時(shí)間：2024-03-11 11:49:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(xué)概念，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：行業(yè)類高校；高等流體力學(xué)；電力特色
作者簡介：張莉（1973-），女，河南商丘人，上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院，教授；李永光（1957-），男，湖南長沙人，上海電力學(xué)院科研處處長，教授。（上海 200090）
基金項(xiàng)目：本文系上海電力學(xué)院研究生學(xué)位課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YKJ-2012004）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）04-0086-02
2007年，上海電力學(xué)院（以下簡稱“我校”）熱能工程二級(jí)學(xué)科首次招生，“高等流體力學(xué)”首次開課，授課人數(shù)20余人，隨后幾年間授課人數(shù)逐年增長。2012年我校動(dòng)力工程與工程熱物理一級(jí)學(xué)科又增設(shè)了工程熱物理、動(dòng)力機(jī)械及工程兩個(gè)二級(jí)學(xué)科，“高等流體力學(xué)”授課范圍擴(kuò)大的同時(shí)，授課人數(shù)也增加到60余人。但是鑒于我校研究生數(shù)量較少、研究生培養(yǎng)歷史較短以及師資力量相對(duì)薄弱等方面的原因，課程教學(xué)的教材只能選用已有的教材。在組織教學(xué)內(nèi)容的過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)教材普遍存在一些問題，如過于強(qiáng)調(diào)基本理論、對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的要求偏高、工程應(yīng)用方面涉獵很少，或者有些工程學(xué)科專業(yè)的相關(guān)研究生教材又往往缺乏理論深度，工程應(yīng)用背景針對(duì)性強(qiáng)，有的強(qiáng)調(diào)高速氣動(dòng)、有的強(qiáng)調(diào)水動(dòng)葉柵流動(dòng)、有的強(qiáng)調(diào)渦動(dòng)力學(xué)等等。鑒于此，作為行業(yè)類非重點(diǎn)高校，在“高等流體力學(xué)”課程的教學(xué)中有必要結(jié)合我校電力特色進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的研究和探討。
一、課程教材的調(diào)研
為了能更好地做好此次教學(xué)研究工作，課程組首先對(duì)高校相關(guān)研究生專業(yè)的“高等流體力學(xué)”教材進(jìn)行了調(diào)研，分別對(duì)清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、東北電力大學(xué)等國內(nèi)若干所大學(xué)相關(guān)課程的教材及內(nèi)容做了簡單分析。
從調(diào)研情況看，所有高校都對(duì)流體力學(xué)的基本理論很重視，主要教學(xué)內(nèi)容均包括了流動(dòng)的基本概念和基本方程、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、勢(shì)流理論、渦旋流動(dòng)、理想流體流動(dòng)、粘性流體流動(dòng)等，目的是使研究生通過學(xué)習(xí)流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握研究流動(dòng)的方法進(jìn)而分析解決實(shí)際的工程流動(dòng)問題。同時(shí)，各高校的教材和主要教學(xué)參考書還注重與自身學(xué)科研究方向的結(jié)合，課程的某些重點(diǎn)內(nèi)容與培養(yǎng)方向相接軌，突出了自身的特色。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，“高等流體力學(xué)”作為研究生學(xué)位課，其教學(xué)內(nèi)容在注重理論基礎(chǔ)的同時(shí)，還必須要與自身的相關(guān)學(xué)科研究方向相結(jié)合，在注重通用理論的基礎(chǔ)上，形成自己的特色。
二、我校授課對(duì)象的情況分析
做好此次的教學(xué)研究工作，還必須對(duì)我校的授課對(duì)象有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。目前，“高等流體力學(xué)”已列為本校工程熱物理、熱能工程、動(dòng)力機(jī)械及工程三個(gè)二級(jí)學(xué)科的研究生學(xué)位課程。盡管上述三個(gè)二級(jí)學(xué)科涉及能源、動(dòng)力、機(jī)械等寬廣的工程領(lǐng)域，但結(jié)合我校的電力特色，這三個(gè)二級(jí)學(xué)科主要是為電力行業(yè)培養(yǎng)高級(jí)的專業(yè)人才，而在電力行業(yè)中流動(dòng)現(xiàn)象多存在于流體機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、換熱設(shè)備、容器、管道等部件，因此，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)在透徹講解流體力學(xué)微分方程組的基礎(chǔ)上，注重聯(lián)系工程實(shí)際，偏重于講解流體在上述部件中的流動(dòng)以及與這些部件間的相互作用。
研究生生源的實(shí)際情況也是教學(xué)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(xué)生了解發(fā)現(xiàn)有以下情況存在：部分同學(xué)跨專業(yè)（如：數(shù)學(xué)專業(yè)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)、計(jì)算機(jī)與信息專業(yè)等）考入學(xué)校，本科階段沒有學(xué)習(xí)過“工程流體力學(xué)”課程；即使是研究生與本科專業(yè)背景相同的同學(xué)，他們也普遍認(rèn)為”工程流體力學(xué)”較難，碩士入學(xué)考試時(shí)，大都不選考“工程流體力學(xué)”，這也使得他們可能在大三、甚至大二學(xué)完以后，再也沒有系統(tǒng)地梳理過流體力學(xué)知識(shí)。由于各高校專業(yè)方向的側(cè)重點(diǎn)不同，大部分同學(xué)對(duì)電力行業(yè)內(nèi)的流體知識(shí)也不是特別了解；考入學(xué)校的學(xué)生多數(shù)為調(diào)劑生，入學(xué)成績整體不高。這些情況都表明，我校碩士研究生入學(xué)時(shí)的流體力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，需要在授課過程中講授深層次新知識(shí)的同時(shí)，及時(shí)地對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行回顧和提醒。
三、教學(xué)內(nèi)容的組織
基于以上的調(diào)研和分析，課程組首先對(duì)教材進(jìn)行了選取，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了組織。
1.教學(xué)目標(biāo)的明確
“高等流體力學(xué)”是為工程熱物理、熱能工程以及動(dòng)力機(jī)械與工程專業(yè)研究生設(shè)置的專業(yè)學(xué)位課程。根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合長期本科教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，確定了課程的教學(xué)目標(biāo)：通過對(duì)流體力學(xué)的基本概念、基本方程、理想不可壓縮流體的流動(dòng)、粘性不可壓縮流體的流動(dòng)、層流邊界層與紊流流動(dòng)、理想可壓縮流體等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，深化學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基本內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的理論水平，為相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、課題的研究及論文的撰寫打好理論基礎(chǔ)。
2.教材的選用
“高等流體力學(xué)”是動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科的一門傳統(tǒng)課程，有很多課程教材可供選用。通過調(diào)研比較，西安交通大學(xué)有關(guān)電力生產(chǎn)的學(xué)科研究方向與我校的研究方向比較吻合，其在“動(dòng)力工程及工程熱物理”一級(jí)學(xué)科中的學(xué)位課 “高等流體力學(xué)”選擇了西安交通大學(xué)出版社出版、張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》一書作為教材，課程組通過對(duì)該書內(nèi)容的分析，也一致認(rèn)為張鳴遠(yuǎn)等編著的《高等流體力學(xué)》比較適合我校側(cè)重于電力人才培養(yǎng)的需求，因此決定選用該書作為本校“高等流體力學(xué)”課程的教材。與此同時(shí)，將調(diào)研中搜尋到的各有特點(diǎn)的教材作為參考書目推薦給學(xué)生供他們參考使用。
3.教學(xué)內(nèi)容的組織
在進(jìn)行“高等流體力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的組織時(shí)，結(jié)合我校研究生培養(yǎng)方案和學(xué)科建設(shè)，既照顧到經(jīng)典流體力學(xué)的通用知識(shí)，又重視課程知識(shí)的針對(duì)性、行業(yè)應(yīng)用的特殊性、學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及與學(xué)校其他研究生課程的關(guān)聯(lián)性。課程內(nèi)容的組織主要從以下幾個(gè)方面考慮：
（1）奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。“高等流體力學(xué)”是一門系統(tǒng)性、邏輯性較強(qiáng)的課程，作為碩士研究生的學(xué)位課，在加深學(xué)生對(duì)流動(dòng)所伴隨的物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)、概念的建立及規(guī)律分析的同時(shí)，還應(yīng)努力加深學(xué)生學(xué)科知識(shí)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(xué)問題的水平及能力。
（2）突出電力生產(chǎn)特色。針對(duì)我校研究生的專業(yè)背景和學(xué)科研究方向，強(qiáng)調(diào)本學(xué)科與電力生產(chǎn)流程和設(shè)備的結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)并解決相關(guān)電力工程問題的能力。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，保持基礎(chǔ)理論知識(shí)與工程應(yīng)用知識(shí)的相對(duì)平衡。
（3）注重課程的關(guān)聯(lián)性和完整性。在關(guān)聯(lián)性方面，首先與本科階段的教學(xué)內(nèi)容要有恰當(dāng)?shù)姆止ず豌暯樱浯我苊馀c其他相關(guān)課程之間缺乏銜接；在自身內(nèi)容體系的完整性方面，既要注意到對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)回顧和補(bǔ)充的必要性，又要對(duì)工程中不常見的復(fù)雜流動(dòng)概念的介紹有所兼顧。
考慮以上幾個(gè)方面，課程組將教學(xué)內(nèi)容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量運(yùn)算分析”、“場(chǎng)論知識(shí)”的回顧以及曲線坐標(biāo)、張量分析知識(shí)的補(bǔ)充；第二部分“流體力學(xué)的基本方程”主要介紹流體力學(xué)的基本概念，流體力學(xué)的控制方程組以及一些相關(guān)的重要定理；第三部分“理想不可壓縮流體的流動(dòng)”介紹平面勢(shì)流，空間軸對(duì)稱勢(shì)流和理想流體中的旋渦運(yùn)動(dòng)，其中對(duì)平面勢(shì)流里的復(fù)位勢(shì)、疊加法、鏡像法和保角變換法做重點(diǎn)講解；第四部分“粘性不可壓縮流體的流動(dòng)”中介紹納維―斯托克斯方程的精確解，小雷諾數(shù)流動(dòng)，層流邊界層流動(dòng)和紊流，其中對(duì)工程中應(yīng)用較多的層流邊界層流動(dòng)和紊流做重點(diǎn)講解；第五部分“理想可壓縮流體的流動(dòng)”分別介紹一維流動(dòng)和平面流動(dòng)，其中對(duì)一維流動(dòng)做重點(diǎn)講解。
四、教學(xué)模式的探討
學(xué)生的學(xué)習(xí)情況在不斷地發(fā)生變化，這就需要教師不斷根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行教學(xué)模式的探討，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使他們?cè)谟邢薜膶W(xué)習(xí)時(shí)間中學(xué)習(xí)好內(nèi)容繁多的“流體力學(xué)”。
1.教學(xué)方法
“高等流體力學(xué)”是一門基礎(chǔ)課，基本概念和基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容較多，涉及的公式推導(dǎo)也比較多，傳統(tǒng)的“黑板板書”的教學(xué)手段對(duì)教學(xué)信息的處理和呈現(xiàn)都比較單一，造成學(xué)生對(duì)于傳熱學(xué)內(nèi)容的理解和掌握有一定的難度。為此，課程組以教材為藍(lán)本編制了電子課件，教學(xué)中采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)模式，突出傳統(tǒng)板書中能夠清晰講解復(fù)雜理論推導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，充分利用多媒體教學(xué)信息量大、圖像清晰生動(dòng)的特點(diǎn)。經(jīng)過一段時(shí)間的嘗試，這種教學(xué)方法既達(dá)到了避免研究生在課堂上因長時(shí)間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞的問題，又有利于他們理解并掌握復(fù)雜的流體力學(xué)基本理論的教學(xué)效果。
2.教學(xué)手段
盡管本課程以課堂講授教學(xué)方式為主，但要避免“填鴨式”的講授，要注重以啟發(fā)式講授為主的多種教學(xué)方法的綜合應(yīng)用，提高課堂教學(xué)的趣味性，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。課程組結(jié)合本科“工程流體力學(xué)”多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)過程中注意做到幾個(gè)注重：注重物理概念與數(shù)學(xué)方法的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)物理含義的數(shù)學(xué)表示以及數(shù)學(xué)內(nèi)容的物理解釋；既注意嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，又注意敘述的深入淺出；注重教學(xué)思路，教學(xué)方法，在引進(jìn)概念介紹方法時(shí)，突出解決問題的思維方法及推理要點(diǎn)；注重從與教材不同的角度或思路來講述同一教材內(nèi)容，以豐富學(xué)生思維和聯(lián)想能力；注重引導(dǎo)學(xué)生圍繞課程內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，同時(shí)再結(jié)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(chǎn)緊密關(guān)聯(lián)的工程案例，通過案例的討論和分析，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣，提升課堂教學(xué)的互動(dòng)效果，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析并解決工程實(shí)際問題的能力。
3.輔助教學(xué)
僅僅通過課堂上對(duì)教材的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須配套地做大量的習(xí)題，才能較好地使學(xué)生掌握具有理論性強(qiáng)、公式多、數(shù)理基礎(chǔ)要求高的“高等流體力學(xué)”課程。考慮到我校研究生教學(xué)的特點(diǎn)，課程組根據(jù)教材的主要內(nèi)容編寫了典型習(xí)題集。習(xí)題集力圖做到習(xí)題具有典型性，能夠?qū)?yīng)教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過習(xí)題的練習(xí)，能有效地掌握教材中的基本知識(shí)。此外，習(xí)題集中的習(xí)題也盡可能地結(jié)合電力生產(chǎn)中的流動(dòng)問題，幫助學(xué)生對(duì)專業(yè)關(guān)聯(lián)工程問題進(jìn)行認(rèn)識(shí)和思考，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。
4.課程考核
課程考核成績應(yīng)該能夠較為客觀地反映學(xué)生對(duì)課程的整體學(xué)習(xí)情況。為了全面地反映學(xué)生的全程學(xué)習(xí)過程和最終的學(xué)習(xí)效果，課程組經(jīng)討論明確了課程的總評(píng)成績由平時(shí)成績和期末考試成績綜合評(píng)定得出，平時(shí)成績與期末考試成績的分配比例是2∶8。平時(shí)成績包含作業(yè)、考勤、課堂表現(xiàn)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(jī)抽取。
期末考試是課程考核的重頭戲，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也為了增強(qiáng)教師的工作責(zé)任心，實(shí)行考、教分離是一個(gè)較好的督促辦法。為此，2012年課程組根據(jù)課程的教學(xué)要求組織編寫了試卷庫。試卷庫中的試題符合教學(xué)大綱的要求，內(nèi)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(dāng)，考核的知識(shí)點(diǎn)覆蓋面寬，能考核學(xué)生掌握知識(shí)以及應(yīng)用知識(shí)進(jìn)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(duì)試卷庫進(jìn)行不斷擴(kuò)充。
五、結(jié)束語
“高等流體力學(xué)”的日常教學(xué)工作一個(gè)任重而道遠(yuǎn)，為了適應(yīng)高等流體力學(xué)服務(wù)于日新月異的學(xué)科發(fā)展的需求，提高該學(xué)位課程的教學(xué)效果，更好地為本校研究生人才培養(yǎng)服務(wù)，課程組將把教學(xué)研究工作不斷地持續(xù)進(jìn)行下去，搜集最新最前沿的相關(guān)信息以補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，探討教學(xué)模式以提高教學(xué)效果，及時(shí)對(duì)習(xí)題庫和試卷題庫進(jìn)行更新。相信只要教師多花一點(diǎn)時(shí)間，多動(dòng)一點(diǎn)腦筋，多找一些教育學(xué)生的切入點(diǎn)，因材施教，一定能取得好的教育效果。
參考文獻(xiàn)：
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[關(guān)鍵詞]流體力學(xué) 教學(xué)方法 生活常識(shí)
一、前言
《工程流體力學(xué)》是機(jī)械類各專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程主要講述流體力學(xué)的基本原理及其在工程中的應(yīng)用。它是為學(xué)生后面專業(yè)課的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的要求較高，但由于該課程對(duì)學(xué)生的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)以及綜合分析和處理問題的能力的要求較高，因此學(xué)生普遍反映是一門難學(xué)的課程。為了讓學(xué)生較好地學(xué)習(xí)這門課程，任課應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)。
