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流體力學(xué)課程教學(xué)方法

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流體力學(xué)課程教學(xué)方法

摘要:針對(duì)流體力學(xué)課程的特點(diǎn),結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn),對(duì)該門課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行了探討,以期提高教學(xué)效果,增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和思維能力。

關(guān)鍵詞:流體力學(xué);理論教學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、流體力學(xué)課程特點(diǎn)

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(duì)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(shí)。流體力學(xué)具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)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(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題。另外,實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié),與所學(xué)理論知識(shí)緊密相關(guān),是驗(yàn)證理論、數(shù)值計(jì)算結(jié)果的重要途徑,是學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)的主要手段,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力,加強(qiáng)對(duì)所學(xué)理論知識(shí)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(yàn),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(shí)際脫節(jié),理論與實(shí)際聯(lián)系不夠緊密,學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)在實(shí)際工程的應(yīng)用不甚了解,只會(huì)機(jī)械照搬公式解題;教師主要采用課堂灌輸、學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)模式,與學(xué)生的互動(dòng)比較少;所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證型和演示型實(shí)驗(yàn),學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并加以驗(yàn)證的機(jī)會(huì)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(shí)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(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系、對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)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(duì)于講好一門課是非常重要的。通過對(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位與作用等。通過對(duì)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(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣,安排好學(xué)習(xí)計(jì)劃,為學(xué)好該門課做好充足的準(zhǔn)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(diǎn)是:強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,教師要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,實(shí)現(xiàn)教師主導(dǎo)作用與學(xué)生積極性相結(jié)合;強(qiáng)調(diào)學(xué)生智力的充分發(fā)展,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)知識(shí)的學(xué)習(xí)與智力的充分發(fā)展相結(jié)合;強(qiáng)調(diào)激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)內(nèi)在動(dòng)力與學(xué)習(xí)的責(zé)任感相結(jié)合;強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)書本知識(shí)與直接經(jīng)驗(yàn)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(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)生對(duì)本門課的興趣,增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果;教學(xué)中通過理論與實(shí)踐的緊密聯(lián)系,便于將理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中,要使學(xué)生對(duì)知識(shí)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(1)采用對(duì)比法。授課時(shí),將相近或相反的定義、概念進(jìn)行對(duì)比,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)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(shí),采用比較法授課,避免學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的混淆。另外,還可將新舊知識(shí)進(jìn)行對(duì)比,使學(xué)生在復(fù)習(xí)舊知識(shí)的同時(shí),加深對(duì)新知識(shí)的掌握。如在講動(dòng)量方程時(shí),可將動(dòng)量方程與能量方程的應(yīng)用前提條件、所能解決的問題進(jìn)行比較,從而加深學(xué)生對(duì)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(shí)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(jì),講解繞流阻力的問題;在講表面張力的時(shí)候,聯(lián)系露珠是球形的現(xiàn)象;在講毛細(xì)現(xiàn)象的時(shí)候,聯(lián)系當(dāng)毛巾部分浸在水中時(shí),未浸在水中的部分也會(huì)變濕的生活現(xiàn)象。通過對(duì)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(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。另外,還可聯(lián)系新舊知識(shí),如有壓管流的水力計(jì)算其實(shí)就是能量方程在實(shí)際工程中的應(yīng)用,同時(shí)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(duì)所學(xué)知識(shí)溫故知新,達(dá)到融會(huì)貫通的效能。

(3)采用“問題式”教學(xué)法。在授課過程中,針對(duì)某些易混淆、易理解錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn),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(dá)到學(xué)生掌握知識(shí)的目的。有些問題先提出來,留出適當(dāng)時(shí)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(shí),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(duì)公式中各項(xiàng)符號(hào)的理解,避免應(yīng)用公式時(shí)混淆出錯(cuò);在講液體作用在曲面上的靜水總壓力時(shí),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(diǎn),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(dòng)畫等與授課知識(shí)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(shí)采用傳統(tǒng)授課方式,而講授需要直觀形象的內(nèi)容時(shí)采用多媒體教學(xué)方法。如在講局部損失時(shí),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(duì)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(qiáng)分布圖繪制時(shí),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(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系。

由于學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)際工程的感性認(rèn)識(shí),對(duì)抽象的理論在理解上有一些困難,因此在講課時(shí)要加強(qiáng)所講授的理論知識(shí)與工程實(shí)際的聯(lián)系。例如,在講流線時(shí),可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室觀看流體力學(xué)模型的水流現(xiàn)象,或做成動(dòng)畫演示,使學(xué)生對(duì)實(shí)際的水流現(xiàn)象有直觀的認(rèn)識(shí),從而加深對(duì)流線概念的理解;對(duì)工程中常用到的流體力學(xué)知識(shí),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(shí)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(qiáng)學(xué)生對(duì)該方程的理解,做到靈活運(yùn)用,增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。在授課時(shí),還應(yīng)盡量將流體力學(xué)的有關(guān)知識(shí)與后續(xù)專業(yè)課相結(jié)合,使教學(xué)內(nèi)容更加充實(shí),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(jì)算與后續(xù)課程給水管道的設(shè)計(jì)相結(jié)合;將無壓管道的水力計(jì)算與排水管道的設(shè)計(jì)相結(jié)合;將水頭損失計(jì)算與建筑給水系統(tǒng)中水箱的設(shè)置高度、水泵揚(yáng)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(qiáng)學(xué)生對(duì)基本概念的掌握,熟練運(yùn)用理論公式解決問題,要重視課堂習(xí)題和課后作業(yè)對(duì)知識(shí)鞏固的作用。教師在講完理論知識(shí)后,應(yīng)選擇有代表性的例題,通過對(duì)典型例題的剖析,啟發(fā)學(xué)生舉一反三,達(dá)到靈活掌握所學(xué)知識(shí)的目的。另外,通過適量的課堂習(xí)題檢查,鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度,給學(xué)生提供課堂討論的機(jī)會(huì),加強(qiáng)對(duì)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(shí),加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握。另外,教師通過對(duì)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(diǎn)和不足,再加以重點(diǎn)講解,從而在教學(xué)過程中可做到有的放矢,增強(qiáng)教學(xué)效果。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討

流體力學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性,其實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果對(duì)整個(gè)課程體系產(chǎn)生著直接的影響。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以彌補(bǔ)理論教學(xué)的不足,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的理解和掌握,如雷諾實(shí)驗(yàn)的演示,可加深學(xué)生對(duì)層流和紊流概念的理解。另外,實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證型和演示型實(shí)驗(yàn),綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)很少,基本上是學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)步驟,一步一步做,而不是自己動(dòng)腦設(shè)計(jì)并加以驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作能力,應(yīng)多開設(shè)一些綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),由學(xué)生自己提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)操作、整理實(shí)驗(yàn)成果、得出結(jié)論。學(xué)生在自主完成實(shí)驗(yàn)的全部環(huán)節(jié)時(shí),能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)的理論知識(shí)和學(xué)過的實(shí)驗(yàn)技能有機(jī)地結(jié)合起來,動(dòng)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(shí)驗(yàn)室可全天開放,學(xué)生可根據(jù)自己的時(shí)間安排完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),教師負(fù)責(zé)答疑。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績應(yīng)由實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合得出,以一定比例計(jì)入本門課的總成績。這樣可激勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視,調(diào)動(dòng)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(qiáng)與工程實(shí)際的聯(lián)系,改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和思維能力,提高本門課程的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn):

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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