土木工程专业“流体力学”教学方法探讨

1、土木工程专业“流体力学”教学方法探讨摘 要 流体力学是土木工程专业一门重要的专业基础 课，具有理论性强不易理解同时实践性强与生活息息相关 的特点，为提高流体力学教学效果，本文重点探索适用于土 木工程专业的教学方法。首先，以产业发展为依托，确定适 合土木工程专业的流体力学教学目标。其次,将知识体系与 学生认知规律?结合，实现知识点的逻辑结构构建。最后， 将传统教学方式与现代教学技术相结合，充分利用现代教 学技术，丰富完善增强学生学习效果的方法。关键词流体力学土木工程专业教学方法The Study of Hydrodynamics Teaching Methods Suitable to Civi

2、l Engineering MajorAbstract Hydrodynamics is # theoretical and practical science course. In order to improve teaching effect, the teaching methods suitable to civil engineering major is studied in this paper. The teaching object is decided according to the requirement of society and industry. The kn

3、owledge logic structure is built with the combination of knowledge and the cognizant law of students. Traditional and modern teaching methods are used to enhance learning.Key words hydrodynamics;civil engineering;teaching methods1流体力学特点及与土木工程专业的关系“流体力学”是力学专业的基础课程，也是工科工程类 学生的一门重要的专业基础课在土木工程专业中有广泛 应用，

4、例如对铁路、公路隧道中压力波特性的研究是铁路、 公路安全、经济运行的保证，研究解决风对高耸建筑物的荷 载作用和风振等问题，要以流体力学为理论基础，流体力学 中多孔介质中水的流动与土木工程实践中地下水排除的技 术方法密切相关回,随着科学的发展，防洪、河道治理、灌溉、 交通运输、水力发电等都离不开流体力学的专门知识和对 水流运动规律的深入认识;而在西北湿陷性黄土地区，高层 房屋及地铁工程的修建更需要人们把握水的渗流机理和特 性同时，“流体力学”课程涉及数学、力学、物理学等多学 ?，理论性较强，内容较抽象，公式繁多且其推导过程复杂， 涉及高等数学相关知识较多，是一门理论性和工程实际意 义都较强的课程

5、团。根据上述特点，在“流体力学”的教学过 程中应针对其课程本身特征，结合工程实际,开展既有趣味 性、应用性又有科学特征的教学。因此,在教学过程中，针对土木工程专业对流体力学课 程的教学要求，为提高教学效果，充分调动学生的学习兴趣 和主观能动性，在教学目标制定、教学内容选取、教学方法 运用及知识逻辑结构建构上应充分考虑各相关因素，研究 适合土木工程专业的流体力学教学方法。2教学目标为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创 新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略应运而生。 2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了 “复旦共识” “天大行动”和“北京指南”，并发布了“

6、关于开 展新工科研究与实践的通知”“关于推进新工科研究与实践 项目的通知”，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模 式、中国经验，助力高等教育强国建设囱。其中很重要的在于 培养与产业需求相结合，科学基础厚、工程能力强、综合素 质高、创新型的人才。在流体力学教学中可以以此培养目标 为基础，制定相应的知识目标能力目标和素质目标等教学 目标。1知识目标通过本课程的学习，熟悉流体的特性和流体力学知识 体系构成。使学生掌握流体力学的基本概念、基本规律、基 本的计算方法和实验技能,为以后从事相应的科学研究、工 程应用和实际操作，提供坚实的理论基础。2.2 能力目标具备分析问题和解决问题的能力。能够将流体力学

7、的 知识应用到实践中，即运用流体力学的原理和规律解决本 专业中的流体力学相关问题。= 素质目标具备透过现象分析问题的能力，能够把现象与理论结 合起来，形成水文化概念,具备探索科学真理的主动性，增 强对物理原理的直觉。3以流体的粘性为例构建教学逻辑体系如何实现流体力学教学目标，知识点的选取及知识呈 现的逻辑结构具有重要作用。合理的教学逻辑体系符合学 生的认知规律，可以很好地保证学习效果。同时潜移默化地 培养了学生的能力，实现素质教育。现以流体的粘性为例， 探讨如何构建教学逻辑体系。“流体的粘性”属于“流体力学”课程第一章：流体及其 物理性质中的一个重要知识点，是学生学习后续课程的基 础。“流体的

8、粘性”对于学生来讲是一个全新的概念，是流体 特有的性质，同时又是一个学习的难点。学生学习粘性的前 期基础是对流体的流动性、压缩性、膨胀性、连续介质模型 已经掌握。教学以课堂讲授为主，根据学生的认知规律，合 （设计讲授结构及方法，在讲授知识点时其逻辑结构采用 实验法、对比法、演绎推理法。通过生活中的实例，使学生首 先有一个在现象层面的认识，然后揭示粘性的本质,并对不 同流体粘性的变化规律进行总结对比，引导学生将知识与 实践相结合。最后采用问题的形式，调动学生的学习能动 性,对所学知识进行反思，巩固对知识的理解与运用能力6o “流体的粘性”教学逻辑框架结构如图1所示。背景知识理论探讨影响因素与应用

