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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇工程流體力學概念，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：行業類高校；高等流體力學；電力特色
作者簡介：張莉（1973-），女，河南商丘人，上海電力學院能源與機械工程學院，教授；李永光（1957-），男，湖南長沙人，上海電力學院科研處處長，教授。（上海 200090）
基金項目：本文系上海電力學院研究生學位課程建設項目（項目編號：YKJ-2012004）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）04-0086-02
2007年，上海電力學院（以下簡稱“我校”）熱能工程二級學科首次招生，“高等流體力學”首次開課，授課人數20余人，隨后幾年間授課人數逐年增長。2012年我校動力工程與工程熱物理一級學科又增設了工程熱物理、動力機械及工程兩個二級學科，“高等流體力學”授課范圍擴大的同時，授課人數也增加到60余人。但是鑒于我校研究生數量較少、研究生培養歷史較短以及師資力量相對薄弱等方面的原因，課程教學的教材只能選用已有的教材。在組織教學內容的過程中發現，大多數教材普遍存在一些問題，如過于強調基本理論、對數學知識的要求偏高、工程應用方面涉獵很少，或者有些工程學科專業的相關研究生教材又往往缺乏理論深度，工程應用背景針對性強，有的強調高速氣動、有的強調水動葉柵流動、有的強調渦動力學等等。鑒于此，作為行業類非重點高校，在“高等流體力學”課程的教學中有必要結合我校電力特色進行教學內容和教學模式的研究和探討。
一、課程教材的調研
為了能更好地做好此次教學研究工作，課程組首先對高校相關研究生專業的“高等流體力學”教材進行了調研，分別對清華大學、西安交通大學、上海交通大學、浙江大學、東南大學、華中科技大學、華北電力大學、東北電力大學等國內若干所大學相關課程的教材及內容做了簡單分析。
從調研情況看，所有高校都對流體力學的基本理論很重視，主要教學內容均包括了流動的基本概念和基本方程、流體運動學、勢流理論、渦旋流動、理想流體流動、粘性流體流動等，目的是使研究生通過學習流體的運動規律，掌握研究流動的方法進而分析解決實際的工程流動問題。同時，各高校的教材和主要教學參考書還注重與自身學科研究方向的結合，課程的某些重點內容與培養方向相接軌，突出了自身的特色。通過調研發現，“高等流體力學”作為研究生學位課，其教學內容在注重理論基礎的同時，還必須要與自身的相關學科研究方向相結合，在注重通用理論的基礎上，形成自己的特色。
二、我校授課對象的情況分析
做好此次的教學研究工作，還必須對我校的授課對象有一個清楚的認識。目前，“高等流體力學”已列為本校工程熱物理、熱能工程、動力機械及工程三個二級學科的研究生學位課程。盡管上述三個二級學科涉及能源、動力、機械等寬廣的工程領域，但結合我校的電力特色，這三個二級學科主要是為電力行業培養高級的專業人才，而在電力行業中流動現象多存在于流體機械、動力機械、換熱設備、容器、管道等部件，因此，在教學內容上應在透徹講解流體力學微分方程組的基礎上，注重聯系工程實際，偏重于講解流體在上述部件中的流動以及與這些部件間的相互作用。
研究生生源的實際情況也是教學過程中需要考慮的因素。到目前為止，我校共招收6屆研究生，通過向歷屆學生了解發現有以下情況存在：部分同學跨專業（如：數學專業、電力系統及其自動化專業、計算機與信息專業等）考入學校，本科階段沒有學習過“工程流體力學”課程；即使是研究生與本科專業背景相同的同學，他們也普遍認為”工程流體力學”較難，碩士入學考試時，大都不選考“工程流體力學”，這也使得他們可能在大三、甚至大二學完以后，再也沒有系統地梳理過流體力學知識。由于各高校專業方向的側重點不同，大部分同學對電力行業內的流體知識也不是特別了解；考入學校的學生多數為調劑生，入學成績整體不高。這些情況都表明，我校碩士研究生入學時的流體力學知識基礎相對比較薄弱，需要在授課過程中講授深層次新知識的同時，及時地對基礎知識進行回顧和提醒。
三、教學內容的組織
基于以上的調研和分析，課程組首先對教材進行了選取，對教學內容進行了組織。
1.教學目標的明確
“高等流體力學”是為工程熱物理、熱能工程以及動力機械與工程專業研究生設置的專業學位課程。根據專業人才培養的需要，結合長期本科教學的經驗，確定了課程的教學目標：通過對流體力學的基本概念、基本方程、理想不可壓縮流體的流動、粘性不可壓縮流體的流動、層流邊界層與紊流流動、理想可壓縮流體等內容的學習，深化學生對流體力學基本內容的理解，提高學生的理論水平，為相關專業課程的學習、課題的研究及論文的撰寫打好理論基礎。
2.教材的選用
“高等流體力學”是動力工程及工程熱物理學科的一門傳統課程，有很多課程教材可供選用。通過調研比較，西安交通大學有關電力生產的學科研究方向與我校的研究方向比較吻合，其在“動力工程及工程熱物理”一級學科中的學位課 “高等流體力學”選擇了西安交通大學出版社出版、張鳴遠等編著的《高等流體力學》一書作為教材，課程組通過對該書內容的分析，也一致認為張鳴遠等編著的《高等流體力學》比較適合我校側重于電力人才培養的需求，因此決定選用該書作為本校“高等流體力學”課程的教材。與此同時，將調研中搜尋到的各有特點的教材作為參考書目推薦給學生供他們參考使用。
3.教學內容的組織
在進行“高等流體力學”課程教學內容的組織時，結合我校研究生培養方案和學科建設，既照顧到經典流體力學的通用知識，又重視課程知識的針對性、行業應用的特殊性、學生學習的興趣以及與學校其他研究生課程的關聯性。課程內容的組織主要從以下幾個方面考慮：
（1）奠定扎實基礎。“高等流體力學”是一門系統性、邏輯性較強的課程，作為碩士研究生的學位課，在加深學生對流動所伴隨的物理現象的認識、概念的建立及規律分析的同時，還應努力加深學生學科知識分析和研究問題的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解決流體力學問題的水平及能力。
（2）突出電力生產特色。針對我校研究生的專業背景和學科研究方向，強調本學科與電力生產流程和設備的結合，強化學生應用流體力學知識，認識并解決相關電力工程問題的能力。教學內容應注重理論與實踐相結合，保持基礎理論知識與工程應用知識的相對平衡。
（3）注重課程的關聯性和完整性。在關聯性方面，首先與本科階段的教學內容要有恰當的分工和銜接，其次要避免與其他相關課程之間缺乏銜接；在自身內容體系的完整性方面，既要注意到對數學知識回顧和補充的必要性，又要對工程中不常見的復雜流動概念的介紹有所兼顧。
考慮以上幾個方面，課程組將教學內容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量運算分析”、“場論知識”的回顧以及曲線坐標、張量分析知識的補充；第二部分“流體力學的基本方程”主要介紹流體力學的基本概念，流體力學的控制方程組以及一些相關的重要定理；第三部分“理想不可壓縮流體的流動”介紹平面勢流，空間軸對稱勢流和理想流體中的旋渦運動，其中對平面勢流里的復位勢、疊加法、鏡像法和保角變換法做重點講解；第四部分“粘性不可壓縮流體的流動”中介紹納維―斯托克斯方程的精確解，小雷諾數流動，層流邊界層流動和紊流，其中對工程中應用較多的層流邊界層流動和紊流做重點講解；第五部分“理想可壓縮流體的流動”分別介紹一維流動和平面流動，其中對一維流動做重點講解。
四、教學模式的探討
學生的學習情況在不斷地發生變化，這就需要教師不斷根據實際情況，進行教學模式的探討，充分調動學生學習的主動性和積極性，使他們在有限的學習時間中學習好內容繁多的“流體力學”。
1.教學方法
“高等流體力學”是一門基礎課，基本概念和基礎理論部分內容較多，涉及的公式推導也比較多，傳統的“黑板板書”的教學手段對教學信息的處理和呈現都比較單一，造成學生對于傳熱學內容的理解和掌握有一定的難度。為此，課程組以教材為藍本編制了電子課件，教學中采用板書與多媒體相結合的教學模式，突出傳統板書中能夠清晰講解復雜理論推導的優點，充分利用多媒體教學信息量大、圖像清晰生動的特點。經過一段時間的嘗試，這種教學方法既達到了避免研究生在課堂上因長時間精力高度集中而產生疲勞的問題，又有利于他們理解并掌握復雜的流體力學基本理論的教學效果。
2.教學手段
盡管本課程以課堂講授教學方式為主，但要避免“填鴨式”的講授，要注重以啟發式講授為主的多種教學方法的綜合應用，提高課堂教學的趣味性，以提高學生學習興趣和主動性。課程組結合本科“工程流體力學”多年的教學經驗，在教學過程中注意做到幾個注重：注重物理概念與數學方法的有機結合，強調物理含義的數學表示以及數學內容的物理解釋；既注意嚴格的理論推導，又注意敘述的深入淺出；注重教學思路，教學方法，在引進概念介紹方法時，突出解決問題的思維方法及推理要點；注重從與教材不同的角度或思路來講述同一教材內容，以豐富學生思維和聯想能力；注重引導學生圍繞課程內容，發現問題、提出問題、解決問題，同時再結合課程組教師的科研積累，搜集并提煉出了大量與電力生產緊密關聯的工程案例，通過案例的討論和分析，增強學生學習理論知識的興趣，提升課堂教學的互動效果，增強學生運用理論知識分析并解決工程實際問題的能力。
3.輔助教學
僅僅通過課堂上對教材的學習是遠遠不夠的，還必須配套地做大量的習題，才能較好地使學生掌握具有理論性強、公式多、數理基礎要求高的“高等流體力學”課程。考慮到我校研究生教學的特點，課程組根據教材的主要內容編寫了典型習題集。習題集力圖做到習題具有典型性，能夠對應教學內容的各個知識點，學生通過習題的練習，能有效地掌握教材中的基本知識。此外，習題集中的習題也盡可能地結合電力生產中的流動問題，幫助學生對專業關聯工程問題進行認識和思考，培養學生應用知識的能力。
4.課程考核
課程考核成績應該能夠較為客觀地反映學生對課程的整體學習情況。為了全面地反映學生的全程學習過程和最終的學習效果，課程組經討論明確了課程的總評成績由平時成績和期末考試成績綜合評定得出，平時成績與期末考試成績的分配比例是2∶8。平時成績包含作業、考勤、課堂表現等幾部分。期末考試采用筆試形式，考試試卷從建立的試卷庫中隨機抽取。
期末考試是課程考核的重頭戲，為了提高學生的學習積極性，同時也為了增強教師的工作責任心，實行考、教分離是一個較好的督促辦法。為此，2012年課程組根據課程的教學要求組織編寫了試卷庫。試卷庫中的試題符合教學大綱的要求，內容豐富、形式多樣、題型一致，試題表述清楚，要求明確，無偏題、怪題，難易得當，考核的知識點覆蓋面寬，能考核學生掌握知識以及應用知識進行綜合分析能力的情況。此次編寫的試卷庫共包含試卷6份，至少夠三年使用，隨著試卷庫的使用，課程組還擬將對試卷庫進行不斷擴充。
五、結束語
“高等流體力學”的日常教學工作一個任重而道遠，為了適應高等流體力學服務于日新月異的學科發展的需求，提高該學位課程的教學效果，更好地為本校研究生人才培養服務，課程組將把教學研究工作不斷地持續進行下去，搜集最新最前沿的相關信息以補充教學內容，探討教學模式以提高教學效果，及時對習題庫和試卷題庫進行更新。相信只要教師多花一點時間，多動一點腦筋，多找一些教育學生的切入點，因材施教，一定能取得好的教育效果。
