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开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇工程流体力学概念，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：行业类高校；高等流体力学；电力特色
作者简介：张莉（1973-），女，河南商丘人，上海电力学院能源与机械工程学院，教授；李永光（1957-），男，湖南长沙人，上海电力学院科研处处长，教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海电力学院研究生学位课程建设项目（项目编号：YKJ-2012004）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）04-0086-02
2007年，上海电力学院（以下简称“我校”）热能工程二级学科首次招生，“高等流体力学”首次开课，授课人数20余人，随后几年间授课人数逐年增长。2012年我校动力工程与工程热物理一级学科又增设了工程热物理、动力机械及工程两个二级学科，“高等流体力学”授课范围扩大的同时，授课人数也增加到60余人。但是鉴于我校研究生数量较少、研究生培养历史较短以及师资力量相对薄弱等方面的原因，课程教学的教材只能选用已有的教材。在组织教学内容的过程中发现，大多数教材普遍存在一些问题，如过于强调基本理论、对数学知识的要求偏高、工程应用方面涉猎很少，或者有些工程学科专业的相关研究生教材又往往缺乏理论深度，工程应用背景针对性强，有的强调高速气动、有的强调水动叶栅流动、有的强调涡动力学等等。鉴于此，作为行业类非重点高校，在“高等流体力学”课程的教学中有必要结合我校电力特色进行教学内容和教学模式的研究和探讨。
一、课程教材的调研
为了能更好地做好此次教学研究工作，课程组首先对高校相关研究生专业的“高等流体力学”教材进行了调研，分别对清华大学、西安交通大学、上海交通大学、浙江大学、东南大学、华中科技大学、华北电力大学、东北电力大学等国内若干所大学相关课程的教材及内容做了简单分析。
从调研情况看，所有高校都对流体力学的基本理论很重视，主要教学内容均包括了流动的基本概念和基本方程、流体运动学、势流理论、涡旋流动、理想流体流动、粘性流体流动等，目的是使研究生通过学习流体的运动规律，掌握研究流动的方法进而分析解决实际的工程流动问题。同时，各高校的教材和主要教学参考书还注重与自身学科研究方向的结合，课程的某些重点内容与培养方向相接轨，突出了自身的特色。通过调研发现，“高等流体力学”作为研究生学位课，其教学内容在注重理论基础的同时，还必须要与自身的相关学科研究方向相结合，在注重通用理论的基础上，形成自己的特色。
二、我校授课对象的情况分析
做好此次的教学研究工作，还必须对我校的授课对象有一个清楚的认识。目前，“高等流体力学”已列为本校工程热物理、热能工程、动力机械及工程三个二级学科的研究生学位课程。尽管上述三个二级学科涉及能源、动力、机械等宽广的工程领域，但结合我校的电力特色，这三个二级学科主要是为电力行业培养高级的专业人才，而在电力行业中流动现象多存在于流体机械、动力机械、换热设备、容器、管道等部件，因此，在教学内容上应在透彻讲解流体力学微分方程组的基础上，注重联系工程实际，偏重于讲解流体在上述部件中的流动以及与这些部件间的相互作用。
研究生生源的实际情况也是教学过程中需要考虑的因素。到目前为止，我校共招收6届研究生，通过向历届学生了解发现有以下情况存在：部分同学跨专业（如：数学专业、电力系统及其自动化专业、计算机与信息专业等）考入学校，本科阶段没有学习过“工程流体力学”课程；即使是研究生与本科专业背景相同的同学，他们也普遍认为”工程流体力学”较难，硕士入学考试时，大都不选考“工程流体力学”，这也使得他们可能在大三、甚至大二学完以后，再也没有系统地梳理过流体力学知识。由于各高校专业方向的侧重点不同，大部分同学对电力行业内的流体知识也不是特别了解；考入学校的学生多数为调剂生，入学成绩整体不高。这些情况都表明，我校硕士研究生入学时的流体力学知识基础相对比较薄弱，需要在授课过程中讲授深层次新知识的同时，及时地对基础知识进行回顾和提醒。
三、教学内容的组织
基于以上的调研和分析，课程组首先对教材进行了选取，对教学内容进行了组织。
1.教学目标的明确
“高等流体力学”是为工程热物理、热能工程以及动力机械与工程专业研究生设置的专业学位课程。根据专业人才培养的需要，结合长期本科教学的经验，确定了课程的教学目标：通过对流体力学的基本概念、基本方程、理想不可压缩流体的流动、粘性不可压缩流体的流动、层流边界层与紊流流动、理想可压缩流体等内容的学习，深化学生对流体力学基本内容的理解，提高学生的理论水平，为相关专业课程的学习、课题的研究及论文的撰写打好理论基础。
2.教材的选用
“高等流体力学”是动力工程及工程热物理学科的一门传统课程，有很多课程教材可供选用。通过调研比较，西安交通大学有关电力生产的学科研究方向与我校的研究方向比较吻合，其在“动力工程及工程热物理”一级学科中的学位课 “高等流体力学”选择了西安交通大学出版社出版、张鸣远等编著的《高等流体力学》一书作为教材，课程组通过对该书内容的分析，也一致认为张鸣远等编著的《高等流体力学》比较适合我校侧重于电力人才培养的需求，因此决定选用该书作为本校“高等流体力学”课程的教材。与此同时，将调研中搜寻到的各有特点的教材作为参考书目推荐给学生供他们参考使用。
3.教学内容的组织
在进行“高等流体力学”课程教学内容的组织时，结合我校研究生培养方案和学科建设，既照顾到经典流体力学的通用知识，又重视课程知识的针对性、行业应用的特殊性、学生学习的兴趣以及与学校其他研究生课程的关联性。课程内容的组织主要从以下几个方面考虑：
（1）奠定扎实基础。“高等流体力学”是一门系统性、逻辑性较强的课程，作为硕士研究生的学位课，在加深学生对流动所伴随的物理现象的认识、概念的建立及规律分析的同时，还应努力加深学生学科知识分析和研究问题的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解决流体力学问题的水平及能力。
（2）突出电力生产特色。针对我校研究生的专业背景和学科研究方向，强调本学科与电力生产流程和设备的结合，强化学生应用流体力学知识，认识并解决相关电力工程问题的能力。教学内容应注重理论与实践相结合，保持基础理论知识与工程应用知识的相对平衡。
（3）注重课程的关联性和完整性。在关联性方面，首先与本科阶段的教学内容要有恰当的分工和衔接，其次要避免与其他相关课程之间缺乏衔接；在自身内容体系的完整性方面，既要注意到对数学知识回顾和补充的必要性，又要对工程中不常见的复杂流动概念的介绍有所兼顾。
考虑以上几个方面，课程组将教学内容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量运算分析”、“场论知识”的回顾以及曲线坐标、张量分析知识的补充；第二部分“流体力学的基本方程”主要介绍流体力学的基本概念，流体力学的控制方程组以及一些相关的重要定理；第三部分“理想不可压缩流体的流动”介绍平面势流，空间轴对称势流和理想流体中的旋涡运动，其中对平面势流里的复位势、叠加法、镜像法和保角变换法做重点讲解；第四部分“粘性不可压缩流体的流动”中介绍纳维―斯托克斯方程的精确解，小雷诺数流动，层流边界层流动和紊流，其中对工程中应用较多的层流边界层流动和紊流做重点讲解；第五部分“理想可压缩流体的流动”分别介绍一维流动和平面流动，其中对一维流动做重点讲解。
四、教学模式的探讨
学生的学习情况在不断地发生变化，这就需要教师不断根据实际情况，进行教学模式的探讨，充分调动学生学习的主动性和积极性，使他们在有限的学习时间中学习好内容繁多的“流体力学”。
1.教学方法
“高等流体力学”是一门基础课，基本概念和基础理论部分内容较多，涉及的公式推导也比较多，传统的“黑板板书”的教学手段对教学信息的处理和呈现都比较单一，造成学生对于传热学内容的理解和掌握有一定的难度。为此，课程组以教材为蓝本编制了电子课件，教学中采用板书与多媒体相结合的教学模式，突出传统板书中能够清晰讲解复杂理论推导的优点，充分利用多媒体教学信息量大、图像清晰生动的特点。经过一段时间的尝试，这种教学方法既达到了避免研究生在课堂上因长时间精力高度集中而产生疲劳的问题，又有利于他们理解并掌握复杂的流体力学基本理论的教学效果。
2.教学手段
尽管本课程以课堂讲授教学方式为主，但要避免“填鸭式”的讲授，要注重以启发式讲授为主的多种教学方法的综合应用，提高课堂教学的趣味性，以提高学生学习兴趣和主动性。课程组结合本科“工程流体力学”多年的教学经验，在教学过程中注意做到几个注重：注重物理概念与数学方法的有机结合，强调物理含义的数学表示以及数学内容的物理解释；既注意严格的理论推导，又注意叙述的深入浅出；注重教学思路，教学方法，在引进概念介绍方法时，突出解决问题的思维方法及推理要点；注重从与教材不同的角度或思路来讲述同一教材内容，以丰富学生思维和联想能力；注重引导学生围绕课程内容，发现问题、提出问题、解决问题，同时再结合课程组教师的科研积累，搜集并提炼出了大量与电力生产紧密关联的工程案例，通过案例的讨论和分析，增强学生学习理论知识的兴趣，提升课堂教学的互动效果，增强学生运用理论知识分析并解决工程实际问题的能力。
3.辅助教学
仅仅通过课堂上对教材的学习是远远不够的，还必须配套地做大量的习题，才能较好地使学生掌握具有理论性强、公式多、数理基础要求高的“高等流体力学”课程。考虑到我校研究生教学的特点，课程组根据教材的主要内容编写了典型习题集。习题集力图做到习题具有典型性，能够对应教学内容的各个知识点，学生通过习题的练习，能有效地掌握教材中的基本知识。此外，习题集中的习题也尽可能地结合电力生产中的流动问题，帮助学生对专业关联工程问题进行认识和思考，培养学生应用知识的能力。
4.课程考核
课程考核成绩应该能够较为客观地反映学生对课程的整体学习情况。为了全面地反映学生的全程学习过程和最终的学习效果，课程组经讨论明确了课程的总评成绩由平时成绩和期末考试成绩综合评定得出，平时成绩与期末考试成绩的分配比例是2∶8。平时成绩包含作业、考勤、课堂表现等几部分。期末考试采用笔试形式，考试试卷从建立的试卷库中随机抽取。
期末考试是课程考核的重头戏，为了提高学生的学习积极性，同时也为了增强教师的工作责任心，实行考、教分离是一个较好的督促办法。为此，2012年课程组根据课程的教学要求组织编写了试卷库。试卷库中的试题符合教学大纲的要求，内容丰富、形式多样、题型一致，试题表述清楚，要求明确，无偏题、怪题，难易得当，考核的知识点覆盖面宽，能考核学生掌握知识以及应用知识进行综合分析能力的情况。此次编写的试卷库共包含试卷6份，至少够三年使用，随着试卷库的使用，课程组还拟将对试卷库进行不断扩充。
五、结束语
“高等流体力学”的日常教学工作一个任重而道远，为了适应高等流体力学服务于日新月异的学科发展的需求，提高该学位课程的教学效果，更好地为本校研究生人才培养服务，课程组将把教学研究工作不断地持续进行下去，搜集最新最前沿的相关信息以补充教学内容，探讨教学模式以提高教学效果，及时对习题库和试卷题库进行更新。相信只要教师多花一点时间，多动一点脑筋，多找一些教育学生的切入点，因材施教，一定能取得好的教育效果。
参考文献：
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[3]王献孚.高等流体力学[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.
