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篇1
文章编号：1671-489X（2014）06-0112-02
1 引言
流体力学是高校工科专业的基础理论课程，流体力学实验对于流体力学的课程教学起到十分重要的作用。国内90%左右的工科高校都采用浙江大学力学基地所研制的流体力学实验仪器。为了直观流动现象，流体力学实验装置多数采用透明的有机玻璃材料，非常容易损坏，而且装置体积大，占用了实验室内较大的空间。北方地区高校为了避免水结冰，装置胀裂，每年冬季会将大量的实验用水放掉，水资源浪费严重。通过改进使用血压测量计，将人体血液循环和血压测量相结合开发流体静力学演示实验，创新教学方式，提高实验效率，增强教学质量，服务社会公益，可以取得良好的教学效果和社会公益效果。
血压的测量原理 如图1所示，在测量血压时，在手臂上束紧袖带1，袖带1通过一根橡胶管2与一个小型气泵3（通过反复捏挤给气袋充气）相连，通过气泵给袖袋充气而不断挤压手臂上的动脉，这时用听诊器4可以听到血管中由于血液流动对管壁冲击而发出的声音；然后不断束紧袖带1来挤压手臂上的血管，当压力达到一定程度时，手臂上大动脉的血液流动将会完全停止，这时听诊器4听不到原来有规律的脉搏声；然后通过橡皮管2上的一个阀门慢慢把臂带中的空气释放出来，袖带对手臂大动脉的压力也会慢慢降低，当下降到一定程度时大动脉中的血液又开始恢复流动，听诊器中就又可以听到脉搏声。此时血液对动脉壁的压力和臂带对手臂的压力值是相等的，是心肌收缩时血液对动脉的压力，称收缩压；当放出更多的空气，臂带的压力进一步减少，当压力降到某点，臂带对于血管的压力不会对肱动脉内血液的流动产生影响，此时的压力称为为舒张压。在将人体血液循环系统应用到流体力学的实验中时，应尽量保持血管的正常流通状态，而不会因为测量的过程中外界的压力作用而改变血管的形状。因此，要使血管内的血液保持舒张压的流通状态，利用血压计对人体血液循环系统进行流体力学实验。
血压测量与流体静力学实验 血压的测量过程简单方便，作为一种人体健康的检查手段，医生乃至普通人只需按照上述操作读出水银柱的高度即可知血压是否正常，而且人体血液循环系统具有类似于实际管路流通的流体运动特点的组成结构，借助血压测量计来实现流体力学的实验验证，具有简单方便而且高效的优势。本文探讨的是：在大学工学专业流体力学课程教学活动中如何利用血压的测量过程解读流体力学知识。
??公式P=P0+ρgh是流体静力学方程的延伸形式，是平衡（静止和相对静止）流体中压力分布的普遍规律，也是流体静力学最基本的实验内容。但在流体力学教学中讲课与实验是不同的，通常实验滞后于课程。因此，公式的解读让学生感觉枯燥、片面且印象不深，难以产生理想的教学效果。为此，借助血压测量计来实现流体力学的实验验证，对血压测量过程进行拓展，设计了图2所示的基于人体血压测量的流体静力学演示实验。图2中所示的实验装置主要有：由袖带1、小型气泵2及其他测量装置组成的血压计3，在连接血压计的橡胶管上连接另一条橡胶管并与玻璃导管4连接，接触处安有阀门5，导管分别与两个U型玻璃管6、7相连接，共同固定在带有相同均匀刻度的木板8上，U型管中装有密度不同的液体（如酒精、水等），其次是听诊器9。
在实验过程中，按照上述方法对人体的血压进行测量，待调整为舒张压后打开阀门5，即可看到血压计3、U型管6与U型管7有着不同的液柱高度差h。按照等压原理，所测的部位血液作用于血管的压力与袖带内气体的压力大小是相同的，袖带外压力通过气体进行传输，一直传输到U型管中测量液体的表面。此时作用于三只U型管液体表面的气压P（即所测血压）是相同的，对U型管左侧液体施加压力，液体通过U型管向右侧流动，U型管右端与空气相连，使得U型管中右侧液柱高度高于左侧，形成高度差h。此时所测量的血压值P等于标准大气压P0与高度为h的测量液柱的压强ρgh之和，即：P=P0+ρgh。其中，ρ为液柱密度，g为重力加速度。因此，U型管中液体的密度不同，液柱高度h也不同，以此对流体静力学方程进行了很好的实验验证。
2 结论
本文首次提出以“人体血液循环”作为流体力学实验系统，对血压仪进行拓展，开展实验，实验设备简单，实验操作易行；可以很好地实现跟随课堂教学，提高课堂的学习效率，加深学生的对流体力学的理解和认识，增强学生的学习兴趣，实现更高水平的教学。同时在创新实验的过程中学习到的流体力学知识得以强化，以生动形象的方式为流体力学教学服务。作为一种全新的工科流体力学实验教学模式，基于血液循环的流体力学实验教学资源还有待进一步拓展。
参考文献
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篇2
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。
篇3
基金项目：本文系山东科技大学省级机械电子工程品牌专业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）01-0064-02
“流体力学”课程是我国高等院校工科各专业的一门主干专业基础课。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。[1]当前的“流体力学”主要以经典理论或实验内容为主，教材中包含大量的计算公式及理论推导，这就要求学生具备一定的高等数学知识及较高的综合分析和处理问题能力。但由于大多工科学生数学知识相对薄弱，再加上学生自主学习的能力较差，导致教师难教、学生厌学成为较普遍的现象。如何提高学生的学习兴趣，让学生正确理解和掌握流体力学知识，使“流体力学”课程的教学水平迈上一个新台阶，是教育工作者的责任和使命。许多文献[2][3]为了提高流体力学的教学效果，在课堂教学模式、教学手段、实验教学等方面进行了探讨和研究。通过多年来在“流体力学”教学中的若干思考和实践，笔者提出了构建多元化教学模式的教学理念，即将启发式教学、对比分析法教学贯穿课堂教学中，以加深学生对理论知识的感性认识。同时，为了适应个性化发展和高素质教育，培养学生创新能力，在引导他们熟练掌握基本分析方法的同时，还要教会学生多视角、多层次的分析问题和解决问题。另外，为了提高教学效果，课堂教学中还运用多媒体技术作为辅助教学手段，工程图片、计算机动画和视频素材等各种教育信息使得教学更加生动、直观和多样化，开阔了学生的视野，激发了学习兴趣。
一、启发式教学模式
启发式教学就是让学生充分运用他们拥有的知识和能力去正确比较、分析、综合、判断、概括、归纳和解决问题，探索结论。一方面可以使学生开动脑筋，积极思维，另一方面也能够开发学生的智力，培养学生的能力。笔者在教学过程中将启发式教学贯穿始终。例如，流体微团运动分析是流体力学中的一个难点问题，很多学生对微团运动过程中发生的角变形很困惑。为了让学生更好地理解角变形的原因，笔者将矩形流体微团四个角点的速度全部写出，如图1所示。然后分别用红笔标出C、D点和A、B两点X方向速度的第三项，让学生观察两者的差别，学生很快发现D点比C点、A点比B点在X方向的速度大，这势必产生一个与垂直方向的夹角。接着，笔者又用蓝色笔标出，C、B点和D、A两点Y方向速度的第二项，让学生观察两者的差别，学生很快发现B点比C点、A点比D点在Y方向的速度大，这势必产生一个与水平方向的夹角。这样，学生很自然就画出了流体微团的角变形图，如图2所示。最后，笔者又把问题引申到三维，让学生写出其他两个方向上的角变形公式。这样学生在学习过程中，在理解和接受理论知识的基础上，学会了发现、解决和总结。除了在分析问题时采用启发式教学外，也可以启发学生对所学的概念、理论、公式进行对比，在加深理解的同时找出它们的内在联系和区别。譬如，在推导伯努利积分方程时先让学生回忆流体静力学基本方程。这样学生很快发现两者之间仅相差动能项。从而明白在流体静力学中满足势能守恒，而在动力学中转换为机械能守恒。通过对比分析，学生不但很容易地理解了伯努利方程的物理意义，也对静力学基本方程加深了印象。
