(hào)調(diào)節(jié)、識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理所需的儀器操作和程序方面的基礎(chǔ)知識(shí)；第5章光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，介紹光學(xué)測(cè)量所需的概念和基本知識(shí)；第6章流體力學(xué)的設(shè)備，匯集流體力學(xué)測(cè)量設(shè)備的基本元素，供讀者在設(shè)計(jì)時(shí)選擇參考；第7章走近完美的試驗(yàn)，討論進(jìn)行完美的試驗(yàn)所需的一些因素。第二部分測(cè)量技術(shù)，含第8~15章。第8章流動(dòng)壓力的測(cè)量，介紹在流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)室測(cè)量壓力所用的相關(guān)設(shè)備；第9章流量的測(cè)量，闡述測(cè)量流量所用的一般儀器和技術(shù)；第10章流動(dòng)的可視化技術(shù)，簡(jiǎn)單介紹流動(dòng)顯示技術(shù)的通用方法；第11章局部流動(dòng)速度的測(cè)量，討論流動(dòng)速度測(cè)量的幾種方法；第12章溫度的測(cè)量，闡述一般的溫度計(jì)和在流體力學(xué)研究中使用的其他測(cè)量溫度方法；第13章成分的測(cè)量，敘述混合流體中識(shí)別成分和相對(duì)比例的方法；第14章壁切應(yīng)力的測(cè)量，簡(jiǎn)述流體流動(dòng)時(shí)，與流體接觸的表面上流體的切向力；第15章展望，指出實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)發(fā)展的方向。
本書自成一體，通俗易懂，可作為流體力學(xué)測(cè)量相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)生和研究生的教科書，也可供流體力學(xué)測(cè)量技術(shù)的工程師和科學(xué)家參考和閱讀。
吳永禮，研究員
(中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所)
關(guān)鍵詞：海洋科學(xué) 課程實(shí)踐 改革
隨著我國(guó)海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)海洋類科技人才的要求也越來越高。流體力學(xué)是海洋科學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)海洋科學(xué)專業(yè)的教學(xué)體系中占據(jù)重要地位。本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)，掌握理想流體動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)，掌握理想流體動(dòng)力學(xué)的研究方法和理論，掌握不可壓縮理想流體的無旋運(yùn)動(dòng)、粘性不可壓縮流體動(dòng)力、邊界層理論、湍流等的基本理論和研究方法。這門課程具有極強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，從而決定了這門課的教學(xué)目的既要使學(xué)生掌握理論知識(shí)，又要使學(xué)生學(xué)會(huì)如何運(yùn)用到實(shí)際工程中去。然而，隨著教學(xué)體制的改革，學(xué)分制實(shí)施，流體力學(xué)的教學(xué)學(xué)時(shí)不斷縮短。課程教學(xué)多是為了滿足培養(yǎng)方案的要求，對(duì)系列化專業(yè)課程支撐不夠，教學(xué)效果不甚理想。因此，為了適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)人才培養(yǎng)的要求，我們對(duì)流體力學(xué)課程教學(xué)過程的各方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，以達(dá)到以培養(yǎng)出合格的海洋類人才的目的。
1.教學(xué)理念改革
流體力學(xué)課程的特點(diǎn)是抽象概念多、理論性強(qiáng)、體系復(fù)雜、難度較大，許多知識(shí)點(diǎn)都包含了大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高。也正是由于這些特點(diǎn)，所以需要改變傳統(tǒng)的以教師為中心的知識(shí)傳授型的教學(xué)理念，因?yàn)檫@種方式并不能使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)留下深刻的印象，因而教學(xué)過程效率低，容易造成學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，不利于學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)。新教學(xué)理念增強(qiáng)教學(xué)過程師生間的互動(dòng)，突出學(xué)生的主體性，改變以往學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中被動(dòng)接收的地位，合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，利用現(xiàn)代化的教學(xué)方式，是以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科研素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)為目的，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。希望通過流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握流體運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律及其有關(guān)的基本概念、基本理論、基本方法和基本實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)具備較強(qiáng)的自學(xué)能力以及創(chuàng)新意識(shí)，為以后專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，打下牢固的基礎(chǔ)。
