流体力学的现象范文

导语：如何才能写好一篇流体力学的现象，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：工程流体力学；教学研究；改革探索

作者简介：李小川（1976-），男，河南焦作人，扬州大学能源与动力工程学院，讲师；田萌（1977-），女，陕西安康人，扬州大学能源与动力工程学院，讲师。（江苏?扬州?225127）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0047-01

“工程流体力学”课程在能源动力类工科专业中占有非常重要的地位，主要研究流体（液体和气体）的平衡、运动规律及其实际工程应用的技术科学，是力学的一个重要的分支学科。通过本课程流体力学的基本概念和基本原理的学习，学生掌握分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力，为后续专业课程学习奠定基础，然而当前的教学效果并不理想。自然界和人类生活中，以及工农业生产的各行各业中均广泛存在流体流动现象，但是由于缺乏对生活的观察，学生很难做到对课本讲授内容形成直观映像。此外，自然界中的流动现象往往包含多种流动方式，在理论分析与公式推导中涉及许多复杂的数学理论与方法，经验公式多，且不易理解记忆，给学生的学习带来很大困难，导致教师难教、学生难学，实践与应用起来更是难上加难，教学效果不理想，教学目的难以实现。还对后续专业课的学习造成很大影响，进而影响本科教学的整体质量。因此，“工程流体力学”教学改革势在必行。

一、“工程流体力学”教学调查研究

“工程流体力学”课程通常是开设于热能动力工程专业二年级阶段。对扬州大学的学生的问卷调查显示，多数学生对“工程流体力学”课程的评价是“难学”。为何会有这样的评价，通过分析发现，存在几个方面的原因。

1.研究对象比较抽象

“工程流体力学”课程本身研究对象是流体，没有一定的形状和具有流动性，这是流体区别于固体的本质特征。这一特征决定了流体力学研究理论比较抽象、经验公式繁多且推导过程复杂不易理解、易混淆，进而导致了本课程教师难教、学生难学，教学效果不够理想。因此，能否将前面学习过的对“固体”平衡和运动物理规律的分析方法通过比拟的方式移植到“流体”上，并使其形成正向的学习迁移是学生能否很快的掌握本门课程学习方法、学好本课程的一个很重要的方面。[1]

2.教师与学生

“教学”包括“教”与“学”两个方面的内容，忽视任何一个方面都有可能造成教学效果的不理想。理论课教学是工程流体力学课程教学的主要方面，是进行实验指导和应用于工程实践的基础。某些任课教师为了自己的方便省事，教材和教学内容仍然是多年前的老教材，对现阶段流体力学的发展方向和研究成果，以及本学科的最新科技前沿理论及工程应用进展不能做到及时更新，教学内容与实际应用严重脱节。

教学方法单一呆板，无法吸引学生的兴趣。经常看到这样一种现象：教师在讲台上只顾着自己滔滔不绝地讲，忽视了课堂教学的互动性和学生的主观能动性，学生了无兴趣的在座位上睡觉、开小差、玩手机，基本上是教师在向学生单方面地传授知识，这样的教学效果是很低的。[2]

本专业本科生新的培养方案中课程设置有这样一个特点：课程增加，课时压缩，总学分保持不变。“工程流体力学”课程理论课学时从64压缩到48学时，在教学内容总量不变的情况下，每堂课教授的内容，即学生需要接受的信息量就大大增加了，严重增加了学生的负担。“浮躁”是当代很多大学生所普遍具有的心理特征，导致的直接结果是学生自制力差、怕吃苦，上课前不预习、课后不认真复习、作业普遍抄袭。

二、教学改革的目标

围绕当前“工程流体力学”课程教学中存在的问题，以提高课程教学质量、实现教学目标为目的，进行了如下方面的改革：改变教育理念，以课程改革与教学适应新时代的要求为目的；加强教学方法与教学手段的改革，提高“教”的质量；加强课程的应用性，解决基础理论课程的知识教育、应用能力与创新能力的培养，全面提升学生的综合素质；加强课程教学评价与考核体系改革，引入全程教学评价与考核机制。[3]

三、“工程流体力学”教学改革探索

从上面的分析可知，“工程流体力学”课程教学效果不理想存在很多方面的原因，因此，教学改革也要同时从多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是笔者在扬州大学热能与动力工程专业本科生课程教学中进行的探索与尝试，取得了较好的效果。

1.教学方法的探索与实践

篇2

论文关键词：工程流体力学；教学研究；改革探索

“工程流体力学”课程在能源动力类工科专业中占有非常重要的地位，主要研究流体（液体和气体）的平衡、运动规律及其实际工程应用的技术科学，是力学的一个重要的分支学科。通过本课程流体力学的基本概念和基本原理的学习，学生掌握分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力，为后续专业课程学习奠定基础，然而当前的教学效果并不理想。自然界和人类生活中，以及工农业生产的各行各业中均广泛存在流体流动现象，但是由于缺乏对生活的观察，学生很难做到对课本讲授内容形成直观映像。此外，自然界中的流动现象往往包含多种流动方式，在理论分析与公式推导中涉及许多复杂的数学理论与方法，经验公式多，且不易理解记忆，给学生的学习带来很大困难，导致教师难教、学生难学，实践与应用起来更是难上加难，教学效果不理想，教学目的难以实现。还对后续专业课的学习造成很大影响，进而影响本科教学的整体质量。因此，“工程流体力学”教学改革势在必行。

一、“工程流体力学”教学调查研究

“工程流体力学”课程通常是开设于热能动力工程专业二年级阶段。对扬州大学的学生的问卷调查显示，多数学生对“工程流体力学”课程的评价是“难学”。为何会有这样的评价，通过分析发现，存在几个方面的原因。

1.研究对象比较抽象

“工程流体力学”课程本身研究对象是流体，没有一定的形状和具有流动性，这是流体区别于固体的本质特征。这一特征决定了流体力学研究理论比较抽象、经验公式繁多且推导过程复杂不易理解、易混淆，进而导致了本课程教师难教、学生难学，教学效果不够理想。因此，能否将前面学习过的对“固体”平衡和运动物理规律的分析方法通过比拟的方式移植到“流体”上，并使其形成正向的学习迁移是学生能否很快的掌握本门课程学习方法、学好本课程的一个很重要的方面。

2.教师与学生

“教学”包括“教”与“学”两个方面的内容，忽视任何一个方面都有可能造成教学效果的不理想。理论课教学是工程流体力学课程教学的主要方面，是进行实验指导和应用于工程实践的基础。某些任课教师为了自己的方便省事，教材和教学内容仍然是多年前的老教材，对现阶段流体力学的发展方向和研究成果，以及本学科的最新科技前沿理论及工程应用进展不能做到及时更新，教学内容与实际应用严重脱节。

教学方法单一呆板，无法吸引学生的兴趣。经常看到这样一种现象：教师在讲台上只顾着自己滔滔不绝地讲，忽视了课堂教学的互动性和学生的主观能动性，学生了无兴趣的在座位上睡觉、开小差、玩手机，基本上是教师在向学生单方面地传授知识，这样的教学效果是很低的。

本专业本科生新的培养方案中课程设置有这样一个特点：课程增加，课时压缩，总学分保持不变。“工程流体力学”课程理论课学时从64压缩到48学时，在教学内容总量不变的情况下，每堂课教授的内容，即学生需要接受的信息量就大大增加了，严重增加了学生的负担。“浮躁”是当代很多大学生所普遍具有的心理特征，导致的直接结果是学生自制力差、怕吃苦，上课前不预习、课后不认真复习、作业普遍抄袭。

