流体力学论文

写论文没有思路的时候，经常查阅一些论文范文，小编为此精心准备了《流体力学论文(精选5篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。摘要：流体力学是工程力学专业的核心基础课程，也是一门理论性与应用性都很强的课程。教学改革要求教师必须注意改革传统的教学方式，从灌输式教学方式向互动启发式教学方式转变。这种转变不仅有助于提高教师的教学技巧，而且也有利于调动学生的学习积极性，提高他们自主学习能力，为他们终生学习打下牢固的基础。从流体力学教学实际出发，阐述互动启发式教学方式运用的方法和成果。

第一篇：流体力学论文

流体力学课程教学研究

【摘 要】流体力学是目前工科院校普遍开设的基本课程，由于该课程涉及基本流体理论，学生学习起来感觉有一定难度。作者结合教学经历，提出了流体力学课程教学中用形象的教学方法，加深基础理论的理解、用启发式教学形式，加深与生活常识密切相关的知识点的理解、加强教学过程中的实验环节三点教学体会，以期最终实现人才培养目标。

【关键词】流体力学;教学研究;多媒体;启发式教学;教学实验

一、现状及问题

流体力学课程具有非常强的科学性和系统性，有极强的理论性与实践性，作为专业基础课，为后续专业课学习提供理论基础，这决定了这门课的教学目的既要使学生掌握基本理论知识， 又要使学生学会应用这些知识解决实际问题。

目前流体力学课程教学存在两个极端：一是偏重于数学推导，忽视理论的物理意义阐述和工程实例的引入，教学内容枯燥无味，理论与实际脱钩，学生只为学而学，没有学习欲望; 二是偏重强调课程为专业服务，过多泛泛地讲述案例，不深究理论基础，没有达到培养人才的教学目的。在教学课时一再压缩情况下，

如何将流体力学课程内涵贯穿于理论学习、实践训练、创新精神、实际动手能力的培养整个学习过程，本文提出几点看法。

二、教学研究

在教与学的关系上，最终目标是能真正调动学生、老师的积极性，保证教学的有效实施。

大学的流体力学课程进程快、信息量大，一环紧扣一环，有的知识点偏重基础理论，有的偏重生活常识，还有的偏重工程应用。如何将枯燥的理论内容和实验过程转变为生动描述，使学生便于记忆、掌握，作者认为基于教师对教学内容深刻理解和深厚语言技巧，对于不同类型的知识点可采用相应方法进行教学。

1.用形象的教学方法，加深基础理论的理解

流体力学是一门基础课程，是后续许多专业课程的基础，所以教学中要重视奠定扎实基础，重视学生对物理现象的认识、物理概念的建立及规律分析，借助先进的教学手段，对加深基本理论的理解和掌握意义重大。

多媒体教学因其形象、生动、具体、直观，越来越得到广泛的使用，在流体力学课程中引入多媒体教学，可以将很难用语言描述的物理现象，如涡量和紊流等搬上屏幕，帮助学生建立清晰的物理概念，缩短认识过程，激发学生学习欲望，为教学质量提高提供了保障。如湍流这个流体力学中100多年来公认的难题，授课老师可以利用高速摄像仪拍摄的各种流体流动图像和利用热线风速仪采集的湍流脉动信号，向学生展示湍流的基本概念和理论。

2.用启发式教学形式，加深与生活常识密切相关的知识点的理解

高等教育中采用直观有趣的事例参与教学过程，较为少见，因为对于像流体力学这样的基础理论课，要列举出与日常生活密切相关，且有一定深度的有趣事例，并不是一件容易的事。这就要求授课老师有深厚的理论基础和责任心，采用启发教学形式，依据学习过程的客观规律，引导学生主动、积极、自觉地掌握知识，通过具体事例，使学生能充分意识到本课程对今后工作和学习的重要意义，激发其学习欲望。如讲述某一理论时，可由日常生活中的有趣事例或历史上的重大事件慢慢引入到理论机理。

另一方面，为了提高大学生的实践能力和创新能力，授课老师可根据课程进度，开展各种级别的趣味课题。这些课题分为两种类型：一种是修完流体力学课程的学生根据兴趣，通过查阅相关资料后自拟研究课题，写读书笔记，采用头脑风暴式课堂讨论，并不断解答分析问题，最终形成研究结论;另一类课题是授课老师自拟题目，供学生选择，其讨论过程与上面相同。学生通过参加这些趣味课题，巩固了书本知识，实践能力和创新能力得到了较大提高。

3.加强教学过程中的实验环节

实验是理论的摇篮，作为工科学校的大学生，其实验能力的培养为其成为创新人才起着举足轻重的作用。

在实验过程中实现基本理论与工程应用有机结合，丰富了教学内容， 提高了学生学习积极性，增强了学生的感性认识，大大提高学生对本门课程的兴趣。实验课要注重培养学生的动手能力，培养学生独立操作能力。

另一方面，改革实验课考核的方法，考核过程中增加师生间互动，由原来只看实验结果，变成由授课老师和实验教师共同对学生的操作能力、理解能力、创新能力进行全面考核。

流体力学作为一门给排水专业、环境专业、水利水电工程专业、港口及航道工程专业的一门重要的技术基础课，其日常教学工作任重道远，为适应流体力学的学科发展需要，提高教学效果，教师只要多花时间，多动脑筋，因材施教，教学与实验、管理各部门紧密配合，一定能取得好的教育效果，教育的最终目的才能实现。