[4]王松岭.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2011.
[5]周云龙.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2008.
[关键词]流体力学 教学方法 生活常识
一、前言
《工程流体力学》是机械类各专业的一门重要技术基础课，该课程主要讲述流体力学的基本原理及其在工程中的应用。它是为学生后面专业课的学习的基础，对学生的要求较高，但由于该课程对学生的高等数学、大学物理、工程力学以及综合分析和处理问题的能力的要求较高，因此学生普遍反映是一门难学的课程。为了让学生较好地学习这门课程，任课应该做到以下几点。
二、方法
1.上好绪论课
绪论课不仅仅是指《工程流体力学》课程教学的开始，同时也应该是每一章的前言介绍。
在绪论课的教学上，教师应该把握以下三点：(1)树立学生学习该课程的信心。由于上新课的学生可能从各种渠道了解的流体力学是一门难学的课程，从而对该课程产生畏惧感，学生就会带着一种逃避心理去学习，仅仅接受课堂上的知识，而自己不去钻研思考，这样是学不好该课程的。教师要让学生感觉到，这门课程并不难学，其实我们在中学的时候已经接触到了其中的很多内容，只是现在表述发生了变化或者增添了新的内容，使该学科体系更加完善、合理；(2)教师需要激发学生的学习兴趣。兴趣是学习的最大动力，教师应该让学生直观形象地了解工程流体力学的广泛应用性以及内容的趣味性，将一些学生感兴趣的与日常生活或生产实际有关的例子介绍给学生；(3)突出课程的重要意义和实践价值。教师应在绪论课中做到精心组织策划，让学生了解该学科体系的研究对象和研究方法，让学生知道为什么要学习该课程，在今后的学习中应该用什么样的方法去学习。
在大多数的教材中，在每一章之前，都会有一段比较简短的文字介绍，告诉学生本章的知识点以及相应的学习方法，这是比较重要的一个部分，能够使学生站在一定的高度把握整章的内容，知道各知识体系之间的相互结构，但是学生在阅读的时候往往会忽略的，以至于学完课程之后，只能对简单的问题进行分析处理，遇到复杂的问题就不知道从哪个地方着手，因此需要教师在讲课时加以强调。
2.及时对所学内容进行总结
工程流体力学是以流体作为研究对象的，所涉及的概念比较多，容易让学生产生混淆。如果及时的对所学内容进行总结，就会加深学生对概念的理解和记忆。例如，流体力学中有几个比较重要概念，理想流体、定常流动、不可压缩、平面流动、无旋运动等等，在任何一本教材中，这些概念都不是同时出现的，学生可能会对某些概念产生遗忘，或者是知道概念，但不知道具体该如何去应用，因此在相关概念介绍完之后，可以建立如下的表1，使个概念的物理含义，数学表达式一目了然。由于目前流体力学教材大多按照由浅入深的原则编写，即先讲静力学后讲动力学；先讲一元流动后讲平面流动；先讲理想流体后讲粘性流体。各章的内容分得比较细，每一章都有许多公式和理论，各公式的得出也分别采取了不同的方法，给人以流体力学的理论模型和公式非常之多难于掌握的感觉。实际上，这些理论和公式大多是交叉重复的，因此对于教材中出现的流体静止的微分方程、理想流体的运动方程以及N-S方程也可以放在一起加以总结。
另外，在有些时候，学生学完了一章的内容，却不清楚这一章到底在研究一个什么问题，这就更需要教师在上课时进行总结。以文献[1]的第四章为例，在前面的及格小节中介绍了流体运动状态、紊流的分布状况等等，学生学完之后往往会产生疑惑：为什么要研究这些东西?其中哪些是重点?作为教师应该及时告诉学生，这一章研究的是如何计算粘性流体的流动损失，其中关键的是沿程阻力系数的计算，而沿程阻力系数与流体流动的状态有关，层流可以有定解，而紊流中影响沿程阻力系数的因素过多，大多数用半理论半试验的方法求解，前面的内容是为后面做铺垫的，主要讲述了研究流体的一种思路，这样学生才能够站在一定的高度去学习和思考。
表1 物理概念和表达式的对应关系表
3.将流体力学知识与中学知识和生活联系起来
学生在学习的时候，往往会把自己新学到的知识和原有知识进行联系，同时做出比较。教师应该掌握学生的学习心理，积极引导学生进行学习。例如在讲解伯努力方程时，为了加深学生对公式的记忆和理解，可以将方程两边同乘以mg，所得到的结果类似于中学所学到的机械能守衡，首先使学生了解到伯努力方程的实质是能量守衡；但是与机械能守衡相比多出来pm/ρ=pV一项，可以解释成因为流体的流动性，整个流体不是一个整体，流体之间还存在压力能的作用，让学生进一步理解的流体的流动性所产生的影响；最后可以使学生清楚地理解每一项的含义：位置水头、速度水头以及压力水头。同样的，在学习静止液体的压强分布是可以和中学的压强计算公式联系起来，学习动量方程的时候可以和中学的冲量定律联系起来等等。
流体力学的理论性较强，公式较多，学生的理解比较困难，也缺乏相应的学习兴趣，需要教师在讲课过程中不断和生活相联系。需要教师在课程的讲解过程中，多穿插一些实际生活中的现象，与课本中的理论结合起来讲，可大大提高学生的学习兴趣。例如，在讲流体的粘性时，可以让学生比较水的粘性和糖浆的粘性；在讲解流体流动的两种状态的时候，可以让学生回想轻轻打开水龙头时的现象：开始水流是一非常细的层流细流，随着水流下降，在重力加速度作用下，速度逐渐加快，水滴开始飘动，水流由层流转化为紊流；在在讲解因边界层分离而产生的压差阻力，可以谈谈现实中的克服压差阻力的方法，一是将物体表面做成流线型(如汽车)，二是增大物体表面的粗糙度，增大紊流度(如垒球)，从而推迟边界层的分离。
4.注重对学生学习方法的培养
“授人以鱼，不如授人以渔”。《工程流体力学》不同于其它力学，所用的研究方法――欧拉法――是学生首次遇到的，让学生掌握方法显得尤为重要。另外，由于课堂教学时间的限制，教师不可能把每一个问题都讲透彻，就需要学生自己课后去领悟。例如，在讲解水击的形成、音速以及激波的时候，为了满足定常的条件，都用到了相同的坐标建立方法和分析方法，教师在课程上只需要讲清楚一个问题，剩下的只需要强调几个物理现象之间的区别以及由此产生不同的结论就可以了，这样既提高了了学生学习学习方法的能力，又节约了课堂教学时间。同样的还有流体运动方程的推导、相似准则数表达式的推导等等。
三、结束语
综上所述，上好绪论课、及时对所学内容进行总结、将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是教师在讲授《工程流体力学》课程中需要注意的几个方面，这四个方面在实际讲课中并没有明显的界线，是相互联系的：上好绪论课是课程前的准备，及时对所学内容进行总结是课程后的复习，而将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是方法和手段。如何提高《工程流体力学》课程的教学水平是一个十分广泛而复杂的课题，以上只是笔者在教学改革中的一些体会和认识，其中许多问题尚需进一步探索和研究。
参考文献：
[1]莫乃榕. 工程流体力学[M].华中科技大学出版社，2000.
[2]高殿荣，吴晓明.工程流体力学[M].机械工业出版社，1999.
[3]W.F.休斯， J.A.布赖顿.流体动力学[M].科学出版社，2002.
[4]李文科.流体力学与流体机械课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版).