2.教學(xué)內(nèi)容的改革
由于海洋科學(xué)類專業(yè)教學(xué)要體現(xiàn)海洋特色，海洋學(xué)的研究對(duì)象是海洋，而海水是海洋最重要的組成部分，動(dòng)力海洋學(xué)研究宏觀海水的運(yùn)動(dòng)，所以無論在研究對(duì)象、研究目的還是研究方法上面，動(dòng)力海洋學(xué)都是流體力學(xué)的具體應(yīng)用和發(fā)展。
針對(duì)這一教學(xué)內(nèi)容的要求，我們進(jìn)行了流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革，使之適應(yīng)于當(dāng)前的海洋科學(xué)專業(yè)類的教學(xué)。考慮到目前國(guó)內(nèi)的流體力學(xué)課程內(nèi)容相當(dāng)寬泛，并不是特別適合海洋科學(xué)專業(yè)的教學(xué)需要，所以在內(nèi)容上作了調(diào)整，保留經(jīng)典流體力學(xué)的基本原理，同時(shí)加入了流體力學(xué)基本原理在海洋學(xué)中的具體應(yīng)用。例如，在講授研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法歐拉方法和拉格朗日方法時(shí)，介紹了兩種方法在海洋調(diào)查研究中的應(yīng)用；在講授有旋運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)中，將環(huán)流定理擴(kuò)展到海洋和氣象等方面的具體應(yīng)用；在講授粘性流體動(dòng)力學(xué)時(shí)，補(bǔ)充了柯氏力場(chǎng)中粘性流體的運(yùn)動(dòng)，并深入講授了風(fēng)生海流、地球轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)梯度流方向隨深度變化的影響等。
這些內(nèi)容的加入和調(diào)整，使學(xué)生不但能夠深入理解相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，還能夠了解其具體的海洋學(xué)應(yīng)用，真正做到學(xué)以致用，并且可以平滑過渡到一些后續(xù)海洋類專業(yè)課程，如物理海洋學(xué)、海洋氣象學(xué)、大洋環(huán)流等，的學(xué)習(xí)當(dāng)中，同時(shí)也為將來考研或者研究生階段的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
3.教學(xué)方式的改革
教師教學(xué)方式就是教學(xué)中為達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教師所采用的一系列的教學(xué)行為和活動(dòng)方式、方法的結(jié)合?？紤]到流體力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，其基本方程、原理的推導(dǎo)較多，所以在傳統(tǒng)上以教師教授法為主，即以教師為主體進(jìn)行知識(shí)的講授教學(xué)活動(dòng)。但是單純的講授法存在一些問題，就是容易在課堂上與學(xué)生缺乏互動(dòng)交往，從而不能有效的調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為此，在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，將以教為主的教學(xué)設(shè)計(jì)和以學(xué)為主的教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合起來，通過多種方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)的良性互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量。
3.1多媒體教學(xué)改革
傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法的特點(diǎn)是推導(dǎo)過程細(xì)致、講解入微，這在一些復(fù)雜的定理推導(dǎo)過中可以有效的幫助學(xué)生理解整個(gè)推導(dǎo)過程，也有助于學(xué)生掌握推導(dǎo)方法和技巧。但是，板書教學(xué)也有不足之處，一是采用板書教學(xué)傳授的信息量不夠大，由于流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中存在大量的公式原理的推導(dǎo)，所以往往需要較多的課時(shí)才能滿足教學(xué)要求；二是部分教學(xué)內(nèi)容不夠直觀，流體力學(xué)的一門理論與實(shí)際結(jié)合的學(xué)科，所以很多的理論都有其對(duì)應(yīng)的實(shí)際流動(dòng)現(xiàn)象，所以板書對(duì)此無能為力。
多媒體教學(xué)可以有效的彌補(bǔ)板書教學(xué)上存在的不足，單課時(shí)能夠提供較多的教學(xué)信息量，有效提高教學(xué)效率。另外，多媒體教學(xué)可以增加課堂教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)效果，通過一些多媒體素材展示了相關(guān)的流動(dòng)現(xiàn)象，通過視覺、聽覺等多種信息傳遞方式，幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，這對(duì)于抽象的流體力學(xué)理論教學(xué)是一種相當(dāng)好的授課形式。但是多媒體教學(xué)也存在一些不足之處，在公式的推導(dǎo)過程中，翻頁式的教學(xué)明顯加快了教學(xué)節(jié)奏，使得學(xué)生對(duì)推導(dǎo)過程了解不夠深入，部分細(xì)節(jié)不明所以，學(xué)生的思考時(shí)間減少，另外就是多媒體教學(xué)的推廣，很多學(xué)生都沒有了記筆記的習(xí)慣。
