流体力学精品课程教学改革与实践.docx

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1、流体力学精品课程教学改革与实践 摘要： 流体力学作为工程技术类专业的一门基础课，其理论性强，学问点多，难度大，不简单被学生理解。在流体力学省级精品课程建设中，推行多媒体教学方式、实行分层次与类别教学模式和启发式试验教学模式；在流体力学课程中引入计算流体力学的教学与实践，将科研立项与创新实践活动结合起来，达到巩固学问、加深理解以及培育创新实力的目的。 关键词：流体力学；教学改革；多媒体教学；分层次教学；试验教学；CFD 中图分类号：G6420；TU311 文献标记码：A 文章编号： 1015290902022404 流体力学是探讨流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科，是力学的一个分支。随着科

2、学技术的日益发展和进步，流体力学课程不再仅仅是热能与动力工程专业的基础课，也渐渐成为机械、环境、石油、化工、土木等工程技术类专业的主要基础课，是连接基础课和专业课之间的重要桥梁和纽带1-3。同时，流体力学又是一门历史悠久而富有新生命力的学科，它综合了张量、场论、复变函数、数值方法以及计算机学问和光学测量技术等学问。随着新理论与新技术的不断涌现，如何提高流体力学课程的教学质量，推动课程教学与试验的改革 是教化工作者面临的重要课题。 2022年笔者所在学校的流体力学课程被列为江苏省精品课程。在精品课程建设过程中，针对课堂教学与实践教学的不足，主动推动教学改革与实践创新。一是通过将新方法、新模式引入

3、教学，主动探究新形势下传统流体力学课程教学模式与现代教化方式方法的融合4-6。二是针对不同层次学生对流体力学基础学问的不同需求，除根据学校各专业的总体培育安排进行教学之外，还在课堂教学与实践教学中推行分层次和分类别的教学模式，以达到教与学的统一，推动教与学的共同完善7。三是针对目前试验教学与课堂教学相互脱节的实际问题，推行任课老师指导试验教学的制度，将课堂教学与试验教学有机地结合在一起，将书本上的理论学问在试验中进行验证，实现课堂教学与试验教学的交融和互补，巩固学生对学问的理解，也调动学生的学习爱好。此外，在试验教学中采纳启发式教学模式，引导学生举一反三，培育学生的创新意识与实力 8。四是主动

4、推行计算流体力学教学，将科研工作引入对学生的培育之中9-10。五是注意启发式、互动式、质疑式等教学方法的应用，吸引学生的留意力，提高课堂教学效果。 一、多媒体教学方式与传统教学方式的互补 主动推行多媒体教学方式与传统教学方式的有机结合。传统教学方法主要是老师利用板书进行教学，通过板书将理论分析、方程推导等演绎清晰，便于学生记好笔记，易于接受。老师与学生也能够实现良好的互动，教与学协调一样。但由于传统教学方式节奏较慢，在目前学时量削减的状况下难以完成繁重的教学任务，并且流体力学是一门理论与实践结合得非常紧密的学科，许多学问点可以通过影像和声音在多媒体上较好地呈现出来，有助于加深学生对流体力学学问

5、的相识和驾驭。因此，多媒体课件在流体力学课程教学中发挥着重要的作用，它能将文本、图像、视频图像、动画与声音等信息集中展示，比传统的教学方法更为直观，更简单被学生理解和接受，并且能供应比传统教学方式大许多的信息量。因此，将多媒体教学与传统教学方式结合起来，达到优势互补是值得思索和探讨的重大课题。须要明确的是，多媒体教学与传统教学方式处于同等重要的地位，二者不存在主次之分，只是互为补充。因此，将理论分析、方程推导等内容采纳板书形式进行推导和分析，使学生能够了解基本方程的来龙去脉。对于推导过程繁琐且难于理解的部分，要将具体讲解和利用多媒体制作相应的图像、视频或动画说明结合起来，以强化学生的理解。比如