二、方法
1.上好緒論課
緒論課不僅僅是指《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)的開始，同時(shí)也應(yīng)該是每一章的前言介紹。
在緒論課的教學(xué)上，教師應(yīng)該把握以下三點(diǎn)：(1)樹立學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的信心。由于上新課的學(xué)生可能從各種渠道了解的流體力學(xué)是一門難學(xué)的課程，從而對(duì)該課程產(chǎn)生畏懼感，學(xué)生就會(huì)帶著一種逃避心理去學(xué)習(xí)，僅僅接受課堂上的知識(shí)，而自己不去鉆研思考，這樣是學(xué)不好該課程的。教師要讓學(xué)生感覺到，這門課程并不難學(xué)，其實(shí)我們?cè)谥袑W(xué)的時(shí)候已經(jīng)接觸到了其中的很多內(nèi)容，只是現(xiàn)在表述發(fā)生了變化或者增添了新的內(nèi)容，使該學(xué)科體系更加完善、合理；(2)教師需要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。興趣是學(xué)習(xí)的最大動(dòng)力，教師應(yīng)該讓學(xué)生直觀形象地了解工程流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用性以及內(nèi)容的趣味性，將一些學(xué)生感興趣的與日常生活或生產(chǎn)實(shí)際有關(guān)的例子介紹給學(xué)生；(3)突出課程的重要意義和實(shí)踐價(jià)值。教師應(yīng)在緒論課中做到精心組織策劃，讓學(xué)生了解該學(xué)科體系的研究對(duì)象和研究方法，讓學(xué)生知道為什么要學(xué)習(xí)該課程，在今后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該用什么樣的方法去學(xué)習(xí)。
在大多數(shù)的教材中，在每一章之前，都會(huì)有一段比較簡短的文字介紹，告訴學(xué)生本章的知識(shí)點(diǎn)以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法，這是比較重要的一個(gè)部分，能夠使學(xué)生站在一定的高度把握整章的內(nèi)容，知道各知識(shí)體系之間的相互結(jié)構(gòu)，但是學(xué)生在閱讀的時(shí)候往往會(huì)忽略的，以至于學(xué)完課程之后，只能對(duì)簡單的問題進(jìn)行分析處理，遇到復(fù)雜的問題就不知道從哪個(gè)地方著手，因此需要教師在講課時(shí)加以強(qiáng)調(diào)。
2.及時(shí)對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)
工程流體力學(xué)是以流體作為研究對(duì)象的，所涉及的概念比較多，容易讓學(xué)生產(chǎn)生混淆。如果及時(shí)的對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，就會(huì)加深學(xué)生對(duì)概念的理解和記憶。例如，流體力學(xué)中有幾個(gè)比較重要概念，理想流體、定常流動(dòng)、不可壓縮、平面流動(dòng)、無旋運(yùn)動(dòng)等等，在任何一本教材中，這些概念都不是同時(shí)出現(xiàn)的，學(xué)生可能會(huì)對(duì)某些概念產(chǎn)生遺忘，或者是知道概念，但不知道具體該如何去應(yīng)用，因此在相關(guān)概念介紹完之后，可以建立如下的表1，使個(gè)概念的物理含義，數(shù)學(xué)表達(dá)式一目了然。由于目前流體力學(xué)教材大多按照由淺入深的原則編寫，即先講靜力學(xué)后講動(dòng)力學(xué)；先講一元流動(dòng)后講平面流動(dòng)；先講理想流體后講粘性流體。各章的內(nèi)容分得比較細(xì)，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(xué)的理論模型和公式非常之多難于掌握的感覺。實(shí)際上，這些理論和公式大多是交叉重復(fù)的，因此對(duì)于教材中出現(xiàn)的流體靜止的微分方程、理想流體的運(yùn)動(dòng)方程以及N-S方程也可以放在一起加以總結(jié)。
另外，在有些時(shí)候，學(xué)生學(xué)完了一章的內(nèi)容，卻不清楚這一章到底在研究一個(gè)什么問題，這就更需要教師在上課時(shí)進(jìn)行總結(jié)。以文獻(xiàn)[1]的第四章為例，在前面的及格小節(jié)中介紹了流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、紊流的分布狀況等等，學(xué)生學(xué)完之后往往會(huì)產(chǎn)生疑惑：為什么要研究這些東西?其中哪些是重點(diǎn)?作為教師應(yīng)該及時(shí)告訴學(xué)生，這一章研究的是如何計(jì)算粘性流體的流動(dòng)損失，其中關(guān)鍵的是沿程阻力系數(shù)的計(jì)算，而沿程阻力系數(shù)與流體流動(dòng)的狀態(tài)有關(guān)，層流可以有定解，而紊流中影響沿程阻力系數(shù)的因素過多，大多數(shù)用半理論半試驗(yàn)的方法求解，前面的內(nèi)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(xué)生才能夠站在一定的高度去學(xué)習(xí)和思考。
表1 物理概念和表達(dá)式的對(duì)應(yīng)關(guān)系表
3.將流體力學(xué)知識(shí)與中學(xué)知識(shí)和生活聯(lián)系起來
學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候，往往會(huì)把自己新學(xué)到的知識(shí)和原有知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系，同時(shí)做出比較。教師應(yīng)該掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如在講解伯努力方程時(shí)，為了加深學(xué)生對(duì)公式的記憶和理解，可以將方程兩邊同乘以mg，所得到的結(jié)果類似于中學(xué)所學(xué)到的機(jī)械能守衡，首先使學(xué)生了解到伯努力方程的實(shí)質(zhì)是能量守衡；但是與機(jī)械能守衡相比多出來pm/ρ=pV一項(xiàng)，可以解釋成因?yàn)榱黧w的流動(dòng)性，整個(gè)流體不是一個(gè)整體，流體之間還存在壓力能的作用，讓學(xué)生進(jìn)一步理解的流體的流動(dòng)性所產(chǎn)生的影響；最后可以使學(xué)生清楚地理解每一項(xiàng)的含義：位置水頭、速度水頭以及壓力水頭。同樣的，在學(xué)習(xí)靜止液體的壓強(qiáng)分布是可以和中學(xué)的壓強(qiáng)計(jì)算公式聯(lián)系起來，學(xué)習(xí)動(dòng)量方程的時(shí)候可以和中學(xué)的沖量定律聯(lián)系起來等等。
流體力學(xué)的理論性較強(qiáng)，公式較多，學(xué)生的理解比較困難，也缺乏相應(yīng)的學(xué)習(xí)興趣，需要教師在講課過程中不斷和生活相聯(lián)系。需要教師在課程的講解過程中，多穿插一些實(shí)際生活中的現(xiàn)象，與課本中的理論結(jié)合起來講，可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講流體的粘性時(shí)，可以讓學(xué)生比較水的粘性和糖漿的粘性；在講解流體流動(dòng)的兩種狀態(tài)的時(shí)候，可以讓學(xué)生回想輕輕打開水龍頭時(shí)的現(xiàn)象：開始水流是一非常細(xì)的層流細(xì)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(dòng)，水流由層流轉(zhuǎn)化為紊流；在在講解因邊界層分離而產(chǎn)生的壓差阻力，可以談?wù)劕F(xiàn)實(shí)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(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)
“授人以魚，不如授人以漁”。《工程流體力學(xué)》不同于其它力學(xué)，所用的研究方法――歐拉法――是學(xué)生首次遇到的，讓學(xué)生掌握方法顯得尤為重要。另外，由于課堂教學(xué)時(shí)間的限制，教師不可能把每一個(gè)問題都講透徹，就需要學(xué)生自己課后去領(lǐng)悟。例如，在講解水擊的形成、音速以及激波的時(shí)候，為了滿足定常的條件，都用到了相同的坐標(biāo)建立方法和分析方法，教師在課程上只需要講清楚一個(gè)問題，剩下的只需要強(qiáng)調(diào)幾個(gè)物理現(xiàn)象之間的區(qū)別以及由此產(chǎn)生不同的結(jié)論就可以了，這樣既提高了了學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)方法的能力，又節(jié)約了課堂教學(xué)時(shí)間。同樣的還有流體運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)、相似準(zhǔn)則數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)等等。
三、結(jié)束語
綜上所述，上好緒論課、及時(shí)對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、將流體力學(xué)知識(shí)與中學(xué)知識(shí)和生活聯(lián)系起來以及讓學(xué)生注重對(duì)學(xué)習(xí)方法的學(xué)習(xí)是教師在講授《工程流體力學(xué)》課程中需要注意的幾個(gè)方面，這四個(gè)方面在實(shí)際講課中并沒有明顯的界線，是相互聯(lián)系的：上好緒論課是課程前的準(zhǔn)備，及時(shí)對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)是課程后的復(fù)習(xí)，而將流體力學(xué)知識(shí)與中學(xué)知識(shí)和生活聯(lián)系起來以及讓學(xué)生注重對(duì)學(xué)習(xí)方法的學(xué)習(xí)是方法和手段。如何提高《工程流體力學(xué)》課程的教學(xué)水平是一個(gè)十分廣泛而復(fù)雜的課題，以上只是筆者在教學(xué)改革中的一些體會(huì)和認(rèn)識(shí)，其中許多問題尚需進(jìn)一步探索和研究。
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關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；教學(xué)改革；大學(xué)；專業(yè)基礎(chǔ)課
中圖分類號(hào)：642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2013）03-0030-02
“工程流體力學(xué)”課程是以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)、工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，集概念、公式、實(shí)際應(yīng)用于一體的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程基本概念抽象，公式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用眾多，尤其在石油行業(yè)尤為突出。石油工業(yè)中的許多問題都要采用流體力學(xué)理論解決，諸如鉆井液循環(huán)壓力和流速的設(shè)計(jì)，套管強(qiáng)度的校核，采油過程中油井采出的流體在泵或井筒內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律分析，地面管線的布設(shè)，管徑設(shè)計(jì)，管線強(qiáng)度的校核，壓差與流量之間關(guān)系的確定，輸液泵的選擇和安裝位置的確定，儲(chǔ)油罐強(qiáng)度的校核，油品裝卸時(shí)間的計(jì)算，油品和天然氣的計(jì)量，氣蝕和水擊等現(xiàn)象的預(yù)防等。解決這些問題，要求從事石油工程技術(shù)的科學(xué)工作者必須具備“工程流體力學(xué)”知識(shí)，以便在石油工程的建設(shè)和管理中更好地發(fā)揮作用。為了使學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)掌握該課程的內(nèi)容，教學(xué)環(huán)節(jié)尤為重要。對(duì)如何設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，本文主要從以下四個(gè)方面加以說明。
一、教學(xué)由多媒體與板書共同完成
教學(xué)板書是教師教學(xué)思路的整體反映，是教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生理解和記憶，以及啟發(fā)學(xué)生思考的重要手段，是教學(xué)過程中不可缺少的組成部分。教學(xué)板書以文字、符號(hào)、圖表等手段將教學(xué)內(nèi)容直接訴諸學(xué)生的視覺，豐富了學(xué)生的感知表象，有助于學(xué)生吸收和掌握知識(shí)信息。在授課過程中，筆者把學(xué)生對(duì)使用板書和多媒體的意見進(jìn)行調(diào)查，90%的學(xué)生更傾向于使用板書教學(xué)。
由于“工程流體力學(xué)”課程，基本概念多、難理解，公式復(fù)雜難懂，采用板書邊寫邊講解，給學(xué)生留有足夠的時(shí)間去理解，去認(rèn)知，接受起來更容易一些。但是流體本身運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，沒有固定的形狀，在外力作用下，流體流動(dòng)狀態(tài)、流動(dòng)規(guī)律是什么樣的，在板書上表達(dá)起來可能不夠準(zhǔn)確，不夠形象、逼真；而采用多媒體[1]，將其制作成圖片或動(dòng)畫課件，則直觀明了，生動(dòng)具體，給學(xué)生在視覺上以新穎的感覺，在頭腦里的印象會(huì)更深刻一些。比如：講工程流體力學(xué)的發(fā)展史，單純講授枯燥無味。此時(shí)，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(gè)足球明星踢弧線球的視頻放里面，邊放映邊講解，學(xué)生很感興趣，還學(xué)到了知識(shí)，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，起到了很好的引導(dǎo)效果。
二、將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件融入到理論教學(xué)中
“工程流體力學(xué)”一般采用理論方法、實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值計(jì)算三種方法研究，其中，數(shù)值計(jì)算就是使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件計(jì)算[2]，是當(dāng)今比較常用也比較流行的方法。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（簡稱CFD）是通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示，對(duì)包含有流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。CFD可以看作是在流動(dòng)基本方程控制下對(duì)流動(dòng)的數(shù)值模擬。通過這種數(shù)值模擬，可以得到極其復(fù)雜問題的流場(chǎng)內(nèi)各個(gè)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(shí)間的變化情況，確定漩渦分布特性、空化特性及脫流區(qū)等。CFD方法克服了理論方法和實(shí)驗(yàn)方法的局限性，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的計(jì)算，就好像在計(jì)算機(jī)上做一次物理實(shí)驗(yàn)。例如，機(jī)翼的繞流，通過計(jì)算機(jī)并將其結(jié)果在屏幕上顯示，就可以看到流場(chǎng)的各種細(xì)節(jié)；如激波的運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)度、渦的生成與傳播、流動(dòng)的分離、表面的壓力分布、受力大小及其隨時(shí)間的變化等。數(shù)值模擬可以形象地再現(xiàn)流動(dòng)情景，與做實(shí)驗(yàn)沒有區(qū)別。
目前，CFD軟件中比較著名的就是Fluent軟件。所以可以在教學(xué)中使用Fluent軟件模擬，給學(xué)生展示流動(dòng)規(guī)律和流動(dòng)結(jié)果。例如：馮?卡門渦街，不同形狀物體繞流使用Fluent進(jìn)行模擬，既直觀又能清楚地展現(xiàn)流動(dòng)規(guī)律，同時(shí)對(duì)流體本身產(chǎn)生無限的向往，對(duì)“工程流體力學(xué)”課程充滿了期待和興趣，為學(xué)生以后學(xué)習(xí)軟件打下了基礎(chǔ)。
三、實(shí)施雙語教學(xué)
隨著我國與世界的接軌，隨著世界一體化進(jìn)程，迫切需要大量精通兩種以上語言的人才，作為一種培養(yǎng)國際化人才的有效手段，雙語教學(xué)勢(shì)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(xué)本身就是我國高等教育國際化趨勢(shì)的客觀要求，對(duì)高校來講，可以加強(qiáng)國內(nèi)高校和國外高校的教學(xué)合作，高校之間的合作項(xiàng)目越來越多，有助于國內(nèi)外專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)體系的統(tǒng)一和完善；對(duì)教師來說，可以促進(jìn)國內(nèi)高校教師同國外高校教師的學(xué)術(shù)交流，國內(nèi)高校教師可從中了解到很多世界前沿知識(shí)，并有效地傳遞給學(xué)生；從學(xué)生自身來看，打破了語言障礙，學(xué)生能夠在專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)較好地將母語和英語這兩種語言之間根據(jù)交際對(duì)象和工作環(huán)境的需要進(jìn)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(jìn)世界的途徑，多一份機(jī)會(huì)。雙語教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用外語解決實(shí)際問題的能力，而且有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握、精通一門外語（主要是英語），能夠多一種思維方式，學(xué)會(huì)從多種角度，用不同觀點(diǎn)看問題，進(jìn)而提升競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)也為培養(yǎng)“復(fù)合型”人才奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)今實(shí)施“雙語教學(xué)”，既符合與時(shí)俱進(jìn)的要求，又能夠提升教學(xué)水平，這意味著在教學(xué)中實(shí)施“雙語教學(xué)”勢(shì)在必行。在“工程流體力學(xué)”專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中改變使用單純母語（漢語）的教學(xué)方式，將外語（主要是英語）運(yùn)用于其教學(xué)的全過程之中，使之與母語教學(xué)互相融合、互相促進(jìn)，既體現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的特色和針對(duì)性的同時(shí)，又能夠全面提高學(xué)生的外語應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)，使教學(xué)更好地適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。在“工程流體力學(xué)”教學(xué)中推行雙語教學(xué)，使學(xué)生在雙語教學(xué)課堂中提高英語水平，學(xué)會(huì)用英語表達(dá)專業(yè)知識(shí)，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(shí)際問題。這種教學(xué)模式既符合經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展對(duì)涉外人才基本素質(zhì)的要求，也符合大學(xué)各專業(yè)交叉融合的發(fā)展方向，是教學(xué)改革的重要內(nèi)容。