二、对比分析法教学
由于“流体力学”课程涉及的知识比较广，如材料力学、大学物理、线性代数、工程热力学、高等数学等多学科的知识，再加上“流体力学”比较抽象，理解起来相当困难。在教学中“流体力学”这门课教师难教，学生难学。为了便于学生掌握流体力学的概念和基本原理，在讲授流体力学知识时，笔者经常采用对比分析教学法，让学生通过思考与对比增强所学知识的连贯性，提高学习效果。由于流体力学是力学的分支，因此力学的定律也适用流体力学，但流体的特性决定了流体力学在与固体力学有千丝万缕联系的同时，又有它独有的一些特性。所以，笔者在授课时会让学生先回忆相关的固体力学知识，再将固体力学定律引申到流体力学当中，让学生轻松地理解和掌握流体力学中的概念和原理。例如在讲授流体静平衡微分方程这一章节时，笔者就会问学生：在理论力学中，如果物体处于平衡状态应满足什么样的条件？学生很自然地想到要所有的合外力为零。然后笔者又会引导学生流体力学的研究对象为流体质点，而流体质点在空间上是很小的，需要对微元体建立平衡方程。换句话说就是微元体要保持平衡，其所受的合外力也需要为零，由此就可得到流体静平衡微分方程。这样静平衡微分方程的物理意义就很直观地展现在学生面前。除了将流体力学和固体力学进行对比分析外，笔者还会将流体力学中的一些概念通过列表的方式进行对比，让学生了解这些概念的异同点。比如，笔者在讲到流体运动学这一章节时讲解两种描述流体运动的方法，就给出了表1。学生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和欧拉法各自的特点。通过对比分析法不但有助于学生理解和掌握流体力学知识，还能让学生将所学知识融会贯通，提高分析问题、解决问题的能力。
三、多层次多视角分析问题
现代教育观念认为，高等教育应当融知识的传授和能力的培养于一体。[4]为了适应个性化发展和高素质教育，培养学生创新能力，在引导他们熟练掌握基本分析方法的同时，还要教会学生多视角、多层次的分析问题和解决问题。为此，笔者除了讲授基本方程、基本定理的推导，还会将问题进一步深化、演绎，将枯燥乏味的理论知识点进行归纳整合，建立学生的哲学思维观。例如，在学习静止流体对平面的总压力这一节时要求学生能够计算总压力大小、方向和作用位置。讲授首先从求解矩形水平面的总压力入手，再延伸到求解矩形垂直面总压力，再到求解矩形斜平面总压力，最后求解任意平面的总压力，如图3所示。这种层层剥茧的讲授让学生不知不觉中掌握了求解总压力的方法和技巧。逐层分析的方法教会了学生如何将一个复杂问题分解，然后再借助已有的知识进行求解，达到触类旁通的效果。同时，为了让学生更加深入、全面地了解平面所受的静压力，讲授时又分别采用了解析法和压力图法进行求解。通过这一章节的学习，学生明白了解决许多工程问题可以从多个侧面、多个视角分析，尽管采用的方法和理论不尽相同，但都可以获得正确的结果，殊途同归，增强了创新意识。
除了在教学过程中改变传统的教学方法，构建多元化的课堂教学模式以外，为了提高教学效果，运用多媒体技术为基础的立体化辅助教学手段也非常重要。随着计算机技术的发展，工程实际图片、动画和视频素材使各种教育信息的表达更加生动、直观和多样化，能很好地刺激学生的感官，激发学生学习的兴趣，开阔学生的视野，可以收到纯板书教学所无法达到的效果。因此，“流体力学”教学过程中对于难以理解的概念，如势流与旋流、流线与迹线的概念、流场的演示、流态的判别和波的传播、边界层的形成等内容均利用计算机动画给学生进行演示，起到了画龙点睛的作用。
四、结束语
多元化课堂教学模式是一个先进的教学理念。本文提出的启发式教学、对比分析和多视角教学模式将原本抽象的概念、复杂的理论推导直观地展现在学生面前，让学生在分析比较与思考中学会将固体力学遵循的原理定律融会贯通到流体力学中，寻求概念之间、知识点之间和章节之间内在的关联性，举一反三，把原本杂乱的概念形成清晰的知识体系。这种多元化的教学模式在很大程度上提高了学生的学习兴趣和学习积极性，培养了学生分析、解决工程实际问题的能力，改善了教学效果。
参考文献：
[1]王发辉，桑俊勇，等.“流体力学”立体化教学体系的构建[J].中国电力教育，2009，（12）：102-103.
篇4
《流体力学》是工科专业的一门基础课程，在各工程领域也有着非常广泛的应用[1-3]。通过对流体力学的学习掌握就可以为后续专业课的学习奠定坚实的基础，而在实地教学中却存在诸多问题。因为大部分本科生以前接触的力学都是简单的固体力学，研究的是看得见摸得着的事物。而流体力学着重研究流体的静止及运动状态的规律，研究流体的质量守恒、能量守恒及动量守恒三大定律及其应用，对数学学习要求较高，课程中的概念较抽象、公式较复杂[4]，使很多学生难以理解其知识点，难以把握学习的要领，进而容易遗忘或者产生厌学情绪。因此，根据安全工程专业特点，对流体力学课程教学内容和教学方法等进行改革是非常必要的。
1课程教学特点及现状
《流体力学》是安全工程专业的一门学科基础必修课程，是一门多学科交叉融合的课程，涉及数学、物理学、力学等，理论性和工程实用性都较强。课程的研究对象为流体，区别于固体的主要特点是易流动，课程中的许多概念较为抽象，且方程的推导需要运用数学的方法，对学生运用数学知识分析问题的能力要求较高，总体来说，学生学习难度较大。目前，《流体力学》的课堂教学以理论知识讲解为主，习题练习为辅，要求学生数学基础、理解能力、逻辑思维能力较好，课上认真听讲，课后及时复习巩固。但是学生的学习主动性和积极性不高，课程作业的完成质量不高，只是单一的应付考试。
2课程改革探讨
为提高学生的学习效果，适应新形势下应用型人才的培养目标，培养学生严谨、认真的学习态度，培养学生分析及解决流体力学问题的能力，及运用流体力学方法进行科学研究的基本能力，并为后续专业课程的学习打下良好的基础。本文拟从教学内容、教学方法、考核形式三个方面对《流体力学》课程进行改革。
2.1教学内容
根据《流体力学》在安全工程专业中的课程定位，将流体力学的内容分为流体静力学、流体动力学基础、流动阻力及能力损失、管路流动、相似原理及因次分析等五大模块。课程内容围绕流体静止、运动两个状态及力学的三大方程展开，由浅入深。培养学生的工科思想及意识，能够对安全工程专业的流体力学问题进行分析。
2.2教学方法
整合传统和现代教学手段，采用不同的教学方式，如课堂教学与网络辅助教学相结合，将相关的习题解答方法及课堂练习同步至超星在线课堂，给学生课后复习巩固提供资料，并通过网络资源及时进行解答；多媒体教学与板书结合，将复杂的流体流动过程以多媒体动画的形式展现出来，让学生更直观的了解某种现象，增加对理论知识的理解和掌握；增加课堂习题练习及讲解，注重师生互动，注重理论练习实际，在课堂组织教学中通过师生互动调动学生学习积极性，并通过该环节了解学生课堂知识的掌握情况，及时调整讲授方法。
2.3考核方式
篇5
流体力学是一门专业基础课，其主要的先修课程有高等数学、大学物理、理论力学、材料力学等。由于流体力学对知识储备要求高，研究对象又是不具固定形状的流体，其理论教学比较抽象，因此教学现状有以下几个特点。课堂教学尽管采用多媒体方式，但流体力学的理论性太强，使得现有的多媒体教学课件形式单一，内容不够丰富，导致教学仍以口授与板书为主，课堂互动性明显不足，学生学习缺乏主动性、积极性；缺乏实践性教学环节；缺少有效的师生沟通平台。由于师生交流少，容易造成“教”、“学”分离，给课程的教学效果大打折扣。