二、教学改革的目标

围绕当前“工程流体力学”课程教学中存在的问题，以提高课程教学质量、实现教学目标为目的，进行了如下方面的改革：改变教育理念，以课程改革与教学适应新时代的要求为目的；加强教学方法与教学手段的改革，提高“教”的质量；加强课程的应用性，解决基础理论课程的知识教育、应用能力与创新能力的培养，全面提升学生的综合素质；加强课程教学评价与考核体系改革，引入全程教学评价与考核机制。

三、“工程流体力学”教学改革探索

从上面的分析可知，“工程流体力学”课程教学效果不理想存在很多方面的原因，因此，教学改革也要同时从多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是笔者在扬州大学热能与动力工程专业本科生课程教学中进行的探索与尝试，取得了较好的效果。

1.教学方法的探索与实践

（1）俗话说“良好的开端是成功的一半”，第一堂课的重要性也就不言而喻了。兴趣是学生学习的直接原动力，能否在开始就激发学生对“工程流体力学”课程的学习兴趣是学好本课程的关键。运用多媒体技术，通过生动的视频和动画向学生展示生活中随处可见的流体力学现象。如，男孩子喜欢足球、乒乓球的比较多，可以用“香蕉球”和“弧圈球”现象的流体力学解释来吸引他们的注意力，还有其他的现象如高尔夫球表面的凹坑设计依据，飞机机翼能够产生巨大升力，跑车外形设计成流线型又是什么道理等等。此外我国正在实施的“南水北调”工程同样涉及很多流体力学相关知识，以上这些事例都是学生所非常熟悉而又在学习之前无法用理论来解释的现象，很容易引起学生的注意力和想要探索的兴趣。

（2）合理使用多媒体。在流体力学的教学过程中，采用多媒体有利于学生对流动现象的感性认识，加深对概念的理解，提高学习兴趣。但是，采用过多或华丽的多媒体也会产生一些负面作用，如多媒体教学替代板书节约了时间，增加了授课容量，但相应的讲课速度也就比较快，学生不易吸收和消化，容易造成学生“跟不上”进度，产生厌学情绪。因此，传统板书与多媒体有机结合的教学方式可以充分利用各自的优点，达到最佳教学效果。当然，不同教学方式之间的比例分配的“度”是需要关注的问题。

2.教学内容的选择

“工程流体力学”课程是机械、能源、化工、动力、建筑、生物、航天等专业的重要的专业基础课，这些专业具有不同的特点，对流体力学知识需求的侧重点也不同。因此，教材的选取要有针对性，即根据本专业特点和要求、学生层次来选择教材。此外，教师要能够跟踪掌握现阶段流体力学最新的发展方向与研究成果，不断更新和补充教学内容，做到课程内容的与时俱进。

3.重视实验教学

实验教学是“工程流体力学”课程教学必不可少的组成部分，属于实践教学环节。通过实验对理论进行验证，从而加深对课程基本概念和理论的理解和掌握。在基础实验外增加设计性实验、建立开放性实验室，锻炼学生的动手能力，培养学生发现问题、分析问题和综合运用所学知识解决实际问题的能力。

4.课程评价与考核体系

对于“工程流体力学”课程来说，学习要达到的目的是学生运用所学知识对实际工程问题的进行分析和解决的能力，而不是对课本理论知识和大量复杂公式的记忆能力。因此建立合理、公正、客观的课程评价与考核体系非常重要。针对学生普遍存在的平时不努力、考前几天突击考试的现象，摒弃“一考定成绩”的考核方式，采用灵活的、全程考核方式取得了很好的教学效果。具体做法是：提高平时成绩所占最终成绩权重，包括出勤率、课堂互动和讨论、小测试、作业质量等平时学习各方面的表现；期末考试成绩权重减少，采用闭卷方式，但考题中所涉及的公式、图表等会在试卷中集中给出，并增加一些干扰公式进去，既避免了学生花大量时间去记忆毫无规律可言、而又易忘的经验公式，同时也达到了考核学生选取基本理论和公式去分析、解决实际问题的能力，实现了教学目的。

篇3

Abstract： Hydromechanics is a course combining theory with practice and has abstract concept. The traditional teaching method is difficult to achieve good teaching effect. Based on the practice and exploration in the teaching process of Hydromechanics， this paper proposes some suggestions and measures for the teaching reform.

关键词：流体力学；过程装备与控制；教学改革

Key words： Hydromechanics；process equipment and control；teaching reform

0 引言

《流体力学》课程主要描述自然环境中的流体运动的一般规律及特定条件下流动机理。其内容涉及基本概念的理解、公式推导、计算方法等。考虑到大二学生尚未接触实际工程问题，因此教学双方对流体力学的学习过程均存在困惑。本文针对流体力学课程的特点及教学过程中遇见的问题，对《流体力学》教学改革进行相关探索，总结教学过程中积累的经验，提出相应改进方案。

1 合理运用现代化教学手段与技术

首先，以《流体力学》教材中所采用的大量流场图片为例，对流场理解的正确与否决定其学习流体力学的兴趣与积极性，传统的教学方法多采用授课教师手绘流线等方法来说明流体的流动过程，在讲解的过程中，由于流场仅仅是枯燥的曲线静态分布，无法有效吸引学生注意力，使学生对流动机理有进一步深刻认识和理解，从而降低教师的教学效率和教学效果。

在《流体力学》教学中采用多媒体课件，通过制作一些流体运动的Flash动画演示把流动的特性形象地展示在学生眼前，表现形式相对新颖、活泼、再加上图文并茂的效果，使学生可以直观地观察有趣的物理流体现象，通过这一环节的改进，可以主动改变沉闷的教学过程，创造出生动活泼的教学场景，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。

其次，《流体力学》教材中涉及了大量的基本概念、假设、原理及公式推导等，据统计大量公式的推导过程占据板书时间的较大比例，这有可能造成教师无法在有效课时完成教学大纲规定的教学内容，降低教学效率。在《流体力学》教学中的应用PPT多媒体技术，复杂繁琐的公式推导可以较形象地展现在学生面前，对学生理解公式有较大好处。一旦形成这样的教学场景，那么在规定的课堂时间内必将可以细致透彻地完成教学任务，达到事半功倍的教学效果。

灵活采用各种PPT制作技术在一定程度上可以避免“多媒体”变成“单媒体”，在《流体力学》教学中对多媒体的使用多集中于流体运动学与动力学基础、圆管流动、薄厚壁孔口出流、缝隙流动及气体动力学基础等。

此外，考虑到多媒体教学蕴含的信息较大，合理分配PPT播放时间对教师的课堂教学掌控能力是一个挑战。如果“整个教学过程从头到尾充斥着大量复杂的信息、不停转动的画面，而没有充分考虑学生的思维水平和思维速度，像电视或电影画面那样一闪而过，不断向学生灌输，这样的‘填鸭’式教学形式会引起学生的‘消化不良’，扼杀了学生创作的机会”。

2 建立新的教学手段模型，提高考试成绩

本文所建立的教学模型如图1所示，为提高教学效果及学生考试成绩，采用立体式的教学手段。该模型包括以下四项内容：情景式启发，多媒体技术，工程实例讲解，动态视频辅助。

情景式启发属于现代教学论范畴，创造一定的“休闲、放松、特色”的学习环境。通过营造启发式学习的氛围，让学生获得更加美好的学习体验。这种方式能充分调动学生的学习积极性，对激发学生的学习热情和学习需要能够产生有效的激励作用。