根據(jù)“工程流體力學(xué)”課程的特點(diǎn)，在其教學(xué)中可以使用綜合型教學(xué)模式。即對(duì)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(duì)一些公式的推導(dǎo)，專業(yè)性比較強(qiáng)的，難于理解的采用過渡型。另外，將一些流體發(fā)展的歷史、實(shí)例用多媒體教學(xué)手段進(jìn)行授課，達(dá)到直觀的效果。
四、注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)
“工程流體力學(xué)”也是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)[3]。很多流體力學(xué)理論都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立起來的，理論分析得出的結(jié)果需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，而實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行又需要用分析得出的理論來指導(dǎo)。因此，實(shí)驗(yàn)是“工程流體力學(xué)”課程的重要組成部分，是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。它不僅是為了驗(yàn)證理論，有助于學(xué)生學(xué)好流體力學(xué)，而且是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究、提高獨(dú)立工作和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。
隨著大學(xué)教育的普及，受教育的人數(shù)迅猛增長，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備與人數(shù)增長不成比例，導(dǎo)致教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的間隔周期較長，使得實(shí)驗(yàn)前，有些學(xué)生并沒有做好充分的準(zhǔn)備，并且缺乏必要的理論復(fù)習(xí)，對(duì)即將做的實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)沒概念，致使理論和實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)效果不佳。但是對(duì)學(xué)生的考核僅僅是一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，導(dǎo)致有些報(bào)告抄襲嚴(yán)重，甚至有些學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，看別人怎么做就怎么做。這樣，學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力怎么能培養(yǎng)出來？更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和發(fā)散思維。實(shí)驗(yàn)課是教學(xué)的必要環(huán)節(jié)，也是重要環(huán)節(jié)，不容忽視。
1.實(shí)驗(yàn)前，回顧與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)了解本次實(shí)驗(yàn)和相關(guān)理論，這里的相關(guān)理論不是本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)該由學(xué)生通過做實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來；也可以將本實(shí)驗(yàn)過程錄制成一段視頻，讓學(xué)生提前看一下，熟悉一下實(shí)驗(yàn)過程，視覺在人心中留的印象會(huì)更深刻一些，做到心中有數(shù)，這樣真正自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)就不會(huì)茫然。
2.由于時(shí)間和設(shè)備的限制，實(shí)驗(yàn)只能就某一種情況進(jìn)行操作，對(duì)其他條件變化時(shí)會(huì)有什么樣的規(guī)律不能面面俱到，這時(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件演示也會(huì)收到很好的教學(xué)效果。所以，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件不僅在教學(xué)中，在實(shí)驗(yàn)中的作用也是顯著的。
3.在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課考核的方法也應(yīng)該相應(yīng)地加以整改。通過純粹的書面實(shí)驗(yàn)報(bào)告和出勤率進(jìn)行考核，學(xué)生互相抄襲，敷衍了事，實(shí)驗(yàn)做完后真正的原理還沒弄明白。為了避免此類情況的發(fā)生，一方面，考核每個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，邊做實(shí)驗(yàn)邊講解，不僅能夠鍛煉學(xué)生動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓZ言表達(dá)能力相應(yīng)地也有所提高，為此應(yīng)該增加實(shí)驗(yàn)教師的人數(shù)；另一方面，除了增加實(shí)驗(yàn)課在最終成績的比例（10%）外，還要在期末試卷中增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解能力和掌握情況。
為了使學(xué)生能夠更好地掌握“工程流體力學(xué)”課程的內(nèi)容，教學(xué)需要改革，這就要求當(dāng)代大學(xué)教師不斷地嘗試、不斷地探索新的教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。本文針對(duì)“工程流體力學(xué)”這門專業(yè)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)，提出了幾點(diǎn)教學(xué)建議，希望對(duì)工作在一線的流體力學(xué)教師有點(diǎn)幫助。
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關(guān)鍵詞：啟發(fā)－互動(dòng)；對(duì)比式；討論式
中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）35-0065-03
《流體力學(xué)》是高等學(xué)校和職業(yè)院校眾多理工科專業(yè)必修或選修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在各個(gè)工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是，該課程理論性強(qiáng)、概念抽象，加之對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)要求較高，理論與工程實(shí)際結(jié)合困難，《流體力學(xué)》課程是眾多學(xué)生難啃的一塊硬骨頭。“啟發(fā)”式教學(xué)思想是：學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，力促教師主導(dǎo)與學(xué)生自主相結(jié)合、書本知識(shí)與直接經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。“互動(dòng)”式教學(xué)強(qiáng)調(diào)兩個(gè)“動(dòng)”，即教師的“動(dòng)”和學(xué)生的“動(dòng)”。兩種教學(xué)模式都有比較好的教學(xué)效果，筆者從這些年的教學(xué)中體會(huì)到，如果把兩種教學(xué)模式結(jié)合起來，應(yīng)用于《流體力學(xué)》課程教學(xué)或其他課程教學(xué)，可能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生自我解決問題的能力，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。
一、《流體力學(xué)》的教學(xué)現(xiàn)狀
《流體力學(xué)》是一門應(yīng)用型的專業(yè)基礎(chǔ)課程，目前的《流體力學(xué)》課程教學(xué)呈現(xiàn)兩個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是偏重于數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，忽視它的物理意義和工程應(yīng)用；另一個(gè)是忽視其基礎(chǔ)地位，片面追求其為專業(yè)服務(wù)。這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這門課程學(xué)習(xí)上的困惑，一方面產(chǎn)生對(duì)該課程的恐懼和畏難，另一方面不能勾起學(xué)生的求知欲望和達(dá)不到對(duì)學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。
1.課堂教學(xué)現(xiàn)狀。課堂教學(xué)是《流體力學(xué)》課程教學(xué)的主體，但是目前，《流體力學(xué)》的教學(xué)手段落后、教學(xué)方法單一。大多采用“滿堂灌”的教學(xué)模式，不注重學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不強(qiáng)、教學(xué)效果不好，也不利于教師自身素質(zhì)的提高。
2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是《流體力學(xué)》課程教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是流體力學(xué)理論發(fā)展的重要基礎(chǔ)，掌握流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)技能至關(guān)重要。但是，目前在絕大多數(shù)高校開展的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)多為傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲焕趯W(xué)生對(duì)理論的理解，忽略學(xué)生的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
二、“啟發(fā)－互動(dòng)”式教學(xué)的探索
“啟發(fā)－互動(dòng)”式教學(xué)是一種教學(xué)理念，而不是一種教學(xué)方法。針對(duì)《流體力學(xué)》理論性強(qiáng)、工程應(yīng)用廣、概念易混淆、公式較多等特點(diǎn)，總結(jié)出以下幾種適合于《流體力學(xué)》課程教學(xué)的“啟發(fā)－互動(dòng)”模式。
1.對(duì)比式“啟發(fā)－互動(dòng)”。在教學(xué)過程中，對(duì)比“啟發(fā)－互動(dòng)”模式教學(xué)包括以下幾種：（1）相近或相反對(duì)比：將概念相近或相反的進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到條理清晰、對(duì)比鮮明、便于記憶的目的。例如，在講解系統(tǒng)與控制體、研究流體運(yùn)動(dòng)方法（歐拉法和拉格朗日法）、流體運(yùn)動(dòng)的概念（流線與跡線、恒定流動(dòng)與非恒定流動(dòng)，層流與湍流）等就可以采用對(duì)比“啟發(fā)－互動(dòng)”。具體案例：在講解控制體和系統(tǒng)時(shí)，可以以老師清點(diǎn)學(xué)生遲到人數(shù)為例，把學(xué)生看成系統(tǒng)，而把學(xué)生出入的教室門看成控制體，系統(tǒng)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(shí)，可以將上一個(gè)問題進(jìn)一步深入，老師清點(diǎn)遲到人數(shù)有兩種方法，一種采用跟蹤每一個(gè)遲到的學(xué)生，記下遲到學(xué)生人數(shù)，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(xué)生的名字就可以知道遲到學(xué)生人數(shù)，這種方法就如歐拉法（俗稱“布哨法”）。而后將問題進(jìn)一步延伸，你可以詢問學(xué)生哪一種老師的方法更聰明，進(jìn)而告訴他我們課程中研究流體運(yùn)動(dòng)的方法是歐拉法，但是采用拉格朗日法也有其更大的優(yōu)點(diǎn)。通過這個(gè)案例，學(xué)生就更好地理解了概念，也方便于記憶。（2）新舊對(duì)比：將以前學(xué)過的與剛學(xué)過的知識(shí)對(duì)比，便于學(xué)生在舊知識(shí)的基礎(chǔ)上加速對(duì)新知識(shí)的掌握。便于記憶和理解兩種方程的理解、記憶和應(yīng)用。（3）理論與實(shí)踐對(duì)比，使抽象的內(nèi)容更為具體化，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)。例如，講完理想流體的伯努利方程和實(shí)際流體的伯努利方程后，可以講解它的工程應(yīng)用，進(jìn)一步加深對(duì)兩個(gè)方程的理解和認(rèn)識(shí)。
2.討論式“啟發(fā)－互動(dòng)”。課堂教學(xué)中，采用討論式教學(xué)也是一種比較好的一種教學(xué)形式，它是學(xué)、思、論的一種動(dòng)態(tài)融合，同時(shí)具有一定的趣味性。這種教學(xué)形式的效果取決于以下幾個(gè)方面：（1）討論題目的選取；（2）討論氣氛的協(xié)調(diào)；（3）老師的總結(jié)；（4）學(xué)生思維的延伸。例如，在講第一次課的時(shí)候，我就會(huì)給以下幾個(gè)問題思考：光滑球和粗糙球在空中運(yùn)行的距離哪一個(gè)更遠(yuǎn)？小鳥在空中飛行靠的是空氣的浮力嗎？……當(dāng)然，學(xué)生只能做一些自我的選擇性判斷，但是這就引起了學(xué)生對(duì)這門課程的一些興趣。到了我們要學(xué)習(xí)繞流問題的時(shí)候，在上這次課之前，我會(huì)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(xué)生跟我一樣操作，朝紙的上方吹氣，觀察紙的運(yùn)動(dòng)方向，提出為什么紙是向上運(yùn)動(dòng)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(xué)生進(jìn)行討論了，找出這幾個(gè)問題的共性，并加以對(duì)以上問題的總結(jié)，學(xué)生以前思考的答案是否是正確的？指出他的錯(cuò)誤所在。同時(shí)，也可讓學(xué)生發(fā)揮自己的想象，是否身邊也有和這相關(guān)的自然現(xiàn)象和工程實(shí)踐。從教學(xué)效果來看，討論式“啟發(fā)－互動(dòng)”教學(xué)給了學(xué)生一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生參與到問題中去，提高了學(xué)生的思考能力和創(chuàng)新能力。
3.作業(yè)“啟發(fā)－互動(dòng)”。作業(yè)“啟發(fā)－互動(dòng)”包括課堂練習(xí)和課后作業(yè)啟發(fā)“啟發(fā)－互動(dòng)”。當(dāng)然，課堂練習(xí)和課后作業(yè)這兩種模式在傳統(tǒng)式教學(xué)中也廣泛采用，重要的是“啟發(fā)－互動(dòng)”。在課堂練習(xí)中，老師選擇的題目要有典型性、綜合性和實(shí)踐性，重要的是實(shí)踐性，題目一定是要與工程應(yīng)用相結(jié)合，老師必須拿出一個(gè)工程問題或工程中的某一部分，在教師啟發(fā)和提示的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生參與討論，逐步深入，達(dá)到學(xué)習(xí)和應(yīng)用相結(jié)合。例如講解虹吸管應(yīng)用問題，我們可以拿抽水馬桶為例，學(xué)生可能不知道虹吸管與馬桶怎么就套上關(guān)系了，邊講解邊討論，最后就明白了抽水馬桶就是一個(gè)虹吸管，而虹吸管的原理就是伯努利方程的工程應(yīng)用，伯努利方程的解題步驟“三選一列一找”（選基準(zhǔn)面、選計(jì)算斷面、選計(jì)算點(diǎn)、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(jì)算得到答案。通過有代表性的課堂習(xí)題訓(xùn)練，比傳統(tǒng)的講解一些例題更為學(xué)生所接受，便于學(xué)習(xí)和鞏固所學(xué)知識(shí)。課后作業(yè)也是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一種鞏固，一方面作業(yè)的量要適度，做到少而精，避免學(xué)生因任務(wù)繁重而互相抄襲，另一方面改變傳統(tǒng)的“學(xué)生作、教師批”的模式，讓學(xué)生參與到作業(yè)批改過程中去，具體做法是：老師先粗略看一下作業(yè)，將典型錯(cuò)誤做好記錄，并隨機(jī)發(fā)給不同的學(xué)生，讓學(xué)生互相批改，不能自己批改自己的，批改時(shí)必須指出錯(cuò)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(yīng)給出兩個(gè)成績，一個(gè)作業(yè)成績，一個(gè)批改作業(yè)成績。這樣就提高了學(xué)生的主動(dòng)性、思考能力和判斷能力。
4.實(shí)驗(yàn)“啟發(fā)－互動(dòng)”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是《流體力學(xué)》教學(xué)中一個(gè)不可缺少的部分。在傳統(tǒng)開設(shè)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，建議開設(shè)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)如畢托管測(cè)流速實(shí)驗(yàn)，必須學(xué)生自己動(dòng)手操作，而且希望學(xué)生能上網(wǎng)或其他途徑了解其它一些用來測(cè)流速的儀器，了解不同儀器的測(cè)速原理，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生自己制作簡單的測(cè)量流速儀器。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)如模型試驗(yàn)，擬出實(shí)驗(yàn)題目、提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件，或?qū)W生自行購買實(shí)驗(yàn)用料，要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，發(fā)揮學(xué)生的想象空間，開發(fā)思維能力和創(chuàng)新能力。
“啟發(fā)－互動(dòng)”式教學(xué)思想的核心是啟發(fā)學(xué)生的思維，將教與學(xué)有機(jī)地結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主積極性，使課堂教學(xué)枯燥轉(zhuǎn)為生動(dòng)，從被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，從機(jī)械轉(zhuǎn)為靈動(dòng)。教師在教學(xué)中要明確自己的定位，充分啟發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，這樣才能使學(xué)生在《流體力學(xué)》課程的學(xué)習(xí)中獲得一個(gè)良好的教學(xué)效果。當(dāng)然，如何提高《流體力學(xué)》教學(xué)效果是一個(gè)不斷探索的過程，需要教師在教學(xué)過程中，不斷地探索及總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣，才能不斷地轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、改進(jìn)教學(xué)模式，直至取得良好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]梁麗珍，牛俊玲.互動(dòng)式流體力學(xué)教學(xué)模式探索[J]化工時(shí)刊，2011，（2）.