參考文獻：
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[關鍵詞]流體力學 教學方法 生活常識
一、前言
《工程流體力學》是機械類各專業的一門重要技術基礎課，該課程主要講述流體力學的基本原理及其在工程中的應用。它是為學生后面專業課的學習的基礎，對學生的要求較高，但由于該課程對學生的高等數學、大學物理、工程力學以及綜合分析和處理問題的能力的要求較高，因此學生普遍反映是一門難學的課程。為了讓學生較好地學習這門課程，任課應該做到以下幾點。
二、方法
1.上好緒論課
緒論課不僅僅是指《工程流體力學》課程教學的開始，同時也應該是每一章的前言介紹。
在緒論課的教學上，教師應該把握以下三點：(1)樹立學生學習該課程的信心。由于上新課的學生可能從各種渠道了解的流體力學是一門難學的課程，從而對該課程產生畏懼感，學生就會帶著一種逃避心理去學習，僅僅接受課堂上的知識，而自己不去鉆研思考，這樣是學不好該課程的。教師要讓學生感覺到，這門課程并不難學，其實我們在中學的時候已經接觸到了其中的很多內容，只是現在表述發生了變化或者增添了新的內容，使該學科體系更加完善、合理；(2)教師需要激發學生的學習興趣。興趣是學習的最大動力，教師應該讓學生直觀形象地了解工程流體力學的廣泛應用性以及內容的趣味性，將一些學生感興趣的與日常生活或生產實際有關的例子介紹給學生；(3)突出課程的重要意義和實踐價值。教師應在緒論課中做到精心組織策劃，讓學生了解該學科體系的研究對象和研究方法，讓學生知道為什么要學習該課程，在今后的學習中應該用什么樣的方法去學習。
在大多數的教材中，在每一章之前，都會有一段比較簡短的文字介紹，告訴學生本章的知識點以及相應的學習方法，這是比較重要的一個部分，能夠使學生站在一定的高度把握整章的內容，知道各知識體系之間的相互結構，但是學生在閱讀的時候往往會忽略的，以至于學完課程之后，只能對簡單的問題進行分析處理，遇到復雜的問題就不知道從哪個地方著手，因此需要教師在講課時加以強調。
2.及時對所學內容進行總結
工程流體力學是以流體作為研究對象的，所涉及的概念比較多，容易讓學生產生混淆。如果及時的對所學內容進行總結，就會加深學生對概念的理解和記憶。例如，流體力學中有幾個比較重要概念，理想流體、定常流動、不可壓縮、平面流動、無旋運動等等，在任何一本教材中，這些概念都不是同時出現的，學生可能會對某些概念產生遺忘，或者是知道概念，但不知道具體該如何去應用，因此在相關概念介紹完之后，可以建立如下的表1，使個概念的物理含義，數學表達式一目了然。由于目前流體力學教材大多按照由淺入深的原則編寫，即先講靜力學后講動力學；先講一元流動后講平面流動；先講理想流體后講粘性流體。各章的內容分得比較細，每一章都有許多公式和理論，各公式的得出也分別采取了不同的方法，給人以流體力學的理論模型和公式非常之多難于掌握的感覺。實際上，這些理論和公式大多是交叉重復的，因此對于教材中出現的流體靜止的微分方程、理想流體的運動方程以及N-S方程也可以放在一起加以總結。
另外，在有些時候，學生學完了一章的內容，卻不清楚這一章到底在研究一個什么問題，這就更需要教師在上課時進行總結。以文獻[1]的第四章為例，在前面的及格小節中介紹了流體運動狀態、紊流的分布狀況等等，學生學完之后往往會產生疑惑：為什么要研究這些東西?其中哪些是重點?作為教師應該及時告訴學生，這一章研究的是如何計算粘性流體的流動損失，其中關鍵的是沿程阻力系數的計算，而沿程阻力系數與流體流動的狀態有關，層流可以有定解，而紊流中影響沿程阻力系數的因素過多，大多數用半理論半試驗的方法求解，前面的內容是為后面做鋪墊的，主要講述了研究流體的一種思路，這樣學生才能夠站在一定的高度去學習和思考。
表1 物理概念和表達式的對應關系表
3.將流體力學知識與中學知識和生活聯系起來
學生在學習的時候，往往會把自己新學到的知識和原有知識進行聯系，同時做出比較。教師應該掌握學生的學習心理，積極引導學生進行學習。例如在講解伯努力方程時，為了加深學生對公式的記憶和理解，可以將方程兩邊同乘以mg，所得到的結果類似于中學所學到的機械能守衡，首先使學生了解到伯努力方程的實質是能量守衡；但是與機械能守衡相比多出來pm/ρ=pV一項，可以解釋成因為流體的流動性，整個流體不是一個整體，流體之間還存在壓力能的作用，讓學生進一步理解的流體的流動性所產生的影響；最后可以使學生清楚地理解每一項的含義：位置水頭、速度水頭以及壓力水頭。同樣的，在學習靜止液體的壓強分布是可以和中學的壓強計算公式聯系起來，學習動量方程的時候可以和中學的沖量定律聯系起來等等。
流體力學的理論性較強，公式較多，學生的理解比較困難，也缺乏相應的學習興趣，需要教師在講課過程中不斷和生活相聯系。需要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，可大大提高學生的學習興趣。例如，在講流體的粘性時，可以讓學生比較水的粘性和糖漿的粘性；在講解流體流動的兩種狀態的時候，可以讓學生回想輕輕打開水龍頭時的現象：開始水流是一非常細的層流細流，隨著水流下降，在重力加速度作用下，速度逐漸加快，水滴開始飄動，水流由層流轉化為紊流；在在講解因邊界層分離而產生的壓差阻力，可以談談現實中的克服壓差阻力的方法，一是將物體表面做成流線型(如汽車)，二是增大物體表面的粗糙度，增大紊流度(如壘球)，從而推遲邊界層的分離。
4.注重對學生學習方法的培養
“授人以魚，不如授人以漁”。《工程流體力學》不同于其它力學，所用的研究方法――歐拉法――是學生首次遇到的，讓學生掌握方法顯得尤為重要。另外，由于課堂教學時間的限制，教師不可能把每一個問題都講透徹，就需要學生自己課后去領悟。例如，在講解水擊的形成、音速以及激波的時候，為了滿足定常的條件，都用到了相同的坐標建立方法和分析方法，教師在課程上只需要講清楚一個問題，剩下的只需要強調幾個物理現象之間的區別以及由此產生不同的結論就可以了，這樣既提高了了學生學習學習方法的能力，又節約了課堂教學時間。同樣的還有流體運動方程的推導、相似準則數表達式的推導等等。
三、結束語
綜上所述，上好緒論課、及時對所學內容進行總結、將流體力學知識與中學知識和生活聯系起來以及讓學生注重對學習方法的學習是教師在講授《工程流體力學》課程中需要注意的幾個方面，這四個方面在實際講課中并沒有明顯的界線，是相互聯系的：上好緒論課是課程前的準備，及時對所學內容進行總結是課程后的復習，而將流體力學知識與中學知識和生活聯系起來以及讓學生注重對學習方法的學習是方法和手段。如何提高《工程流體力學》課程的教學水平是一個十分廣泛而復雜的課題，以上只是筆者在教學改革中的一些體會和認識，其中許多問題尚需進一步探索和研究。
參考文獻：
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關鍵詞：工程流體力學；教學改革；大學；專業基礎課
中圖分類號：642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）03-0030-02
“工程流體力學”課程是以高等數學、大學物理、工程力學、工程熱力學為基礎，集概念、公式、實際應用于一體的一門專業基礎課。該課程基本概念抽象，公式結構復雜，實際應用眾多，尤其在石油行業尤為突出。石油工業中的許多問題都要采用流體力學理論解決，諸如鉆井液循環壓力和流速的設計，套管強度的校核，采油過程中油井采出的流體在泵或井筒內的流動規律分析，地面管線的布設，管徑設計，管線強度的校核，壓差與流量之間關系的確定，輸液泵的選擇和安裝位置的確定，儲油罐強度的校核，油品裝卸時間的計算，油品和天然氣的計量，氣蝕和水擊等現象的預防等。解決這些問題，要求從事石油工程技術的科學工作者必須具備“工程流體力學”知識，以便在石油工程的建設和管理中更好地發揮作用。為了使學生能夠更好地學習掌握該課程的內容，教學環節尤為重要。對如何設計教學環節，本文主要從以下四個方面加以說明。
一、教學由多媒體與板書共同完成
教學板書是教師教學思路的整體反映，是教師在教學過程中引導學生學習，幫助學生理解和記憶，以及啟發學生思考的重要手段，是教學過程中不可缺少的組成部分。教學板書以文字、符號、圖表等手段將教學內容直接訴諸學生的視覺，豐富了學生的感知表象，有助于學生吸收和掌握知識信息。在授課過程中，筆者把學生對使用板書和多媒體的意見進行調查，90%的學生更傾向于使用板書教學。
由于“工程流體力學”課程，基本概念多、難理解，公式復雜難懂，采用板書邊寫邊講解，給學生留有足夠的時間去理解，去認知，接受起來更容易一些。但是流體本身運動復雜，沒有固定的形狀，在外力作用下，流體流動狀態、流動規律是什么樣的，在板書上表達起來可能不夠準確，不夠形象、逼真；而采用多媒體[1]，將其制作成圖片或動畫課件，則直觀明了，生動具體，給學生在視覺上以新穎的感覺，在頭腦里的印象會更深刻一些。比如：講工程流體力學的發展史，單純講授枯燥無味。此時，制作多媒體課件展示給大家， 比如弧線球也稱香蕉球，找一個足球明星踢弧線球的視頻放里面，邊放映邊講解，學生很感興趣，還學到了知識，同時也激發了學生的學習熱情，起到了很好的引導效果。
二、將計算流體動力學軟件融入到理論教學中
“工程流體力學”一般采用理論方法、實驗方法和數值計算三種方法研究，其中，數值計算就是使用計算流體動力學軟件計算[2]，是當今比較常用也比較流行的方法。計算流體動力學（簡稱CFD）是通過計算機數值計算和圖像顯示，對包含有流體流動和熱傳導等相關物理現象的系統所做的分析。CFD可以看作是在流動基本方程控制下對流動的數值模擬。通過這種數值模擬，可以得到極其復雜問題的流場內各個位置上基本物理量（如速度、壓力、溫度、濃度等）的分布，以及這些物理量隨時間的變化情況，確定漩渦分布特性、空化特性及脫流區等。CFD方法克服了理論方法和實驗方法的局限性，在計算機上實現一個特定的計算，就好像在計算機上做一次物理實驗。例如，機翼的繞流，通過計算機并將其結果在屏幕上顯示，就可以看到流場的各種細節；如激波的運動、強度、渦的生成與傳播、流動的分離、表面的壓力分布、受力大小及其隨時間的變化等。數值模擬可以形象地再現流動情景，與做實驗沒有區別。
目前，CFD軟件中比較著名的就是Fluent軟件。所以可以在教學中使用Fluent軟件模擬，給學生展示流動規律和流動結果。例如：馮?卡門渦街，不同形狀物體繞流使用Fluent進行模擬，既直觀又能清楚地展現流動規律，同時對流體本身產生無限的向往，對“工程流體力學”課程充滿了期待和興趣，為學生以后學習軟件打下了基礎。
三、實施雙語教學