工程实例讲解是以学生常见的工程问题作为引入点，但同时大部分同学对该类问题理解不深或是出现偏颇。结合该类问题，解释其中所蕴含的流体力学定理，加深学生对该问题及相关定理的认识，无疑有利于学生学习流体力学。

动态视频辅助是一些在实际生活中难以见到，但又属于流体力学理论范围的现象再现，通过这些视频可以加深学生对流体力学相关理论的理解。

最后可以发现：采用先进教学手段的班级，无论是考试的优良率还是平均分数均比采用传统教学方法讲解的班级高出约15%左右，从而达到提高教学效果的目的。

3 重组教学内容，调整知识布局

根据《流体力学》课程的教学大纲，借鉴国内外对本课程改革的成果，按照当前教学改革发展的要求对教材内容进行调整，以流体的流动为主线，将相关内容有机地融合在一起最终形成能够相互促进的教学模式，如图2所示。

课程体系分为三个部分：第一部分是不动的液体，主要讲述流体基本概念与流体静力学内容；第二部分是运动的液体，使学生掌握流体运动学及动力学规律，对简单的管道流动及缝隙流动有定性及定量的认识；第三部分是运动的气体，可以把这章内容采用视频播放加师生互动方式讲解，来培养学生独立自学的能力。

4 加强实践教学，提高学生认知能力

《流体力学》实验是学生职业技能培养的重要环节，因为它的实验课题是以流体运动为背景的，如毕托管测速实验，雷诺实验等典型实验。通过选取典型的实验现象给学生展示实验结果，加深学生对流动原理、流场结构特点等信息的了解。同时教师在指导流体力学实验过程中可对部分操作手段进行相应改进，也可设计并提出一些新的实验内容。合理利用已有条件培养学生理论与实践相结合的能力，做到学以致用。

5 结束语

《流体力学》教学改革是一项艰巨、长期的工作，本文从合理运用现代化教学手段与技术，建立新的教学手段模型，提高考试成绩，重组教学内容调整知识布局、加强实践教学，提高学生认知能力等三个方面论述了相关经验和具体的实施手段。虽然在一些方面探索出若干经验并取得了一定的效果，但还相对薄弱。改进教学手段，引入多种教学方法，因材施教等均可提高学生的学习和接受能力，为以后学习专业课及工作奠定坚实的基础。

参考文献：

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关键词：工程流体力学；环境类；教学难点；教学方法；衔接技巧

作者简介：齐旭东（1981-），男，河北唐山人，河北工业大学能源与环境工程学院，讲师。（天津 300401）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0130-02

一、环境类工程流体力学的学科特色分析

环境类专业涉及流体力学的内容广泛，而且与机械、热能动力、水利等传统学科对流体力学的要求有明显不同。[1-3]河北工业大学（以下简称“我校”）环境工程专业采用闻德荪先生编著的《工程流体力学》教材，由高等教育出版社出版，分上下两册，上册为《理论流体力学基础》，下册为《应用流体力学》。该教材与其它传统学科所采用的流体力学教材相比区别较大：由于人类生活和生产主要局限在生物圈，生物圈中水和气是无处不在的，环境类专业主要围绕水和气，因此，上册《理论流体力学基础》的覆盖面极大，包括静力学、运动学、动力学、恒定平面势流、流动相似原理、流动阻力和能力损失等模块；下册《应用流体力学》包括孔口和管嘴出流、有压管流、明渠流、堰流、渗流等模块。下册以水为主，旁及气体，实际上是水力学基础。但是，与传统水力学又有着明显的不同，这一不同并不是教材主要内容的差异，而是学科体系的构建不同。传统水力学在学科构建上有着鲜明的学科特色，而环境类专业所学习的《应用流体力学》（教材下册）是采用更加简单的方式初步介绍水力学。换言之，是上册《理论流体力学》的动力学在几种特殊边界流场中的具体应用，这些特殊流场的研究对于设计和计算环境类的反应器、构筑物的形式和尺寸，以及流体输配具有重要意义。

工程流体力学与三大力学（理论力学、材料力学、结构力学）相比，其主要概念和原理几乎没有相似之处，[4-6]与大学物理学相比也无相似之处。[7]换言之，在工程流体力学中涉及的概念和原理对本科生来说几乎是全新的。工程流体力学建立在连续介质假设基础上，是通过牛顿经典力学和高等数学知识对流体静止和运动规律进行研究，通过欧拉法或拉格朗日法对流动现象建立数学模型，从而用微积分等高等数学方法解决流体流动问题。该学科的基本概念和原理在三大力学或大学物理学中几乎是从未提及过的。

可见，工程流体力学的学科特点鲜明，是环境类专业的重要骨干课程。笔者从事工程流体力学教学7年有余，并主动向老教师或其他同行学习探讨，发现除了要把握好该课程的学科特点外，对教学难点也要广泛筛选、收集和研究，并结合教学方法进行探讨论证，[8-12]具体分析见表1及下文。

表1 若干教学难点与教材章节对应一览表

序号 教学难点 教材章节[1]

1 连续介质假设 第一章绪论

2 隔离体受力分析 第一章绪论

3 流体相对平衡 第二章流体静力学

4 流体静力学基本方程、阿基米德原理 第二章流体静力学

5 拉格朗日法、欧拉法 第三章流体运动学

6 亥姆霍兹速度分解定理 第三章流体运动学

7 理想流体动力学、实际流体动力学 第四章理想流体动力学和平面势流、第五章实际流体动力学基础

8 牛顿一般相似原理、单项力相似准则 第六章量纲分析和相似原理

9 普朗特混和长度理论 第七章流动阻力和能量损失

10 孔口、管嘴出流和有压管流 第九章有压管流和孔口、管嘴出流

11 堰流 第十章明渠流和闸孔出流及堰流

12 渗流 第十一章渗流

二、环境类工程流体力学的教学难点与教学方法衔接技巧分析

连续介质假设（序号1）是工程流体力学的基础，其重要性不言而喻，但是作为一门新课程的开始，学生往往很难接受这样的模型假设。因此，宜采用讨论法处理该问题，讨论法的难点是避免讨论课的无计划性。质点的概念对于研究流体运动是至关重要的，但是有大半学生掌握不到要领。具体体现在，把流体质点的概念与物理学刚体质点的概念混淆，觉得二者完全一致，没有特殊涵义。面对这一问题，与学生针对两个“质点”概念进行详细的机理分析是很必要的。连续介质假设的核心理念是流体质点概念的提出，流体质点是这样定义的：流体质点是指尺度大小同一切流动空间（流场）相比微不足道又含有大量分子，具有一定质量的流体微元；物理学中的刚体如果只发生平移运动的话，该刚体可简化成质点处理，即用一个质点代替刚体，使物理运算变得很方便。因此，这两个“质点”概念有着不同的涵义，流体的主要特点之一就是易流动性，流场的形状受制于边界条件，流场在流动过程中，边界形状不断变化，所以，流场形状也在不断变化，因此，流体质点不能替代流场，而是由大量的流体质点组成连续介质，填充整个流场。

工程流体力学本质上讲是力学问题，需要在解题前进行受力分析（序号2）。在中学物理学中，受力分析贯穿始终，为中学生所熟知。所以，该部分的学习推荐采用自学指导法和对比分析法，这样可以充分调动学生的学习积极性。由于流场形状受制于边壁，流体的受力分析规律性不明显，这与中学物理学的刚体受力分析区别较大。流体受力分析，均可从两个方面进行，即质量力和表面力。质量力包括重力和惯性力，属于远程力，作用在整个流场的所有质点上，其中，惯性力的存在与否取决于坐标系的选择。如果选择惯性坐标系，则惯性力肯定不存在；如果选择非惯性坐标系，则惯性力肯定存在。表面力包括切应力和压应力，概念的内涵与刚体的表面力相似，切应力和压应力之间的区别在于作用力方向的不同。

