《流體力學(xué)》課程教學(xué)大綱

《流體力學(xué)》教學(xué)大綱課程編號：16220006英文名稱：FluidMechanics學(xué)分：2.5學(xué)時：總學(xué)時48學(xué)時，其中理論32學(xué)時，實踐16學(xué)時先修課程：高中物理、高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課授課對象：土木工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：土木工程學(xué)院修讀學(xué)期：第4學(xué)期一、課程描述和目標流體力學(xué)是土木水利類專業(yè)的一門主要工程基礎(chǔ)課。本課程注重學(xué)生對數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)等多學(xué)科知識的融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本概念、基本理論、基本計算方法，具備解決涉水工程相關(guān)問題的能力，并為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)以及從事涉水工程相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。本課程擬達到的課程目標：課程目標1：掌握流體力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方程，能夠運用流體力學(xué)知識對涉水工程復(fù)雜工程問題概化，并建立數(shù)學(xué)和力學(xué)模型進行推理分析，并獲得有效的解。課程目標2：具備運用多學(xué)科知識綜合分析問題的能力，能夠應(yīng)用流體力學(xué)、數(shù)學(xué)、工程科學(xué)等基本原理，識別和判斷涉水工程中復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課程目標3：能夠應(yīng)用流體力學(xué)基本原理，設(shè)計和開展流體力學(xué)相關(guān)實驗，并對所采集數(shù)據(jù)進行分析和解釋，通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標4：能夠選擇和使用恰當?shù)膬x器、信息資源和工程工具等，對復(fù)雜流體力學(xué)問題進行分析、計算與設(shè)計。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標權(quán)重指標點1-3應(yīng)用土木工程相關(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法，推演、分析土木工程專業(yè)工程問題。課程目標10.3指標點2-1能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別和判斷土木工程專業(yè)復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課程目標20.3指標點4-2能夠基于科學(xué)原理，設(shè)計和開展土木工程專業(yè)性實驗，對所采集數(shù)據(jù)進行分析和解釋，通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標30.2指標點5-2能夠選擇和使用恰當?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對復(fù)雜土木工程問題進行分析、計算與設(shè)計。課程目標40.2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配理論課學(xué)時：序號教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點（含德育要求）學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標1緒論、流體的主要物理性質(zhì)和流體靜力學(xué)了解流體力學(xué)發(fā)展簡史、定義、任務(wù)，理解流體的質(zhì)點和連續(xù)介質(zhì)模型、作用于流體上的力、流體的主要物理性質(zhì)，掌握牛頓內(nèi)摩擦定律；理解靜水壓強特性，重點掌握靜水力學(xué)基本方程、等壓面及液體中壓強的計算、測量與表示方法，掌握作用面上總壓力計算。德育部分：以水為師，升華治水哲學(xué)，在“堵”與“疏”的治水理念實踐中，尊重水規(guī)律的辨證思想是中華民族治水的一座豐碑。8課堂講授（ppt、視頻、動畫、實驗錄像、板書）課程目標1課程目標22流體運動學(xué)和流體動力學(xué)基礎(chǔ)理解描述流體運動的兩種方法；理解流動類型和流束、總流等概念；了解連續(xù)性微分方程和納維-斯托克斯方程及其物理意義；重點掌握總流連續(xù)性方程、能量方程和動量方程及其應(yīng)用。德育部分：17世紀歐洲工業(yè)革命和文藝復(fù)興，先后涌現(xiàn)出了牛頓、伯努利、歐拉、拉格朗日、亥姆霍茲、雷諾、普朗特等一大批在流體力學(xué)方面做出了卓越貢獻的科學(xué)家，而同時期中國自然科學(xué)的貢獻幾乎為零。