关键词：工程流体力学；教学改革；大学；专业基础课
中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）03-0030-02
“工程流体力学”课程是以高等数学、大学物理、工程力学、工程热力学为基础，集概念、公式、实际应用于一体的一门专业基础课。该课程基本概念抽象，公式结构复杂，实际应用众多，尤其在石油行业尤为突出。石油工业中的许多问题都要采用流体力学理论解决，诸如钻井液循环压力和流速的设计，套管强度的校核，采油过程中油井采出的流体在泵或井筒内的流动规律分析，地面管线的布设，管径设计，管线强度的校核，压差与流量之间关系的确定，输液泵的选择和安装位置的确定，储油罐强度的校核，油品装卸时间的计算，油品和天然气的计量，气蚀和水击等现象的预防等。解决这些问题，要求从事石油工程技术的科学工作者必须具备“工程流体力学”知识，以便在石油工程的建设和管理中更好地发挥作用。为了使学生能够更好地学习掌握该课程的内容，教学环节尤为重要。对如何设计教学环节，本文主要从以下四个方面加以说明。
一、教学由多媒体与板书共同完成
教学板书是教师教学思路的整体反映，是教师在教学过程中引导学生学习，帮助学生理解和记忆，以及启发学生思考的重要手段，是教学过程中不可缺少的组成部分。教学板书以文字、符号、图表等手段将教学内容直接诉诸学生的视觉，丰富了学生的感知表象，有助于学生吸收和掌握知识信息。在授课过程中，笔者把学生对使用板书和多媒体的意见进行调查，90%的学生更倾向于使用板书教学。
由于“工程流体力学”课程，基本概念多、难理解，公式复杂难懂，采用板书边写边讲解，给学生留有足够的时间去理解，去认知，接受起来更容易一些。但是流体本身运动复杂，没有固定的形状，在外力作用下，流体流动状态、流动规律是什么样的，在板书上表达起来可能不够准确，不够形象、逼真；而采用多媒体[1]，将其制作成图片或动画课件，则直观明了，生动具体，给学生在视觉上以新颖的感觉，在头脑里的印象会更深刻一些。比如：讲工程流体力学的发展史，单纯讲授枯燥无味。此时，制作多媒体课件展示给大家， 比如弧线球也称香蕉球，找一个足球明星踢弧线球的视频放里面，边放映边讲解，学生很感兴趣，还学到了知识，同时也激发了学生的学习热情，起到了很好的引导效果。
二、将计算流体动力学软件融入到理论教学中
“工程流体力学”一般采用理论方法、实验方法和数值计算三种方法研究，其中，数值计算就是使用计算流体动力学软件计算[2]，是当今比较常用也比较流行的方法。计算流体动力学（简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD可以看作是在流动基本方程控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定漩涡分布特性、空化特性及脱流区等。CFD方法克服了理论方法和实验方法的局限性，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计算机上做一次物理实验。例如，机翼的绕流，通过计算机并将其结果在屏幕上显示，就可以看到流场的各种细节；如激波的运动、强度、涡的生成与传播、流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有区别。
目前，CFD软件中比较著名的就是Fluent软件。所以可以在教学中使用Fluent软件模拟，给学生展示流动规律和流动结果。例如：冯・卡门涡街，不同形状物体绕流使用Fluent进行模拟，既直观又能清楚地展现流动规律，同时对流体本身产生无限的向往，对“工程流体力学”课程充满了期待和兴趣，为学生以后学习软件打下了基础。
三、实施双语教学
随着我国与世界的接轨，随着世界一体化进程，迫切需要大量精通两种以上语言的人才，作为一种培养国际化人才的有效手段，双语教学势在必行。高等教育作为教育的前沿阵地，也要同国际接轨。双语教学本身就是我国高等教育国际化趋势的客观要求，对高校来讲，可以加强国内高校和国外高校的教学合作，高校之间的合作项目越来越多，有助于国内外专业领域知识体系的统一和完善；对教师来说，可以促进国内高校教师同国外高校教师的学术交流，国内高校教师可从中了解到很多世界前沿知识，并有效地传递给学生；从学生自身来看，打破了语言障碍，学生能够在专业技术领域内较好地将母语和英语这两种语言之间根据交际对象和工作环境的需要进行切换，有效地开展交流与合作，并且多掌握一种语言，就多了一份生存的手段，多了一份了解外部先进世界的途径，多一份机会。双语教学不仅可以培养学生运用外语解决实际问题的能力，而且有利于学生学习、掌握、精通一门外语（主要是英语），能够多一种思维方式，学会从多种角度，用不同观点看问题，进而提升竞争能力，同时也为培养“复合型”人才奠定了基础。
现今实施“双语教学”，既符合与时俱进的要求，又能够提升教学水平，这意味着在教学中实施“双语教学”势在必行。在“工程流体力学”专业基础课教学中改变使用单纯母语（汉语）的教学方式，将外语（主要是英语）运用于其教学的全过程之中，使之与母语教学互相融合、互相促进，既体现专业基础课教学的特色和针对性的同时，又能够全面提高学生的外语应用能力和综合素质，使教学更好地适应新世纪人才培养目标的要求。在“工程流体力学”教学中推行双语教学，使学生在双语教学课堂中提高英语水平，学会用英语表达专业知识，继而过渡到用英语去思维、求知、交流，以便熟练地用外语来解决实际问题。这种教学模式既符合经济迅速发展对涉外人才基本素质的要求，也符合大学各专业交叉融合的发展方向，是教学改革的重要内容。
根据“工程流体力学”课程的特点，在其教学中可以使用综合型教学模式。即对一些基本概念、基本理论，比较好理解的，可以采用浸入型；而对一些公式的推导，专业性比较强的，难于理解的采用过渡型。另外，将一些流体发展的历史、实例用多媒体教学手段进行授课，达到直观的效果。
四、注重实验环节
“工程流体力学”也是一门实验科学[3]。很多流体力学理论都是以实验为基础建立起来的，理论分析得出的结果需要通过实验来验证，而实验的进行又需要用分析得出的理论来指导。因此，实验是“工程流体力学”课程的重要组成部分，是必不可少的教学环节。它不仅是为了验证理论，有助于学生学好流体力学，而且是培养学生进行科学研究、提高独立工作和创新能力的重要环节。
随着大学教育的普及，受教育的人数迅猛增长，而实验教学设备与人数增长不成比例，导致教学和实验的间隔周期较长，使得实验前，有些学生并没有做好充分的准备，并且缺乏必要的理论复习，对即将做的实验相关知识没概念，致使理论和实验严重脱节，实验效果不佳。但是对学生的考核仅仅是一份实验报告，导致有些报告抄袭严重，甚至有些学生做实验，看别人怎么做就怎么做。这样，学生的动手能力、实践能力怎么能培养出来？更不用说培养学生的创新能力和发散思维。实验课是教学的必要环节，也是重要环节，不容忽视。
1.实验前，回顾与实验相关的知识点，让学生在短时间内了解本次实验和相关理论，这里的相关理论不是本实验的结论，实验结论应该由学生通过做实验总结出来；也可以将本实验过程录制成一段视频，让学生提前看一下，熟悉一下实验过程，视觉在人心中留的印象会更深刻一些，做到心中有数，这样真正自己动手做实验就不会茫然。
2.由于时间和设备的限制，实验只能就某一种情况进行操作，对其他条件变化时会有什么样的规律不能面面俱到，这时在实验教学中应用计算流体动力学软件演示也会收到很好的教学效果。所以，计算流体动力学软件不仅在教学中，在实验中的作用也是显著的。
3.在实验课教学改革的同时，实验课考核的方法也应该相应地加以整改。通过纯粹的书面实验报告和出勤率进行考核，学生互相抄袭，敷衍了事，实验做完后真正的原理还没弄明白。为了避免此类情况的发生，一方面，考核每个学生亲自动手做实验，边做实验边讲解，不仅能够锻炼学生动手的实验能力，语言表达能力相应地也有所提高，为此应该增加实验教师的人数；另一方面，除了增加实验课在最终成绩的比例（10%）外，还要在期末试卷中增加实验内容，以检验学生对实验的理解能力和掌握情况。
为了使学生能够更好地掌握“工程流体力学”课程的内容，教学需要改革，这就要求当代大学教师不断地尝试、不断地探索新的教学模式，充分调动学生的学习热情。本文针对“工程流体力学”这门专业基础课程的特点，提出了几点教学建议，希望对工作在一线的流体力学教师有点帮助。
参考文献：
[1]于靖博，张文孝，李广华.工程流体力学课程教学改革与实践[J].装备制造技术，2011，（11）.
关键词：启发－互动；对比式；讨论式
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）35-0065-03
《流体力学》是高等学校和职业院校众多理工科专业必修或选修的一门专业基础课程，在各个工程领域有着广泛的应用。但是，该课程理论性强、概念抽象，加之对数学知识要求较高，理论与工程实际结合困难，《流体力学》课程是众多学生难啃的一块硬骨头。“启发”式教学思想是：学生是学习的主体，教师充分调动学生的积极性，力促教师主导与学生自主相结合、书本知识与直接经验相结合。“互动”式教学强调两个“动”，即教师的“动”和学生的“动”。两种教学模式都有比较好的教学效果，笔者从这些年的教学中体会到，如果把两种教学模式结合起来，应用于《流体力学》课程教学或其他课程教学，可能更好地调动学生的学习主动性，培养学生自我解决问题的能力，提高教学质量和效果。
一、《流体力学》的教学现状
《流体力学》是一门应用型的专业基础课程，目前的《流体力学》课程教学呈现两个特点：一个是偏重于数学公式的推导，忽视它的物理意义和工程应用；另一个是忽视其基础地位，片面追求其为专业服务。这导致学生对这门课程学习上的困惑，一方面产生对该课程的恐惧和畏难，另一方面不能勾起学生的求知欲望和达不到对学习能力的培养。
1.课堂教学现状。课堂教学是《流体力学》课程教学的主体，但是目前，《流体力学》的教学手段落后、教学方法单一。大多采用“满堂灌”的教学模式，不注重学生综合素质的培养，导致学生学习积极性不强、教学效果不好，也不利于教师自身素质的提高。
