【摘要】在流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，因?yàn)槔碚撝R(shí)抽象、公式推導(dǎo)繁瑣，所以導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性都不高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，以錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)和應(yīng)用力學(xué)方法論為基本教學(xué)指導(dǎo)思想，在教材的選擇、理論聯(lián)系實(shí)際需注意的問(wèn)題、多媒體和CFD軟件的使用等方面提出了建議，目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)的熱情，以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】流體力學(xué) 教學(xué)方法 工程應(yīng)用

【基金項(xiàng)目】南平市科技計(jì)劃項(xiàng)目，編號(hào)：N2013X01-4。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）12-0255-01

流體力學(xué)是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一門(mén)分支，是研究流體現(xiàn)象以及相關(guān)力學(xué)行為的科學(xué)。流體力學(xué)理論知識(shí)抽象，公式推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，故學(xué)生不易理解。教學(xué)過(guò)程中如果只重視課本知識(shí)本身的傳授將很難吸引學(xué)生的興趣，也難以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。實(shí)際上在流體力學(xué)發(fā)展的早期有理論流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)之分，20世紀(jì)初普朗特提出的邊界層理論將理論流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，從而使流體力學(xué)在工程實(shí)際中的應(yīng)用得到了空前的發(fā)展，因此流體力學(xué)是理論性和實(shí)用性都很強(qiáng)的一門(mén)學(xué)科，在機(jī)械、土木、水利、船舶等工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1]。在提倡培養(yǎng)應(yīng)用型人才的大背景下，教學(xué)當(dāng)中如何更好地將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合，以提高教師教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生學(xué)習(xí)積極性是本文探討的問(wèn)題。

1.流體力學(xué)課程教學(xué)的指導(dǎo)思想

錢(qián)學(xué)森曾指出“自然科學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合并形成技術(shù)科學(xué)是歷史的必然”，因?yàn)榧夹g(shù)科學(xué)一頭連著自然科學(xué)，另一頭連著工程技術(shù)，所以是一個(gè)關(guān)鍵性的領(lǐng)域。同時(shí)，錢(qián)學(xué)森還指出“力學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在，主要是應(yīng)用力學(xué)”，應(yīng)用力學(xué)是最能體現(xiàn)技術(shù)科學(xué)特點(diǎn)的學(xué)科之一。例如普朗特于1904年建立的邊界層理論就是用應(yīng)用力學(xué)方法解決工程問(wèn)題最典型例子，該理論解決了長(zhǎng)期困擾流體力學(xué)界的固壁繞流阻力問(wèn)題，連同稍后創(chuàng)立的機(jī)翼升力線理論，直接導(dǎo)致了飛機(jī)性能的重大突破。錢(qián)學(xué)森的技術(shù)科學(xué)思想和應(yīng)用力學(xué)方法論是流體力學(xué)課程教學(xué)的基本指導(dǎo)思想，應(yīng)用力學(xué)研究的基本方法是：在掌握力學(xué)基本理論和熟悉工程技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，針對(duì)工程問(wèn)題建立力學(xué)與數(shù)學(xué)模型，并用應(yīng)用數(shù)學(xué)方法求解模型，而后用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論結(jié)果，最后將理論結(jié)果應(yīng)用于工程實(shí)際，授課時(shí)需緊緊圍繞這一中心開(kāi)展。

2.教學(xué)的具體實(shí)施

2.1 教材難度及選擇

教材的選擇是提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證。流體力學(xué)教材種類(lèi)繁多，如果所選教材過(guò)于強(qiáng)調(diào)基本理論，大量的公式及數(shù)學(xué)推導(dǎo)會(huì)讓學(xué)生望而生畏，而教師則需要花費(fèi)很多的時(shí)間和精力給數(shù)理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的學(xué)生介紹其中涉及的準(zhǔn)備知識(shí)[2]。如果教材在工程應(yīng)用方面涉獵較少，那么教師對(duì)于如何將基本理論應(yīng)用于工程實(shí)際問(wèn)題的分析和解決將難以把握，教師對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)也就十分有限。數(shù)學(xué)要求高而工程應(yīng)用少的教材不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的調(diào)動(dòng)，教師也難以取得良好的教學(xué)效果，所以在注重通用理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用一些與工程學(xué)科專業(yè)相關(guān)的教材，不僅要難易適中，而且要有較多的工程應(yīng)用實(shí)例。

2.2 理論聯(lián)系實(shí)際需注意的問(wèn)題

根據(jù)錢(qián)學(xué)森的技術(shù)科學(xué)思想和應(yīng)用力學(xué)方法論，流體力學(xué)的教學(xué)應(yīng)將理論與工程實(shí)際密切結(jié)合，因此教師在講授抽象理論的同時(shí)，一定盡可能地將相關(guān)專業(yè)知識(shí)或工程實(shí)踐一并講解，這不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也可開(kāi)闊學(xué)生的視野。例如在講解連續(xù)性方程時(shí)，可以引入液壓管道截面設(shè)計(jì)的例子；為了使學(xué)生容易理解伯努利方程中位置水頭、壓力水頭和速度水頭的概念及相互的關(guān)系，可以列舉汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的化油器、球類(lèi)比賽中的“旋轉(zhuǎn)球”等工程或?qū)嵺`中的例子。由于流體力學(xué)在工程中應(yīng)用廣泛，所以實(shí)例的選擇需要注意取舍，盡量做到與本專業(yè)相關(guān)，同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中還注意需要說(shuō)明什么樣的工程問(wèn)題可以做什么樣的簡(jiǎn)化。

