发布时间：2023-12-28 11:54:27
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的流体力学的作用样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：工程流体力学；课程体系；创新
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
随着我国海洋战略布局和海洋经济的发展，我校在海洋学科和相关专业建设方面发展迅速，流体力学知识的应用愈来愈广泛。流体力学是工科院校普遍开设的专业基础课程，学科的渗透性很强，与所有基础和专业学科之间都有交叉，在学生知识能力培养和知识体系结构中起着承上启下的作用。2013年，我校流体力学被评为上海市精品课程。在4年多的建设过程中，流体力学课题组先后承担了校级、上海市级重点课程建设及重点教材建设等多项教改项目，坚持以培养海洋工程创新型人才为目标，在流体力学教学体系的建设方面取得了宝贵的经验。
1 结合海洋大学特点，调整教学内容，完善课程体系
我校流体力学类课程覆盖海洋渔业科学与技术、海洋环境、海洋技术、热能动力工程、建筑环境与设备工程、环境工程、环境科学、机械设计制造及其自动化等专业，每年选课学生超过700人。针对各个专业学生的不同需求，我们在课程设置、教学内容上都做了相应的调整与完善。本课程在我校的定位是：以海洋学院的海洋渔业科学与技术、海洋环境、海洋技术、环境工程专业为重点的海洋类本科生的专业基础主干课程；面向食品学院和生命学院的热能动力工程、建筑环境与设备工程、环境科学专业的工程应用类本科生的专业基础平台课程，满足工程学院的机制专业培养要求。以工程流体力学课程为龙头，以培养海洋人才的创新能力为目标，完善优化流体力学类课程群的配置、学时安排，并完成所有课程新教学大纲的编写工作，逐步形成一个完整的课程体系，重点完成了实验课和仿真课程软硬件的配套建设，突出强调流体力学的应用实践环节。根据工程实际需要，将流体力学的教学内容分为三个层次，即流体力学的基础理论、流体力学知识与进展、流体力学应用与实践。根据不同专业对流体力学知识的需要，设计了不同的模块组合。如对海洋相关专业的学生，增加了水波理论，重点强调实验实践环节；针对食品专业的需要，增加了气体及热力学类内容，并编写了多套相关自测题供学生选用；针对水产及生物类专业的学生，为让学生能够更好地研究鱼类等的动物习性，增加了数值仿真模拟，克服了以往过分重视理论知识的介绍，轻视其应用的弊端。此外，还相继开出了流体力学独立实验课、计算流体力学等。
2 出版多部教材，完善流体力学课程教材体系完备
2002年，《工程流体力学》教材被列为上海市教委普通高等学校教材重点建设项目，历经3年多的编写和有关专家的评审，我校教师编写的《工程流体力学》于2006年2月由上海交通大学出版社出版。该教材的最大特点是考虑到普通工科院校非力学专业学生的情况，尤其是一般工科专业学生的基础和专业需要，尽可能简化对公式、定理的数学推导，注重对物理概念的阐明、理解和应用，特别强调知识的实际应用。2007年，《工程流体力学》教材被上海市教委评为优秀教材三等奖，2008年获上海海洋大学教学成果一等奖。2011年，我们对第一版教材部分章节的内容进行了更新、充实和修订，更加注重拓宽知识面和实际工程应用。2012年9月，第二版《工程流体力学》及配套教材《工程流体力学习题解析》由上海交通大学出版社出版发行。2011年3月，由同济大学出版社出版的《力学基础实验指导―理论力学、材料力学、流体力学》，其中的流体力学部分（第三大部分），重点强化课程体系中的实验环节，完善了流体力学课程的教材体系。我们还完成了流体力学试题库建设工作，提高了试题质量，真正做到了教考分离，为相关师生提供了丰富的教学资源库，促进了教学质量的提高。
早在2006年，我们就开始了“流体力学研究型教学的改革与实践”上海水产大学（2008年更名为上海海洋大学）一般课题项目的研究工作；为配合新出版的教材，我们还申请了校级一般课程建设项目“工程流体力学（CAI课件）建设”，制作了与教材配套的、有自主知识产权的课件光盘，课件共有700余张PPT，图片色彩鲜明，其中插入的20多个原创动画形象生动逼真，做到了工程流体力学电子教案光盘版与教材同步发行。
3 完善实验教学条件，形成完整的实验教学体系
随着我国，特别是上海市海洋战略布局和海洋经济的发展，我校海洋学科发展迅速。首先，为配合新开设的独立实验课，添置了多种类、多套数的多功能流体力学实验装置、动量定理实验仪、空化实验仪等流体力学常规实验设备，保证了高质量完成流体力学本科实验教学任务。根据购置的实验设备，自行编写了实验指导书，明确了仪器设备的工作原理、实验过程的具体步骤、实验结果的分析和处理以及实验中的注意事项等内容；为了实现实验教学的多样化，自行编制了工程流体力学实验教学演示软件，内容形象直观，使学生一目了然；合作研制了小型循环水槽及直流式风洞，并配备了数据测试采集系统，可进行圆柱、翼型、浮标、波能装置等模型的流场显示及水动性能测试，使实验教学的质量和效率得到了提高。针对个别专业的特殊需要，开设了流体力学独立实验课。实际的流体运动非常复杂，而流体力学实验是揭示流体运动规律的一种重要手段，为此，经多方筹建，我校海洋环境专业于2009年开设了流体力学独立实验课，帮助学生加深对所学理论的理解，更好地用所学理论解决生产实际中的问题。实验课共16学时，实验内容主要包括：能量方程实验、雷诺实验、动量定律实验、沿程水头损失实验、局部水头损失实验、毕托管测速实验、管道测流量实验、流动显示实验、虹吸实验及势流叠加实验等。针对食品专业的需要，开设了气体及热力学类实验。
为了满足海洋学科对流体力学实验的更高要求，我们陆续建成了大型室内动力深水压力桶，配备了数据测试采集系统，可进行圆柱、翼型、浮标、波能装置等模型的流场显示及水动性能测试。我校地处临港，旁临东海，学生参加各种海试试验方便。利用这些实验平台，相继开设了多种设计性、综合性实验，主要包括湍流、流体数值模拟计算应用、波浪能发电装置开发等，对于学生创新能力的培养起到了至关重要的作用。
4 以科研促进教学，培养学生的创新能力，构建创新型培养体系
近三年，教师发表学术论文40余篇，SCI收录4篇；课题组教师主持省部级及以上科研课题共20余项，其中国家自然科学基金1项，上海市自然科学基金2项，农业部专项3项，海洋工程国家重点实验室开放基金2项，国家海洋局重大专项2项，上海市教委创新项目2项。有20余名硕士研究生、多名本科生参与科研项目，学生创新意识和能力得到了培养与锻炼。近年来，学生在科研创新方面热情很高。在全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中，2011年，我校羊晓晟、侯淑荣、马利娜、沈小青的“一种新型海洋波浪能发电装置”获得全国竞赛三等奖；2012年，曹星、陈功的“风浪发电转换机”获得全国三维数字化创新设计大赛上海赛区二等奖。工程学院学生孙奇结合所学流体力学知识，自主创业，创立了上海鑫靓科技服务有限公司，开办节水高效汽车洗车业务服务师生。2011～2012年，学生成功申报市、校、院级涉及海洋工程方向的大学生创新性项目16项。在流体力学教师指导下，学生还获得43项国家实用新型专利，另有多项发明专利进入实审阶段。学生参加教师科研项目19项，均取得了很好的成效。在我校机械设计制造及其自动化专业本科学生的毕业设计题目中，海洋工程类流体力学相关研究比例较高，特别是在大学生科技创新活动中心的组织下，我校成为上海市船舶与海洋工程学会的团体会员单位，并在我校建立了上海市船舶与海洋工程学会学生分会，流体力学的师生参与热情较高。
5 结束语
工程流体力学是一门非常重要的专业基础课程，它具有较强的理论性、抽象性和实践性。笔者主要介绍了我校工程流体力学课程体系的建设与实践，主要包括：多层次、多专业的课程体系构建；先后出版了《工程流体力学》《工程流体力学习题解析》和《力学基础实验指导―理论力学、材料学、流体力学》教材，流体力学课程教材充足；完善实验教学条件，形成完整的教学实验体系；培养学生创新能力，构建创新型培养体系；以科研促进教学，培养学生创新能力，构建创新型培养体系，不断培养学生的工程意识和工程实践能力，提高创新能力，使学生真正掌握该课程的核心知识，提高分析问题和解决问题的能力。
参考文献
[1] 徐文娟，赵存友，候清泉.《工程流体力学》精品课程创新人才培养模式设计与实践[J].高教论坛，2009（2）：50-52.