2.实验教学现状。实验教学是《流体力学》课程教学的一个重要组成部分，是流体力学理论发展的重要基础，掌握流体力学的实验技能至关重要。但是，目前在绝大多数高校开展的流体力学实验多为传统的验证性实验，这种实验模式不利于学生对理论的理解，忽略学生的积极性、主动性、创造性，不利于学生综合素质的培养。
二、“启发－互动”式教学的探索
“启发－互动”式教学是一种教学理念，而不是一种教学方法。针对《流体力学》理论性强、工程应用广、概念易混淆、公式较多等特点，总结出以下几种适合于《流体力学》课程教学的“启发－互动”模式。
1.对比式“启发－互动”。在教学过程中，对比“启发－互动”模式教学包括以下几种：（1）相近或相反对比：将概念相近或相反的进行对比，达到条理清晰、对比鲜明、便于记忆的目的。例如，在讲解系统与控制体、研究流体运动方法（欧拉法和拉格朗日法）、流体运动的概念（流线与迹线、恒定流动与非恒定流动，层流与湍流）等就可以采用对比“启发－互动”。具体案例：在讲解控制体和系统时，可以以老师清点学生迟到人数为例，把学生看成系统，而把学生出入的教室门看成控制体，系统是可以变的，而控制体则是固定不变的。在讲解欧拉法和拉格朗日法时，可以将上一个问题进一步深入，老师清点迟到人数有两种方法，一种采用跟踪每一个迟到的学生，记下迟到学生人数，这种方法就如拉格朗日法（俗称“跟踪法”），另一种则是老师站在门口，记下迟到学生的名字就可以知道迟到学生人数，这种方法就如欧拉法（俗称“布哨法”）。而后将问题进一步延伸，你可以询问学生哪一种老师的方法更聪明，进而告诉他我们课程中研究流体运动的方法是欧拉法，但是采用拉格朗日法也有其更大的优点。通过这个案例，学生就更好地理解了概念，也方便于记忆。（2）新旧对比：将以前学过的与刚学过的知识对比，便于学生在旧知识的基础上加速对新知识的掌握。便于记忆和理解两种方程的理解、记忆和应用。（3）理论与实践对比，使抽象的内容更为具体化，加深学生的认识。例如，讲完理想流体的伯努利方程和实际流体的伯努利方程后，可以讲解它的工程应用，进一步加深对两个方程的理解和认识。
2.讨论式“启发－互动”。课堂教学中，采用讨论式教学也是一种比较好的一种教学形式，它是学、思、论的一种动态融合，同时具有一定的趣味性。这种教学形式的效果取决于以下几个方面：（1）讨论题目的选取；（2）讨论气氛的协调；（3）老师的总结；（4）学生思维的延伸。例如，在讲第一次课的时候，我就会给以下几个问题思考：光滑球和粗糙球在空中运行的距离哪一个更远？小鸟在空中飞行靠的是空气的浮力吗？……当然，学生只能做一些自我的选择性判断，但是这就引起了学生对这门课程的一些兴趣。到了我们要学习绕流问题的时候，在上这次课之前，我会把一张白纸用手拿着放在嘴前方，使白纸自然下垂，然后教学生跟我一样操作，朝纸的上方吹气，观察纸的运动方向，提出为什么纸是向上运动的？待把绕流问题讲完以后，我们就可以把第一次课的问题拿来与学生进行讨论了，找出这几个问题的共性，并加以对以上问题的总结，学生以前思考的答案是否是正确的？指出他的错误所在。同时，也可让学生发挥自己的想象，是否身边也有和这相关的自然现象和工程实践。从教学效果来看，讨论式“启发－互动”教学给了学生一个良好的学习氛围，让学生参与到问题中去，提高了学生的思考能力和创新能力。
3.作业“启发－互动”。作业“启发－互动”包括课堂练习和课后作业启发“启发－互动”。当然，课堂练习和课后作业这两种模式在传统式教学中也广泛采用，重要的是“启发－互动”。在课堂练习中，老师选择的题目要有典型性、综合性和实践性，重要的是实践性，题目一定是要与工程应用相结合，老师必须拿出一个工程问题或工程中的某一部分，在教师启发和提示的基础上，让学生参与讨论，逐步深入，达到学习和应用相结合。例如讲解虹吸管应用问题，我们可以拿抽水马桶为例，学生可能不知道虹吸管与马桶怎么就套上关系了，边讲解边讨论，最后就明白了抽水马桶就是一个虹吸管，而虹吸管的原理就是伯努利方程的工程应用，伯努利方程的解题步骤“三选一列一找”（选基准面、选计算断面、选计算点、列伯努利方程、找边界条件和初始条件）就一目了然了，最后计算得到答案。通过有代表性的课堂习题训练，比传统的讲解一些例题更为学生所接受，便于学习和巩固所学知识。课后作业也是对所学知识的一种巩固，一方面作业的量要适度，做到少而精，避免学生因任务繁重而互相抄袭，另一方面改变传统的“学生作、教师批”的模式，让学生参与到作业批改过程中去，具体做法是：老师先粗略看一下作业，将典型错误做好记录，并随机发给不同的学生，让学生互相批改，不能自己批改自己的，批改时必须指出错误之处并要求改正，而且必须签上批改人的姓名，最后提交老师由老师审阅，相应给出两个成绩，一个作业成绩，一个批改作业成绩。这样就提高了学生的主动性、思考能力和判断能力。
4.实验“启发－互动”。实验教学是《流体力学》教学中一个不可缺少的部分。在传统开设的流体力学实验中，多为验证性实验，为了提高学生的动手能力和创新能力，建议开设应用性实验和设计性实验。应用性实验如毕托管测流速实验，必须学生自己动手操作，而且希望学生能上网或其他途径了解其它一些用来测流速的仪器，了解不同仪器的测速原理，同时鼓励学生自己制作简单的测量流速仪器。设计性实验如模型试验，拟出实验题目、提供实验设备和条件，或学生自行购买实验用料，要求学生自行设计实验方案、实验步骤、处理实验数据，撰写实验报告等，提高学生的动手能力，发挥学生的想象空间，开发思维能力和创新能力。
“启发－互动”式教学思想的核心是启发学生的思维，将教与学有机地结合，充分调动学生的自主积极性，使课堂教学枯燥转为生动，从被动转为主动，从机械转为灵动。教师在教学中要明确自己的定位，充分启发学生的思维，调动学生学习的主动性、积极性和创造性，这样才能使学生在《流体力学》课程的学习中获得一个良好的教学效果。当然，如何提高《流体力学》教学效果是一个不断探索的过程，需要教师在教学过程中，不断地探索及总结经验，这样，才能不断地转变教学理念、改进教学模式，直至取得良好的教学效果。
参考文献：
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[3]吴银树，刘妍，于薇.流体力学教学改革与实践[J].北华航天工业学院学报，2012，（2）.
关键词 流体力学； 模拟分析； ABAQUS
中图分类号TP31 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0199-02
0引言
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）的研究始于上世纪70年代早期。经过几十年的发展，已经成为一门综合运用物理学、应用数学及计算机科学模拟流体流动状态的工程科学。到了上世纪80年代中期，流体力学的研究重点开始转移到对由Navier-Stokes方程描述的粘性流的模拟。与此同时，具有不同数值复杂性和精确度的湍流模型种类也逐渐演变而成。如今最先进的扰流模拟方法由直接数值模拟方法（Direct Numerical Simulation）为代表，可是这种方法并不能很好地用于工程领域。
到了80年代末，利用了数值方法，特别是隐性数值方法的先进性，需要进行真实气体模拟的的流体模拟也渐渐变得可行。目前，CFD方法已经广泛用机、汽车、轮船的设计，以及天气预报、海洋学研究和天体物理学等方面。CFD方法在工程科学及某些物理科学的研究中已变得越来越重要。
ABAQUS/CFD是集成在ABAQUS软件包中用以求解流体力学问题的模块。ABAQUS/CFD采用混合有限体积法和有限元法的求解方法来计算不可压缩的层流和湍流问题，具有较高的求解精度，在集成的FEA-CFD多物理环境中能获得可扩展的CFD解。本文通过一个流体力学的例子，简单介绍在ABAQUS/CFD中进行流体力学分析的基本步骤，并对计算结果进行了初步的分析。
1 流体力学控制方程
从流体力学连续性方程、动量方程和能量方程可以推导出非定常三维可压缩粘性流动的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。
1.1连续性方程（continuity equation）
非守恒形式：
守恒形式：
1.2 动量方程（momentum equation）
2.1建立CFD模型
ABAQUS/CFD在进行流体力学分析时需首先建立流体的模型，本例中流体流经长10m，宽3m，高0.2m的长方形管道，管道中央有直径为0.5m的圆柱体。见图1。
2.2定义流体及网格划分
ABAQUS/CFD只能处理牛顿流体（Newtonian fluid， 指流体中的剪应力与剪应变不成线性关系），在本例中，流体的密度为1000kg/m3，粘度为0.1pa.sec，温度设为室温。
在本例中划分网格类型为具有8个节点的线性流体块（8-node linear fluid brick）， 在中央的圆柱壁上网格变为梯台状，见图2。
2.3. 分析结果
通过在ABAQUS/CFD中进行分析， 我们得到了以上例子的运算结果，图3a是容器内流体速度的分布情况，可见圆柱体
两侧流体速度较高。图3b是容器内流体压力分布的情况。
3 结论
本文首先介绍了计算流体力学的一般公式。基于ABAQUS/CFD平台，通过文中例子的分析，向读者介绍了ABAQUS/CFD软件的特点和一般使用方法分析了一个较简单的流体力学问题，并得到了该问题的流体速度和流体应力在分析域内的分布情况。通过运用ABAQUS/CFD软件，我们能得到一般流体力学问题中流体速度和应力较高的位置，并在设计和施工中予以一定的重视，对实际工程的设计和分析具有一定的参考意义。
参考文献
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[2]John D.Anderson，JR，Computational Fluid Dynamics：The Basics with Applications，2001.