作者简介：

张芳，女，(1976年—)，辽宁省大连人;博士，高级工程师;2006年毕业于同济大学地下结构工程专业;主要从事地下工程、区域地下水环境、地下工程信息化研究工作。

作者：张芳

第二篇：流体力学、磁流体力学在天体物理中的应用

主要讨论的是流体及磁体力学在恒星的逐步形成当中吸收以及外泄，在日震学这两个方向上的应用。流体力学和磁流体力学的运用在天体物理学当中是非常广阔的。特别是对于星系的密集波，日冕物质在太阳上的喷发，太阳风与地球磁场相互作用产生的弓形激波，在AGN中巨质量黑洞的吸收过程当中，恒星以及行星的形成过程以及在动力学的研究过程中都不会离开流体以及磁流体力学的应用。因此，在天文物理学的发展中，尤其是在磁流体以及流体力学中有着不可替代的作用。

流体力学磁体力学天体物理日震学恒星形成吸积一、流体及磁流体力学

（一）流体力学

流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。流体的宏观性质主要有粘性、流动性和压缩性。流体不管多小的切向力，只要一直的施加，都可以使流体发生形变，而在静止时不能承受切向力。在流体力学中常会假设流体是不可压缩流体，也就是流体的密度是一定的。气体是可压缩流体，而液体则可以算是不可压缩流体。当然有时候也会假设流体的黏度为零，此时流体即为非粘性流体。气体常常可以认为是非粘性流体。如果流体黏度不为零，那么流体被容器包围（如管子），则在边界处流体的速度为零。但是在天体物理学中，一般情况下遇到的都是可压缩流体，除了极少情况下外。在流体力学中，等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体，所以等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。等离子体的运动规律的研究在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。这些对于天体力学的研究有着重要意义。

（二）磁流体力学

磁流体力学是结合经典流体力学和电动力学的方法研究导电流体和磁场相互作用的学科，包括磁流体静力学和磁流体动力学两个分支。磁流体动力学研究电磁场与导电流体相互作用时的运动规律，如各种磁流体动力学流动和磁流体动力学波等。所以液态金属和等离子体都是导电流体。在宇宙中，星际和恒星气体都是等离子体，并且是有磁场的，所以磁流体力学在天体物理、太阳和地球物理中要有逐步运用以及发展。就像超新星和新星的喷发，星际空间没有作用力场的可能性，日冕、耀斑以及黑子受它的影响，还有有关于磁场的起源等等。不知其理论如何可以将其应用于实际。故了解流体及磁流体力学是研究其在天体物理中应用的第一步。初步了解了流体及磁流体力学，那么我们便可以去了解我们本文讨论的话题。首先，我们先研究讨论一下恒星形成中吸积和外流对流体及磁流体力学的应用。

二、恒星形成中吸积和外流

（一）恒星形成的吸积

致密天体由引力俘获周围物质的过程称为吸积。吸积过程广泛存在于恒星的形成中。恒星的形成发生在尘埃云中，尘埃云是星云中重要的物质，是其中较暗的部分，而不是那些灿烂的气体云。在大量观测的支持下，低质量恒星形成的理论，低质量恒星是转动的分子云因密度逐渐升高而造成重力塌缩下形成的。通过上面的理论研究，尘埃和气体组成转动中的分子云，因塌缩导致吸积盘的形成，经由这个通道质量在中心形成原恒星。但是，质量高于8倍太阳质量的恒星形成的历程目前还不清楚。所以说质量不同的恒星形成的历程是不一样的。质量大的恒星会推挤向中心掉落的物质，是因为辐射出大量的辐射。在过去的研究中，辐射压被认为是足够阻止质量累积成为巨大的原恒星，而且还能阻止质量达几十个太阳的恒星形成。但是最近的理论工作则显示，产生的流出物和喷流会清理出空洞，因而许多大质量原恒星的辐射压不会阻碍物质经由吸积盘进入中心的原恒星而是会逃逸掉。因此新的理论认为大质量恒星也会经历和低质量恒星相似的历程形成。

（二）恒星形成的外流

由于磁通量和角动量守恒原理，最终成为恒星组成部分的物质并不能直接落到中心星上，而是落在吸积盘上，吸积盘通过一系列复杂的过程，将多余的角动量向外传递。质量外流在剩余的物质驱逐过程当中存在，星风和外流的作用让恒星构成的剩余物质和中心星相远离，星周性的物质和盘物质变得越来越少，有关于外流的张角逐渐变大.对于中心星来说都不会有实质性的增长，较多的是静止收缩状态，但是，中心星依旧要从盘中吸取物质而且它的速度现在已经变得越来越小。因为盘分带走了所有的角动量，所以MRI在这种情况是基本不需要的，但是他们却都要求要有足够的中性气体的耦合和电离保持磁场。磁场的位型大致有两种，一种是杂乱的磁场，而另一种是有序磁场。最初的分子云的磁场俘获在最终形成的恒星上只有小部分。而且这些磁场不是星际磁场遗迹造成的，而是有可能是由于恒星发电产生的。所以基于这些理论有许多的不确定因素，我们需要更多的实践，特别是观测来证实理论的正确与否。

三、在日震学方面的运用

日震学是研究波振荡，特别是声波压力，在太阳上的传播。所有的振荡是重叠的，这是来自太阳光谱的时间系列显示，而且成千上万的模式已经被检测。在数学技术中的傅立叶分析被用来将这一大堆的资料恢复为个别模式的资讯。这个方法是可以将任何的周期函数f写成最简单的周期函数的总合，也就是不同频率的余弦和正弦倍数的结合。

太阳表面强度随时间的变化。太阳的表面亮度的变化表明太阳的震荡是一直存在的。而且大振幅总是以小振幅开始和结束。因为不是由米粒组织的对流超射的激发的，所以震荡的出现并不是突然的。

大多数的太阳模型是非径向的，而最简单的分析模式则是径向的。不过一个非径向模型的特征是三个波数：径向状态 n，反映了在径向方面的属性。方位顺序 m和球谐度 I，这是用来测定恒星表面上的行为模式。但是要注意的是太阳如果是球对称，方位顺序将呈现衰退；但是，太阳的自转 （连同其它的扰动）导致赤道突起，增加了此种衰退。依照规律，n对应于径向本征函数节点的数目，I表示在球面上结线的总数，m告诉我们有多少的节点线跨越了赤道。

四、总结

流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。而磁流体力学则是研究导电流体与电磁场相互作用的学科，它在天体物理学中的应用，便形成了宇宙磁流体力学，这是理论天体物理学的一个分支。流体及磁体力学在天体物理中的运用是涉及许多方面的，因此在天文物理学的发展中，尤其是在磁流体以及流体力学中有着不可替代的作用。

参考文献：

[1]吴其芬，李桦.磁流体力学.国防科技大学出版社，2007.