2.考核现状及分析
现阶段流体力学的考核方式，大部分仍然采取30%的平时成绩和70%期末考试成绩。本课程包含大量的经验公式及公式推导过程，对比近两年的学生成绩，目前该课程的考核方式并不理想。
3.改革措施
3.1教学改革措施
流体力学课程需要掌握的概念多、公式多，学生学习积极性不高，需要教师对课程不断开展改革探索。为解决目前流体力学课堂教学中存在的问题，针对教学环节提出以下几个改革方案。
3.1.1完善教学大纲
根据工程教育认证标准，应进一步修订和完善教学大纲和教学计划，优化学时分配。在保证《流体力学》基本概念、基本原理以及基本理论授课时间的基础上对课程设计进行改革。比如，适当增加数学知识基础；导入课程最好用动画或者试验吸引学生的注意力，提高学生学习的兴趣；适当增加学生课后的作业，以讨论性的分析和推导公式为主。
3.1.2增设案例及课堂讨论环节
增加相关内容的案例，设置科学问题，然后分组讨论，引导学生分析问题。以流体静力学的基本公式为例，通过电视节目中模拟的桶裂实验为引导，提出问题，留有悬念。然后通过公式推导理论验证，最后给同学们讨论的时间。另外，有条件的还可以专门设置一堂实验课，课上分组展示并讲解学生在课下自行设计的桶裂实验。
3.2考核评价改革措施
增加平时考核的占比是课程改革的趋势。根据专业认证的要求，增加平时的教学工作量，为学生准备与重点知识相关的小课题，增加课堂讨论环节是一个新思路。根据课堂表现进行部分考核，提高学生平时考核成绩。从而去除纯记忆类题目，只考核综合理解类和综合应用类试题，适当增加期末考核难度，以督促学生平时注意积累。
3.3自编应用型教材
篇6
1目前，我校流体力学课程教学存在的问题
（1）教材内容设计偏重理论推导。目前我校使用的流体力学教材主要强调课程的完整性和系统性，偏重于理论推导，选用的例题和练习题的设计过于理想化，与实际应用相脱离，应用性设计不够突出，偏重于介绍流体力学可以解决工程问题这一点，造成学生刚接触工程问题时就手足无措，这与应用型大学的培养要求不相适应。
（2）课堂教学效果不好。作者在流体力学课堂教学中发现，通过绪论课的大量工程实例以及视频教学能调动学生学习的积极性，开学初期，教学效果相对较好，而随着课程的进行、课程难度的加深，学生的学习积极性越来越低。主要原因有：①学生对流体力学涉及的高等数学、理论力学等课程的知识掌握不尽如意；②流体力学理论性较强，公式推导多，与实际应用相脱节。
（3）缺乏计算流体力学仿真软件实践教学。计算流体力学（CFD）技术作为一种数值模拟方法，在实际工程中的应用越来越广泛，借助CFD技术，可以得到流动细节，如速度、压力、能量损失、湍动量、漩涡等，从而在产品结构设计和优化方面发挥重要的作用。这就要求技术人员掌握流体力学分析、数值模拟及优化设计的能力。而现阶段我校的流体力学教学中并未引入CFD技术，仅安排了一次课来介绍计算流体力学的内容，且完全进行理论教学，学生学了一大堆理论公式，但拿到实际工程问题却无从下手。
2教学目标和内容设计
针对上述问题，作者在结合本校“应用型特色科技大学”的发展方向下对流体力学课程课堂教学方式及实践环节进行改革。从课程教学内容，教学方式方法，实践环节等方面进行设计，解决学生学习兴趣低，课堂教学效果较差，理论与应用相脱离的问题。同时，通过借助CFD丰富教学内容，增强实用性，使学生会用仿真软件求解工程问题。具体改革内容：
2.1突出应用性教学
以培养应用型人才为教学目标，结合流体力学的课程特点，将教学内容分为基础理论教学部分和考虑应用的专题教学部分。
基础理论教学内容包括流体力学基本概念、基本原理和基本方程，这是应用的基础，要求学生重点掌握。授课过程中强调对基本概念的理解和基本理论的应用，而弱化对方程的数学推导，但应明确方程的意义、适用条件以及如何应用方程解决实际问题。专题教学以实际工程问题为切入点，例如以均质液体对平壁和曲壁的总压力为例，从为什么对平壁和曲壁总压力进行计算（压力容器，水坝，潜艇等结构安全），引申出相关知识点（平壁和曲壁总压力的大小、作用点、压力体等）和基本理论（流体静力学基本方程、欧拉平衡方程等），以此加强学生解决实际工程问题的能力。
2.2课堂教学方法设计具有针对性
课堂教学方法也是影响教学效果的重要因素。传统教学方法以教师主讲为主，缺乏与学生的有效互动和交流，教学效果较差。本课程采用师生互动的方式进行教学，对理论教学部分采用教师主讲和提问、学生回答的方式；对专题教学的课后练习，集中安排一次课进行分组上讲台汇报，学生自己当评委，自己打分，锻炼学生主动思考和动手能力，增强对课程应用性的理解。同时，采用多媒体授课，图片和视频能形象直观地表现文字和语言不能描述的现象，如雷诺实验、卡门涡街等。在成绩的构成上除课后作业和专题汇报外，还布置一个课外小任务一观察生活中的流体力学，例如空调挂机安装位置问题，让学生发现生活中的流体力学现象，并结合课堂所学理论知识进行分析，增强学生发现问题、解决问题的能力。
2.3将CFD技术引入课堂教学
在理论教学和专题教学完成后将CFD技术应用于教学之中，做到数值仿真计算与理论推导相结合，增强流体力学的应用性。
（1）授课时对流体力学商用数值仿真软件Fluent的操作步骤做简要介绍，结合我校的数值仿真中心，完成代表性例题的数值分析计算，将数值仿真结果与理论解进行对比。
（2）将工程实际问题引入流体力学教学，提高学生面对具体问题的实际操作能力。每学期邀请两位具有丰富工程实际问题经验的校外人员来校给学生做一次报告，向学生介绍其建立工程问题的简化模型和简化过程，以及采用Fluent求解过程和结果，让学生学会面对工程问题时准确建立力学模型的能力，同时开阔学生的视野，提高学习积极性。
3主要特色
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《流体力学》是研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学，它建立在现场观测、实验室模拟、经典理论分析、数值计算基础上，具有严谨的理论性、原理的抽象性、概念多、方程推导繁杂等特点，对学生具备高等数学知识及综合分析与处理问题能力的要求较高，因而大部分学生觉得该课程抽象、枯燥、难懂，普遍缺乏对流体力学理论的感性认识，都有某种程度的畏惧感，导致教师难教、学生难懂成为较普遍的现象。
我校机械设计制造及自动化、过程装备与控制工程、土木工程、安全工程、采矿工程、环境工程、矿物加工工程、建筑环境与设备工程、工程力学等专业的学生都须具备不同程度的流体力学知识和技能，它是各专业后续课程如：液压传动、水力学、流体机械、空气调节、传热学等课程的基础。
为此，作者通过教学实践，就多样化的教学方法、更新的教学内容、引入高科技的教学手段等方面进行探讨，以期提高《流体力学》的教学质量。
二、以传统课堂教学为主
《流体力学》的课程体系分为基本理论、基本应用和专门课题三大知识模块，它要求学生具备扎实的微积分知识、力学知识等。学生在接触流体力学课程伊始，对抽象的理论理解速度慢，对枯燥的公式及其推导过程容易厌烦，因而《流体力学》的教学应该以传统教学方法为主。因为在传统的课堂教学中，学生获取知识主要是听教师讲课，通过板书教师细致耐心地阐述概念、推导公式、突出重点、强调难点，以学生容易接受的讲课速度，留给学生更多的思考和消化的时间，再配合上教师的表情、手势、师生之间的互动，会达到很好的教学效果。
(一)结合实例，讲清楚基本概念
