流體力學知識點范文

導語：如何才能寫好一篇流體力學知識點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、流體力學課堂的教學方法

流體力學是工程技術專業的基礎課程，其課程性質決定了其課堂教學的內容理論性知識多、記憶量大，比較枯燥。學生在進行學習的過程中，容易產生乏味感和懈怠感，導致流體力學的課堂效果不佳，學生對知識點的掌握情況不好等問題。在課堂上學生無法做到全神貫注地學習和理解，也就使學生無法做到對知識點的有效掌握，就會使學生的學習興趣下降。特別是流體力學與其他學科和行業都有一定的聯系，學生在學習過程中如果不能理解所學的知識點，對其在其他相關學科中的學習也有一定的阻礙。由于流體力學是一門基礎性學科，學生在進行學習時，其基本的任務是要將流體力學的理論知識與重點深入地理解和掌握，但學生往往忽視了基礎知識以及理論知識的重要性，過分地關注在例如方程推導等內容上，使學生的學習出現斷層，無法做到整體的理解和掌握。針對這些問題，教師可以在課堂中進行一定的改革和變化。首先，教師可以在每日上課前對本次課程所要講解的內容進行引導。通過精彩的引言，將本次課程所講的內容與前后知識點相結合，使學生能夠得到具有極大吸引力以及趣味性的課堂形式。在進行講解過程中可以將流體力學知識與生活中的自然現象以及科學原理進行闡釋，從生活中帶入，使學生產生共鳴，進而做到有效的學習。而在課堂結束后，為了保證學生的學習效果，檢查學生的記憶效果，則可以為學生進行別致的課后作業，在課后作業的幫助下，使學生能夠有效地記憶知識點和概念，使學生能夠改善知識點掌握不良的情況，為學生在其他學科的學習中增添助力。而教師在教學過程中，對學生的引導也十分重要。學生在學習過程中，容易出現學習內容理解偏頗、學習方法不當以及學習的重點掌握不明等問題，這時教師應對學生進行積極有效的引導，特別是在概念的記憶方面，引導學生以記憶概念為主的學習方法，防止學生過分追求解題而導致的知識點記憶斷層。教師在每章節的教學后，應對學生進行一定的復習教學與指導，幫助學生明確每一章節的重要內容，并對學生的知識理解做到有效的掌握和補充。

二、多媒體教學與傳統教學相結合

多媒體教學作為當前較為先進的教學方式，對豐富教學內容，增添教學形式都有重要的地位和作用。多媒體教學目前也成為流體力學教學過程中重要的教學形式之一。多媒體教學與傳統教學不同的地方在于，教師不需要在課堂上利用板書進行教學內容的展示和講解，在教學過程中，能夠加快教師的教學進度，使學生能夠輕松地完成繁重的教學任務，并通過多媒體教學形式，在較為復雜且理解性較強的知識點的學習過程中，能夠通過動畫、圖像、視頻以及聲音等內容進行輔講解，使學生更好地理解所要掌握的內容。但多媒體教學也存在著一定的缺陷，例如在多媒體教學的模式下，教師不需要通過板書進行講解和推導，學生理解和記憶的時間短，無法保證所有學生都能夠做到對所講知識有效地理解和掌握，而多媒體教學在師生互動方面也存在一定的缺陷，學生與教師的互動減少，教師則無法通過學生的反饋調整教學的進度和速度，使學生在高壓高速的課堂氛圍下進行學習，長時間就會造成學生注意力不集中，教學效果大打折扣?？梢?，多媒體教學與傳統教學，在教學過程中缺一不可。可以通過對二者的結合，將多媒體教學與傳統教學的優勢與劣勢互補，以做到最有效最積極的課堂教學形式和效果。

三、結語

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關鍵詞：地方高校；流體力學；理論；實踐

0引言

以航空為特色的濱州學院的航空專業學生，流體力學是后期學習氣體動力學、航空發動機構造、航空發動機原理等等課程的基礎課程，航空發動機分為活塞式和噴氣式，目前大型飛機多采用噴氣式發動機產生飛機向前運動的推力，其原理是從外部大氣中吸入大量的氣體經壓氣機壓縮后部分氣體流入燃燒室和燃油充分混合燃燒后形成高溫高壓的熱氣流入渦輪，最后所有吸進發動機的氣體由尾噴管噴出，吸入前和排除的氣體發生了變化變為高壓高溫高速氣體，根據力的反作用，由尾噴口噴出的氣體可在發動機上產生強勁的推力，先進的噴氣式發動機在設計階段會根據相應的流體力學原理設計不同管徑的流道，設計壓氣機和渦輪的葉片，因此理順流體力學的知識點及學習思路至關重要。流體力學的研究方法可分為理論方法、實驗方法、數值方法[1-2]。因此在教學時，可將3種研究方法貫穿流體力學的教學過程中。課程學習目標有如下4項：①了解流體力學與其他力學的本質的區別；②掌握最基本的流體力學理論知識點，如靜力學、動力學、運動學等；③具有應用流體力學的知識，分析、處理基本流體力學問題的能力；④利用數值方法和實驗方法，培養學生分析數據、整理數據、撰寫實驗報告的能力。

1理論方法

理論知識的學習是學生學習時的基礎環節，而流體力學理論知識的學習過程中，多注重公式的推導。本文以流體力學的三大方程之一的連續性方程為例，講解該公式學習的具體的過程，連續性方程式是質量守恒在流體力學中的表達式。首先學習連續性微分方程。需要建立流體的模型，在空間坐標系下選取一個微小的直角六面體A，并假設六面體內流體的密度ρ有梯度，六面體內流體的流動沿著x、y、z軸向，速度為ux、uy、uz，如圖1所示。dt時刻內微小的直角六面體A的質量流量該變量駐M可分解為在x、y、z方向上質量流量的改變量駐Mx、駐My、駐Mz。以x方向為例，dt時間內，流進六面體A的流體質量流量Mx為ρuxdxdydt，流出六面體A的流體質量流量Mx′為。因此，dt時刻內在x方向上的流出的質量流量駐Mx可表示為：根據上述推導，可知dt時刻內在y、z方向上流出的質量流量駐My、駐Mz的大小表示為：因此，dt時刻內流出微小的直角六面體A的質量流量駐M：結合質量守恒定律，可推出dt時刻內直角六面體A的質量流量的變化量的變化關系。質量流量與密度、體積、速度的變量有關，又因為體積及速度沒有變化，因此只和密度有關?？刂企w內密度的減小而減少的質量流量：然后學習恒定總流的連續性微分方程對總流的積分。從恒定總流A任意截取出來的細微的一段管道稱為控制體[3-4]。其控制面如圖2所示。過流斷面截面積為A1、A2，平均流速為u1、u2。在單位時間內，經控制面流進流出控制體積內的液體質量流量應相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面處的速度與面積成反比關系，截面積越大速度越小，反之亦然。

2實驗操作

理論知識的學習，離不開強力的邏輯思維能力，但是地方高校學生普遍缺乏此能力。而結合現有的設備，適當的跟進實驗，便于學生理解理論知識，及時互動。因此設計了基于截面積改變，流體流速變化情況的基礎實驗。本實驗室采用了氣體動力學試驗臺模擬風速，斜壓計測量截面處的動壓強，斜壓計顧名思義就是液壓管傾斜放置的測壓儀器，與桌面存在夾角，因壓強變化量相對較小，傾斜放置可比豎直放置的管路讀取的壓強數值更為精確。如圖3所示。根據斜壓計的讀值，由下列公式計算流速。試驗前先做好準備工作，如連接好皮托管與斜壓計的橡膠管，皮托管可感受來流總壓和靜壓，從而得到動壓差，皮托管如圖4所示。把斜壓計根據基座上的校正氣泡調成水平放置，在斜壓計內適當的放入部分無水乙醇，純度為99.7%，它的密度為0.790*103kg/m3。液面和斜壓計0點重合。靜止時斜壓計讀數為0mm。實驗過程中，可通過調整出風口截面積的大小，觀測斜壓計內讀值（流速）與試驗段截面積的關系，截面形狀示意圖如圖5所示，實驗數據如表1所示。結合試驗結果，分析可知，在模擬風速不變的情況下，流速與截面積的大小成反比，截面積越大流速越小。而在日常生活中，我們能看到很多的現象和此原理有關，如河道突然變窄的區域水流速度很大，山谷里的風比平地上的風大。

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關鍵詞：材料科學與工程專業；流體力學教學；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）48-0039-02

流體力學是一門研究流體的受力與運動規律的嚴密科學，是一門材料科學與工程專業中理論性和實踐性都較強的專業基礎課程。在流體力學的教學過程中，涉及到的數學公式很多，過程較為復雜。歷年來，學生們普遍認為流體力學課程枯燥無味，難以學懂，興趣不大，導致教學效果較差。分析材料科學與工程專業現狀可知，目前，該課程體系教學中存在著較大弊端：一方面，太偏重于數學推導與公式的理解，忽視了課程理論的物理意義與工程應用的有效結合；另一方面，忽視了課程的基礎作用，片面強調課程的專業性。為此，本文結合材料科學與工程專業的課程設置，對課程的教學環節進行了改革探索。課堂教學是提升學生認知的重要手段。筆者認為可以從以下幾個方面來提高流體力學的教學質量。

一、優化教學內容

縱觀材料科學與工程專業的流體力學課程體系，可將之分為基本理論知識、基本應用、實驗部分、與其他學科的交叉內容、工程實際應用等方面。在教學過程中，筆者認為采用模塊化教學方式能夠達到較好的效果。所謂模塊化教學是指根據學科或專業的不同需求選擇學習內容，將每個內容或環節定義為模塊。每個模塊的目標明確，針對性強，而且學時數相對較少，容易提高學生的學習效率。當然，各個模塊之間并不是孤立的，在教學實施過程中，模塊是相對獨立的，但從課程的整體架構上來說又是有機關聯的，步步為營，內容豐富，難度螺旋式上升，使整個流體力學課程具有較強的系統性和完整性。目前，國內材料科學與工程專業的流體力學課程體系基本按照如下形式貫穿：流體靜力學理想流體運動動力學實際流體運動：一元流體相似理論泵與風機。每部分的研究方法較為統一，所形成的體系由簡到繁、由易到難，并且很容易實現模塊化處理。例如在講授流體運動學基礎、動力學基礎時，可以先從實際流體流動的基本方程入手，使學生在本門課程開始就接觸到流體動力學的總的輪廓和最基本的理論方程，后面的理想流體動力學及一元流體動力學問題作為其特殊情況處理，將理想流體、一元流動的條件代入有關方程，即可得到理想流體、一元流動的動力學方程。建立的這種模塊體系具有由一般到特殊的特點，條理清楚。這樣一來，教師在講完一般形式的方程組后再來講具體一元流體動力學及理想流體動力學問題，就可略去大量的公式推導過程，節省了大量的課時，內容組織層次感較強，講起來重點更突出，教學過程卻相對簡化。

