关于《工程流体力学》教学的思考

来源:用户上传      作者: 徐　翔

　　[摘要]就任课教师如何让学生较好地学习《工程流体力学》等问题，从上好绪论课、及时对所学内容进行总结、将流体力学知识与中学知识和生活联系起来及让学生注重对学习方法的学习等四个方面进行了论述。
　　[关键词]流体力学 教学方法 生活常识
　　
　　一、前言
　　《工程流体力学》是机械类各专业的一门重要技术基础课，该课程主要讲述流体力学的基本原理及其在工程中的应用。它是为学生后面专业课的学习的基础，对学生的要求较高，但由于该课程对学生的高等数学、大学物理、工程力学以及综合分析和处理问题的能力的要求较高，因此学生普遍反映是一门难学的课程。为了让学生较好地学习这门课程，任课应该做到以下几点。
　　
　　二、方法
　　1.上好绪论课
　　绪论课不仅仅是指《工程流体力学》课程教学的开始，同时也应该是每一章的前言介绍。
　　在绪论课的教学上，教师应该把握以下三点：(1)树立学生学习该课程的信心。由于上新课的学生可能从各种渠道了解的流体力学是一门难学的课程，从而对该课程产生畏惧感，学生就会带着一种逃避心理去学习，仅仅接受课堂上的知识，而自己不去钻研思考，这样是学不好该课程的。教师要让学生感觉到，这门课程并不难学，其实我们在中学的时候已经接触到了其中的很多内容，只是现在表述发生了变化或者增添了新的内容，使该学科体系更加完善、合理；(2)教师需要激发学生的学习兴趣。兴趣是学习的最大动力，教师应该让学生直观形象地了解工程流体力学的广泛应用性以及内容的趣味性，将一些学生感兴趣的与日常生活或生产实际有关的例子介绍给学生；(3)突出课程的重要意义和实践价值。教师应在绪论课中做到精心组织策划，让学生了解该学科体系的研究对象和研究方法，让学生知道为什么要学习该课程，在今后的学习中应该用什么样的方法去学习。
　　在大多数的教材中，在每一章之前，都会有一段比较简短的文字介绍，告诉学生本章的知识点以及相应的学习方法，这是比较重要的一个部分，能够使学生站在一定的高度把握整章的内容，知道各知识体系之间的相互结构，但是学生在阅读的时候往往会忽略的，以至于学完课程之后，只能对简单的问题进行分析处理，遇到复杂的问题就不知道从哪个地方着手，因此需要教师在讲课时加以强调。
　　2.及时对所学内容进行总结
　　工程流体力学是以流体作为研究对象的，所涉及的概念比较多，容易让学生产生混淆。如果及时的对所学内容进行总结，就会加深学生对概念的理解和记忆。例如，流体力学中有几个比较重要概念，理想流体、定常流动、不可压缩、平面流动、无旋运动等等，在任何一本教材中，这些概念都不是同时出现的，学生可能会对某些概念产生遗忘，或者是知道概念，但不知道具体该如何去应用，因此在相关概念介绍完之后，可以建立如下的表1，使个概念的物理含义，数学表达式一目了然。由于目前流体力学教材大多按照由浅入深的原则编写，即先讲静力学后讲动力学；先讲一元流动后讲平面流动；先讲理想流体后讲粘性流体。各章的内容分得比较细，每一章都有许多公式和理论，各公式的得出也分别采取了不同的方法，给人以流体力学的理论模型和公式非常之多难于掌握的感觉。实际上，这些理论和公式大多是交叉重复的，因此对于教材中出现的流体静止的微分方程、理想流体的运动方程以及N-S方程也可以放在一起加以总结。
　　另外，在有些时候，学生学完了一章的内容，却不清楚这一章到底在研究一个什么问题，这就更需要教师在上课时进行总结。以文献[1]的第四章为例，在前面的及格小节中介绍了流体运动状态、紊流的分布状况等等，学生学完之后往往会产生疑惑：为什么要研究这些东西?其中哪些是重点?作为教师应该及时告诉学生，这一章研究的是如何计算粘性流体的流动损失，其中关键的是沿程阻力系数的计算，而沿程阻力系数与流体流动的状态有关，层流可以有定解，而紊流中影响沿程阻力系数的因素过多，大多数用半理论半试验的方法求解，前面的内容是为后面做铺垫的，主要讲述了研究流体的一种思路，这样学生才能够站在一定的高度去学习和思考。