隨著我國與世界的接軌，隨著世界一體化進程，迫切需要大量精通兩種以上語言的人才，作為一種培養國際化人才的有效手段，雙語教學勢在必行。高等教育作為教育的前沿陣地，也要同國際接軌。雙語教學本身就是我國高等教育國際化趨勢的客觀要求，對高校來講，可以加強國內高校和國外高校的教學合作，高校之間的合作項目越來越多，有助于國內外專業領域知識體系的統一和完善；對教師來說，可以促進國內高校教師同國外高校教師的學術交流，國內高校教師可從中了解到很多世界前沿知識，并有效地傳遞給學生；從學生自身來看，打破了語言障礙，學生能夠在專業技術領域內較好地將母語和英語這兩種語言之間根據交際對象和工作環境的需要進行切換，有效地開展交流與合作，并且多掌握一種語言，就多了一份生存的手段，多了一份了解外部先進世界的途徑，多一份機會。雙語教學不僅可以培養學生運用外語解決實際問題的能力，而且有利于學生學習、掌握、精通一門外語（主要是英語），能夠多一種思維方式，學會從多種角度，用不同觀點看問題，進而提升競爭能力，同時也為培養“復合型”人才奠定了基礎。
現今實施“雙語教學”，既符合與時俱進的要求，又能夠提升教學水平，這意味著在教學中實施“雙語教學”勢在必行。在“工程流體力學”專業基礎課教學中改變使用單純母語（漢語）的教學方式，將外語（主要是英語）運用于其教學的全過程之中，使之與母語教學互相融合、互相促進，既體現專業基礎課教學的特色和針對性的同時，又能夠全面提高學生的外語應用能力和綜合素質，使教學更好地適應新世紀人才培養目標的要求。在“工程流體力學”教學中推行雙語教學，使學生在雙語教學課堂中提高英語水平，學會用英語表達專業知識，繼而過渡到用英語去思維、求知、交流，以便熟練地用外語來解決實際問題。這種教學模式既符合經濟迅速發展對涉外人才基本素質的要求，也符合大學各專業交叉融合的發展方向，是教學改革的重要內容。
根據“工程流體力學”課程的特點，在其教學中可以使用綜合型教學模式。即對一些基本概念、基本理論，比較好理解的，可以采用浸入型；而對一些公式的推導，專業性比較強的，難于理解的采用過渡型。另外，將一些流體發展的歷史、實例用多媒體教學手段進行授課，達到直觀的效果。
四、注重實驗環節
“工程流體力學”也是一門實驗科學[3]。很多流體力學理論都是以實驗為基礎建立起來的，理論分析得出的結果需要通過實驗來驗證，而實驗的進行又需要用分析得出的理論來指導。因此，實驗是“工程流體力學”課程的重要組成部分，是必不可少的教學環節。它不僅是為了驗證理論，有助于學生學好流體力學，而且是培養學生進行科學研究、提高獨立工作和創新能力的重要環節。
隨著大學教育的普及，受教育的人數迅猛增長，而實驗教學設備與人數增長不成比例，導致教學和實驗的間隔周期較長，使得實驗前，有些學生并沒有做好充分的準備，并且缺乏必要的理論復習，對即將做的實驗相關知識沒概念，致使理論和實驗嚴重脫節，實驗效果不佳。但是對學生的考核僅僅是一份實驗報告，導致有些報告抄襲嚴重，甚至有些學生做實驗，看別人怎么做就怎么做。這樣，學生的動手能力、實踐能力怎么能培養出來？更不用說培養學生的創新能力和發散思維。實驗課是教學的必要環節，也是重要環節，不容忽視。
1.實驗前，回顧與實驗相關的知識點，讓學生在短時間內了解本次實驗和相關理論，這里的相關理論不是本實驗的結論，實驗結論應該由學生通過做實驗總結出來；也可以將本實驗過程錄制成一段視頻，讓學生提前看一下，熟悉一下實驗過程，視覺在人心中留的印象會更深刻一些，做到心中有數，這樣真正自己動手做實驗就不會茫然。
2.由于時間和設備的限制，實驗只能就某一種情況進行操作，對其他條件變化時會有什么樣的規律不能面面俱到，這時在實驗教學中應用計算流體動力學軟件演示也會收到很好的教學效果。所以，計算流體動力學軟件不僅在教學中，在實驗中的作用也是顯著的。
3.在實驗課教學改革的同時，實驗課考核的方法也應該相應地加以整改。通過純粹的書面實驗報告和出勤率進行考核，學生互相抄襲，敷衍了事，實驗做完后真正的原理還沒弄明白。為了避免此類情況的發生，一方面，考核每個學生親自動手做實驗，邊做實驗邊講解，不僅能夠鍛煉學生動手的實驗能力，語言表達能力相應地也有所提高，為此應該增加實驗教師的人數；另一方面，除了增加實驗課在最終成績的比例（10%）外，還要在期末試卷中增加實驗內容，以檢驗學生對實驗的理解能力和掌握情況。
為了使學生能夠更好地掌握“工程流體力學”課程的內容，教學需要改革，這就要求當代大學教師不斷地嘗試、不斷地探索新的教學模式，充分調動學生的學習熱情。本文針對“工程流體力學”這門專業基礎課程的特點，提出了幾點教學建議，希望對工作在一線的流體力學教師有點幫助。
參考文獻：
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關鍵詞：啟發－互動；對比式；討論式
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0065-03
《流體力學》是高等學校和職業院校眾多理工科專業必修或選修的一門專業基礎課程，在各個工程領域有著廣泛的應用。但是，該課程理論性強、概念抽象，加之對數學知識要求較高，理論與工程實際結合困難，《流體力學》課程是眾多學生難啃的一塊硬骨頭。“啟發”式教學思想是：學生是學習的主體，教師充分調動學生的積極性，力促教師主導與學生自主相結合、書本知識與直接經驗相結合。“互動”式教學強調兩個“動”，即教師的“動”和學生的“動”。兩種教學模式都有比較好的教學效果，筆者從這些年的教學中體會到，如果把兩種教學模式結合起來，應用于《流體力學》課程教學或其他課程教學，可能更好地調動學生的學習主動性，培養學生自我解決問題的能力，提高教學質量和效果。
一、《流體力學》的教學現狀
《流體力學》是一門應用型的專業基礎課程，目前的《流體力學》課程教學呈現兩個特點：一個是偏重于數學公式的推導，忽視它的物理意義和工程應用；另一個是忽視其基礎地位，片面追求其為專業服務。這導致學生對這門課程學習上的困惑，一方面產生對該課程的恐懼和畏難，另一方面不能勾起學生的求知欲望和達不到對學習能力的培養。
1.課堂教學現狀。課堂教學是《流體力學》課程教學的主體，但是目前，《流體力學》的教學手段落后、教學方法單一。大多采用“滿堂灌”的教學模式，不注重學生綜合素質的培養，導致學生學習積極性不強、教學效果不好，也不利于教師自身素質的提高。
2.實驗教學現狀。實驗教學是《流體力學》課程教學的一個重要組成部分，是流體力學理論發展的重要基礎，掌握流體力學的實驗技能至關重要。但是，目前在絕大多數高校開展的流體力學實驗多為傳統的驗證性實驗，這種實驗模式不利于學生對理論的理解，忽略學生的積極性、主動性、創造性，不利于學生綜合素質的培養。
二、“啟發－互動”式教學的探索
“啟發－互動”式教學是一種教學理念，而不是一種教學方法。針對《流體力學》理論性強、工程應用廣、概念易混淆、公式較多等特點，總結出以下幾種適合于《流體力學》課程教學的“啟發－互動”模式。
1.對比式“啟發－互動”。在教學過程中，對比“啟發－互動”模式教學包括以下幾種：（1）相近或相反對比：將概念相近或相反的進行對比，達到條理清晰、對比鮮明、便于記憶的目的。例如，在講解系統與控制體、研究流體運動方法（歐拉法和拉格朗日法）、流體運動的概念（流線與跡線、恒定流動與非恒定流動，層流與湍流）等就可以采用對比“啟發－互動”。具體案例：在講解控制體和系統時，可以以老師清點學生遲到人數為例，把學生看成系統，而把學生出入的教室門看成控制體，系統是可以變的，而控制體則是固定不變的。在講解歐拉法和拉格朗日法時，可以將上一個問題進一步深入，老師清點遲到人數有兩種方法，一種采用跟蹤每一個遲到的學生，記下遲到學生人數，這種方法就如拉格朗日法（俗稱“跟蹤法”），另一種則是老師站在門口，記下遲到學生的名字就可以知道遲到學生人數，這種方法就如歐拉法（俗稱“布哨法”）。而后將問題進一步延伸，你可以詢問學生哪一種老師的方法更聰明，進而告訴他我們課程中研究流體運動的方法是歐拉法，但是采用拉格朗日法也有其更大的優點。通過這個案例，學生就更好地理解了概念，也方便于記憶。（2）新舊對比：將以前學過的與剛學過的知識對比，便于學生在舊知識的基礎上加速對新知識的掌握。便于記憶和理解兩種方程的理解、記憶和應用。（3）理論與實踐對比，使抽象的內容更為具體化，加深學生的認識。例如，講完理想流體的伯努利方程和實際流體的伯努利方程后，可以講解它的工程應用，進一步加深對兩個方程的理解和認識。
2.討論式“啟發－互動”。課堂教學中，采用討論式教學也是一種比較好的一種教學形式，它是學、思、論的一種動態融合，同時具有一定的趣味性。這種教學形式的效果取決于以下幾個方面：（1）討論題目的選取；（2）討論氣氛的協調；（3）老師的總結；（4）學生思維的延伸。例如，在講第一次課的時候，我就會給以下幾個問題思考：光滑球和粗糙球在空中運行的距離哪一個更遠？小鳥在空中飛行靠的是空氣的浮力嗎？……當然，學生只能做一些自我的選擇性判斷，但是這就引起了學生對這門課程的一些興趣。到了我們要學習繞流問題的時候，在上這次課之前，我會把一張白紙用手拿著放在嘴前方，使白紙自然下垂，然后教學生跟我一樣操作，朝紙的上方吹氣，觀察紙的運動方向，提出為什么紙是向上運動的？待把繞流問題講完以后，我們就可以把第一次課的問題拿來與學生進行討論了，找出這幾個問題的共性，并加以對以上問題的總結，學生以前思考的答案是否是正確的？指出他的錯誤所在。同時，也可讓學生發揮自己的想象，是否身邊也有和這相關的自然現象和工程實踐。從教學效果來看，討論式“啟發－互動”教學給了學生一個良好的學習氛圍，讓學生參與到問題中去，提高了學生的思考能力和創新能力。
3.作業“啟發－互動”。作業“啟發－互動”包括課堂練習和課后作業啟發“啟發－互動”。當然，課堂練習和課后作業這兩種模式在傳統式教學中也廣泛采用，重要的是“啟發－互動”。在課堂練習中，老師選擇的題目要有典型性、綜合性和實踐性，重要的是實踐性，題目一定是要與工程應用相結合，老師必須拿出一個工程問題或工程中的某一部分，在教師啟發和提示的基礎上，讓學生參與討論，逐步深入，達到學習和應用相結合。例如講解虹吸管應用問題，我們可以拿抽水馬桶為例，學生可能不知道虹吸管與馬桶怎么就套上關系了，邊講解邊討論，最后就明白了抽水馬桶就是一個虹吸管，而虹吸管的原理就是伯努利方程的工程應用，伯努利方程的解題步驟“三選一列一找”（選基準面、選計算斷面、選計算點、列伯努利方程、找邊界條件和初始條件）就一目了然了，最后計算得到答案。通過有代表性的課堂習題訓練，比傳統的講解一些例題更為學生所接受，便于學習和鞏固所學知識。課后作業也是對所學知識的一種鞏固，一方面作業的量要適度，做到少而精，避免學生因任務繁重而互相抄襲，另一方面改變傳統的“學生作、教師批”的模式，讓學生參與到作業批改過程中去，具體做法是：老師先粗略看一下作業，將典型錯誤做好記錄，并隨機發給不同的學生，讓學生互相批改，不能自己批改自己的，批改時必須指出錯誤之處并要求改正，而且必須簽上批改人的姓名，最后提交老師由老師審閱，相應給出兩個成績，一個作業成績，一個批改作業成績。這樣就提高了學生的主動性、思考能力和判斷能力。
4.實驗“啟發－互動”。實驗教學是《流體力學》教學中一個不可缺少的部分。在傳統開設的流體力學實驗中，多為驗證性實驗，為了提高學生的動手能力和創新能力，建議開設應用性實驗和設計性實驗。應用性實驗如畢托管測流速實驗，必須學生自己動手操作，而且希望學生能上網或其他途徑了解其它一些用來測流速的儀器，了解不同儀器的測速原理，同時鼓勵學生自己制作簡單的測量流速儀器。設計性實驗如模型試驗，擬出實驗題目、提供實驗設備和條件，或學生自行購買實驗用料，要求學生自行設計實驗方案、實驗步驟、處理實驗數據，撰寫實驗報告等，提高學生的動手能力，發揮學生的想象空間，開發思維能力和創新能力。
