流體力學(xué)課程教學(xué)方法
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摘要：針對流體力學(xué)課程的特點，結(jié)合實際教學(xué)經(jīng)驗，對該門課程的理論教學(xué)和實驗教學(xué)方法進行了探討，以期提高教學(xué)效果，增強學(xué)生的動手實踐能力和思維能力。
關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；理論教學(xué)；實驗教學(xué)
一、流體力學(xué)課程特點
流體力學(xué)是水利工程、環(huán)境工程、給水排水等專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必選課，與后續(xù)專業(yè)課聯(lián)系緊密。如對于給排水專業(yè)來說，后續(xù)的水泵與水泵站、建筑給排水等課程的學(xué)習(xí)都需要用到流體力學(xué)方面的知識。流體力學(xué)具有較強的理論性和實踐性，該課程理論抽象，理論公式推導(dǎo)和基本概念比較多，學(xué)生需要在掌握基本概念及理論公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，清楚了解公式的應(yīng)用限制條件，才能靈活運用所學(xué)知識來解決實際問題。另外，實驗是流體力學(xué)課程的一個重要環(huán)節(jié)，與所學(xué)理論知識緊密相關(guān)，是驗證理論、數(shù)值計算結(jié)果的重要途徑，是學(xué)生獲得感性認識的主要手段，對于培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，加強對所學(xué)理論知識的掌握方面起著重要作用。根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗，目前，在流體力學(xué)課程的教學(xué)過程中存在著一些問題：課堂例題和課后習(xí)題與工程實際脫節(jié)，理論與實際聯(lián)系不夠緊密，學(xué)生對所學(xué)知識在實際工程的應(yīng)用不甚了解，只會機械照搬公式解題；教師主要采用課堂灌輸、學(xué)生被動接受的教學(xué)模式，與學(xué)生的互動比較少；所開設(shè)的實驗多為驗證型和演示型實驗，學(xué)生自己設(shè)計實驗并加以驗證的機會甚少，不利于學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，更不利于學(xué)生解決實際工程問題能力的培養(yǎng)。因此，流體力學(xué)課程教學(xué)需要采用多元化教學(xué)模式、加強理論與實際的聯(lián)系、對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)進行改革，以取得較好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)方法探討
（一）理論教學(xué)方法探討
1.重視緒論的作用。
緒論對于講好一門課是非常重要的。通過對緒論的學(xué)習(xí)，學(xué)生可了解本課程涉及的主要內(nèi)容，在學(xué)科領(lǐng)域中的地位，發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展方向，與后續(xù)專業(yè)課程的聯(lián)系，在社會經(jīng)濟發(fā)展中的地位與作用等。通過對緒論的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)本學(xué)科的意義、目的及重要性，激發(fā)學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)興趣，安排好學(xué)習(xí)計劃，為學(xué)好該門課做好充足的準備。
2.采用啟發(fā)式教學(xué)手段。
現(xiàn)代教學(xué)論中的啟發(fā)式教學(xué)思想的特點是：強調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師要調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實現(xiàn)教師主導(dǎo)作用與學(xué)生積極性相結(jié)合；強調(diào)學(xué)生智力的充分發(fā)展，實現(xiàn)系統(tǒng)知識的學(xué)習(xí)與智力的充分發(fā)展相結(jié)合；強調(diào)激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力，實現(xiàn)內(nèi)在動力與學(xué)習(xí)的責(zé)任感相結(jié)合；強調(diào)理論與實踐聯(lián)系，實現(xiàn)書本知識與直接經(jīng)驗相結(jié)合[1]。