[2]Lynden-BellD，PringleJ.E，The Envelope of viscous discs and the origin of the nebular variables.1974.

[3]黄润乾，李焱.恒星振动理论.科学出版社，1990.

作者：杨树伟 刘国钰

第三篇：流体力学教学改革与应用

摘要：流体力学是工程力学专业的核心基础课程，也是一门理论性与应用性都很强的课程。教学改革要求教师必须注意改革传统的教学方式，从灌输式教学方式向互动启发式教学方式转变。这种转变不仅有助于提高教师的教学技巧，而且也有利于调动学生的学习积极性，提高他们自主学习能力，为他们终生学习打下牢固的基础。从流体力学教学实际出发，阐述互动启发式教学方式运用的方法和成果。教学改革后提高了教学效率，学生最终能够学以致用。

关键词：流体力学;教学改革;互动启发式教学

近年来，作为在新的历史时期全面推进我国高校人才培养模式改革的重要举措，中国矿业大学(北京)大力开展全面建设研究型本科教育教学体系，加强学生创新能力的培养，落实“创新教学环节”的教学改革研究。“创新教学环节”由创新方法类课程、创新实践活动组成。包括科研导论课、科研技能实践、以及大学生创新训练项目等等。然而，大学本科生在校的大多数学习时间还是以课堂为主，如何对课堂教学进行改革，以适应研究型本科教育教学体系的需要，是本文探讨的问题。

一、流体力学课程的指导思想及定位

流体力学是工程力学专业的核心基础课程，为后续课程提供必要的基础知识和应用工具。因此，牢固掌握流体力学课程的基本内容，熟练运用该课程的基本方法，透彻理解其基本思想，是打开力学专业阶段学习的关键。对于流体力学这门课的普遍认识是，老师们难教，学生们难学。究其原因，是因为学生在中学没有接触过流体方面的知识，是“懵懂无知”的状态;而到了大学，一开始就要接触流体的性质、模型、运动学和动力学的概念，是“被动接受”的状态。这对于大学生来说势必会感觉很难，从上课听不懂，习题不会做到上课不想听，习题抄答案，形成恶性循环，而教师的灌输式教学更使得这门课预期达到的教学目标难以实现。学生的基础没有打好，对于后续课程的学习势必产生不良影响。如何使学生在学习过程中既能独立思考，又能积极响应教师的互动提示，进行有效的互动，这是提高教学效果的关键所在。

以学生为主体、教师为主导的互动式教学思想[ ]在教学工作中逐步得到巩固和落实，在教学方法的改革上取得了可喜成绩。但是，要真正实现“教以学为本”[ ]，还需要不断在教学思想、教学方法、课堂结构等诸多方面进行创新性的探索与研究。作者近年来一直从事流体力学课程的教学工作，对如何让学生学好这门课进行了一定的研究。作者认为，启发式教学[ ]对于流体力学难教、难学这一问题是一有益的解决方案。通过在课堂上与学生互动以及在适当的时候对学生进行启发，能够改变流体力学课堂沉闷，学生不想听讲的氛围，同时对培养学生的力学修养与力学能力大有裨益。教师在教学过程中切实重视、真正确立学生在学习过程中的主体地位，通过学生自悟、质疑、写练的同时，加强学生主体之间的信息交流，以及教师的适时点拨启导，构建“互动启发式”这一课堂教学结构体系，能更好地让学生学会学习，逐步提高学习修养。

作者针对上述问题，参考了国内外教学资料，结合多年教学经验，并以工程力学08级的“流体力学”教学为研究对象，成立了“岩爆研究大学生创新小组”。小组成员利用课余时间，参加重点实验室的科研活动，在北京市学会第17届学术年会上了表了三篇论文[ - ]。小组成员的学习热情、学习成绩、研究水平得到了很大的提高。由此可见“互动启发式”教学适应教学改革的需要。“互动启发式”教学方式改变了过去那种学生被动接受的状况，它要求教师的教学必须以调动学生的积极性为主，学生是主动的参与教学，而不是被动的去记忆。作者在教学中发现，互动启发式教学方式是教师学生“双赢”的教学方式，它促进了师生间的情感交流，调节了课堂气氛，是符合大学教学大纲的新选择。

二、流体力学的基础性、前沿性和时代性

《流体力学》课程是计算流体力学、多相流动、非牛顿流体力学的基础性理论。同时，本门课程对于许多理论性较强的学科，如工程热力学、传热学、应用数学、应用物理学、流固耦合、渗流力学等，都是必不可少的基础理论课。《流体力学》课程中的许多专题：如边界层理论、湍流、涡动力学、水波动力学、气体动力学等都是发展迅速的前沿学科。当前，随着环境和资源探测要求的增长与技术进步，出现了许多或以流体力学为基础、或与流体力学相交叉的新学科，如CCS(碳固存)、煤岩中的瓦斯流动、多场耦合、多相流及非牛顿流体力学;特别是随着高超音速飞行器和运载工具、超静音潜艇、以及现代武器系统的发展，为流体力学学科提出了更多的新问题，也为学习《流体力学》的学生提供了广阔的发展空间。