很多学生不了解学习流体相对平衡（序号3）的意义何在，根据该知识的特点，可采用探究发现法处理该部分内容。流体相对平衡的意义，在于将特殊的运动问题转化成相对静止的问题，从而使计算得到简化。当整个流场与固体边壁无相对运动时，选择非惯性坐标系，根据达朗贝尔原理引入惯性力，可用相对平衡条件来处理该问题，即对隔离体采用受力平衡条件，可使计算过程大大简化。

中学物理学所熟悉的流体静力学基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何从流体静力学的角度来重新定义（序号4），也是这一章的难点。该难点的讲解宜采用启发性谈话法，该方法一定要注意谈话内容的设计合理性，以期对整个谈话过程有的放矢。流体静力学基本方程的限定条件是质量力仅有重力，也就是说，坐标系为惯性坐标系。如果将其推广到非惯性坐标系，则计算方法应为欧拉平衡微分方程的积分式，欧拉平衡微分方程是建立在牛顿第二定律基础上的。该部分需要学生将流体静力学基本方程与欧拉平衡微分方程积分式进行对照。阿基米德原理是计算浮力的基本原理为中学生所熟知，在中学物理中往往解释成由实验研究获得，实际上在大学工程流体力学中可以解释成曲面所受静压力的合效应使其意义更广泛。

流动现象如何用数学语言描述，这是流体力学建立的基础，该难点的处理宜采用讲授法。描述流体运动的方法有两种，即拉格朗日法和欧拉法（序号5）。拉格朗日法是从流场中选择关键性流体质点组成流体质点系，跟踪每一个流体质点，研究其运动规律，进而总结出质点系运动规律，从而推演出整个流场运动规律，该方法概念清晰，但是分析和计算过程复杂。欧拉法是从流场中选择有代表性的空间点，分析这些空间点的运动规律，从而总结出整个流场运动规律。在计算流体力学中，常常采用拉格朗日法，在工程流体力学中常常采用欧拉法。

流体微元运动的基本形式包括平移、转动、角变形、线变形等。在流体微元内部，如果已知其中一点的运动要素，在微元内其他空间点的运动要素可以用已知点的运动要素表达出来，该定理称为亥姆霍兹速度分解定理（序号6）。很多学生对该定理存在疑问：微元内部这两个空间点之间怎么会存在联系？该问题适合采用探究发现法进行介绍，教师可首先将其转化成高等数学的模型，提示学生用微积分的方法来处理，具体而言，二者之间的联系是通过高等数学中的泰勒公式建立的。

理想流体动力学和实际流体动力学（序号7）在工程流体力学中是可以合并讲授的，采用系统讲授法更合适，这样更有利于知识的完整性。流体动力学主要涉及三大方程的后两个，即能量方程和动量方程。首先介绍理想流体运动微分方程和实际流体运动微分方程，前者也称为欧拉运动微分方程，后者也称为N-S方程，这两个重要方程均由牛顿第二定律推导获得，二者可作为计算流体力学基础，由此也可推导出能量方程。另一点需要注意，能量方程有两种形式，理想流体能量方程和实际流体能量方程，前者可以统一到后者中去，由于实际流体存在粘滞力，可产生能量损失，即单位重量流体从计算断面1-1运动到计算断面2-2时的平均能量损失；如果是理想流体，则粘滞力不存在，产生的能量损失为0。

量纲分析和相似原理主要涉及到（动力）相似准则里的牛顿一般相似原理和单项力相似准则之间的辩证关系（序号8）。该部分知识琐碎，宜采用讲授法。两个流动，即原型和模型流动，如果要实现流动相似，几何相似和初始条件、边界条件相似是基础，动力相似是保证，运动相似是目标。如果要实现动力相似，需要对应空间点处各个同名力方向相同，大小成固定比例，这称为牛顿一般相似原理。但如果在几何相似和牛顿一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的几何形状和大小完全一致，失去了模型实验可缩小原型几何尺寸的意义。正是基于此，所以提出单项力相似准则，在流动中起主导作用的力往往只有一种，这是流动现象的特点，所以如果在原型和模型中，起主导作用的力相似的话，可认为二者的动力相似已实现。

普朗特混和长度理论（序号9）是学生学习的难点，大多数学生感觉该部分不知所云。比如说，该半经验理论的意义是什么，问题从何而来？该部分宜采用讨论法。流体处于湍流状态时，运动参数可以分为时均流速和脉动流速，时均流速产生时均切应力，脉动流速产生附加切应力，时均切应力的计算采用牛顿内摩擦定律，附加切应力计算采用脉动流速计算，即，其中脉动流速ux’和uy’计算困难，需要通过普朗特混和长度理论进行计算，该理论通过将湍流脉动与理想气体自由程理论进行类比，提出自由程概念，从而将脉动速度与时均速度建立联系，实现了附加切应力的计算可行性。

孔口、管嘴出流和有压管流（序号10）是研究水力设备和输配水管网的基础，这一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、长管、管网，对这些模型的深入研究需要采用上册流体动力学的连续性方程和能量方程，在深入分析流动规律后，可得最一般的规律性，即流量和断面平均流速的计算公式。这部分可以看成针对几种特殊边界应用动力学方程来求解计算题，所以在介绍了孔口或短管以后，其他形式的边界流动由学生通过练习法和讨论法来自学，最后由教师进行总结。

在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁称为堰，缓流经堰顶溢流的局部水流现象称为堰流（序号11）。在环境类专业中，堰是常用的溢流集水设备和量水设备，在一确定的堰流中，流量与其它特征量的关系明确。薄壁堰可在环境类构筑物中作为出水设施，如二次沉淀池出水等。该部分内容生疏，宜采用演示法和讲授法。

渗流（序号12）是指流体在孔隙介质中流动，该流动状态在地下水中广泛存在，对地下取水井的设计往往要采用该模型的相关理论。该部分多在研究生阶段深入学习。

三、结语

工程流体力学在环境类专业中的现实意义和理论意义重大，在注册环保工程师基础考试中份额可观。该课程学习难点颇多，对于本科生来说学习的压力较大，需要教师在知识点梳理、难点筛选、师生沟通、教学方法总结等方面多做工作，笔者通过对环境类专业工程流体力学教学的自身体会完成此文，希望对教学一线的教师有所帮助。

参考文献：

[1]闻德荪.工程流体力学（水力学）[M].第3版.北京：高等教育出版社，2010.

[2]陈卓如.工程流体力学[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.

[3]吴持恭.水力学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.

[4]哈尔滨建筑工程学院，沈阳建筑工程学院.理论力学[M].哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1992

[5]刘鸿文.简明材料力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]王焕定，章梓茂，景瑞.结构力学[M].第3版.北京：高等教育出版社，2011

[7]东南大学等七所工科院校.物理学[M].第五版.北京：高等教育出版社，2008

[8]教育部人事司.高等教育学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[9]教育部人事司.高等教育心理学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[10]河北省教师教育专家委员会.教育原理[M].石家庄：河北人民出版社，2007.