二、更新教材結構

同時，考慮到材料科學與工程專業的特色與應用范疇，非常有必要對教材內容進行優化處理，根據材料科學與工程的課堂要求，淡化一些理論推導過程，以工程應用為根本。從學生的學習規律來看，一般學生剛學習課程的時候積極性和重視程度都比較高，在學習時花費時間較長，但隨著課堂內容的推進，學生們的興趣減弱，教學內容和教學方法的改革與優化勢在必行。材料科學與工程專業的流體力學課程內容并不包括本領域的全部專業知識，主要講授流體流動的基本原理與基本思路，并側重于工程應用。因此，教材的選取要更具科學性，要根據專業特點和需要，結合學生興趣與學習層次，有針對性地選取講義，教材要更側重于基本原理與基本公式的講述與應用，做到簡單易懂，實用性較強。

三、激發學習興趣

在流體力學教學的開始，教師就應該緊緊抓住學生們的學習興趣，在緊扣教學計劃的基礎上，以當前熱點問題為引導，充分調動學生們的學習積極性。因此，在流體力學教學的過程中，如何將教學內容與工程實踐相結合，與熱點問題相結合，激發學生的學習興趣是提升教學效果的重要措施之一。比如在給學生上緒論課的時候，可以通過一些生動的圖片、視頻、動畫給學生形象地展示大自然與人類生活密切相關的流體力學現象，增強學生對流體力學的感性認識與興趣，如汽車為什么要做成流線型的；高爾夫球為什么在表面有很多坑；火箭為什么能夠上天；海岸為什么是弧形；戰斗機為什么頭部是尖的等。這些問題是日常生活中經常見到的，通過這些問題的設計與引導，可以讓學生們知道本課程的主要學習目標是什么，能解決什么樣的實際問題，讓學生們帶著疑問和興趣去學習，效果將事半功倍。

四、改革教學手段

目前，流體力學教學過程中教學手段較為豐富，但仍以板書和多媒體教學兩種方法為主。更多采用“多媒體為主，板書為輔”的方法。多媒體教學較為直觀、形象，所傳輸的信息量巨大。同時，伴隨著信息網絡化大形勢的進一步深化，網絡電子資源更加豐富，這樣大大縮短了教師們的備課時間。但這種方式也有不足之處，最主要表現在多媒體授課速度偏快，學生尚未形成知識結構體系就一帶而過，課堂上考慮的時間不足，很難形成師生之間的互動。相對而言，板書備課時間較長，課堂上書寫時間也較長，對于一些較難理解的內容，可以給學生們足夠的思考空間，并在課堂上按照既定授課思路進行，這樣能夠涵蓋較為瑣碎的知識點，易于形成師生間的“一問一答”式的互動關系。因此，在流體力學授課過程中宜采用二者結合的方式，對于系統性較差的知識點來說采用多媒體方式，而對于重點、難點內容則主要采用板書的形式，真正做到對該知識點的側重講解，疏而不漏。只有這樣才能使學生對課程既有充足的知識量，又有重點突出，進而提高學生的學習效率。

五、重視實驗與工程教學

流體力學課是一門與工程實踐結合緊密的學科。因此，在課程開展的過程中應該對實驗課與工程教學進行重點關注。實驗教學目前可以分為演示型和驗證型，但教學方法單一，限制了學生分析問題、解決問題的能力；同時，由于長期以來實驗教學從屬于理論教學，實驗教學與工程教學的課程建設與發展受到了嚴重制約。因此非常有必要對實驗與工程教學進行改革來適應目前高校的培養模式。首先，實驗與工程教學要注重同專業知識相結合。傳統的實驗教學較多適用于試驗臺環境下，是國家根據課程規劃以及人才的知識結構需要設立的，這嚴重阻礙了學生們與工程實踐的有效溝通，因此，可以針對學生所學專業逐步設立既符合本專業又具有工程背景的可操作性較強的實驗項目，用以適應學生對專業領域知識的理解與創新需求。其次，有效利用高?？蒲袃瀯?，促進實驗與工程教學的發展。以學科為依托，實現科研與教學互補，將科研成果引入實驗教學，這樣可以開闊學生視野，激發學生的創新思維。第三，實現基礎實驗與個性實驗的互補。在基礎實驗訓練的基礎上，開展一些更具有研究性和綜合性的實驗，這樣對理論知識的學習有一個較為有利的補充，同時也可以鍛煉學生們實驗設計、整體規劃的能力，積極調動學生們的學習積極性。

參考文獻：

[1]曾立云.流體力學課程教學方法研究[J].甘肅農業大學學報，2002，1（37）：123-125.

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論文關鍵詞：高職院校；流體力學；學習興趣

“流體力學”課程是我國高等院校工科專業的一門主干專業基礎課，涉及土木、能源、醫學、環境、化工等許多領域。該課程是聯系前期“高等數學”、“理論力學”等基礎課程和后續專業課程的橋梁和紐帶，在學生能力培養和知識體系構建過程中起著“承上啟下”的作用。流體力學因曾經在20世紀五六十年代對航空航天事業的巨大推動而倍受世人矚目。近年來，流體力學廣泛深入地向邊緣學科交叉滲透，這就要求相關領域的工作者要善于從錯綜復雜的工程實際中獨立地提出問題和解決問題。

民辦高職院校的學生入學成績較差、自主學習的能力較差。很多學生對流體力學現象認識模糊，學生普遍感覺流體力學概念抽象，難以理解，對“流體力學”產生畏難情緒和厭學現象，學習積極性不高。2011年，江蘇省高職院校招生實行注冊入學，更意味著生源素質的良莠不齊，這對工科專業的民辦高職院校的“流體力學”課程教學是個嚴峻的挑戰。

一、民辦高職院校學生的特點

1.入學成績較差

民辦高職院校在高等院校中處于較低的地位，這尤其體現在招生中，往往是錄取批次的最后一批。這就意味著入學的學生往往入學成績較差，從這幾年金肯職業技術學院（以下簡稱“我?！保┑匿浫〕煽儊砜矗瑥?0分～330分都有，大多是在180分左右。因此民辦高職院校的學生往往數學物理基礎較差，計算能力較差，影響他們對工科課程的學習。

2.自主學習的能力較差

從和學生的交流情況來看，學生在課后很少主動學習、看相關的書籍，甚至連作業都有不能按時保質完成的時候。

二、如何調動學生學習“流體力學”的主觀能動性

民辦高職院校和公辦本科院校以及公辦高職院校有很大的區別，使得在“流體力學”課程教學中不能照搬上述公辦院校的方法，而要根據民辦高職院校的特點來實行教學。

陶行知在《中國教育改造》中指出：“大凡選擇職業科目之標準，不在適與不適，而在最適與非最適。所謂最適者有二，一曰才能，二曰興味。才能足以樂業。”學習最有興趣的專業，因其興趣，才會有樂趣，才會安于學習。托爾斯泰說過：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發學生的興趣。”對民辦高職院校的學生更應注重興趣的培養。

1.教學內容優化，降低難度

（1）教學內容精簡，理論夠用為度。鑒于高職院校學生的特點，再結合高職專業所實現的目標——技能性人才，根據各專業的側重點，對教學內容進行優化。理論難度夠用為度，不求理論的系統性和完整性。以給排水工程專業為例，流體靜力學經優化后，保留靜壓強及其特性、靜力學基本方程的應用、平面和曲面的靜水總壓力的內容，側重基本概念、基本定律和方程式，取消了平衡微分方程的內容。對我校學生而言，難以聽懂，不如加強基本知識的介紹，如能透徹理解，對工作和生活更有用。

（2）教學內容體現職業特點。應該在教學內容中體現本專業的專業內容。對于面向給排水工程專業開設的“流體力學”課程，其專業和自來水、污水的運輸和輸送緊密相關，都離不開管、泵的設計與使用，這就涉及到流體力學的許多方面。例如，分析流體在管道內的流動規律、壓力、阻力、流速和輸量的關系時，應向學生指出此處知識點的學習是為了根據流動規律和各參數關系來設計管徑、校核管材強度、布置管線以及選擇泵的大小和類型、設計泵的安裝位置等，把知識點融入到職業特點中，編成例題進行講解。有些概念和理論是學生首次在“流體力學”里學到的，并且會貫穿到整個專業知識的學習過程中，例如雷諾數、水頭損失、沿程水損等，所以，對于此類知識的反復強調也是非常必要的。把“流體力學”和“泵與風機”、“管道工程”、“水處理工程”等專業課聯系在一起，相關知識點能做到心中有數，為以后專業知識的學習打下堅實的基礎。優化內容的同時，也不同程度地降低了學習內容的難度，這在客觀上為提高學生的學習積極性鋪平了道路。

2.活躍教學課堂氣氛，營造輕松的學習環境

（1）用重大事件激發學生學習“流體力學”的自覺性、主動性和積極性。在教學中適當地穿插講述一些有關的重大事故、重大災害和重大建設項目（統稱“重大事件”），對于學生認識現在的學習與未來工作之間的關系、提高學習自覺性、培養熱愛專業的思想和嚴謹的科學作風很有幫助，同時也有助于活躍課堂氣氛。