針對(duì)以下兩種教學(xué)方式的特點(diǎn)，在海洋科學(xué)專業(yè)流體力學(xué)的教學(xué)過程中，我們采用了兩種教學(xué)方式相結(jié)合的方法。對(duì)于一些重要的基本原理，仍然采用傳統(tǒng)的板書式教學(xué)，力求傳授給學(xué)生流體力學(xué)的研究方法和研究思路。而對(duì)于推導(dǎo)結(jié)果，則采用多媒體的方式進(jìn)行展示，在實(shí)際的教學(xué)中，引用了大量的海洋、大氣等流體力學(xué)現(xiàn)象，如波浪、海流、臺(tái)風(fēng)等，將其以直觀的形式與對(duì)應(yīng)的流體力學(xué)理論結(jié)合，這樣既加深了學(xué)生的理解，也引發(fā)學(xué)生進(jìn)行海洋學(xué)研究的興趣。實(shí)際的教學(xué)過程顯示，課堂教學(xué)效果較好。
3.2課堂教學(xué)過程改革
為了能夠使學(xué)生更好的融入課堂教學(xué)，在講授法的基礎(chǔ)上，采取了問答法、引導(dǎo)法多種教學(xué)方式作為輔助。
問答法是教師通過提出問題引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)行思考，學(xué)生自己得出結(jié)論來獲取知識(shí)，可以有效的使學(xué)生主動(dòng)參與課堂學(xué)習(xí)。在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，合理的設(shè)計(jì)課堂問題，避免問題過易或者過難，前者不能達(dá)到啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考的效果，后者會(huì)讓學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生畏難情緒，不利于知識(shí)的深化教學(xué)。同時(shí)，問題的設(shè)計(jì)也要有啟發(fā)性、典型性，問題的數(shù)量一般控制在每節(jié)課2個(gè)左右，根據(jù)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
引導(dǎo)法是教師引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀教材、課件提示等材料，以自己相對(duì)獨(dú)立的形式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，這種方法更能鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，對(duì)于引導(dǎo)法的使用一般安排在內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，或者教學(xué)內(nèi)容有相似重復(fù)處。如將雷諾輸運(yùn)定理應(yīng)用于連續(xù)方程、動(dòng)量方程等的推導(dǎo)，教師講授連續(xù)方程的推導(dǎo)，而其后對(duì)于動(dòng)量定理、能量定理等的推導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成。通過這樣的引導(dǎo)過程，使得學(xué)生能夠舉一反三，牢固掌握基本原理，并培養(yǎng)了自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。
3.3引入現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法
為了能夠有效的利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，推進(jìn)課程的網(wǎng)絡(luò)化改革，建設(shè)了流體力學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程。為避免網(wǎng)絡(luò)課程成為簡(jiǎn)單的課堂內(nèi)容的重復(fù)再現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)過程中考慮與實(shí)際的課堂教學(xué)的互動(dòng)性與互補(bǔ)性，除了提供課程教學(xué)視頻錄像供學(xué)生復(fù)習(xí)以外，還提供了非常豐富的相關(guān)多媒體教學(xué)資源、輔導(dǎo)資料，并將網(wǎng)絡(luò)課程作為學(xué)生自學(xué)的一個(gè)重要的課后輔導(dǎo)工具，提供在線答疑。另外學(xué)生還可以網(wǎng)絡(luò)課程提出對(duì)于教學(xué)過程的各種建議反饋，促進(jìn)教學(xué)改革。網(wǎng)絡(luò)課程的開設(shè)，使得流體力學(xué)的整個(gè)教學(xué)過程具有了交互性、共享性、開放性、協(xié)作性和自主性等特點(diǎn)。
4.結(jié)語
通過近幾年較為系統(tǒng)的流體力學(xué)課程教學(xué)改革，包括更新教學(xué)理念、調(diào)整和補(bǔ)充部分海洋特色的教學(xué)內(nèi)容、運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)手段、改革課堂教學(xué)過程等途徑，大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，顯著提升了教學(xué)效果，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。但仍需進(jìn)一步完善教學(xué)體系，提高教學(xué)水平，將教與學(xué)有機(jī)結(jié)合，對(duì)海洋科學(xué)類專業(yè)流體力學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行不斷探索和實(shí)踐。
參考文獻(xiàn)：
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[2]萬三敏，沈振劍.多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的耦合機(jī)制研究.首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010年10月，第31卷第5期.