9、提出问题、逻辑延伸图1教学逻辑框架结构1背景知识背景知识的设置起到承上启下的作用，其主要作用在 于采用浅显易懂的语言，生动直观的图片视频等，从已有知 识出发，增强学生探索未知知识的动力，增强学习的兴趣与 主观能动性。在流体粘性教学中首先回顾已学知识点流体 的流动性，进一步提出决定物质物理性质不同的原因在于 物质的物理状态:气、液、固三相内部结构的不同，强调粘性 属于物质的一种物理性质，并最终引出将要讲授的由物理 状态决定的另一物理属性:粘性。3.2引出问题并给出粘性的定义为加强对知识点的理解将知识点与自然现象结合起 来，并最终上升到理论高度给出知识点的定义。以粘性的教 学为例，课堂中将列举由于

10、粘性作用而产生的现象,例如倾 倒水和蜂蜜时，流体的流动特征不同,启发学生思考现象背 后的本质，从而给出粘性的定义。3理论探讨为提高学生的专业素养，充分体现流体力学内在特性， 在定义的基础上开展理论探讨。例如探讨粘性的本质，粘性 形成的原因：粘性是施加于流体的应力和由此产生的变形 速率以一定的关系联系起来的流体的一种宏观属性，表现 为流体的内摩擦。为加深理解,在课堂上演示流体粘性的实 验视频，列举平推一本书的首页，不同页面移动距离不同的 例子,并将流体的粘性与固体的摩擦力进行对比,对牛顿内 摩擦定律采用板书的形式,从而使知识点更清晰，更符合学 生的接受知识速度。根据粘性提出理想流体和设计流体的

11、概念,结合粘性本质，强调粘性忽略的理想流体可以使工程 计算简化的实践意义。3. 4影响因素与应用在从现象到本质并上升到理论高度后8接下来又将所 学知识与实践结合，从而增强知识的应用型。例如通过讲述 粘性的变化规律，将知识点落实到应用中。讲授流体粘性随 流体种类、流体温度、流体压力而变化的规律，并将气体和 液体的变化规律进行对比。再次强调,之所以粘性变化规律 不同是由于其物质微观结构不同，以气体为例，说明粘性形 成和变化的原因，气体分子的速度是由平均速度和热运动 速度两部分叠加而成，前者是气体团的宏观速度，后者决定 气体的温度。若相邻两部分气体团以不同的宏观速度运动， 由于它们之间有许多分子相互

12、交换，从而带来动量的交换, 使气体团的速度有平均化的趋势，这便是气体粘性的由来， 由于温度升高动量交换增强，因为粘性随温度升高而升高。 通过物质微观结构的动画，使讲解更生动，增强学生探索现 象背后本质的主动性。最后列举生活中应用粘性的列子，将 理论最终应用到实践中。3.5提出问题为增强学习效果，调动学生积极性，知识讲授完成后， 提出相关问题，一方面可以检验学生的学习效果，另一方面 合理的问题设计将启发学生思考，巩固所学知识。4教学方法融合流体力学教学在内容上分为理论教学和实验教学两个 板块，在教学方法上分为传统板书与多媒体网络教学等现 代教学方法两种模式。实验教学相对于理论教学具有直观 性、实

13、践性、综合性、设计性与创新性传统板书形式较单 一，需要学生有较好的学习自觉性，但同时对某些推导类 内容较符合学生学习节奏，记忆深刻。现代教学方法可以 呈现更生动的内容，借助于网络教学，可以有效调动学生 的学习积极性。在教学中应充分发挥各教学方法的优势，实 现各教学方法融合，从而提高学生的理论能力、创新能力和 实践能力。1理论教学与实验教学相互渗透在理论教学中，播放反映流体规律的相关实验视频，从 而避免理论教学的生涩枯燥，同时使学生对接下来将要进 行的实验有一个认识。在实验教学中，为保证教学质量，采 用小班教学的方式，实验前布置思考题，在教学过程中，实 验老师可以实现充分的指导，并通过提问、演示等方式启发 学生的思维,引导学生将实验与理论对应起来。同时，为; 发学生的创新能力，除常规实验外，还鼓励学生设计开展创 新性实验。2传统教学方法与现代教学方法相结合除了课堂讲授外，引导学生合理利用课后资源,使学生 以不同的角度来理解所学知识点。布置学生搜索反映流体 力学现象、解释流体力学原理的图片和视频，并把有价值的 结果在课堂上展示。以毕博系统为平台建立包含知识点、课 件、作业、试题等的网络资源库，有效提高学生的课下学习 效率，加强学生和老师的互动。5结论结合土木工程专业和流体力学的特点，提出合理的教 学目标，进行知识点逻辑结构构建，将各种教学方法融合， 实践表明可以有效地提高流体力