流体力学的概念多、现象多，且很多概念和现象比较抽象，难以理解，诸如：拉格朗日法、欧拉法、流线、迹线、边界层等。因而利用身边的实例对这些抽象的概念进行讲解，例如在讲授描述流体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法时，学生们很难理解。为了将概念通俗化，上课时笔者以城市公共交通部门统计客运量所采用两种方法为例：①在每一辆公交车上安排记录员，记录每辆车在不同时刻（站点）上下车人数，此法类似于拉格朗日法的质点跟踪，它与迹线的定义对应；②在每一公交站点安排记录员，记录不同时刻经过该站点车辆的上下车人数，此法等同于欧拉法，与流线的定义对应。
在讲解伯努利方程原理的时候，例举1912年“豪克”号铁甲巡洋舰与同行疾驶“奥林匹克”号远洋轮相撞的船吸现象，让学生清楚掌握流体的压强与它的流速有关，流速越大，压强越小；反之亦然。
概念是公式推演的基石，没有准确的概念，后续的公式推演几乎难以为继，清晰的概念会使公式的讲解和推演变得更加简易。利用浅显易懂的生活实例来阐述抽象的概念及其之间的内部联系和区别，教师易教、学生易懂，将会达到事半功倍的效果。
（二）以用为度，重点突出理论公式的应用
伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的具体应用，是流体静力学和流体动力学的基础，始终贯穿着整篇教材。在讲解该理论公式的时候，先从容易理解的静力学平衡微分方程推导开始，强调公式所依据的原理是牛顿第二定律，假设条件是平衡、理想、静止的流体，重点引导学生如何理解公式各项的几何意义和物理含义，掌握公式的实际应用。这样学习到后面的动力学伯努利方程时，先易后难、循序渐进，学生就觉得不会那么深奥。在讲解相对平衡的流体压强分布规律时，就要求学生必须掌握推导过程，因为它在解决一般平衡流体内部的压强分布规律及其对固体壁面的作用力问题时非常重要。而对于连续性方程和动量方程的学习，只强调记住结论和理解公式中各个物理量的含义。这样做，有效地避免了大量公式繁琐的推导给学生带来的畏难情绪，也能够做到以用为度、重点突出。
不可否认，依靠粉笔与黑板的教学条件、以教师为主体的传统教学模式，教学形式单一，教学手段不先进，教学效率不高，适应不了课程教学学时少、受教育学生数增加的情况。
三、以现代化的教学手段为辅
当前以计算机多媒体技术为主的现代化教学手段已经普遍地应用于高校的教学中。制作教学用的视频、多媒体软件、电子课件等素材，作为课堂教学有力的辅助教学手段，可以在有限的时间内，利用图文并茂的信息传播方式，将课程内容及有关背景资料以影像、图片等形式，直观地传播给学习者，将流体力学中抽象的概念和理论具体化、形象化，激发学生学习兴趣，使得学生能够从感性认识开始，逐步上升到理性认识，进而能够达到运用知识解决问题的能力。
结合流体力学精品课程的建设，教学团队制作了流体力学多媒体电子教案，并在教学过程中不断完善，逐步取得了良好的教学效果。在设计与制作多媒体课件时，遵循课堂教学的基本规律，既发挥传统板书教学中容易带动学生思路、逐条在黑板上书写的特点，在课件制作中根据讲解的进度逐条展现公式条目等内容，同时又将难以理解、难以用语言描述的拉格朗日法和欧拉法、流线、边界层和紊流等抽象概念和流动现象，以多媒体的方式在课堂上直观地呈现出来，帮助学生建立清晰的印象。教学团队收集、制作了大量的多媒体素材，例如在讲解雷诺判据的时候，制作了雷诺实验的FLIASH素材，以动画的形式向学生展示了流体流动的两种不同状态，以及流态判据—雷诺数与流动速度、管径、流体种类有关系。运用多媒体辅助手段表达后，能够帮助学生很好地理解课程的重、难点，提高教学效率。利用多媒体技术，还可以制作需占用大量时间板书和不易通过板书表述的内容，提高了教学效率。
多媒体教学的内容一定要做到提纲挈领、重点突出，有所为有所不为。多媒体技术没有好坏之分，只有合理使用与不当使用之别。但是实践应用中，发现有的教师完全抛弃以往的黑板式教学模式，离开多媒体手段就上不了课；有的教师将教材内容全部照搬到了课件中，自己就成了的幻灯片放映员，“照机宣科”；有的教师制作的多媒体课件过分追求课件的美观性，界面过于华丽，淡化了教学重点；也有的教师忽略学生对课件内容理解消化的时间，致使学生的思维跟不上教师讲解的速度，降低了教学效果。上述现象将会造成一种新形式的“满堂灌”，只不过是由“人灌”变成“机灌”而已。
四、总结
流体力学作为一门专业基础课程，其重要性不言而喻。传统教学模式能够将前后知识贯通，突出重点，化烦就简、引入实例形象阐述概念原理，促进知识的系统化进程；多媒体教学能将难于理解的知识通过图文、音像生动地显现出来，帮助学生理解性记忆。借助于先进的教学手段，将多媒体辅助教学手段与传统教学方法有机地结合起来，力求课堂教学的形式和方法多样化，既能保证课堂信息量大，又能避免单纯多媒体授课的不足，才能提高教学效果、提升教学质量。以上是笔者在流体力学教学实践中的体会，愿与同行共同切磋。
基金项目：2009年安徽省教育厅《流体力学》精品课程
[参考文献]
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一、前言
随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展,多媒体教学已被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。因此,利用多媒体教学手段开发学习资源,构建新的教学模式,达到最佳教学效果,成为国内外提高教学质量、改革教学方式的重要手段。
本文通过工程流体力学教学实践,探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合,活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性和主动性。达到优化教学效果的目标。
二、传统教学模式的利与弊
传统教学模式历史悠久,教育理论成熟,已经积累了丰富的经验。在传统教学中,通过教师的形象、生动的讲述,学生易于接受,师生之间可以面对面地探讨疑难问题。对于工程流体力学而言,教学内容不可避免地会涉及到数学公式的推导,传统的板书教学方式即可以留给学生更多的思考时间,同时又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强记忆。然而传统式教学主要依靠粉笔与黑板的教学条件,是以教师为主体的教学模式,从而大大降低了教学效率,也扼杀了学生个性的发挥和创意的产生。
三、多媒体教学的特点
多媒体教学以其鲜明的教学特点,丰富的教学内容,形象生动的教学情景,在教学过程中发挥了重要的作用:
第一,激发学习兴趣,有利于提高课堂效率。兴趣是学生获取知识、拓宽视野、丰富心理活动最主要的推动力。多媒体技术综合应用文字、图片、动画和视频等资料来进行教学活动,激发学生的学习兴趣,从根本上改变了传统教学模式的单调性。而且多媒体教学可以充分发挥学生听觉、视觉等器官对信息的接收,对学生的眼、耳等器官进行多重刺激,从而活跃学生的思维,增强学生记忆力,提高课堂效率。第二,直观、易懂,有利于提高教学质量。流体力学是从力学的观点出发,主要研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学,在日常生活和各种工程实际中具有广泛的应用领域,是动力工程和流体机械专业一门重要的专业基础课。与固体的运动规律相比,流体在运动过程中存在诸如激波、接触面间断、两相流体之间相互掺混等复杂现象。