關(guān)鍵詞計(jì)算流體力學(xué)；農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)
中圖分類號(hào)：O35；X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1673-890X（2015）15--02
計(jì)算流體力學(xué)是模擬流場(chǎng)特性、熱傳遞、流體擴(kuò)散等應(yīng)用的重要技術(shù)之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)在諸多理論研究領(lǐng)域和實(shí)際工程應(yīng)用里面都獲得了很高的關(guān)注度，其在國(guó)外已被很大程度上投入到了農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)里面，但國(guó)內(nèi)對(duì)于這一方面的研究還不是很成熟還屬于比較落后的狀態(tài)[1]。因此，國(guó)內(nèi)基本上沒有學(xué)者對(duì)計(jì)算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用展開研究和總結(jié)。本文在大概介紹計(jì)算流體力學(xué)的基本原理同時(shí)，闡明其可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)里面的原因；歸納并總結(jié)其相關(guān)應(yīng)用以鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)環(huán)境工作者在具體實(shí)際工作里面能夠最大程度的利用這一類型的工具；同時(shí)，探究其未來的走向用來激發(fā)以后的學(xué)者對(duì)這一方面展開更加深入的研究，促進(jìn)我國(guó)在計(jì)算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的具體運(yùn)用，催動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境的發(fā)展和提高[2]。
1基本原理
計(jì)算流體力學(xué)主要是將連續(xù)流體離散化并對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行Navier-Stokes及其它相關(guān)方程的求解。連續(xù)、動(dòng)量和能量方程是流體運(yùn)動(dòng)的主要控制方程，其中連續(xù)方程描述了質(zhì)量守恒，動(dòng)量方程由牛頓第二定律推導(dǎo)而得，而能量方程則基于能量守恒。在計(jì)算流體力學(xué)中，解此控制方程的重要一步是將方程離散化從而使偏微分方程轉(zhuǎn)換為離散方程，廣泛應(yīng)用的離散方法有3種：有限差分法、有限元法和有限體積法[3]。其中，有限體積法結(jié)合了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，而且在計(jì)算機(jī)計(jì)算方面有很大的優(yōu)勢(shì)。因此，有限體積法在計(jì)算流體力學(xué)里面是最為常見的。當(dāng)控制方程和離散方法選定后，設(shè)定相應(yīng)的邊界條件與初始條件則可對(duì)研究問題的流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，若同時(shí)在計(jì)算中結(jié)合了其它方程，如泥沙運(yùn)輸方程，則可對(duì)研究現(xiàn)象進(jìn)行耦合模擬。綜上，只要根據(jù)具體問題選取合適的控制方程、離散方法、邊界條件、初始條件和耦合方程，計(jì)算流體力學(xué)則可以應(yīng)用在此問題當(dāng)中，當(dāng)然包括許多農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)的應(yīng)用中。
2相關(guān)應(yīng)用
計(jì)算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用主要能夠分歸為3類：農(nóng)業(yè)建筑物的設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)水土治理以及氣味與灰塵散播。
2.1農(nóng)業(yè)建筑物的設(shè)計(jì)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，近幾十年計(jì)算流體力學(xué)已經(jīng)在大量的農(nóng)業(yè)建筑物設(shè)計(jì)中得到了普及推廣與使用，如溫室、禽舍和畜舍的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，在農(nóng)業(yè)水利建筑物的設(shè)計(jì)里面是眾多設(shè)計(jì)里面最為成功。在農(nóng)業(yè)擋水建筑物方面，計(jì)算流體力學(xué)可以預(yù)測(cè)擋水閘的應(yīng)力與表面壓力。閘門運(yùn)動(dòng)與流體分析可以結(jié)合起來，分析閘門在不同狀態(tài)下的水流及壓力特性，得到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可用于高效地優(yōu)化設(shè)計(jì)擋水閘門。在農(nóng)業(yè)泄水建筑物方面，計(jì)算流體力學(xué)可以用于溢洪道的流量和氣穴分析中。農(nóng)業(yè)灌溉排水渠道的模擬相對(duì)較為復(fù)雜，因?yàn)槠渚哂忻黠@的湍流與三維特性、非規(guī)則的幾何邊界、非光滑的河床以及自由表面。目前，在這方面的模擬一般使用流體體積法進(jìn)行自由表面的追蹤，模擬結(jié)果與測(cè)量或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的比較證明了此方法的有效性。
2.2農(nóng)業(yè)水土治理
在農(nóng)業(yè)水土方面，計(jì)算流體力學(xué)可以用于確定污染物在水土中的傳播以及對(duì)水土質(zhì)量的影響，對(duì)合理選用肥料、保證灌溉水源及土壤的健康進(jìn)行指導(dǎo)。計(jì)算一般需要一定的觀測(cè)數(shù)據(jù)以確定模擬參數(shù)，其結(jié)果可以用于分析水資源退化的影響因素、化學(xué)物質(zhì)對(duì)地下水的影響及污染物在含水層的散輸?shù)取３藢?duì)水質(zhì)的分析，計(jì)算流體力學(xué)也可用于預(yù)測(cè)土壤侵蝕。例如，可以整合三維湍流和非均勻泥沙運(yùn)輸模型并考慮影響河岸侵蝕的其它因素，以此來模擬沖積河道在河岸侵蝕作用下的形態(tài)變化等，對(duì)農(nóng)業(yè)工程選址提供信息。
2.3氣味與灰塵散播
氣味與灰塵散播是農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)里面的另一個(gè)比較重要內(nèi)容，其對(duì)自然環(huán)境尤其是空氣環(huán)境有著非常大的影響作用。計(jì)算流體力學(xué)既可以模擬溫室還有禽畜舍內(nèi)部的空氣流通的具體特點(diǎn)，也可以模擬其氣味在外部的傳輸散播。對(duì)氣味散播的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)相對(duì)難度比較大，因?yàn)槠浞秶八俣仍诤艽蟪潭壬先Q于氣味散發(fā)點(diǎn)、氣味濃度、地形條件及氣象特性等多種不確定因素。傳統(tǒng)的觀測(cè)法可得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，但是這個(gè)方法難以分析大量的影響條件。經(jīng)過驗(yàn)證的數(shù)值模型則可以更加經(jīng)濟(jì)地對(duì)不同情況進(jìn)行試驗(yàn)研究，此類研究的例子有：考慮了降雨、蒸發(fā)和熱量傳輸?shù)臍馕秱鞑ツＰ汀L(fēng)及空氣溫度對(duì)氣味散播的影響、噴灑農(nóng)藥后溫室氣味散播對(duì)周邊環(huán)境的影響等。另外，計(jì)算流體力學(xué)也可以用于模擬灰塵擴(kuò)散，可對(duì)農(nóng)業(yè)荒漠化防治提供參考。