[2] 陈国晶，赵存友，徐文娟.“工程流体力学”精品课程建设的研究与实践[J].中国电力教育，2013（5）：105-106.
[3] 黄蔚雯，赵世明.打造职业特色鲜明的国家级精品课程[J].现代教育技术，2009，18（12）：125-127.
[4] 邓辉，张志宏，顾建农.面向应用创新型人才培养的流体力学实验教学改革[J].实验室科学，2013，16（5）：72-74，78.
[5] 王世明，宋秋红，兰雅梅.《工程流体力学》教学方法改革与研究[J].教育理论与教学研究，2012（4）：32-34.
赵立娟
马亚生
顾 磊
[摘 要] （工程流体力学）是能源与动力工程专业学生的专业基础课，合理的评价体系能充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。结合（工程流体力学）课程教学特点及现状，对该课程的多元评价模式进行设计，并在教学中进行探索，结果表明教学效果多元评价方案能调动学生学习兴趣，激发学生的创造力。
[
关键词 ]工程流体力学；多元评价；教学改革
中图分类号：G642.3 文献标识码：A文章编号：1671-0568(2014)35-0051-03
一、 （工程流体力学）教学现状
《工程流体力学》是能源与动力工程专业学生的专业基础课，有着承上启下的作用，对后续专业课程的学习有着重要的影响。科学、全面、合理的评价体系能提高学习评价质量、提高学生学习的积极性。但目前的评价模式存在一定的局限性，没能起到评价的导向作用，需要进一步改进。
1．教学中存在的问题。 《工程流体力学》课程要求学生要具备高等数学、大学物理、理论力学、材料力学工程热力学等基础课程的知识，尤其对高等数学和力学知识要求较高。同时也是泵与风机、汽轮机、锅炉、制冷、空调、换热器、液压传动、水力输送等课程的基础。 《工程流体力学》的授课内容是学生将来从事相关专业技术工作和科学研究工作重要的必备知识。流体力学是力学的一个分支，研究对象是不具有固定形状的流体，研究理论比较抽象、一些流体现象不能凭直观感觉或经验去解释，且经验公式繁多、推导过程复杂。目前该课程的教学效果不是很理想，教师难“教”、学生难“学”已经成为师生的共识。河海大学（以下简称“我校”）热能与动力工程专业开设了4学分，64学时（含8学时实验）的工程流体力学课程，由于是90人以上的大班，教师无法深入了解学生。学生中存在着平时不学，考前突击，考完全忘的现象。教学没有循序渐进，易造成后续课程学习上的困难。 《工程流体力学》是面向工程技术中的流体力学，学生对大量无规律的经验公式死记硬背是没有意义的，能够综合运用所学知识分析解决问题才是教学的目的和核心。传统的教学与评价方式对学生没有导向性，学习的积极性不高，主观能动性没有得到很好地发挥，对身边的流体力学问题无从下手，很难做到学以致用。
2．评价方式存在的问题。根据课程教学、学生反馈、后续课程等多方面的调查分析，目前《工程流体力学》课程学习评价的局限性表现在以下方面：
(1)评价的主体单一。现有的《工程流体力学》评价模式主体的是教师。所有环节都由教师进行评价，过于强调教师在教学中的主导作用，忽视了学生作为学习主体的地位。学生被动接受评价信息，存在客观性缺失的现象。
(2)评价的内容片面。传统的《工程流体力学》学习评价内容包括平时成绩（书面作业、出勤、实验）和期末考试。期末成绩占70%，平时成绩占30%。考试成绩作为主要内容来评价学生学习成效，其最大缺点是侧重于结果，忽视了过程。不能充分反映学生的学习态度和实际能力。工程流体力学课程学习目的是学以致用，所以既要重视学习过程，也要对学生实践动手能力、创新能力、科研攻关力进行全面培养。
(3)评价的方式单调。 《工程流体力学》课程的评价方式是考试分数。虽然在一定程度上能反映学生对知识的掌握程度，却不能客观地反映学生积极的学习态度、学习效果及学以致用的能力。考核的仅是学生对知识“复制”的能力，即评价的是学生的记忆和保持水平，没发挥出学生的主观能动性。在近几年的教学中有出现不少高分低能学生，他们在课程考试中可能会取得较好的成绩，但对于课本之外知识的获取能力较差。部分学习成绩好的学生还表现出死钻牛角尖的特征，缺乏从宏观上把握问题的主旨及方向。高能低分的情况屡见不鲜。因此，评价的方式应有侧重，引导学生学习基本理论，重视解决问题能力和创新意识的提升。
二、 （工程流体力学）课程的多元评价模式的分析
学生各自有不同的特征，在学习过程中能表现出多方面的能力，各种能力的水平是有差异的。学生的学习效果应采多元的评价模式来进行，多方面考察学生的学习状况和效果。 四针对《工程流体力学》课程的特点，多元评价模式包括以下几方面：
1．评价主体的多元化。授课教师、学生个人、小组都作为评价主体，在条件允许的情况下后续课程的教师也可以作为评价的主体。教师由“一家之言”变为评价活动的参与者和组织者。学生由被动的被评价者变成评价主体的参与者。学生的能力是多方面的，有各自的优点与不足。学生能参与自己学习效果的评价，能使学生的主动性、自尊心、心理个性得到张扬，发挥学生的自主性、探索性和创造性。将3-5名学生组成小组既可训练学生的组织协调能力也有助于学生整体素质的提高。多元化的评价主体，有利于教师与学生之间的沟通，以及学生之间的相互学习与合作，提高了评价结果的客观性。
2．评价内容的多元化。按照工程流体力学教学内容的可分为概念学习、原理学习以及解决问题等几个阶段。不同阶段评价的内容应有不同的侧重点。概念及原理阶段的学习评价应以引导学生掌握基本理论、能独立思考，培养学生的思维模式为目的，侧重于启迪学生的创造性思维。解决问题阶段是以引导学生科学观察、将流体力学知识与日常生活、水利、水电、能源、环境、化工等相关行业的实际工程有机结合。侧重于学生流体力学知识的运用能力、理论联系实际的创新意识、动手情况、团队合作精神等。
3．评价方法的多元化。依据评价内容不同，可采用量化评价和质量评价两种方法。这两种评价方式的各项评价指标都要有明确的含义。量化评价各项指标要做到规范，易于操作，利于学生按照指标要求不断修正自己的努力方向，以达到良好学习效果。质量评价是需确定学生是否积极、方向是否正确而对某些细节和小的利弊得失采取模糊评价的方法，包括到课率、课堂表现等。
三、 （工程流体力学）课程多元评价设计与实践