2.3多媒體的使用

多媒體教學(xué)有著傳統(tǒng)教學(xué)方式所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，如形象生動(dòng)、新穎直觀、效率高、省時(shí)間、課件規(guī)范有序、減輕教師勞累和減少污染等。采用多媒體技術(shù)除了可以將復(fù)雜的流體流動(dòng)圖像直觀地展示給學(xué)生外，在講解工程實(shí)際問(wèn)題時(shí)也可借助圖片、FLASH動(dòng)畫(huà)、影片等進(jìn)行授課。例如，在講解流體靜力學(xué)中的壁面受力問(wèn)題時(shí)，可插入相關(guān)實(shí)例圖片，使學(xué)生能夠直觀地了解壁面受力計(jì)算在工程實(shí)際中應(yīng)用；在介紹管路系統(tǒng)阻力損失時(shí)，可插入世界上最長(zhǎng)的輸油管路圖片，使學(xué)生對(duì)管路系統(tǒng)能量損失建立起感性認(rèn)識(shí)；對(duì)于局部阻力和沿程阻力計(jì)算的問(wèn)題，則可插入產(chǎn)生局部阻力和沿程阻力的FLASH動(dòng)畫(huà)[3]；在介紹氣蝕現(xiàn)象時(shí)可播放手槍蝦用高速水流攻擊對(duì)手和跨洋輪船螺旋漿消損的記錄影片，使學(xué)生更容易理解氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原理。

2.4 CFD軟件的應(yīng)用

CFD是英文Computational Fluid Dynamics（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）的簡(jiǎn)稱，它采用數(shù)值計(jì)算方法求解控制流體流動(dòng)的微分方程，得出流體流動(dòng)的流場(chǎng)在連續(xù)區(qū)域上的離散分布，從而近似模擬流體流動(dòng)情況，相當(dāng)于“虛擬”地在計(jì)算機(jī)上做實(shí)驗(yàn)。目前市場(chǎng)占有率較高的CFD軟件有CFX、STAR—CD、FLUENT等，其中FLUENT軟件以其強(qiáng)大的流體力學(xué)問(wèn)題求解分析能力及良好的界面功能得到了廣泛應(yīng)用。在教學(xué)過(guò)程中不僅可以應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)歐拉法中的流線、圓管中層流和湍流流速的分布、局部阻力損失的流場(chǎng)等進(jìn)行模擬，而且也可通過(guò)FLUENT對(duì)一個(gè)實(shí)際工程流體力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行求解分析。采用CFD軟件求解時(shí)涉及到了課程中的大部分概念，如邊界條件、層流、紊流模型、定常非定常流動(dòng)、可壓縮不可壓縮、有旋無(wú)旋、物性參數(shù)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、渦等等[4]，因而可直觀地向?qū)W生展示各種流動(dòng)現(xiàn)象，使原本理論性較強(qiáng)的內(nèi)容形象化，這有助于激發(fā)學(xué)生的求知欲，同時(shí)也加深了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解。

3.小結(jié)

流體力學(xué)既有較強(qiáng)的理論性又有較強(qiáng)的工程實(shí)際意義，是一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，但多年來(lái)的教學(xué)主要注重于介紹基本概念、推導(dǎo)基本方程、分析經(jīng)典流體力學(xué)現(xiàn)象及求解流體基本問(wèn)題等，學(xué)生普遍感覺(jué)課程內(nèi)容抽象、枯燥難學(xué)，因此學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性都不高，如何最大程度的激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的興趣是教學(xué)成敗的最關(guān)鍵因素。為此，筆者以錢(qián)學(xué)森的技術(shù)科學(xué)思想和應(yīng)用力學(xué)方法論為基本的教學(xué)指導(dǎo)思想，在教材難度選擇、應(yīng)用實(shí)例引入方法等方面進(jìn)行了探討，目的是為了提升學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，并培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊小林，楊開(kāi)明，趙琴.《流體力學(xué)》教材內(nèi)容體系改革的探討[J].高等教育研究，2007，24（2）：41-42.

[3]于靖博，張文孝，李廣華.工程流體力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].裝備制造技術(shù)，2011，11：205-207.

[4]鄭捷慶，鄒峰，張軍等.CFD軟件在工程流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2007，10：119-121.

作者簡(jiǎn)介：

蘭自志（1978—），男，福建長(zhǎng)汀人，講師，碩士，主要從事流體力學(xué)的教學(xué)研究工作。