《流体力学》教学辅助系统开发及教学实践研究

1、流体力学教学辅助系统开发及教学实践研究摘要：本教学辅助系统涵盖了流体力学的主要内容，以 visual c+作为主要编程语言，结合windows media player 多媒体功能。通过教学实践，表明该系统可实现激发学生的 求知欲、建立物理直觉、实现交互式学习等基本教学目标。 在丰富流体力学教学内容的同时，提高了教学效率，优化了 教学目的，达到了事半功倍的教学效果。关键词：流体力学多媒体交互式学习一、“流体力学”教学现状'流体力学”作为能供油工程本科的的一门专业基础 课，以研究流体的运动规律为主要内容。由于教学内容涉及 面较广，学生普遍感到该课程概念模糊、内容抽象且理论性 较强，这在一

2、定程度上影响了教学效果。多媒体技术作为一种新的教学手段，通过教材内容与动 态文本、图像、动画、音频、计算机模拟技术的有机整合， 使得原来抽象的概念形象化、枯燥的方程式清晰化、晦涩的 物理过程机理生动化，可从多方面激发学生的积极性和创新 思维并且通过与传统教学模式相结合起到了相得益彰的作 用。本文通过介绍多媒体流体力学辅助教学系统，分析了该 辅助教学系统在教学实践中的应用效果，为进一步提高教学 效果起到了积极的示范作用。二、辅助教学系统简介本系统以visual c+作为编程语言，结合windows media player多媒体功能，在遵循软件开发一致性、易用性、容错 和联机帮助等设计原则基础上

3、，通过对教学内容的梳理，开 发了多媒体流体力学辅助教学系统。该系统包括动力学、边 界层、运动学、虚拟实验室、演示、模拟、模拟器、图片和 表格、流动可视化等模块，涵盖了流体力学的绝大部分内容。动力学包含了流体的经典研究方法、牛顿第一二运动定 律、纳维尔一斯托克斯矗程和各种边界条件等。边界层包含 了边界层概念、平板突然启动产生的边界层、层流边界层、 边界层分离、不稳定现象和紊流边界层等，其中的教学短片 不乏趣味性、生动性。运动学涵盖了由质点到场和由物质导 数到各种流动线等内容，生动细致地描述了迹线、流线、脉 线和等时线等抽象概念，通过运用丰富的流动显示技术将运 动过程展示出来。虚拟实验室将动力学、

4、运动学和边界层等 模块中需要深入讨论的部分细化出来，结合java虚拟技术, 让使用者亲自实现对流体流动等方面的模拟演示。模拟器基 于java虚拟机，将分子动力学模拟器、流体势流构造器和 边界层微分方程数值解等独立出来。图片和表格将一些纷繁 复杂的图片和教学短片有机地综合起来，通过表格或视频播 放的形式，将这些信息归纳整理起来，流动可视化通过可视 化手段将不可见的流体流动清晰演示出来。三、教学实践效果分析在“流体力学”的教学实践中，适时地应用了多媒体流 体力学辅助教学系统（以下简称辅助教学系统），取得了良 好的教学效果。1、激发学生的求知欲流体力学的内容浩如烟海，涉及日常生活和工业应用的 方方面

5、面，辅助教学系统的各模块中提供了大量的鲜活实 例，从而可有效地激发学生的求知欲。在讲解绪论和各章节 时，可通过观看录像、图片集、提高学习兴趣和动力。2、建立物理宜觉建立物理直觉是深刻理解物理概念的催化剂，并有助于 强化大脑的记忆功能。在教学实践中，如能通过形象直观的 图片、动画、录像等手段来进行相关内容的学习，势必强化 对概念和规律的直观认识，并在大脑形成深刻的、有效的记 忆痕迹。如讲述层流和紊流概念时，既可通过雷诺试验中等 直径圆管内流线的变化进行直观认识，也可通过平板上流体 的流态变化对比进一步加强认识，该影像清晰地给出了层流 与紊流两种流态的显著区别。对于理想和实际流体绕流物体 形成的流

6、动特征，流线的变化清楚地显示了二者间的区别与 联系，对于理想流体，流线在车尾平滑地汇合，并流向下游; 而对于实际流体，在汽车尾部将形成明显的尾涡区，这是由 于边界层分离所致。通过诸如此类的动画和影像的有效使 用，将使学生形成深刻的物理直觉，进一步加深对流动规律 内涵的理解。3、通过虚拟实验室和模拟器实现交互式学习。交互式 学习是一种新型的学习方式，借助多媒体课件或网上资源， 由学习者自主进行，是一种双向交流式学习方式。辅助教学 系统中的虚拟实验室和模拟器就提供了交互学习这一功能。 通过选择不同的粘性和驱动流体，可得到不同的流体特征。 模拟系统给出了在流体绕流不同物体(如翼型、椭圆体、球 体)时的流线特征，进而比较不同绕流情形下的区别，并给 出了理论结果和实验影像；而且可通过改变绕流物体在流场 中的方位进一步分析绕流特征的变化。模拟系统中的势流模 拟器，用于模拟绕流兰金半体、兰金体、圆柱体和旋转柱体 等多个物体的流线和等势线特征，而且可通过改变偶极流强 度观察驻点的变化，也可以自行创造新的势流流动，并观察 其绕流特性。通过模拟系统的使用，进一步丰富了边界层理 论的学习，并加强了对边界层基本特征的认识。参考文献：1 陶汉中，李菊香关于'工程流体力学”课程多媒体 教学的思考j.中国电力教育，201 0o (18)： 58-