6、流体微团的运动分析，通过对其平面的流淌分析，可以知道流体微团平面运动时，其平动、线变形、转动、角变形可以表示为： 明显，采纳方程形式表示的亥姆霍斯速度分解定理较难理解；而用多媒体教学中的动画来表示则能很好地说明这种现象的发生和演化过程。假如将两者有机地结合起来，使枯燥、呆板的公式与形象的视频动画演示相互融合补充，有助于学生对流体微团运动分解定理的理解和对亥姆霍斯定理的记忆5。因此，教学中将多媒体教学与传统教学结合起来，可以起到事半功倍的效果。 二、分层次与分类别教学方法的运用 针对不同专业学生对流体力学学问的不同要求，在实际教学过程中采纳分层次与分类别教学方法，将流体力学学问分为学术类与工程技

7、术类。教学中以工程类教学作为主要模式，因为大多数学生面临就业，而只有少部分学生可能会接着深造。然而，在理论分析与方程推导中，应注意与高等数学、复变函数等学问的联系，以提高流体力学课程教学的学术性。比如对于连续性方程的推导，可以采纳两种不同的方式进行推导。 第一种方法。在直角坐标系中取一个由空间点作用的固定不动的平行六面体元素，其棱边dx，dy，dz分别平行于坐标轴。 以上即为两种不同的连续方程推导方式，此外还有其他方式。对学术性要求较高的学生，其次种方式既能使学生驾驭较为深邃的流体力学学问，同时又将高等数学中的微积分、复变函数、线性代数等学问与流体力学紧密结合在一起，为学生在更高的平台进行学习

8、和深造奠定了理论基础。 三、试验教学与课堂教学的统一 试验教学是流体力学的重要教学手段，在流体力学课程教学中占有重要地位，是一个必不行少的教学环节。通过在试验中视察流淌现象，能增加学生的感性相识，巩固已学过的基础理论学问；通过验证性试验能够验证所学过的流体力学原理，学会利用流体力学基本原理来分析和说明流体力学现象或者流体力学问题；通过试验学会利用各种仪器测量基本的流淌参数，驾驭肯定的试验技能，有助于提高学生实际动手操作实力；通过试验获得相应的试验数据，通过对数据的整理、分析和撰写试验报告，能够培育学生在工程实际问题中的试验设计、数据整理与撰写报告的实力。因此，事实上可以将简洁的流体力学试验看作

9、是解决一个工程实践问题的全过程。 针对目前试验教学中存在的学生等、靠、要等较被动的问题，实行主要任课老师指导试验教学的方式。首先，通过课堂理论学问的讲解，帮助学生驾驭理论分析的结果。然后，在审核通过学生的试验预习报告后再把学生带进试验室进行分组试验。在试验过程中注意学生动手实力的培育，一般3-4人为一组，测量读数数据计算调试设备等，做好分工协作，测量的数据须经老师批阅。在整理试验数据时，将试验结果与课堂教学得出的理论结果进行对比，分析二者之间存在的差距及误差的合理性。 此外，试验教学中应重视学生创新实力的培育。针对某一详细的试验，以课后作业的形式要求学生给出其详细试验的实现方式。学生给出的试验

10、方式可能五花八门，有些甚至不切实际，但这种方法为他们供应了思索和创新的空间，培育了学生创新的思维与意识。有的学生提出的试验方式经过老师指导后，可借助学校的科研立项活动实现这种想法，或者以新型专利的形式申报课题。这既是对学生创新思维的一种激励，也能调动更多学生学习流体力学的主动性。例如，动量方程的验证明验，先让学生自己思索如何将动量方程的冲击力作用测量出来。有的学生提出采纳弹簧称的方法，即将射流冲击一个带有弹簧秤的平板，这样就可以测量出射流的冲击力；还有的学生提出采纳天平原理或杆秤测出射流的冲击力。在此基础上引导学生预习驾驭动量方程验证性试验中冲击力的测量方法活塞式动量方程试验装置12。学生在充