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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。
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流体力学是力学的分支之一，其所研究的内容主要是流体在外力的作用下达到平衡以及运动的规律。流体力学在我国的技术性行业中占据了重要的位置，主要有机械、环境、石油、化工、土木等，也是上述行业所代表学科的基础课程之一。流体力学中包涵了张量、场论、复变函数、数值方法等理论内容，并与计算机知识以及光学测量技术等有机结合，是一门非常重要的学科。随着流体力学的发展和应用，流体力学的教学难度也随之增加，如何提高流体力学教学的质量，推进流体力学课程的改革与实践，本文将做阐述。
一、流体力学课堂的教学方法
流体力学是工程技术专业的基础课程，其课程性质决定了其课堂教学的内容理论性知识多、记忆量大，比较枯燥。学生在进行学习的过程中，容易产生乏味感和懈怠感，导致流体力学的课堂效果不佳，学生对知识点的掌握情况不好等问题。在课堂上学生无法做到全神贯注地学习和理解，也就使学生无法做到对知识点的有效掌握，就会使学生的学习兴趣下降。特别是流体力学与其他学科和行业都有一定的联系，学生在学习过程中如果不能理解所学的知识点，对其在其他相关学科中的学习也有一定的阻碍。由于流体力学是一门基础性学科，学生在进行学习时，其基本的任务是要将流体力学的理论知识与重点深入地理解和掌握，但学生往往忽视了基础知识以及理论知识的重要性，过分地关注在例如方程推导等内容上，使学生的学习出现断层，无法做到整体的理解和掌握。针对这些问题，教师可以在课堂中进行一定的改革和变化。首先，教师可以在每日上课前对本次课程所要讲解的内容进行引导。通过精彩的引言，将本次课程所讲的内容与前后知识点相结合，使学生能够得到具有极大吸引力以及趣味性的课堂形式。在进行讲解过程中可以将流体力学知识与生活中的自然现象以及科学原理进行阐释，从生活中带入，使学生产生共鸣，进而做到有效的学习。而在课堂结束后，为了保证学生的学习效果，检查学生的记忆效果，则可以为学生进行别致的课后作业，在课后作业的帮助下，使学生能够有效地记忆知识点和概念，使学生能够改善知识点掌握不良的情况，为学生在其他学科的学习中增添助力。而教师在教学过程中，对学生的引导也十分重要。学生在学习过程中，容易出现学习内容理解偏颇、学习方法不当以及学习的重点掌握不明等问题，这时教师应对学生进行积极有效的引导，特别是在概念的记忆方面，引导学生以记忆概念为主的学习方法，防止学生过分追求解题而导致的知识点记忆断层。教师在每章节的教学后，应对学生进行一定的复习教学与指导，帮助学生明确每一章节的重要内容，并对学生的知识理解做到有效的掌握和补充。
二、多媒体教学与传统教学相结合
多媒体教学作为当前较为先进的教学方式，对丰富教学内容，增添教学形式都有重要的地位和作用。多媒体教学目前也成为流体力学教学过程中重要的教学形式之一。多媒体教学与传统教学不同的地方在于，教师不需要在课堂上利用板书进行教学内容的展示和讲解，在教学过程中，能够加快教师的教学进度，使学生能够轻松地完成繁重的教学任务，并通过多媒体教学形式，在较为复杂且理解性较强的知识点的学习过程中，能够通过动画、图像、视频以及声音等内容进行辅讲解，使学生更好地理解所要掌握的内容。但多媒体教学也存在着一定的缺陷，例如在多媒体教学的模式下，教师不需要通过板书进行讲解和推导，学生理解和记忆的时间短，无法保证所有学生都能够做到对所讲知识有效地理解和掌握，而多媒体教学在师生互动方面也存在一定的缺陷，学生与教师的互动减少，教师则无法通过学生的反馈调整教学的进度和速度，使学生在高压高速的课堂氛围下进行学习，长时间就会造成学生注意力不集中，教学效果大打折扣。可见，多媒体教学与传统教学，在教学过程中缺一不可。可以通过对二者的结合，将多媒体教学与传统教学的优势与劣势互补，以做到最有效最积极的课堂教学形式和效果。
三、结语
综上所述，对流体力学的教学形式与教学内容进行改革和实践，能够有效地提升其教学水平，具有非常重要的意义。
作者：于艳 刘扬 张微 陶进 单位：吉林建筑大学城建学院
（浙江大学城乡规划设计研究院有限公司，杭州 310013）
摘要： 计算流体力学可以模拟正在规划的城市建筑群的小气候的数值，也可以较为准确的预测城市规划方案使城市楼宇、街道的小气候即将发生的改变，从而在城市规划设计中趋利避害。本文简要探讨了计算流体力学在城市规划设计中的应用，希望能给大家一些借鉴学习之处。
关键词 ： 城市规划；设计；计算流体力学
中图分类号：O243；TU984 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0096-02
作者简介：龚韩庆（1978-），男，浙江义乌人，工程师，本科，研究方向为城市规划。
0 引言
计算流体力学简称CFD，计算流体力学应用于城市规划设计中可以有效预测城市规划方案对城市楼宇、街区的小气候的影响，所以计算流体力学被越来越多的应用于城市规划设计，相对于一般的实验研究而言，计算流体力学具有应用成本低、计算速度快、周期短、效率高,可以任意模拟真实及理想的条件,计算流体力学后处理技术较完善,便于分析流体力学计算结果等优点。比如，在建设好的街道内存在风口，形成很大的局部风速，甚至可能直接对街区内的行人或者附近的建筑物造成影响。
1 计算流体力学在城市规划设计中应用的局限性
计算流体力学在城市规划设计中的应用存在一定的局限性，主要表现在计算流体力学必须要有准确的数学模型，并且在模拟数据中用离散化的方法处理数学方程时需要对流体力学计算中所碰到的收敛性、稳定性等问题进行分析，然而做的这些分析一般只对线性方程有效，对不是线性的方程则没有效果。而且计算流体力学受计算机内存、运行速度等计算机固有条件的限制，只有计算机的运行速度等硬件设施达到一定程度计算流体力学才会出现新的发展阶段。
2 计算流体力学的概念和在城市规划设计中的计算方法
计算流体力学的步骤为先确定了那些能够描述的连续变化的对象的流动参量的微分方程组后，然后采用计算数值的方法，通过离散化的方法用离散时间和空间的值来表示连续变化的参量，用代数方程组的形式替代微分方程组转，空间的离散位置可用计算网格上的节点来描述，最后流体运动特性是通过计算机求解这些离散的数学方程组来研究的，同时可以给出流体运动空间非定常或定常流动规律，这样的学科就是计算流体力学。计算流体动力学的工作程序建立体现物理现象或工程问题本质的数学模型就是模拟数值的出发点，就是要塑造体现问题每个量之间关系的微分方程唯一解前提及方程，寻找高精确度、高工作效率的计算措施，也就是塑造针对控制方程的数值离散化措施，比如有限元法和差分法、有限体积法等，编写程序和计算分析。计算流体力学涵盖了计算网格的划分、初始条件的导入和边界条件、假设控制参数等。在城市建筑物之间的空气流动为不稳定状态，并且建筑物的朝向、形态存在很多种变化、地形凹凸不一。所以，以准备流体力学计算对象的物理特性为基础，本文将进行CFD模拟的基本控制方程选取为k-ε双方程紊流数学模型，为适应规划设计中由于各建筑物地形、高度、形状等因素所产生的复杂网格体系我们采用贴体坐标系统。控制方程的通用形式为
方程中当q=1，表示方程的连续性；当q=u1，u2，u3，表示ξ1，ξ2，ξ（3曲线坐标）方向的动量方程；当q=k，表示紊动动能方程；当q=ε，表示紊动能耗散率方程，i，j=1，2，3，表示三维空间坐标的3个方向。式中Ui，J和Gij分别表示Jacobian速度变换矩阵、变换矩阵以及扩散量度矩阵。其定义分别为
方程（1）和（2）组成了整个求解区域小气候场的方程组。
3 对城市规划设计中应用计算流体力学典型案例的分析
为了探讨计算流体力学在城市规划设计中的应用，本文以某一个文化广场的规划设计为例详细阐述了计算流体力学在城市规划中的应用，希望能为大家更好的理解计算流体力学在城市规划设计中的应用。
3.1 计算流体力学的区域和网格 案例中进行规划的区域东边是一个已经规划好了的体育场，西边为一个山坡，南边和北边都已经盖好了建筑。根据规划区域的地形图和已有建筑的分布图可以生成一个计算流体力学的计算网格（如图1），这个规划设计中我们采用的是结构化的计算网格，该计算网格总共设置了68×67×31个计算流体力学的点，流体力学的分析计算范畴为1km×1km×50m。流体力学计算网格运用POINTWISE公司的计算流体力学网格生成软件包GRIDGEN生成。这个软件包是专门替流体力学的计算而编写的一种商业用途的计算流体力学生成网格软件，这个软件可以生成很多复杂形状的近体坐标计算流体力学网格系统，并且这个软件还能够比对优化生成的网格质量。因为流体力学的计算网格的繁琐性，流体力学的分析计算是比较麻烦的。这又是在城市规划设计领域应用计算流体力学的比较典型的案例。因为该案例的流体力学的计算区域非常的不规则，所以生成计算流体力学网格和计算流场将把工作重心放在解决不规则的流体力学计算网格所带来的一系列问题上，也就是如何控制网格的生成质量和怎么处理流体力学计算过程中由于不规则的计算网格所导致的和收敛性相关的问题。利用GRIDGEN这个程序同时通过该软件程序本身设置的简化算法，可以得到较高质量的流体力学计算网格；但是和收敛性有关的问题只能够以流体力学计算的求解程序为基础和使用者的经验来处理。在研究这个案例的过程中，我们运用拟不稳定状态的计算方法较快的收敛流体力学计算。这个方法就是从非稳态的算法开始以更深的研究稳态的问题，在一定的时间范畴内，进行N次的迭代，从而使得较为复杂的流动难题能够快速稳定的收敛于它的解。在流体力学计算领域，拟不稳定状态的计算措施是使流体力学计算得到收敛的一个行之有效的措施。
3.2 流体力学计算边界条件 在计算城市规划设计流体力学过程中确定适合的计算边界条件为流体力学计算运用于城市建筑规划领域探讨的一个很关键的方面。在实际的流体力学计算过程中，计算的区域除了上空采用开放的适意流动的边界，地面和规划区内建筑物表面采用固体的表面边界，其它4个方向的边界取值也将对流体力学的计算区域有较大的影响。因为规划区外已经存在的建筑物会对流体力学的计算存在一定影响，东南西北4个方向的边界条件的取值非常复杂。在本文的探究中，因为是简单探讨计算流体力学在城市规划设计中的应用，所以我们采取的是最简单的方式来设定流体力学计算的边界条件值。以某一些原则为依据，而且经过整理分析规划区域本地的气象文件资料，我们明确选取风向频率较高的北风和东北风作为流体力学的计算前提，选取的风力的大小会影响人群的生活、当地每年都会出现的10米每秒的风速作为导入的风速，并且不考虑城市规划区域外已经存在的建筑物对流体力学计算边界条件的影响。竖直方向的阶梯风也会影响流体力学的计算结果。本次研究采用的流体力学计算边界条件如下：地面和已有建筑物的表面为固定墙壁；天空为自由的流动边界，也就是滑移的界限。分析东北风的工况时：东面和北面为10×0.714m/s的风速入口，风向为东北方向时，南、西面为自由的出口边界。
4 结束语
综上所述，计算流体力学为城市规划设计做出了很大贡献，CFD很大程度上使城市规划设计更加合理，所以流体力学计算在城市规划设计中的运用会更加普遍，我们需要经常地了解总结流体力学计算在城市规划设计中的运用的经验，不断地对流体力学计算技术加以完善，使其更好地为城市规划设计做出贡献。
参考文献：
[1]李建强.流体力学在工程建设中的应用[J].华东交通大学学报,2001(4)：66-67.
