在《工程流体力学》第一次课堂上培养学习信心和兴趣的教学探索

1、在工程流体力学第一次课堂上培养学习信心和兴 趣的教学探索工程流体力学课程在我校这一工科院校中， 长期以来， 本科 生在未学习之前， 已经从他人那里了解到， 这门课很难， 不好学， 不好过关。 学生认为流体力学难学的后果， 直接反映在多年来很 少有人、 甚至无人报考我校工科流体力学方向的硕士和博士， 致 使我校工程流体力学方向后续人才短缺，学科建设出现重重困 难。那么作者希望学生在学习这门课程的过程中，是轻松、主动 而有兴趣地去学习。 为了帮助学生克服畏难情绪， 对工程流体力 学课程学习产生兴趣， 轻松学好这门课， 作者在十几年的教学过 程当中，积累了一些经验。开好头，为课程打好良好的第一印象

2、非常关键， 所以作者非常重视第一次课的讲授内容， 以增强学生 学习信心和培养学习兴趣为主要目的， 为顺利完成该课程的学习 奠定基础。一、第一次课的教学内容 在第一次课，首先自我介绍，然后点名相互认识，留下联系 方式，介绍教材和参考书， 授课的章节和学时安排等常规内容外， 讲授内容主要分为两大块：（ 1）上课要求；（ 2）绪论。1.上课要求。 上课要求主要包括课程学习目的和意义、 出席 和上课纪律要求、作业和实验报告要求、考核方法等内容。学 习目的和意义。 学习目的和意义按照大纲要求， 掌握流体力学的 基本知识， 及其解决问题的基本方法和基本实验技能。 强调“基 本”的含义，因为是首次接触本课程

3、，系统介绍流体力学知识， 对大家的要求是“基本”的， 同时也强调仅这些即将学的基本知 识也能够解决一些工程应用的问题， 并简单举例。 出席和上课 纪律要求。 出席和上课纪律应该遵守学校规定， 但是考虑到学生 个体的不同。所以有必要让学生清楚什么样的行为是被接受的、 允许的，不要出现行为困难的问题。作业和实验报告要求。作 业和实验报告会出现抄袭现象， 回避是没有用的， 所以上课时直 接指出来，希望将抄袭现象弱化。指出要借鉴，而不是抄袭。这 样大大降低了学生不经过理解地抄袭作业现象。 考核方法。 将 考核方式明确地告诉学生， 是平时成绩和课程结束后的闭卷考试 成绩各占一定比例， 综合评出成绩。 并

4、计算出考核通过的最低考 试成绩。 同时强调不存在不通过比例。 这样可以避免两种不良现 象发生，一是学生会盲目认为很难学，不能过关而放弃学习，二 是成绩差的学生会因为排名总在后面，而放弃学习。2. 绪论。绪论主要包括工程流体力学研究内容、课程特点、 研究方法、解题步骤、学习方法和大学生认知阶段，等等方面。 重点讲前三点涉及的内容。 流体力学研究内容。 讲述工程流体 力学研究内容首先展开讲解的是研究对象为流体， 此时虽然没有 讲流体的定义， 但是还是提出请学生举例哪些物质是流体？让学 生从最简单的问题开始流体力学知识的学习。 学生说对了予以肯 定。学生会将多相流和塑性物质列进来， 也要说清楚与本课

5、程所学流体的区别和联系，并将学生想不到的流体补充出来， 还告诉 学生目前最新研究方向在处理流固相互作用时有提出将固体处 理为特殊流体，以简化流固交界面的处理； 还有已有研究表明固 体颗粒的高速运动遵循流体力学规律，以及当车流量和人流量很大时，被称为交通流，犹如流体流动一样，那么在后续课程讲解 中可将高密度、大流量的人群流动现象用来形象化的阐述流体的 运动规律，帮助学生理解抽象的流体运动规律，使问题直观。还 需要指出，最常见的流体是空气和水，人类无时无刻不处于空气 和水当中，提醒学生在学习的过程中， 可以将所学知识放到自己 熟悉的环境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空气， 等等。将理论知

6、识与生活结合起来，既能帮助理解所学知识，又 能将知识应用起来，提高学习兴趣。流体力学课程特点。流体 力学课程的特点主要讲三点， 一是一门技术（专业）基础性课程； 二是用场的观点研究问题；三是概念多、公式多。它是一门专业 基础课，从实践中抽象出来，再应用到实践中去；所以课程知识 可用于解决工程实际问题。用场的观点研究问题。首先提问，说 到“场”大家会想到什么？有的同学很高端大气上档次地回答 重力场、电场、磁场，那我继续问还有呢？有的学生开玩笑说操 场，好像在说操场不够档次、不够科学。而我肯定“操场”，因 为是相同的“场”字嘛，而且还有工场、商场、广场等。然后引 导学生思考，既然用相同的“场”字，

7、其中必有共同点，它是什 么？学生想出来了，是某某占据的空间。以此类推，流体占据的 空间就是“流场”， 概念很容易就被理解了。 同时还让学生意识 到科学不是高不可攀的， 做科学时不要端起架子， 它是很贴近生 活的。流场的概念出来了， 但是其空间的大小呢？这个问题也必 须解释清楚。 首先提出两个问题让学生思考： 海洋是海水占据的 空间，是一个流场吗？大气层是空气占据的空间，是一个流场 吗？其实流场的大小与我们要研究的空间范围有关。 比如，我们 现在想知道教室内空气的温度分布， 那么要分析的流场就是教室 内空气占据的空间； 如果要预报中国天气， 那么中国上空的大气 层或者更大范围就是要研究的流场；如

8、果想了解南海海洋环流、 潮汐流动等， 南海海水占据的空间就是要求解的流场。 将抽象概 念与实际结合， 在易于理解的同时， 引起学习兴趣。 在此基础上， 进一步与物理量场联系起来，流场中的物理量，比如速度，是时 间和空间函数，被称为速度场，还有压力场，等等。场是具有连 续无穷维自由度的系统，那么流场的速度场、压力场，等等具有 连续性，与第一章中连续介质假设内容一致，在这里提到，为后 面学习埋下伏笔。 概念多、 公式多的原因是因为在以前的学习过 程中鲜有接触与流体力学有关的知识， 导致大量的专业术语集中 出现。但是这些概念、公式并不是全新的。比如流体质点的概念 与以前物理中所学的质点概念是很一致的

9、； 多的公式其实是质量 守恒定律、牛顿定律、能量守恒定律、动量定理，等等在流体力 学中的表达形式，比如连续性方程是质量守恒定律的表达形式， 伯努利方程与能量守恒定律相吻合，欧拉方程、 Navier-Stokes 方程是牛顿运动定律的表现形式，动量方程是动量定理的表达， 把要学到的主要方程名称在此叙述一遍， 目的是让学生有个初步 接触，为后续学习打下铺垫。流体力学研究方法。流体力学研 究方法主要有三种：解析方法、实验方法和数值计算方法。本课 程主要介绍解析方法， 有一章是专门介绍实验研究方法的， 而数 值计算方法本课程几乎不涉及，由计算流体力学讲解。并强调， 求解的基本方程是连续性方程、欧拉方程或 Navier-Stokes 方 程，那么为什么基本方程一样， 可以求解出各种不同的流动？于 是提出边界条件和初始条件的概念， 使边界条件和初始条件的重 要性一目了然； 也为后续学习打下基础， 并引起学生的兴趣和重 视。二、结论与展望 通过第一次课，使学生对整个课程的要求、特点、内容有一 个整体了解，做到心中有