1．《工程流体力学》课程的多元评价过程。①根据教学目标，合理设定评价内容的各项具体指标及权重系数，并在开始教学时公布评价的各项具体细则：②教学过程评价主体根据评价指标对各项评价内容进行评价，引导学生在评价过程中学习：③教学活动后统计分析各项评价数据，得出学生学习《工程流体力学》评价结果；④根据需要及时将评价的结果反馈给学生本人、授课教师、辅导员、家长及后续课程的教师。通过以上环节，学生对自己的学习状况有了客观的认识，授课教师可以在评价的结果中了解学生的普遍不足，在今后的教学中有所侧重，后续课程的教师可以根据学生的掌握情况来调整授课安排，能对《工程流体力学》教学效果起到很大帮助。
2．《工程流体力学》课程多元评价体系。 《工程流体力学》的评价内容包括课堂表现、作业、实验操作、实验数据，实验报告、小测验、小组学习、课程大作业和期末考试。 《工程流体力学》课程多元评价体系见图1。
评价内容的不同评价主体也略有不同。例如，由于整个授课的周期较长（通常为16周）会在期中安排小测验，目的是帮助学生巩固以前学过的知识，这部分内容的评价由教师来完成比较恰当，也方便教师根据学生的掌握情况来调整课程的安排。
表1给出了《工程流体力学》评价内容的各项指标与权重。评价主体根据各项指标给出每项评价内容相应的等级或分数，成绩加权平均得到各项评价内容的成绩，最后总成绩是由各项评价内容的分数乘上权重系数计算得出。
工程流体力学多元评价侧重于学习独立分析、解决实际问题的能力的提升，因而对学生在过程中的能力的体现评价内容权重系数较高，如大作业中分工任务的完成情况占到总成绩的10%。质量评价的部分内容是按等级制来计分的，级别包括A+、A、A-、n+、B、B-等。这些等级在录入成绩管理系统时需换算成百分制，对应关系如表2所示。
笔者在教学中用多元评价方式对学生《工程流体力学》的学习效果进行探讨。以课内大作业为例，之前的学生从未做过该项内容，在近两年的教学中尝试要求学生根据所学的工程流体力学的内容，联系实际工程，以小组的形式完成流体力学的理论在实际应用情况调查的大作业。如学习了流体静力学后，学生以小组为去调查研究流体静力学在实际工程中应用，可以是千斤顶中“帕斯卡原理”，电梯的失重与超重，或者过山车为什么不允许高血压患者乘坐等，最终用PPT展示给大家。在PPT制作的过程中，有前期资料的准备，又有中期的编辑，还有后期的展示。学生能根据自己的特长在小组承担一定的任务，在完成的过程中，发现他人的优势和自己的不足，取长补短。同时，每次学生的展示活动都进行现场评价，让学生对自己的表现有直接的了解。此外，还对大作业中创新的内容在评价时给予鼓励和加分。两年的实践表明，学生对流体力学的学习兴趣增加，各项评价内容能积极主动完成，对实际生活通到的一些流体现象有理性的认识。例如，曾有一组学生结合所学的流体绕流知识，实践验证了“打水漂”的技术要点。这些说明合理的评价方式对提高学生的学习效果、激发学生的创造力是有导向作用的。
关键词：汽车；空气动力；计算流体力学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）20-0180-03
流体力学是人们在利用流体的过程中逐渐形成的一门学科，它起源于阿基米德对浮力的研究，由于数理学科和流体工程学科相互推动而得到发展[1]。现如今已经成为航空航天、车辆、机械、环境生物等工程学科的基础之一。通过对流体力学的基础理论的学习，结合汽车工况，发现流体力学在汽车设计中具有重要的应用。
汽车自19世纪末诞生至今，汽车工业以惊人的速度发展。当今21世纪科技突飞猛进，汽车工业已成为与人类生活息息相关的时代骄子。近年来，国家加大交通设施的投资建设，高速公路、高架桥等交通网络四通八达，不仅缩短了城市之间的距离，更极大地改善了人的日常生活。为减少汽车的能耗、汽车的操纵稳定性以及改善汽车的动力性，对汽车设计中的安全性、环保性提出了更高的要求[2]。为此，本文以流体力学基本理论，对汽车行驶时的空气阻力、汽车表面受到的压力、气动升力、气动侧力等不可忽视的关键因素进行理论分析，探讨流体力学在汽车研究方面的应用。
一、基于流体力学的汽车空气阻力分析
汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力主要分为摩擦阻力和压力阻力，期中压力阻力约占空气阻力的91%，成为汽车阻力的主要作用。空气作为流体，具有粘性，根据牛顿定律，粘性流体在流动过程中层与层之间存在相互作用，空气在车身表面产生的切向力即为摩擦阻力，这是合力在行驶方向的分力；而作用在汽车车身表面上的法向压力的合力称之为压力阻力，可分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。其中，形状阻力是压力阻力的主要部分，并与车身形状有直接关系，是影响空气阻力的主要因素；干扰阻力是车身表面凸起物引起的气流干扰而产生的阻力，只占压力阻力的14%；内循环阻力（12%）是空气流经车体内部时构成的阻力；诱导阻力（7%）也叫压差力，是由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车顶，从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压力差[3，4]，如图1所示。
空气阻力是影响燃油消耗的重要因素。最大限度地减小整车空气阻力是降低油耗的有效方法，降低油耗的同时也能减少排放并降低使用成本[5]。有试验表明，空气阻力系数每降低10%，燃油节省7%左右。因此，减小空气阻力主要依赖于空气阻力系数的减小[4]。目前，汽车空气阻力的计算或仿真多以流体仿真为基础，从动力学理论出发，利用相应的物理模型，建立相关流体运动模型。采用的软件有PowerFLOW、FLUENT、CFD等。多年以来，PowerFLOW分析软件是汽车行业中空气动力学的重要工具。利用此软件可以分析整车的总体空气阻力数据外，也可以充分利用流场数据，研究环绕整个车身的空气流体动力学行为，研究阻力的细化、量化等，以此来指导汽车设计并优化[5]。
二、基于流体力学的汽车表面压力分析
汽车行驶时，前方气流首先与车身前部作用，使气流受阻，降低速度，在气流压力作用下，车头前部形成一个正压区，汽车周围的压强分布如图2所示。这部分气流分为两股，一部分通过发动机罩、前挡风玻璃、驾驶室顶向后流去；另一部分，通过车身下部，向车尾流去，如图2 b）中所示。流向上方的这股气流在流经车头上缘时，由于缘角半径相对较小，气流来不及转折，导致局部分离，所以在上缘角附近存在很大的吸力峰。随后，气流又重新附着在发动机罩上。