3發(fā)展趨勢(shì)
計(jì)算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域里面的應(yīng)用已經(jīng)取得了非常大的成功，對(duì)于未來的展望，它一定能夠獲得更大程度上的發(fā)展，取得更高的成就，具體的主要表現(xiàn)在下面3個(gè)方面：第一，將來其一定能在更多的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題里面得到推廣和普及，并且通過具體的實(shí)踐與應(yīng)用得到驗(yàn)證；第二，隨著科學(xué)的不斷前進(jìn)與發(fā)展，技術(shù)也在不斷的提升，所以進(jìn)行計(jì)算精確度也會(huì)有很大的提高，因?yàn)闀?huì)有越來越多的細(xì)微的影響因素將會(huì)被考慮進(jìn)模擬系統(tǒng)里面而且其作用機(jī)制也會(huì)有更深層次的了解和認(rèn)識(shí)。此外，隨著計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步以及模型操作的大眾化需求，它在計(jì)算速度和操作方式的簡(jiǎn)易度方面也將會(huì)有很大的提高。
論文關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；制冷與低溫工程；教學(xué)改革
目前，鄭州輕工業(yè)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）的制冷與低溫工程專業(yè)已被評(píng)為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)。為了加強(qiáng)制冷與低溫工程專業(yè)學(xué)生能力的培養(yǎng)，造就人才，有必要對(duì)制冷與低溫工程專業(yè)的教學(xué)進(jìn)行全面的改革。
“流體力學(xué)”是制冷與低溫工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要分為流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)，研究流體平衡、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)。由于流動(dòng)現(xiàn)象和流動(dòng)規(guī)律及其影響因素十分復(fù)雜，故其具有理論性強(qiáng)、概念抽象和公式較多、實(shí)際工程應(yīng)用廣、對(duì)學(xué)生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點(diǎn)。加上學(xué)生對(duì)流體流動(dòng)機(jī)理普遍缺乏感性認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致“流體力學(xué)”課程歷來被公認(rèn)為是教師難教、學(xué)生難學(xué)難懂的課程之一。因此，迫切需要進(jìn)行“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革，使學(xué)生學(xué)好本門課程，提高課程教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能更深刻地理解和掌握專業(yè)理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，全面提高專業(yè)素質(zhì)。
分析目前我院制冷與低溫工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在以下主要問題：首先，“流體力學(xué)”理論性強(qiáng)，概念多而抽象，難以理解，學(xué)生普遍缺乏對(duì)流體力學(xué)問題的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)興趣不高；其次，課程中公式繁多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，且大多涉及到“高等數(shù)學(xué)”的偏微分方程，另還涉及到“大學(xué)物理”、“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”等方面的知識(shí)，學(xué)生理解困難；另外，學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)不能靈活應(yīng)用。因此怎樣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，選擇合適的教學(xué)模式組織教學(xué)，全面實(shí)現(xiàn)該課程教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量，是該課程教學(xué)亟待解決的問題。
一、改革教學(xué)方法
學(xué)好“流體力學(xué)”這門課對(duì)于制冷與低溫工程專業(yè)的學(xué)生來說至關(guān)重要。讓學(xué)生理解流體靜止和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其影響因素，不僅能為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程提供必要的理論基礎(chǔ)，也能為學(xué)生以后分析解決實(shí)際工程中的實(shí)際問題提供理論指導(dǎo)。怎樣才能讓學(xué)生學(xué)好這門課，筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以從以下幾方面著手。
1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，而“流體力學(xué)”又是大家公認(rèn)難學(xué)的課程，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高低決定著“流體力學(xué)”這門課教學(xué)的成敗。
要提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的積極性，首先要上好“緒論”課?！熬w論”課是學(xué)生接觸和了解“流體力學(xué)”這門課的窗口，也是教師的教學(xué)水平和教學(xué)方式的第一次展示，“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學(xué)”課程教學(xué)的成功與否。通過“緒論”課讓學(xué)生對(duì)“流體力學(xué)”的發(fā)展及其廣泛的工程實(shí)際應(yīng)用有一個(gè)大致的了解，使他們充分意識(shí)到“流體力學(xué)”知識(shí)和我們的生活及國(guó)家的建設(shè)密切相關(guān)，深刻理解“流體力學(xué)”知識(shí)在今后的學(xué)習(xí)和解決實(shí)際工程問題中的重要作用。