“啟發－互動”式教學思想的核心是啟發學生的思維，將教與學有機地結合，充分調動學生的自主積極性，使課堂教學枯燥轉為生動，從被動轉為主動，從機械轉為靈動。教師在教學中要明確自己的定位，充分啟發學生的思維，調動學生學習的主動性、積極性和創造性，這樣才能使學生在《流體力學》課程的學習中獲得一個良好的教學效果。當然，如何提高《流體力學》教學效果是一個不斷探索的過程，需要教師在教學過程中，不斷地探索及總結經驗，這樣，才能不斷地轉變教學理念、改進教學模式，直至取得良好的教學效果。
參考文獻：
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關鍵詞 流體力學； 模擬分析； ABAQUS
中圖分類號TP31 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）94-0199-02
0引言
計算流體力學（Computational Fluid Dynamics， CFD）的研究始于上世紀70年代早期。經過幾十年的發展，已經成為一門綜合運用物理學、應用數學及計算機科學模擬流體流動狀態的工程科學。到了上世紀80年代中期，流體力學的研究重點開始轉移到對由Navier-Stokes方程描述的粘性流的模擬。與此同時，具有不同數值復雜性和精確度的湍流模型種類也逐漸演變而成。如今最先進的擾流模擬方法由直接數值模擬方法（Direct Numerical Simulation）為代表，可是這種方法并不能很好地用于工程領域。
到了80年代末，利用了數值方法，特別是隱性數值方法的先進性，需要進行真實氣體模擬的的流體模擬也漸漸變得可行。目前，CFD方法已經廣泛用機、汽車、輪船的設計，以及天氣預報、海洋學研究和天體物理學等方面。CFD方法在工程科學及某些物理科學的研究中已變得越來越重要。
ABAQUS/CFD是集成在ABAQUS軟件包中用以求解流體力學問題的模塊。ABAQUS/CFD采用混合有限體積法和有限元法的求解方法來計算不可壓縮的層流和湍流問題，具有較高的求解精度，在集成的FEA-CFD多物理環境中能獲得可擴展的CFD解。本文通過一個流體力學的例子，簡單介紹在ABAQUS/CFD中進行流體力學分析的基本步驟，并對計算結果進行了初步的分析。
1 流體力學控制方程
從流體力學連續性方程、動量方程和能量方程可以推導出非定常三維可壓縮粘性流動的納維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。
1.1連續性方程（continuity equation）
非守恒形式：
守恒形式：
1.2 動量方程（momentum equation）
2.1建立CFD模型
ABAQUS/CFD在進行流體力學分析時需首先建立流體的模型，本例中流體流經長10m，寬3m，高0.2m的長方形管道，管道中央有直徑為0.5m的圓柱體。見圖1。
2.2定義流體及網格劃分
ABAQUS/CFD只能處理牛頓流體（Newtonian fluid， 指流體中的剪應力與剪應變不成線性關系），在本例中，流體的密度為1000kg/m3，粘度為0.1pa.sec，溫度設為室溫。
在本例中劃分網格類型為具有8個節點的線性流體塊（8-node linear fluid brick）， 在中央的圓柱壁上網格變為梯臺狀，見圖2。
2.3. 分析結果
通過在ABAQUS/CFD中進行分析， 我們得到了以上例子的運算結果，圖3a是容器內流體速度的分布情況，可見圓柱體
兩側流體速度較高。圖3b是容器內流體壓力分布的情況。
3 結論
本文首先介紹了計算流體力學的一般公式。基于ABAQUS/CFD平臺，通過文中例子的分析，向讀者介紹了ABAQUS/CFD軟件的特點和一般使用方法分析了一個較簡單的流體力學問題，并得到了該問題的流體速度和流體應力在分析域內的分布情況。通過運用ABAQUS/CFD軟件，我們能得到一般流體力學問題中流體速度和應力較高的位置，并在設計和施工中予以一定的重視，對實際工程的設計和分析具有一定的參考意義。
參考文獻
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關鍵詞：工程流體力學；課程體系；創新
Construction and improvement of course system on engineering fluid mechanics
Lan Yamei， Wang Shiming， Song Qiuhong， Liu Shuang
Shanghai Ocean University， Shanghai， 201306， China
Abstract： Combined with the working practice on construction process of engineering fluid mechanics， which is rated as Shanghai elite course， construction and improvement of course system is discussed on engineering fluid mechanics on Shanghai Ocean University. The main contents include teaching content， textbook publishing， improvement of experimental condition， training of innovation ability.
Key words： engineering fluid mechanics； course system； innovation
隨著我國海洋戰略布局和海洋經濟的發展，我校在海洋學科和相關專業建設方面發展迅速，流體力學知識的應用愈來愈廣泛。流體力學是工科院校普遍開設的專業基礎課程，學科的滲透性很強，與所有基礎和專業學科之間都有交叉，在學生知識能力培養和知識體系結構中起著承上啟下的作用。2013年，我校流體力學被評為上海市精品課程。在4年多的建設過程中，流體力學課題組先后承擔了校級、上海市級重點課程建設及重點教材建設等多項教改項目，堅持以培養海洋工程創新型人才為目標，在流體力學教學體系的建設方面取得了寶貴的經驗。
1 結合海洋大學特點，調整教學內容，完善課程體系
我校流體力學類課程覆蓋海洋漁業科學與技術、海洋環境、海洋技術、熱能動力工程、建筑環境與設備工程、環境工程、環境科學、機械設計制造及其自動化等專業，每年選課學生超過700人。針對各個專業學生的不同需求，我們在課程設置、教學內容上都做了相應的調整與完善。本課程在我校的定位是：以海洋學院的海洋漁業科學與技術、海洋環境、海洋技術、環境工程專業為重點的海洋類本科生的專業基礎主干課程；面向食品學院和生命學院的熱能動力工程、建筑環境與設備工程、環境科學專業的工程應用類本科生的專業基礎平臺課程，滿足工程學院的機制專業培養要求。以工程流體力學課程為龍頭，以培養海洋人才的創新能力為目標，完善優化流體力學類課程群的配置、學時安排，并完成所有課程新教學大綱的編寫工作，逐步形成一個完整的課程體系，重點完成了實驗課和仿真課程軟硬件的配套建設，突出強調流體力學的應用實踐環節。根據工程實際需要，將流體力學的教學內容分為三個層次，即流體力學的基礎理論、流體力學知識與進展、流體力學應用與實踐。根據不同專業對流體力學知識的需要，設計了不同的模塊組合。如對海洋相關專業的學生，增加了水波理論，重點強調實驗實踐環節；針對食品專業的需要，增加了氣體及熱力學類內容，并編寫了多套相關自測題供學生選用；針對水產及生物類專業的學生，為讓學生能夠更好地研究魚類等的動物習性，增加了數值仿真模擬，克服了以往過分重視理論知識的介紹，輕視其應用的弊端。此外，還相繼開出了流體力學獨立實驗課、計算流體力學等。
2 出版多部教材，完善流體力學課程教材體系完備
2002年，《工程流體力學》教材被列為上海市教委普通高等學校教材重點建設項目，歷經3年多的編寫和有關專家的評審，我校教師編寫的《工程流體力學》于2006年2月由上海交通大學出版社出版。該教材的最大特點是考慮到普通工科院校非力學專業學生的情況，尤其是一般工科專業學生的基礎和專業需要，盡可能簡化對公式、定理的數學推導，注重對物理概念的闡明、理解和應用，特別強調知識的實際應用。2007年，《工程流體力學》教材被上海市教委評為優秀教材三等獎，2008年獲上海海洋大學教學成果一等獎。2011年，我們對第一版教材部分章節的內容進行了更新、充實和修訂，更加注重拓寬知識面和實際工程應用。2012年9月，第二版《工程流體力學》及配套教材《工程流體力學習題解析》由上海交通大學出版社出版發行。2011年3月，由同濟大學出版社出版的《力學基礎實驗指導―理論力學、材料力學、流體力學》，其中的流體力學部分（第三大部分），重點強化課程體系中的實驗環節，完善了流體力學課程的教材體系。我們還完成了流體力學試題庫建設工作，提高了試題質量，真正做到了教考分離，為相關師生提供了豐富的教學資源庫，促進了教學質量的提高。
早在2006年，我們就開始了“流體力學研究型教學的改革與實踐”上海水產大學（2008年更名為上海海洋大學）一般課題項目的研究工作；為配合新出版的教材，我們還申請了校級一般課程建設項目“工程流體力學（CAI課件）建設”，制作了與教材配套的、有自主知識產權的課件光盤，課件共有700余張PPT，圖片色彩鮮明，其中插入的20多個原創動畫形象生動逼真，做到了工程流體力學電子教案光盤版與教材同步發行。
3 完善實驗教學條件，形成完整的實驗教學體系
隨著我國，特別是上海市海洋戰略布局和海洋經濟的發展，我校海洋學科發展迅速。首先，為配合新開設的獨立實驗課，添置了多種類、多套數的多功能流體力學實驗裝置、動量定理實驗儀、空化實驗儀等流體力學常規實驗設備，保證了高質量完成流體力學本科實驗教學任務。根據購置的實驗設備，自行編寫了實驗指導書，明確了儀器設備的工作原理、實驗過程的具體步驟、實驗結果的分析和處理以及實驗中的注意事項等內容；為了實現實驗教學的多樣化，自行編制了工程流體力學實驗教學演示軟件，內容形象直觀，使學生一目了然；合作研制了小型循環水槽及直流式風洞，并配備了數據測試采集系統，可進行圓柱、翼型、浮標、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試，使實驗教學的質量和效率得到了提高。針對個別專業的特殊需要，開設了流體力學獨立實驗課。實際的流體運動非常復雜，而流體力學實驗是揭示流體運動規律的一種重要手段，為此，經多方籌建，我校海洋環境專業于2009年開設了流體力學獨立實驗課，幫助學生加深對所學理論的理解，更好地用所學理論解決生產實際中的問題。實驗課共16學時，實驗內容主要包括：能量方程實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、畢托管測速實驗、管道測流量實驗、流動顯示實驗、虹吸實驗及勢流疊加實驗等。針對食品專業的需要，開設了氣體及熱力學類實驗。