传统的汽车外形设计、压力分析等以风洞实验研究为主，实验成本极高[4，6]，对汽车外形的气动特性研究十分困难。计算流体力学（CFD）是流体力学的一个重要分支，以计算机科学、数值计算方法的发展为基础，是流体力学理论分析、计算科学及数值计算方法共同发展的产物。伴随着CFD方法的不断发展、进步，利用CFD软件分析汽车气动性能成为可能。采用这一软件对空气动力学的计算，能够较为精确地分析汽车三维外流场，准确的研究汽车表面压力，可以帮助工程技术人员直观、深入地分析汽车气动特性；更重要的是相对于实验分析，CFD软件研究可以缩短汽车设计研发周期、降低成本。
三、基于流体力学在气动升力分析中的应用
汽车气动升力的来源与机翼类似，由于汽车是在地面上行驶，地面效应是影响汽车气动升力的重要因素。汽车气动升力包括压差升力和粘性升力，其中压差升力占主要部分。压差升力一方面是由于汽车上下表面曲率不同，形成上下表面压差产生；另一方面是由于地面效应，汽车底部和地面之间形成了一个类似于渐缩喷管的气流通道，使得汽车底部形成负升力。
研究表明，当汽车速度超过70km/h，车身所受的气动力成为影响汽车性能的主要因素之一[7]。汽车在行驶中，气动升力随车速的提高，对汽车的稳定性和经济性有一定的影响。气动升力的存在降低了汽车轮胎对地面的压力，影响了汽车的动力性和制动性能；同时，气动升力的存在降低了轮胎的侧向附着力和侧偏刚度，从而影响了汽车的操纵稳定性[8]。
当汽车高速行驶时，气动力对汽车各性能的影响占主要地位。随着汽车速度的增加，汽车的滚动阻力受气动升力的影响逐渐减小；而汽车的气动阻力则随着车速的增加迅速提高。研究表明，当汽车车速为70km/h左右时，汽车所受的气动阻力和滚动阻力几乎相同。当汽车车速大于150km/h后，所受的气动阻力是滚动阻力的2―3倍。显然，汽车高速行驶时，气动升力的影响则更为显著。所以为了保证安全，对高速行驶时的气动升力提出了更高的要求[9]。
空气作为汽车受力分析中的主要流体，在流过汽车车身的整个过程都受流体质量守恒、动量守恒和能量守恒等流体力学的支配。计算流体力学就是通过这些基本的控制方程来分析汽车周围流场中空气的运动。在理论方面，对气动阻力和气动升力的研究是根据伯努利提出的“路径理论”为基础进行分析[10]，这一理论基础便是流体动力学，理论中要充分考虑雷诺数、流态等基本流体动力学要素；在数值计算上，也主要是基于气动力学计算的流体模型进行分析。当今社会，车辆的设计速度和公路允许的行车速度越来越快，所以解决高速行驶时发飘的问题是非常有必要而且是保障驾驶安全的重要举措。
四、流体力学在气动侧力分析中的作用
危险不一定来自背后，危险也会来自侧面。在高速下发生的交通事故，除了气动升力的作用外，还有相当一部分是由于气动侧力的作用。当气流与汽车的纵对称面平行时，是不存在气动侧向力的。但在汽车实际行驶中，气流不会总是与汽车的纵对称面平行，当气流与汽车存在横偏角时，汽车都会产生气动侧向力。也就是说侧向力的来源就是由于受到了侧向气流的作用。在实际h境中侧向来流的来源比较复杂，如自然界阵风、汽车驶过大桥、车辆超车等情况。
气动侧力对汽车性能影响的研究是一个较广泛的领域，而且对汽车主要性能有着不可忽略的影响[11]。汽车受侧向风时，在车身侧板处就会产生强烈的气流。这一气流的存在不但破坏了驾驶室与车身之间正常的小涡流状态，而且还会形成旋涡稠密气流区，增大车身正前方的阻力，使汽车相对原直线行驶方向发生偏移，造成潜在危险[12]，因此，气动侧力也是汽车设计中必须分析的一个重要因素之一。
自然界中的侧向风变化非常复杂，侧风的方向、波长的变化等都对流场产生重要影响，所以气动侧力的分析相对更加复杂。采用复杂的风洞实验方法可以对侧风进行研究，但利用风洞实验再现汽车遇到侧风的复杂工况是非常困难的。而采用计算流体动力学（CFD）方法研究瞬态侧风是非常有效的，且能够提供更多的瞬态变化信息，可对实际行驶过程中的汽车气动性能进行更深入的研究[13]。
五、结语
流体力学相关理论及对应的软件在汽车研究设计中的应用受到越来越多的关注，不但可以节约成本、优化设计效果，相关软件的使用也使设计更科学、安全、环保和人性化。现代汽车设计中，车辆的设计速度和公路允许的行车速度越来越快，空气阻力是影响车辆动力性、燃油经济性等汽车性能的重要影响因素，汽车的安全性能是当今人们高质量生活水平能得以保证的前提。充分利用流体力学在汽车空气阻力、压力、气动力等方面的应用来提高车辆各方面的性能。流体力学与汽车设计相关知识的交叉，将对汽车实车造型与分析评价产生重大影响，逐渐成为汽车产品开发、设计的主要理论知识。
参考文献：
[1]解小琴.流体力学在汽车车身设计中的应用[J].四川职业技术学院学报，2015，25（6）：1672-2094.
[2]简洁，张铁山，严萍华，邵成峰.空气动力学对汽车性能的影响[J].拖拉机与农用运输车，2012，39（5）：37-41.
[3]谷正气.汽车空气动力学[M].北京：人民交通出版社，2005.
[4]张楠.计算流体力学软件在汽车气动问题研究中的应用[J].重庆电子工程职业学院学报，2011，20（2）：125-127.
[5]章林凤.汽车空气阻力和散热性能的仿真及优化[J].汽车科技，2013，（1）：31-36.
[6]王俊，龚旭，李义林，叶坚.CFD技术在汽车车身设计中的应用[J].汽车技术，2013，（4）：14-17.
[7]谷正气，郭建成，张清林，金益峰.某跑车尾翼外形变化对气动升力影响的仿真分析[J].北京理工大学学报，2012，32（3）：248-252.
[8]张勇，谷正气，刘水长.车身姿势对风洞试验气动升力测量影响研究[J].汽车工程，2015，37（3）：295-299.
[9]刘加利，张继业，张卫华.真空管道高速列车气动阻力及系统参数设计[J].真空科学与技术学报，2014，34（1）：10-15.
[10]刘强，白鹏，李锋.不同雷诺数下翼型气动特性及层流分离现象演化[J].航空学报，2016，（35）：1-11.
[11]于梦阁，张继业，张卫华.横风下高速列车流线型头型多目标气动优化设计[J].机械工程学报，2014，50（24）：122-129.
