交叉型教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)中的作用與研究(精)

1、交叉型”教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)中的作用與研究摘要流體力學(xué)中的概念、定理比較多,讓學(xué)生快速準(zhǔn)確地理解 并掌握這些概念和定理并非易事,它需要正面的說(shuō)明解釋,還需要從數(shù)學(xué)和物理 的角度進(jìn)行類比聯(lián)系。本文研究了在流體力學(xué)教學(xué)中的引入“交叉型”教學(xué)方 法的必要性和作用,重在培養(yǎng)學(xué)生的類比和建立多學(xué)科聯(lián)系的能力,準(zhǔn)確把握概 念及定理間的關(guān)系。關(guān)鍵詞交叉型教學(xué) 流體力學(xué) 類比“實(shí)施精英教育、 培養(yǎng)精英人才”是高等院校建設(shè)高水平研究型大學(xué)的目標(biāo)和 導(dǎo)向。高等院校秉行“教育以育人為本,以學(xué)生為主體;辦學(xué)以人才為本,以教師 為主體”的教育理念,培養(yǎng)了大批滿足社會(huì)需求的優(yōu)秀人才。但隨著社會(huì)進(jìn)步和 時(shí)代的發(fā)展,對(duì)本科教學(xué)

2、質(zhì)量和教學(xué)目標(biāo)提出了更高要求,研究和實(shí)施新的教學(xué) 模式十分必要。 一、“交叉型”教學(xué)方法的必要性目前,我國(guó)高等工程教育的傳統(tǒng)模式是教師講授為主體的“知識(shí)灌輸”式,學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí),主 動(dòng)性學(xué)習(xí)不足,缺乏運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力,缺乏創(chuàng)新意識(shí),創(chuàng)新能力不 足。不能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的現(xiàn)實(shí)要求。 多學(xué)科之 間的交叉融合成為目前學(xué)科發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì),大量原創(chuàng)性科研成果的產(chǎn)生、 新的學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)的培育以及優(yōu)勢(shì)學(xué)科方向的凝練,都依賴于多學(xué)科之間的相互交 叉與融合。積極推動(dòng)學(xué)科的交叉融合可以為高等院校的學(xué)科發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)良好 的機(jī)遇,并據(jù)此提供一條可行的路徑?？茖W(xué)所探討的規(guī)律是客觀存在的

3、,自然界 的規(guī)律本無(wú)學(xué)科之分,只是人為將之分為不同的門(mén)類,因此,所有的科學(xué)研究不應(yīng) 當(dāng)以學(xué)科作為界限。學(xué)科交叉、學(xué)術(shù)交流和團(tuán)結(jié)合作是獲得創(chuàng)新性成果的必然 要求。很多諾貝爾獎(jiǎng)的誕生都是得益于團(tuán)隊(duì)合作與學(xué)科交叉,學(xué)科建設(shè)是學(xué)校事 業(yè)發(fā)展的根本,學(xué)科交叉有利于出創(chuàng)造性成果,同時(shí),可以充分利用學(xué)?，F(xiàn)有教 學(xué)、科研資源,減少資源浪費(fèi)。現(xiàn)在,我們通常強(qiáng)調(diào)科研方面的多學(xué)科交叉,而忽 視了教學(xué)方面。在教學(xué)方面,多學(xué)科交叉同樣起著舉足輕重的作用。 二、 “交叉型”教學(xué)方法的作用 “交叉型”教學(xué)是構(gòu)建以核心課程和選修課程 相融合的教學(xué)模式,實(shí)現(xiàn)“科學(xué)無(wú)界限”的完美結(jié)合。“交叉型”教學(xué)模式融理論基礎(chǔ)與專業(yè)培養(yǎng)為一體

4、,是研究型大學(xué)的基本教學(xué)模式,具有以下三個(gè)基本特 征:突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位;強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉融合在教學(xué)中的重要作用;構(gòu) 建知識(shí)、能力與素質(zhì)的三維一體?！敖徊嫘汀苯虒W(xué)模式是相對(duì)于以單一性知識(shí) 傳授為主的教學(xué)模式提出的,是指教師以主講課程內(nèi)容為基礎(chǔ),融入其他相關(guān)學(xué) 科的知識(shí)加以傳授,讓學(xué)生體會(huì)多學(xué)科之間是有聯(lián)系的,不是獨(dú)立的,可以觸類旁 通,加深理解和便于掌握。專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)是夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、提高學(xué)生 綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié),在專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中引入其他相關(guān)學(xué)科的知識(shí),可以拓寬 學(xué)生視野、提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、發(fā)揮學(xué)生能動(dòng)性,對(duì)強(qiáng)化專業(yè)課教學(xué)效果,培 養(yǎng)專業(yè)知識(shí)扎實(shí)、思維活躍的創(chuàng)新型精英人才具有