為了滿足海洋學科對流體力學實驗的更高要求，我們陸續建成了大型室內動力深水壓力桶，配備了數據測試采集系統，可進行圓柱、翼型、浮標、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試。我校地處臨港，旁臨東海，學生參加各種海試試驗方便。利用這些實驗平臺，相繼開設了多種設計性、綜合性實驗，主要包括湍流、流體數值模擬計算應用、波浪能發電裝置開發等，對于學生創新能力的培養起到了至關重要的作用。
4 以科研促進教學，培養學生的創新能力，構建創新型培養體系
近三年，教師發表學術論文40余篇，SCI收錄4篇；課題組教師主持省部級及以上科研課題共20余項，其中國家自然科學基金1項，上海市自然科學基金2項，農業部專項3項，海洋工程國家重點實驗室開放基金2項，國家海洋局重大專項2項，上海市教委創新項目2項。有20余名碩士研究生、多名本科生參與科研項目，學生創新意識和能力得到了培養與鍛煉。近年來，學生在科研創新方面熱情很高。在全國“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽中，2011年，我校羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青的“一種新型海洋波浪能發電裝置”獲得全國競賽三等獎；2012年，曹星、陳功的“風浪發電轉換機”獲得全國三維數字化創新設計大賽上海賽區二等獎。工程學院學生孫奇結合所學流體力學知識，自主創業，創立了上海鑫靚科技服務有限公司，開辦節水高效汽車洗車業務服務師生。2011～2012年，學生成功申報市、校、院級涉及海洋工程方向的大學生創新性項目16項。在流體力學教師指導下，學生還獲得43項國家實用新型專利，另有多項發明專利進入實審階段。學生參加教師科研項目19項，均取得了很好的成效。在我校機械設計制造及其自動化專業本科學生的畢業設計題目中，海洋工程類流體力學相關研究比例較高，特別是在大學生科技創新活動中心的組織下，我校成為上海市船舶與海洋工程學會的團體會員單位，并在我校建立了上海市船舶與海洋工程學會學生分會，流體力學的師生參與熱情較高。
5 結束語
工程流體力學是一門非常重要的專業基礎課程，它具有較強的理論性、抽象性和實踐性。筆者主要介紹了我校工程流體力學課程體系的建設與實踐，主要包括：多層次、多專業的課程體系構建；先后出版了《工程流體力學》《工程流體力學習題解析》和《力學基礎實驗指導―理論力學、材料學、流體力學》教材，流體力學課程教材充足；完善實驗教學條件，形成完整的教學實驗體系；培養學生創新能力，構建創新型培養體系；以科研促進教學，培養學生創新能力，構建創新型培養體系，不斷培養學生的工程意識和工程實踐能力，提高創新能力，使學生真正掌握該課程的核心知識，提高分析問題和解決問題的能力。
參考文獻
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流體力學是力學的分支之一，其所研究的內容主要是流體在外力的作用下達到平衡以及運動的規律。流體力學在我國的技術性行業中占據了重要的位置，主要有機械、環境、石油、化工、土木等，也是上述行業所代表學科的基礎課程之一。流體力學中包涵了張量、場論、復變函數、數值方法等理論內容，并與計算機知識以及光學測量技術等有機結合，是一門非常重要的學科。隨著流體力學的發展和應用，流體力學的教學難度也隨之增加，如何提高流體力學教學的質量，推進流體力學課程的改革與實踐，本文將做闡述。
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。可見，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
綜上所述，對流體力學的教學形式與教學內容進行改革和實踐，能夠有效地提升其教學水平，具有非常重要的意義。
作者：于艷 劉揚 張微 陶進 單位：吉林建筑大學城建學院
（浙江大學城鄉規劃設計研究院有限公司，杭州 310013）
摘要： 計算流體力學可以模擬正在規劃的城市建筑群的小氣候的數值，也可以較為準確的預測城市規劃方案使城市樓宇、街道的小氣候即將發生的改變，從而在城市規劃設計中趨利避害。本文簡要探討了計算流體力學在城市規劃設計中的應用，希望能給大家一些借鑒學習之處。
關鍵詞 ： 城市規劃；設計；計算流體力學
中圖分類號：O243；TU984 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）03-0096-02
作者簡介：龔韓慶（1978-），男，浙江義烏人，工程師，本科，研究方向為城市規劃。
0 引言
計算流體力學簡稱CFD，計算流體力學應用于城市規劃設計中可以有效預測城市規劃方案對城市樓宇、街區的小氣候的影響，所以計算流體力學被越來越多的應用于城市規劃設計，相對于一般的實驗研究而言，計算流體力學具有應用成本低、計算速度快、周期短、效率高,可以任意模擬真實及理想的條件,計算流體力學后處理技術較完善,便于分析流體力學計算結果等優點。比如，在建設好的街道內存在風口，形成很大的局部風速，甚至可能直接對街區內的行人或者附近的建筑物造成影響。
1 計算流體力學在城市規劃設計中應用的局限性
計算流體力學在城市規劃設計中的應用存在一定的局限性，主要表現在計算流體力學必須要有準確的數學模型，并且在模擬數據中用離散化的方法處理數學方程時需要對流體力學計算中所碰到的收斂性、穩定性等問題進行分析，然而做的這些分析一般只對線性方程有效，對不是線性的方程則沒有效果。而且計算流體力學受計算機內存、運行速度等計算機固有條件的限制，只有計算機的運行速度等硬件設施達到一定程度計算流體力學才會出現新的發展階段。
2 計算流體力學的概念和在城市規劃設計中的計算方法
計算流體力學的步驟為先確定了那些能夠描述的連續變化的對象的流動參量的微分方程組后，然后采用計算數值的方法，通過離散化的方法用離散時間和空間的值來表示連續變化的參量，用代數方程組的形式替代微分方程組轉，空間的離散位置可用計算網格上的節點來描述，最后流體運動特性是通過計算機求解這些離散的數學方程組來研究的，同時可以給出流體運動空間非定常或定常流動規律，這樣的學科就是計算流體力學。計算流體動力學的工作程序建立體現物理現象或工程問題本質的數學模型就是模擬數值的出發點，就是要塑造體現問題每個量之間關系的微分方程唯一解前提及方程，尋找高精確度、高工作效率的計算措施，也就是塑造針對控制方程的數值離散化措施，比如有限元法和差分法、有限體積法等，編寫程序和計算分析。計算流體力學涵蓋了計算網格的劃分、初始條件的導入和邊界條件、假設控制參數等。在城市建筑物之間的空氣流動為不穩定狀態，并且建筑物的朝向、形態存在很多種變化、地形凹凸不一。所以，以準備流體力學計算對象的物理特性為基礎，本文將進行CFD模擬的基本控制方程選取為k-ε雙方程紊流數學模型，為適應規劃設計中由于各建筑物地形、高度、形狀等因素所產生的復雜網格體系我們采用貼體坐標系統。控制方程的通用形式為
方程中當q=1，表示方程的連續性；當q=u1，u2，u3，表示ξ1，ξ2，ξ（3曲線坐標）方向的動量方程；當q=k，表示紊動動能方程；當q=ε，表示紊動能耗散率方程，i，j=1，2，3，表示三維空間坐標的3個方向。式中Ui，J和Gij分別表示Jacobian速度變換矩陣、變換矩陣以及擴散量度矩陣。其定義分別為
方程（1）和（2）組成了整個求解區域小氣候場的方程組。
3 對城市規劃設計中應用計算流體力學典型案例的分析
為了探討計算流體力學在城市規劃設計中的應用，本文以某一個文化廣場的規劃設計為例詳細闡述了計算流體力學在城市規劃中的應用，希望能為大家更好的理解計算流體力學在城市規劃設計中的應用。
3.1 計算流體力學的區域和網格 案例中進行規劃的區域東邊是一個已經規劃好了的體育場，西邊為一個山坡，南邊和北邊都已經蓋好了建筑。根據規劃區域的地形圖和已有建筑的分布圖可以生成一個計算流體力學的計算網格（如圖1），這個規劃設計中我們采用的是結構化的計算網格，該計算網格總共設置了68×67×31個計算流體力學的點，流體力學的分析計算范疇為1km×1km×50m。流體力學計算網格運用POINTWISE公司的計算流體力學網格生成軟件包GRIDGEN生成。這個軟件包是專門替流體力學的計算而編寫的一種商業用途的計算流體力學生成網格軟件，這個軟件可以生成很多復雜形狀的近體坐標計算流體力學網格系統，并且這個軟件還能夠比對優化生成的網格質量。因為流體力學的計算網格的繁瑣性，流體力學的分析計算是比較麻煩的。這又是在城市規劃設計領域應用計算流體力學的比較典型的案例。因為該案例的流體力學的計算區域非常的不規則，所以生成計算流體力學網格和計算流場將把工作重心放在解決不規則的流體力學計算網格所帶來的一系列問題上，也就是如何控制網格的生成質量和怎么處理流體力學計算過程中由于不規則的計算網格所導致的和收斂性相關的問題。利用GRIDGEN這個程序同時通過該軟件程序本身設置的簡化算法，可以得到較高質量的流體力學計算網格；但是和收斂性有關的問題只能夠以流體力學計算的求解程序為基礎和使用者的經驗來處理。在研究這個案例的過程中，我們運用擬不穩定狀態的計算方法較快的收斂流體力學計算。這個方法就是從非穩態的算法開始以更深的研究穩態的問題，在一定的時間范疇內，進行N次的迭代，從而使得較為復雜的流動難題能夠快速穩定的收斂于它的解。在流體力學計算領域，擬不穩定狀態的計算措施是使流體力學計算得到收斂的一個行之有效的措施。
3.2 流體力學計算邊界條件 在計算城市規劃設計流體力學過程中確定適合的計算邊界條件為流體力學計算運用于城市建筑規劃領域探討的一個很關鍵的方面。在實際的流體力學計算過程中，計算的區域除了上空采用開放的適意流動的邊界，地面和規劃區內建筑物表面采用固體的表面邊界，其它4個方向的邊界取值也將對流體力學的計算區域有較大的影響。因為規劃區外已經存在的建筑物會對流體力學的計算存在一定影響，東南西北4個方向的邊界條件的取值非常復雜。在本文的探究中，因為是簡單探討計算流體力學在城市規劃設計中的應用，所以我們采取的是最簡單的方式來設定流體力學計算的邊界條件值。以某一些原則為依據，而且經過整理分析規劃區域本地的氣象文件資料，我們明確選取風向頻率較高的北風和東北風作為流體力學的計算前提，選取的風力的大小會影響人群的生活、當地每年都會出現的10米每秒的風速作為導入的風速，并且不考慮城市規劃區域外已經存在的建筑物對流體力學計算邊界條件的影響。豎直方向的階梯風也會影響流體力學的計算結果。本次研究采用的流體力學計算邊界條件如下：地面和已有建筑物的表面為固定墻壁；天空為自由的流動邊界，也就是滑移的界限。分析東北風的工況時：東面和北面為10×0.714m/s的風速入口，風向為東北方向時，南、西面為自由的出口邊界。
4 結束語
綜上所述，計算流體力學為城市規劃設計做出了很大貢獻，CFD很大程度上使城市規劃設計更加合理，所以流體力學計算在城市規劃設計中的運用會更加普遍，我們需要經常地了解總結流體力學計算在城市規劃設計中的運用的經驗，不斷地對流體力學計算技術加以完善，使其更好地為城市規劃設計做出貢獻。
參考文獻：
[1]李建強.流體力學在工程建設中的應用[J].華東交通大學學報,2001(4)：66-67.