三、流体力學教学改革的尝试和成效

在教学中努力践行“研究型学习”[ ]与“创新型人才”[ ]的培养。开展“互动启发式”教学法改革，培养学生积极思考、研究型学习、创新型思维的能力。在平时成绩考核中，增加了“研究报告”一项，指导并鼓励学生针对书中的重点、难点问题进行深入研究，在创新教育理念与研究性教学相融合上作出了有益的实践。

(一)教学方式的改革

《流体力学》课程的特点是：理论性很强，对学生的数学基础要求较高。例如，除了需要了解一般张量变换和指标运算的规则外，还需要了解张量场论、曲线坐标系下的张量微分学、微分几何中关于点、线、面间的拓扑关系;以及由Gaussian定理、Stokes定理、标量势、矢量势、Helmholtz张量分解定理、向量场的梯度来表示流体力学的求解域，需要了解它们的几何意义以及在流场几何描述中的应用。另外，在对不同流动现象的偏微分方程定解问题的求解中，需要讲解有关的数学物理方法的背景知识，如解波动方程的行波法、求解涡旋场中的格林函数法等。仅采用PPT教学，难以表达在定理推导或偏微方程求解中的思辨、引证与推理过程。

因此，将传统“板书式”教学与现代教育技术相结合，各种方法互为补充，探索启发式教学法的创新，采用了以下的教学方法与教学手段：

1、对于建立流体力学基本方程组或偏微分程求解过程中的数学推导，采用板书讲解为主，PPT为辅的教学方法。由于多数学生的张量场论与张量微分学的基础较薄弱，在从这些定理出发建立流体力学基本方程的教学中，需要进行较长时间的数学推导，很容易造成学生的疲劳。采用传统的“问-答”为主的“启发式”教学法，往往得到“启发”的只是部分基础较好的同学，多数学生很少能主动响应，容易形成流体力学“难以学懂”的印象。

针对上述问题，创造性地设计了“互动启发式”教学法。所谓“互动启发式”教学，就是在设置启发问题过程中，对被启发对象的思维过程施加以强烈的影响，激发学生深入思考的方法。具体是，在理论学习、定理推导、或典型例题讲解过程中，由老师首先进行提纲式讲解，针对教材中的重点且难点问题，要求学生进行一定时间(5-7分钟)的课堂练习作业，启发学生提出问题。最后，再由老师进行板书讲解的“讲解—学生练习-提问—再讲解”的课堂教学过程。

“互动启发式”教学法实施的关键，是由教师对讲解的问题进行纲要式分析，给出主要思路并交待相关背景知识，对其中的关键问题设置疑问点;在学生进行5-7分钟的课堂练习过程中进行巡查，发现学生遇到的难点并适时提问，最后，有重点地进行分析与讲解。在这一过程中，给学生提供了一个独立思考的机会、创造了一个平等、自由的提问环境，使学生可以毫无顾虑地与老师交流，也便于老师及时发现问题。老师在学生达到思维临界点时的讲解，学生的印象深刻，可以达到事半功倍的效果。

2、对于流体力课程中应用型专题和涉及实际物理现象较多的章节，采用PPT或录像为主的现代化教学方法。这样，可以在有限的课时内，在使学生充分掌握书中的理论知识的同时，对相关的物理现象有感性认识，加深对理论知识理解，以激发学生的科学探索精神，提高学生的学习兴趣。为此，通过课程建设，编制了实验录像。实验录像介绍流体力学理论的背景知识，如有关流体粘性、压缩性、静力学实验、伯努利方程实验、雷诺实验、边界层流动等，利用PPT等现代化教学方法在课堂教学中加以运用。

3、耐心、细致的课后辅导。对于在课堂上提出问题的学生，无论问题对错、难易，在回答问题前，首先用“这是一个很好的问题，…”，“你的问题很重要，…”等加以鼓励，然后再回答问题;对勤于思考的同学加以表扬。

4、改革考试的形式和内容，促进教学质量的提高。教学实践中，对期末考试进行改革：平时成绩定量化计分制;要求每位同学选择教科书中的一个专门问题进行研究，提交一份专题研究报告;在期末考试卷面成绩出题中与评分中，强调解题的分析过程。通过上述方法，在考试内容上，将知识测识与创新能力测试相结合。

(二)教学改革效果

自我校工程力学专业开设《流体力学》课程以来，作者一直致力于以创新型人才培养、研究型学习方法建立为目标的教学改革，在不断提高自身理论水平的同时，提出了“互动启发式”教学方法并在教学实践中加以运用。学校教学督导组的资深老师多次听课，都给予了很高的评价。在授课中注重板书推演、思辨清晰、严谨、通俗易懂，在课后热情辅导同学们的学习与创新研究活动。作者的授课及辅导受到同学们的广泛欢迎。

四、课程特色

力学专业《流体力学》课程理论性强、对张量分析、场论、数学物理方法与特殊函数等数学基础知识要求高。作者在不断提高自身的理论水平、积极开展教学研究与改革的基础上，形成了下述课程特色：

(一)在建立流体力学基本方程组与求解流场数学模型过程中，板书推演思辨清晰、严谨、通俗易懂，对所需的张量、场论、数学物理方法背景知识可进行详细分析或精讲。为使理论分析连续、易于启发学生的思维，撰写了近60万字的背课笔记/授课讲义，在板书推导中，多数情况下可以脱稿讲解。

(二)采用“互动启发式”教学方法，在课堂上形成与学生间的良好互动，启发学生的自主思维、深入思考，以达到深入理解复杂数学、力学理论的目标。“互动启发式”教学方法不断充实完善，形成了包括课堂的即时启发教学、平时的考察辅导与期末考试互相支持的系统方法。为研究型学习与创新型人才培养提供了有力保障。该方法得到了越来越多的认同。工程力学系的同仁，如黎立云教授、祝捷副教授等老师都采用了“互动启发式”教学法，并形成了自已的特色，取得了很好的教学效果。