力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分，静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系；动力学讨论物体运动和所受力的关系。
力学也可按所研究对象区分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支，流体包括液体和气体；固体力学和流体力学可统称为连续介质力学，它们通常都采用连续介质的模型。固体力学和流体力学从力学分出后，余下的部分组成一般力学。
一般力学通常是指以质点、质点系、刚体、刚体系为研究对象的力学，有时还把抽象的动力学系统也作为研究对象。一般力学除了研究离散系统的基本力学规律外，还研究某些与现代工程技术有关的新兴学科的理论。
一般力学、固体力学和流体力学这三个主要分支在发展过程中，又因对象或模型的不同出现了一些分支学科和研究领域。属于一般力学的有理论力学(狭义的)、分析力学、外弹道学、振动理论、刚体动力学、陀螺力学、运动稳定性等；属于固体力学的有材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等；流体力学是由早期的水力学和水动力学这两个风格迥异的分支汇合而成，现在则有空气动力学、气体动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等分支。各分支学科间的交*结果又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等。
力学也可按研究时所采用的主要手段区分为三个方面：理论分析、实验研究和数值计算。实验力学包括实验应力分析、水动力学实验和空气动力实验等。着重用数值计算手段的计算力学，是广泛使用电子计算机后才出现的，其中有计算结构力学、计算流体力学等。对一个具体的力学课题或研究项目，往往需要理论、实验和计算这三方面的相互配合。
力学在工程技术方面的应用结果形成工程力学或应用力学的各种分支，诸如土力学、岩石力学、爆炸力学复合材料力学、工业空气动力学、环境空气动力学等。
力学和其他基础科学的结合也产生一些交又性的分支，最早的是和天文学结合产生的天体力学。在20世纪特别是60年代以来，出现更多的这类交*分支，其中有物理力学、化学流体动力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁流体力学、热弹性力学、理性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球构造动力学、地球流体力学等。
运动学发展简史
运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。至于物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题。
用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系，因此，单纯从运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的。这里，运动的相对性是指经典力学范畴内的，即在不同的参照系中时间和空间的量度相同，和参照系的运动无关。不过当物体的速度接近光速时，时间和空间的量度就同参照系有关了。这里的“运动”指机械运动，即物置的改变；所谓“从几何的角度”是指不涉及物体本身的物理性质(如质量等)和加在物体上的力。
运动学主要研究点和刚体的运动规律。点是指没有大小和质量、在空间占据一定位置的几何点。刚体是没有质量、不变形、但有一定形状、占据空间一定位置的形体。运动学包括点的运动学和刚体运动学两部分。掌握了这两类运动，才可能进一步研究变形体(弹性体、流体等)的运动。
在变形体研究中，须把物体中微团的刚性位移和应变分开。点的运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，这些都随所选的参考系不同而异；而刚体运动学还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征。刚体运动按运动的特性又可分为：刚体的平动、刚体定轴转动、刚体平面运动、刚体定点转动和刚体一般运动。
运动学为动力学、机械原理(机械学)提供理论基础，也包含有自然科学和工程技术很多学科所必需的基本知识。
运动学的发展历史
运动学在发展的初期，从属于动力学，随着动力学而发展。古代，人们通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置的变化和时间的概念。中国战国时期在《墨经》中已有关于运动和时间先后的描述。亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念。
伽利略发现了等加速直线运动中，距离与时间二次方成正比的规律，建立了加速度的概念。在对弹射体运动的研究中，他得出抛物线轨迹，并建立了运动(或速度)合成的平行四边形法则，伽利略为点的运动学奠定了基础。在此基础上，惠更斯在对摆的运动和牛顿在对天体运动的研究中，各自独立地提出了离心力的概念，从而发现了向心加速度与速度的二次方成正比、同半径成反比的规律。
18世纪后期，由于天文学、造船业和机械业的发展和需要，欧拉用几何方法系统地研究了刚体的定轴转动和刚体的定点运动问题，提出了后人用他的姓氏命名的欧拉角的概念，建立了欧拉运动学方程和刚体有限转动位移定理，并由此得到刚体瞬时转动轴和瞬时角速度矢量的概念，深刻地揭示了这种复杂运动形式的基本运动特征。所以欧拉可称为刚体运动学的奠基人。
此后，拉格朗日和汉密尔顿分别引入了广义坐标、广义速度和广义动量，为在多维位形空间和相空间中用几何方法描述多自由度质点系统的运动开辟了新的途径，促进了分析动力学的发展。
19世纪末以来，为了适应不同生产需要、完成不同动作的各种机器相继出现并广泛使用，于是，机构学应运而生。机构学的任务是分析机构的运动规律，根据需要实现的运动设计新的机构和进行机构的综合。现代仪器和自动化技术的发展又促进机构学的进一步发展，提出了各种平面和空间机构运动分析和综合的问题，作为机构学的理论基础，运动学已逐渐脱离动力学而成为经典力学中一个独立的分支。
固体力学发展简史
固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。
固体力学研究的内容既有弹性问题，又有塑性问题；既有线性问题，又有非线性问题。在固体力学的早期研究中，一般多假设物体是均匀连续介质，但近年来发展起来的复合材料力学和断裂力学扩大了研究范围，它们分别研究非均匀连续体和含有裂纹的非连续体.
自然界中存在着大至天体，小至粒子的固态物体和各种固体力学问题。人所共知的山崩地裂、沧海桑田都与固体力学有关。现代工程中，无论是飞行器、船舶、坦克，还是房屋、桥梁、水坝、原子反应堆以及日用家具，其结构设计和计算都应用了固体力学的原理和计算方法。
由于工程范围的不断扩大和科学技术的迅速发展，固体力学也在发展，一方面要继承传统的有用的经典理论，另一方面为适应各们现代工程的特点而建立新的理论和方法。
固体力学的研究对象按照物体形状可分为杆件、板壳、空间体、薄壁杆件四类。薄壁杆件是指长宽厚尺寸都不是同量级的固体物件。在飞行器、船舶和建筑等工程结构中都广泛采用了薄壁杆件。
固体力学的发展历史
萌芽时期 远在公元前二千多年前，中国和世界其他文明古国就开始建造有力学思想的建筑物、简单的车船和狩猎工具等。中国在隋开皇中期(公元591～599年)建造的赵州石拱桥，已蕴含了近代杆、板、壳体设计的一些基本思想。
随着实践经验的积累和工艺精度的提高，人类在房屋建筑、桥梁和船舶建造方面都不断取得辉煌的成就，但早期的关于强度计算或经验估算等方面的许多资料并没有流传下来。尽管如此，这些成就还是为较早发展起来的固体力学理论，特别是为后来划归材料力学和结构力学那些理论奠定了基础。
发展时期 实践经验的积累和17世纪物理学的成就，为固体力学理论的发展准备了条件。在18世纪，制造大型机器、建造大型桥梁和大型厂房这些社会需要，成为固体力学发展的推动力。
这期间，固体力学理论的发展也经历了四个阶段：基本概念形成的阶段；解决特殊问题的阶段；建立一般理论、原理、方法、数学方程的阶段；探讨复杂问题的阶段。在这一时期，固体力学基本上是沿着研究弹性规律和研究塑性规律，这样两条平行的道路发展的，而弹性规律的研究开始较早。
弹性固体的力学理论是在实践的基础上于17世纪发展起来的。英国的胡克于1678年提出：物体的变形与所受外载荷成正比，后称为胡克定律；瑞士的雅各布第一·伯努利在17世纪末提出关于弹性杆的挠度曲线的概念；而丹尼尔第一·伯努利于18世纪中期，首先导出棱柱杆侧向振动的微分方程；瑞士的欧拉于1744年建立了受压柱体失稳临界值的公式，又于1757年建立了柱体受压的微分方程，从而成为第一个研究稳定性问题的学者；法国的库仑在1773年提出了材料强度理论，他还在1784年研究了扭转问题并提出剪切的概念。这些研究成果为深入研究弹性固体的力学理论奠定了基础。
法国的纳维于1820年研究了薄板弯曲问题，并于次年发表了弹性力学的基本方程；法国的柯西于1822年给出应力和应变的严格定义，并于次年导出矩形六面体微元的平衡微分方程。柯西提出的应力和应变概念，对后来数学弹性理论，乃至整个固体力学的发展产生了深远的影响。
法国的泊阿松于1829年得出了受横向载荷平板的挠度方程；1855年，法国的圣维南用半逆解法解出了柱体扭转和弯曲问题，并提出了有名的圣维南原理；随后，德国的诺伊曼建立了三维弹性理论，并建立了研究圆轴纵向振动的较完善的方法；德国的基尔霍夫提出粱的平截面假设和板壳的直法线假设，他还建立了板壳的准确边界条件并导出了平板弯曲方程；英国的麦克斯韦在19世纪50年代，发展了光测弹性的应力分析技术后，又于1864年对只有两个力的简单情况提出了功的互等定理，随后，意大利的贝蒂于1872年对该定理加以普遍证明；意大利的卡斯蒂利亚诺于1873年提出了卡氏第一和卡氏第二定理；德国的恩盖塞于1884年提出了余能的概念。