在講授“流體靜力學”這一章節內容時，可舉1993年青海溝后水庫垮壩事件。1993年8月27日夜間，庫容為330萬m3的青海省海南藏族自治州溝后水庫在庫水位低于設計水位0.75m3的情況下突然垮壩失事，造成288人死亡，40人失蹤，直接經濟損失1.53億元。水利部專家組調查認定，溝后水庫在設計上有缺陷，施工中又存在嚴重質量問題，運行管理工作薄弱，這次垮壩屬于重大責任事故。結合流體靜力學講述這一事件時指出：不管在什么崗位，責任心和專業技術素質也許會關系到千百人生命財產的安全。

（2）用工程或生活實例讓學生感受到科學很奇妙，身邊處處有科學。興趣是學習的最大動力，教師應該讓學生直觀形象地了解流體力學的廣泛應用性以及內容的趣味性，將與日常生活或生產實際有關的例子介紹給學生。“流體力學”的理論性較強，公式較多，學生理解比較困難。如果教師在課程的講解過程中，多穿插一些實際生活中的現象，與課本中的理論結合起來講，一定會大大提高學習興趣，使學生更好地熟記和應用知識。在靜力學章節的學習過程中，可舉“人能下潛多深？”的例子，幫助理解靜力學基本方程。小時候經常玩的一個游戲——吹紙條。拿出一個小紙條，讓它自然下垂。沿水平方向在它上面吹氣，紙條就會飄起，這是由于流動氣體的壓強小。而解釋流動氣體壓強為什么小，要借助伯努利方程來解釋。“站臺安全線的由來”，“神奇的香蕉球”是如何踢出來的？這也要用伯努利方程來解釋。身邊的科學無處不在，只要仔細觀察，便能從中領悟到許多道理。

從奇妙的魚缸、小鳥喝水的杯子到飲水機的原理，介紹靜力學基本方程的應用及等壓面的概念。簡單的原理，小小的發明，卻給生活帶來極大的方便，這就是創造發明的價值所在。

（3）增加語言的藝術性，讓枯燥的流體力學變得優美和富有哲理。子曰：“學而時習之，不亦悅乎？”學習應該是快樂輕松的事。從幼兒園到小學，都倡導素質教育、快樂教育。高等教育也應該貫徹這一思想，學習才能持久。

傳統的課堂教學極容易枯燥乏味，使學生聽課索然無味，這必將不利于教學質量的提高。如果我們的授課語言優美，講述形象生動，把美的氣息、哲理的意味注入“流體力學”的教學，使學生學得輕松、自由，甚至浪漫，營造出輕松、快樂的學習氛圍。

在緒論中，可以談談流體力學中的人文文化。水與空氣都是流體的典型代表，是一切生命不可缺少的物質，自古至今人們對它的了解、探索和應用創造了豐富的文化物質成果?！俺烨Ю锴迩?，水隨天去秋無際”。秋風，天水一色，是大自然的美景，也是流體的流動現象。它們賦予我們靈感，承載著我們的喜怒哀樂。古圣人喜歡從哲理上描述水性，歌頌水德。老子說“智者樂水，仁者樂山”。老子的名言是“上善若水”。通過此類講述，使流體力學增加美的氣息，使力學融入人文，既說明我們的生活與其息息相關，又輕松了課堂氣氛。

在講授粘性流體流動存在著兩種流態時，可以借用古代文學中相關的名句，如描述湍流的有李白的“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”，描述層流的則有“半畝方塘一鑒開，天光云影共徘徊”等佳句。這樣可以幫助學生建立對流態十分形象而深刻的印象，從而有助于學生理解、掌握相關知識。

在教學過程中，還可穿插著向學生介紹定律知識背景的形成過程，以及相關科學家的工作，讓學生領悟科學思想，輕松接受相關知識。“牛頓粘性定律”是牛頓對流體力學的主要貢獻之一，是流體力學教學的重點內容。我們不僅僅要教給學生科學知識的本身，還應重視如何使學生感悟科學精神。此時穿插介紹牛頓的哲學思想和科學方法。牛頓用引力理論和運動三定律把天上行星和它們的衛星運動規律，同地上重力下墜的現象統一起來，實現了天上人間的統一，這是牛頓在自然哲學上的偉大貢獻。

3.突出實驗教學的特殊地位，讓學生樂在其中

突出實驗教學的特殊地位，使教學貼近實際，貼近生活。通過演示實驗、學生驗證性實驗、競賽型的設計性實驗、實驗錄像、照片、仿真實驗教學等多種方式貫穿教學的全過程，讓學生看到各類實驗最深刻、真實的一面，從而豐富學生的經驗，增強學生的見識，培養職業意識和實踐能力。

（1）開發課堂演示教具和演示實驗。開發一系列課堂教學演示教具，可以使學生耳目一新，課堂氣氛變得活躍起來。課堂演示教具和演示實驗的使用，必須簡單易行，價廉物美，且能解決教學問題，這對民辦高職院校的教師提出了較高的要求。講授表面張力和毛細管現象時，可演示毛巾浸濕的現象，順帶告訴學生如何在無人時給花草自動滴灌的方法；演示移液管移液凹面的現象時，告訴學生如何讀數，如何避免毛細管現象引起的誤差，同時可教學生化學實驗操作的細節。講述“流體靜力學”章節時，演示倒扣水杯的實驗，讓枯燥的方程變得形象，易于理解。從廢棄飲水機上拆下的“聰明頭”，介紹靜力學基本方程的實際應用。這些教具都非常簡單，也易于獲得，甚至無需額外花錢，學生也非常感興趣。

（2）應用多媒體教學演示。并不是所有的教學內容都能找到適合課堂演示的案例。隨著多媒體在教學中應用的普及，一些復雜的演示實驗和昂貴的演示教具可以通過多媒體教學來實現。如雷諾實驗、水躍實驗、水擊現象，在生產實踐中所應用的各種堰，都可一一演示，遠勝貧乏的語言描述。

（3）用設計性實驗讓學生參與其中，樂在其中。設計性實驗圍繞職業特色專題，依據學生的實際情況而設，如：“自動虹吸管的改進與應用”。指導教師根據學生對所學知識的掌握及興趣度，將他們分成幾個不同的實驗小組，然后指導和協助學生自己設計實驗方案，動手組裝，最后依據實驗結果給出實驗成績。

該實驗教學模式的優勢體現在以下幾個方面：激發學生的求知欲望和培養學生的創造能力；加深學生對理論知識的理解并向外延展；節省高校實驗室資金投入。

文中所提到的方法，最終需要教師來完成，這對教師提出了較高要求。雖然高職院校的教師的教學任務很繁重，尤其是民辦高職院校的教師，但這些方法都可以在平時的積累中完成，只需平時閱報、聽新聞、上網瀏覽、注意周遭事物，多和同行交流就可以做到。

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關鍵詞：流體力學；理論教學；實驗教學

一、流體力學課程特點

流體力學是水利工程、環境工程、給水排水等專業的一門學科基礎必選課，與后續專業課聯系緊密。如對于給排水專業來說，后續的水泵與水泵站、建筑給排水等課程的學習都需要用到流體力學方面的知識。流體力學具有較強的理論性和實踐性，該課程理論抽象，理論公式推導和基本概念比較多，學生需要在掌握基本概念及理論公式推導的基礎上，清楚了解公式的應用限制條件，才能靈活運用所學知識來解決實際問題。另外，實驗是流體力學課程的一個重要環節，與所學理論知識緊密相關，是驗證理論、數值計算結果的重要途徑，是學生獲得感性認識的主要手段，對于培養學生的實際動手能力，加強對所學理論知識的掌握方面起著重要作用。根據筆者多年的教學經驗，目前，在流體力學課程的教學過程中存在著一些問題：課堂例題和課后習題與工程實際脫節，理論與實際聯系不夠緊密，學生對所學知識在實際工程的應用不甚了解，只會機械照搬公式解題；教師主要采用課堂灌輸、學生被動接受的教學模式，與學生的互動比較少；所開設的實驗多為驗證型和演示型實驗，學生自己設計實驗并加以驗證的機會甚少，不利于學生思考問題、分析問題和解決問題能力的培養，更不利于學生解決實際工程問題能力的培養。因此，流體力學課程教學需要采用多元化教學模式、加強理論與實際的聯系、對實驗教學環節進行改革，以取得較好的教學效果。

二、教學方法探討

（一）理論教學方法探討

1.重視緒論的作用。

緒論對于講好一門課是非常重要的。通過對緒論的學習，學生可了解本課程涉及的主要內容，在學科領域中的地位，發展歷史、現狀及發展方向，與后續專業課程的聯系，在社會經濟發展中的地位與作用等。通過對緒論的學習，可以讓學生了解學習本學科的意義、目的及重要性，激發學生對該門課程的學習興趣，安排好學習計劃，為學好該門課做好充足的準備。

2.采用啟發式教學手段。

現代教學論中的啟發式教學思想的特點是：強調學生是學習的主體，教師要調動學生的學習積極性，實現教師主導作用與學生積極性相結合；強調學生智力的充分發展，實現系統知識的學習與智力的充分發展相結合；強調激發學生內在的學習動力，實現內在動力與學習的責任感相結合；強調理論與實踐聯系，實現書本知識與直接經驗相結合[1]。因此，將啟發式教學思想應用于流體力學課程教學，把學生放于主體地位，可充分調動學生的學習積極性，提高學生對本門課的興趣，增強學習效果；教學中通過理論與實踐的緊密聯系，便于將理論知識應用到工程實踐中，要使學生對知識的掌握更加靈活牢固，并為以后課程的學習及工作打下堅實基礎。

（1）采用對比法。授課時，將相近或相反的定義、概念進行對比，加強學生對概念的理解和掌握。如講解流線和跡線、恒定流和均勻流、層流和紊流等概念時，采用比較法授課，避免學生對學習內容的混淆。另外，還可將新舊知識進行對比，使學生在復習舊知識的同時，加深對新知識的掌握。如在講動量方程時，可將動量方程與能量方程的應用前提條件、所能解決的問題進行比較，從而加深學生對這兩大基本方程的理解和掌握。