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關(guān)鍵詞 流體力學(xué)； 模擬分析； ABAQUS
中圖分類號(hào)TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）94-0199-02
0引言
計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics， CFD）的研究始于上世紀(jì)70年代早期。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門綜合運(yùn)用物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)模擬流體流動(dòng)狀態(tài)的工程科學(xué)。到了上世紀(jì)80年代中期，流體力學(xué)的研究重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)移到對(duì)由Navier-Stokes方程描述的粘性流的模擬。與此同時(shí)，具有不同數(shù)值復(fù)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(jìn)的擾流模擬方法由直接數(shù)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(lǐng)域。
到了80年代末，利用了數(shù)值方法，特別是隱性數(shù)值方法的先進(jìn)性，需要進(jìn)行真實(shí)氣體模擬的的流體模擬也漸漸變得可行。目前，CFD方法已經(jīng)廣泛用機(jī)、汽車、輪船的設(shè)計(jì)，以及天氣預(yù)報(bào)、海洋學(xué)研究和天體物理學(xué)等方面。CFD方法在工程科學(xué)及某些物理科學(xué)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(xué)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(jì)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(huán)境中能獲得可擴(kuò)展的CFD解。本文通過一個(gè)流體力學(xué)的例子，簡單介紹在ABAQUS/CFD中進(jìn)行流體力學(xué)分析的基本步驟，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了初步的分析。
1 流體力學(xué)控制方程
從流體力學(xué)連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程可以推導(dǎo)出非定常三維可壓縮粘性流動(dòng)的納維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。
1.1連續(xù)性方程（continuity equation）
非守恒形式：
守恒形式：
1.2 動(dòng)量方程（momentum equation）
2.1建立CFD模型
ABAQUS/CFD在進(jìn)行流體力學(xué)分析時(shí)需首先建立流體的模型，本例中流體流經(jīng)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(wǎng)格劃分
ABAQUS/CFD只能處理牛頓流體（Newtonian fluid， 指流體中的剪應(yīng)力與剪應(yīng)變不成線性關(guān)系），在本例中，流體的密度為1000kg/m3，粘度為0.1pa.sec，溫度設(shè)為室溫。
在本例中劃分網(wǎng)格類型為具有8個(gè)節(jié)點(diǎn)的線性流體塊（8-node linear fluid brick）， 在中央的圓柱壁上網(wǎng)格變?yōu)樘菖_(tái)狀，見圖2。
2.3. 分析結(jié)果
通過在ABAQUS/CFD中進(jìn)行分析， 我們得到了以上例子的運(yùn)算結(jié)果，圖3a是容器內(nèi)流體速度的分布情況，可見圓柱體
兩側(cè)流體速度較高。圖3b是容器內(nèi)流體壓力分布的情況。
3 結(jié)論
本文首先介紹了計(jì)算流體力學(xué)的一般公式。基于ABAQUS/CFD平臺(tái)，通過文中例子的分析，向讀者介紹了ABAQUS/CFD軟件的特點(diǎn)和一般使用方法分析了一個(gè)較簡單的流體力學(xué)問題，并得到了該問題的流體速度和流體應(yīng)力在分析域內(nèi)的分布情況。通過運(yùn)用ABAQUS/CFD軟件，我們能得到一般流體力學(xué)問題中流體速度和應(yīng)力較高的位置，并在設(shè)計(jì)和施工中予以一定的重視，對(duì)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和分析具有一定的參考意義。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；課程體系；創(chuàng)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(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我校在海洋學(xué)科和相關(guān)專業(yè)建設(shè)方面發(fā)展迅速，流體力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用愈來愈廣泛。流體力學(xué)是工科院校普遍開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)科的滲透性很強(qiáng)，與所有基礎(chǔ)和專業(yè)學(xué)科之間都有交叉，在學(xué)生知識(shí)能力培養(yǎng)和知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。2013年，我校流體力學(xué)被評(píng)為上海市精品課程。在4年多的建設(shè)過程中，流體力學(xué)課題組先后承擔(dān)了校級(jí)、上海市級(jí)重點(diǎn)課程建設(shè)及重點(diǎn)教材建設(shè)等多項(xiàng)教改項(xiàng)目，堅(jiān)持以培養(yǎng)海洋工程創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，在流體力學(xué)教學(xué)體系的建設(shè)方面取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
1 結(jié)合海洋大學(xué)特點(diǎn)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，完善課程體系
我校流體力學(xué)類課程覆蓋海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、熱能動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)，每年選課學(xué)生超過700人。針對(duì)各個(gè)專業(yè)學(xué)生的不同需求，我們?cè)谡n程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容上都做了相應(yīng)的調(diào)整與完善。本課程在我校的定位是：以海洋學(xué)院的海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、環(huán)境工程專業(yè)為重點(diǎn)的海洋類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程；面向食品學(xué)院和生命學(xué)院的熱能動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境科學(xué)專業(yè)的工程應(yīng)用類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課程，滿足工程學(xué)院的機(jī)制專業(yè)培養(yǎng)要求。以工程流體力學(xué)課程為龍頭，以培養(yǎng)海洋人才的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，完善優(yōu)化流體力學(xué)類課程群的配置、學(xué)時(shí)安排，并完成所有課程新教學(xué)大綱的編寫工作，逐步形成一個(gè)完整的課程體系，重點(diǎn)完成了實(shí)驗(yàn)課和仿真課程軟硬件的配套建設(shè)，突出強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐環(huán)節(jié)。根據(jù)工程實(shí)際需要，將流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分為三個(gè)層次，即流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論、流體力學(xué)知識(shí)與進(jìn)展、流體力學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐。根據(jù)不同專業(yè)對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的需要，設(shè)計(jì)了不同的模塊組合。如對(duì)海洋相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，增加了水波理論，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)；針對(duì)食品專業(yè)的需要，增加了氣體及熱力學(xué)類內(nèi)容，并編寫了多套相關(guān)自測(cè)題供學(xué)生選用；針對(duì)水產(chǎn)及生物類專業(yè)的學(xué)生，為讓學(xué)生能夠更好地研究魚類等的動(dòng)物習(xí)性，增加了數(shù)值仿真模擬，克服了以往過分重視理論知識(shí)的介紹，輕視其應(yīng)用的弊端。此外，還相繼開出了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課、計(jì)算流體力學(xué)等。
2 出版多部教材，完善流體力學(xué)課程教材體系完備
2002年，《工程流體力學(xué)》教材被列為上海市教委普通高等學(xué)校教材重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，歷經(jīng)3年多的編寫和有關(guān)專家的評(píng)審，我校教師編寫的《工程流體力學(xué)》于2006年2月由上海交通大學(xué)出版社出版。該教材的最大特點(diǎn)是考慮到普通工科院校非力學(xué)專業(yè)學(xué)生的情況，尤其是一般工科專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要，盡可能簡化對(duì)公式、定理的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，注重對(duì)物理概念的闡明、理解和應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。2007年，《工程流體力學(xué)》教材被上海市教委評(píng)為優(yōu)秀教材三等獎(jiǎng)，2008年獲上海海洋大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。2011年，我們對(duì)第一版教材部分章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行了更新、充實(shí)和修訂，更加注重拓寬知識(shí)面和實(shí)際工程應(yīng)用。2012年9月，第二版《工程流體力學(xué)》及配套教材《工程流體力學(xué)習(xí)題解析》由上海交通大學(xué)出版社出版發(fā)行。2011年3月，由同濟(jì)大學(xué)出版社出版的《力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)》，其中的流體力學(xué)部分（第三大部分），重點(diǎn)強(qiáng)化課程體系中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，完善了流體力學(xué)課程的教材體系。我們還完成了流體力學(xué)試題庫建設(shè)工作，提高了試題質(zhì)量，真正做到了教考分離，為相關(guān)師生提供了豐富的教學(xué)資源庫，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。
早在2006年，我們就開始了“流體力學(xué)研究型教學(xué)的改革與實(shí)踐”上海水產(chǎn)大學(xué)（2008年更名為上海海洋大學(xué)）一般課題項(xiàng)目的研究工作；為配合新出版的教材，我們還申請(qǐng)了校級(jí)一般課程建設(shè)項(xiàng)目“工程流體力學(xué)（CAI課件）建設(shè)”，制作了與教材配套的、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(gè)原創(chuàng)動(dòng)畫形象生動(dòng)逼真，做到了工程流體力學(xué)電子教案光盤版與教材同步發(fā)行。
3 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，形成完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
隨著我國，特別是上海市海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我校海洋學(xué)科發(fā)展迅速。首先，為配合新開設(shè)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，添置了多種類、多套數(shù)的多功能流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、動(dòng)量定理實(shí)驗(yàn)儀、空化實(shí)驗(yàn)儀等流體力學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，保證了高質(zhì)量完成流體力學(xué)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。根據(jù)購置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，自行編寫了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，明確了儀器設(shè)備的工作原理、實(shí)驗(yàn)過程的具體步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和處理以及實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)等內(nèi)容；為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多樣化，自行編制了工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示軟件，內(nèi)容形象直觀，使學(xué)生一目了然；合作研制了小型循環(huán)水槽及直流式風(fēng)洞，并配備了數(shù)據(jù)測(cè)試采集系統(tǒng)，可進(jìn)行圓柱、翼型、浮標(biāo)、波能裝置等模型的流場(chǎng)顯示及水動(dòng)性能測(cè)試，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率得到了提高。針對(duì)個(gè)別專業(yè)的特殊需要，開設(shè)了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課。實(shí)際的流體運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，而流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是揭示流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要手段，為此，經(jīng)多方籌建，我校海洋環(huán)境專業(yè)于2009年開設(shè)了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論的理解，更好地用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實(shí)際中的問題。實(shí)驗(yàn)課共16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：能量方程實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)、沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)、局部水頭損失實(shí)驗(yàn)、畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)、管道測(cè)流量實(shí)驗(yàn)、流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)、虹吸實(shí)驗(yàn)及勢(shì)流疊加實(shí)驗(yàn)等。針對(duì)食品專業(yè)的需要，開設(shè)了氣體及熱力學(xué)類實(shí)驗(yàn)。
為了滿足海洋學(xué)科對(duì)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的更高要求，我們陸續(xù)建成了大型室內(nèi)動(dòng)力深水壓力桶，配備了數(shù)據(jù)測(cè)試采集系統(tǒng)，可進(jìn)行圓柱、翼型、浮標(biāo)、波能裝置等模型的流場(chǎng)顯示及水動(dòng)性能測(cè)試。我校地處臨港，旁臨東海，學(xué)生參加各種海試試驗(yàn)方便。利用這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，相繼開設(shè)了多種設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，主要包括湍流、流體數(shù)值模擬計(jì)算應(yīng)用、波浪能發(fā)電裝置開發(fā)等，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用。
4 以科研促進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系