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关键词：计算流体力学；求解；基本原理；化学工程；应用

化学工程在我国具有较长的研究与应用历程，并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效，不仅能够供给正常的生活需求，同时根据新材料的开发，能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中，较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的，具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析，能够优化工程设计和工艺改进，提高化学工程的生产效率。

1计算流体力学在化学工程中的基本原理

计算流体力学简称CFD，是通过数值计算方法来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程，从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律，其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下，计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法，其也是一门多门学科交叉的科目，计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识，也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识，其涉及面广。针对计算流体力学的真实模拟，其主要目的是对流体流动进行预测，以获得流体流动的信息，从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展，市场上也出现了计算流体力学软件，其具有对流场进行分析、计算、预测的功能，计算流体力学软件操作简单，界面直观形象，有利于化学工程师对流体进行准确的计算。

2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用

2.1在搅拌中的应用分析

在搅拌的化学反应中，反映介质之间的流动性比较复杂，依据传统的计算形式根本无法解决，并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点，在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律，其得出的结构往往存在较差时效性，实验骗差加大。通过对二维计算流体力学的应用，能够对搅拌中流体的形式进行模拟，并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化，不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关，还与时间、容器的形状等有着之间的联系，需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高，在通过借助多普勒激光测速仪后，已经对三维计算形式有了较大的突破，这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用，但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不断的完善。

2.2CFD在化学工程换热器中的应用分析

换热器是化学工程中主要的应用设备，通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用，能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同，计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变，增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积，提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中，热量交换的形式更为复杂，但是却群在重复性换热的特点，增加了换热的时间，提高了换热的效果。从总体上分析，计算流量力学中，需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用，能够计算出不同设备的热交换效果，并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。

2.3在精馏塔中的应用

CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。

2.4CFD在化学反应工程中的应用研究

在化学反应工程中，反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系，在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制，当反应中温度过大，就会造成分子的剧烈运动，其运动轨迹的变化规律就会异常，在利用计算流体力学的模型计算中，计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取，在计算流体力学的实际计算中，就要借助FLUENT进行三维建型，并利用测速反应器进行速度的测量，通过综合的比较分析，利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场，可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程，详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。

结束语

计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义，并在经济效益的提高上具有重要的价值，在近几年，化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究，以二维空间计算和模拟为基础，不断的完善三维空间的流量计算，并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用，在今后的化学工程发展中，应加强此类学科的教学与延伸，提供出更有效的反应设备和工艺操作。

参考文献

[1]余金伟,冯晓锋.计算流体力学发展综述[J].现代制造技术与装备,2013(06).

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【关键词】工程流体力学 教学改革 探讨

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）14－0056－02

工程流体力学主要研究的是流体静止和运动的力学规律及其在工程技术中的应用的学科，是热能与动力工程专业的重要的专业基础课。该课程不仅为学生学习后续的专业课提供了必备的基础理论知识，也为从事热能利用有关的专业技术人员进行专业技术工作和科学研究工作提供重要的理论基础。工程流体力学课程在理工科教学体系中具有重要地位，教师难教、学生难学已成为师生的共识。因此，新形势下积极思考和探索工程流体力学教学改革方法对改善课程的教学效果、提高学生的培养质量具有重要意义。

一 工程流体力学“教与学”问题调研

通过对扬州大学能源与动力工程学院热能与动力工程专业和建筑环境与设备工程专业本科二年级的学生进行调研，从课程本身的特点、教师教和学生学的方面存在的问题及其对教学质量的影响进行了调查和探讨。

1．课程本身所具有的特点

工程流体力学课程包括理论教学和实验教学两方面的内容，课程涉及的知识面比较广泛，尤其对学生掌握经典力学和高等数学的要求较高。此外，工程流体力学课程本身研究对象是流体，研究对象不具有固定的形状、研究理论比较抽象、经验公式繁多且推导过程复杂不易理解。以上特点导致了工程流体力学课程教师难教、学生难学，教学效果不理想，并对后续课程的学习造成了不良影响。

2．学生“学”存在的问题

大学二年级的本科学生属于“90后”，独生子女占绝大多数，具有这一代孩子的共同特点，即个性张扬、自我意识很强、不太考虑别人，普遍缺乏基本的责任意识和责任感。他们在学习上表现出以下几方面特点：（1）习惯了小学、中学时代的被动式学习方式，即教师教什么就学什么，课堂不讲的就不学不看，缺乏一种积极的、自发的主动学习意识，不会自学，这一点是影响最大最深远的方面；（2）大学学习环境相对于中学来说自由了很多，学生自主支配的时间占多数，没有教师和家长的督促，学生的自制力不强，玩、逃课的现象严重；（3）课前不能提前预习课程内容，对于大学课堂授课知识量大的特点，学生跟不上教师的思路，容易造成听不懂、学不会的结果；（4）课下不认真复习当天学习内容，作业普遍存在抄袭现象。

3．教师“教”存在的问题

在当前大形势的影响下，教学考核制度“重科研，轻教学”的思想对教师的教学积极性具有很大影响。教师不能根据当今大学生的特点进行教学、调动学生的学习热情、激发学生的学习兴趣是造成教学效果不理想的主要原因，主要表现在以下几方面：（1）教师上课自己沉浸于“讲”课的过程中，单方面向学生“传授”知识，而不顾及学生“听”课的感受，忽视了教学过程中“教”与“学”之间的互动性。

这种教学方式造成的更大危害是逐渐使学生彻底丧失了学习的主动性和与教师交流的动力。在这种情况下，教师无法得到学生反馈的信息，进一步影响了教学水平的提高。（2）教学内容老旧，讲课内容局限于教材本身，没有或很少对课本知识进行扩展、结合现实生活中的实际现象进行举例说明，理论与实际脱节，导致学生不知道学习本门课程能够解决什么问题和如何解决问题的疑问。（3）过于依赖多媒体课件授课，板书很少，或者几乎就摒弃了板书。此外，课件的制作质量不高也是造成教学效果不理想的一个方面。

二 教学改革的思考与建议

1．教材方面的思考与建议

工程流体力学课程教材的选取要根据本专业特点和要求、学生的层次，有针对性地选择教材。所以，选取的教材在内容组织上重点应侧重于基本原理、基本方法和基本公式的运用，力图做到概念准确、通俗易懂、内容均衡、学以致用。此外，任课教师根据科学的发展能够及时更新和补充最新的学科前沿知识，拓宽学生的知识面，启发和增强学生对本课程知识的理解，以及思考的兴趣。

2．兴趣是重要的前提

爱因斯坦说过，兴趣是最好的老师。而老师则是点燃学生学习兴趣的火炬。如何激发学生的学习兴趣是关键。因此，在工程流体力学教学过程中，如何将教学内容与实际紧密联系起来，激发学生的学习兴趣是提升教学效果的重要措施之一。通过视频、动画向学生展示自然界和人类生活密切相关的流体力学现象。如高尔夫球运动中，球体表面设计如此多的凹坑是为了起到什么作用；从汽车的发展历史看，车辆形状发生了很大的变化而其外形设计依据是什么；飞机的机翼能够产生升力托起沉重的机身，原理是什么等；以此来增强学生对流动现象的感性认识。通过在日常生活中可以直接看到或者感受到的现象的直观展示，学生可以知道本课程可以解决哪些实际问题，带着疑问和兴趣去学习，激发学生学习本课程的兴趣，相应的学生学习的积极性和主动性就被充分调动起来了。

3．“教”的改革实践

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[论文摘要]论文结合教学实践，提出了以传统教学模式为主、以现代化教学手段为辅的教学方法。结合实例讲清楚基本概念，够用为度重点突出理论公式的应用是常规教学应遵循的模式，并与多媒体辅助教学手段有机地结合起来，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，达到提高教学效果、提升教学质量的目的。 

 

一、前言 

《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] 