关键词：流体力学；制冷与低温工程；教学改革
作者简介：尹雪梅（1979-），女，四川资中人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师；张文慧（1980-），女，河南焦作人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师。（河南郑州450002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）10-0098-02
目前，郑州轻工业学院（以下简称“我院”）的制冷与低温工程专业已被评为国家级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养，造就人才，有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。
“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，主要分为流体静力学和流体动力学，研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂，故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。[1]加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识，导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。[2]因此，迫切需要进行“流体力学”课程教学改革，使学生学好本门课程，提高课程教学质量，使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识，培养学生的综合分析应用能力和创新能力，全面提高专业素质。
分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状，发现存在以下主要问题：首先，“流体力学”理论性强，概念多而抽象，难以理解，学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识，学习兴趣不高；其次，课程中公式繁多，推导过程复杂，且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程，另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识，学生理解困难；另外，学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣，选择合适的教学模式组织教学，全面实现该课程教学目标，提高教学质量，是该课程教学亟待解决的问题。
一、改革教学方法
学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素，不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础，也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课，笔者结合自己的教学经验，认为可以从以下几方面着手。
1.激发学生学习兴趣
学生是学习的主体，而“流体力学”又是大家公认难学的课程，因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。
要提高学生学习“流体力学”的积极性，首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口，也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示，“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解，使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关，深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。[3]
教师在讲授一些理论知识之前，可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣，启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前，可以先问学生：在水中游得快还是在油中游得快？为什么？又如在描述流体运动有两种方式――拉格朗日法和欧拉法时，可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比，从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式，让学生带着问题去学习，让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事，由愿学到爱学再到乐学。实践表明：列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感，活跃课堂气氛，不仅可以吸引学生的注意力，激发学生学习的主观能动性，还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义，并且能加深学生对所学知识的理解和记忆，使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。
另外，还应充分利用多媒体，通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象，而不是停留在抽象层面，从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。
2.巧妙讲解公式
为了定量地描述流动现象和分析流动机理，需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要读懂数学，然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明，学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作，帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变，进一步建立起科学的思维方式。
“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式，这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识，特别是大量的偏微分方程，加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法，与物理及其他力学不同，学生的观念不易改变，而且推导过程复杂，学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性，对每个公式的每个推导细节都逐一介绍，推导过程将会枯燥无味，学生只会被弄得糊里糊涂，兴趣全无。而如果直接给出公式，让学生死记硬背，只能让学生不知其所以然，当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。
根据多年的教学经验，笔者认为：“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透，概念清楚了，公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义，只有真正理解了公式的物理意义，才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性，“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的，如伯努利方程就有多种形式（理想流体、实际流体、流体是否可压等），在具体运用时，要根据具体情况选用正确的形式。
3.充分利用作业
学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了，接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。
首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题，这是“流体力学”学习过程的重要组成部分，解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程，课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。
然后再由教师通过习题课的方式，利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题，讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时，重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤，使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧，以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解，将物理问题与数学工具有机地结合起来，有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考，有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。
二、改革教学手段