多媒体教学手段能够通过图片、动画和视频资料等直观、清晰地观看复杂的流动现象,使学生较容易地掌握相关内容,提高教学质量。第三,增加教学容量,节约空间和时间。工程流体力学研究内容较多,涉及范围较广,在有限的课时内传授给学生的信息量较大。传统教学中知识的传播主要靠教师的口授与黑板板书,在一定程度上限制了课堂信息的含量,多媒体教学充分地利用了电脑能够存贮大量信息的优势,授课的信息量明显增多,教学内容更加丰富,使学生在有限的时间内接收更多的知识,开阔了学生视野,增加课堂知识的容量,提高了教学的效率。
四、多媒体教学手段与传统教学方式相结合
多媒体教学的发展并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段,而是将多媒体教学与传统教学方式相结合,扬长避短,发挥各自的优势,更好地服务于教学工作。
工程流体力学教学内容主要包括两大部分,理论教学和流体力学实验教学。
工程流体力学理论教学部分包含大量流体力学的基本概念、基本方程和一些复杂的流动现象。例如在教学过程中,流体静力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,这样既可以留给学生足够的思考时间,又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强学生的记忆能力。而对于某些基本概念和特定的流动现象,可以通过多媒体教学手段,加深学生对基本概念和流动现象的理解。
流体力学实验是流体力学教学中的重要组成部分之一,贯穿于课程始终。现行流体力学教学实验多为验证性实验,实验方法单一,同时,还受实验老师较少、实验课时有限以及设备等多种因素的影响,学生选择的范围极小,在很大程度上制约了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力,不能很好地达到流体力学实验教学的要求。然而引入多媒体教学手段以后,学生可以灵活地改变实验条件,演示各种实验现象。
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(一)一讲工艺流程
熟悉学生所在岗位的工艺流程是工业实习的重要内容之一,也是六讲的最主要和最基础的内容之一。我们指导学生先通过教材、工厂相应工段工艺流程图示和计算机控制系统熟悉流程布置,进而按照本岗位设置目的,从进入本岗位物料的第一个加工设备开始,依照物料走向顺序,了解流程安排。然后由本讲的主讲人为本团队成员讲解,并由各成员补充完善,拟安排两个工作日完成。再由指导教师带队的考评组现场听取主讲人讲解本岗位的工艺流程,团队其他成员补充并回答考评组的提问。
(二)二讲主要设备
该讲目的是了解本岗位工艺流程中主要设备的材料、结构特点及其作用、各股物料的走向、操作条件的选取等信息。由于设备内部结构无法看到,如填料塔的填料种类、液体分布装置、气体分布装置、填料支撑装置等信息,需要听取技术人员和工人师傅的讲解。我们要求学生每天到岗首先要擦桌子、拖地和打开水,看似微不足道,但这个过程却可以培养学生谦虚礼貌、不耻下问、美化工作环境的精神风貌,培养学生与技术人员和工人师傅的亲近感,使后者乐于传授知识和经验。考察组在听取该讲的过程中提出了一个看似文不对题的问题:你们岗位的师傅姓什么?遗憾的是竟然无人知晓。但自此之后,各组学生每到一个新岗位,了解工人师傅姓什么便成了惯例。
(三)三讲流程对比
不同的厂家,相同的工段,有不同的生产流程,这些流程或与上下游生产工艺存在某些关联、或采用了新技术成果、或因地制宜,各具特色。学生通过查阅资料、向技术人员咨询等方式了解有哪些主要工艺流程,各有哪些优势,哪一种技术最先进,操作最安全可靠,经济上最合理有利,培养了学生的工程观点和技术经济观点。例如,学生在开封晋开化工有限公司进行工业实习,发现该企业合成氨生产工艺净化工段的原料气精制方法,采用的是先甲醇化后甲烷化的“双甲”工艺,而教材中介绍的是铜洗法、甲烷化法和液氮洗涤法。于是,我们要求学生调研本省以煤为原料的合成氨生产工艺中净化工段采用的主要流程有哪些,并论证该企业净化流程的合理性。学生们踊跃查文献、看教材、熟悉计算机控制系统的工艺流程以及与车间技术员交流等,在得出答案的同时,也认识到企业要增产、降耗、提高经济效益,并在同行业中占据有利市场地位和领先竞争优势,必须不断提升研发新技术、新工艺的能力。学生由此重视并准备在未来的就业岗位上积极参与技术创新。
(四)四讲知识应用
观察理论课教学中所学的流体输送、过滤、传热、吸收、精馏、干燥等单元操作和各种反应器等知识在生产工艺流程中的应用。新的课程体系中学时数被大幅度压缩,授课门数却增加了,学生所学的专业基础平台课、专业任选课等是否在实践中学有所用?这是学子们关注度高,教育领域经常探讨的话题之一。在理论课教学活动中,个别学生没有树立正确的专业课学习目的,频繁逃课,荒废了学业。这一讲让学生了解到,经历了这些年的工科教学改革,工科的课程设置日臻完善,并不是像个别媒体渲染的所谓理论教学与生产实践相脱节。通过对照课堂理论教学在工业生产中的具体应用来说明理论课学习的重要性,比通过行政手段和批评教育有效得多。
(五)五讲装备探新
本团队将观察到和知道的新装备等介绍给考评组。通过这一讲,学生了解到不断进行技术创新,树立企业形象,提升企业实力,是企业生存、发展和创造经济效益的不竭之源。例如,引起师生兴趣的磁翻柱式液位计。化工原理教材在介绍流体静力学方程的应用时,提及可将流体静力学原理应用于液位测量、压差或压力测量以及计算液封高度等,而磁翻柱式液位计教材中并无介绍。学生们纷纷表示一定要尽快弄清其原理。于是,这一讲向学生详尽介绍了其原理、特点、应用范围,还介绍了其系列产品如浮子式液位计、磁性偶合翻球式、磁性偶合翻板式,配套的带上下限报警、带指示器型、远传送装置以及生产厂家等,现场为师生们上了生动的一课。生物法处理有机废水、世界组织对治理氮氧化物污染的举措等,也都引起了师生们的广泛关注。
(六)六讲合理化建议
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在船舶与海洋工程本科专业学生的培养计划中，船舶流体力学是其中的专业基础课程，包括流体的性质、流体静力学、流体运动的描述和基本方程、伯努利方程、势流理论、波浪理论、粘性流体力学、边界层理论等，课程教学在一个学期，其内容非常复杂。一方面为了使学生更加全面地理解应用相关的知识，另一方面培养学生往应用型科技人才的方向发展，在船舶工程专业人才的培养模式上，我们应该改变原有的教学方式以适应时代要求和技术变迁，将任务化模式教学融入船舶流体力学的教学过程。我们在船舶流体力学这门本科课程的教学中，尝试以任务化模式教学的形式，将数字化、实验化的教学过程放到船舶流体力学教学课程的全过程中，以船舶流体力学的基本知识应用为向导布置任务化模块课题，学生以小组的形式完成任务化模块，在完成任务化模块的过程中理解应用知识，并培养其知识的应用能力，实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的方向转变。
一 目前船舶流体力学教学存在的问题
以钦州学院为例，船舶流体力学课程定位为船舶与海洋工程专业的主干课程，是进一步学习船舶原理等课程的基础。长期以来，因概念抽象、学生数学基础较差，使得流体力学课程既难教也难学，要想让学生将学到的知识与相关的实际问题结合起来尤为困难。尽管流体力学具有悠久的历史，丰富的内涵和外延，但是作为专业基础课，船舶流体力学为专业课服务的定位极大地限制了课程的教学时间。在学生素质参差不齐的情况下，使得培养学生扎实的基础和拓宽知识面两方面不能兼顾，顾此失彼。这一问题的存在不但限制了学生学习的积极性，也不利于培养学生在工程中分析问题和解决问题的能力。因此有必要对这一问题进行研究，找到解决问题的方法，改善流体力学教学的效果。