德国的普朗特于1903年提出了解扭转问题的薄膜比拟法；铁木辛柯在20世纪初，用能量原理解决了许多杆板、壳的稳定性问题；匈牙利的卡门首先建立了弹性平板非线性的基本微分方程，为以后研究非线性问题开辟了道路。
苏联的穆斯赫利什维利于1933年发表了弹性力学复变函数方法；美国的唐奈于同一年研究了圆柱形壳在扭力作用下的稳定性问题，并在后来建立了唐奈方程；弗吕格于1932年和1934年发表了圆柱形薄壳的稳定性和弯曲的研究成果；苏联的符拉索夫在1940年前后建立了薄壁杆、折板系、扁壳等二维结构的一般理论。
在飞行器、舰艇、原子反应堆和大型建筑等结构的高精度要求下，有很多学者参加了力学研究工作，并解决了大量复杂问题。此外，弹性固体的力学理论还不断渗透到其他领域，如用于纺织纤维、人体骨骼、心脏、血管等方面的研究。
1773年库仑提出土的屈服条件，这是人类定量研究塑性问题的开端。1864年特雷斯卡在对金属材料研究的基础上，提出了最大剪应力屈服条件，它和后来德国的光泽斯于1913年提出的最大形变比能屈服条件，是塑性理论中两个最重要的屈服条件。19世纪60年代末、70年代初，圣维南提出塑性理论的基本假设，并建立了它的基本方程，他还解决了一些简单的塑性变形问题。
现代固体力学时期 指的是第二次世界大战以后的时期，这个时期固体力学的发展有两个特征：一是有限元法和电子计算机在固体力学中得到广泛应用；二是出现了两个新的分支——断裂力学和复合材料力学。
特纳等人于1956年提出有限元法的概念后，有限元法发展很快，在固体力学中大量应用，解决了很多复杂的问题。
关键词：流体力学；教学改革；现状；思考
中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2013）-01-0148-01
流体力学是土建类专业的一门专业基础课，也是全国勘察设计注册工程师基础考试必考科目。流体力学作为力学的一个重要分支，主要研究流体在静止或运动时所遵循的基本规律及其在工程中的应用，是高等学校众多工科专业的必修课。流体力学也是一门理论性和工程实际意义都较强的课程，具有理论不易掌握、概念和方程较多且易混淆、对学生高等数学知识及综合分析和处理问题能力要求较高等特点，与枯燥、繁多的理论以及教学时数的减少形成了尖锐的矛盾。因此，寻求一种新的有效的教学手段，视听结合，充分发挥多媒体教学的优越性，加大课堂教学的信息密度和知识密度，拓宽课堂教学的新思路成为必然。
一、流体力学课多媒体教学现状
根据在流体力学教学中应用多媒体课件的情况来看，多媒体课件的应用使单位时间内教学内容大为增加得到公认，但对教学效果的看法反映并不一致。为了解使用多媒体课件的教学效果，我们两次发出不记名问卷。其中一次让学生给打分，30名同学中认为现在使用的流体力学多媒体课件有较大帮助和有所帮助的各有10名，合计占67%。经讨论分析，多媒体课件之所以会出现授课效果不佳的情况，主要是因为在课件的制作和使用的过程中，存在如下这些“问题”：
1.原有课件的制作和应用没有充分体现以学生为主体，只是将教师从粉笔、黑板中解放出来。有些章节内容单调甚至照抄课本内容，成了文本教材的电子化；有些则忽略了教学内容的连贯性和逻辑性。
2.多媒体课件中，图片、动画的选择不符合整体教学的安排。要么简单拼凑，造成课件的形式缺乏多样性；要么将简单的问题复杂化，缺乏合理的思路，其结果是大量的图片分散了学生的注意力，浪费了时间，造成教学质量下降。
3.课件包含知识过多，文字描述繁琐。为了让学生能够在有限的课时内学到更多的知识，教师过于扩大多媒体课件的知识量，造成了屏幕上显示的内容过多、讲解时屏幕翻滚过快，学生对教师所讲授的内容没有留下印象，也不知道大量的知识点该从何处着手记录，导致学生不容易跟上教师的思路，不易复习。
4.课件内容“乏味”，不能吸引学生注意力。部分课件内容陈旧，有些内容与讲课内容结合不紧密，还有一些音像不够清晰，影响视听效果。
二、课程多媒体教学改革的思考
1.总方案设计。通过问卷调查及调研等方法，对流体力学多媒体教学的需求性、优缺点、教学效果等方面进行全面分析。调查研究存在于各个主要教学环节中的问题，并进行汇总分析，以确定出总体方案。
2.教学设计。根据《流体力学》教学目标，对教学内容、教学方法和教学过程等方面进行安排，建立课程层次结构。多媒体课件内容的选取要以教材为蓝本，从实现教学目标、完成教学任务的需要出发，但又不能为课本所束缚，要充分增加课件的含金量。一个优秀的课件不能只是教材的幻灯片演示，而应该增加它的生动直观的作用，因此教材内容的选取很关键。随着对课件制作认识的提高，我们做课件的每一部分时，都应该做到心中有数，对于每一页面的制作都要做到精益求精，这样做出的课件才能流畅的运行。
3.结构设计。设计合理的流程，使教学内容通过多媒体课件的方式表现出来。多媒体教学摆脱了黑板加粉笔的呆板表现形式，依赖于大量的多媒体素材，把以往受时间和空间限制的内容搬进课堂，体现了其特有的优势。素材的选取依授课内容而决定。制作课件时，老师本身就是一名导演，怎样把“演员”（即素材）放到适合的位置，并使它表演得出色，全部依赖于导演的水平。因此教师要吃透教学内容，在参透文字稿本的基础上，反复构思，进行创作，设计出符合教学的课件来。
4.版面设计。设计技术性、艺术性以及应用性良好的版面，提高课件的教学效果。课件制作过程要求熟悉电脑的基本操作、掌握相关软件的使用方法。做课件并不是说我只要掌握了课件制作软件的使用就可以了，它需要多种软件协同工作，比如图像制作、声音录制、文字编辑、动画制作等等，所以要求我们平时注意多学一些操作方法，或在计算机专业人员的配合下共同完成课件的制作，以使课件不仅具有教学内容的教育性、科学性，而且要有课件的技术性，艺术性。
5.收集使用反馈意见。为保证课件的正常使用，还需要多次测试，以便能够发现课件在运行当中存在的问题，及时修改，不断完善。一个课件的好与坏，只有通过实践才能真正得出结论。课件制作完成后，应用于课堂教学，然后根据学生的反馈信息，再将课件加以修改，从而使其达到最优。如果制作的课件引不起学生的兴趣，在课堂上起不到应有的效果，那么这样的课件无疑是失败的。因此还需要不断地对课件进行修改、完善与升级，使之更加适合教学的要求。
根据《流体力学》课程教学内容的特点，精心设计、制作多媒体素材，集图、文、声、像的综合表现功能，融教育性、科学性、艺术性、技术性于一体的课件，可以有效调动和发挥学生学习的积极性和创造性，最大限度地发挥学生的潜能，强化教学效果，提高教学质量，从而促进大学生对流体力学基础知识的掌握和应用，并提高利用所学知识解决实际问题的能力。
参考文献
关键词：《工程流体力学》；问题探究式教学方法；教学效果
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0223-02
《工程流体力学》是能源动力、土木工程、环境工程等诸多专业的专业基础课程，由于该课程的学习中有不少涉及到高等数学、大学物理等课程的知识点，因而学生普遍感觉学习难度高，兴趣不大[1]。笔者从多年的教学经验中总结出问题探究式教学方法，并取得了一定的教学效果，同时也对教学活动中存在的一些问题进行了思考并提出了具体改进措施。
一、以传授知识点为主的教学模式存在的问题
目前大部分高校的《工程流体力学》课程仍采用传统的课堂面授的教学方法，教师是教学活动的主要组织者，授课教师以演讲者的身份，按照教材编排来讲授教学内容，因此课程知识点为单向传授式，学生对课程内容往往缺乏主观的思考，只是被动地接纳。以传授知识点为主体的教学模式强调概念讲解和公式推导，学生对所学内容理解不深，大多数学生也只能做到课后照搬公式做题，而对后续专业课学习中碰到的新问题无法做到归纳分析，最终也不能有效提升运用知识解决实际问题的能力。由于人类对科学的认知都是从现象开始的，现象表现出的规律性引导人们不断探究现象背后的本质，因此《工程流体力学》课堂的教学组织也应遵循从现象到规律的认知路径。课堂应先从日常生活及工程实例中提出问题，由教师引导学生剖析问题，逐渐深入到现象背后的规律性内容，再经概念阐述和理论推导，完成前述问题的理论解释。以问题探究为主体的教学模式显然更有助于培养学生的学习兴趣，提高分析问题和解决问题的能力。
二、《工程流体力学》问题探究式教学的课堂组织
在实施问题探究式教学模式时，教师尽可能选取来自于日常生活现象以及有专业背景的问题，并以图片、动画或视频等较形象化的方式给出，增强学生对流体力学的感性认识，教师要根据学生课堂的反应情况对学生不断引导，鼓励学生启用发散性思维方式解决问题，鼓励学生大胆尝试，通过对问题抽丝剥茧式的分析来提高解决实际问题的能力。课堂上的问题和探究性的思考过程要让学生的思维活跃起来，让学生意识到所学的知识是鲜活、有用而又有趣的，能逐渐领略到流体力学的美妙之处。在问题分析后的理论阐述中要适当舍弃一些繁冗枯燥的公式推导，强调公式中各项的物理意义和公式的适用条件。本文以课程中的绪论、一元流体动力学基础以及孔口管嘴管路流动[2]为例，具体阐述探究性问题教学模式的实施过程。绪论课的问题可以提得多而广，通过大量的实际应用和工程问题，让学生充分理解学习课程的目的及意义，做到课程一开始就抓住学生的学习兴趣，激发他们的研究热情。在课程刚开始时，可以让学生列举常见的流体种类，并总结流体与固体的本质区别；给出儒可夫斯基对佯缪（永动机问题）的描述，让学生解释原因；课堂上用汤匙现场演示水流的附壁效应；由目前大气环境常见的雾霾问题引出颗粒物的绕流阻力问题，并让学生估算雨滴和尘埃在空气中的下降速度差异[3]；用图片方式介绍1940年美国华盛顿州塔科马海峡桥事故，让学生分析事故原因；介绍市政供水的基本方法，再让学生估算学生宿舍楼供水的压力；分析采暖系统中设计膨胀水箱的原因；夏季和冬季空调送风口的风向有何不同，哪些措施能够尽可能实现房间内温度的均匀分布。由于绪论课涉及的问题可覆盖整个课程，可把某些问题留给学生在课后自己分析。在讲授一元流体动力学基础时，教师可首先给学生演示平行纸片的吹气试验，让学生观察并解释纸片的飘向；提出常说的“水往低处流”论断一定正确吗？再根据市政管网的供水现象，引出驱动流体流动的能量形式及其相互转换问题，并让学生解释航海中的“船吸现象”、洗澡时浴帘的飘向问题；由烟囱里气流流动的驱动能引出气体与液体的能量方程形式的不同；由消防水枪在喷水灭火产生的后推力问题引出一元流体动量方程。