近三年，教師發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，SCI收錄4篇；課題組教師主持省部級(jí)及以上科研課題共20余項(xiàng)，其中國家自然科學(xué)基金1項(xiàng)，上海市自然科學(xué)基金2項(xiàng)，農(nóng)業(yè)部專項(xiàng)3項(xiàng)，海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金2項(xiàng)，國家海洋局重大專項(xiàng)2項(xiàng)，上海市教委創(chuàng)新項(xiàng)目2項(xiàng)。有20余名碩士研究生、多名本科生參與科研項(xiàng)目，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力得到了培養(yǎng)與鍛煉。近年來，學(xué)生在科研創(chuàng)新方面熱情很高。在全國“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)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(fā)電裝置”獲得全國競(jìng)賽三等獎(jiǎng)；2012年，曹星、陳功的“風(fēng)浪發(fā)電轉(zhuǎn)換機(jī)”獲得全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽上海賽區(qū)二等獎(jiǎng)。工程學(xué)院學(xué)生孫奇結(jié)合所學(xué)流體力學(xué)知識(shí)，自主創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)立了上海鑫靚科技服務(wù)有限公司，開辦節(jié)水高效汽車洗車業(yè)務(wù)服務(wù)師生。2011～2012年，學(xué)生成功申報(bào)市、校、院級(jí)涉及海洋工程方向的大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目16項(xiàng)。在流體力學(xué)教師指導(dǎo)下，學(xué)生還獲得43項(xiàng)國家實(shí)用新型專利，另有多項(xiàng)發(fā)明專利進(jìn)入實(shí)審階段。學(xué)生參加教師科研項(xiàng)目19項(xiàng)，均取得了很好的成效。在我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中，海洋工程類流體力學(xué)相關(guān)研究比例較高，特別是在大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)中心的組織下，我校成為上海市船舶與海洋工程學(xué)會(huì)的團(tuán)體會(huì)員單位，并在我校建立了上海市船舶與海洋工程學(xué)會(huì)學(xué)生分會(huì)，流體力學(xué)的師生參與熱情較高。
5 結(jié)束語
工程流體力學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它具有較強(qiáng)的理論性、抽象性和實(shí)踐性。筆者主要介紹了我校工程流體力學(xué)課程體系的建設(shè)與實(shí)踐，主要包括：多層次、多專業(yè)的課程體系構(gòu)建；先后出版了《工程流體力學(xué)》《工程流體力學(xué)習(xí)題解析》和《力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料學(xué)、流體力學(xué)》教材，流體力學(xué)課程教材充足；完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，形成完整的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系；以科研促進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系，不斷培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力，提高創(chuàng)新能力，使學(xué)生真正掌握該課程的核心知識(shí)，提高分析問題和解決問題的能力。
參考文獻(xiàn)
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流體力學(xué)是力學(xué)的分支之一，其所研究的內(nèi)容主要是流體在外力的作用下達(dá)到平衡以及運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。流體力學(xué)在我國的技術(shù)性行業(yè)中占據(jù)了重要的位置，主要有機(jī)械、環(huán)境、石油、化工、土木等，也是上述行業(yè)所代表學(xué)科的基礎(chǔ)課程之一。流體力學(xué)中包涵了張量、場(chǎng)論、復(fù)變函數(shù)、數(shù)值方法等理論內(nèi)容，并與計(jì)算機(jī)知識(shí)以及光學(xué)測(cè)量技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，是一門非常重要的學(xué)科。隨著流體力學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用，流體力學(xué)的教學(xué)難度也隨之增加，如何提高流體力學(xué)教學(xué)的質(zhì)量，推進(jìn)流體力學(xué)課程的改革與實(shí)踐，本文將做闡述。
一、流體力學(xué)課堂的教學(xué)方法
流體力學(xué)是工程技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其課程性質(zhì)決定了其課堂教學(xué)的內(nèi)容理論性知識(shí)多、記憶量大，比較枯燥。學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，容易產(chǎn)生乏味感和懈怠感，導(dǎo)致流體力學(xué)的課堂效果不佳，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況不好等問題。在課堂上學(xué)生無法做到全神貫注地學(xué)習(xí)和理解，也就使學(xué)生無法做到對(duì)知識(shí)點(diǎn)的有效掌握，就會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降。特別是流體力學(xué)與其他學(xué)科和行業(yè)都有一定的聯(lián)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中如果不能理解所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)其在其他相關(guān)學(xué)科中的學(xué)習(xí)也有一定的阻礙。由于流體力學(xué)是一門基礎(chǔ)性學(xué)科，學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，其基本的任務(wù)是要將流體力學(xué)的理論知識(shí)與重點(diǎn)深入地理解和掌握，但學(xué)生往往忽視了基礎(chǔ)知識(shí)以及理論知識(shí)的重要性，過分地關(guān)注在例如方程推導(dǎo)等內(nèi)容上，使學(xué)生的學(xué)習(xí)出現(xiàn)斷層，無法做到整體的理解和掌握。針對(duì)這些問題，教師可以在課堂中進(jìn)行一定的改革和變化。首先，教師可以在每日上課前對(duì)本次課程所要講解的內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)。通過精彩的引言，將本次課程所講的內(nèi)容與前后知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，使學(xué)生能夠得到具有極大吸引力以及趣味性的課堂形式。在進(jìn)行講解過程中可以將流體力學(xué)知識(shí)與生活中的自然現(xiàn)象以及科學(xué)原理進(jìn)行闡釋，從生活中帶入，使學(xué)生產(chǎn)生共鳴，進(jìn)而做到有效的學(xué)習(xí)。而在課堂結(jié)束后，為了保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，檢查學(xué)生的記憶效果，則可以為學(xué)生進(jìn)行別致的課后作業(yè)，在課后作業(yè)的幫助下，使學(xué)生能夠有效地記憶知識(shí)點(diǎn)和概念，使學(xué)生能夠改善知識(shí)點(diǎn)掌握不良的情況，為學(xué)生在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中增添助力。而教師在教學(xué)過程中，對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)也十分重要。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容理解偏頗、學(xué)習(xí)方法不當(dāng)以及學(xué)習(xí)的重點(diǎn)掌握不明等問題，這時(shí)教師應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行積極有效的引導(dǎo)，特別是在概念的記憶方面，引導(dǎo)學(xué)生以記憶概念為主的學(xué)習(xí)方法，防止學(xué)生過分追求解題而導(dǎo)致的知識(shí)點(diǎn)記憶斷層。教師在每章節(jié)的教學(xué)后，應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行一定的復(fù)習(xí)教學(xué)與指導(dǎo)，幫助學(xué)生明確每一章節(jié)的重要內(nèi)容，并對(duì)學(xué)生的知識(shí)理解做到有效的掌握和補(bǔ)充。
二、多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合
多媒體教學(xué)作為當(dāng)前較為先進(jìn)的教學(xué)方式，對(duì)豐富教學(xué)內(nèi)容，增添教學(xué)形式都有重要的地位和作用。多媒體教學(xué)目前也成為流體力學(xué)教學(xué)過程中重要的教學(xué)形式之一。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的地方在于，教師不需要在課堂上利用板書進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的展示和講解，在教學(xué)過程中，能夠加快教師的教學(xué)進(jìn)度，使學(xué)生能夠輕松地完成繁重的教學(xué)任務(wù)，并通過多媒體教學(xué)形式，在較為復(fù)雜且理解性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)過程中，能夠通過動(dòng)畫、圖像、視頻以及聲音等內(nèi)容進(jìn)行輔講解，使學(xué)生更好地理解所要掌握的內(nèi)容。但多媒體教學(xué)也存在著一定的缺陷，例如在多媒體教學(xué)的模式下，教師不需要通過板書進(jìn)行講解和推導(dǎo)，學(xué)生理解和記憶的時(shí)間短，無法保證所有學(xué)生都能夠做到對(duì)所講知識(shí)有效地理解和掌握，而多媒體教學(xué)在師生互動(dòng)方面也存在一定的缺陷，學(xué)生與教師的互動(dòng)減少，教師則無法通過學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)的進(jìn)度和速度，使學(xué)生在高壓高速的課堂氛圍下進(jìn)行學(xué)習(xí)，長時(shí)間就會(huì)造成學(xué)生注意力不集中，教學(xué)效果大打折扣。可見，多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)過程中缺一不可。可以通過對(duì)二者的結(jié)合，將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)互補(bǔ)，以做到最有效最積極的課堂教學(xué)形式和效果。
三、結(jié)語
綜上所述，對(duì)流體力學(xué)的教學(xué)形式與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革和實(shí)踐，能夠有效地提升其教學(xué)水平，具有非常重要的意義。
作者：于艷 劉揚(yáng) 張微 陶進(jìn) 單位：吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院
（浙江大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310013）
摘要： 計(jì)算流體力學(xué)可以模擬正在規(guī)劃的城市建筑群的小氣候的數(shù)值，也可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)城市規(guī)劃方案使城市樓宇、街道的小氣候即將發(fā)生的改變，從而在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中趨利避害。本文簡要探討了計(jì)算流體力學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，希望能給大家一些借鑒學(xué)習(xí)之處。
關(guān)鍵詞 ： 城市規(guī)劃；設(shè)計(jì)；計(jì)算流體力學(xué)
中圖分類號(hào)：O243；TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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?yàn)槌鞘幸?guī)劃。
0 引言
計(jì)算流體力學(xué)簡稱CFD，計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用于城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中可以有效預(yù)測(cè)城市規(guī)劃方案對(duì)城市樓宇、街區(qū)的小氣候的影響，所以計(jì)算流體力學(xué)被越來越多的應(yīng)用于城市規(guī)劃設(shè)計(jì)，相對(duì)于一般的實(shí)驗(yàn)研究而言，計(jì)算流體力學(xué)具有應(yīng)用成本低、計(jì)算速度快、周期短、效率高,可以任意模擬真實(shí)及理想的條件,計(jì)算流體力學(xué)后處理技術(shù)較完善,便于分析流體力學(xué)計(jì)算結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)。比如，在建設(shè)好的街道內(nèi)存在風(fēng)口，形成很大的局部風(fēng)速，甚至可能直接對(duì)街區(qū)內(nèi)的行人或者附近的建筑物造成影響。
1 計(jì)算流體力學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用的局限性
計(jì)算流體力學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在計(jì)算流體力學(xué)必須要有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，并且在模擬數(shù)據(jù)中用離散化的方法處理數(shù)學(xué)方程時(shí)需要對(duì)流體力學(xué)計(jì)算中所碰到的收斂性、穩(wěn)定性等問題進(jìn)行分析，然而做的這些分析一般只對(duì)線性方程有效，對(duì)不是線性的方程則沒有效果。而且計(jì)算流體力學(xué)受計(jì)算機(jī)內(nèi)存、運(yùn)行速度等計(jì)算機(jī)固有條件的限制，只有計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度等硬件設(shè)施達(dá)到一定程度計(jì)算流體力學(xué)才會(huì)出現(xiàn)新的發(fā)展階段。
2 計(jì)算流體力學(xué)的概念和在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的計(jì)算方法
計(jì)算流體力學(xué)的步驟為先確定了那些能夠描述的連續(xù)變化的對(duì)象的流動(dòng)參量的微分方程組后，然后采用計(jì)算數(shù)值的方法，通過離散化的方法用離散時(shí)間和空間的值來表示連續(xù)變化的參量，用代數(shù)方程組的形式替代微分方程組轉(zhuǎn)，空間的離散位置可用計(jì)算網(wǎng)格上的節(jié)點(diǎn)來描述，最后流體運(yùn)動(dòng)特性是通過計(jì)算機(jī)求解這些離散的數(shù)學(xué)方程組來研究的，同時(shí)可以給出流體運(yùn)動(dòng)空間非定常或定常流動(dòng)規(guī)律，這樣的學(xué)科就是計(jì)算流體力學(xué)。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的工作程序建立體現(xiàn)物理現(xiàn)象或工程問題本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型就是模擬數(shù)值的出發(fā)點(diǎn)，就是要塑造體現(xiàn)問題每個(gè)量之間關(guān)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(jì)算措施，也就是塑造針對(duì)控制方程的數(shù)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(jì)算分析。計(jì)算流體力學(xué)涵蓋了計(jì)算網(wǎng)格的劃分、初始條件的導(dǎo)入和邊界條件、假設(shè)控制參數(shù)等。在城市建筑物之間的空氣流動(dòng)為不穩(wěn)定狀態(tài)，并且建筑物的朝向、形態(tài)存在很多種變化、地形凹凸不一。所以，以準(zhǔn)備流體力學(xué)計(jì)算對(duì)象的物理特性為基礎(chǔ)，本文將進(jìn)行CFD模擬的基本控制方程選取為k-ε雙方程紊流數(shù)學(xué)模型，為適應(yīng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中由于各建筑物地形、高度、形狀等因素所產(chǎn)生的復(fù)雜網(wǎng)格體系我們采用貼體坐標(biāo)系統(tǒng)。控制方程的通用形式為
方程中當(dāng)q=1，表示方程的連續(xù)性；當(dāng)q=u1，u2，u3，表示ξ1，ξ2，ξ（3曲線坐標(biāo)）方向的動(dòng)量方程；當(dāng)q=k，表示紊動(dòng)動(dòng)能方程；當(dāng)q=ε，表示紊動(dòng)能耗散率方程，i，j=1，2，3，表示三維空間坐標(biāo)的3個(gè)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(kuò)散量度矩陣。其定義分別為
方程（1）和（2）組成了整個(gè)求解區(qū)域小氣候場(chǎng)的方程組。
3 對(duì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)典型案例的分析
為了探討計(jì)算流體力學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，本文以某一個(gè)文化廣場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)為例詳細(xì)闡述了計(jì)算流體力學(xué)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，希望能為大家更好的理解計(jì)算流體力學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