(三)强调“研究型”学习方法。在平时的作业中，要求学生将每一道习题当作一个“模型科学问题”，以论证与推演过程是否合理来评价学生作业的优良等级。对学生的作业认真评分并计入平时成绩。允许作业成绩不理想的同学可以重作，重新评分。另外，要求学生在课程结束前，选择书中的问题提交一个研究报告，老师给予辅导、评分，并计入平时成绩。以上措施在培养学生的研究型学习方法上起到了十分重要的作用。

(四)积极引导、支持学生开展创新科研活动。指导学生针对教学中的重点和难点开展解题方法、教学方法的研究，并将结果撰写成研究报告或教改论文。在授课期间，对有学生要求给予科研的学术指导，总是热情响应。

五、流体力学教学工作的展望

(一)继续充实、完善习题库、多媒体课件、实验录像等教学资源，实现优质教学资源共享。

(二)以创新型人才培养、研究型学习方法为目标，继续开展教学方法的研究，不断完善“互动启发式”教学方法的内涵。

(三)现有的力学专业《流体力学》教材或深度不夠、或难于自学。准备在多年流体力学教学积淀与撰写的讲义的基础上，出版一部通俗易懂、学术水平高、具有矿业特色的流体力学教材。

(四)目前的张量分析、场论的教材大都比较抽像，受众较少。准备集自已多年在微分几何、张量与场论理论的学习心得，在撰写的讲义基础上，出版一部侧重于讲解张量、场论主要定理几何意义及其在流场描述应用的学术论著，作为力学专业《流体力学》课程的参考教材。

(五)跟踪国际上最新研究成果、发表高水平科研与教改论文，提高自身素质，促进教学水平的提高。

六、结语

用“互动启发式教学”法进行教学，不但能使学生顺利地接受新知识，而且教给学生利用已有的知识通过归纳总结去认识新知识的一种有效的学习方法，这就给了学生一双点石成金的手。同时，由于采用对比、比喻等方法，引进一些生动活泼、通俗易懂、典型直观的事例，不仅使教学双边活动有声有色，而且在重温旧课时轻松愉快的认识和掌握深奥、抽象、复杂的概念和规律，起到事半功倍的效果。“互动启发式教学”是传授知识、启迪思维提高教学质量的重要手段，是一种行之有效的、科学的教学方法。

总而言之，作为大学教师，为了改革传统的教学模式，必须在了解自己学生的基础上采取相应的教学策略和教学方式。互动启发式教学方式克服了传统教学方式的不足，调动了学生的积极性和主动参与性，它是大学教学改革的必然要求，应该坚持并努力完善这种教学方式，使教学真正做到学以致用。

参考文献

作者：宫伟力　彭岩岩

第四篇：流体力学课程实践性教学探索

摘 要：为了改善流体力学课程教学质量、培养新工科人才，本文对当前流体力学课程教学现状及存在的问题进行了分析，提出流体力学课程教学改革基本思路。以二维翼型气动性能为例，提出风洞实验与计算流体力学(CFD)仿真相结合的实验内容，得到的两种方法结果交相验证，通过CFD计算出云图和实验中具体的现象了解流动原理，使学生在实验中了解当前实践中的流体力学分析方法，为学习专业课程、从事专业技术工作和进行科学研究打下坚实的基础。

关键词：计算流体力学;风洞实验;教学改革;流体力学

1 概述

目前，国家大力发展新工科，加强工科一流专业建设，推进“十百万”计划[1]，传统的教育方法已经不能适用于当前对人才培养和学科发展的要求。同时教育是民族振兴和社会进步的基石，是一个民族最根本的事业，因而努力办好人民满意的教育，深化教育领域综合改革，推进教育事业科学发展具有重大的意义[2]。流体力学是研究流体平衡和流体运动规律的一门课程[3]，在能源、动力、机械等领域有着广泛的运用。但课程内容较为抽象[4]，課堂教授内容多为方程推导，学生难以理解复杂的公式在实际中的运用，容易造成学生学习知识与当前流体力学分析方法的脱节。

响应国家建设一流学科的号召，培养以工程能力为核心的人才，本文基于以上问题提出流体力学教学改革方案。在课程教学过程中应用MATLAB编程、ANSYS FLUENT、CFX等流体仿真软件仿真分析和合理利用风洞实验室进行实验，通过仿真结果分析帮助学生理解一些流体力学理论[5-6]，在实际实验中掌握和应用流体力学知识。在掌握流体理论的同时，又能帮助学生学习流体力学分析软件、了解实验流程和方法，方便后续对专业知识进一步的学习。

2 教学现状及问题分析

流体力学理论性强，涉及大量抽象的假设和公式推导，学生较难理解其中抽象概念，因此常常产生学生兴趣不高，课堂效率低的问题。所以，流体力学课程教学中需要实践验证理论知识，同时加深学生对理论知识的掌握。实验教学是流体力学课程教学中必不可少的内容[7]，它能够将理论知识转化为具体的现象，将理论与实际联系起来，促进学生积极性，培养学生的实践能力。

流体力学课程中原有的实验操作相对简单，实验内容已与实际工程运用脱节，学习的内容与实际联系不紧密，远不能满足培养学生习得专业发展前景下运用流体力学基本理论分析解决工程中的实际问题的要求。因此需要改变原有教学方案，重新设计实验。在实验设计的过程中，培养学生独立解决问题的能力。

3 探索教学改革的途径和方法

因为空气不可见，学生往往对空气流过翼型表面的过程没有直观的感受，不了解当前研究中如何应用流体力学方法获取翼型气动数据。因此，在本文的教学改革方案中，提出让学生通过CFD仿真和风洞实验的方法，得到二维翼型表面的空气流动情况，计算求解到的矢量云图加深了学生对流动现象的理解。