二 以任务化模块为导向的教学模式探索
对流体力学教学途径的探索和改革一直在开展，其中提高学生学习的兴趣是改善教学效果的核心，而任务化模块是有效的手段之一。应用型科技大学的教育以培养企业需要的高素质应用型人才为目标，为适应船舶工业发展对人才的需求，本课程的教学方式基于专题化模块为导向，采用讲授、自学、讨论、数字化工程训练、总结等手段。本质就是结合船舶流体力学课程性质和鲜明特点，通过布置课程任务让学生查找资料进行科学分析、研究和探索、小组讨论、数字化工程操作等，最后让学生理解所学知识。
1.任务化模块的选取
任务化模块主要是基于课本的基本知识，提出课程任务，课程任务的目标是让学生在完成任务的过程中对基本知识可以有更深刻的认识，以及应用这些基本知识，提高学生的应用知识能力。所以在布置教学任务时应注意以下几点：
第一，围绕问题意识选取任务化模块。围绕问题意识，注重培养学生的探索精神。所谓问题意识，本质上就是一种寻根求源的探索精神、是一种革新的批判精神，问题意识是萌发创造思维的前提。古语说“心有灵犀一点通”，这里的“灵犀”其实就是问题，学生头脑中时刻装着问题，才能进人“日有所思，夜有所梦”的地步，才会产生灵感。就像受命鉴别皇冠的阿基米德那样，在沐浴时受到浮力的启发，而发现了浮力定律。
例如，在学习第三章流体的描述和基本方程时，我们可以提出：什么是流线、如何理解好动量方程等问题。这些围绕问题意识提出的小问题就可以组成一个任务化模块。
第二，围绕工程意义选取任务化模块。在应用型科技大学教育中，船舶流体力学这门课程应着力于提高学生工程素质和学生专业基础知识为目标进行课题教学。
譬如，机翼理论是船舶流体力学的重点难点内容，部分概念抽象难懂，公式复杂，机翼理论对于船舶与海洋工程领域的重要性不言而喻，在螺旋桨的学习、高速船的学习等均需要机翼理论作为基础。对类似极具实际工程意义的问题，肯定要布置任务化模块。
2.任务化模块的实施
在船舶流体力学的任务化模块教学改革中应遵循理论教学和技能训练相结合，走理论与工程实践相结合的道路，所以之前的准备工作必须充分，并且依据教学内容设计出适合这门课程的任务方案。大致的任务化模块实施流程如图所示。
任务化模块实施流程图
第一，布置任务书。根据不同的教学内容分别设置不同的任务化模块，根据上一节提出任务化模块的方法，提出与本节知识相关的任务化模块。
第二，学生攻克任务化模块。学生根据任务书的要求，通过网络收集相关资料、实验室的硬件了解学习、数字化实验室软件的自学，结合所学相关知识完成任务化模块并提交报告。
例如，在流体运动的描述和基本方程任务化模块，让学生利用网络搜集与其相关的资料，以及参观实验室的流线实验、动量方程实验，将收集的资料制作成有丰富材料的PPT、报告、视频等，总结说明各种情况下流体运动的特点、在实验中如何体现动量方程等。
再比如，实施机翼理论任务化模块时，学生组成任务攻克小组，利用网络搜集与机翼理论相关的资料，以及学习FLUENT、Shipflow软件，应用计算机辅助设计程序CATIA、AutoCAD软件。曾经有学者提议将数字化软件应用到教学中，但并没有说明具体的措施。这里需要注意的是，学生可以通过学校网站上的微课视频自学FLUENT、SHIPFLOW、CATIA、AutoCAD软件，相关的微课视频由教师提前录制好放在网站上供学生点击观看，反复学习。最后让学生使用FLUENT、SHIPFLOW软件完成机翼的流体计算、利用计算机辅助设计程序CATIA、AutoCAD软件画出机翼三维图。
第三，总结任务化模块完成情况。根据学生完成任务化模块的情况以及提交的报告进行总结。在总结中分析存在问题，对相关问题进行理论的补充学习，加强学生的理解。
第四，考核。通过任务化模块的完成过程对学生的不同能力进行考核，考核阶段就分为了基本素质考核、自学能力考核和应用能力考核。考核学生基本知识掌握情况、收集相关资料的情况，学生自学相关软件的考核，对任务化模块攻关的报告评价。
三 结语
通过任务化模式的教学改革使学生通过理论结合实践的方式理解一门理论性极强的课程，并从培养应用型科技人才的角度出发，采用这样创新的教学方法，使学生能真正地掌握一门专业知识，培养学生的学习兴趣，提高教学质量。同时重视学生个体差异发展的特点，以攻克小组的形式互补长短，培养学生的团队协作能力。这样任务化教学模式应认真对待教学改革活动进程中出现的问题，所布置任务应有针对性，在整个过程中以学生为主导，贯穿于整个教学过程中。更加要注重教学活动的每一个细节，肯定学生每一步所取得的成绩，以其调动学生主动学习的积极性。
参考文献
[1]崔海航、张鸿雁、张志政等.流体力学小专题讨论提升课堂教学效果的研究[J].大学教育，2013（9）：106～108
[2]宫伟力、彭岩岩.流体力学教学改革与应用[J].中国科教创新导刊，2014（5）：30～31
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流体力学是宿迁学院土木工程专业的一门重要的专业基础课。流体力学具有基本概念多、公式复杂、内容抽象等特点，是一门既有较强理论性又有较强工程实际意义的课程，因此，该课程既可以培养学生良好的逻辑思维能力和分析推理能力，又可以培养学生分析问题和解决问题的能力。然而学生的实际情况是由于在大学前两年接触最多的是固体力学，已形成一定的思维定式，而且由于精简学时的原因很多流体力学课程中需要的高等数学知识没有讲解，到了大三一旦遇上流体力学这个新鲜事物，可能接受起来会碰到许多困难[1]。学生普遍感觉该课程枯燥乏味、难学，存在畏难、厌学情绪，期末考试不及格率较高。在学校提倡培养应用型人才的大背景下，有必要根据课程性质从提高教师教学水平和提高学生学习效果进行探讨。
一、引导学生重视，激发学生的学习兴趣
（一）强调课程的地位和重要性
教师除了说明流体力学在整个专业教学中的地位和作用外，还可补充说明它是注册结构工程师基础考试中公共基础考试科目。此外，还可说明往年期末考试通过率的情况，以给学生适当加压。当然，更重要的是还要说明该课程的学习方法，以帮助学生树立信心。
（二）通过人物、工程实例及专业应用调动学生的学习兴趣
“兴趣是最好的教师，而教师则是点燃学生学习兴趣的火炬”。如何调动学生的学习兴趣是教师考虑的首要问题。在教学过程中可以穿插举出古今中外的科学家、工程师生平事迹和工程实例以调动学生的学习兴趣。如大禹采取疏壅导滞的方法治水三过家门而不入；理想流体力学奠基人欧拉16岁就获得硕士学位，双目失明后仍然从事科学研究直至去世当天还在进行科学研究等[2]。如两千多年前李冰利用“深淘滩，低作堰”建造的都江堰；大约在同时期，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等。除此之外，还可以介绍流体力学在土木专业及其他专业的应用，如美国华盛顿州塔科马大桥被大风摧毁、汽车“风阻”和飞机“音障”等事例。
（三）将CFD技术引入课堂调动学生兴趣
计算流体动力学（简称CFD）技术日趋成熟，已经成为研究流体力学的一种重要方法。在流体力学教学过程中引入CFD技术，不但可以将理论性较强的内容形象化，加深学生对基础理论的理解，而且可以开阔学生的眼界，激发学生的学习兴趣和探索精神。如对欧拉法中流线的模拟、圆管中层流和湍流流速的分布、局部阻力损失的流场分析[3]。
二、教学内容的取舍和教学环节设计
（一）教学内容的取舍
流体力学知识面广，内容繁多，在学时限制的条件下要结合专业教学要求合理取舍。对土木工程专业而言需要掌握的内容有：（1）流体物理性质；（2）流体静力学；（3）流体运动学和流体动力学；（4）阻力损失；（5）管道流、明渠流及渗流。