3.1 計(jì)算流體力學(xué)的區(qū)域和網(wǎng)格 案例中進(jìn)行規(guī)劃的區(qū)域東邊是一個(gè)已經(jīng)規(guī)劃好了的體育場(chǎng)，西邊為一個(gè)山坡，南邊和北邊都已經(jīng)蓋好了建筑。根據(jù)規(guī)劃區(qū)域的地形圖和已有建筑的分布圖可以生成一個(gè)計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算網(wǎng)格（如圖1），這個(gè)規(guī)劃設(shè)計(jì)中我們采用的是結(jié)構(gòu)化的計(jì)算網(wǎng)格，該計(jì)算網(wǎng)格總共設(shè)置了68×67×31個(gè)計(jì)算流體力學(xué)的點(diǎn)，流體力學(xué)的分析計(jì)算范疇為1km×1km×50m。流體力學(xué)計(jì)算網(wǎng)格運(yùn)用POINTWISE公司的計(jì)算流體力學(xué)網(wǎng)格生成軟件包GRIDGEN生成。這個(gè)軟件包是專門替流體力學(xué)的計(jì)算而編寫的一種商業(yè)用途的計(jì)算流體力學(xué)生成網(wǎng)格軟件，這個(gè)軟件可以生成很多復(fù)雜形狀的近體坐標(biāo)計(jì)算流體力學(xué)網(wǎng)格系統(tǒng)，并且這個(gè)軟件還能夠比對(duì)優(yōu)化生成的網(wǎng)格質(zhì)量。因?yàn)榱黧w力學(xué)的計(jì)算網(wǎng)格的繁瑣性，流體力學(xué)的分析計(jì)算是比較麻煩的。這又是在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)的比較典型的案例。因?yàn)樵摪咐牧黧w力學(xué)的計(jì)算區(qū)域非常的不規(guī)則，所以生成計(jì)算流體力學(xué)網(wǎng)格和計(jì)算流場(chǎng)將把工作重心放在解決不規(guī)則的流體力學(xué)計(jì)算網(wǎng)格所帶來的一系列問題上，也就是如何控制網(wǎng)格的生成質(zhì)量和怎么處理流體力學(xué)計(jì)算過程中由于不規(guī)則的計(jì)算網(wǎng)格所導(dǎo)致的和收斂性相關(guān)的問題。利用GRIDGEN這個(gè)程序同時(shí)通過該軟件程序本身設(shè)置的簡化算法，可以得到較高質(zhì)量的流體力學(xué)計(jì)算網(wǎng)格；但是和收斂性有關(guān)的問題只能夠以流體力學(xué)計(jì)算的求解程序?yàn)榛A(chǔ)和使用者的經(jīng)驗(yàn)來處理。在研究這個(gè)案例的過程中，我們運(yùn)用擬不穩(wěn)定狀態(tài)的計(jì)算方法較快的收斂流體力學(xué)計(jì)算。這個(gè)方法就是從非穩(wěn)態(tài)的算法開始以更深的研究穩(wěn)態(tài)的問題，在一定的時(shí)間范疇內(nèi)，進(jìn)行N次的迭代，從而使得較為復(fù)雜的流動(dòng)難題能夠快速穩(wěn)定的收斂于它的解。在流體力學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，擬不穩(wěn)定狀態(tài)的計(jì)算措施是使流體力學(xué)計(jì)算得到收斂的一個(gè)行之有效的措施。
3.2 流體力學(xué)計(jì)算邊界條件 在計(jì)算城市規(guī)劃設(shè)計(jì)流體力學(xué)過程中確定適合的計(jì)算邊界條件為流體力學(xué)計(jì)算運(yùn)用于城市建筑規(guī)劃領(lǐng)域探討的一個(gè)很關(guān)鍵的方面。在實(shí)際的流體力學(xué)計(jì)算過程中，計(jì)算的區(qū)域除了上空采用開放的適意流動(dòng)的邊界，地面和規(guī)劃區(qū)內(nèi)建筑物表面采用固體的表面邊界，其它4個(gè)方向的邊界取值也將對(duì)流體力學(xué)的計(jì)算區(qū)域有較大的影響。因?yàn)橐?guī)劃區(qū)外已經(jīng)存在的建筑物會(huì)對(duì)流體力學(xué)的計(jì)算存在一定影響，東南西北4個(gè)方向的邊界條件的取值非常復(fù)雜。在本文的探究中，因?yàn)槭呛唵翁接懹?jì)算流體力學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，所以我們采取的是最簡單的方式來設(shè)定流體力學(xué)計(jì)算的邊界條件值。以某一些原則為依據(jù)，而且經(jīng)過整理分析規(guī)劃區(qū)域本地的氣象文件資料，我們明確選取風(fēng)向頻率較高的北風(fēng)和東北風(fēng)作為流體力學(xué)的計(jì)算前提，選取的風(fēng)力的大小會(huì)影響人群的生活、當(dāng)?shù)孛磕甓紩?huì)出現(xiàn)的10米每秒的風(fēng)速作為導(dǎo)入的風(fēng)速，并且不考慮城市規(guī)劃區(qū)域外已經(jīng)存在的建筑物對(duì)流體力學(xué)計(jì)算邊界條件的影響。豎直方向的階梯風(fēng)也會(huì)影響流體力學(xué)的計(jì)算結(jié)果。本次研究采用的流體力學(xué)計(jì)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(dòng)邊界，也就是滑移的界限。分析東北風(fēng)的工況時(shí)：東面和北面為10×0.714m/s的風(fēng)速入口，風(fēng)向?yàn)闁|北方向時(shí)，南、西面為自由的出口邊界。
4 結(jié)束語
綜上所述，計(jì)算流體力學(xué)為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)做出了很大貢獻(xiàn)，CFD很大程度上使城市規(guī)劃設(shè)計(jì)更加合理，所以流體力學(xué)計(jì)算在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的運(yùn)用會(huì)更加普遍，我們需要經(jīng)常地了解總結(jié)流體力學(xué)計(jì)算在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)，不斷地對(duì)流體力學(xué)計(jì)算技術(shù)加以完善，使其更好地為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)做出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]李建強(qiáng).流體力學(xué)在工程建設(shè)中的應(yīng)用[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001(4)：66-67.
力學(xué)可粗分為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分，靜力學(xué)研究力的平衡或物體的靜止問題；運(yùn)動(dòng)學(xué)只考慮物體怎樣運(yùn)動(dòng)，不討論它與所受力的關(guān)系；動(dòng)力學(xué)討論物體運(yùn)動(dòng)和所受力的關(guān)系。
力學(xué)也可按所研究對(duì)象區(qū)分為固體力學(xué)、流體力學(xué)和一般力學(xué)三個(gè)分支，流體包括液體和氣體；固體力學(xué)和流體力學(xué)可統(tǒng)稱為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，它們通常都采用連續(xù)介質(zhì)的模型。固體力學(xué)和流體力學(xué)從力學(xué)分出后，余下的部分組成一般力學(xué)。
一般力學(xué)通常是指以質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、剛體、剛體系為研究對(duì)象的力學(xué)，有時(shí)還把抽象的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)也作為研究對(duì)象。一般力學(xué)除了研究離散系統(tǒng)的基本力學(xué)規(guī)律外，還研究某些與現(xiàn)代工程技術(shù)有關(guān)的新興學(xué)科的理論。
一般力學(xué)、固體力學(xué)和流體力學(xué)這三個(gè)主要分支在發(fā)展過程中，又因?qū)ο蠡蚰Ｐ偷牟煌霈F(xiàn)了一些分支學(xué)科和研究領(lǐng)域。屬于一般力學(xué)的有理論力學(xué)(狹義的)、分析力學(xué)、外彈道學(xué)、振動(dòng)理論、剛體動(dòng)力學(xué)、陀螺力學(xué)、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等；屬于固體力學(xué)的有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)等；流體力學(xué)是由早期的水力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)這兩個(gè)風(fēng)格迥異的分支匯合而成，現(xiàn)在則有空氣動(dòng)力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、多相流體力學(xué)、滲流力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)等分支。各分支學(xué)科間的交*結(jié)果又產(chǎn)生粘彈性理論、流變學(xué)、氣動(dòng)彈性力學(xué)等。
力學(xué)也可按研究時(shí)所采用的主要手段區(qū)分為三個(gè)方面：理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算。實(shí)驗(yàn)力學(xué)包括實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析、水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)等。著重用數(shù)值計(jì)算手段的計(jì)算力學(xué)，是廣泛使用電子計(jì)算機(jī)后才出現(xiàn)的，其中有計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)等。對(duì)一個(gè)具體的力學(xué)課題或研究項(xiàng)目，往往需要理論、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算這三方面的相互配合。
力學(xué)在工程技術(shù)方面的應(yīng)用結(jié)果形成工程力學(xué)或應(yīng)用力學(xué)的各種分支，諸如土力學(xué)、巖石力學(xué)、爆炸力學(xué)復(fù)合材料力學(xué)、工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)、環(huán)境空氣動(dòng)力學(xué)等。
力學(xué)和其他基礎(chǔ)科學(xué)的結(jié)合也產(chǎn)生一些交又性的分支，最早的是和天文學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的天體力學(xué)。在20世紀(jì)特別是60年代以來，出現(xiàn)更多的這類交*分支，其中有物理力學(xué)、化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)、等離子體動(dòng)力學(xué)、電流體動(dòng)力學(xué)、磁流體力學(xué)、熱彈性力學(xué)、理性力學(xué)、生物力學(xué)、生物流變學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、地球構(gòu)造動(dòng)力學(xué)、地球流體力學(xué)等。
運(yùn)動(dòng)學(xué)發(fā)展簡史
運(yùn)動(dòng)學(xué)是理論力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，它是運(yùn)用幾何學(xué)的方法來研究物體的運(yùn)動(dòng)，通常不考慮力和質(zhì)量等因素的影響。至于物體的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，則是動(dòng)力學(xué)的研究課題。
用幾何方法描述物體的運(yùn)動(dòng)必須確定一個(gè)參照系，因此，單純從運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)看，對(duì)任何運(yùn)動(dòng)的描述都是相對(duì)的。這里，運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性是指經(jīng)典力學(xué)范疇內(nèi)的，即在不同的參照系中時(shí)間和空間的量度相同，和參照系的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。不過當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，時(shí)間和空間的量度就同參照系有關(guān)了。這里的“運(yùn)動(dòng)”指機(jī)械運(yùn)動(dòng)，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(zhì)(如質(zhì)量等)和加在物體上的力。
運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究點(diǎn)和剛體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。點(diǎn)是指沒有大小和質(zhì)量、在空間占據(jù)一定位置的幾何點(diǎn)。剛體是沒有質(zhì)量、不變形、但有一定形狀、占據(jù)空間一定位置的形體。運(yùn)動(dòng)學(xué)包括點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)兩部分。掌握了這兩類運(yùn)動(dòng)，才可能進(jìn)一步研究變形體(彈性體、流體等)的運(yùn)動(dòng)。
在變形體研究中，須把物體中微團(tuán)的剛性位移和應(yīng)變分開。點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程、軌跡、位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)還要研究剛體本身的轉(zhuǎn)動(dòng)過程、角速度、角加速度等更復(fù)雜些的運(yùn)動(dòng)特征。剛體運(yùn)動(dòng)按運(yùn)動(dòng)的特性又可分為：剛體的平動(dòng)、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、剛體平面運(yùn)動(dòng)、剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和剛體一般運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)學(xué)為動(dòng)力學(xué)、機(jī)械原理(機(jī)械學(xué))提供理論基礎(chǔ)，也包含有自然科學(xué)和工程技術(shù)很多學(xué)科所必需的基本知識(shí)。
運(yùn)動(dòng)學(xué)的發(fā)展歷史
運(yùn)動(dòng)學(xué)在發(fā)展的初期，從屬于動(dòng)力學(xué)，隨著動(dòng)力學(xué)而發(fā)展。古代，人們通過對(duì)地面物體和天體運(yùn)動(dòng)的觀察，逐漸形成了物體在空間中位置的變化和時(shí)間的概念。中國戰(zhàn)國時(shí)期在《墨經(jīng)》中已有關(guān)于運(yùn)動(dòng)和時(shí)間先后的描述。亞里士多德在《物理學(xué)》中討論了落體運(yùn)動(dòng)和圓運(yùn)動(dòng)，已有了速度的概念。
伽利略發(fā)現(xiàn)了等加速直線運(yùn)動(dòng)中，距離與時(shí)間二次方成正比的規(guī)律，建立了加速度的概念。在對(duì)彈射體運(yùn)動(dòng)的研究中，他得出拋物線軌跡，并建立了運(yùn)動(dòng)(或速度)合成的平行四邊形法則，伽利略為點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，惠更斯在對(duì)擺的運(yùn)動(dòng)和牛頓在對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究中，各自獨(dú)立地提出了離心力的概念，從而發(fā)現(xiàn)了向心加速度與速度的二次方成正比、同半徑成反比的規(guī)律。
18世紀(jì)后期，由于天文學(xué)、造船業(yè)和機(jī)械業(yè)的發(fā)展和需要，歐拉用幾何方法系統(tǒng)地研究了剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和剛體的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)方程和剛體有限轉(zhuǎn)動(dòng)位移定理，并由此得到剛體瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和瞬時(shí)角速度矢量的概念，深刻地揭示了這種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形式的基本運(yùn)動(dòng)特征。所以歐拉可稱為剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人。
此后，拉格朗日和漢密爾頓分別引入了廣義坐標(biāo)、廣義速度和廣義動(dòng)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(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)開辟了新的途徑，促進(jìn)了分析動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。
19世紀(jì)末以來，為了適應(yīng)不同生產(chǎn)需要、完成不同動(dòng)作的各種機(jī)器相繼出現(xiàn)并廣泛使用，于是，機(jī)構(gòu)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)構(gòu)學(xué)的任務(wù)是分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)新的機(jī)構(gòu)和進(jìn)行機(jī)構(gòu)的綜合。現(xiàn)代儀器和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)機(jī)構(gòu)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，提出了各種平面和空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和綜合的問題，作為機(jī)構(gòu)學(xué)的理論基礎(chǔ)，運(yùn)動(dòng)學(xué)已逐漸脫離動(dòng)力學(xué)而成為經(jīng)典力學(xué)中一個(gè)獨(dú)立的分支。
固體力學(xué)發(fā)展簡史
固體力學(xué)是力學(xué)中形成較早、理論性較強(qiáng)、應(yīng)用較廣的一個(gè)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(nèi)部各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的位移、運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變以及破壞等的規(guī)律。
固體力學(xué)研究的內(nèi)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(xué)的早期研究中，一般多假設(shè)物體是均勻連續(xù)介質(zhì)，但近年來發(fā)展起來的復(fù)合材料力學(xué)和斷裂力學(xué)擴(kuò)大了研究范圍，它們分別研究非均勻連續(xù)體和含有裂紋的非連續(xù)體.