因此，將啟發(fā)式教學(xué)思想應(yīng)用于流體力學(xué)課程教學(xué)，把學(xué)生放于主體地位，可充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生對本門課的興趣，增強學(xué)習(xí)效果；教學(xué)中通過理論與實踐的緊密聯(lián)系，便于將理論知識應(yīng)用到工程實踐中，要使學(xué)生對知識的掌握更加靈活牢固，并為以后課程的學(xué)習(xí)及工作打下堅實基礎(chǔ)。
（1）采用對比法。授課時，將相近或相反的定義、概念進行對比，加強學(xué)生對概念的理解和掌握。如講解流線和跡線、恒定流和均勻流、層流和紊流等概念時，采用比較法授課，避免學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的混淆。另外，還可將新舊知識進行對比，使學(xué)生在復(fù)習(xí)舊知識的同時，加深對新知識的掌握。如在講動量方程時，可將動量方程與能量方程的應(yīng)用前提條件、所能解決的問題進行比較，從而加深學(xué)生對這兩大基本方程的理解和掌握。
（2）采用聯(lián)系法。在講概念之前，先引入實例。如在講卡門渦街概念之前，先介紹電線在風(fēng)中發(fā)出聲響的原因；通過介紹汽車外形設(shè)計，講解繞流阻力的問題；在講表面張力的時候，聯(lián)系露珠是球形的現(xiàn)象；在講毛細現(xiàn)象的時候，聯(lián)系當(dāng)毛巾部分浸在水中時，未浸在水中的部分也會變濕的生活現(xiàn)象。通過對這些與生活緊密相關(guān)的流體力學(xué)問題的思考，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大為增加，并且要加深對所學(xué)知識的理解和掌握。另外，還可聯(lián)系新舊知識，如有壓管流的水力計算其實就是能量方程在實際工程中的應(yīng)用，同時聯(lián)系后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)和日后所從事的工作，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識溫故知新，達到融會貫通的效能。
（3）采用“問題式”教學(xué)法。在授課過程中，針對某些易混淆、易理解錯誤的知識點和難點，適當(dāng)?shù)靥岢鲆恍┱T導(dǎo)性問題，以提出問題、分析問題、解決問題為線索，達到學(xué)生掌握知識的目的。有些問題先提出來，留出適當(dāng)時間，再讓學(xué)生回答；有些問題提出來為引起同學(xué)注意，教師可自問自答。如在推導(dǎo)作用在平面壁上靜水總壓力公式時，公式得出后，可向?qū)W生提問“公式推導(dǎo)過程中所涉及的水深h和y值是否相同，若不同，它們之間有何關(guān)系”，讓學(xué)生回答，以加深學(xué)生對公式中各項符號的理解，避免應(yīng)用公式時混淆出錯；在講液體作用在曲面上的靜水總壓力時，先提出問題“能否用液體作用在平面上的靜水總壓力的求解方法來求解”，然后分析曲面和平面所受壓力的不同點，最后得出液體作用在曲面上的靜水總壓力的求解方法。
3.充分利用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段。
在教學(xué)過程中，采用板書和現(xiàn)代多媒體技術(shù)相結(jié)合的方式，充分利用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，將聲音、圖形和動畫等與授課知識靈活結(jié)合，提高學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣。教師可以在講授偏重于推導(dǎo)過程的內(nèi)容時采用傳統(tǒng)授課方式，而講授需要直觀形象的內(nèi)容時采用多媒體教學(xué)方法。如在講局部損失時，通過流體力學(xué)模型局部障礙處漩渦的形成演示，加深學(xué)生對造成局部水頭損失影響因素的理解；在講壓力體和靜水壓強分布圖繪制時，利用多媒體演示圖形的疊加、抵消過程，使學(xué)生一目了然，起到事半功倍的效果。
4.加強理論與實際的聯(lián)系。