（2）采用聯系法。在講概念之前，先引入實例。如在講卡門渦街概念之前，先介紹電線在風中發出聲響的原因；通過介紹汽車外形設計，講解繞流阻力的問題；在講表面張力的時候，聯系露珠是球形的現象；在講毛細現象的時候，聯系當毛巾部分浸在水中時，未浸在水中的部分也會變濕的生活現象。通過對這些與生活緊密相關的流體力學問題的思考，使學生的學習興趣大為增加，并且要加深對所學知識的理解和掌握。另外，還可聯系新舊知識，如有壓管流的水力計算其實就是能量方程在實際工程中的應用，同時聯系后續的專業課學習和日后所從事的工作，引導學生對所學知識溫故知新，達到融會貫通的效能。

（3）采用“問題式”教學法。在授課過程中，針對某些易混淆、易理解錯誤的知識點和難點，適當地提出一些誘導性問題，以提出問題、分析問題、解決問題為線索，達到學生掌握知識的目的。有些問題先提出來，留出適當時間，再讓學生回答；有些問題提出來為引起同學注意，教師可自問自答。如在推導作用在平面壁上靜水總壓力公式時，公式得出后，可向學生提問“公式推導過程中所涉及的水深h和y值是否相同，若不同，它們之間有何關系”，讓學生回答，以加深學生對公式中各項符號的理解，避免應用公式時混淆出錯；在講液體作用在曲面上的靜水總壓力時，先提出問題“能否用液體作用在平面上的靜水總壓力的求解方法來求解”，然后分析曲面和平面所受壓力的不同點，最后得出液體作用在曲面上的靜水總壓力的求解方法。

3.充分利用現代多媒體教學手段。

在教學過程中，采用板書和現代多媒體技術相結合的方式，充分利用現代多媒體教學手段，將聲音、圖形和動畫等與授課知識靈活結合，提高學生的注意力和學習興趣。教師可以在講授偏重于推導過程的內容時采用傳統授課方式，而講授需要直觀形象的內容時采用多媒體教學方法。如在講局部損失時，通過流體力學模型局部障礙處漩渦的形成演示，加深學生對造成局部水頭損失影響因素的理解；在講壓力體和靜水壓強分布圖繪制時，利用多媒體演示圖形的疊加、抵消過程，使學生一目了然，起到事半功倍的效果。

4.加強理論與實際的聯系。

由于學生缺乏對實際工程的感性認識，對抽象的理論在理解上有一些困難，因此在講課時要加強所講授的理論知識與工程實際的聯系。例如，在講流線時，可讓學生在實驗室觀看流體力學模型的水流現象，或做成動畫演示，使學生對實際的水流現象有直觀的認識，從而加深對流線概念的理解；對工程中常用到的流體力學知識，如能量方程，應在推導及應用條件等方面深入講解，并舉例講解該方程在實際工程中能解決的問題，如在城市給水管網中管道埋深確定方面的應用等，加強學生對該方程的理解，做到靈活運用，增強學生解決實際工程問題的能力。在授課時，還應盡量將流體力學的有關知識與后續專業課相結合，使教學內容更加充實，并可激發學生的學習興趣，提高學習效果。如將有壓管道的水力計算與后續課程給水管道的設計相結合；將無壓管道的水力計算與排水管道的設計相結合；將水頭損失計算與建筑給水系統中水箱的設置高度、水泵揚程選擇等相結合。

5.重視課堂習題和課后作業。

流體力學課程中的理論公式和概念比較多，為加強學生對基本概念的掌握，熟練運用理論公式解決問題，要重視課堂習題和課后作業對知識鞏固的作用。教師在講完理論知識后，應選擇有代表性的例題，通過對典型例題的剖析，啟發學生舉一反三，達到靈活掌握所學知識的目的。另外，通過適量的課堂習題檢查，鞏固學生對知識的掌握程度，給學生提供課堂討論的機會，加強對學生思維的鍛煉。給學生布置適量的課后作業也非常重要。通過課后作業，可促使學生復習學過的知識，加深對所學知識的掌握。另外，教師通過對作業的批改，發現學生學習過程中存在的弱點和不足，再加以重點講解，從而在教學過程中可做到有的放矢，增強教學效果。

（二）實驗教學方法探討

流體力學課程具有很強的實踐性，其實驗教學效果對整個課程體系產生著直接的影響。實驗教學可以彌補理論教學的不足，增強學生對基本知識的理解和掌握，如雷諾實驗的演示，可加深學生對層流和紊流概念的理解。另外，實驗教學還可培養學生分析問題、解決問題的能力及創新能力。目前流體力學實驗內容多為驗證型和演示型實驗，綜合創新性實驗很少，基本上是學生按照實驗指導書的實驗步驟，一步一步做，而不是自己動腦設計并加以驗證，這樣就無法培養學生分析問題和解決問題的能力。為更好的培養學生的實驗操作能力，應多開設一些綜合創新性實驗，由學生自己提出問題、設計實驗步驟、實驗操作、整理實驗成果、得出結論。學生在自主完成實驗的全部環節時，能夠將課堂上所學的理論知識和學過的實驗技能有機地結合起來，動手能力、分析解決問題的能力均得到綜合訓練。另外，在條件允許的情況下，實驗室可全天開放，學生可根據自己的時間安排完成實驗任務，教師負責答疑。學生的實驗成績應由實驗操作和實驗報告綜合得出，以一定比例計入本門課的總成績。這樣可激勵學生對實驗的重視，調動其積極性。

三、結語

在流體力學課程的教學過程中，應充分利用啟發式教學和現代化教學手段，加強與工程實際的聯系，改革實驗教學方法，從而激發學生的學習興趣，增強學生的動手實踐能力和思維能力，提高本門課程的學習效果。

參考文獻：

[1]李暉“.流體力學”課程的啟發式教學[J].教育研究，2011，28（2）：79-81.

[2]高亞萍.基于消防的流體力學教學改革模式探討[J].武警學院學報，2013，29（9）：56-59.

[3]薛紅琴，林子增.提高流體力學教學質量的研究探討[J].科技資訊，2010（1）：196.

[4]陳正壽，孫孟.流體力學多元化教學模式改革與探討[J].中國水運，2011，11（12）：57-58.

篇6

關鍵詞：能源與動力工程；網絡教學平臺；混合式教育

作者簡介：代乾（1981-），男，河北滄州人，天津城市建設學院能源與安全工程學院，講師；王澤生（1964-），男，天津人，天津城市建設學院能源與安全工程學院，教授。（天津 300384）

基金項目：本文系天津城市建設學院2012年度教育教學改革與研究項目（項目編號：JG-1207）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0074-02

2012年9月，教育部頒布實施新的《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》，熱能與動力本科專業更名為能源與動力工程專業。由專業名稱可見該專業的內涵更加廣闊和深遠，從而也說明隨著能源動力科學技術的飛速發展和新問題地提出，社會對人才的培養提出了新的要求。目前，大約有170多所高校設置了熱能與動力工程專業。[1]隨著經濟的發展，能源與環境逐漸成為世界各國所面臨的重大科技和社會問題。培養高素質的具有創新意識的能源工程專業人才是本學科義不容辭的責任。而熱工系列課程作為重要的專業基礎課程，其重要性不言而喻。合理的課程體系是體現教育教學理念的重要載體，是實現專業培養目標、構建學生知識結構的中心環節，建立適應社會主義市場經濟發展需要、體現熱能動力技術學科內在規律、科學合理的課程體系極為重要。[2]為了使該課程適應新的要求，非常有必要對其進行一定的改革，以培養適應21世紀社會發展需要的人才，同時對推動我國可持續發展戰略具有重要的意義。

一、實施混合式教育方式

開發混合式學習方案的關鍵因素在于確定適當的時機，使用適當的混合方式，為適當的學生施行教學。而教師想要運用適當的混合方式需要考慮學習地點的設置、信息傳輸技術及時間的安排、教學策略和績效援助策略等。[3]混合式教學模式一般可分為以下幾個階段：[4-6]

1.前期分析

學生作為學習活動的主體是有認知、有情感的，學生本身的知識水平、學習能力和社會特征都對學習的信息加工過程產生影響，教師進行學生特征分析有助于了解學生的學習準備和學習風格，從而為后面的學習環境設計和媒體的選擇提供依據。

2.混合式教學的組織與管理

教師應按照教學進度有針對性地選擇和設計教學活動，同時要參照已經設計好的課程目標、課程內容及其呈現形式，將其與具體的章節知識點相關聯。教學活動的作用在于為學生創造具體的學習情境，并加強師生、生生之間的交流互動，因此恰當的教學策略對于教學活動的順利展開尤為重要。

3.網絡教學平臺及教學資源建設

網絡的對于教學來說不應當只是教學內容，而更多的應該是支持教學交互、教學評價和教學管理，教學交互、教學評價和教學管理是保證教學質量的重要環節，這就需要有一個集教學內容與管理、課堂教學、在線教學交互、在線教學評價、基于項目的協作學習、發展性教學評價和教學管理等功能于一體的網絡教學平臺來支撐混合式教學。本校對“工程熱力學”、“傳熱學”、“工程流體力學”原有的教學網站進行了全面改版，并于2010年先后投入運行。其中“工程熱力學”課程教學網站主頁如圖1所示。網站按照省部級精品課程的要求制作，網上教學內容詳實，包括課程的概況、教學文件、習題及答案、實驗實踐教學等各種資源。學生可通過瀏覽網站學習更多的知識，這對課堂教育來說是一個非常有益的補充，并有助于實現教與學的互動。

二、教學內容優化

“工程流體力學”是理解能源動力系統工質流動與流量、能量分配的基礎。“工程熱力學”是研究如何充分和有效利用能量的學科，其基本內容是熱力學基本定律和工質熱物性、熱過程的研究，是理解能源動力系統中能量轉換基本規律和提高系統能源利用效率的理論基礎。“傳熱學”研究熱量傳遞的基本規律，是理解和控制能源動力系統熱量傳遞過程的理論基礎?！盁峁W”集成了“工程熱力學”、“傳熱學”的基本理論和核心內容，為能源動力類安全工程專業等提供必要和少量學時的熱工理論基礎教育，也是其他非能源動力類專業節能技術及應用的理論基礎課程?！盁峁y量技術”和“流體熱工基礎實驗”課程則是關于“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”的實驗理論的技術基礎課程，旨在揭示相關課程的實驗研究目標、原理、方法以及應用。