[1]许贤良,王传礼,张军等．流体力学[m]．北京:国防工业出版社,2006． 

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关键词：流体力学；课程建设；创新能力

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：

[1]马德秀.寻找人才培养模式突破 致力培养创新人才[J].中国高等教育，2006，（11）：19-21

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关键词：工程流体力学；计算流体力学；CFD软件及源程序；教学研究

中图分类号：G6420；TU 文献标志码：A 文章编号：10052909（2015）05015404

一、工程流体力学与CFD软件、源程序

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）软件通过计算机数值计算和图像显示后处理，对包含流体流动和有热传导等相关物理现象作出系统的分析。目前，CFD 技术已经广泛应用到航空、航天、气象、船舶、水利、化工、建筑、机械、汽车、海洋、体育、环境等领域，取得了令人瞩目的成就。在现代科学技术高度发展的今天，计算技术已被引入到流体力学领域，使以前因计算过于复杂而影响进一步探讨的流体力学问题逐步得以解决，计算流体力学已经成为研究流体力学的重要方法[1-3]。常用的CFD计算软件有FLUENT 、CFX、Phoenix等。FLUENT 软件是目前常用的一套高性能的数值软件，是专门针对流体工程数值计算与仿真需求而开发的一种流体数值仿真软件。

工程流体力学课程教学内容主要分为流体静力学、流体动力学、相似和量纲分析、管中流动、孔口出流和缝隙流动等[4]。其中，管中流动主要研究圆管中的层流及紊流、管路中的沿程阻力、管路中的局部阻力及管路计算等，涉及到一系列的概念和理论公式，学生理解起来有点枯燥、困难[4-5]。通过利用FLUENT软件和源程序进行数值模拟这一环节，变枯燥的理论公式计算为生动的计算机数值求解，既提高了学生的学习兴趣，同时也使学生有了更多的感性认识和理性认识，增强学生解决实际问题的能力。在流体力学课程教学中， 有意识地穿插计算数学、Fortran语言编程、CFD知识，有助于学生理解流体力学公式及方程，

也可以加强学生对其他学科知识的理解和掌握，达到多学科之间的融会贯通， 触类旁通。为此，笔者对科研成果中相关源源程序、部分开源程序和CFD 软件在工程流体力学课程教学中的应用做了一些探索与实践。

二、 教学案例

（一） 圆管中的层流及紊流教学实例

在工程流体力学教学中，管中流动是主要章节的内容，涉及的理论和公式多，不易理解。圆管流动有层流和紊流两种流动状况。雷诺数是判别流体流动状态的准则数。为加深学生对流速分布和压强分布规律的理解，在教学中可安排课外作业，设置用FLUENT软件来模拟研究三维圆管的层流和紊流流动状况，作出验证分析。

图1为圆管流动入口和出口边界截面的流速分布图（l=2m， d=0.1m）。取流动充分发展部分，离入流边界x/D=1.6的截面其流速分布如图2所示。可以看出流速沿半径Y方向成抛物线分布，与书中理论公式相符，如式（1）所示。通过数值模拟，学生对圆管内流动速度分布有了更深刻的认识。

由图3可以看出圆管内部压强分布从管口处向延伸方向逐渐减小，可知流速相应增大，符合流速大、压强小的流动定律，也符合圆管流动压降的原理。另外从入口处的压强分布可以看出，在圆管任何截面上，其压强分布也不是均匀的，也有分层现象。＼

图 3 圆管内部压强分布

图4为圆管轴线上的速度分布。由图可以看出，在圆管的轴上，进口段流速分布变化较大，从进口流速v1=0.005m/s急剧上升到最大流速umax=0.00 848m/s。层流入口段长度有经验公式可以算的，即

L≈0.058 dRe （2）

可算得入口段长度约为1.18m，由图4显示效果可以看出，流速在离入口1.1m到1.2m之间，即入口段长度约为1.1～1.2m，符合书中理论计算结果。

图 4 圆管轴线上速度分布

图5为圆管内部x轴方向不同截面的流速分布，可看出流速在截面上从入口到出口的变化。水流在圆管内部的流速分层很明显，靠近壁面处流速接近于零。

图 5 主流方向截面流速分布图

图6为圆管紊流充分发展段某一截面的流速分布图。从图中可以看出在紊流充分发展段，截面流速散点图最高处几乎为一条直线，说明圆管内大多数流体流速趋于稳定，而是更加平滑。紊流过流断面的流速对数分布比层流的抛物面分布均匀得多，这在理论上符合紊流流速的对数分布律，即：

uu=1Klny+C（3）

图6 Y方向中心轴线的流速分布

（二）管路中的沿程阻力教学实例

在流体力学教学内容管中流动一章的教学实践中，笔者利用前期研发的程序[6]设置了以半扩散角为4o、扩散度为3.92的锥形渐扩管路内的不可压缩流动数值模拟算例，旨在将对接科研成果的教学模式用于辅助工程流体力学课程教学实践。已知条件：锥形渐扩管路前接管直径为30 mm，后续管直径为50 mm，总长度为70 mm。管内流动介质为空气，进口速度为1m/s。 网格模型如图7所示。

图7 锥形渐扩管路系统内流场网格模型

数值计算结果如图8所示。从图中可清晰看出，在突然扩大段，压力逐渐增大，表现扩压效果，但中心线上的速度呈下降趋，若扩散角增大时，在渐扩段会出现局部回流区，这是造成局部能量损失的重要原因。

图8 锥形渐扩管路内压力场

局部阻力误差分析：对于锥形渐扩管的局部阻力，可以用包达定理的形式表示：

hζ=ku1-u222g（4）

其中，k为经验系数。由式可知，锥形渐扩管局部阻力损失理论计算公式为：

hz = ku1 - u2 22g = k1 - A1 A2 2×u21 2g = k1 - A2 A1 2×u22 2g（5）

其中A1为渐扩管上游横截面积，A2为渐扩管下游横截面积（m2），u1为渐扩管上游平均流速（理论值），u2为渐扩管下游平均流速（理论值）。A1 = πd21 4 = π×124，A2 = πd22 4 = π×224，u1=1 m/s，g=9.8m/s2 。代入（5）式得：

hζ理=0.004 305 m

实际流体的伯努利方程为[7]：

Z1 + P1 ρg + u21 2g = Z2 + P2 ρg + u22 2g + hf + hζ （6）

将仿真结果代入上式，其中Z1=Z2=0 P1=-0.03pa，P2=0.4pa，u1=1.06m/s， u2=0.58 m/s， hf=0， 得 hζ模拟=0.00 435m。误差率为：

η=hζ模-hζ理hζ模×100%

=0.00 435-0.004 3050.00 435×100%=1.03%

（三） 后台阶流动教学实例

为让学生对雷诺数有更进一步的感性认识，利用开源CFD程序[8]可设置后台阶流动教学实例，比较不同入流Re数时台阶后涡的大小和长度，现选择四种Re数工况的计算结果进行后处理，得到如图9所示的流线图。从图中可以看出，随Re数的增加，台阶后方主涡的大小呈增大趋势，在Re=1 000时在上方有次生涡的出现。

图9 不同雷诺数下的流线图

三、 教学实践中的几点体会

（一） 理论教学与数值实验教学的合理利用

在工程流体力学理论教学时可结合数值实验教学加以辅助，例如在管中流动一章教学时，可以用上述相关教学实例。由于在进行课堂演示教学时，依计算机性能及不同问题的规模难易程度，数值模拟求解的时间将有不同，要掌握合理数值模拟时间。可采取让学生安装CFD程序及软件，并要求学生事先自学使用方法，尝试数值预测，预习理论知识。然后教师理论教学时对学生预测结果进行抽样调查分析，将理论结果与计算结果比较分析。条件许可的话，也可以通过高性能集群提交计算作业，在较短的时间内获得计算结果。这样学生对复杂的理论就能有深入的认识，同时也锻炼了学生的科研能力。