力學可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分，靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題；運動學只考慮物體怎樣運動，不討論它與所受力的關系；動力學討論物體運動和所受力的關系。
力學也可按所研究對象區分為固體力學、流體力學和一般力學三個分支，流體包括液體和氣體；固體力學和流體力學可統稱為連續介質力學，它們通常都采用連續介質的模型。固體力學和流體力學從力學分出后，余下的部分組成一般力學。
一般力學通常是指以質點、質點系、剛體、剛體系為研究對象的力學，有時還把抽象的動力學系統也作為研究對象。一般力學除了研究離散系統的基本力學規律外，還研究某些與現代工程技術有關的新興學科的理論。
一般力學、固體力學和流體力學這三個主要分支在發展過程中，又因對象或模型的不同出現了一些分支學科和研究領域。屬于一般力學的有理論力學(狹義的)、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、陀螺力學、運動穩定性等；屬于固體力學的有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等；流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支匯合而成，現在則有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的交*結果又產生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。
力學也可按研究時所采用的主要手段區分為三個方面：理論分析、實驗研究和數值計算。實驗力學包括實驗應力分析、水動力學實驗和空氣動力實驗等。著重用數值計算手段的計算力學，是廣泛使用電子計算機后才出現的，其中有計算結構力學、計算流體力學等。對一個具體的力學課題或研究項目，往往需要理論、實驗和計算這三方面的相互配合。
力學在工程技術方面的應用結果形成工程力學或應用力學的各種分支，諸如土力學、巖石力學、爆炸力學復合材料力學、工業空氣動力學、環境空氣動力學等。
力學和其他基礎科學的結合也產生一些交又性的分支，最早的是和天文學結合產生的天體力學。在20世紀特別是60年代以來，出現更多的這類交*分支，其中有物理力學、化學流體動力學、等離子體動力學、電流體動力學、磁流體力學、熱彈性力學、理性力學、生物力學、生物流變學、地質力學、地球動力學、地球構造動力學、地球流體力學等。
運動學發展簡史
運動學是理論力學的一個分支學科，它是運用幾何學的方法來研究物體的運動，通常不考慮力和質量等因素的影響。至于物體的運動和力的關系，則是動力學的研究課題。
用幾何方法描述物體的運動必須確定一個參照系，因此，單純從運動學的觀點看，對任何運動的描述都是相對的。這里，運動的相對性是指經典力學范疇內的，即在不同的參照系中時間和空間的量度相同，和參照系的運動無關。不過當物體的速度接近光速時，時間和空間的量度就同參照系有關了。這里的“運動”指機械運動，即物置的改變；所謂“從幾何的角度”是指不涉及物體本身的物理性質(如質量等)和加在物體上的力。
運動學主要研究點和剛體的運動規律。點是指沒有大小和質量、在空間占據一定位置的幾何點。剛體是沒有質量、不變形、但有一定形狀、占據空間一定位置的形體。運動學包括點的運動學和剛體運動學兩部分。掌握了這兩類運動，才可能進一步研究變形體(彈性體、流體等)的運動。
在變形體研究中，須把物體中微團的剛性位移和應變分開。點的運動學研究點的運動方程、軌跡、位移、速度、加速度等運動特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運動學還要研究剛體本身的轉動過程、角速度、角加速度等更復雜些的運動特征。剛體運動按運動的特性又可分為：剛體的平動、剛體定軸轉動、剛體平面運動、剛體定點轉動和剛體一般運動。
運動學為動力學、機械原理(機械學)提供理論基礎，也包含有自然科學和工程技術很多學科所必需的基本知識。
運動學的發展歷史
運動學在發展的初期，從屬于動力學，隨著動力學而發展。古代，人們通過對地面物體和天體運動的觀察，逐漸形成了物體在空間中位置的變化和時間的概念。中國戰國時期在《墨經》中已有關于運動和時間先后的描述。亞里士多德在《物理學》中討論了落體運動和圓運動，已有了速度的概念。
伽利略發現了等加速直線運動中，距離與時間二次方成正比的規律，建立了加速度的概念。在對彈射體運動的研究中，他得出拋物線軌跡，并建立了運動(或速度)合成的平行四邊形法則，伽利略為點的運動學奠定了基礎。在此基礎上，惠更斯在對擺的運動和牛頓在對天體運動的研究中，各自獨立地提出了離心力的概念，從而發現了向心加速度與速度的二次方成正比、同半徑成反比的規律。
18世紀后期，由于天文學、造船業和機械業的發展和需要，歐拉用幾何方法系統地研究了剛體的定軸轉動和剛體的定點運動問題，提出了后人用他的姓氏命名的歐拉角的概念，建立了歐拉運動學方程和剛體有限轉動位移定理，并由此得到剛體瞬時轉動軸和瞬時角速度矢量的概念，深刻地揭示了這種復雜運動形式的基本運動特征。所以歐拉可稱為剛體運動學的奠基人。
此后，拉格朗日和漢密爾頓分別引入了廣義坐標、廣義速度和廣義動量，為在多維位形空間和相空間中用幾何方法描述多自由度質點系統的運動開辟了新的途徑，促進了分析動力學的發展。
19世紀末以來，為了適應不同生產需要、完成不同動作的各種機器相繼出現并廣泛使用，于是，機構學應運而生。機構學的任務是分析機構的運動規律，根據需要實現的運動設計新的機構和進行機構的綜合。現代儀器和自動化技術的發展又促進機構學的進一步發展，提出了各種平面和空間機構運動分析和綜合的問題，作為機構學的理論基礎，運動學已逐漸脫離動力學而成為經典力學中一個獨立的分支。
固體力學發展簡史
固體力學是力學中形成較早、理論性較強、應用較廣的一個分支，它主要研究可變形固體在外界因素(如載荷、溫度、濕度等)作用下，其內部各個質點所產生的位移、運動、應力、應變以及破壞等的規律。
固體力學研究的內容既有彈性問題，又有塑性問題；既有線性問題，又有非線性問題。在固體力學的早期研究中，一般多假設物體是均勻連續介質，但近年來發展起來的復合材料力學和斷裂力學擴大了研究范圍，它們分別研究非均勻連續體和含有裂紋的非連續體.
自然界中存在著大至天體，小至粒子的固態物體和各種固體力學問題。人所共知的山崩地裂、滄海桑田都與固體力學有關。現代工程中，無論是飛行器、船舶、坦克，還是房屋、橋梁、水壩、原子反應堆以及日用家具，其結構設計和計算都應用了固體力學的原理和計算方法。
由于工程范圍的不斷擴大和科學技術的迅速發展，固體力學也在發展，一方面要繼承傳統的有用的經典理論，另一方面為適應各們現代工程的特點而建立新的理論和方法。
固體力學的研究對象按照物體形狀可分為桿件、板殼、空間體、薄壁桿件四類。薄壁桿件是指長寬厚尺寸都不是同量級的固體物件。在飛行器、船舶和建筑等工程結構中都廣泛采用了薄壁桿件。
固體力學的發展歷史
萌芽時期 遠在公元前二千多年前，中國和世界其他文明古國就開始建造有力學思想的建筑物、簡單的車船和狩獵工具等。中國在隋開皇中期(公元591～599年)建造的趙州石拱橋，已蘊含了近代桿、板、殼體設計的一些基本思想。
隨著實踐經驗的積累和工藝精度的提高，人類在房屋建筑、橋梁和船舶建造方面都不斷取得輝煌的成就，但早期的關于強度計算或經驗估算等方面的許多資料并沒有流傳下來。盡管如此，這些成就還是為較早發展起來的固體力學理論，特別是為后來劃歸材料力學和結構力學那些理論奠定了基礎。
發展時期 實踐經驗的積累和17世紀物理學的成就，為固體力學理論的發展準備了條件。在18世紀，制造大型機器、建造大型橋梁和大型廠房這些社會需要，成為固體力學發展的推動力。
這期間，固體力學理論的發展也經歷了四個階段：基本概念形成的階段；解決特殊問題的階段；建立一般理論、原理、方法、數學方程的階段；探討復雜問題的階段。在這一時期，固體力學基本上是沿著研究彈性規律和研究塑性規律，這樣兩條平行的道路發展的，而彈性規律的研究開始較早。
彈性固體的力學理論是在實踐的基礎上于17世紀發展起來的。英國的胡克于1678年提出：物體的變形與所受外載荷成正比，后稱為胡克定律；瑞士的雅各布第一·伯努利在17世紀末提出關于彈性桿的撓度曲線的概念；而丹尼爾第一·伯努利于18世紀中期，首先導出棱柱桿側向振動的微分方程；瑞士的歐拉于1744年建立了受壓柱體失穩臨界值的公式，又于1757年建立了柱體受壓的微分方程，從而成為第一個研究穩定性問題的學者；法國的庫侖在1773年提出了材料強度理論，他還在1784年研究了扭轉問題并提出剪切的概念。這些研究成果為深入研究彈性固體的力學理論奠定了基礎。
法國的納維于1820年研究了薄板彎曲問題，并于次年發表了彈性力學的基本方程；法國的柯西于1822年給出應力和應變的嚴格定義，并于次年導出矩形六面體微元的平衡微分方程。柯西提出的應力和應變概念，對后來數學彈性理論，乃至整個固體力學的發展產生了深遠的影響。
法國的泊阿松于1829年得出了受橫向載荷平板的撓度方程；1855年，法國的圣維南用半逆解法解出了柱體扭轉和彎曲問題，并提出了有名的圣維南原理；隨后，德國的諾伊曼建立了三維彈性理論，并建立了研究圓軸縱向振動的較完善的方法；德國的基爾霍夫提出粱的平截面假設和板殼的直法線假設，他還建立了板殼的準確邊界條件并導出了平板彎曲方程；英國的麥克斯韋在19世紀50年代，發展了光測彈性的應力分析技術后，又于1864年對只有兩個力的簡單情況提出了功的互等定理，隨后，意大利的貝蒂于1872年對該定理加以普遍證明；意大利的卡斯蒂利亞諾于1873年提出了卡氏第一和卡氏第二定理；德國的恩蓋塞于1884年提出了余能的概念。
德國的普朗特于1903年提出了解扭轉問題的薄膜比擬法；鐵木辛柯在20世紀初，用能量原理解決了許多桿板、殼的穩定性問題；匈牙利的卡門首先建立了彈性平板非線性的基本微分方程，為以后研究非線性問題開辟了道路。
蘇聯的穆斯赫利什維利于1933年發表了彈性力學復變函數方法；美國的唐奈于同一年研究了圓柱形殼在扭力作用下的穩定性問題，并在后來建立了唐奈方程；弗呂格于1932年和1934年發表了圓柱形薄殼的穩定性和彎曲的研究成果；蘇聯的符拉索夫在1940年前后建立了薄壁桿、折板系、扁殼等二維結構的一般理論。