1.熱工系列課程間內容關聯性分析

（1）“工程流體力學”與“工程熱力學”在教學內容的關聯性之處主要體現以下兩個方面：“工程流體力學”中的一維無粘性重力流體流動能量方程（伯努利方程）與“工程熱力學”中的熱力學第一定律穩態穩流能量方程式具有相同的理論基礎，后者是普遍適用的能量方程式，而后者是前者在一維無粘性重力流體條件下的特例和不同的表達方式；“工程流體力學”中的可壓縮流體流動基礎與“工程熱力學”中的氣體和蒸汽的流動研究對象及理論基礎完全相同，只不過研究的側重點不同，前者強調流動特性，后者注重能量傳遞與轉換過程。

（2）“工程流體力學”與“傳熱學”課程在教學內容方面具有緊密的關聯性和延續性，主要體現在“工程流體力學”中粘性流動方面與“傳熱學”中對流換熱方面的相關內容，具體為：

1）研究對象均為傳遞現象，“工程流體力學”研究的是動量的傳遞，而“傳熱學”研究的則是熱量的傳遞，其規律及分析方法具有類比性。首先，傳遞驅動力分別為速度差和溫度差；其次，傳遞方式均為分子擴散和對流擴散，其中對于分子擴散基本規律兩者具有類似的形式，即牛頓摩擦定律及傅里葉定律，也均有描述傳遞能力的物性參數，即運動粘度（m2/s）和熱擴散系數（m2/s），而且流動邊界層與熱（溫度）邊界層具有相似的定義和相同的邊界層結構；最后，描述傳遞現象的控制方程，即動量微分方程式（N-S方程）和能量微分方程，也具有相似的形式。這也是“傳熱學”中動熱類比分析方法（類比律，即將阻力實驗結果直接用于表面傳熱系數的計算）的理論基礎。

2）如果粘性流體流經壁面且具有與壁面不同的溫度時，就會同時發生動量傳遞和熱量傳遞現象。此時“工程流體力學”與“傳熱學”研究的是同一現象的不同方面的特性，即阻力特性和傳熱特性。一般阻力特性是傳熱特性研究的基礎，某些特殊情況（流動及對流換熱具有耦合特征）下兩者相互影響，如流體外掠平板的層流與紊流流動及對流換熱、圓管內層流與紊流流動及對流換熱、外掠圓柱的層流與紊流流動及對流換熱、各類自由流動及對流換熱等等。顯然在此類教學內容中，“工程流體力學”是“傳熱學”的基礎。

3）具有相同的分析、計算方法。正是由于動量方程和能量方程具有相似的形式，理論分析法（包括微分方程組求解及積分方程組求解）、?；瘜嶒灧椒ǎㄏ嗨圃恚?、數值計算方法均可應用于阻力特性和傳熱特性的研究，甚至同一數值計算商業軟件（如FLUENT、ANSYS、PHINICS等）可同時分析求解同一現象的阻力特性和傳熱特性。因此在研究方法上，“工程流體力學”與“傳熱學”是并行的或者說是相同的。

（3）“工程熱力學”與“傳熱學”課程在教學內容具有關聯性之處主要體現以下兩個方面：“工程熱力學”中有關熱量傳遞只是討論熱力過程中熱量傳遞的量，而“傳熱學”研究的是熱量傳遞的機理、方式、影響因素、計算方法。在“熱力學”中熱量的單位是q（J/kg），而“傳熱學”中熱量（熱流密度）單位是q（W/m2），可見后者強調的是熱量傳遞的速率及能力，而后者以前者的理論（即熱力學第一定律—能量守恒規律）為基礎；“工程熱力學”中有關濕空氣焓及含濕量變化規律與“傳熱學”中的熱質交換有著內在聯系。如電廠冷卻塔中，“工程熱力學”討論了其工作原理及狀態參數的變化，而“傳熱學”則討論了其熱濕交換的具體方式和傳遞速率。

2.熱工系列課程教學內容體系優化原則

依據培養方案，流體熱工系列課程時間安排順序是“工程流體力學”—“工程熱力學”—“傳熱學”（或“熱工學”）—“熱工測量技術”，“流體熱工基礎實驗”課程與上述課程并行安排。因此，熱工系列課程教學內容體系優化按照以下原則進行：

（1）安排在前的課程。教師除完成本課程教學內容外，須根據上述各課程之間知識點的關聯性，有意識地為后續課程涉及的內容打下牢固的理論基礎?！肮こ塘黧w力學”課程的教師需要向“工程熱力學”、“傳熱學”課程任課教師了解相關的內容，如一元絕熱穩定流動的能量轉換規律、相似原理等等，在“工程流體力學”的教學中兼顧這些內容的教學需求。

（2）安排在后的課程。教師依據上述各課程之間知識點的關聯性分析，在相關內容的教學過程中，須了解前面課程任課教師的授課內容和方法，精選授課內容，避免不必要的重復，使該課程與前面課程有機銜接，且注意采取比較教學法，讓學生更容易掌握課堂知識。

（3）“熱工測量技術”和“流體熱工基礎實驗”課程。課程任課教師應了解和引用其他理論課程相關教學內容，使實驗教學與理論教學內容有機結合。如溫度測量，教師除加強溫度測量原理、儀表、標定及使用方法教學外，對于高速氣流溫度測量，需引用“工程熱力學”中氣流一維絕熱流動能量方程以及滯止溫度和氣流溫度的關系等相關理論知識，說明氣流速度對溫度測量誤差的影響；而對于高溫氣流溫度測量，需引用“傳熱學”的輻射換熱相關理論，說明輻射對測溫誤差的影響以及消除誤差的措施；而對于鎧裝熱電偶或在加溫度計套管情況下，還需引用“傳熱學”的通過肋壁導熱的相關理論，說明套管的存在對溫度測量誤差的影響以及消除誤差的措施。

三、結束語

經過一定時間的教學體驗和學生的反饋表明，該教學模式使教學效果得到很大提高。筆者認為在以后的教學當中，要把這種模式繼續深化并推廣到其他課程的教學當中，熱工系列課程的教學改革也必然會取得成功。

參考文獻：

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[4]Driscol1 M.Blended learning：Let’s get beyond the hype[J].learning and Training Innovations[R].2002.

篇7

超空泡流場創新實驗的教學目的有如下幾方面。(1)加深學生對超空泡理論及應用技術的認識。(2)掌握超空泡模型水洞實驗模型安裝、測試系統、通氣系統使用等實驗技術。獲得超空泡流場實驗數據，了解不同實驗參數情況下，超空泡流場的變化規律及特殊物理現象。(3)使學生完整參與包括前期設計在內的整個超空泡問題科研實驗過程，培養學生創新開拓的能力。該創新實驗工作量很大，涉及多相流體力學、實驗相似理論等學科知識，以及多個大型實驗設備及模型系統。如果由學生完成整個實驗過程，則應將其作為大學生科技創新選題，或本科生畢業設計題目，選題方向為超空泡航行體的理論研究、應用技術或水洞實驗技術，可以是教師在科研中遇到的具體問題，也可以是學生在文獻學習中想到的問題。視題目設計難度的不同，整個周期2～4個月。該創新實驗的準備工作也可以由教師完成，學生只完成一次現場實驗。這種情況下，可將該實驗設計為流體力學理論課程中的創新實驗學時，一次現場實驗約需4學時。無論采用哪種教學模式，其基本的實驗準備工作和現場實驗設計是類似的。下面以4學時創新實驗為例，介紹具體的實驗設計。2．1實驗前準備工作如不進行LDV測速和天平測力，前期準備工作包括以下幾個部分:(1)水洞實驗模型設計和加工;(2)通氣控制系統調試;(3)高速攝像系統調試;(4)水洞循環水過濾，水洞電氣系統、控制系統調試。其中水洞實驗模型設計和加工工作周期很長，無法在教學實驗中實施。在實際教學實驗中，預先設計和加工了多套模型，每套模型中又加工了尺寸和幾何形狀不同的多套可更換部件。在課上實驗工況確定過程中，學生根據其掌握的文獻資料和計劃實現的空泡效果，對模型和部件進行選擇和組合。水洞本身的工作，如循環水過濾、電器系統調試等，因其周期較長以及安全等因素，由教師在實驗前完成，學生不參與。通氣控制系統和高速攝像系統的硬件設備由教師在實驗前準備，操作規程需要學生提前預習。2．2創新實驗教學設計前期準備完成后，即可安排現場創新實驗。整個實驗過程中，需教師2名(一名操作水洞設備，另一名現場指導與安全保障)，直接參與實驗過程的學生8名，其中2名學生負責組裝模型，并將模型安裝到水洞工作段;2名學生負責操作通氣控制系統，并記錄通氣參數;2名學生負責操作高速攝像系統，并調整攝像照明;2名學生負責協調各系統工作，并發出控制口令。其他學生現場觀摩，也可以根據情況臨時調換。完成整個實驗約需4學時，前兩個學時為現場學習和準備實驗階段，首先由指導教師現場提問，考察學生預習情況確定直接參與實驗操作的8位同學，然后由同學們討論完善實驗大綱，主要包括模型及可更換部件的選擇、實驗工況確定等。接下來需要同時開展的工作有:通氣控制系統和高速攝像系統現場調試、模型安裝、熟悉實驗流程、實驗過程預演等;模型安裝完畢后，需20分鐘使水位上升至汽水分離罐中部(實驗水位高度)。第3學時為正式實驗階段。工作段流速分別調整至實驗大綱設計的流速，每個流速狀態穩定后，調整通氣量，分別得到無通氣自然空化、局部空泡初生、局部空泡發展、超空泡等各狀態，待各自狀態穩定后，手工記錄通氣參數、水洞參數、模型參數;同時啟動高速攝像機記錄流場狀態，觀察并分析空泡穩定性、尾部回注射流等流場特性。該階段需特別提醒學生注意觀察生動的超空泡流場現象。第4學時為整理階段。填寫實驗數據記錄表格，整理實驗數據，拆卸模型，保養實驗設備。課后每位學生獨立完成數據處理(主要內容有:實驗現象解釋分析，典型空泡形態測量，形成實驗曲線，分析獲得實驗規律等)，撰寫實驗報告。某次實驗過程中，觀測到的空泡形態隨通氣參數變化規律如圖6所示，超空泡的潰滅過程如圖7所示。從圖6中可以看出，當無通氣情況下，航行體表面無空泡，只在其頭部有霧狀自然空化產生;當通氣率達到1．563時，頭部局部空泡尺度增加，但是仍處于不透明狀態，其后部有霧狀氣團脫落;當通氣率達到2．813時，生成了透明的，覆蓋航行體大部分表面的超空泡，只有尾部部分區域仍處于沾濕狀態;當通氣率繼續增加，超空泡尺度進一步增大，覆蓋包括尾翼在內的全部表面。從圖7可以看出，當停止通氣后，超空泡沒有馬上潰滅，而是伴隨著強烈的回注射流，空泡長度逐漸減小;當僅余一半長度后，突然破滅，退化到霧狀空化狀態。