（二）适当安排精选案例教学

课堂教学演示案例的选取应做到简单且具有代表性。 案例简单能够减少计算机的运行时间，使教学更加紧凑；而有代表性的案例贴近生活或工程实际，则有利于提高教学趣味，开阔学生的视野。由于课堂教学时间有限，因此应在简单演示教学案例的基础上，精心布置较为复杂的课外任务。

（三） 源程序和软件互补

在数值模拟教学中结合利用软件和程序。软件不是万能的，商用软件所能解决的问题是已在学术界得到充分研究的问题，对于科学研究来说，自己编程是必不可少的。一方面，自编程能更好地理解CFD具体实施过程，对商用软件的理解和使用也是有帮助的。另一方面，自编程序还可以更好地对接科研成果，用于工程流体力学课程辅助教学。

四、结 语

通过上述几个数值模拟实例可以看出，数值模拟过程并不太难，但结果更形象直观。借助计算机辅助手段，在工程流体力学课堂教学中，利用CFD软件及源程序进行数值模拟辅助理论教学， 将理论性较强的内容形象化，可以开阔学生的视野， 激发学生的学习兴趣和创新意识， 加深学生对基础理论的理解。此外，通过对接科研成果，用源程序进行数值实验教学还可以培养学生的动手能力和科研能力，丰富数值实验教学内容。参考文献：

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[2]张涵信，沈孟育.计算流体力学―差分方法的原理和应用 [M]. 北京： 国防工业出版社，2003.

[3]傅德薰，马延文.计算流体力学[M]. 北京： 高等教育出版社，2000.

[4]张也影.流体力学[M].2版.高等教育出版社，2009.

[5]郑捷庆，邹锋，张军，等. CFD软件在工程流体力学教学中的应用[J]. 中国现代教育装备， 2007（10）：119-121.

[6]何永森，舒适，蒋光彪，等.管路内流体数值计算与仿真[M]. 湖南 湘潭： 湘潭大学出版社，2011.

篇10

关键词：流体力学 教学改革 互动启发式教学

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）02（b）-0030-02

近年来，作为在新的历史时期全面推进我国高校人才培养模式改革的重要举措，中国矿业大学（北京）大力开展全面建设研究型本科教育教学体系，加强学生创新能力的培养，落实“创新教学环节”的教学改革研究。“创新教学环节”由创新方法类课程、创新实践活动组成。包括科研导论课、科研技能实践、以及大学生创新训练项目等等。然而，大学本科生在校的大多数学习时间还是以课堂为主，如何对课堂教学进行改革，以适应研究型本科教育教学体系的需要，是本文探讨的问题。

1 流体力学课程的指导思想及定位

流体力学是工程力学专业的核心基础课程，为后续课程提供必要的基础知识和应用工具。因此，牢固掌握流体力学课程的基本内容，熟练运用该课程的基本方法，透彻理解其基本思想，是打开力学专业阶段学习的关键。对于流体力学这门课的普遍认识是，老师们难教，学生们难学。究其原因，是因为学生在中学没有接触过流体方面的知识，是“懵懂无知”的状态；而到了大学，一开始就要接触流体的性质、模型、运动学和动力学的概念，是“被动接受”的状态。这对于大学生来说势必会感觉很难，从上课听不懂，习题不会做到上课不想听，习题抄答案，形成恶性循环，而教师的灌输式教学更使得这门课预期达到的教学目标难以实现。学生的基础没有打好，对于后续课程的学习势必产生不良影响。如何使学生在学习过程中既能独立思考，又能积极响应教师的互动提示，进行有效的互动，这是提高教学效果的关键所在。

以学生为主体、教师为主导的互动式教学思想[1]在教学工作中逐步得到巩固和落实，在教学方法的改革上取得了可喜成绩。但是，要真正实现“教以学为本”[2]，还需要不断在教学思想、教学方法、课堂结构等诸多方面进行创新性的探索与研究。作者近年来一直从事流体力学课程的教学工作，对如何让学生学好这门课进行了一定的研究。作者认为，启发式教学[3]对于流体力学难教、难学这一问题是一有益的解决方案。通过在课堂上与学生互动以及在适当的时候对学生进行启发，能够改变流体力学课堂沉闷，学生不想听讲的氛围，同时对培养学生的力学修养与力学能力大有裨益。教师在教学过程中切实重视、真正确立学生在学习过程中的主体地位，通过学生自悟、质疑、写练的同时，加强学生主体之间的信息交流，以及教师的适时点拨启导，构建“互动启发式”这一课堂教学结构体系，能更好地让学生学会学习，逐步提高学习修养。

作者针对上述问题，参考了国内外教学资料，结合多年教学经验，并以工程力学08级的“流体力学”教学为研究对象，成立了“岩爆研究大学生创新小组”。小组成员利用课余时间，参加重点实验室的科研活动，在北京市学会第17届学术年会上了表了三篇论文[4～6]。小组成员的学习热情、学习成绩、研究水平得到了很大的提高。由此可见“互动启发式”教学适应教学改革的需要。“互动启发式”教学方式改变了过去那种学生被动接受的状况，它要求教师的教学必须以调动学生的积极性为主，学生是主动的参与教学，而不是被动的去记忆。作者在教学中发现，互动启发式教学方式是教师学生“双赢”的教学方式，它促进了师生间的情感交流，调节了课堂气氛，是符合大学教学大纲的新选择。

2 流体力学的基础性、前沿性和时代性

《流体力学》课程是计算流体力学、多相流动、非牛顿流体力学的基础性理论。同时，本门课程对于许多理论性较强的学科，如工程热力学、传热学、应用数学、应用物理学、流固耦合、渗流力学等，都是必不可少的基础理论课。《流体力学》课程中的许多专题：如边界层理论、湍流、涡动力学、水波动力学、气体动力学等都是发展迅速的前沿学科。当前，随着环境和资源探测要求的增长与技术进步，出现了许多或以流体力学为基础、或与流体力学相交叉的新学科，如CCS（碳固存）、煤岩中的瓦斯流动、多场耦合、多相流及非牛顿流体力学；特别是随着高超音速飞行器和运载工具、超静音潜艇、以及现代武器系统的发展，为流体力学学科提出了更多的新问题，也为学习《流体力学》的学生提供了广阔的发展空间。

3 流体力学教学改革的尝试和成效

在教学中努力践行“研究型学习”[7]与“创新型人才”[8]的培养。开展“互动启发式”教学法改革，培养学生积极思考、研究型学习、创新型思维的能力。在平时成绩考核中，增加了“研究报告”一项，指导并鼓励学生针对书中的重点、难点问题进行深入研究，在创新教育理念与研究性教学相融合上做出了有益的实践。

3.1 教学方式的改革

《流体力学》课程的特点是：理论性很强，对学生的数学基础要求较高。例如，除了需要了解一般张量变换和指标运算的规则外，还需要了解张量场论、曲线坐标系下的张量微分学、微分几何中关于点、线、面间的拓扑关系；以及由Gaussian定理、Stokes定理、标量势、矢量势、Helmholtz张量分解定理、向量场的梯度来表示流体力学的求解域，需要了解它们的几何意义以及在流场几何描述中的应用。另外，在对不同流动现象的偏微分方程定解问题的求解中，需要讲解有关的数学物理方法的背景知识，如解波动方程的行波法、求解涡旋场中的格林函数法等。仅采用PPT教学，难以表达在定理推导或偏微方程求解中的思辨、引证与推理过程。