5、重要意義。 三、“交叉 型”教學(xué)方法的具體實(shí)施 流體力學(xué)是工科學(xué)校主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。學(xué) 生通過(guò)本課程學(xué)習(xí)流體力學(xué)的基本概念和基本原理,掌握一定的分析、解決本專 業(yè)中涉及流體力學(xué)問(wèn)題的能力,為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。本課程要求學(xué)生 掌握流體的主要力學(xué)性質(zhì)、流體在靜止和相對(duì)平衡時(shí)壓強(qiáng)的分布規(guī)律、計(jì)算和 測(cè)量方法、理解渦動(dòng)力學(xué)原理并掌握流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本方程,理解并能應(yīng)用理想流體和粘性流體的運(yùn)動(dòng)方程。內(nèi)容涉及:流體力學(xué)研究對(duì)象和研究方法 流體的主要物理性質(zhì),流體靜壓強(qiáng)及其特性;流體平衡微分方程;流體靜壓強(qiáng)的分 布規(guī)律;作用于平面的液體壓力;壓力作用點(diǎn);作用于曲面上的液體壓力;液體的相對(duì)平

6、衡。描述流體運(yùn)動(dòng)的方法;流動(dòng)分類;連續(xù)性方程;流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析,無(wú) 旋運(yùn)動(dòng)和速度勢(shì),不可壓流體的平面運(yùn)動(dòng)和流函數(shù)。理想流體的動(dòng)量方程;理想 流體的能量方程;不可壓縮流體的一維流動(dòng),積分形式的動(dòng)量方程和動(dòng)量距方 程。流體的渦旋運(yùn)動(dòng)。應(yīng)力張量及形變率張量之間的關(guān)系;粘性流體力學(xué)基本方 程和邊界條件;粘性流動(dòng)的基本性質(zhì);精確解;相似理論和量綱分析;邊界層理 論。湍流產(chǎn)生的隨機(jī)性;湍流基本方程;湍流的半經(jīng)驗(yàn)理論;湍流邊界層。課程的 重點(diǎn)是連續(xù)性方程,動(dòng)量守恒方程,能量守恒方程。課程的難點(diǎn)是邊界層理論和 湍流邊界層。但作者發(fā)現(xiàn)在課程教學(xué)中若采用傳統(tǒng)的以全時(shí)段講授為主的模式,學(xué)生容易產(chǎn)生疲倦心理,課堂效果

7、并不理想,同時(shí)若單一以教學(xué)參考書(shū)為主線講 授,在教和學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)細(xì)節(jié)的把握和理解都不盡如人意。申請(qǐng)人前期嘗試運(yùn)用 類比的方法授課,也就是在介紹流體力學(xué)的概念和定理時(shí),與數(shù)學(xué)和物理知識(shí)相 類比,同學(xué)可以很快接受,理解也較深刻,講授課程所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)很多與數(shù)學(xué) 和物理密切相關(guān),引導(dǎo)學(xué)生積極思考,主動(dòng)聯(lián)系,走向前臺(tái),取得良好的課堂效果。 舉例一:流體力學(xué)中的很重要的內(nèi)容勢(shì)流理論,在勢(shì)流理論中很 重要的概念就是勢(shì)函數(shù)的引進(jìn),這里高等數(shù)學(xué)的格林定理就有著重要的作用,兩 者密切相關(guān),所以在介紹勢(shì)流理論時(shí),格林定理要有意識(shí)地引入和重點(diǎn)闡述,并且 將兩者對(duì)應(yīng)起來(lái),使學(xué)生在回想起數(shù)學(xué)重要定理的同時(shí),對(duì)流體力學(xué)

8、的概念也更 加深刻的理解和清楚地掌握。 舉例二:在介紹激波概念時(shí),可以借助 如下兩個(gè)圖例,圖1是通過(guò)計(jì)算在不可壓縮領(lǐng)域借助淺水波方程給出激波的圖形 圖2是通過(guò)實(shí)驗(yàn)在可壓縮領(lǐng)域給出激波的圖形,在不可壓縮和可壓縮兩個(gè)情況下 激波的圖形是具有相比擬關(guān)系的,是可以類比的。同樣,水動(dòng)力學(xué)的控制淺水波的方程和空氣動(dòng)力學(xué)的可壓縮氣體方程形式上相似,具有比擬關(guān)系。兩個(gè)方 程的形式如下:淺水波方程:可壓縮氣體方程:形式比較復(fù)雜的 方程,通過(guò)聯(lián)想比擬,就可以通過(guò)記住淺水波方程就可以記住可壓縮方程的形 式。在流體力學(xué)教學(xué)中,有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生與數(shù)學(xué)物理的概念和定理相聯(lián)系,可使學(xué)生更深刻地理解有關(guān)概念及定理間的關(guān)系,有助于培養(yǎng)學(xué)生的技能,并 使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)格的推理、全面分析問(wèn)題的能力。在流體力學(xué)教學(xué)中,和其他學(xué)科 的知識(shí)相交叉,不僅對(duì)流體力學(xué)的理解有幫助,也可以加強(qiáng)其他學(xué)科知識(shí)的理解 和掌握。 多學(xué)科之間可以融會(huì)貫通,觸類旁通。參考文獻(xiàn): 1張兆順,崔桂香.流體力學(xué).清華大學(xué)出版社.2Milton Van Dyke,An album of fluid motion,The parabolic