實驗效果、經驗與改進思路

實驗教學是高校教學中非常重要的組成部分。實驗教學有利于提高學生的實驗實踐能力，培養學生的學習興趣和創新意識［9］。流體力學是一門抽象、復雜且基于實驗的科學，其知識點繁多，難于理解和掌握，流體實驗是觀察流體現象、促進理解和掌握理論知識的重要方法和手段［10］。本創新實驗采用大型流體實驗設備———超空泡循環水洞，將國際上流體研究熱點方向———超空泡問題引入教學環節，取得了很好的教學效果。該創新實驗處于探索階段，發展成熟后擬作為研究生課程“流體動力學基礎理論”的試驗部分。該課程授課學時36學時，選課同學為一般力學與力學基礎及流體力學專業研究生。本創新試驗計劃4學時，目前只在課題組內部研究生中進行嘗試，參與實驗的學生體現出極高的學習熱情，快速掌握了大量實驗技術，并直接接觸前沿科技成果。在實驗過程中，學生們還鍛煉了動手能力，增強了團隊合作意識。該創新實驗作為大學生科技創新或本科生畢業設計選題，無論是工作量、創新性，還是動手能力的培養等方面都比較合適。而做為流體力學理論課程中的創新實驗部分時，則遇到一些實際困難，最直接的問題有兩個。一是教師實驗準備工作量大、周期長、成本高。每4學時現場實驗需要2位教師，2天左右的準備時間，而每次只有8名同學可以參與實驗，教學推廣成本高。二是對于學生而言，實驗前需要學習的理論和實驗知識量大，后期數據處理工作量也較大，除了本專業的研究生之外，其他學生選做該實驗，負擔偏重。對于第一個問題，需注意科研工作與教學工作的配合，將超空泡水洞科研試驗安排在創新課程之前，這樣二者的準備工作重合，有效減小了工作量。也可以考慮由選擇該創新試驗作為本科畢業設計及科技創新選題目的學生完成部分試驗準備和組織工作。對于學生需補充學習的知識過多的問題，可以結合流體力學理論課程和力學試驗方法課程，先期讓學生接觸部分專業知識。該創新實驗課程開課時間以研究生期間為宜，如果是本科期間開課，則應選在四年級，先修課程完成之后再開課。

篇8

關鍵詞 知識背景 水力學 教學實踐

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.01.042

0 引言

作為流體力學的一部分，水力學主要以水為研究對象，分析其平衡和運動規律的具有較強理論性和實際工程意義的一門課程。在土木工程、市政工程、水利工程等專業中，水力學作為一門專業基礎課程對其他專業知識的學習影響深遠。

曾經有一位電子工程師談到他在大學學習數字信號課程時遇到一大堆數學公式，但只有在多年后的應用中才真正懂得什么是數字信號，水力學課程的學習也有類似之處。①水力學教師一般習慣于將教案中水力學理論知識按照其推導過程進行設計，在課堂講授時則一步一步詳細介紹其推導過程，其目的是讓學生清楚知道該理論的來源和數學依據，整個形式似乎是 “完美”的。但是，這樣的教學過程容易讓學生感覺水力學課程是“微積分的應用題”，不利于水力學課程“物理本質”的理解。

當然，水力學課程和其他力學課程一樣，與高等數學等基礎課程聯系密切，很多理論知識是利用數學知識推理而來，但是它又不同于數學，是一門具有實際物理意義的課程，這就是水力學和其它工程類專業基礎課程共同所具有的重要特點之一。為了讓學生在課堂學習的過程中能夠最高效地理解水力學課程的“物理本質”，而不是僅僅停留在“數學層面”上，這就要求水力學教師在教學過程中幫助學生實現從讀懂數學到理解流動過程物理本質這一轉變。筆者通過與學生的密切交流，在了解學生有關水力學知識背景的前提下開展了基于學生水力學知識背景的課堂教學實踐。通過在兩屆土木專業學生水力學課程上的課堂教學實踐，立足于水力學知識背景的教學方法在幫助學生課堂上加強對水力學物理本質的認識上取得了很好效果。下面就立足于水力學知識背景的教學方法舉兩個具體的例子進行闡述。

1 立足于知識背景的教學實踐舉例

我們在對“重力作用下流體靜壓強的分布規律”②一節進行教案設計時，往往習慣開始于歐拉平衡微分方程的綜合式表達式 = （ + + ），隨后分析作用在流體上的質量力只有重力情況下的單位質量力，將各方向單位質量力代入該式，經過縝密的微積分推導得到重力作用下流體靜力學基本方程 + = 。這個過程理論性強而且流暢，是許多教師習慣的課堂講授過程。其實，對學生而言，在中學物理課中就已經知道靜水的壓強表達式為 = 和 = + 。如果我們從學生已掌握的水力學知識背景出發，在教案設計中首先開始于 = 和 = + ，分析對比后得到重力作用下流體靜力學基本方程 + = ，如圖1所示。這樣的過程將更有利于學生對 + = 背后所代表的物理意義的理解。同時，這也是一個由已知到未知的過程，符合學生對知識的認知規律。這一過程弱化了微積分推導過程，讓學生學習的重點不在推導過程，而是在對水力學概念及其物理意義的認知上。顯然，立足于知識背景進行水力學教案設計和課堂講授更有利于加強和加速學生對水力學知識物理本質的理解。

水力學知識背景不僅僅局限于我們生活中的水力學常識，水力學課程前部分所學知識即為后部分知識學習過程中的知識背景。教學過程中充分利用已學的水力學知識，融會貫通，前后知識的比較和分析，可加深學生對新知識的理解，特別是對水力學問題物理本質的理解。例如，我們在對“伯努利方程”一節進行教案設計時，將其與前面靜力學知識建立類比關系進行分析，如圖2所示。顯然，通過與靜力學知識物理意義的類比更加加深了學生對伯努利方程背后所代表的物理意義的理解。

將新學知識建立在已學知識的基礎上，新知識和已學知識進行類比的教學設計，不僅幫助學生將整個水力學課程所需要掌握的知識內容貫穿起來，形成一張相互關聯的知識網，有利于了解各內容內在的本質聯系，而且通過這種類比更加有利于快速高效地掌握新知識背后所代表的物理本質。

2 實踐效果與思考

多年來，許多教師開展了有關水力學課程教學的研究工作，通過一系列的教學方法和教學模式的改進和創新，使得教學效果有了顯著的提高。基于學生的水力學知識背景開展課程教學實踐，對課程內容的講授靈活變通，一方面不僅有利于節約課堂教學時間，適應高校教學體制變革和學分制深入開展過程中水力學課堂學時縮減的實情，同時也豐富了教學方式，對改變課堂沉悶狀態、調動學生課堂積極思考有一定的促進作用；另一方面也更加有利于幫助學生實現從讀懂數學到理解流動的物理本質這一轉變，加強學生對水力學知識點的掌握及其物理意義的理解。

但是，在以水力學知識背景為出發點的教學過程中也需要注意一些問題。一方面，教師要在開課之前必須對學生所掌握的知識背景進行深入細致的了解，只有了解了學生的知識背景程度才能設計好課程教案；另一方面，教師必須全面而準確地把握水力學課堂內容，吃透教材，將課程內容巧妙地與學生的知識背景聯系起來。

基金項目：南昌大學教改基金項目（項目編號：NCUJG LX-13-1-88）

注釋

篇9

關鍵詞：圓柱繞流；卡門渦街；壓差阻力

工程流體力學是機械、農工及能源動力等諸多學科的重要專業基礎課程，在理工科課程體系中占有重要地位。工程流體力學理論性強、公式繁雜，僅通過教師的語言描述和公式推導來闡述問題，學生容易感到抽象，難以理解復雜流動問題的本質，因此在工程流體力學課程體系中，均設有不同比重的實驗內容，幫助學生理解理論教學中難以形象描述的問題，加深對基礎知識和各種流動現象的認知。其中圓柱繞流是一個既基礎又復雜的流動問題，對學生流體力學基礎知識和相關流動現象的學習與理解有重要的幫助。