3.1 CFD仿真

CFD仿真的主要内容为：根据给出的仿真实验中来流条件，指导学生针对某一在一定攻角下的翼型，进行翼型表面的流动状况模拟，获得相关流动结果。通过对每个步骤的仔细讲解，同时传授学生各项仿真技能。具体实验步骤如下：

(1)首先在几何绘制软件中导入二维翼型数据点，连接各点同时在翼型周围画出流场域，得到二维翼型的几何模型;

(2)将几何模型导入IECM CFD软件中进行划分网格，设置流动计算域，对翼型表面边界层网格进行加密，完成流场计算网格;

(3)在Fluent软件中导入网格，设置边界条件、初始条件，选择合适的控制方程、湍流模型进行计算;

(4)最后对计算结果进行后处理，得到流场内相关流动信息。

实验中，对每个步骤按照目的、主要操作方法和相关知识点三个方面进行讲解，传授仿真技能的同时锻炼学生实践能力。

按讲解步骤可得到计算网格大致如图1所示。图2、3分别为计算所得流场中的压力云图和速度云图。从图中可看出在流动过程中翼型周围的压力分布和速度分布，让学生对翼型绕流的概念和翼型表面受力分布有更直观的理解。相对于传统流体力学实验，在流体力学实验中引入CFD仿真对传授流体力学知识有着全新的指导作用。

3.2 风洞实验

由于风洞实验室仪器设备较复杂，由老师进行直接操作讲解，辅助学生完成二维翼型绕流风洞实验，将测得的压力脉动数据交给学生后处理，并与仿真结果进行对比。具体实验方案如下：

为获得流场中翼型的静态载荷分布，在二元翼型段表面水平布置多个测压孔。测压孔布置如图4所示，前缘点开始，在翼型吸力面及压力面每隔5%翼型弦长布置一个测压孔，一直排布到90%处为止。翼型表面测压孔由密封软管连接至压力采集系统。在翼型后70%弦长位置处放置尾迹排管，使用尾迹排管获得流过翼型后的流场分布。尾迹排管的高度与翼型表面的测压孔相同。尾迹排管由102根总压管和4根的静压管组成。尾迹排管的测量范围为可根据实际情况进行调节。测试时利用电子压力采集系统同时采集翼型表面和尾迹排管瞬时压力，采样频率设定为333.3Hz。

在风洞实验前，先调试风洞，确保实验设备无恙。风洞实验中，于翼型模型的侧前方0.5倍弦长处安装毕托管，测量来流的总压和静压，计算来流实时风速。利用尾迹排管上的总压管和静压管测量翼型尾迹区的总压分布及尾迹区静压分布，计算出翼型前后气流的压力损失，从而得到翼型受到的阻力。

在风洞实验过程中让学生们熟悉相关流体力学知识、了解实验流程，后续的数据处理让学生亲自参与到实验中，应用流体力学知识和编程语言实现尾迹排管法得到翼型相关气动数据。

最后学生通过对比CFD仿真结果和风洞实验结果，验证两种实验结果的准确性。

4 结论

近年来，教育部积极推进新工科的建设，加强新能源人才培养，本教学改革方案以扬州大学新能源科学与工程专业为背景，开展流体力学实践性教学探索，提出CFD仿真和风洞实验相结合的实验方法，弥补流体力学课程理论部分脱离实际、不利于学生理解的缺点，促进学生掌握流体力学发展中产生的新方法、掌握流体分析新技能，对新工科课程教学改革具有一定参考性。新的实验内容激发学生学习兴趣，丰富了教学内容，让学生更加直观地了解流体力学工程应用，在实践中提高学生工程应用能力。在后续的课程设计和毕业论文中，学生已对上述专业技能有了一定程度的掌握，提高了教学效率。在完成毕业论文过程中，学生已具备对流体力学问题的分析手段，能对课题内容快速上手，进行更进一步的研究。

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[7]于岩斌，芮君，程卫民，等.数值实验在流体力学实验教学中的应用探讨.力学与实践，2019，41(5)：615-619.

*通讯作者：陈东阳。

作者：陈东阳 顾超杰 杨俊伟

第五篇：流体力学教学改革与应用

摘 要：流体力学是工程力学专业的核心基础课程，也是一门理论性与应用性都很强的课程。教学改革要求教师必须注意改革传统的教学方式，從灌输式教学方式向互动启发式教学方式转变。这种转变不仅有助于提高教师的教学技巧，而且也有利于调动学生的学习积极性，提高他们自主学习能力，为他们终生学习打下牢固的基础。从流体力学教学实际出发，阐述互动启发式教学方式运用的方法和成果。教学改革后提高了教学效率，学生最终能够学以致用。

关键词：流体力学 教学改革 互动启发式教学

近年来，作为在新的历史时期全面推进我国高校人才培养模式改革的重要举措，中国矿业大学(北京)大力开展全面建设研究型本科教育教学体系，加强学生创新能力的培养，落实“创新教学环节”的教学改革研究。“创新教学环节”由创新方法类课程、创新实践活动组成。包括科研导论课、科研技能实践、以及大学生创新训练项目等等。然而，大学本科生在校的大多数学习时间还是以课堂为主，如何对课堂教学进行改革，以适应研究型本科教育教学体系的需要，是本文探讨的问题。

1 流体力学课程的指导思想及定位

流体力学是工程力学专业的核心基础课程，为后续课程提供必要的基础知识和应用工具。因此，牢固掌握流体力学课程的基本内容，熟练运用该课程的基本方法，透彻理解其基本思想，是打开力学专业阶段学习的关键。对于流体力学这门课的普遍认识是，老师们难教，学生们难学。究其原因，是因为学生在中学没有接触过流体方面的知识，是“懵懂无知”的状态;而到了大学，一开始就要接触流体的性质、模型、运动学和动力学的概念，是“被动接受”的状态。这对于大学生来说势必会感觉很难，从上课听不懂，习题不会做到上课不想听，习题抄答案，形成恶性循环，而教师的灌输式教学更使得这门课预期达到的教学目标难以实现。学生的基础没有打好，对于后续课程的学习势必产生不良影响。如何使学生在学习过程中既能独立思考，又能积极响应教师的互动提示，进行有效的互动，这是提高教学效果的关键所在。