因此，将传统“板书式”教学与现代教育技术相结合，各种方法互为补充，探索启发式教学法的创新，采用了以下的教学方法与教学手段：

（1）对于建立流体力学基本方程组或偏微分程求解过程中的数学推导，采用板书讲解为主，PPT为辅的教学方法。由于多数学生的张量场论与张量微分学的基础较薄弱，在从这些定理出发建立流体力学基本方程的教学中，需要进行较长时间的数学推导，很容易造成学生的疲劳。采用传统的“问-答”为主的“启发式”教学法，往往得到“启发”的只是部分基础较好的同学，多数学生很少能主动响应，容易形成流体力学“难以学懂”的印象。

针对上述问题，创造性地设计了“互动启发式”教学法。所谓“互动启发式”教学，就是在设置启发问题过程中，对被启发对象的思维过程施加以强烈的影响，激发学生深入思考的方法。具体是，在理论学习、定理推导、或典型例题讲解过程中，由老师首先进行提纲式讲解，针对教材中的重点且难点问题，要求学生进行一定时间（5～7 min）的课堂练习作业，启发学生提出问题。最后，再由老师进行板书讲解的“讲解―学生练习-提问―再讲解”的课堂教学过程。

“互动启发式”教学法实施的关键，是由教师对讲解的问题进行纲要式分析，给出主要思路并交待相关背景知识，对其中的关键问题设置疑问点；在学生进行5～7分钟的课堂练习过程中进行巡查，发现学生遇到的难点并适时提问，最后，有重点地进行分析与讲解。在这一过程中，给学生提供了一个独立思考的机会、创造了一个平等、自由的提问环境，使学生可以毫无顾虑地与老师交流，也便于老师及时发现问题。老师在学生达到思维临界点时的讲解，学生的印象深刻，可以达到事半功倍的效果。

（2）对于流体力课程中应用型专题和涉及实际物理现象较多的章节，采用PPT或录像为主的现代化教学方法。这样，可以在有限的课时内，在使学生充分掌握书中的理论知识的同时，对相关的物理现象有感性认识，加深对理论知识理解，以激发学生的科学探索精神，提高学生的学习兴趣。为此，通过课程建设，编制了实验录像。实验录像介绍流体力学理论的背景知识，如有关流体粘性、压缩性、静力学实验、伯努利方程实验、雷诺实验、边界层流动等，利用PPT等现代化教学方法在课堂教学中加以运用。

（3）耐心、细致的课后辅导。对于在课堂上提出问题的学生，无论问题对错、难易，在回答问题前，首先用“这是一个很好的问题，……”“你的问题很重要，……”等加以鼓励，然后再回答问题；对勤于思考的同学加以表扬。

（4）改革考试的形式和内容，促进教学质量的提高。教学实践中，对期末考试进行改革：平时成绩定量化计分制；要求每位同学选择教科书中的一个专门问题进行研究，提交一份专题研究报告；在期末考试卷面成绩出题中与评分中，强调解题的分析过程。通过上述方法，在考试内容上，将知识测试与创新能力测试相结合。

3.2 教学改革效果

自我校工程力学专业开设《流体力学》课程以来，作者一直致力于以创新型人才培养、研究型学习方法建立为目标的教学改革，在不断提高自身理论水平的同时，提出了“互动启发式”教学方法并在教学实践中加以运用。学校教学督导组的资深老师多次听课，都给予了很高的评价。在授课中注重板书推演、思辨清晰、严谨、通俗易懂，在课后热情辅导同学们的学习与创新研究活动。作者的授课及辅导受到同学们的广泛欢迎。

4 课程特色

力学专业《流体力学》课程理论性强、对张量分析、场论、数学物理方法与特殊函数等数学基础知识要求高。作者在不断提高自身的理论水平、积极开展教学研究与改革的基础上，形成了以下课程特色：

（1）在建立流体力学基本方程组与求解流场数学模型过程中，板书推演思辨清晰、严谨、通俗易懂，对所需的张量、场论、数学物理方法背景知识可进行详细分析或精讲。为使理论分析连续、易于启发学生的思维，撰写了近60万字的背课笔记/授课讲义，在板书推导中，多数情况下可以脱稿讲解。

（2）采用“互动启发式”教学方法，在课堂上形成与学生间的良好互动，启发学生的自主思维、深入思考，以达到深入理解复杂数学、力学理论的目标。“互动启发式”教学方法不断充实完善，形成了包括课堂的即时启发教学、平时的考察辅导与期末考试互相支持的系统方法。为研究型学习与创新型人才培养提供了有力保障。该方法得到了越来越多的认同。工程力学系的同仁，如黎立云教授、祝捷副教授等老师都采用了“互动启发式”教学法，并形成了自己的特色，取得了很好的教学效果。

（3）强调“研究型”学习方法。在平时的作业中，要求学生将每一道习题当作一个“模型科学问题”，以论证与推演过程是否合理来评价学生作业的优良等级。对学生的作业认真评分并计入平时成绩。允许作业成绩不理想的同学可以重作，重新评分。另外，要求学生在课程结束前，选择书中的问题提交一个研究报告，老师给予辅导、评分，并计入平时成绩。以上措施在培养学生的研究型学习方法上起到了十分重要的作用。

（4）积极引导、支持学生开展创新科研活动。指导学生针对教学中的重点和难点开展解题方法、教学方法的研究，并将结果撰写成研究报告或教改论文。在授课期间，对有学生要求给予科研的学术指导，总是热情响应。

5 流体力学教学工作的展望

（1）继续充实、完善习题库、多媒体课件、实验录像等教学资源，实现优质教学资源共享。

（2）以创新型人才培养、研究型学习方法为目标，继续开展教学方法的研究，不断完善“互动启发式”教学方法的内涵。

（3）现有的力学专业《流体力学》教材或深度不够、或难于自学。准备在多年流体力学教学积淀与撰写的讲义的基础上，出版一部通俗易懂、学术水平高、具有矿业特色的流体力学教材。

（4）目前的张量分析、场论的教材大都比较抽象，受众较少。准备集自己多年在微分几何、张量与场论理论的学习心得，在撰写的讲义基础上，出版一部侧重于讲解张量、场论主要定理几何意义及其在流场描述应用的学术论著，作为力学专业《流体力学》课程的参考教材。

（5）跟踪国际上最新研究成果、发表高水平科研与教改论文，提高自身素质，促进教学水平的提高。

6 结语

用“互动启发式教学”法进行教学，不但能使学生顺利地接受新知识，而且教给学生利用已有的知识通过归纳总结去认识新知识的一种有效的学习方法，这就给了学生一双点石成金的手。同时，由于采用对比、比喻等方法，引进一些生动活泼、通俗易懂、典型直观的事例，不仅使教学双边活动有声有色，而且在重温旧课时轻松愉快的认识和掌握深奥、抽象、复杂的概念和规律，起到事半功倍的效果。“互动启发式教学”是传授知识、启迪思维提高教学质量的重要手段，是一种行之有效的、科学的教学方法。

总而言之，作为大学教师，为了改革传统的教学模式，必须在了解自己学生的基础上采取相应的教学策略和教学方式。互动启发式教学方式克服了传统教学方式的不足，调动了学生的积极性和主动参与性，它是大学教学改革的必然要求，应该坚持并努力完善这种教学方式，使教学真正做到学以致用。

参考文献

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[2] 季哲.以学为本的课堂教学系统的研究[D].华东师范大学，2012.

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