1.重要问题的处理。首先，要从力学角度分析流体的流动性。流体与固体的主要区别在于流体的流动性，其根本原因是流体和固体对承受剪切力的表现。为了形象说明，可以引用“抽刀断水水更流”的诗句[4]。当然，还需说明无论流体静止还是运动均不能承受拉力。
其次，要理解连续介质假设的概念。微观上，流体是由大量分子构成的，是离散的，不连续的，这给我们研究流体力学问题带来了困难。连续介质假设认为流体是由内部无间隙的连续流体质点构成。这里要理解流体质点微观上“充分大”、宏观上“充分小”的含义。如此流体在空间上就变为连续的，可以借助高等数学的方法来研究。
2.公式推导的处理。流体力学学习过程中会遇到大量复杂的公式，特别是实际流体伯努力方程的推导让人很难掌握。笔者在处理公式推导问题时强调公式推导的目的是让学生学习一种思想，学习一种处理问题的方法，将精力集中在公式建立的基本原理和适用条件上，从思路上进行分析整理，淡化烦琐的数学推导过程。这样学生有了独立思考的空间，教师也有了更多的时间来讲解基本概念和基本方法。需要强调的是，流体力学中很多公式都是在一定条件下推导出的，因此其应用也是具有一定范围的，公式的应用往往也有一定的技巧，如伯努力方程的“三选一列”。
（二）教学环节的设计
1.调整习题或考题构成，重视习题课。这里有两个问题需要注意。一方面，流体力学习题历来存在重计算、轻概念的现象，特别是考题如果全是计算题，就会形成无形的指挥棒。这就不利于学生从整体上掌握该课程的重点，习题或考题的题型应丰富，除了计算题之外，还应有填空、选择、判断、作图、名词解释等考查基本概念的题目。另一方面，在精选题目时，要注意将理论教学和实际应用结合起来，如查找资料的技能培养。在流体力学的牛顿内摩擦定律、能量损失计算和管道流等部分很多数据都是要查有关工程手册和图表的[5]。
习题课是流体力学教学的重要环节，为了能够在学时紧张的前提下开展习题课，教师必须重视习题选择和习题评讲两个方面。一方面，教师应选择具有代表性的题目，另一方面，习题讲评应使学生从解题过程中获得解决问题的思路、方法和技巧，达到触类旁通的效果。
2.重视实验教学，强化实践环节。实验教学是流体力学教学中的重要组成部分，通过实验，不但可以加深学生对流体力学基本原理的理解，而且有助于培养学生的动手能力、独立工作能力和创新能力。如通过水静压强试验，学生明确了测压管水头的含义；通过雷诺实验，学生加深了层流、湍流及临界雷诺数的理解。当然，由于实验室条件的限制，目前的实验主要以验证性居多，在条件许可的情况下应进行设计性实验。
此外，每学期笔者都会布置一个任务，让学生留意身边感兴趣的流体力学现象，然后根据课堂所学知识和个人理解撰写论文，以此增强学生的实践应用能力和培养其创新能力。
三、教学方法和手段的改进
（一）注重讨论法与案例教学法的运用
1.讨论式教学方法。教学活动应该是双向的师生互动过程，不应是教师的一言堂。教师应创造和谐、轻松的课堂气氛，鼓励学生积极发言，表达自己的疑问、见解，激发学生的学习积极性和创造性。如在课堂上通过提问的方式回顾上次课的主要内容，通过“自学―提问―讨论―总结”的方法学习新内容，在考虑学生接受能力的前提下，甚至可以让学生来讲一次课。如通过反证法证明流体静压强的方向，通过隔离体分析法证明流体静压强的大小。通过讨论式的教学方法不但可以调动学生的学习积极性，树立信心，而且还可以培养学生勤于思考、善于发现问题、分析问题、解决问题的能力。
2.案例式教学方法。通过将生活和工程案例引入课堂，不但可以增强学生的学习兴趣，而且可以加深学生对理论知识的理解，提高学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。生活案例有马利奥特容器原理应用于点滴吊瓶和家用饮水机[6]、洗衣机为什么老翻衣服兜[7]、捞面条的学问等。工程案例如1993年青海省沟后水库在低于设计水位0.75m的情况下突然垮坝的事故；三峡工程如何在最大流量10×104m3/s、水头高达100m、最高流速高达45m/s的情况下不会产生巨大的破坏力等[8]。
（二）综合运用各种教学手段
流体力学概念抽象、繁多，仅靠传统的一块黑板、一支粉笔不能激发学生的学习兴趣。借助于多媒体技术，利用其形象、生动、直观、易于理解并可加强记忆的优点，通过动画、视频资料、数值模拟等手段将复杂的流动现象展示给学生，可取得事半功倍的效果。但是，考虑到多媒体技术授课和传统的授课方法各自的优缺点，结合流体力学课程特点，采用取其长而避其短、两者兼顾而又两者不弃的原则。
“教学有法，但无定法，贵在得法”。我们要不断更新教学理念，努力提升自身的综合素质，及时总结教学过程中出现的问题并加以改进，注重教学过程中的每一个环节，多管齐下，才能保证学生取得良好的教学效果。
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，（21）.
[2]张志宏，顾建农，王家楣.“流体力学”课程教学改革的实
践与探索[J].高等理科教育，2006，（5）.
[3]赵琴，杨小林，严敬.CFD技术在工程流体力学教学中的
应用[J].高等教育研究，2008，（1）.
[4]刘建龙，王汉青，寇广孝.激发学习兴趣提高流体力学教
学效果[J].中国电力教育，2008，（20）.
[5]徐艳萍.《工程流体力学》教学探讨[J].江西电力职业学
院学报，2003，（2）.
[6]毛根海.应用流体力学实验[M].北京：高等教育出版社，
2008：8-10.
[7]武际可.拉家常・说力学[M].北京：高等教育出版社，
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二、在讲解理论知识时，做到重点突出，避免降低学生的学习兴趣
数学和力学之间的紧密关系在流体力学这一力学分支中得以充分体现，无论是连续性方程还是能量方程的推导，没有扎实的数学功底，流体力学不可能得到很好的提高。只有掌握扎实的数学知识，在公式的推导过程中才不会感到枯燥；对于数学知识基础差的同学很容易在老师的推导过程中产生厌烦心理，而渐渐失去学习流体力学的兴趣，所以在学习流体力学时应备一本高等数学书。
有的教师过分强调知识的严密性和完整性，而忽略了学生的接受能力，把每个推导细节都逐一介绍，学生被弄得糊里糊涂、知难而退。有的教师直接给出公式，让学生直接照背。笔者每次在讲解理论公式之前，首先应强调本次公式推导的一般步骤和重点，用到了哪些数学知识，哪些推导步骤需要掌握的，哪些推导步骤是不太重要的，是只需要记住结论的。如果步骤不重要为什么还要讲呢，因为讲的是理论研究的方法――如何用数学等方法解决流体力学问题，目的是让学生掌握一种处理问题的方法，拓宽学生思路，通过这些方法的介绍掌握定理的产生和适用条件，加深对定理的理解和记忆以及应用。比如说在讲相对平衡的流体的压强分布规律时，我首先告诉学生这个推导应该会，因为这个推导步骤在解决一般平衡流体内部的压强分布规律和平衡流体对固体边壁的作用力问题时非常有用；而在讲动量方程时，强调记住结论并理解公式中各个物理量的含义。这样做到重点突出，学生就会有的放矢的选择性的集中注意力，避免了一个公式推导不理解而导致对整堂课的学习兴趣的丧失。
三、多讲一些实际生活中熟知的例子或重大事件，提高学生的学习兴趣
采用直观有趣的实例来激发学生的学习积极性，在初等教育和中等教育中用得较多，而在高等教育中则较为少见，一方面大学的课程专业性较强，对许多课程来讲，列举出与我们日常生活有关的具有一定深度的一些有趣实例来，并不是一件十分容易的事；另一方面，各门课程均存在着学习内容不断加大而授课时数不断减少的情况，很多教师不愿将宝贵的课堂时间用在列举实例上来。