直至現(xiàn)代的中國才奮起直追，我們新一代的大學(xué)生應(yīng)該接過老一輩科學(xué)家的接力棒，在自然科學(xué)的大道上奮起直追。8課堂講授（ppt、視頻、板書、工程案例）課程目標1課程目標23流體阻力和能量損失理解流動阻力和水頭損失分類、理解粘性流體的兩種流態(tài)及判別準則；掌握圓管紊流與層流水頭損失計算方法。6課堂講授（ppt、實驗錄像、板書）課程目標1課程目標2課程目標44量綱分析和相似原理重點掌握量綱分析方法；理解相似概念和主要相似準則及模型實驗。德育部分：理解科學(xué)的思維和研究理念。2課堂講授（ppt、板書、工程案例）課程目標1課程目標25孔口出流及管嘴出流理解孔口出流、管嘴出流的概念；重點掌握孔口出流和管嘴出流的水力計算；難點在于理解管嘴的真空和管嘴出流的工作條件。4課堂講授（ppt、板書）課程目標1課程目標2課程目標46滲流掌握滲流基本概念和達西定律，理解地下水的漸變滲流、井和井群滲流。德育部分：工程安全重于泰山。2課堂講授（ppt、板書）課程目標1課程目標27實際工程案例結(jié)合毆飛灘圍墾、九堡大橋、杭州灣大橋等實際案例講解流體力學(xué)相關(guān)知識在實際工程中的應(yīng)用。德育部分：借助大量實際工程案例，讓學(xué)生明白這一個個抽象、艱澀的概念和理論知識都是我們身邊活生生的工程實踐，同時學(xué)習(xí)前輩們?yōu)榱丝朔粋€個工程難題百折不撓，上下求索的科學(xué)精神。2課堂講授（ppt、工程項目報告）課程目標1課程目標2課程目標4合計32實驗學(xué)時：序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學(xué)時類型對應(yīng)課程目標1自循環(huán)流動和流譜流線顯示觀察流體運動的流線、跡線和脈線，了解各種簡單勢流如匯流、平行流、圓柱繞流的流譜。1演示課程目標3課程目標42靜水力學(xué)實驗掌握用測壓管測量流體靜壓強技能；驗證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；通過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實驗分析研討，進一步提高解決靜力學(xué)實際問題的能力。3驗證課程目標3課程目標43能量方程（伯努利方程）實驗驗證流體恒定總流的能量方程；通過對動水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實驗分析研討，進一步掌握有壓管流中動水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性；掌握流速、流量、壓強等動水力學(xué)水力要素的實驗量測技能。3驗證課程目標3課程目標44動量定理實驗驗證不可壓縮流體恒定流的動量方程；通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等因素間相關(guān)性的分析研討，進一步掌握流體動力學(xué)的動量守恒定理；了解活塞式動量定律實驗儀原理、構(gòu)造，進一步啟發(fā)與培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力。2設(shè)計課程目標3課程目標45雷諾實驗觀察層流、紊流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換特征；測定臨界雷諾數(shù)，掌握圓管流態(tài)判別準則；學(xué)習(xí)古典流體力學(xué)中應(yīng)用無量綱參數(shù)進行實驗研究的方法，并了解其實用意義。3驗證課程目標3課程目標46局部水頭損失實驗掌握三點法、四點法量測局部阻力系數(shù)的技能；通過對圓管突擴局部阻力系數(shù)的包達公式和突縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗公式的實驗驗證與分析，熟悉用理論分析法和經(jīng)驗法建立函數(shù)式的途徑；加深對局部阻力損失機理的理解。2驗證課程目標3課程目標47孔口與管嘴出流實驗掌握孔口與管嘴出流的流量系數(shù)、側(cè)收縮系數(shù)、流速系數(shù)、局部阻力系數(shù)的量測技能；通過對不同管嘴與孔口的流量系數(shù)測量分析，了解進口形狀對出流能力的影響及相關(guān)水力要素對孔口出流能力的影響。2驗證課程目標3課程目標4合計16注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括演示、驗證、綜合、設(shè)計等。四、課程教學(xué)方法理論教學(xué)部分集中講授，采用多媒體課件和板書相結(jié)合，配以知識點視頻、知識點動畫演示、實驗錄像、計算軟件介紹、課堂和課下作業(yè)，并植入實際工程案例（毆飛灘圍墾、九堡大橋、杭州灣大橋等）對本門課程的相關(guān)知識點進行激活和梳理，讓同學(xué)們理解和掌握流體力學(xué)的基本概念、基本理論和基本計算方法，同時輔以自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。