教師在講授一些理論知識(shí)之前，可先舉出很多貼近生活的有趣實(shí)例或者先提一些問題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極地思考。例如在講液體的粘性之前，可以先問學(xué)生：在水中游得快還是在油中游得快？為什么？又如在描述流體運(yùn)動(dòng)有兩種方式——拉格朗日法和歐拉法時(shí)，可以將在座的學(xué)生和教室里的每個(gè)座位作為研究對(duì)象來進(jìn)行類比，從而讓學(xué)生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，讓學(xué)生親身感受到參與教學(xué)活動(dòng)是一件樂事、趣事，由愿學(xué)到愛學(xué)再到樂學(xué)。實(shí)踐表明：列舉事例或提問的方式可以避免學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥感，活躍課堂氣氛，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，還可以使學(xué)生充分意識(shí)到本課程對(duì)今后學(xué)習(xí)和工作的重要意義，并且能加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和記憶，使學(xué)生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外，還應(yīng)充分利用多媒體，通過圖片、動(dòng)畫讓學(xué)生直觀了解各種流動(dòng)現(xiàn)象，而不是停留在抽象層面，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動(dòng)現(xiàn)象和分析流動(dòng)機(jī)理，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)工具。學(xué)生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要讀懂?dāng)?shù)學(xué)，然而讀懂了數(shù)學(xué)不一定意味著明白了數(shù)學(xué)符號(hào)背后所代表的物理意義?！傲黧w力學(xué)”教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動(dòng)問題的物理本質(zhì)有一個(gè)過程。教師的一個(gè)重要任務(wù)就是做好各方面的工作，幫助學(xué)生完成從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動(dòng)的物理本質(zhì)這一過程的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步建立起科學(xué)的思維方式。
“流體力學(xué)”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)方程、動(dòng)量方程、伯努利方程等理論知識(shí)時(shí)都有大量的公式，這些公式涉及一些高數(shù)、物理、力學(xué)方面的知識(shí)，特別是大量的偏微分方程，加上“流體力學(xué)”的公式推導(dǎo)采用歐拉法，與物理及其他力學(xué)不同，學(xué)生的觀念不易改變，而且推導(dǎo)過程復(fù)雜，學(xué)生理解掌握很困難。如果過分強(qiáng)調(diào)“流體力學(xué)”知識(shí)的嚴(yán)密性和完整性，對(duì)每個(gè)公式的每個(gè)推導(dǎo)細(xì)節(jié)都逐一介紹，推導(dǎo)過程將會(huì)枯燥無味，學(xué)生只會(huì)被弄得糊里糊涂，興趣全無。而如果直接給出公式，讓學(xué)生死記硬背，只能讓學(xué)生不知其所以然，當(dāng)然也就不能真正用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題了。
根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為：“流體力學(xué)”中公式的講解應(yīng)將重點(diǎn)放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應(yīng)用限制上。首先對(duì)基本概念力爭(zhēng)講透，概念清楚了，公式的講解推演才有意義。然后重點(diǎn)使學(xué)生明確公式的物理意義及公式中各項(xiàng)參數(shù)的物理意義和幾何意義，只有真正理解了公式的物理意義，才能靈活使用公式解決實(shí)際工程問題。最后應(yīng)強(qiáng)調(diào)公式的應(yīng)用范圍及應(yīng)用注意事項(xiàng)。由于流動(dòng)的多樣性，“流體力學(xué)”中的很多方程都是在一定的條件下得到的，如伯努利方程就有多種形式（理想流體、實(shí)際流體、流體是否可壓等），在具體運(yùn)用時(shí)，要根據(jù)具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業(yè)
學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨(dú)立自主地解決實(shí)際工程問題。如果基本原理掌握了，接下來就是如何用這個(gè)原理去解決實(shí)際問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)理解、掌握程度的一種手段，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應(yīng)由學(xué)生獨(dú)立地完成一定量的課后練習(xí)題，這是“流體力學(xué)”學(xué)習(xí)過程的重要組成部分，解題過程實(shí)質(zhì)就是利用“流體力學(xué)”的基本原理和基本方程分析和解決實(shí)際問題的一個(gè)訓(xùn)練過程，課后習(xí)題可以幫助學(xué)生加深對(duì)基本概念和基本理論知識(shí)的理解。
然后再由教師通過習(xí)題課的方式，利用具有代表性的習(xí)題和一些學(xué)生普遍認(rèn)為困難、出錯(cuò)多的習(xí)題，講述流體力學(xué)原理在工程實(shí)例中的應(yīng)用。在講解習(xí)題時(shí)，重在提供條理清晰的解題思路、詳細(xì)具體的解題步驟，使學(xué)生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧，以便在以后的學(xué)習(xí)工作中舉一反三、觸類旁通、學(xué)以致用。這一過程增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)流動(dòng)過程物理本質(zhì)的理解，將物理問題與數(shù)學(xué)工具有機(jī)地結(jié)合起來，有助于學(xué)生對(duì)與專業(yè)相關(guān)聯(lián)的實(shí)際工程問題進(jìn)行認(rèn)真思考，有效的增強(qiáng)了學(xué)生分析并解決實(shí)際問題的能力。
二、改革教學(xué)手段
多媒體教學(xué)以其形象、直觀、生動(dòng)、具體、易于理解的教學(xué)特點(diǎn)，豐富的教學(xué)內(nèi)容，被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的歡迎。