以学生为主体、教师为主导的互动式教学思想[1]在教学工作中逐步得到巩固和落实，在教学方法的改革上取得了可喜成绩。但是，要真正实现“教以学为本”[2]，还需要不断在教学思想、教学方法、课堂结构等诸多方面进行创新性的探索与研究。作者近年来一直从事流体力学课程的教学工作，对如何让学生学好这门课进行了一定的研究。作者认为，启发式教学[3]对于流体力学难教、难学这一问题是一有益的解决方案。通过在课堂上与学生互动以及在适当的时候对学生进行启发，能够改变流体力学课堂沉闷，学生不想听讲的氛围，同时对培养学生的力学修养与力学能力大有裨益。教师在教学过程中切实重视、真正确立学生在学习过程中的主体地位，通过学生自悟、质疑、写练的同时，加强学生主体之间的信息交流，以及教师的适时点拨启导，构建“互动启发式”这一课堂教学结构体系，能更好地让学生学会学习，逐步提高学习修养。

作者针对上述问题，参考了国内外教学资料，结合多年教学经验，并以工程力学08级的“流体力学”教学为研究对象，成立了“岩爆研究大学生创新小组”。小组成员利用课余时间，参加重点实验室的科研活动，在北京市学会第17届学术年会上了表了三篇论文[4～6]。小组成员的学习热情、学习成绩、研究水平得到了很大的提高。由此可见“互动启发式”教学适应教学改革的需要。“互动启发式”教学方式改变了过去那种学生被动接受的状况，它要求教师的教学必须以调动学生的积极性为主，学生是主动的参与教学，而不是被动的去记忆。作者在教学中发现，互动启发式教学方式是教师学生“双赢”的教学方式，它促进了师生间的情感交流，调节了课堂气氛，是符合大学教学大纲的新选择。

2 流体力学的基础性、前沿性和时代性

《流体力学》课程是计算流体力学、多相流动、非牛顿流体力学的基础性理论。同时，本门课程对于许多理论性较强的学科，如工程热力学、传热学、应用数学、应用物理学、流固耦合、渗流力学等，都是必不可少的基础理论课。《流体力学》课程中的许多专题：如边界层理论、湍流、涡动力学、水波动力学、气体动力学等都是发展迅速的前沿学科。当前，随着环境和资源探测要求的增长与技术进步，出现了许多或以流体力学为基础、或与流体力学相交叉的新学科，如CCS(碳固存)、煤岩中的瓦斯流动、多场耦合、多相流及非牛顿流体力学;特别是随着高超音速飞行器和运载工具、超静音潜艇、以及现代武器系统的发展，为流体力学学科提出了更多的新问题，也为学习《流体力学》的学生提供了广阔的发展空间。

3 流体力学教学改革的尝试和成效

在教学中努力践行“研究型学习”[7]与“创新型人才”[8]的培养。开展“互动启发式”教学法改革，培养学生积极思考、研究型学习、创新型思维的能力。在平时成绩考核中，增加了“研究报告”一项，指导并鼓励学生针对书中的重点、难点问题进行深入研究，在创新教育理念与研究性教学相融合上做出了有益的实践。

3.1 教学方式的改革

《流体力学》课程的特点是：理论性很强，对学生的数学基础要求较高。例如，除了需要了解一般张量变换和指标运算的规则外，还需要了解张量场论、曲线坐标系下的张量微分学、微分几何中关于点、线、面间的拓扑关系;以及由Gaussian定理、Stokes定理、标量势、矢量势、Helmholtz张量分解定理、向量场的梯度来表示流体力学的求解域，需要了解它们的几何意义以及在流场几何描述中的应用。另外，在对不同流动现象的偏微分方程定解问题的求解中，需要讲解有关的数学物理方法的背景知识，如解波动方程的行波法、求解涡旋场中的格林函数法等。仅采用PPT教学，难以表达在定理推导或偏微方程求解中的思辨、引证与推理过程。

因此，将传统“板书式”教学与现代教育技术相结合，各种方法互为补充，探索启发式教学法的创新，采用了以下的教学方法与教学手段：

(1)对于建立流体力学基本方程组或偏微分程求解过程中的数学推导，采用板书讲解为主，PPT为辅的教学方法。由于多数学生的张量场论与张量微分学的基础较薄弱，在从这些定理出发建立流体力学基本方程的教学中，需要进行较长时间的数学推导，很容易造成学生的疲劳。采用传统的“问-答”为主的“启发式”教学法，往往得到“启发”的只是部分基础较好的同学，多数学生很少能主动响应，容易形成流体力学“难以学懂”的印象。

针对上述问题，创造性地设计了“互动启发式”教学法。所谓“互动启发式”教学，就是在设置启发问题过程中，对被启发对象的思维过程施加以强烈的影响，激发学生深入思考的方法。具体是，在理论学习、定理推导、或典型例题讲解过程中，由老师首先进行提纲式讲解，针对教材中的重点且难点问题，要求学生进行一定时间(5～7 min)的课堂练习作业，启发学生提出问题。最后，再由老师进行板书讲解的“讲解—学生练习-提问—再讲解”的课堂教学过程。

“互动启发式”教学法实施的关键，是由教师对讲解的问题进行纲要式分析，给出主要思路并交待相关背景知识，对其中的关键问题设置疑问点;在学生进行5～7分钟的课堂练习过程中进行巡查，发现学生遇到的难点并适时提问，最后，有重点地进行分析与讲解。在这一过程中，给学生提供了一个独立思考的机会、创造了一个平等、自由的提问环境，使学生可以毫无顾虑地与老师交流，也便于老师及时发现问题。老师在学生达到思维临界点时的讲解，学生的印象深刻，可以达到事半功倍的效果。