　　表1 物理概念和表达式的对应关系表
　　3.将流体力学知识与中学知识和生活联系起来
　　学生在学习的时候，往往会把自己新学到的知识和原有知识进行联系，同时做出比较。教师应该掌握学生的学习心理，积极引导学生进行学习。例如在讲解伯努力方程时，为了加深学生对公式的记忆和理解，可以将方程两边同乘以mg，所得到的结果类似于中学所学到的机械能守衡，首先使学生了解到伯努力方程的实质是能量守衡；但是与机械能守衡相比多出来pm/ρ=pV一项，可以解释成因为流体的流动性，整个流体不是一个整体，流体之间还存在压力能的作用，让学生进一步理解的流体的流动性所产生的影响；最后可以使学生清楚地理解每一项的含义：位置水头、速度水头以及压力水头。同样的，在学习静止液体的压强分布是可以和中学的压强计算公式联系起来，学习动量方程的时候可以和中学的冲量定律联系起来等等。
　　流体力学的理论性较强，公式较多，学生的理解比较困难，也缺乏相应的学习兴趣，需要教师在讲课过程中不断和生活相联系。需要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，可大大提高学生的学习兴趣。例如，在讲流体的粘性时，可以让学生比较水的粘性和糖浆的粘性；在讲解流体流动的两种状态的时候，可以让学生回想轻轻打开水龙头时的现象：开始水流是一非常细的层流细流，随着水流下降，在重力加速度作用下，速度逐渐加快，水滴开始飘动，水流由层流转化为紊流；在在讲解因边界层分离而产生的压差阻力，可以谈谈现实中的克服压差阻力的方法，一是将物体表面做成流线型(如汽车)，二是增大物体表面的粗糙度，增大紊流度(如垒球)，从而推迟边界层的分离。
　　4.注重对学生学习方法的培养
　　“授人以鱼，不如授人以渔”。《工程流体力学》不同于其它力学，所用的研究方法――欧拉法――是学生首次遇到的，让学生掌握方法显得尤为重要。另外，由于课堂教学时间的限制，教师不可能把每一个问题都讲透彻，就需要学生自己课后去领悟。例如，在讲解水击的形成、音速以及激波的时候，为了满足定常的条件，都用到了相同的坐标建立方法和分析方法，教师在课程上只需要讲清楚一个问题，剩下的只需要强调几个物理现象之间的区别以及由此产生不同的结论就可以了，这样既提高了了学生学习学习方法的能力，又节约了课堂教学时间。同样的还有流体运动方程的推导、相似准则数表达式的推导等等。
　　
　　三、结束语
　　综上所述，上好绪论课、及时对所学内容进行总结、将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是教师在讲授《工程流体力学》课程中需要注意的几个方面，这四个方面在实际讲课中并没有明显的界线，是相互联系的：上好绪论课是课程前的准备，及时对所学内容进行总结是课程后的复习，而将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是方法和手段。如何提高《工程流体力学》课程的教学水平是一个十分广泛而复杂的课题，以上只是笔者在教学改革中的一些体会和认识，其中许多问题尚需进一步探索和研究。
　　
　　参考文献：
　　[1]莫乃榕. 工程流体力学[M].华中科技大学出版社，2000.
　　[2]高殿荣，吴晓明.工程流体力学[M].机械工业出版社，1999.
　　[3]W.F.休斯， J.A.布赖顿.流体动力学[M].科学出版社，2002.
　　[4]李文科.流体力学与流体机械课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版).
　　[5]徐艳萍.《工程流体力学》教学探讨[J].江西电力职业技术学院学报.
　　
　　(作者单位：三峡大学机械与材料学院)

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