孔口管嘴管路流动的内容与工程实际结合较紧密，可多给学生实际案例进行分析。如：（1）城市管网夜间的供水水压为何会普遍高于白天的水压？（2）屋顶水箱供水到同一建筑的高层和低层住户，其压力有何不同？（3）建筑内外存在温差时，如何在建筑物壁面上开窗，实现自然通风？（4）如何利用虹吸的原理，给鱼缸换水，其关键步骤是什么？（5）冷却水系统中，如何考虑水泵的扬程以保证冷却水的循环？为节约时间，教师应在课前将问题留给学生，为提高课堂效率，可对每个问题指定若干名学生完成，并记录回答情况。
三、探究性课程教学中其他问题的思考
在学期结束时，教师与学生（共两个班级，约130人）通过问卷调查、面谈、QQ、电话等方式进行了沟通，发现教学中有如下问题值得关注。
1.采用问题探究式教学方式需要教师根据学生的反馈进行分析和引导，会占用课堂学时中相当比例的时间，由于课程学时数的限制，某些问题的探讨无法深入，且教学内容主要由PPT方式完成，因此教学进度普遍较快。当学生在课堂上未能理解和掌握某些知识点后，很容易放弃对后续知识点的学习。因此笔者建议，授课教师应组织整理课程的微课资料，让学生利用微课资料自主完成预习和复习，大大减少课堂上对基础内容的讲解，将课堂学习的主动权从教师转移给学生，使学生能够在课堂上主动基于问题进行深入探讨，从而显著提高课堂的学习效果。
2.有近50%的学生认为教师给出的探究性问题有一定的难度，并有助于对教学内容的理解，能有效激发学生的学习兴趣，课堂上对问题的探究过程提高了学生分析问题和解决问题的能力。部分学生希望教师点名提问并记住自己的名字，也较喜欢这种教学模式；当然也有部分学生不太适应该方式，尤其是在无法回答问题时学生会感到尴尬。教师应提前把问题留给学生，给学生充分的思考时间，从而更有效地利用课堂教学时间。
3.目前大学生存在课堂出勤率不理想、上课玩手机、睡觉等现象，教师可将学生座位固定，不点名即可快速统计学生的出勤率，并考察学生的听课情况且及时记录，在课程的第一次课上和学生讲明出勤率、听课表现、作业和平时小测验的成绩在总评成绩中的比重和计分方法，细化考核要求，并严格按规定执行，这样能有效地督促学生端正学习态度，重视平时学习。
4.课程考核方式和难度要求是检验学生学习效果的重要方面。通过调查，发现有近40%的学生认为教师应采用闭卷方式并严格进行考核，不希望考试降低难度。这项统计数据说明，不少学生有主动学习的愿望，学习态度端正，并愿意采用严格的考核方式来检查自己的学习效果，因此授课教师在考核时应坚持原则，对学生认真负责，出题难度适中，学生卷面分数尽可能符合正态分布。
四、结论
本文采用问题探究式的教学方式对《工程流体力学》课程进行了教学实践，并给出了问题探究式教学方法的具体实践过程。通过与学生的沟通和问卷调查，了解到近半数的学生认可问题探究式的教学方法，认为该方法有助于加深对课堂教学内容的理解。在问题探究式教学过程中，教师也发现需要在以下方面进行改进：应尝试利用新型的互联网教学手段，如微课等方式，进一步提高课堂学习效率，将课堂学习的主动权从教师转移给学生；强化平时考核，细化成绩评分方法，期末考试题目要有合理的难度，成绩分布应合理。
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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）
论文关键词：力学,土木工程,力的平衡,建筑力学
1 力学的基本内容
力学在高中物理中的概念定义为物体间的相互作用[1]。一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加这种作用，前者是受力物体，后者是施力物体。各种力可以用两种不同的方法来分类：一种是根据力的性质来分类的，如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等等；另一种是根据力的效果来分类的，如拉力、压力、支持力、动力、阻力等等。而力的合成、分解和平衡也是力学原理中的重要内容，贯穿于整个力学，是整个物理学学习的基础，也是高中学习的重点、难点和考点。力学原理来源于实际生活，故在实际应用中可以用力的方法简化问题，解决问题，突出力学的实际效果。
2 力学与建筑力学的联系
建筑力学是应用于土木工程中的基础理论，它由理论力学、材料力学和结构力学三大部分组成。理论力学主要研究物体受力的分析方法和物体在力的作用下的平衡问题[2]；材料力学研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限[3]；结构力学主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化[4]。不管是理论力学、材料力学还是结构力学，都是以力学为基础的，是力学的扩展应用。
但是，从另一方面看，力学的发展也离不开建筑工程的推动和促进。比如在建筑中出现了极端条件下的工程技术问题，这是无法用实验方法来直接测定。而建筑工程这个天然的实验环境就正好验证了这些力学的原理，并提出了新的力学问题，推动了理论的发展。
综上所述，力学原理是建筑力学的前身，建筑力学是在力学的基础上发展起来的，是对力学的进一步应用和扩展。反过来，建筑力学的发展又对力学原理进行了验证和补充。但是力学并不是建筑力学，它们是交叉学科，有可以共同解释的部分，但是也有互相不能解释的。例如，力学原理可以解释高温气体、气体激光器和核物理等领域的科学问题，而建筑力学解释不了。而用力学方法去解释固体的塑性、强度、损伤和断裂等方面，却遇到了极大的困难。
3 力学在土木工程实践中的应用实例
我国的石拱桥在全世界都闻名遐迩，那么简单石块堆砌的桥梁怎么保持得稳定，怎么实现得力的平衡，下面以一个简单的例子介绍力学原理在土木工程中的应用。假设石拱桥的简化图如图1所示，整个石拱桥由4块石块构成，左右对称结构，第1、4块石块直接和地基相连，第2、3石块分别与1、4石块相连，试用力的平衡原理对这一石拱桥进行分析。
首先，对第1石块进行受力分析，其受力分析图如图2所示。第1石块受3个作用力，分别为石块的重力G1，支座的反作用力F0和第2石块给它的反作用F21。用正交分解法进行力的计算。列方程式如下所示。
其次，对第2石块进行受力分析，其受力分析图如图3所示。水利工程论文第2石块亦受3个作用力，分别为石块的重力G2，第3块石块给它的反作用力F32和第1石块给它的反作用F12。用正交分解法进行力的计算。列方程式如下：
由于第3石块、第4石块和第1石块、第2石块是对称的，其受力分析是一样的，只不过方向相反，故不对这两石块进行再次分析。
由上例可以看出可以用力的平衡原理计算桥梁在静止状态下的内力值，通过分析每一石块的受力，计算出最大受力值，利用最大受力值作为可控力的范围，可以保证桥梁的安全性，当然这里没有考虑石拱桥承载汽车等荷载的情况，但是思路是一样的。这样根据力的平衡的计算，就可用于设计桥梁时选择截面尺寸，合适的建筑材料，以及怎么使桥梁经济化。
4 力学在建筑领域内的发展
力学在建筑工程中的发展，主要是与建筑专业的结合形成了多种建筑力学理论。力学和建筑理论的结合主要体现在以下几个方面。
第一，形成了建筑理论力学。
理论力学是一般力学各分支学科的基础，是研究物体机械运动基本规律的学科[2]。它通常分为3个部分：静力学、运动学与动力学。
静力学主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件[2]。静力学还研究力系的简化和物体受力分析的基本方法。这些都用到了力学原理中力的合成、分解和平衡，而且这些问题可以用平行四边形法则、三角形法则和正交分解法则进行计算。同时，也涉及到力学原理中的惯性和牛顿三定律等内容。而从动力学方面来讲，由于动力学研究的是物体机械运动与受力的关系。所以，动力学亦是以牛顿运动定律、万有引力定律为研究基础的，这恰恰也是力学原理的知识点。
第二，形成了建筑固体力学。
固体力学是力学中研究固体机械性质的学科，主要研究固体介质在外力、温度和形变的作用下的表现。一般包括材料力学、弹性力学、塑性力学等部分。固体力学与力学原理联系紧密，力学原理中的拉力、压力和阻力等是材料力学的理论基础，例如材料力学的主要研究内容之一是对杆件进行力学分析，杆中的内力计算涉及到力的合成、分解和平衡等内容。力学原理中的弹力结合建筑原理形成了新的学科 —— 弹性力学；而力学中的动力、摩擦力等延伸为固体力学中的动力学等等。随着计算机的飞速发展，分子动力学等微观模拟方法、复杂结构的仿真分析将更大规模更迅速地在固体力学和工程设计中得到应用和发展，这也涉及到了力学的基础知识。固体力学的上述发展，必将推动科学和工程技术的巨大进步。
第三，形成了建筑流体力学。
流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。中国有大禹治水疏通江河的传说，秦朝李冰父子领导劳动人民修建了都江堰，至今还在发挥作用。大约与此同时，罗马人建成了大规模的供水管道系统，这些都是流体力学在建筑工程中成功应用的案例。流体力学的发展主要是为了尽可能多地开采地下石油和天然气，而化工流程的设计，很大程度上也归结为流体运动的计算问题，又或者是测定地下流水对建筑物的影响等。总之，流体力学对建筑工程的发展有着不可替代的作用。流体力学的主要内容，包括物体浮力定理和浮体稳定性在内的液体平衡理论，这也为流体静力学奠定了基础。而浮力和液体平衡理论也恰恰是力学原理的内容。
综上所述，力学原理是形成建筑理论的基础，它与建筑理论的结合是多方面的，从而形成了多种建筑力学。力学原理与建筑工程的其他学科也有交叉，如流体弹性力学、爆炸力学等等。这些不同的力学学科贯穿于整个土木工程的寿命期，从设计、施工、后期维修保养，直到最后的爆破消亡，都会运用到力学的原理去解决工程中的实际问题。
5 结语
建筑的发展和力学是有密切关系的，可以说没有可靠的力学支撑，就不能保证建筑结构的安全，就不能建造出那么多的优秀建筑物和构筑物。而力学原理与建筑力学的结合，也是发展现代高科技建筑的必然趋势，它们互相替代，互相促进，互相发展。相信有了力学的支撑，建筑工程会越走越远，会有越来越多优美坚固的建筑屹立在东方大陆上。
参考文献
[1] 张大昌.物理1[M].人民教育出版社，2010：50.
[2] 范钦珊，陈建平.理论力学[M].高等教育出版社，2010：1-7.
[3] 孙训方.材料力学[M].高等教育出版社，2009：1-3.