(2)對于流体力课程中应用型专题和涉及实际物理现象较多的章节，采用PPT或录像为主的现代化教学方法。这样，可以在有限的课时内，在使学生充分掌握书中的理论知识的同时，对相关的物理现象有感性认识，加深对理论知识理解，以激发学生的科学探索精神，提高学生的学习兴趣。为此，通过课程建设，编制了实验录像。实验录像介绍流体力学理论的背景知识，如有关流体粘性、压缩性、静力学实验、伯努利方程实验、雷诺实验、边界层流动等，利用PPT等现代化教学方法在课堂教学中加以运用。

(3)耐心、细致的课后辅导。对于在课堂上提出问题的学生，无论问题对错、难易，在回答问题前，首先用“这是一个很好的问题，……”“你的问题很重要，……”等加以鼓励，然后再回答问题;对勤于思考的同学加以表扬。

(4)改革考试的形式和内容，促进教学质量的提高。教学实践中，对期末考试进行改革：平时成绩定量化计分制;要求每位同学选择教科书中的一个专门问题进行研究，提交一份专题研究报告;在期末考试卷面成绩出题中与评分中，强调解题的分析过程。通过上述方法，在考试内容上，将知识测试与创新能力测试相结合。

3.2 教学改革效果

自我校工程力学专业开设《流体力学》课程以来，作者一直致力于以创新型人才培养、研究型学习方法建立为目标的教学改革，在不断提高自身理论水平的同时，提出了“互动启发式”教学方法并在教学实践中加以运用。学校教学督导组的资深老师多次听课，都给予了很高的评价。在授课中注重板书推演、思辨清晰、严谨、通俗易懂，在课后热情辅导同学们的学习与创新研究活动。作者的授课及辅导受到同学们的广泛欢迎。

4 课程特色

力学专业《流体力学》课程理论性强、对张量分析、场论、数学物理方法与特殊函数等数学基础知识要求高。作者在不断提高自身的理论水平、积极开展教学研究与改革的基础上，形成了以下课程特色：

(1)在建立流体力学基本方程组与求解流场数学模型过程中，板书推演思辨清晰、严谨、通俗易懂，对所需的张量、场论、数学物理方法背景知识可进行详细分析或精讲。为使理论分析连续、易于启发学生的思维，撰写了近60万字的背课笔记/授课讲义，在板书推导中，多数情况下可以脱稿讲解。

(2)采用“互动启发式”教学方法，在课堂上形成与学生间的良好互动，启发学生的自主思维、深入思考，以达到深入理解复杂数学、力学理论的目标。“互动启发式”教学方法不断充实完善，形成了包括课堂的即时启发教学、平时的考察辅导与期末考试互相支持的系统方法。为研究型学习与创新型人才培养提供了有力保障。该方法得到了越来越多的认同。工程力学系的同仁，如黎立云教授、祝捷副教授等老师都采用了“互动启发式”教学法，并形成了自己的特色，取得了很好的教学效果。

(3)强调“研究型”学习方法。在平时的作业中，要求学生将每一道习题当作一个“模型科学问题”，以论证与推演过程是否合理来评价学生作业的优良等级。对学生的作业认真评分并计入平时成绩。允许作业成绩不理想的同学可以重作，重新评分。另外，要求学生在课程结束前，选择书中的问题提交一个研究报告，老师给予辅导、评分，并计入平时成绩。以上措施在培养学生的研究型学习方法上起到了十分重要的作用。

(4)积极引导、支持学生开展创新科研活动。指导学生针对教学中的重点和难点开展解题方法、教学方法的研究，并将结果撰写成研究报告或教改论文。在授课期间，对有学生要求给予科研的学术指导，总是热情响应。

5 流体力学教学工作的展望

(1)继续充实、完善习题库、多媒体课件、实验录像等教学资源，实现优质教学资源共享。

(2)以创新型人才培养、研究型学习方法为目标，继续开展教学方法的研究，不断完善“互动启发式”教学方法的内涵。

(3)现有的力学专业《流体力学》教材或深度不够、或难于自学。准备在多年流体力学教学积淀与撰写的讲义的基础上，出版一部通俗易懂、学术水平高、具有矿业特色的流体力学教材。

(4)目前的张量分析、场论的教材大都比较抽象，受众较少。准备集自己多年在微分几何、张量与场论理论的学习心得，在撰写的讲义基础上，出版一部侧重于讲解张量、场论主要定理几何意义及其在流场描述应用的学术论著，作为力学专业《流体力学》课程的参考教材。

(5)跟踪国际上最新研究成果、发表高水平科研与教改论文，提高自身素质，促进教学水平的提高。

6 结语

用“互动启发式教学”法进行教学，不但能使学生顺利地接受新知识，而且教给学生利用已有的知识通过归纳总结去认识新知识的一种有效的学习方法，这就给了学生一双点石成金的手。同时，由于采用对比、比喻等方法，引进一些生动活泼、通俗易懂、典型直观的事例，不仅使教学双边活动有声有色，而且在重温旧课时轻松愉快的认识和掌握深奥、抽象、复杂的概念和规律，起到事半功倍的效果。“互动启发式教学”是传授知识、启迪思维提高教学质量的重要手段，是一种行之有效的、科学的教学方法。

总而言之，作为大学教师，为了改革传统的教学模式，必须在了解自己学生的基础上采取相应的教学策略和教学方式。互动启发式教学方式克服了传统教学方式的不足，调动了学生的积极性和主动参与性，它是大学教学改革的必然要求，应该坚持并努力完善这种教学方式，使教学真正做到学以致用。

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作者：宫伟力 彭岩岩