在飛行器、艦艇、原子反應堆和大型建筑等結構的高精度要求下，有很多學者參加了力學研究工作，并解決了大量復雜問題。此外，彈性固體的力學理論還不斷滲透到其他領域，如用于紡織纖維、人體骨骼、心臟、血管等方面的研究。
1773年庫侖提出土的屈服條件，這是人類定量研究塑性問題的開端。1864年特雷斯卡在對金屬材料研究的基礎上，提出了最大剪應力屈服條件，它和后來德國的光澤斯于1913年提出的最大形變比能屈服條件，是塑性理論中兩個最重要的屈服條件。19世紀60年代末、70年代初，圣維南提出塑性理論的基本假設，并建立了它的基本方程，他還解決了一些簡單的塑性變形問題。
現代固體力學時期 指的是第二次世界大戰以后的時期，這個時期固體力學的發展有兩個特征：一是有限元法和電子計算機在固體力學中得到廣泛應用；二是出現了兩個新的分支——斷裂力學和復合材料力學。
特納等人于1956年提出有限元法的概念后，有限元法發展很快，在固體力學中大量應用，解決了很多復雜的問題。
關鍵詞：流體力學；教學改革；現狀；思考
中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2851（2013）-01-0148-01
流體力學是土建類專業的一門專業基礎課，也是全國勘察設計注冊工程師基礎考試必考科目。流體力學作為力學的一個重要分支，主要研究流體在靜止或運動時所遵循的基本規律及其在工程中的應用，是高等學校眾多工科專業的必修課。流體力學也是一門理論性和工程實際意義都較強的課程，具有理論不易掌握、概念和方程較多且易混淆、對學生高等數學知識及綜合分析和處理問題能力要求較高等特點，與枯燥、繁多的理論以及教學時數的減少形成了尖銳的矛盾。因此，尋求一種新的有效的教學手段，視聽結合，充分發揮多媒體教學的優越性，加大課堂教學的信息密度和知識密度，拓寬課堂教學的新思路成為必然。
一、流體力學課多媒體教學現狀
根據在流體力學教學中應用多媒體課件的情況來看，多媒體課件的應用使單位時間內教學內容大為增加得到公認，但對教學效果的看法反映并不一致。為了解使用多媒體課件的教學效果，我們兩次發出不記名問卷。其中一次讓學生給打分，30名同學中認為現在使用的流體力學多媒體課件有較大幫助和有所幫助的各有10名，合計占67%。經討論分析，多媒體課件之所以會出現授課效果不佳的情況，主要是因為在課件的制作和使用的過程中，存在如下這些“問題”：
1.原有課件的制作和應用沒有充分體現以學生為主體，只是將教師從粉筆、黑板中解放出來。有些章節內容單調甚至照抄課本內容，成了文本教材的電子化；有些則忽略了教學內容的連貫性和邏輯性。
2.多媒體課件中，圖片、動畫的選擇不符合整體教學的安排。要么簡單拼湊，造成課件的形式缺乏多樣性；要么將簡單的問題復雜化，缺乏合理的思路，其結果是大量的圖片分散了學生的注意力，浪費了時間，造成教學質量下降。
3.課件包含知識過多，文字描述繁瑣。為了讓學生能夠在有限的課時內學到更多的知識，教師過于擴大多媒體課件的知識量，造成了屏幕上顯示的內容過多、講解時屏幕翻滾過快，學生對教師所講授的內容沒有留下印象，也不知道大量的知識點該從何處著手記錄，導致學生不容易跟上教師的思路，不易復習。
4.課件內容“乏味”，不能吸引學生注意力。部分課件內容陳舊，有些內容與講課內容結合不緊密，還有一些音像不夠清晰，影響視聽效果。
二、課程多媒體教學改革的思考
1.總方案設計。通過問卷調查及調研等方法，對流體力學多媒體教學的需求性、優缺點、教學效果等方面進行全面分析。調查研究存在于各個主要教學環節中的問題，并進行匯總分析，以確定出總體方案。
2.教學設計。根據《流體力學》教學目標，對教學內容、教學方法和教學過程等方面進行安排，建立課程層次結構。多媒體課件內容的選取要以教材為藍本，從實現教學目標、完成教學任務的需要出發，但又不能為課本所束縛，要充分增加課件的含金量。一個優秀的課件不能只是教材的幻燈片演示，而應該增加它的生動直觀的作用，因此教材內容的選取很關鍵。隨著對課件制作認識的提高，我們做課件的每一部分時，都應該做到心中有數，對于每一頁面的制作都要做到精益求精，這樣做出的課件才能流暢的運行。
3.結構設計。設計合理的流程，使教學內容通過多媒體課件的方式表現出來。多媒體教學擺脫了黑板加粉筆的呆板表現形式，依賴于大量的多媒體素材，把以往受時間和空間限制的內容搬進課堂，體現了其特有的優勢。素材的選取依授課內容而決定。制作課件時，老師本身就是一名導演，怎樣把“演員”（即素材）放到適合的位置，并使它表演得出色，全部依賴于導演的水平。因此教師要吃透教學內容，在參透文字稿本的基礎上，反復構思，進行創作，設計出符合教學的課件來。
4.版面設計。設計技術性、藝術性以及應用性良好的版面，提高課件的教學效果。課件制作過程要求熟悉電腦的基本操作、掌握相關軟件的使用方法。做課件并不是說我只要掌握了課件制作軟件的使用就可以了，它需要多種軟件協同工作，比如圖像制作、聲音錄制、文字編輯、動畫制作等等，所以要求我們平時注意多學一些操作方法，或在計算機專業人員的配合下共同完成課件的制作，以使課件不僅具有教學內容的教育性、科學性，而且要有課件的技術性，藝術性。
5.收集使用反饋意見。為保證課件的正常使用，還需要多次測試，以便能夠發現課件在運行當中存在的問題，及時修改，不斷完善。一個課件的好與壞，只有通過實踐才能真正得出結論。課件制作完成后，應用于課堂教學，然后根據學生的反饋信息，再將課件加以修改，從而使其達到最優。如果制作的課件引不起學生的興趣，在課堂上起不到應有的效果，那么這樣的課件無疑是失敗的。因此還需要不斷地對課件進行修改、完善與升級，使之更加適合教學的要求。
根據《流體力學》課程教學內容的特點，精心設計、制作多媒體素材，集圖、文、聲、像的綜合表現功能，融教育性、科學性、藝術性、技術性于一體的課件，可以有效調動和發揮學生學習的積極性和創造性，最大限度地發揮學生的潛能，強化教學效果，提高教學質量，從而促進大學生對流體力學基礎知識的掌握和應用，并提高利用所學知識解決實際問題的能力。
參考文獻
關鍵詞：《工程流體力學》；問題探究式教學方法；教學效果
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）04-0223-02
《工程流體力學》是能源動力、土木工程、環境工程等諸多專業的專業基礎課程，由于該課程的學習中有不少涉及到高等數學、大學物理等課程的知識點，因而學生普遍感覺學習難度高，興趣不大[1]。筆者從多年的教學經驗中總結出問題探究式教學方法，并取得了一定的教學效果，同時也對教學活動中存在的一些問題進行了思考并提出了具體改進措施。
一、以傳授知識點為主的教學模式存在的問題
目前大部分高校的《工程流體力學》課程仍采用傳統的課堂面授的教學方法，教師是教學活動的主要組織者，授課教師以演講者的身份，按照教材編排來講授教學內容，因此課程知識點為單向傳授式，學生對課程內容往往缺乏主觀的思考，只是被動地接納。以傳授知識點為主體的教學模式強調概念講解和公式推導，學生對所學內容理解不深，大多數學生也只能做到課后照搬公式做題，而對后續專業課學習中碰到的新問題無法做到歸納分析，最終也不能有效提升運用知識解決實際問題的能力。由于人類對科學的認知都是從現象開始的，現象表現出的規律性引導人們不斷探究現象背后的本質，因此《工程流體力學》課堂的教學組織也應遵循從現象到規律的認知路徑。課堂應先從日常生活及工程實例中提出問題，由教師引導學生剖析問題，逐漸深入到現象背后的規律性內容，再經概念闡述和理論推導，完成前述問題的理論解釋。以問題探究為主體的教學模式顯然更有助于培養學生的學習興趣，提高分析問題和解決問題的能力。
二、《工程流體力學》問題探究式教學的課堂組織
在實施問題探究式教學模式時，教師盡可能選取來自于日常生活現象以及有專業背景的問題，并以圖片、動畫或視頻等較形象化的方式給出，增強學生對流體力學的感性認識，教師要根據學生課堂的反應情況對學生不斷引導，鼓勵學生啟用發散性思維方式解決問題，鼓勵學生大膽嘗試，通過對問題抽絲剝繭式的分析來提高解決實際問題的能力。課堂上的問題和探究性的思考過程要讓學生的思維活躍起來，讓學生意識到所學的知識是鮮活、有用而又有趣的，能逐漸領略到流體力學的美妙之處。在問題分析后的理論闡述中要適當舍棄一些繁冗枯燥的公式推導，強調公式中各項的物理意義和公式的適用條件。本文以課程中的緒論、一元流體動力學基礎以及孔口管嘴管路流動[2]為例，具體闡述探究性問題教學模式的實施過程。緒論課的問題可以提得多而廣，通過大量的實際應用和工程問題，讓學生充分理解學習課程的目的及意義，做到課程一開始就抓住學生的學習興趣，激發他們的研究熱情。在課程剛開始時，可以讓學生列舉常見的流體種類，并總結流體與固體的本質區別；給出儒可夫斯基對佯繆（永動機問題）的描述，讓學生解釋原因；課堂上用湯匙現場演示水流的附壁效應；由目前大氣環境常見的霧霾問題引出顆粒物的繞流阻力問題，并讓學生估算雨滴和塵埃在空氣中的下降速度差異[3]；用圖片方式介紹1940年美國華盛頓州塔科馬海峽橋事故，讓學生分析事故原因；介紹市政供水的基本方法，再讓學生估算學生宿舍樓供水的壓力；分析采暖系統中設計膨脹水箱的原因；夏季和冬季空調送風口的風向有何不同，哪些措施能夠盡可能實現房間內溫度的均勻分布。由于緒論課涉及的問題可覆蓋整個課程，可把某些問題留給學生在課后自己分析。在講授一元流體動力學基礎時，教師可首先給學生演示平行紙片的吹氣試驗，讓學生觀察并解釋紙片的飄向；提出常說的“水往低處流”論斷一定正確嗎？再根據市政管網的供水現象，引出驅動流體流動的能量形式及其相互轉換問題，并讓學生解釋航海中的“船吸現象”、洗澡時浴簾的飄向問題；由煙囪里氣流流動的驅動能引出氣體與液體的能量方程形式的不同；由消防水槍在噴水滅火產生的后推力問題引出一元流體動量方程。
孔口管嘴管路流動的內容與工程實際結合較緊密，可多給學生實際案例進行分析。如：（1）城市管網夜間的供水水壓為何會普遍高于白天的水壓？（2）屋頂水箱供水到同一建筑的高層和低層住戶，其壓力有何不同？（3）建筑內外存在溫差時，如何在建筑物壁面上開窗，實現自然通風？（4）如何利用虹吸的原理，給魚缸換水，其關鍵步驟是什么？（5）冷卻水系統中，如何考慮水泵的揚程以保證冷卻水的循環？為節約時間，教師應在課前將問題留給學生，為提高課堂效率，可對每個問題指定若干名學生完成，并記錄回答情況。