1圓柱繞流現象描述

實際流體的圓柱繞流與理想流體有很大差異，隨著雷諾數Re的變化，可能出現附面層的轉捩和分離、旋渦的生成和脫落、旋渦相互干擾等現象。在不同的雷諾數下，圓柱繞流的流動特點及阻力的組成如下[1]：Re<1時，流場與理想流體圓柱繞流類似，流動左右和前后對稱，圓柱阻力僅有摩擦阻力。當雷諾數增大到2<Re<30時，在粘性和逆壓梯度的綜合作用下，圓柱背面附面層發生分離并產生旋渦，誘發壓差阻力。但由于粘性力較大，圓柱背面的旋渦是對稱的。圓柱的阻力由摩擦阻力和壓差阻力組成，兩種阻力同等重要。雷諾數40<Re<90時，流動的慣性力增大，圓柱背面的旋渦開始變得不穩定，對稱渦開始擺動。此時摩擦阻力和壓差阻力仍都不能忽略。雷諾數繼續增大時，擺動的旋渦開始周期性地脫離圓柱表面，形成兩排向下游運動的渦街，即卡門渦街。當90<Re<150時，整個流場為層流狀態，而當150<Re<300時，圓柱背后的尾流開始從層流向湍流過渡，圓柱的阻力仍由摩擦阻力和壓差阻力構成，但壓差阻力開始逐漸占據主導地位。當300<Re<2×105時，卡門渦街變得不穩定，逐漸失去其規律性和周期性，開始隨機性脫落，隨著雷諾數的繼續增大，旋渦脫落的隨機性也逐漸增大，最終形成混亂的回流區，圓柱背面的尾流為湍流狀態，而邊界層內的流動為層流狀態。在這個雷諾數范圍內，隨著雷諾數的增加，圓柱表面的流動分離點逐漸前移，最終分離點可從圓柱背面移動到圓柱迎流面，圓柱的阻力主要是壓力阻力。當Re>3×105時，流動分離點前邊界層由層流狀態轉捩為湍流狀態，湍流邊界層能夠抵抗較高的逆壓梯度，抑制了流動分離，分離點從圓柱迎流面向下移動到背流面，尾跡區的寬度變窄，壓差阻力迅速減小。雖然湍流邊界層的摩擦阻力較大，但由于摩擦阻力只占總阻力的一小部分，圓柱的總阻力出現突然下降。通常把阻力下降的點稱為臨界點，臨界點之前的狀態稱為亞臨界狀態，臨界點之后的狀態稱為超臨界狀態。研究表明，粗糙表面圓柱體的臨界點比光滑表面圓柱體要小得多，因此可通過將物體表面粗糙化來達到減阻的目的，如高爾夫球。當雷諾數繼續增大到Re＞3×106，卡門渦街又會自動出現。

2圓柱繞流實驗教學設備

學者們采用粒子圖像測速（ParticleImageVelocime－try，PIV）等實驗方法[2-3]以及基于大渦模擬（LargeEddySimulation，LES）和直接數值模擬（DirectNumericalSimu－lation，DNS）的計算流體動力學方法（ComputationalFluidDynamics，CFD）對圓柱繞流進行了詳細研究[4-5]，得到了不同雷諾數下圓柱繞流流場特性，以及圓柱的阻力系數隨雷諾數的變化特性。但PIV方法實驗設施昂貴、實驗條件復雜，而基于LES和DNS的數值模擬則要求較高的計算資源，均難以在教學中應用。目前，針對圓柱繞流在實驗教學中的開展，主要有以下幾種方式。（1）圓柱繞流流線顯示實驗。流線顯示實驗側重于借助各種流場可視化技術，例如氣泡法、煙流法、油流法等方法，呈現出圓柱繞流的流線分布、邊界層轉捩與分離、旋渦生成與脫落等流動現象。流線顯示實驗的雷諾數一般較小且調節范圍有限。目前的實驗設備主要針對流場駐點、源、匯等知識點的勢流流譜顯示，以及發生卡門渦街時圓柱體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、規則排列的雙列線渦，一般采用流譜演示儀、流線儀及煙氣流線演示儀等完成演示實驗。（2）圓柱繞流阻力測試實驗。阻力測試實驗側重于通過壓力計、多管差壓計和壓力傳感器等壓力測量設備測量流動分離時圓柱表面不同角度的壓強分布特性，觀察流動分離引起的圓柱前后壓強不對稱，以及旋渦生成、脫落過程中圓柱表面壓強分布特性，并通過積分得到圓柱的壓差阻力。實驗的雷諾數較大，一般采用小型教學風洞或者小型氣動成相關測量。（3）圓柱繞流虛擬仿真實驗。圓柱繞流現象可利用CFD方法進行數值模擬而得到，且能借助處理軟件形象呈現出圓柱繞流的流場特性。但數值模擬過程較為復雜，要求學生有一定的計算流體動力學基礎和求解相關問題的經驗，不適合在教學中直接應用。因此，可借助CFD軟件的二次開發功能，搭建圓柱繞流虛擬實驗平臺[6]，學生輸入雷諾數等關鍵參數后，即可直觀獲得數值模擬的計算結果，幫助學生分析不同雷諾數下圓柱繞流的流場分布及旋渦形成的機理。總的來說，目前的圓柱繞流實驗教學一般是針對某一雷諾數區域特定流動現象的驗證性實驗，而圓柱繞流隨著雷諾數的變化會相繼呈現出對稱渦區、擺動渦區、卡門渦街，以及附面層分離等現象，目前的實驗方法和內容不夠全面，現有實驗設備無法滿足不同的實驗目的；而基于CFD方法二次開發的虛擬仿真實驗中，學生的參與度不夠，且流動現象不如實體實驗生動形象。因此針對雷諾數范圍內的圓柱繞流問題，自主開發了圓柱繞流實驗設備，觀測不同雷諾數下圓柱繞流的流動特征，并測量圓柱表面的壓強分布。

3實驗設備設計開發

3.1工作流體的選擇

目前的圓柱繞流實驗一般選擇空氣或液體作為工作介質。采用空氣作為工作介質時，無需排水設施，設備結構簡單易于實現，一般采用煙流法實現流場可視化，并采用壓力傳感器測量圓柱表面的壓強分布。但研究表明，煙氣發生器產生的油煙不夠穩定，空氣流速調節范圍有限，流場可視化效果不夠理想；而且由于空氣的密度較小，圓柱表面的壓強變化也不大，不利于測壓裝置的測量。此外，采用空氣作為工作介質時，為保證空氣流動的均勻性等品質，實驗一般需采用小型風洞或氣動成，實驗設備的成本較高，不利于在教學中推廣應用。因此本實驗選擇液體作為工作介質。

3.2流場可視化及測壓方法

工作介質為液體時，常用的流場可視化措施有油流法、染色劑法等，為了實驗簡單方便，選用水作為工作流體，并采用在圓柱前方添加染色劑的方法實現流場可視化。染色劑隨周圍流體一起運動，通過觀測染色劑形態的演化，可分析圓柱背面發生的附面層分離和旋渦生成、脫落等現象。流體力學教學實驗中，常用的壓力測量方式有電測式和液柱式，測壓儀器包括壓力傳感器和測壓管、差壓計等，其中壓力傳感器使用較為方便，可實現遠程大范圍測量，而測壓管的精度較高，適用于低壓實驗場所。在圓柱繞流實驗中，圓柱背面的流場本身是非定常的，而壓力傳感器的讀數一般會在基準值附近漂移，無法分辨旋渦形成和脫落過程中的流場非定常效應。因此，選擇采用多管測壓計進行壓力測量。

3.3實驗設備結構方案設計

根據所確定的工作介質、流場可視化方法和壓力測量方案，設計循環式圓柱繞流實驗裝置，如圖1所示。實驗裝置由儲水箱、水泵、穩壓水箱、示蹤劑、試驗件、測壓計、水槽、集水器和排水管等組件構成。實驗過程中，水在水泵的作用下從儲水箱流入穩壓水箱中間部分，液面到達額定高度后從左側溢流并流回儲水箱，同時通過穩壓板流入穩壓水箱的右側，水箱中間和右側部分的液體高度保持不變。水從水箱右側下方的圓孔勻速流出后進入水槽，并通過穩壓板對水流進行整流后流入水槽試驗段。水流流過試件后，再經穩壓板到達水槽出口段并從水槽底部的出口流出，進入集水器，最后經排水管流回儲水箱，構成流動循環。為了清楚地觀察圓柱兩側旋渦生成、脫落及其相互干擾現象，在試驗件前方兩側分別布置一個示蹤劑加注口，通過細管連接上方的示蹤劑儲存罐。實驗過程中，在兩個示蹤劑儲存罐中分別加入染色劑，染色劑通過加注口流入到水中，并隨周圍流體一起流過圓柱試件。通過染色劑形態和位置的演化過程，即可直觀地觀察到圓柱背面發生的流動分離、旋渦生成和脫落等現象，同時通過觀察不同顏色染色劑的相互摻混，可以分析圓柱兩側旋渦之間的相關干擾作用。圓柱試件為中空結構，安裝在水槽的中間位置。為測量圓柱表面的壓強分布，在圓柱表面0°~180°范圍內每隔45°布置一個測壓孔，測壓孔通過試件內部的軟管連接到測壓計，試件設計為可旋轉結構。實驗過程中，記錄多管測壓計中不同測壓管的讀數，并通過旋轉圓柱試件，使圓柱表面的測壓孔指向不同的角度，即可得到圓柱表面的壓強分布。通過觀察圓柱背面壓強的動態變化，并結合流場可視化現象，分析旋渦生成和脫落過程中圓柱背面流場兩側壓強的變化特性。

4實驗效果及改進設計

4.1實驗效果

按照上述圓柱繞流實驗裝置的整體結構方案、流場可視化方案和壓力測量方案加工各組件，其中試驗臺采用鋁合金結構，儲水箱和排水管采用PVC塑料，穩壓水箱、圓柱試件、集水器和水槽的側壁采用透明亞克力玻璃，水槽底面采用白色亞克力，方便觀察流場中染色劑形態的變化。將各組件按照整體結果方案組裝得到了圓柱繞流實驗設備。實驗結果表明，水槽中流量較小即流動的雷諾數較小時，流動較為穩定，在圓柱背側可較為清晰地觀察到流線的分布以及旋渦的生成和脫落等現象，實驗效果明顯，如圖2所示。而在大流量及雷諾數較大時，圓柱背面的流態變為湍流，可以明顯觀察到雜亂無章的回流狀態。在大流量下，多管測壓計中不同測壓管的讀數有一定的差別，圓柱前后的壓強分布不對稱，表明圓柱背面發生了嚴重的流動分離現象，并產生了壓差阻力。圖2圓柱繞流實驗流場特性

4.2不足與改進設計

實驗過程中發現，本文所設計的圓柱繞流實驗設備滿足實驗教學的基本需求，但仍有一定的不足，可通過改進設計優化實驗效果，主要體現在以下方面。（1）大流量下流動不穩定。實驗中水從穩壓水箱的圓形小孔口中流出進入面積較大的方形水槽，流道形狀和面積的突然變化會在局部產生旋渦，造成流動不穩定，影響流場可視化效果?？赏ㄟ^在出口和水槽試驗段之間增加過渡段，改善流動品質。（2）圓柱表面壓差顯示效果不夠明顯。采用多管測壓計進行壓強測量時，圓柱表面的壓強用液柱高度來表示，由于水的密度較大，在流量不大時，測壓計中的液柱高度差并不大，讀數不精確。為了方便讀數與觀察，可采用微壓計放大讀數，改善實驗效果。

5結束語

針對圓柱繞流在工程流體力學課程教學中的重要性以及現有實驗設備不能滿足教學需求的問題，設計了圓柱繞流實驗裝置，通過在圓柱兩側添加不同顏色的染色劑觀察圓柱繞流的流態，并利用多管測壓計測量圓柱表面的壓強。結果表明，實驗裝置實現了設計目標，但仍存在一些不足，可通過優化流道和采用微壓計改善實驗效果。

參考文獻：

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下圓柱繞流的直接數值模擬[J].力學學報，2020，52（6）：1645-1654.