實驗部分采用教師講解，學(xué)生設(shè)計和動手操作的教學(xué)方法，強調(diào)實驗設(shè)計和實驗操作，要求通過《流體力學(xué)》理論課和查閱相關(guān)科技文獻，綜合運用專業(yè)理論知識開展實驗。本課程的實驗充分考慮實驗性質(zhì)和要求，分為驗證性、設(shè)計性、演示性實驗，具體分類見“教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配”。對于設(shè)計性實驗由學(xué)生完成實驗過程的設(shè)計，通過教師審核后方可實驗；對于驗證性實驗，需要實驗前對實驗的要求和原理熟悉。五、學(xué)業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評價相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時作業(yè)、課程研習(xí)、實驗報告、期末考核組成，均按百分制計分。其中理論課平時作業(yè)成績占20%、課程研習(xí)占10%、實驗成績占20%、期末考核成績占50%。2.課程目標達成考核與評價序號教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）課程目標4（分值）合計1平時作業(yè)101000202課程研習(xí)--55103實驗報告00155204期末考試202001050課程目標對應(yīng)分值30302020100考核與評價標準1.平時作業(yè)考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分平時作業(yè)能按時完成。90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全?；局R點理解、掌握到位。能夠利用流體力學(xué)的基本理論完成相關(guān)專業(yè)問答和計算。作業(yè)書寫工整規(guī)范。能按時完成。70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全?；局R點理解、掌握較到位。能夠較好利用流體力學(xué)的基本理論完成相關(guān)專業(yè)問答和計算。作業(yè)書寫基本規(guī)范。較短延時完成。60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全?；局R點理解、掌握基本到位?；灸軌蚶昧黧w力學(xué)的基本理論完成相關(guān)專業(yè)問答和計算。作業(yè)書寫一般。較長延時完成或不交。50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全?；局R點理解、掌握有偏差。不能利用流體力學(xué)的基本理論完成相關(guān)專業(yè)問答和計算。作業(yè)書寫潦草或有抄襲情況。2.課程研習(xí)考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分課程研習(xí)能按時完成。研習(xí)選題和素材符合任務(wù)要求，研習(xí)報告規(guī)范，邏輯清晰，能正確闡述實際工程中的流體力學(xué)原理。能按時完成。研習(xí)選題和素材符合任務(wù)要求，研習(xí)報告較規(guī)范，邏輯較清晰，能正確闡述實際工程中的流體力學(xué)原理。較短延時完成。研習(xí)選題和素材基本符合任務(wù)要求，研習(xí)報告基本規(guī)范，邏輯基本清晰，基本正確闡述實際工程中的流體力學(xué)原理。較長延時完成或不交。研習(xí)選題和素材基本符合或不符合任務(wù)要求，研習(xí)報告欠規(guī)范，邏輯不清晰，不能正確闡述實際工程中的流體力學(xué)原理。3.實驗報告考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分實驗報告獨立完成實驗報告，數(shù)據(jù)完整，無抄襲或偽造數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理或分析合理，實驗報告排版整潔、文筆通順、書寫規(guī)范。獨立完成實驗報告，數(shù)據(jù)完整，無抄襲或偽造數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理或分析基本合理，實驗報告排版較整潔、文筆較通順、書寫較規(guī)范。獨立完成實驗報告，數(shù)據(jù)基本完整，無抄襲或偽造數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理或分析基本合理，實驗報告排版欠整潔、文筆欠通順、書寫欠規(guī)范。獨立完成實驗報告，數(shù)據(jù)不完整，有抄襲或偽造數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理或分析不合理，實驗報告排版欠整潔、文筆欠通順、書寫欠規(guī)范。4.期末試卷考核與評價標準根據(jù)課程目標及教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計期末考試題目，以此檢驗學(xué)生對課程知識的掌握程度，以及解決問題的能力。根