三、探究性課程教學中其他問題的思考
在學期結束時，教師與學生（共兩個班級，約130人）通過問卷調查、面談、QQ、電話等方式進行了溝通，發現教學中有如下問題值得關注。
1.采用問題探究式教學方式需要教師根據學生的反饋進行分析和引導，會占用課堂學時中相當比例的時間，由于課程學時數的限制，某些問題的探討無法深入，且教學內容主要由PPT方式完成，因此教學進度普遍較快。當學生在課堂上未能理解和掌握某些知識點后，很容易放棄對后續知識點的學習。因此筆者建議，授課教師應組織整理課程的微課資料，讓學生利用微課資料自主完成預習和復習，大大減少課堂上對基礎內容的講解，將課堂學習的主動權從教師轉移給學生，使學生能夠在課堂上主動基于問題進行深入探討，從而顯著提高課堂的學習效果。
2.有近50%的學生認為教師給出的探究性問題有一定的難度，并有助于對教學內容的理解，能有效激發學生的學習興趣，課堂上對問題的探究過程提高了學生分析問題和解決問題的能力。部分學生希望教師點名提問并記住自己的名字，也較喜歡這種教學模式；當然也有部分學生不太適應該方式，尤其是在無法回答問題時學生會感到尷尬。教師應提前把問題留給學生，給學生充分的思考時間，從而更有效地利用課堂教學時間。
3.目前大學生存在課堂出勤率不理想、上課玩手機、睡覺等現象，教師可將學生座位固定，不點名即可快速統計學生的出勤率，并考察學生的聽課情況且及時記錄，在課程的第一次課上和學生講明出勤率、聽課表現、作業和平時小測驗的成績在總評成績中的比重和計分方法，細化考核要求，并嚴格按規定執行，這樣能有效地督促學生端正學習態度，重視平時學習。
4.課程考核方式和難度要求是檢驗學生學習效果的重要方面。通過調查，發現有近40%的學生認為教師應采用閉卷方式并嚴格進行考核，不希望考試降低難度。這項統計數據說明，不少學生有主動學習的愿望，學習態度端正，并愿意采用嚴格的考核方式來檢查自己的學習效果，因此授課教師在考核時應堅持原則，對學生認真負責，出題難度適中，學生卷面分數盡可能符合正態分布。
四、結論
本文采用問題探究式的教學方式對《工程流體力學》課程進行了教學實踐，并給出了問題探究式教學方法的具體實踐過程。通過與學生的溝通和問卷調查，了解到近半數的學生認可問題探究式的教學方法，認為該方法有助于加深對課堂教學內容的理解。在問題探究式教學過程中，教師也發現需要在以下方面進行改進：應嘗試利用新型的互聯網教學手段，如微課等方式，進一步提高課堂學習效率，將課堂學習的主動權從教師轉移給學生；強化平時考核，細化成績評分方法，期末考試題目要有合理的難度，成績分布應合理。
參考文獻：
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[3]王洪偉.我所理解的流體力學[M].第1版.北京：國防工業出版社，2014.
The Exploration and Reflection of Problem-Based Teaching Method for "Engineering Fluid Mechanics" Course
XIE Hai-ying，HUANG Yuan-dong，DENG Bao-qing，LV Juan
（School of Environment and Architecture，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）
論文關鍵詞：力學,土木工程,力的平衡,建筑力學
1 力學的基本內容
力學在高中物理中的概念定義為物體間的相互作用[1]。一個物體受到力的作用，一定有另外的物體施加這種作用，前者是受力物體，后者是施力物體。各種力可以用兩種不同的方法來分類：一種是根據力的性質來分類的，如重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等等；另一種是根據力的效果來分類的，如拉力、壓力、支持力、動力、阻力等等。而力的合成、分解和平衡也是力學原理中的重要內容，貫穿于整個力學，是整個物理學學習的基礎，也是高中學習的重點、難點和考點。力學原理來源于實際生活，故在實際應用中可以用力的方法簡化問題，解決問題，突出力學的實際效果。
2 力學與建筑力學的聯系
建筑力學是應用于土木工程中的基礎理論，它由理論力學、材料力學和結構力學三大部分組成。理論力學主要研究物體受力的分析方法和物體在力的作用下的平衡問題[2]；材料力學研究材料在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩定和導致各種材料破壞的極限[3]；結構力學主要研究工程結構受力和傳力的規律，以及如何進行結構優化[4]。不管是理論力學、材料力學還是結構力學，都是以力學為基礎的，是力學的擴展應用。
但是，從另一方面看，力學的發展也離不開建筑工程的推動和促進。比如在建筑中出現了極端條件下的工程技術問題，這是無法用實驗方法來直接測定。而建筑工程這個天然的實驗環境就正好驗證了這些力學的原理，并提出了新的力學問題，推動了理論的發展。
綜上所述，力學原理是建筑力學的前身，建筑力學是在力學的基礎上發展起來的，是對力學的進一步應用和擴展。反過來，建筑力學的發展又對力學原理進行了驗證和補充。但是力學并不是建筑力學，它們是交叉學科，有可以共同解釋的部分，但是也有互相不能解釋的。例如，力學原理可以解釋高溫氣體、氣體激光器和核物理等領域的科學問題，而建筑力學解釋不了。而用力學方法去解釋固體的塑性、強度、損傷和斷裂等方面，卻遇到了極大的困難。
3 力學在土木工程實踐中的應用實例
我國的石拱橋在全世界都聞名遐邇，那么簡單石塊堆砌的橋梁怎么保持得穩定，怎么實現得力的平衡，下面以一個簡單的例子介紹力學原理在土木工程中的應用。假設石拱橋的簡化圖如圖1所示，整個石拱橋由4塊石塊構成，左右對稱結構，第1、4塊石塊直接和地基相連，第2、3石塊分別與1、4石塊相連，試用力的平衡原理對這一石拱橋進行分析。
首先，對第1石塊進行受力分析，其受力分析圖如圖2所示。第1石塊受3個作用力，分別為石塊的重力G1，支座的反作用力F0和第2石塊給它的反作用F21。用正交分解法進行力的計算。列方程式如下所示。
其次，對第2石塊進行受力分析，其受力分析圖如圖3所示。水利工程論文第2石塊亦受3個作用力，分別為石塊的重力G2，第3塊石塊給它的反作用力F32和第1石塊給它的反作用F12。用正交分解法進行力的計算。列方程式如下：
由于第3石塊、第4石塊和第1石塊、第2石塊是對稱的，其受力分析是一樣的，只不過方向相反，故不對這兩石塊進行再次分析。
由上例可以看出可以用力的平衡原理計算橋梁在靜止狀態下的內力值，通過分析每一石塊的受力，計算出最大受力值，利用最大受力值作為可控力的范圍，可以保證橋梁的安全性，當然這里沒有考慮石拱橋承載汽車等荷載的情況，但是思路是一樣的。這樣根據力的平衡的計算，就可用于設計橋梁時選擇截面尺寸，合適的建筑材料，以及怎么使橋梁經濟化。
4 力學在建筑領域內的發展
力學在建筑工程中的發展，主要是與建筑專業的結合形成了多種建筑力學理論。力學和建筑理論的結合主要體現在以下幾個方面。
第一，形成了建筑理論力學。
理論力學是一般力學各分支學科的基礎，是研究物體機械運動基本規律的學科[2]。它通常分為3個部分：靜力學、運動學與動力學。
靜力學主要研究物體在力的作用下處于平衡的規律，以及如何建立各種力系的平衡條件[2]。靜力學還研究力系的簡化和物體受力分析的基本方法。這些都用到了力學原理中力的合成、分解和平衡，而且這些問題可以用平行四邊形法則、三角形法則和正交分解法則進行計算。同時，也涉及到力學原理中的慣性和牛頓三定律等內容。而從動力學方面來講，由于動力學研究的是物體機械運動與受力的關系。所以，動力學亦是以牛頓運動定律、萬有引力定律為研究基礎的，這恰恰也是力學原理的知識點。
第二，形成了建筑固體力學。
固體力學是力學中研究固體機械性質的學科，主要研究固體介質在外力、溫度和形變的作用下的表現。一般包括材料力學、彈性力學、塑性力學等部分。固體力學與力學原理聯系緊密，力學原理中的拉力、壓力和阻力等是材料力學的理論基礎，例如材料力學的主要研究內容之一是對桿件進行力學分析，桿中的內力計算涉及到力的合成、分解和平衡等內容。力學原理中的彈力結合建筑原理形成了新的學科 —— 彈性力學；而力學中的動力、摩擦力等延伸為固體力學中的動力學等等。隨著計算機的飛速發展，分子動力學等微觀模擬方法、復雜結構的仿真分析將更大規模更迅速地在固體力學和工程設計中得到應用和發展，這也涉及到了力學的基礎知識。固體力學的上述發展，必將推動科學和工程技術的巨大進步。
第三，形成了建筑流體力學。
流體力學是在人類同自然界作斗爭和在生產實踐中逐步發展起來的。中國有大禹治水疏通江河的傳說，秦朝李冰父子領導勞動人民修建了都江堰，至今還在發揮作用。大約與此同時，羅馬人建成了大規模的供水管道系統，這些都是流體力學在建筑工程中成功應用的案例。流體力學的發展主要是為了盡可能多地開采地下石油和天然氣，而化工流程的設計，很大程度上也歸結為流體運動的計算問題，又或者是測定地下流水對建筑物的影響等。總之，流體力學對建筑工程的發展有著不可替代的作用。流體力學的主要內容，包括物體浮力定理和浮體穩定性在內的液體平衡理論，這也為流體靜力學奠定了基礎。而浮力和液體平衡理論也恰恰是力學原理的內容。
綜上所述，力學原理是形成建筑理論的基礎，它與建筑理論的結合是多方面的，從而形成了多種建筑力學。力學原理與建筑工程的其他學科也有交叉，如流體彈性力學、爆炸力學等等。這些不同的力學學科貫穿于整個土木工程的壽命期，從設計、施工、后期維修保養，直到最后的爆破消亡，都會運用到力學的原理去解決工程中的實際問題。
5 結語
建筑的發展和力學是有密切關系的，可以說沒有可靠的力學支撐，就不能保證建筑結構的安全，就不能建造出那么多的優秀建筑物和構筑物。而力學原理與建筑力學的結合，也是發展現代高科技建筑的必然趨勢，它們互相替代，互相促進，互相發展。相信有了力學的支撐，建筑工程會越走越遠，會有越來越多優美堅固的建筑屹立在東方大陸上。
參考文獻
[1] 張大昌.物理1[M].人民教育出版社，2010：50.
[2] 范欽珊，陳建平.理論力學[M].高等教育出版社，2010：1-7.
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