自然界中存在著大至天體，小至粒子的固態(tài)物體和各種固體力學(xué)問題。人所共知的山崩地裂、滄海桑田都與固體力學(xué)有關(guān)。現(xiàn)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(yīng)堆以及日用家具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算都應(yīng)用了固體力學(xué)的原理和計(jì)算方法。
由于工程范圍的不斷擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，固體力學(xué)也在發(fā)展，一方面要繼承傳統(tǒng)的有用的經(jīng)典理論，另一方面為適應(yīng)各們現(xiàn)代工程的特點(diǎn)而建立新的理論和方法。
固體力學(xué)的研究對(duì)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(jí)的固體物件。在飛行器、船舶和建筑等工程結(jié)構(gòu)中都廣泛采用了薄壁桿件。
固體力學(xué)的發(fā)展歷史
萌芽時(shí)期 遠(yuǎn)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(xué)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(yùn)含了近代桿、板、殼體設(shè)計(jì)的一些基本思想。
隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(guān)于強(qiáng)度計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)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(fā)展起來的固體力學(xué)理論，特別是為后來劃歸材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)那些理論奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)展時(shí)期 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累和17世紀(jì)物理學(xué)的成就，為固體力學(xué)理論的發(fā)展準(zhǔn)備了條件。在18世紀(jì)，制造大型機(jī)器、建造大型橋梁和大型廠房這些社會(huì)需要，成為固體力學(xué)發(fā)展的推動(dòng)力。
這期間，固體力學(xué)理論的發(fā)展也經(jīng)歷了四個(gè)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(shù)學(xué)方程的階段；探討復(fù)雜問題的階段。在這一時(shí)期，固體力學(xué)基本上是沿著研究彈性規(guī)律和研究塑性規(guī)律，這樣兩條平行的道路發(fā)展的，而彈性規(guī)律的研究開始較早。
彈性固體的力學(xué)理論是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上于17世紀(jì)發(fā)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(jì)末提出關(guān)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(jì)中期，首先導(dǎo)出棱柱桿側(cè)向振動(dòng)的微分方程；瑞士的歐拉于1744年建立了受壓柱體失穩(wěn)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(gè)研究穩(wěn)定性問題的學(xué)者；法國的庫侖在1773年提出了材料強(qiáng)度理論，他還在1784年研究了扭轉(zhuǎn)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(xué)理論奠定了基礎(chǔ)。
法國的納維于1820年研究了薄板彎曲問題，并于次年發(fā)表了彈性力學(xué)的基本方程；法國的柯西于1822年給出應(yīng)力和應(yīng)變的嚴(yán)格定義，并于次年導(dǎo)出矩形六面體微元的平衡微分方程。柯西提出的應(yīng)力和應(yīng)變概念，對(duì)后來數(shù)學(xué)彈性理論，乃至整個(gè)固體力學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)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(zhuǎn)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(dòng)的較完善的方法；德國的基爾霍夫提出粱的平截面假設(shè)和板殼的直法線假設(shè)，他還建立了板殼的準(zhǔn)確邊界條件并導(dǎo)出了平板彎曲方程；英國的麥克斯韋在19世紀(jì)50年代，發(fā)展了光測(cè)彈性的應(yīng)力分析技術(shù)后，又于1864年對(duì)只有兩個(gè)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(duì)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(zhuǎn)問題的薄膜比擬法；鐵木辛柯在20世紀(jì)初，用能量原理解決了許多桿板、殼的穩(wěn)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(lián)的穆斯赫利什維利于1933年發(fā)表了彈性力學(xué)復(fù)變函數(shù)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(wěn)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(fā)表了圓柱形薄殼的穩(wěn)定性和彎曲的研究成果；蘇聯(lián)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(jié)構(gòu)的一般理論。
在飛行器、艦艇、原子反應(yīng)堆和大型建筑等結(jié)構(gòu)的高精度要求下，有很多學(xué)者參加了力學(xué)研究工作，并解決了大量復(fù)雜問題。此外，彈性固體的力學(xué)理論還不斷滲透到其他領(lǐng)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(duì)金屬材料研究的基礎(chǔ)上，提出了最大剪應(yīng)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(gè)最重要的屈服條件。19世紀(jì)60年代末、70年代初，圣維南提出塑性理論的基本假設(shè)，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(xiàn)代固體力學(xué)時(shí)期 指的是第二次世界大戰(zhàn)以后的時(shí)期，這個(gè)時(shí)期固體力學(xué)的發(fā)展有兩個(gè)特征：一是有限元法和電子計(jì)算機(jī)在固體力學(xué)中得到廣泛應(yīng)用；二是出現(xiàn)了兩個(gè)新的分支——斷裂力學(xué)和復(fù)合材料力學(xué)。
特納等人于1956年提出有限元法的概念后，有限元法發(fā)展很快，在固體力學(xué)中大量應(yīng)用，解決了很多復(fù)雜的問題。
關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)改革；現(xiàn)狀；思考
中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-2851（2013）-01-0148-01
流體力學(xué)是土建類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是全國勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)工程師基礎(chǔ)考試必考科目。流體力學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)重要分支，主要研究流體在靜止或運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的基本規(guī)律及其在工程中的應(yīng)用，是高等學(xué)校眾多工科專業(yè)的必修課。流體力學(xué)也是一門理論性和工程實(shí)際意義都較強(qiáng)的課程，具有理論不易掌握、概念和方程較多且易混淆、對(duì)學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識(shí)及綜合分析和處理問題能力要求較高等特點(diǎn)，與枯燥、繁多的理論以及教學(xué)時(shí)數(shù)的減少形成了尖銳的矛盾。因此，尋求一種新的有效的教學(xué)手段，視聽結(jié)合，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)越性，加大課堂教學(xué)的信息密度和知識(shí)密度，拓寬課堂教學(xué)的新思路成為必然。
一、流體力學(xué)課多媒體教學(xué)現(xiàn)狀
根據(jù)在流體力學(xué)教學(xué)中應(yīng)用多媒體課件的情況來看，多媒體課件的應(yīng)用使單位時(shí)間內(nèi)教學(xué)內(nèi)容大為增加得到公認(rèn)，但對(duì)教學(xué)效果的看法反映并不一致。為了解使用多媒體課件的教學(xué)效果，我們兩次發(fā)出不記名問卷。其中一次讓學(xué)生給打分，30名同學(xué)中認(rèn)為現(xiàn)在使用的流體力學(xué)多媒體課件有較大幫助和有所幫助的各有10名，合計(jì)占67%。經(jīng)討論分析，多媒體課件之所以會(huì)出現(xiàn)授課效果不佳的情況，主要是因?yàn)樵谡n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(yīng)用沒有充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體，只是將教師從粉筆、黑板中解放出來。有些章節(jié)內(nèi)容單調(diào)甚至照抄課本內(nèi)容，成了文本教材的電子化；有些則忽略了教學(xué)內(nèi)容的連貫性和邏輯性。
2.多媒體課件中，圖片、動(dòng)畫的選擇不符合整體教學(xué)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(fù)雜化，缺乏合理的思路，其結(jié)果是大量的圖片分散了學(xué)生的注意力，浪費(fèi)了時(shí)間，造成教學(xué)質(zhì)量下降。
3.課件包含知識(shí)過多，文字描述繁瑣。為了讓學(xué)生能夠在有限的課時(shí)內(nèi)學(xué)到更多的知識(shí)，教師過于擴(kuò)大多媒體課件的知識(shí)量，造成了屏幕上顯示的內(nèi)容過多、講解時(shí)屏幕翻滾過快，學(xué)生對(duì)教師所講授的內(nèi)容沒有留下印象，也不知道大量的知識(shí)點(diǎn)該從何處著手記錄，導(dǎo)致學(xué)生不容易跟上教師的思路，不易復(fù)習(xí)。
4.課件內(nèi)容“乏味”，不能吸引學(xué)生注意力。部分課件內(nèi)容陳舊，有些內(nèi)容與講課內(nèi)容結(jié)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(xué)改革的思考
1.總方案設(shè)計(jì)。通過問卷調(diào)查及調(diào)研等方法，對(duì)流體力學(xué)多媒體教學(xué)的需求性、優(yōu)缺點(diǎn)、教學(xué)效果等方面進(jìn)行全面分析。調(diào)查研究存在于各個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)中的問題，并進(jìn)行匯總分析，以確定出總體方案。
2.教學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)《流體力學(xué)》教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)過程等方面進(jìn)行安排，建立課程層次結(jié)構(gòu)。多媒體課件內(nèi)容的選取要以教材為藍(lán)本，從實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、完成教學(xué)任務(wù)的需要出發(fā)，但又不能為課本所束縛，要充分增加課件的含金量。一個(gè)優(yōu)秀的課件不能只是教材的幻燈片演示，而應(yīng)該增加它的生動(dòng)直觀的作用，因此教材內(nèi)容的選取很關(guān)鍵。隨著對(duì)課件制作認(rèn)識(shí)的提高，我們做課件的每一部分時(shí)，都應(yīng)該做到心中有數(shù)，對(duì)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(yùn)行。
3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)合理的流程，使教學(xué)內(nèi)容通過多媒體課件的方式表現(xiàn)出來。多媒體教學(xué)擺脫了黑板加粉筆的呆板表現(xiàn)形式，依賴于大量的多媒體素材，把以往受時(shí)間和空間限制的內(nèi)容搬進(jìn)課堂，體現(xiàn)了其特有的優(yōu)勢(shì)。素材的選取依授課內(nèi)容而決定。制作課件時(shí)，老師本身就是一名導(dǎo)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(dǎo)演的水平。因此教師要吃透教學(xué)內(nèi)容，在參透文字稿本的基礎(chǔ)上，反復(fù)構(gòu)思，進(jìn)行創(chuàng)作，設(shè)計(jì)出符合教學(xué)的課件來。
4.版面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)技術(shù)性、藝術(shù)性以及應(yīng)用性良好的版面，提高課件的教學(xué)效果。課件制作過程要求熟悉電腦的基本操作、掌握相關(guān)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(xié)同工作，比如圖像制作、聲音錄制、文字編輯、動(dòng)畫制作等等，所以要求我們平時(shí)注意多學(xué)一些操作方法，或在計(jì)算機(jī)專業(yè)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(xué)內(nèi)容的教育性、科學(xué)性，而且要有課件的技術(shù)性，藝術(shù)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(cè)試，以便能夠發(fā)現(xiàn)課件在運(yùn)行當(dāng)中存在的問題，及時(shí)修改，不斷完善。一個(gè)課件的好與壞，只有通過實(shí)踐才能真正得出結(jié)論。課件制作完成后，應(yīng)用于課堂教學(xué)，然后根據(jù)學(xué)生的反饋信息，再將課件加以修改，從而使其達(dá)到最優(yōu)。如果制作的課件引不起學(xué)生的興趣，在課堂上起不到應(yīng)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(duì)課件進(jìn)行修改、完善與升級(jí)，使之更加適合教學(xué)的要求。
根據(jù)《流體力學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)、制作多媒體素材，集圖、文、聲、像的綜合表現(xiàn)功能，融教育性、科學(xué)性、藝術(shù)性、技術(shù)性于一體的課件，可以有效調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的潛能，強(qiáng)化教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，從而促進(jìn)大學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和應(yīng)用，并提高利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：《工程流體力學(xué)》；問題探究式教學(xué)方法；教學(xué)效果
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）04-0223-02
《工程流體力學(xué)》是能源動(dòng)力、土木工程、環(huán)境工程等諸多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，由于該課程的學(xué)習(xí)中有不少涉及到高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等課程的知識(shí)點(diǎn)，因而學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)難度高，興趣不大[1]。筆者從多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出問題探究式教學(xué)方法，并取得了一定的教學(xué)效果，同時(shí)也對(duì)教學(xué)活動(dòng)中存在的一些問題進(jìn)行了思考并提出了具體改進(jìn)措施。
一、以傳授知識(shí)點(diǎn)為主的教學(xué)模式存在的問題
目前大部分高校的《工程流體力學(xué)》課程仍采用傳統(tǒng)的課堂面授的教學(xué)方法，教師是教學(xué)活動(dòng)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(xué)內(nèi)容，因此課程知識(shí)點(diǎn)為單向傳授式，學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容往往缺乏主觀的思考，只是被動(dòng)地接納。以傳授知識(shí)點(diǎn)為主體的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)概念講解和公式推導(dǎo)，學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容理解不深，大多數(shù)學(xué)生也只能做到課后照搬公式做題，而對(duì)后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)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(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。由于人類對(duì)科學(xué)的認(rèn)知都是從現(xiàn)象開始的，現(xiàn)象表現(xiàn)出的規(guī)律性引導(dǎo)人們不斷探究現(xiàn)象背后的本質(zhì)，因此《工程流體力學(xué)》課堂的教學(xué)組織也應(yīng)遵循從現(xiàn)象到規(guī)律的認(rèn)知路徑。課堂應(yīng)先從日常生活及工程實(shí)例中提出問題，由教師引導(dǎo)學(xué)生剖析問題，逐漸深入到現(xiàn)象背后的規(guī)律性內(nèi)容，再經(jīng)概念闡述和理論推導(dǎo)，完成前述問題的理論解釋。以問題探究為主體的教學(xué)模式顯然更有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高分析問題和解決問題的能力。
二、《工程流體力學(xué)》問題探究式教學(xué)的課堂組織