多媒體教學(xué)在“流體力學(xué)”教學(xué)過程中發(fā)揮著重要的作用。利用多媒體，可將“流體力學(xué)”中那些難以用語言描述的流動(dòng)圖像、抽象難懂的知識(shí)點(diǎn)，如拉格朗日和歐拉法的描述，流線與跡線、層流、湍流等，通過圖片、動(dòng)畫和視頻資料直觀形象地展現(xiàn)給學(xué)生，使其從感性認(rèn)識(shí)開始建立清晰的物理概念，較容易地掌握相關(guān)內(nèi)容，并使學(xué)生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時(shí)間寫板書表述的和不易通過板書表述的內(nèi)容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場(chǎng)和一些典型的例題習(xí)題等。采用多媒體教學(xué)，授課的信息量增多了，教學(xué)內(nèi)容更豐富了，學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)接收的知識(shí)更多了，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高了，學(xué)生的思路拓寬了，教學(xué)質(zhì)量也提高了。
多媒體教學(xué)的發(fā)展并不意味著要摒棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)。有很多學(xué)生認(rèn)為板書能讓他們有更多的時(shí)間去思考消化一些抽象的東西，更有利于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握。根據(jù)“流體力學(xué)”既有抽象復(fù)雜的流動(dòng)機(jī)理又有大量的基本概念、基本方程的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中應(yīng)將多媒體教學(xué)與板書教學(xué)相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，為教學(xué)工作更好地服務(wù)。如對(duì)某些特定的流動(dòng)現(xiàn)象，可以通過多媒體教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象和機(jī)理的理解。而對(duì)于較重要的公式及一些重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容還是采用板書教學(xué)，例如流體力學(xué)基本方程的推導(dǎo)過程依然使用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書，有利于學(xué)生集中注意力，讓學(xué)生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學(xué)生足夠的思考時(shí)間，又可加深學(xué)生對(duì)重要知識(shí)的理解，從而獲得良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：計(jì)算流體力學(xué)；求解；基本原理；化學(xué)工程；應(yīng)用
化學(xué)工程在我國(guó)具有較長(zhǎng)的研究與應(yīng)用歷程，并在實(shí)際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應(yīng)用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時(shí)根據(jù)新材料的開發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學(xué)工程中，較多的反映環(huán)境和反應(yīng)機(jī)制都是在溶液中進(jìn)行的，具有質(zhì)量守恒和熱量守恒定律的應(yīng)用。而這種質(zhì)量與能量的關(guān)系正是計(jì)算流體力學(xué)的主要原理。通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率。
1計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的基本原理
計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)稱CFD，是通過數(shù)值計(jì)算方法來求解化工中幾何形狀空間內(nèi)的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量方程等流動(dòng)主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領(lǐng)域中各種流體的流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學(xué)方程式中的動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)。一般情況下，計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法，其也是一門多門學(xué)科交叉的科目，計(jì)算流體力學(xué)不僅要掌握流體力學(xué)的知識(shí)，也要掌握計(jì)算幾何學(xué)和數(shù)值分析等學(xué)科知識(shí)，其涉及面廣。針對(duì)計(jì)算流體力學(xué)的真實(shí)模擬，其主要目的是對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以獲得流體流動(dòng)的信息，從而有效控制化工領(lǐng)域中的流體流動(dòng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了計(jì)算流體力學(xué)軟件，其具有對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)的功能，計(jì)算流體力學(xué)軟件操作簡(jiǎn)單，界面直觀形象，有利于化學(xué)工程師對(duì)流體進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。
2計(jì)算流體力學(xué)砸你化學(xué)工程中的實(shí)際應(yīng)用
2.1在攪拌中的應(yīng)用分析
在攪拌的化學(xué)反應(yīng)中，反映介質(zhì)之間的流動(dòng)性比較復(fù)雜，依據(jù)傳統(tǒng)的計(jì)算形式根本無法解決，并在化學(xué)試劑在攪拌中存在不均勻擴(kuò)散的特點(diǎn)，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點(diǎn)。若是依據(jù)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得反映中物質(zhì)、能量和質(zhì)量的變化規(guī)律，其得出的結(jié)構(gòu)往往存在較差時(shí)效性，實(shí)驗(yàn)騙差加大。通過對(duì)二維計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠?qū)嚢柚辛黧w的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行質(zhì)量、能量等數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。但是流體的變化，不僅與化學(xué)試劑的濃度、減半速度有關(guān)，還與時(shí)間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系，需要建立三維空間模擬形式進(jìn)行計(jì)算流行力學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)和研究水平的提高，在通過借助多普勒激光測(cè)速儀后，已經(jīng)對(duì)三維計(jì)算形式有了較大的突破，這對(duì)于化工工程中原料的有效應(yīng)用和工程成本的減低具有促進(jìn)的作用，但是在三維計(jì)算流體力學(xué)中還存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不斷的完善。