多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点，丰富的教学内容，被高等院校广泛采用，并深受广大师生的欢迎。[4]
多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体，可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点，如拉格朗日和欧拉法的描述，流线与迹线、层流、湍流等，通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生，使其从感性认识开始建立清晰的物理概念，较容易地掌握相关内容，并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学，授课的信息量增多了，教学内容更丰富了，学生在有限的时间内接收的知识更多了，学生的学习兴趣提高了，学生的思路拓宽了，教学质量也提高了。
多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西，更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点，在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合，扬长避短，发挥各自的优势，为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象，可以通过多媒体教学，加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学，例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书，有利于学生集中注意力，让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间，又可加深学生对重要知识的理解，从而获得良好的教学效果。
三、 结束语
总之，高等教育教学改革，特别是专业课程的教学改革，是一个长期而艰巨的实践过程。“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，在教学中要根据学校的具体情况改革教学方法和教学手段，借助现代教育技术与手段，充分调动学生的学习兴趣，结合生活、生产、科研中的实际问题，进行深入浅出、生动活泼的讲解，揭示问题的本质，向学生传授治学方法，扩大学生的知识面，培养学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新精神，以取得更好的教学效果。
参考文献：
[1]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建筑,2008,34(21).
[2]吴光林.《流体力学》课程教学改革的思考[J].科技信息(科学教研),2008,(14):172-173.
关键词：流体力学；教学方法；应用型本科院校
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）12-0033-02
流体力学是宿迁学院土木工程专业的一门重要的专业基础课。流体力学具有基本概念多、公式复杂、内容抽象等特点，是一门既有较强理论性又有较强工程实际意义的课程，因此，该课程既可以培养学生良好的逻辑思维能力和分析推理能力，又可以培养学生分析问题和解决问题的能力。然而学生的实际情况是由于在大学前两年接触最多的是固体力学，已形成一定的思维定式，而且由于精简学时的原因很多流体力学课程中需要的高等数学知识没有讲解，到了大三一旦遇上流体力学这个新鲜事物，可能接受起来会碰到许多困难[1]。学生普遍感觉该课程枯燥乏味、难学，存在畏难、厌学情绪，期末考试不及格率较高。在学校提倡培养应用型人才的大背景下，有必要根据课程性质从提高教师教学水平和提高学生学习效果进行探讨。
一、引导学生重视，激发学生的学习兴趣
（一）强调课程的地位和重要性
教师除了说明流体力学在整个专业教学中的地位和作用外，还可补充说明它是注册结构工程师基础考试中公共基础考试科目。此外，还可说明往年期末考试通过率的情况，以给学生适当加压。当然，更重要的是还要说明该课程的学习方法，以帮助学生树立信心。
（二）通过人物、工程实例及专业应用调动学生的学习兴趣
“兴趣是最好的教师，而教师则是点燃学生学习兴趣的火炬”。如何调动学生的学习兴趣是教师考虑的首要问题。在教学过程中可以穿插举出古今中外的科学家、工程师生平事迹和工程实例以调动学生的学习兴趣。如大禹采取疏壅导滞的方法治水三过家门而不入；理想流体力学奠基人欧拉16岁就获得硕士学位，双目失明后仍然从事科学研究直至去世当天还在进行科学研究等[2]。如两千多年前李冰利用“深淘滩，低作堰”建造的都江堰；大约在同时期，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等。除此之外，还可以介绍流体力学在土木专业及其他专业的应用，如美国华盛顿州塔科马大桥被大风摧毁、汽车“风阻”和飞机“音障”等事例。
（三）将CFD技术引入课堂调动学生兴趣
计算流体动力学（简称CFD）技术日趋成熟，已经成为研究流体力学的一种重要方法。在流体力学教学过程中引入CFD技术，不但可以将理论性较强的内容形象化，加深学生对基础理论的理解，而且可以开阔学生的眼界，激发学生的学习兴趣和探索精神。如对欧拉法中流线的模拟、圆管中层流和湍流流速的分布、局部阻力损失的流场分析[3]。
二、教学内容的取舍和教学环节设计
（一）教学内容的取舍
流体力学知识面广，内容繁多，在学时限制的条件下要结合专业教学要求合理取舍。对土木工程专业而言需要掌握的内容有：（1）流体物理性质；（2）流体静力学；（3）流体运动学和流体动力学；（4）阻力损失；（5）管道流、明渠流及渗流。
1.重要问题的处理。首先，要从力学角度分析流体的流动性。流体与固体的主要区别在于流体的流动性，其根本原因是流体和固体对承受剪切力的表现。为了形象说明，可以引用“抽刀断水水更流”的诗句[4]。当然，还需说明无论流体静止还是运动均不能承受拉力。
其次，要理解连续介质假设的概念。微观上，流体是由大量分子构成的，是离散的，不连续的，这给我们研究流体力学问题带来了困难。连续介质假设认为流体是由内部无间隙的连续流体质点构成。这里要理解流体质点微观上“充分大”、宏观上“充分小”的含义。如此流体在空间上就变为连续的，可以借助高等数学的方法来研究。
2.公式推导的处理。流体力学学习过程中会遇到大量复杂的公式，特别是实际流体伯努力方程的推导让人很难掌握。笔者在处理公式推导问题时强调公式推导的目的是让学生学习一种思想，学习一种处理问题的方法，将精力集中在公式建立的基本原理和适用条件上，从思路上进行分析整理，淡化烦琐的数学推导过程。这样学生有了独立思考的空间，教师也有了更多的时间来讲解基本概念和基本方法。需要强调的是，流体力学中很多公式都是在一定条件下推导出的，因此其应用也是具有一定范围的，公式的应用往往也有一定的技巧，如伯努力方程的“三选一列”。
（二）教学环节的设计
1.调整习题或考题构成，重视习题课。这里有两个问题需要注意。一方面，流体力学习题历来存在重计算、轻概念的现象，特别是考题如果全是计算题，就会形成无形的指挥棒。这就不利于学生从整体上掌握该课程的重点，习题或考题的题型应丰富，除了计算题之外，还应有填空、选择、判断、作图、名词解释等考查基本概念的题目。另一方面，在精选题目时，要注意将理论教学和实际应用结合起来，如查找资料的技能培养。在流体力学的牛顿内摩擦定律、能量损失计算和管道流等部分很多数据都是要查有关工程手册和图表的[5]。
习题课是流体力学教学的重要环节，为了能够在学时紧张的前提下开展习题课，教师必须重视习题选择和习题评讲两个方面。一方面，教师应选择具有代表性的题目，另一方面，习题讲评应使学生从解题过程中获得解决问题的思路、方法和技巧，达到触类旁通的效果。
2.重视实验教学，强化实践环节。实验教学是流体力学教学中的重要组成部分，通过实验，不但可以加深学生对流体力学基本原理的理解，而且有助于培养学生的动手能力、独立工作能力和创新能力。如通过水静压强试验，学生明确了测压管水头的含义；通过雷诺实验，学生加深了层流、湍流及临界雷诺数的理解。当然，由于实验室条件的限制，目前的实验主要以验证性居多，在条件许可的情况下应进行设计性实验。
此外，每学期笔者都会布置一个任务，让学生留意身边感兴趣的流体力学现象，然后根据课堂所学知识和个人理解撰写论文，以此增强学生的实践应用能力和培养其创新能力。
三、教学方法和手段的改进
（一）注重讨论法与案例教学法的运用
1.讨论式教学方法。教学活动应该是双向的师生互动过程，不应是教师的一言堂。教师应创造和谐、轻松的课堂气氛，鼓励学生积极发言，表达自己的疑问、见解，激发学生的学习积极性和创造性。如在课堂上通过提问的方式回顾上次课的主要内容，通过“自学―提问―讨论―总结”的方法学习新内容，在考虑学生接受能力的前提下，甚至可以让学生来讲一次课。如通过反证法证明流体静压强的方向，通过隔离体分析法证明流体静压强的大小。通过讨论式的教学方法不但可以调动学生的学习积极性，树立信心，而且还可以培养学生勤于思考、善于发现问题、分析问题、解决问题的能力。
2.案例式教学方法。通过将生活和工程案例引入课堂，不但可以增强学生的学习兴趣，而且可以加深学生对理论知识的理解，提高学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。生活案例有马利奥特容器原理应用于点滴吊瓶和家用饮水机[6]、洗衣机为什么老翻衣服兜[7]、捞面条的学问等。工程案例如1993年青海省沟后水库在低于设计水位0.75m的情况下突然垮坝的事故；三峡工程如何在最大流量10×104m3/s、水头高达100m、最高流速高达45m/s的情况下不会产生巨大的破坏力等[8]。
（二）综合运用各种教学手段