在實(shí)施問題探究式教學(xué)模式時(shí)，教師盡可能選取來自于日常生活現(xiàn)象以及有專業(yè)背景的問題，并以圖片、動(dòng)畫或視頻等較形象化的方式給出，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的感性認(rèn)識(shí)，教師要根據(jù)學(xué)生課堂的反應(yīng)情況對(duì)學(xué)生不斷引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生啟用發(fā)散性思維方式解決問題，鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，通過對(duì)問題抽絲剝繭式的分析來提高解決實(shí)際問題的能力。課堂上的問題和探究性的思考過程要讓學(xué)生的思維活躍起來，讓學(xué)生意識(shí)到所學(xué)的知識(shí)是鮮活、有用而又有趣的，能逐漸領(lǐng)略到流體力學(xué)的美妙之處。在問題分析后的理論闡述中要適當(dāng)舍棄一些繁冗枯燥的公式推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)公式中各項(xiàng)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(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)以及孔口管嘴管路流動(dòng)[2]為例，具體闡述探究性問題教學(xué)模式的實(shí)施過程。緒論課的問題可以提得多而廣，通過大量的實(shí)際應(yīng)用和工程問題，讓學(xué)生充分理解學(xué)習(xí)課程的目的及意義，做到課程一開始就抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的研究熱情。在課程剛開始時(shí)，可以讓學(xué)生列舉常見的流體種類，并總結(jié)流體與固體的本質(zhì)區(qū)別；給出儒可夫斯基對(duì)佯繆（永動(dòng)機(jī)問題）的描述，讓學(xué)生解釋原因；課堂上用湯匙現(xiàn)場(chǎng)演示水流的附壁效應(yīng)；由目前大氣環(huán)境常見的霧霾問題引出顆粒物的繞流阻力問題，并讓學(xué)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(xué)生分析事故原因；介紹市政供水的基本方法，再讓學(xué)生估算學(xué)生宿舍樓供水的壓力；分析采暖系統(tǒng)中設(shè)計(jì)膨脹水箱的原因；夏季和冬季空調(diào)送風(fēng)口的風(fēng)向有何不同，哪些措施能夠盡可能實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)溫度的均勻分布。由于緒論課涉及的問題可覆蓋整個(gè)課程，可把某些問題留給學(xué)生在課后自己分析。在講授一元流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)時(shí)，教師可首先給學(xué)生演示平行紙片的吹氣試驗(yàn)，讓學(xué)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(jù)市政管網(wǎng)的供水現(xiàn)象，引出驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的能量形式及其相互轉(zhuǎn)換問題，并讓學(xué)生解釋航海中的“船吸現(xiàn)象”、洗澡時(shí)浴簾的飄向問題；由煙囪里氣流流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)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(chǎn)生的后推力問題引出一元流體動(dòng)量方程。
孔口管嘴管路流動(dòng)的內(nèi)容與工程實(shí)際結(jié)合較緊密，可多給學(xué)生實(shí)際案例進(jìn)行分析。如：（1）城市管網(wǎng)夜間的供水水壓為何會(huì)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(nèi)外存在溫差時(shí)，如何在建筑物壁面上開窗，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)？（4）如何利用虹吸的原理，給魚缸換水，其關(guān)鍵步驟是什么？（5）冷卻水系統(tǒng)中，如何考慮水泵的揚(yáng)程以保證冷卻水的循環(huán)？為節(jié)約時(shí)間，教師應(yīng)在課前將問題留給學(xué)生，為提高課堂效率，可對(duì)每個(gè)問題指定若干名學(xué)生完成，并記錄回答情況。
三、探究性課程教學(xué)中其他問題的思考
在學(xué)期結(jié)束時(shí)，教師與學(xué)生（共兩個(gè)班級(jí)，約130人）通過問卷調(diào)查、面談、QQ、電話等方式進(jìn)行了溝通，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中有如下問題值得關(guān)注。
1.采用問題探究式教學(xué)方式需要教師根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行分析和引導(dǎo)，會(huì)占用課堂學(xué)時(shí)中相當(dāng)比例的時(shí)間，由于課程學(xué)時(shí)數(shù)的限制，某些問題的探討無法深入，且教學(xué)內(nèi)容主要由PPT方式完成，因此教學(xué)進(jìn)度普遍較快。當(dāng)學(xué)生在課堂上未能理解和掌握某些知識(shí)點(diǎn)后，很容易放棄對(duì)后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。因此筆者建議，授課教師應(yīng)組織整理課程的微課資料，讓學(xué)生利用微課資料自主完成預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，大大減少課堂上對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)容的講解，將課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，使學(xué)生能夠在課堂上主動(dòng)基于問題進(jìn)行深入探討，從而顯著提高課堂的學(xué)習(xí)效果。
2.有近50%的學(xué)生認(rèn)為教師給出的探究性問題有一定的難度，并有助于對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂上對(duì)問題的探究過程提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。部分學(xué)生希望教師點(diǎn)名提問并記住自己的名字，也較喜歡這種教學(xué)模式；當(dāng)然也有部分學(xué)生不太適應(yīng)該方式，尤其是在無法回答問題時(shí)學(xué)生會(huì)感到尷尬。教師應(yīng)提前把問題留給學(xué)生，給學(xué)生充分的思考時(shí)間，從而更有效地利用課堂教學(xué)時(shí)間。
3.目前大學(xué)生存在課堂出勤率不理想、上課玩手機(jī)、睡覺等現(xiàn)象，教師可將學(xué)生座位固定，不點(diǎn)名即可快速統(tǒng)計(jì)學(xué)生的出勤率，并考察學(xué)生的聽課情況且及時(shí)記錄，在課程的第一次課上和學(xué)生講明出勤率、聽課表現(xiàn)、作業(yè)和平時(shí)小測(cè)驗(yàn)的成績?cè)诳傇u(píng)成績中的比重和計(jì)分方法，細(xì)化考核要求，并嚴(yán)格按規(guī)定執(zhí)行，這樣能有效地督促學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，重視平時(shí)學(xué)習(xí)。
4.課程考核方式和難度要求是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要方面。通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有近40%的學(xué)生認(rèn)為教師應(yīng)采用閉卷方式并嚴(yán)格進(jìn)行考核，不希望考試降低難度。這項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說明，不少學(xué)生有主動(dòng)學(xué)習(xí)的愿望，學(xué)習(xí)態(tài)度端正，并愿意采用嚴(yán)格的考核方式來檢查自己的學(xué)習(xí)效果，因此授課教師在考核時(shí)應(yīng)堅(jiān)持原則，對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，出題難度適中，學(xué)生卷面分?jǐn)?shù)盡可能符合正態(tài)分布。
四、結(jié)論
本文采用問題探究式的教學(xué)方式對(duì)《工程流體力學(xué)》課程進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，并給出了問題探究式教學(xué)方法的具體實(shí)踐過程。通過與學(xué)生的溝通和問卷調(diào)查，了解到近半數(shù)的學(xué)生認(rèn)可問題探究式的教學(xué)方法，認(rèn)為該方法有助于加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。在問題探究式教學(xué)過程中，教師也發(fā)現(xiàn)需要在以下方面進(jìn)行改進(jìn)：應(yīng)嘗試?yán)眯滦偷幕ヂ?lián)網(wǎng)教學(xué)手段，如微課等方式，進(jìn)一步提高課堂學(xué)習(xí)效率，將課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生；強(qiáng)化平時(shí)考核，細(xì)化成績?cè)u(píng)分方法，期末考試題目要有合理的難度，成績分布應(yīng)合理。
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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(guān)鍵詞：力學(xué),土木工程,力的平衡,建筑力學(xué)
1 力學(xué)的基本內(nèi)容
力學(xué)在高中物理中的概念定義為物體間的相互作用[1]。一個(gè)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(jù)力的性質(zhì)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(jù)力的效果來分類的，如拉力、壓力、支持力、動(dòng)力、阻力等等。而力的合成、分解和平衡也是力學(xué)原理中的重要內(nèi)容，貫穿于整個(gè)力學(xué)，是整個(gè)物理學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是高中學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)和考點(diǎn)。力學(xué)原理來源于實(shí)際生活，故在實(shí)際應(yīng)用中可以用力的方法簡化問題，解決問題，突出力學(xué)的實(shí)際效果。
2 力學(xué)與建筑力學(xué)的聯(lián)系
建筑力學(xué)是應(yīng)用于土木工程中的基礎(chǔ)理論，它由理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)三大部分組成。理論力學(xué)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(xué)研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和導(dǎo)致各種材料破壞的極限[3]；結(jié)構(gòu)力學(xué)主要研究工程結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律，以及如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化[4]。不管是理論力學(xué)、材料力學(xué)還是結(jié)構(gòu)力學(xué)，都是以力學(xué)為基礎(chǔ)的，是力學(xué)的擴(kuò)展應(yīng)用。
但是，從另一方面看，力學(xué)的發(fā)展也離不開建筑工程的推動(dòng)和促進(jìn)。比如在建筑中出現(xiàn)了極端條件下的工程技術(shù)問題，這是無法用實(shí)驗(yàn)方法來直接測(cè)定。而建筑工程這個(gè)天然的實(shí)驗(yàn)環(huán)境就正好驗(yàn)證了這些力學(xué)的原理，并提出了新的力學(xué)問題，推動(dòng)了理論的發(fā)展。
綜上所述，力學(xué)原理是建筑力學(xué)的前身，建筑力學(xué)是在力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是對(duì)力學(xué)的進(jìn)一步應(yīng)用和擴(kuò)展。反過來，建筑力學(xué)的發(fā)展又對(duì)力學(xué)原理進(jìn)行了驗(yàn)證和補(bǔ)充。但是力學(xué)并不是建筑力學(xué)，它們是交叉學(xué)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(xué)原理可以解釋高溫氣體、氣體激光器和核物理等領(lǐng)域的科學(xué)問題，而建筑力學(xué)解釋不了。而用力學(xué)方法去解釋固體的塑性、強(qiáng)度、損傷和斷裂等方面，卻遇到了極大的困難。
3 力學(xué)在土木工程實(shí)踐中的應(yīng)用實(shí)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(wěn)定，怎么實(shí)現(xiàn)得力的平衡，下面以一個(gè)簡單的例子介紹力學(xué)原理在土木工程中的應(yīng)用。假設(shè)石拱橋的簡化圖如圖1所示，整個(gè)石拱橋由4塊石塊構(gòu)成，左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，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(duì)這一石拱橋進(jìn)行分析。
首先，對(duì)第1石塊進(jìn)行受力分析，其受力分析圖如圖2所示。第1石塊受3個(gè)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(jìn)行力的計(jì)算。列方程式如下所示。
其次，對(duì)第2石塊進(jìn)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(gè)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(jìn)行力的計(jì)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(duì)稱的，其受力分析是一樣的，只不過方向相反，故不對(duì)這兩石塊進(jìn)行再次分析。
由上例可以看出可以用力的平衡原理計(jì)算橋梁在靜止?fàn)顟B(tài)下的內(nèi)力值，通過分析每一石塊的受力，計(jì)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(dāng)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(jù)力的平衡的計(jì)算，就可用于設(shè)計(jì)橋梁時(shí)選擇截面尺寸，合適的建筑材料，以及怎么使橋梁經(jīng)濟(jì)化。
4 力學(xué)在建筑領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展
力學(xué)在建筑工程中的發(fā)展，主要是與建筑專業(yè)的結(jié)合形成了多種建筑力學(xué)理論。力學(xué)和建筑理論的結(jié)合主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
第一，形成了建筑理論力學(xué)。
理論力學(xué)是一般力學(xué)各分支學(xué)科的基礎(chǔ)，是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科[2]。它通常分為3個(gè)部分：靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)。
靜力學(xué)主要研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律，以及如何建立各種力系的平衡條件[2]。靜力學(xué)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(xué)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(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，也涉及到力學(xué)原理中的慣性和牛頓三定律等內(nèi)容。而從動(dòng)力學(xué)方面來講，由于動(dòng)力學(xué)研究的是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)與受力的關(guān)系。所以，動(dòng)力學(xué)亦是以牛頓運(yùn)動(dòng)定律、萬有引力定律為研究基礎(chǔ)的，這恰恰也是力學(xué)原理的知識(shí)點(diǎn)。
第二，形成了建筑固體力學(xué)。
固體力學(xué)是力學(xué)中研究固體機(jī)械性質(zhì)的學(xué)科，主要研究固體介質(zhì)在外力、溫度和形變的作用下的表現(xiàn)。一般包括材料力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)等部分。固體力學(xué)與力學(xué)原理聯(lián)系緊密，力學(xué)原理中的拉力、壓力和阻力等是材料力學(xué)的理論基礎(chǔ)，例如材料力學(xué)的主要研究內(nèi)容之一是對(duì)桿件進(jìn)行力學(xué)分析，桿中的內(nèi)力計(jì)算涉及到力的合成、分解和平衡等內(nèi)容。力學(xué)原理中的彈力結(jié)合建筑原理形成了新的學(xué)科 —— 彈性力學(xué)；而力學(xué)中的動(dòng)力、摩擦力等延伸為固體力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)等等。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，分子動(dòng)力學(xué)等微觀模擬方法、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的仿真分析將更大規(guī)模更迅速地在固體力學(xué)和工程設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用和發(fā)展，這也涉及到了力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。固體力學(xué)的上述發(fā)展，必將推動(dòng)科學(xué)和工程技術(shù)的巨大進(jìn)步。
第三，形成了建筑流體力學(xué)。
流體力學(xué)是在人類同自然界作斗爭(zhēng)和在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步發(fā)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(lǐng)導(dǎo)勞動(dòng)人民修建了都江堰，至今還在發(fā)揮作用。大約與此同時(shí)，羅馬人建成了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)，這些都是流體力學(xué)在建筑工程中成功應(yīng)用的案例。流體力學(xué)的發(fā)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(shè)計(jì)，很大程度上也歸結(jié)為流體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算問題，又或者是測(cè)定地下流水對(duì)建筑物的影響等。總之，流體力學(xué)對(duì)建筑工程的發(fā)展有著不可替代的作用。流體力學(xué)的主要內(nèi)容，包括物體浮力定理和浮體穩(wěn)定性在內(nèi)的液體平衡理論，這也為流體靜力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。而浮力和液體平衡理論也恰恰是力學(xué)原理的內(nèi)容。
綜上所述，力學(xué)原理是形成建筑理論的基礎(chǔ)，它與建筑理論的結(jié)合是多方面的，從而形成了多種建筑力學(xué)。力學(xué)原理與建筑工程的其他學(xué)科也有交叉，如流體彈性力學(xué)、爆炸力學(xué)等等。這些不同的力學(xué)學(xué)科貫穿于整個(gè)土木工程的壽命期，從設(shè)計(jì)、施工、后期維修保養(yǎng)，直到最后的爆破消亡，都會(huì)運(yùn)用到力學(xué)的原理去解決工程中的實(shí)際問題。
5 結(jié)語
建筑的發(fā)展和力學(xué)是有密切關(guān)系的，可以說沒有可靠的力學(xué)支撐，就不能保證建筑結(jié)構(gòu)的安全，就不能建造出那么多的優(yōu)秀建筑物和構(gòu)筑物。而力學(xué)原理與建筑力學(xué)的結(jié)合，也是發(fā)展現(xiàn)代高科技建筑的必然趨勢(shì)，它們互相替代，互相促進(jìn)，互相發(fā)展。相信有了力學(xué)的支撐，建筑工程會(huì)越走越遠(yuǎn)，會(huì)有越來越多優(yōu)美堅(jiān)固的建筑屹立在東方大陸上。
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