2.2CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析
換熱器是化學(xué)工程中主要的應(yīng)用設(shè)備，通過管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應(yīng)用，能夠有效的控制化學(xué)試劑在反應(yīng)中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同，計(jì)算流體力學(xué)的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過流體湍流速度的改變，增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過加大流體的接觸面積，提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中，熱量交換的形式更為復(fù)雜，但是卻群在重復(fù)性換熱的特點(diǎn)，增加了換熱的時(shí)間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計(jì)算流量力學(xué)中，需要對(duì)溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時(shí)間變化進(jìn)行分析。通過CFD計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠計(jì)算出不同設(shè)備的熱交換效果，并根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求進(jìn)行換熱器的選擇使用。
2.3在精餾塔中的應(yīng)用
CFD已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)和傳質(zhì)的重要工具,通過CFD模擬可獲得塔內(nèi)氣液兩相微觀的流動(dòng)狀況。在板式塔板上的氣液傳質(zhì)方面,Vi-tankar等應(yīng)用低雷諾數(shù)的k-ε模型對(duì)鼓泡塔反應(yīng)器的持液量和速度分布進(jìn)行了模擬,在塔氣相負(fù)荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結(jié)果和現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎(chǔ),充分考慮了塔壁對(duì)塔內(nèi)流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計(jì)算了矩形鼓泡塔內(nèi)氣液相的分散性能,以及氣泡數(shù)量、大小和氣相速度之間的關(guān)系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內(nèi)典型微型單元(REU)的流體力學(xué)性質(zhì)來預(yù)測(cè)整塔的流體力學(xué)性質(zhì)的方法,對(duì)每一個(gè)單元用FLUENT進(jìn)行了模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的主要能量損失來自于填料內(nèi)的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預(yù)測(cè)了整塔的壓降。Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質(zhì)相關(guān),因此用CFD模擬計(jì)算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動(dòng)產(chǎn)生的壓降,為改進(jìn)填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內(nèi)流體流動(dòng)也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動(dòng)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值還有一定的偏差。這是由于對(duì)于許多問題所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型還不夠精確,還需要加強(qiáng)流體力學(xué)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
2.4CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究
在化學(xué)反應(yīng)工程中，反應(yīng)物和生成物的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實(shí)際的反應(yīng)中可以利用計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。但是這數(shù)據(jù)的獲取具有一定的溫度限制，當(dāng)反應(yīng)中溫度過大，就會(huì)造成分子的劇烈運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡的變化規(guī)律就會(huì)異常，在利用計(jì)算流體力學(xué)的模型計(jì)算中，計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況會(huì)發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度難以獲取，在計(jì)算流體力學(xué)的實(shí)際計(jì)算中，就要借助FLUENT進(jìn)行三維建型，并利用測(cè)速反應(yīng)器進(jìn)行速度的測(cè)量，通過綜合的比較分析，利用限元法進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算?？梢缘贸霾煌h(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預(yù)測(cè)反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場(chǎng)，可以更進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過程，詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。
結(jié)束語
計(jì)算流體力學(xué)對(duì)于化學(xué)工程的應(yīng)用具有實(shí)際意義，并在經(jīng)濟(jì)效益的提高上具有重要的價(jià)值，在近幾年，化學(xué)工程技術(shù)人員不斷的計(jì)算流體力學(xué)中展開研究，以二維空間計(jì)算和模擬為基礎(chǔ)，不斷的完善三維空間的流量計(jì)算，并得出了一系列的流體流動(dòng)規(guī)律。根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的廣泛應(yīng)用，在今后的化學(xué)工程發(fā)展中，應(yīng)加強(qiáng)此類學(xué)科的教學(xué)與延伸，提供出更有效的反應(yīng)設(shè)備和工藝操作。
參考文獻(xiàn)
[1]余金偉,馮曉鋒.計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2013(06).