[5]閔強利.基于LES方法的三維瞬態圓柱繞流模擬[J].水雷戰與艦船防護，2010，18（4）：28-31+36.

篇10

關鍵詞 液壓與氣壓傳動；工程實例；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）24-0159-02

Reform and Practice of Hydraulic and Pneumatic Transmission Course Teaching Integrated with Engineering Practice//ZHANG Guoqing， LIU Baojun， LU Manhuai

Abstract Combining practical undergraduate cultivation target and

hydraulic and pneumatic transmission course characters， reforms and

practice are made in teaching contents， methods and experiments. The teaching process Integrated more and more engineering practice，

stimulates the students’ learning interest， and leads to the comprehen-

sive course study and practice， further improves the course teaching quality.

Key words hydraulic and pneumatic transmission； engineering prac-

tice； teaching reform

1 前言

液河肫壓傳動是機電工程應用專業的專業基礎課程，與機械、電子等學科有著密切的聯系。它作為一門具有很強工程應用背景的專業必修課，目的在于培養學生在掌握液壓傳動與控制理論的基礎上，能分析和設計液壓系統，切實做到理論聯系實際、學有所用。

我國開展液壓與氣壓傳動課程的教學已有多年，其已成為機電專業的傳統課程，很多大學對該門課程建立了自己的課程教學體系。但是從教材、教學內容和方式上綜合來看，國內對液壓與氣壓傳動技術的教學大多還是著重于液壓與氣壓傳動基本原理和元件的講解，且有些知識點偏于陳舊，同時對系統的應用設計講解過于抽象。反觀國外的情況，從相關培訓教材和高校教學資料看來，其對液壓與氣壓傳動知識點的講解多從實際系統設計角度出發，引發學生思考，同時講解的內容配合比較形象的多媒體資料，減少了知識點的抽象度，使得學生真正能學以致用[1]。

德國教授烏爾里希認為，工程學科的教學著眼點應從教師教轉向學生學習，培養大批有研發能力的青年人，比教學者自身直接從事研發更有價值。因此，如何根據專業課程特點和培養目標，科學地選取教學內容并進行有機整合，開發新的教學方法，是改進液壓與氣壓傳動課程教學的重要內容。

2 液壓與氣壓傳動課程教學內容與工程實例的結合

傳統的液壓與氣壓傳動課程教材內容編排多以流體力學理論教學作為課程入門的初始章節，且內容較為獨立，和液壓系統應用結合較少，多以抽象的概念和公式為主。這與早期高等教育以精英教育為培養目標和培養群體的因素相關，而隨著高教規模的擴大，高等教育逐漸向著普及性教育方向發展，受教育的群體不再局限于少數精英群體，教學培養的目標也針對群體需求逐漸多樣化，大學教育培養的不再僅僅是研究型人才，更多的是應用型人才。

對于研究型人才，教學內容可著重放在課程的理論和推導部分，而對于應用型人才則應把教學內容重點放在工程應用上。前者的自學能力相對較強，其培養目標在于學科課程的繼續深造和學科理論知識的研究；后者的培養目標在于實際工程應用系統設計和操控能力的培養[2]。因此，在液壓與氣壓傳動課程教學內容的選擇上應對此區分。

目前，在液壓與氣壓傳動課程內容的編排上，大部分傳統的教材內容都是從介紹流體力學的理論內容開始，然后介紹液壓與氣壓傳動元件和系統。這種編排方式雖然符合課程教學知識架構，但是對于以系統應用為目的的學生學習來說，在內容上卻存在知識點抽象、與應用脫節的問題。在傳統課本中，這部分內容照搬流體力學教材的內容，和液壓氣動傳動實際系統關聯不夠緊密，因此造成學生在學習過程中感覺枯燥，對這一部分學習內容的重要性認識不足。因此，在引入流體力學基本理論教學內容時，需要配合實際系統的工況進行漸進式教學，引導學生從實際工況到理論基礎進行轉換。如在講授縫隙流量和小孔流量時，可以引入實際的液壓或氣壓閥結構，結合閥的控制特征來講解流量的計算。

3 基于工程實例的教學方法改進

液壓與氣壓傳動課程是一門交叉學科課程，與機械設計、電工電子技術、自動控制原理、數控技術等機械類電氣控制類課程緊密相關，把這些課程貫穿起來，成為一條線的系統教學。這樣既有利于液壓傳動技術與先進控制技術有機地結合起來，又有利于學生創新能力和工程觀點培養的同時，促進基礎理論教學，有利于教學與科研相結合。一個液壓與氣壓傳動系統通常會涵蓋多門課程的主要內容，涉及機械原理機電傳動控制可編程控制器等多門課程的綜合問題。結合工程實例，通過數字化技術將典型的液壓與氣壓傳動運用實例形象生動地展示給學生，可使得學生將多門知識融會貫通，掌握知識間的聯系，鍛煉學生綜合運用所學知識解決工程問題的能力，培養出適應社會發展需求的復合型應用人才[3]。

如在講解液壓系統的基本特性時，首先引入一個實際的傳動應用系統，通過直觀計算和對比討論來發現液壓系統的優勢所在，使得學生對液壓系統有個清楚的認識，激發對液壓系統設計的興趣[4]。如讓學生利用已學的機械設計知識，設計驅動一個圖1所示常見升降平臺。

按照結構特點，學生能理解若要使得平臺工作，只需在箭頭所示位置施加外力，使得連桿端部產生平移即可。要實現這個目標，如果采用傳統的電機機械驅動結構，需要設計一個蝸輪―蝸桿或齒輪―齒條結構，把電機輸出機械轉動轉換成線性移動；而如果采用液壓驅動，其執行元件液壓缸直接就能實現直線的驅動，在結構上就簡化了許多。同時，如果升降臺的載重量非常大的話，對蝸輪―蝸桿或齒輪―齒條的結構強度要求就非常大，而且這種傳動是剛性的，如果在升降過程中發生抖動或沖擊，對結構就是一種很大的損傷。因此，現有升降平臺的設計都采用的是液壓驅動。

經過上述對比，學生就能對液壓傳動系統的特點和優勢有直觀的了解，在后續的學習中能結合實際系統和所學課程知識進行類似的分析與對比，學習的目的性更強，保證了學習的積極性。

4 基于工程實例的液壓與氣壓傳動課程實驗教學

目前大部分高校的液壓與氣壓傳動課程的實驗內容分為兩個部分：認知型實驗和驗證式綜合訓練型實驗。認知型實驗主要是通過對液壓與氣壓傳動元件進行拆裝實驗，進而了解其工作原理及性能；綜合訓練型實驗主要是搭建液壓與氣壓傳動系統的幾個典型回路，進行性能驗證性實驗。對于后者，目前采用的實驗平臺只提供了有限的液壓元件，只能搭建幾個固定常規的液壓系統回路，而且平臺提供的搭接方式基本為油管搭接接頭，該接頭可靠性和耐用性不高，使得學生耗費太多時間與精力在管路的拼接上，而且使得實驗平臺的損壞率較高，最終令實驗效果并不理想[5]。

針對當前本科學生的教學目標，教學的重點并不在于學生對液壓與氣壓傳動系統設備的操作能力，而是在于學生對整個系統的設計與分析能力。因此，實驗內容不能將大部分時間耗費在系統模塊的搭接上，而應重點放在系統的設計與性能分析上。目前主流的液壓實驗平臺的設計都只能提供有限的元件和有限的回路連接，不能滿足對學生系統設計與分析能力的訓練要求。因此，將行業中具有代表性的系統仿真和設計軟件引入實驗教學，開展虛擬仿真性實驗，依靠其靈活性可以對此進行補充和加強。

同時，液壓與氣壓傳動系統的完整工作除了構建系統實現能量的傳遞外，另一個重要的方面就是自動化控制，完成系統的各項預定功能。這一部分需要結合工業控制方面的課程知識，尤其是PLC控制系統的相關知識。因此，在開展課程實驗時，可以在其中增加PLC控制系統設計知識的回顧或介紹，并在實驗項目中不再把重點放在液壓氣壓傳動系統回路的搭建上，而是增加自動化控制系統實例的設計內容，從系統整體控制的角度對學生進行綜合性訓練。

5 結束語

結合現在高校機電工程專業應用型人才培養目標和液壓與氣壓傳動課程的特點，從教學內容、教學方法和實驗教學等方面，結合實際工程應用進行相應改革和調整，激發學生的學習興趣，引導學生進行思考型學習，熟悉交叉課程知識的應用，達到比較好的教學效果，進而提高教學質量。

參考文獻

[1]胡玉文.液壓與氣壓傳動課程改革探索[J].中國校外教育，2012（21）：221-222.

[2]梅怡，梁貴萍，林蕓，等.CDIO教學模式在“液壓與氣壓傳動”課程教學改革中的實踐[J].貴陽學院學報：自然科學版，2014（4）：71-77.

[3]張平，賀利樂，呂剛.機械類本科《液壓與氣壓傳動》課程教學改革探索[J].裝備制造技術，2011（4）：230-232.