由于學(xué)生缺乏對實際工程的感性認識，對抽象的理論在理解上有一些困難，因此在講課時要加強所講授的理論知識與工程實際的聯(lián)系。例如，在講流線時，可讓學(xué)生在實驗室觀看流體力學(xué)模型的水流現(xiàn)象，或做成動畫演示，使學(xué)生對實際的水流現(xiàn)象有直觀的認識，從而加深對流線概念的理解；對工程中常用到的流體力學(xué)知識，如能量方程，應(yīng)在推導(dǎo)及應(yīng)用條件等方面深入講解，并舉例講解該方程在實際工程中能解決的問題，如在城市給水管網(wǎng)中管道埋深確定方面的應(yīng)用等，加強學(xué)生對該方程的理解，做到靈活運用，增強學(xué)生解決實際工程問題的能力。在授課時，還應(yīng)盡量將流體力學(xué)的有關(guān)知識與后續(xù)專業(yè)課相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容更加充實，并可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。如將有壓管道的水力計算與后續(xù)課程給水管道的設(shè)計相結(jié)合；將無壓管道的水力計算與排水管道的設(shè)計相結(jié)合；將水頭損失計算與建筑給水系統(tǒng)中水箱的設(shè)置高度、水泵揚程選擇等相結(jié)合。
5.重視課堂習(xí)題和課后作業(yè)。
流體力學(xué)課程中的理論公式和概念比較多，為加強學(xué)生對基本概念的掌握，熟練運用理論公式解決問題，要重視課堂習(xí)題和課后作業(yè)對知識鞏固的作用。教師在講完理論知識后，應(yīng)選擇有代表性的例題，通過對典型例題的剖析，啟發(fā)學(xué)生舉一反三，達到靈活掌握所學(xué)知識的目的。另外，通過適量的課堂習(xí)題檢查，鞏固學(xué)生對知識的掌握程度，給學(xué)生提供課堂討論的機會，加強對學(xué)生思維的鍛煉。給學(xué)生布置適量的課后作業(yè)也非常重要。通過課后作業(yè)，可促使學(xué)生復(fù)習(xí)學(xué)過的知識，加深對所學(xué)知識的掌握。另外，教師通過對作業(yè)的批改，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的弱點和不足，再加以重點講解，從而在教學(xué)過程中可做到有的放矢，增強教學(xué)效果。
（二）實驗教學(xué)方法探討
流體力學(xué)課程具有很強的實踐性，其實驗教學(xué)效果對整個課程體系產(chǎn)生著直接的影響。實驗教學(xué)可以彌補理論教學(xué)的不足，增強學(xué)生對基本知識的理解和掌握，如雷諾實驗的演示，可加深學(xué)生對層流和紊流概念的理解。另外，實驗教學(xué)還可培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新能力。目前流體力學(xué)實驗內(nèi)容多為驗證型和演示型實驗，綜合創(chuàng)新性實驗很少，基本上是學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的實驗步驟，一步一步做，而不是自己動腦設(shè)計并加以驗證，這樣就無法培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。為更好的培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力，應(yīng)多開設(shè)一些綜合創(chuàng)新性實驗，由學(xué)生自己提出問題、設(shè)計實驗步驟、實驗操作、整理實驗成果、得出結(jié)論。學(xué)生在自主完成實驗的全部環(huán)節(jié)時，能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)的理論知識和學(xué)過的實驗技能有機地結(jié)合起來，動手能力、分析解決問題的能力均得到綜合訓(xùn)練。另外，在條件允許的情況下，實驗室可全天開放，學(xué)生可根據(jù)自己的時間安排完成實驗任務(wù)，教師負責(zé)答疑。學(xué)生的實驗成績應(yīng)由實驗操作和實驗報告綜合得出，以一定比例計入本門課的總成績。這樣可激勵學(xué)生對實驗的重視，調(diào)動其積極性。
三、結(jié)語
在流體力學(xué)課程的教學(xué)過程中，應(yīng)充分利用啟發(fā)式教學(xué)和現(xiàn)代化教學(xué)手段，加強與工程實際的聯(lián)系，改革實驗教學(xué)方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的動手實踐能力和思維能力，提高本門課程的學(xué)習(xí)效果。
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作者：鄭曉英 馬長明 劉斌云 單位：北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院