11、分驾驭动量方程的基本理论分析和试验测量的原理后，从试验中得到有关数据，最终分析计算出所对应的动量修正系数，从而加深对动量修正系数含义的理解。这是试验教学和课堂教学相互促进的典型事例。 四、 将CFD模拟技术引入教学过程 在数学与计算机技术高速发展的今日，伴随着计算方法的不断扩展，不但解决了无法采纳理论分析求解的困难流淌问题，而且通过数据处理还能得到整个流场的速度分布、压力分布以及其他物理量分布，并且可以通过图像甚至动画演示出来，达到在空间和时间上定量描述流场的目的。例如卡门涡街，单独的一张图像难以说明卡门涡街的发生发展状况，而通过Fluent等计算流体力学软件模拟后作出的动画则能够形象地展示其

12、流淌形态，加深学生对卡门涡街形成和发展过程的理解。目前，商业化的计算软件已经日趋成熟，性能也在不断完善，已得到广阔探讨工作者和工业界的认同，CFD模拟技术的应用早已超越传统的流体力学和流体工程的范畴，成为工程设计中优化设计的重要技术手段9。 在传统流体力学的教学过程中引入数值模拟的计算，旨在调动学生的学习爱好，加深学生对流体力学基本方程的理解和应用。数值模拟教学主要针对以下几个方面：一是建立起反应流淌问题的数学方程，确定数值模拟计算的边界条件；二是离散方程，这是课程的难点和核心内容，因为这部分内容在商业化的软件中无法体现出来，因此只能在课堂教学中阐述限制方程的离散方法，如有限元法、有限差分法和

13、有限体积法等；三是程序的编写与调试以及网格的划分等，这部分内容同样已包含在软件中，教学中应主要用计算机语言C、Fortran等程序语言完成程序的编制；四是通用商业软件的详细操作，例如采纳Gambit画网格，导入fluent后求解器的选择、模型选择等详细的步骤，可以通过教学和上机完成；五是计算结果的显示与处理13。 五、结语 在教学过程中引入多媒体教学方法，实现传统教学方法与现代教学手段的有机结合，达到二种教学模式相互补充、相互促进的目的。分层次的教学方法，能实现因材施教，提高教学的针对性，使不同层次的学生学有所长，学有所用。在试验教学和课堂教学的统一中创新教学模式，充分调动学生学习的主动性和主

14、动性，达到引导学生主动思索、创新思索的目的。将CFD模拟技术引入教学过程，能加深学生对流体力学理论和现象的理解。以上教学方法的改革与实践对提高流体力学课程教学质量和效果具有非常重要的作用。参考文献： 1 王野，李亚宁. 流体力学课程多视角教学方法的探究与实践J. 高等建筑教化，2022，22：41-43. 2 王贞涛，闻建龙，王军锋，等. 流体力学创新性教学初探C. 力学课程报告论坛论文集， 北京：高等教化出版社， 2022：313-315. 3 杨小林，杨开明，严敬，等. 流体力学课程教学改革探析J. 高等教化探讨，2022， 22：47-48. 4 谢振华，宋洪庆.多媒体在工程流体力学教学

15、中的应用探讨J. 教化教学论坛，2022： 254-255. 5 毛欣炜，毛根海. 数字流体力学教学系列力学课程教学的改革J. 力学与实践，2004，26：80-81. 6 王军锋，王贞涛，王晓英，等. 关于工科流体力学双语课程建设的思索C. 力学课程报告论坛论文集， 北京：高等教化出版社， 2022：310-312. 7 张培红，王晓华. 流体力学分层次教学模式探讨J. 沈阳建筑高校学报：社会科学版，2022，9：238-240. 8 刘湘云，刘良德. 流体力学泵与风机综合性试验教学实践J. 广东工业高校学报：社会科学版， 2022：152-154 9 谢翠丽，倪玲英. 工程流体力学本科课程

16、引入CFD教学的探讨J.力学与实践，2022， 35：91-93. 10 郑捷庆，邹峰，张军，等. CFD软件在工程流体力学教学中的应用J. 中国现代教化装备，2022：119-121. 11 吴望一.流体力学M.北京高校出版社.北京， 11012. 12 闻建龙. 流体力学试验M. 江苏高校出版社. 镇江， 2022. 13 韩占忠. FLUENT流体工程仿真计算实例与分析M. 北京理工高校出版社. 北京， 2022. 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页