流体力学概念抽象、繁多，仅靠传统的一块黑板、一支粉笔不能激发学生的学习兴趣。借助于多媒体技术，利用其形象、生动、直观、易于理解并可加强记忆的优点，通过动画、视频资料、数值模拟等手段将复杂的流动现象展示给学生，可取得事半功倍的效果。但是，考虑到多媒体技术授课和传统的授课方法各自的优缺点，结合流体力学课程特点，采用取其长而避其短、两者兼顾而又两者不弃的原则。
“教学有法，但无定法，贵在得法”。我们要不断更新教学理念，努力提升自身的综合素质，及时总结教学过程中出现的问题并加以改进，注重教学过程中的每一个环节，多管齐下，才能保证学生取得良好的教学效果。
参考文献：
[1]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建
筑，2008，（21）.
[2]张志宏，顾建农，王家楣.“流体力学”课程教学改革的实
践与探索[J].高等理科教育，2006，（5）.
[3]赵琴，杨小林，严敬.CFD技术在工程流体力学教学中的
应用[J].高等教育研究，2008，（1）.
[4]刘建龙，王汉青，寇广孝.激发学习兴趣提高流体力学教
学效果[J].中国电力教育，2008，（20）.
[5]徐艳萍.《工程流体力学》教学探讨[J].江西电力职业学
院学报，2003，（2）.
[6]毛根海.应用流体力学实验[M].北京：高等教育出版社，
2008：8-10.
[7]武际可.拉家常・说力学[M].北京：高等教育出版社，
2008：1-7，25-30.
关键词：地方高校；流体力学；理论；实践
0引言
以航空为特色的滨州学院的航空专业学生，流体力学是后期学习气体动力学、航空发动机构造、航空发动机原理等等课程的基础课程，航空发动机分为活塞式和喷气式，目前大型飞机多采用喷气式发动机产生飞机向前运动的推力，其原理是从外部大气中吸入大量的气体经压气机压缩后部分气体流入燃烧室和燃油充分混合燃烧后形成高温高压的热气流入涡轮，最后所有吸进发动机的气体由尾喷管喷出，吸入前和排除的气体发生了变化变为高压高温高速气体，根据力的反作用，由尾喷口喷出的气体可在发动机上产生强劲的推力，先进的喷气式发动机在设计阶段会根据相应的流体力学原理设计不同管径的流道，设计压气机和涡轮的叶片，因此理顺流体力学的知识点及学习思路至关重要。流体力学的研究方法可分为理论方法、实验方法、数值方法[1-2]。因此在教学时，可将3种研究方法贯穿流体力学的教学过程中。课程学习目标有如下4项：①了解流体力学与其他力学的本质的区别；②掌握最基本的流体力学理论知识点，如静力学、动力学、运动学等；③具有应用流体力学的知识，分析、处理基本流体力学问题的能力；④利用数值方法和实验方法，培养学生分析数据、整理数据、撰写实验报告的能力。
1理论方法
理论知识的学习是学生学习时的基础环节，而流体力学理论知识的学习过程中，多注重公式的推导。本文以流体力学的三大方程之一的连续性方程为例，讲解该公式学习的具体的过程，连续性方程式是质量守恒在流体力学中的表达式。首先学习连续性微分方程。需要建立流体的模型，在空间坐标系下选取一个微小的直角六面体A，并假设六面体内流体的密度ρ有梯度，六面体内流体的流动沿着x、y、z轴向，速度为ux、uy、uz，如图1所示。dt时刻内微小的直角六面体A的质量流量该变量驻M可分解为在x、y、z方向上质量流量的改变量驻Mx、驻My、驻Mz。以x方向为例，dt时间内，流进六面体A的流体质量流量Mx为ρuxdxdydt，流出六面体A的流体质量流量Mx′为。因此，dt时刻内在x方向上的流出的质量流量驻Mx可表示为：根据上述推导，可知dt时刻内在y、z方向上流出的质量流量驻My、驻Mz的大小表示为：因此，dt时刻内流出微小的直角六面体A的质量流量驻M：结合质量守恒定律，可推出dt时刻内直角六面体A的质量流量的变化量的变化关系。质量流量与密度、体积、速度的变量有关，又因为体积及速度没有变化，因此只和密度有关。控制体内密度的减小而减少的质量流量：然后学习恒定总流的连续性微分方程对总流的积分。从恒定总流A任意截取出来的细微的一段管道称为控制体[3-4]。其控制面如图2所示。过流断面截面积为A1、A2，平均流速为u1、u2。在单位时间内，经控制面流进流出控制体积内的液体质量流量应相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面处的速度与面积成反比关系，截面积越大速度越小，反之亦然。
2实验操作
理论知识的学习，离不开强力的逻辑思维能力，但是地方高校学生普遍缺乏此能力。而结合现有的设备，适当的跟进实验，便于学生理解理论知识，及时互动。因此设计了基于截面积改变，流体流速变化情况的基础实验。本实验室采用了气体动力学试验台模拟风速，斜压计测量截面处的动压强，斜压计顾名思义就是液压管倾斜放置的测压仪器，与桌面存在夹角，因压强变化量相对较小，倾斜放置可比竖直放置的管路读取的压强数值更为精确。如图3所示。根据斜压计的读值，由下列公式计算流速。试验前先做好准备工作，如连接好皮托管与斜压计的橡胶管，皮托管可感受来流总压和静压，从而得到动压差，皮托管如图4所示。把斜压计根据基座上的校正气泡调成水平放置，在斜压计内适当的放入部分无水乙醇，纯度为99.7%，它的密度为0.790*103kg/m3。液面和斜压计0点重合。静止时斜压计读数为0mm。实验过程中，可通过调整出风口截面积的大小，观测斜压计内读值（流速）与试验段截面积的关系，截面形状示意图如图5所示，实验数据如表1所示。结合试验结果，分析可知，在模拟风速不变的情况下，流速与截面积的大小成反比，截面积越大流速越小。而在日常生活中，我们能看到很多的现象和此原理有关，如河道突然变窄的区域水流速度很大，山谷里的风比平地上的风大。
关键词：流体力学；课程建设；创新能力
作者简介：李伟锋（1976-），男，湖北麻城人，华东理工大学资源与环境工程学院，副教授；刘海峰（1971-），男，山东文登人，华东理工大学资源与环境工程学院，教授。（上海 200237）
基金项目：本文系2011年华东理工大学本科教育教学改革重点项目、华东理工大学《流体力学》精品课程建设项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0103-02
“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”这就是著名的“钱学森之问”。“钱学森之问”是关于中国教育事业发展的一道艰深命题，需要整个教育界乃至社会各界共同破解。钱老的话一针见血，既对我国高校人才培养中存在的创新性不足问题提出了尖锐批评，又对改革高校人才培养模式提出了殷切希望。[1]
为此，在党的十报告中明确提出实施创新驱动发展战略，指出科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。那么我国大学生的创新能力相对欧美发达国家为何比较薄弱？相比较而言，中国式教育比较注重学生掌握的“知识量”和解题能力，欧美发达国家教育更注重学生的独立思维和发现问题、解决问题的能力；中国教育侧重于知识获取和掌握，欧美发达国家教育侧重于创新能力培养。这种教育的结果导致中国学生的知识量大、解题能力强，弱点在于不善于“质疑”和“提问”，直接导致科技创新能力较差。这个问题的解决除了需要改革高等教育制度之外，也需要每个高校教育工作者共同去面对。
本文以华东理工大学“流体力学”课程建设为例，抛砖引玉，介绍如何通过课程改革，提升学生的创新能力。就“流体力学”课程而言，基本任务和要求是老师完成知识的讲授，学生完成听讲、作业及考试。但是，这些要求对创新能力培养而言还远远不够，为此对华东理工大学“流体力学”课程的授课内容、授课方式以及创新实践进行了改革和探索。
一、确立以人为本的教学改革思路
在我国古书中最早明确提出“以人为本”的是春秋时期齐国名相管仲。到了近现代，“以人为本思想”在国家执政方略和企业管理等方面有了新内涵和新发展。高等教育在教学上是以人为本，还是以知识为本？传统的大学教育模式，忽视引导学生探索新的知识，忽视对学生进行创新教育；以教师为中心，没有充分调动学生的积极性。我国目前仍有相当多的大学采用的是“我在上面讲，你在下面记”的教学方式，这没有把学生作为主体。因此课程改革的基本指导思想是要把以教师为中心转变为以学生为中心，教师是大学生创新能力培养的主导者，而大学生则是创新能力培养的主体。[2]
具体到“流体力学”课程内容的改革，以人为本的思想表现为教师设身处地为学生着想：当今大学生需要什么样的知识和能力？华东理工大学（以下简称“我校”）热能工程专业的本科生，将来一部分成为热能工程领域的工程师，一部分会进一步深造读研或者攻博，成为科研工作者。对于这两种学生，除了强化理论知识的学习和掌握之外，前者渴望了解流体力学在工程实践中是如何应用的，如何让书本上的流体力学知识成为将来工作中的工具和技能；后者渴望获取流体力学的科学研究思路及方法，如何利用现有的流体力学知识开展创新性的科学研究等。为了解决学生的需求，依托我校煤气化及能源化工教育部重点实验室的科研优势，对“流体力学”课程的授课内容进行了改革。授课过程中，除了基本的三大守恒定律（质量、动量和能量）以及纳维斯托克斯方程的讲解外，还着重对流体力学在工程中的应用和科学研究进展进行补充讲解。比如，我们加大了对流体力学的发展历史和最新进展的讲解，让学生了解流体力学学科中哪些已解决，哪些尚未解决，困难在哪里？哪些老问题有了新进展和新思维？在理论性比较强的部分，通过展示本团队在流体力学方面的研究成果，让学生了解流体力学科学研究的基本方法和基本思路，引导学生参与科研和投身科学；在实践性比较强的部分，通过展示本团队在技术开发和技术转让建设的工业装置上各个环节中流体力学知识是如何应用的，让学生获得直观的感受，为他们将来走上工作岗位打下基础。通过这些教学内容的改革，学生普遍反映课程容量大、学有所用。
二、引入探究型授课方式
我国以往的教育体制在一个很长的时间里把人才培养的重点放到知识记忆和应试能力上，学生对知识被动地接受或吸收，因而学生的创新能力没有得到有效的培养和锻炼。因此，我国高等教育的重点应该放在培养学生的创新意识上，大学教师在教授已有知识的同时，必须把创新理念传达给学生，引导学生去创新。[3]在“流体力学”课程授课方式的改革中，重点在以下三个方面对学生的创新能力进行了引导和培养。
