关于流体力学流体力学课程多视角教学办法探索与实践

更新时间:2024-03-02 点赞:5880 浏览:15003 作者:用户投稿原创标记本站原创

摘要:
根据流体力学课程的性质、特点,结合自身的工程实践经历和教学体会,文章从优化教材内容、提炼讲授方法、发挥传统教学模式优势、挖掘多媒体教学潜力、培养学生科研能力等方面,探讨了流体力学课程教学改革的具体措施和成效,提出了有益于学生理解流体力学重点内容的教学方法。此研究对改善流体力学课程的教学效果、探索大专业背景下的专业基础课教学模式有一定的参考意义。
关键词:流体力学; 教学改革; 实践教学; 创新能力
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流体力学是关于流体机械运动规律及其应用的一门学科,是力学的一个分支。中国各高校的土木工程、流体机械、农林、石油化工等专业均开设了流体力学课程,它属于专业基础课。
该门课所涉及的基本原理和基础理论对专业课的学习、课程设计、毕业设计以至解决工程实际问题等起着非常重要的理论支撑作用和指导意义。尤其对于工科学生,他们毕业后大部分在生产一线从事技术管理工作,必须具备一定的专业基础、技术应用和现场协调能力。这就要求流体力学课程教学将理论知识与实践能力培养相结合,将课堂教学与实践教学相结合,不断改进教学方法,积极探索适应工科学生专业设置和就业主导方向的课程教学新模式。兰州交通大学在土木工程、环境工程、市政工程、建筑环境与设备工程、热能动力工程等专业均开设了流体力学课,在长期的教学实践中积累了一些该课程的教学体会。

一、优化教材内容,课堂讲解力求深入浅出

流体力学课程体系的主要内容包括基本理论和实验两大部分。由于流体力学学科的快速发展以及社会对各专业学生知识结构要求的不断变化,有些在用教材已不能满足教学要求。因此,教师在备课时要尽可能多地参阅质量高、实用性强的教材,力求对同一个问题进行多角度分析。教学中应将不同教材版本的不同提法告诉学生,让学生课后独立思考并提出自己的见解。在制定教学计划时,应该从课程内容的系统性和完整性出发,将教材原有章节顺序重新调整,便于学生对相关知识的理解。比如,在讲解流体运动学基础、动
力学基础时,先从粘性流体三维不可压缩流动的运动微分
方程(即N-S方程)入手,对实际流体的流动特征进行描述,学生就可获得流体动力学的基本轮廓,进而了解只要该方程中粘性力项为零就可得到理想流体运动微分方程。在此基础上,再令加速度项为零(即流体处于静止状态或相对平衡状态),就可得到流体平衡微分方程(即欧拉方程)。通过这一调整,省去了许多推导过程,而且也能让学生对流体质点运动的力学机制有更明晰的认识。
在课堂讲解上,教师要力求做到深入浅出。流体力学中的一些公式或方程的推导过程很繁杂,教师过多地罗列推导内容会导致学生的厌学情绪,甚至有些听不懂的干脆就放弃学习。比如,在讲解流体微团运动分析时,可以将多数学生儿时玩的“泥球沿坡面下滚”游戏作为例子来讲解,因为大部分学生有过这样的亲身体验,他们很容易理解泥球在滚动的同时将伴随变形和旋转,这样后面的推导就容易被学生接受了。在讲解管嘴出流时,可以学生每天接触的水龙头用水的例子。比如在12∶00-13∶00期间用水,12∶00时流出水龙头的水流速度很大,随着锅筒内水位的逐渐下降,到接近13∶00时用水,在同样的水龙头开度下,水龙头内的水流速度明显要比12∶00时的流速小,学生由此很容易理解有效作用水头与排水量的关系。

二、发挥传统教学模式的优势

传统教学模式即教师以讲解、板书的形式将知识传授给学生的一种教学方法。该方法在不同层次的教学活动中发挥了积极的作用。教师生动、形象的描述以及肢体语言能使学生有身临其境之感,这种教学模式有利于教师主导作用的发挥,教师可以根据课堂上学生的反应来适时调整讲解速度和思路,并以板书的形式突出重点和难点。流体力课程中有相当一部分内容是力学知识和数学知识的综合,只有通过严密推导或作图才能比较透彻地讲清其基本原理。比如连续性方程、能量方程、动量方程、(N-S)方程等是流体力学中的经典理论,也是难点所在。只有通过板书推导,学生才能理解其物理事实,明确其解决工程问题的一般思路和步骤。流体微团运动分析一节是运动学中的核心内容,许多学生很难理解流体微团能同时具有“平动、变形(线变形和角变形)、旋转”三种运动趋势。这就要求教师从介绍速度分解定理入手,通过理论推导和对流体微团运动变形的图示两种方法来讲解。水击现象中伴随管道中压力和流速交替变化从而引起压力波的“顺向”及“逆向”传播过程,如果不通过在黑板上逐步图示的方法,学生很难明白水击发生的物理实质。另外,传统教学方法也能展示教师的板书和绘图功底。如果教师的书法很漂亮,徒手绘图效果好,能增加学生对教师的敬重感,从而激发他们对流体力学课程的学习兴趣。

三、深挖多媒体教学潜力

随着科技的飞速发展和国家对教学投资力度的加大,现代化的教学手段在提高课程教学质量上发挥了重要作用。在流体力学课程教学中,通过播放课件、视频、教学片等,能让学生很直观地理解流体流动的具体特征。比如,漩涡的形成、管嘴出流时真空区的形成、两个相邻局部阻碍之间的干扰等现象,这些内容用枯燥的文字描述是很难理解的,但利用多媒体演示,学生从动态的、形象逼真的图像中就很容易理解流体力学现象。紊流是一种高度复杂的三维非稳态、有旋流动。对其流动规律的研究一直是流体力学学科领域的热点和难点。紊流中,存在高流速层的流体质点进入低流速层,并与低流速层质点发生动量交换,以及低流速层流体质点进入高流速层与高流速层质点发生动量交换的过程。过去教师通过板书图示讲解之后,仍有近70%的学生不理解雷诺应力与紊流脉动的因果关系。但是,通过动漫形式显示具有不同初速度的流体质点进入另一流层后对两个流体质点速度在不同方向的影响过程,使这一复杂问题简单化,学生也容易接受。另外,利用教学录像,学生对流体力学现象尤其是大海的潮起潮落、龙卷风运动、桥墩后尾流变化,以及1940年美国塔科马海峡大桥由于风振而坍塌的整个过程印象深刻。多年的经验表明:多媒体在教学中的运用对于激发学生学习流体力学的兴趣、增强求知欲、开阔视野起到了积极的作用。但是,摘自:学术论文网www.618jyw.com
多媒体教学潜力的开发取决于教师的前期投入,也就是说,授课前教师必须投入大量的精力制作多媒体课件,使其包含丰富的教学内容,同时还能调动学生积极的参与意识。只有这样,作为传统教学方法辅助手段的多媒体教学,才能在帮助学生理解难点、掌握重点、提高学习效率上发挥越来越重要的作用。 源于:毕业www.618jyw.com
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