流体力学虽理论上比较难，却与生活和生产实际密切相关，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，可大大提高学生的学习兴趣。比如讲流体的粘性时，比较水的粘性和糖浆的粘性，在讲有旋运动时先讲龙卷风的例子，通过分析现象，理解本质。可以讲一些重大事件，如在讲流体静力学的知识前讲解1 993年青海沟后水库垮坝事件，造成288入死亡和40人失踪，沟后水库突然垮坝失事是由于在设计上有缺陷和施工存在质量问题造成的。还有三峡工程建还是不建所引起的争论，流体力学专家的分析和参与讨论决定三峡工程还是要建。这样使学生感到学好流体力学的重要性和作为一个专业设计人员的应有的责任心。
四、采用多媒体技术与传统的授课方法相结合的手段
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流体力学作为理工科院校的专业基础课，国内的高等院校都十分重视。大部分院校在开出能量方程实验、雷诺实验等基础型实验以外，还开设了研究创新性实验。如浙江大学国家力学实验教学示范中心开设有西湖流场电拟实验、冲排沙旋流器实验设计与试验、流量检测与控制实验、新型渗流实验等，新开发综合型、研究型和设计型教学实验20多项。[1]哈工大依托力学学科的国防与航天特色，利用科研成果研制开发具有较高水准、融合多门基础力学课程的综合性、研究性实验，形成了高起点、实践性与设计性强、突出综合能力与创新能力培养的实验教学体系，为培养学生的综合素质与创新能力提供了良好的平台，建设了具有哈工大特色的力学创新实验教学体系，研制开发研究性实验项目3个[2]。同济大学力学实验中心有13 个全天开放的设计性、创新性开放性实验项目，如：塔桅结构动、静测试创新实验，结构内部缺陷检测开放实验等[3]。河海大学力学实验教学中心在学校支持下，从硬条件和软资源两方面为大学生创新活动提供服务平台。其专门设有大学生力学创新制作室，为大学生课外制作活动提供工作用房，添置必要加工机械设备，如车床、铣床和钳工台等，为学生的模型制作提供条件[4]。
南京理工大学（简称南理工）流体力学实验室结合本校的专业特点和现有资源，在开展研究创新性实践教学方面也做了大量的工作。
一、基本情况
流体力学是南理工工科专业的基础课，开设该课程的专业有工程力学、安全工程、特种能源工程与烟火技术、热能与动力工程、建筑环境与设备工程、武器系统与发射工程、新能源技术、机械工程及自动化、交通工程、车辆工程等。课程大纲要求学生从实验中观察流体力学现象，验证能量方程等，并掌握一些基本的流体力学测试技能，并对武器系统与发射工程等专业的学生提出了开展研究创新性实验的要求。实验室利用现有资源面向全校开出了大部分流体力学基础性实验，如流体静力学实验、伯努利方程实验、动量定律实验、毕托管测速实验、雷诺实验、文丘里流量计实验、沿程水头损失实验、局部阻力系数实验、孔口与管嘴出流实验、流动演示实验、流谱流线显示、水击综合实验、静压传递自动扬水实验、虹吸原理实验、空化机理实验、紊动机理实验和风洞测力实验。这些实验增强了学生对流体力学知识的理解和培养了学生的实践能力，激发学生学习流体力学的兴趣，培养学生的动手能力。同时开出了部分综合性、设计性实验项目，如低速翼型绕流流动特性实验、风洞模型设计实验等。同时，还积极开展本科生科研训练与课外科技活动，开出一定比例的创新性实验项目。如某飞行器外流场的并行数值仿真、某型有翼弹箭气动特性计算、PXI总线在风洞测控系统中的应用研究、空压机电气控制设计等科研训练项目。另外，实验室还承担了部分本科生和研究生的毕业设计实验教学任务。
二、主要项目
南理工流体力学实验室是江苏省力学实验教学示范中心的重要实验室，师资力量雄厚，流体力学设备先进、齐全。设备主要有低速风洞、自由射流超跨音速风洞、亚跨超音速风洞、集群计算机和完整配套的流体力学试验教学设备等。作为江苏省首批力学实验教学示范中心重点建设单位，经过学校本科一期、二期、三期建设后，实验室在开出大量基础型实验、提高性实验的基础上，开出了部分前沿性创新性实验项目。如某弹箭气动布局与设计、翼型绕流流动特性实验、高速风洞流场观测与参数测试、高速风洞压力分布实验、某型弹箭气动力测试实验等。这些实验项目充分利用现有资源优势，并与科研工作紧密结合，对培养学生的创新意识有十分积极的意义。这些实验要求有一定的空气动力学知识，武器类专业的学生对这些实验兴趣浓厚。尽管由于加工经费较多，风洞运行成本较高，实验开展受到一定影响，且由于风洞是大型科研贵重仪器设备，只有专职教师才能进行风洞运行操作，学生的动手能力培养方面受到一定制约，但是，在模型设计、气动布局设计等方面，学生的设计能力和创新意识等能够得到提高。所以，实验室克服困难，充分利用风洞资源优势，坚持积极开展流体力学研究创新性实践教学活动。学校在流体力学研究创新性实验项目建设中充分利用现有资源优势，在现有实验项目基础上，结合科研任务，利用低速风洞和超音速风洞已经开出或计划开出的研究创新性项目有：
① 风机翼型气动特性研究。该实验是为了适应南理工新能源专业教学需要而新开设的研究创新性实验，目的在于研究不同翼型的气动特性，为风机翼型选择提供依据。
② 激光烟流法流动显示实验。该实验主要用于低速绕流流谱分析、绕流流动机理研究，对学生观察复杂流动现象、分析流动机理、理解深奥的流体力学理论知识有较大帮助。
③ 彩色纹影流动显示实验。该实验用彩色纹影技术显示复杂流场，让学生了解超音速流场建立过程、超音速流场建立的条件和流场波系构成，学生运用光学知识进行流场显示，提高其综合实验技能和分析能力。通过该实验对看不见、摸不着的流场有了全新的认识。
④ PIV三维速度场测量与非定常复杂流动研究。该实验目的在于让学生了解先进的流体力学测量仪器，掌握三维速度场测量方法，开展非定常复杂流动研究工作。
⑤ 风洞天平校准技术研究。风洞天平是风洞实验最重要的测量仪器之一，其精度直接影响到测量数据的可靠性、有效性。因此，对其进行高精度的校准十分重要，开展该研究有助于学生更好地了解风洞天平工作原理、掌握先进的校准技术，并提高学生软件设计能力和开发能力。
⑥ 弹箭气动布局设计实验。该实验的目的是提高学生气动设计水平，培养学生弹箭气动设计能力和创新能力。
⑦ 翼型气动特性遥测与分析。该项目要求学生采用遥测技术对翼型气动特性进行研究、设计。
三、教学效果
流体力学研究创新性实验和教师科研任务结合起来，让学生参与到科研工作中，培养了学生的创新意识、协作精神，教学效果显著。如电气专业和建环专业本科生郑建、黄华和陈守信等3名学生组成团队，进行了翼型气动特性测试与分析研究，其共同完成的作品“翼型气动特性遥测与分析” 获全国挑战杯竞赛三等奖，“风洞试验无线测压装置”获实用新型专利。该次跨专业团队科研训练项目共分三个子课题，一个是翼型设计及风洞试验子课题，第二个是气动数值计算，另外一个是无线测试技术子课题。三个子课题之间必须相互协调才能顺利完成，通过这次科研训练，学生对成员之间协调配合的重要性有了深刻认识。
风洞实验是部分学生特别感兴趣的项目之一，学生对其实验原理、实验现象的分析有浓厚的兴趣和研究探索的欲望，对飞行器受力分析、飞行控制和弹道计算也产生了了解、探索的欲望。因此，开设这些流体力学实验，不但提高了学生的操作技能、综合分析能力，还激发了学生学习相关课程的兴趣，培养了学生研究、探索、创新的意识。
参考文献：
[1] 章军军，毛根海.发挥实验室主任作用 创建国家级实验教学示范中心[J].实验室研究与探索，2008，27（1）：13-14.