1.从教师提问转变为学生提问
课堂提问是教师检验学生对讲课接受程度的一个有效手段，能强迫学生集中精力进行思考，但是对学生来说是被动的。我们在授课中，鼓励学生课堂提问和课间提问，也鼓励学生课后采用电话、短信和邮件进行提问。提问的内容可以是任何和流体力学相关的，对于这些提问，我们都给予详细的解答。特别需要注意的是，对于学生的原创思维，哪怕是很幼稚或者明显是错误的，教师也要予以肯定并进行委婉的引导。
2.引导发散性思维
“流体力学”课程的讲授中，注重引导学生进行学科交叉和发散性思维，鼓励学生运用流体力学的基本知识思考身边的自然现象，比如河流、龙卷风、泥石流、沙尘暴和海啸等，引导学生思考生物体内的生物流体力学现象等。在讲授流体尾流知识时，引导学生思考汽车、火车和飞机运动时的阻力形成的原因以及减小阻力的措施；在讲到流体输送机械和流体阻力时，从微观角度引导学生思考我们身体内血液和细胞液的输送和流动；从宏观角度引导学生思考自来水输水管网的铺设方式和阻力分布特点，进而让大家思考我国正在实施的“西气东输”和“南水北调”等大工程的技术特点和难点。通过诸如此类的引导，学生深刻领会到流体力学知识不光是书本上枯燥的公式和推导，而是和自己的身体、生活、生产实践以及国民经济的发展息息相关的。这些发散思维的引导，拓展了学生的视野，激发了他们学习和投身科研的热情。
3.引导学生质疑
大学生们思维方式中一个最大的问题就是对任何知识都喜欢抱着“非此即彼，非对即错”以及“教科书中的知识就是真理”的观念。殊不知，这些观念是创新能力培养的大敌，科技创新需要一股质疑知识、质疑权威的观念和勇气。因此，在授课过程中，我们告诉学生有些流体力学知识也是不完善的，也在不断发展和完善之中，需要包括在座的各位同学在内的众多科研工作者去继承、去发展、去完善。比如，流体力学中的湍流是公认的世界级难题，在现阶段还没有完善的公式和理论，但是近年来在不断发展和完善，通过这种存疑方式的教学，来引导学生挑战权威和经典的意识和勇气。
三、全面实施创新实践环节
提高大学生的创新能力，创新实践是重要的一环，是创新能力培养从理论走向实践的关键。为了提高大学生的实践能力和创新能力，我校每年开展各种级别（校级、上海市级和国家级）大学生创新实验计划项目，并进行一定的经费资助和跟踪管理。为此，我们每年开展多项流体力学相关的各种级别的大学生创新实验课题。这些课题分成两种类型，一种是修完“流体力学”的学生根据兴趣，通过查阅相关资料后自拟的课题；另一类是教师从承担的各种科研项目中挑选流体力学相关的小课题来供学生进行双向选择。在整个项目的实施过程中，从资料的查阅到课题的立项，从项目组成员的组建到经费的管理，从实验装置的搭建、实施到数据处理，从撰写创新实践论文到项目检查和答辩，都是由学生来实施完成的，教师只起到指导和协助的作用。学校在项目的执行过程中，主要起到监督和管理的作用，比如项目的立项答辩和筛选、中期检查和结题验收答辩以及经费使用的监督等。在项目立项、中期检查和结题验收几个环节都有严格的淘汰制，防止有的学生走过场、片面追求创新学分而不注重实效。通过实施这些创新实验项目，学生巩固了书本知识，更重要的是完成教学和科研的互动以及理论和实践的结合，培养了学生思考问题、发现问题、解决问题的能力，创新能力得到了较大提高。
四、结语
创新人才的培养是摆在教育工作者面前的一项刻不容缓的系统工程，需要努力探索新的思路和举措。在课程建设中，应贯彻学生是主体、教师是主导的教育思想，树立知识、能力和创新三位一体的教育理念，构建注重培养学生科学思维、实践能力和创新能力的新教学模式。教学过程中，应引入探究型学习模式，引导学生质疑和提问，并使学生积极参与创新实践环节。通过这些课程和教学方式的改革来综合提高学生的创新能力，以培养适应新世纪我国现代化建设需要的具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才。
参考文献：
[1]马德秀.寻找人才培养模式突破 致力培养创新人才[J].中国高等教育，2006，（11）：19-21
关键词：卓越工程师培养计划 工程流体力学 教学改革
中图分类号：G642.4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.03.019
教育部“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是贯彻落实国家教育改革和人才发展规划纲要的重大改革项目，主要目标是面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强，适应经济社会发展需要的高质量型工程技术人才。天津工业大学是天津市“卓越工程师教育培养计划”的首批实施高校，环境工程专业是我校的重点学科方向之一，而工程流体力学是本专业本科教学的一门重要专业基础课，为强化学生的工程能力和创新能力，培养行业通用的工程型人才，针对“卓越计划”开展的教学改革势在必行。
流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体静止和运动的力学规律及在工程实践中的应用。环境专业中讨论的各类问题，例如流体在管路中的运输、气体和液体中颗粒物的分离等均离不开流体力学的基本知识，因此学好工程流体力学有助于后续专业课的理解和掌握，为培养工程型人才打下坚实的基础。
1 教学中存在的问题
目前，工程流体力学的教学过程中存在很多问题。首先，课堂授课时间长，内容抽象、枯燥，导致学生学习积极性不高。工程流体力学课的主要研究对象是流体，流体本身没有固定的形状，进行研究讨论的时候缺少固定的客观形象，难于理解和掌握，并且公式推导较多，推导过程复杂，对学生的数学功底、逻辑思维能力和理解能力要求较高，因此导致教学过程中存在老师难教，学生难学的问题[1]。其次，授课方法单一，主要是教师在上面讲，学生在下面听，忽视教学中的互动性，理论知识与实际应用联系不够紧密，教学效果不理想。第三，课程成绩由最终期末考试的卷面成绩决定。学生考试都是依靠老师划重点和考前突击复习的方式通过，死记硬背的定义、公式在考试结束后马上被遗忘，对课程知识没有消化理解，就不可能有综合运用的能力[2]。
2 教学改革的内容
2.1 课程内容的优化改革
减少理论教学学时，强调学以致用。将环境工程专业的特点与“卓越计划”的目标相结合，为增加学生参与工程、实践的时间，对本科教学课程的教学时间进行调整，课堂讲授课时由76学时减少至60学时。教学内容上相应减少繁琐的理论公式推导部分，特别复杂的公式或结论不需要死记硬背，只要求学生重点掌握基本概念、公式的物理意义、应用范围和各项参数的含义等。同时，增加了泵与风机（即流体机械）部分内容，将前面的基础理论与实际应用相结合，要求学生了解流体机械的基本构造及工作原理，掌握计算运行参数及设备选型的方法。例如增加了叶片式泵与风机的理论基础内容，主要掌握离心式泵与风机的工作原理、工况分析及选择和安装的方法，其他类型的往复泵、真空泵等也会做介绍，拓宽学生的知识面。
2.2 教学方式的改革
完善教学手段，增设实践讨论课，培养学生的综合应用能力。多媒体教学手段会增加授课内容，提高讲课速度，但会使教师忽略学生对课件内容的理解消化需要时间，导致学生的思维跟不上教师的讲课速度。因此，在教学过程中，需要将多媒体技术和传统板书有机结合起来[3]。利用ppt课件中的视频、声音、动画等直观的表现方式展示流体流动的状态、流体机械的内部结构、工作原理等难于用语言和文字描述的内容，帮助学生理解书本中抽象的文字和图片。而公式推导过程、各参数意义及计算方法等则采用板书书写的形式，这样能更好地引导学生的思维，使学生对课程内容有足够的时间消化吸收。为充分调动学生的学习积极性，授课方式由单纯的教师讲，学生听，改为教师、学生一起讲。增加实践讨论课，让学生将所学内容与实际相结合，举出各种流体力学中的原理在实际生活中应用的例子，并制作ppt课件对实例加以解释，培养学生的综合应用能力。课后作业做到少而精，并增加与生活中密切相关的问题，提高学生完成作业的积极性。作业的内容既包括上节课重点又能引出下节课的难点，起到“承上启下”的作用。遇到不懂的地方，鼓励学生们自己查资料解决，培养学生独立思考和解决问题的能力。
2.3 考核方式的改革
提高平时成绩的比例，丰富试题内容，综合考查学生能力。课程的结课成绩由平时成绩和期末卷面考试成绩综合决定，平时成绩所占份额由原来的10%增大到30%以上，期末试卷成绩比例由原来的90%降到70%以下。平时成绩的考核内容除包含出勤率外，还包括课堂听讲情况、回答问题情况、作业完成情况、实践讨论课参与情况等。这种综合考核方式可以减少考前突击现象和考试抄袭现象，对于学生的学习起到督促和帮助的作用。同时，调整期末考试试题内容，对于选择、填空等客观题量减少，主观发挥题量增加，并且主观题不局限于教材后习题，而是选择更贴近日常生活的各种常见问题。
以“卓越计划”的目标为前提，我校进行了上述方面的改革，达到了较满意的教学效果。选择合适的教学方法，激发学生学习的主动性和积极性，培养学生独自分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新意识，提高学生的综合素质是教学工作者的最终目的。“教学有法，教无定法，贵在得法。”不同的教学方法适用于不同的范围和条件，寻找一种适合“卓业计划”的教学方式仍是工程流体力学教学改革的一项艰巨的任务。
参考文献：
[1]黄芬霞.《工程流体力学》教学改革的探索[J].吉林教育，2009，（5）：46.
[2]谢海英.《工程流体力学》在环境工程专业中的教学探讨[J].教育教学论坛，2013，（43）：95-97.
[3]张春桃，王海蓉.基于“卓越工程师”培养目标的化工原理精品课程改革探索与实践[J].化工高等教育，2012，（128）：15-17.
作者简介：刘莹，天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300387
