流体力学理论及应用范文

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篇1

[关键词] 以问题为基础的学习；脑血管病；理论教学

[中图分类号] G642 [文献标识码] C [文章编号] 1673-7210（2013）11（b）-0147-04

Application of problem-based learning method in cerebrovascular disease theory teaching for foreign students

XUE Shouru HAN Xuefei CAI Xiuying DUAN Xiaoyu DONG Wanli

Department of Neurology， the First Affiliated Hospital of Soochow University， Jiangsu Province， Suzhou 215006， China

[Abstract] Objective To investigate the effect of problem-based learning （PBL） teaching method on cerebrovascular disease （CVD） theory teaching for foreign students. Methods In theory teaching of CVD for foreign students education， the method of problem-based learning （PBL） was introduced to evaluate the teaching quality. PBL teaching mode was designed to follow the case as a guide and the problem as a basement， with the full combination of theory and practice. The application effect of PBL teaching method was investigated. Results PBL teaching method could help to manipulate the primitive of foreign students （98.3%） and improve foreign students' comprehensive ability to analyze and solve problems related to CVD （95.0%， 94.2%）. Foreign students could master CVD diagnosis and treatment by using PBL teaching method. Conclusion PBL teaching model has also improved the teaching quality of CVD course， and it is worthy of recommending.

[Key words] Problem-based learning （PBL）； Cerebrovascular disease （CVD）； Theory teaching

[基金项目] 苏州大学校级教改项目（编号2009-sz-027）。

[作者简介] 薛寿儒（1967.4-），男，医学博士，主任医师，博士生导师，苏州大学附属第一医院神经病学教研室副主任；研究方向：脑血管病和神经变性病的基础和临床。

国内脑血管病具有发病率高、致残率高和死亡率高的特点，给人类健康和生命造成极大威胁，同时给家庭和社会带来沉重的负担。因此，脑血管病教学内容极其重要，占据临床神经病学教学的核心地位。在传统教学中，遵循“灌输式”教育，即“教师为中心，课堂教学和教材为主”模式，该教育模式培养的学生存在思维不够活跃、动手创造能力不够强、探索未知领域意识薄弱等缺点，其特征是理论教学与实践教学脱钩。而以问题为基础的学习（PBL）教学法是一种全新的教学方法，是以病例为先导、以问题为基础、以学生为主体、教师为导向的小组讨论式的教学方法[1-3]。PBL教学方法有效地解决了传统教学的弊病。其特征是教学效果得到质的飞跃。由于脑血管病教学内容繁多，涉及的各种症状体征复杂，采用传统的灌输教学，留学生常常感到枯燥难懂，教学效率低，因此，十分有必要应用PBL教学方法改善脑血管病教学内容，提高教学效果。

1 对象与方法

1.1 对象

对接受该教学方法的132名留学生（共4个班）课后随机发放120份调查内容相同的问卷，并全部回收，回收率为100%。

1.2 PBL教学对象及实施方法

1.2.1 留学生课前预习 上课前2周告知留学生脑血管病课的学习目标，学习内容。通知学生课前认真学习脑血管病课的内容，主讲教师通过校内局域网发送脑血管病章节的学习目标和相关问题，让留学生（每班分5组）围绕学习内容查阅资料，并鼓励留学生上互联网查询脑血管病最新进展信息。由学生分组讨论（每5～6人一组）并制作多媒体课件。课件内容主要有：①如何问诊，即详细的病史询问应该主要包括哪方面内容？②如何体检，即针对病史体格检查主要包括哪方面内容？可能的体征是什么？为什么？③如何辅助检查，为了进一步明确诊断，按轻重缓急顺序，主要安排哪方面实验室与辅助检查？实验室与辅助检查的可能结果是什么？④如何诊断，脑血管病的的临床诊断标准为何？应该如何与其他疾病进行鉴别诊断？⑤如何治疗，脑血管病的临床治疗原则是什么？每一小组负责制作并讲解其中的一部分幻灯片。对小组讲者的要求：幻灯片张数适中，每张幻灯数不能超过5张，每张幻灯字数不能超过20个；要求其思维清晰，语言流利，讲解完需准确回答听者提出的问题。对听者的要求：积极配合提出问题，并可能回答讲者不能回答的问题。

1.2.2 教师教学素材的收集和教学课件制作 应用我院神经病学教研室多年来在脑血管病教学研究工作中收集的大量典型病例、脑CT、MRI、MRA、MRV、DSA、CTA、SPECT、PET等典型影像资料，结合既往典型病例的腰穿脑脊液资料作为素材。以PBL教学方式为先导，围绕脑血管病的两大要素：主要脑血管分布和脑功能区分布及构造设计学习目标的问题，并围绕脑血管病的两类主要问题，即缺血性脑血管病（包括脑血栓和脑栓塞）和出血性脑血管病（包括脑出血和蛛网膜下腔出血）等精心制作多媒体课件。

1.2.3 知识梳理安排 各组分别展示课件，讲述有关内容。鼓励学生提问，教师可针对一些关键知识点提出问题，以突出重点，加深印象。例如：有肢体瘫痪的患者一定就是脑血管病吗？回答问题以学生为主体，对于学生回答不出的问题，教师根据情况决定由自己回答或将问题布置为课下作业，由学生借助各种学习工具获得答案。教师对学生课件制作的质量、讲授水平、课堂提问与回答的踊跃程度等进行简要小结。

1.3 临床PBL课实践

病史询问：指导1名学生按时间顺序，沿逻辑思维进行问诊，其余同学倾听。教师需在病史询问过程中对学生的病史询问方法进行必要的引导，如病史询问所用词语不能过度专业化，询问顺序不能杂乱无章，不能偏题，不能有重大遗漏等。病史询问结束后可由其他学生补充。

体格检查：指定1名学生进行神经系统针对性的体格检查，注意神经系统体格检查的前后上下顺序、手法以及查体过程中爱伤观念的体现。查体结束后首先体检者汇报神经系统体格检查的阳性结果，然后由其他学生进行神经系统查体部分的补充与纠正。

实验室及辅助检查：由指定学生根据前述的病史询问及神经系统体格检查结果，提出为确立临床诊断进一步需要的实验室及辅助检查，由学生进行分析。其中，脑CT、MRI、MRA等典型影像资料与脑脊液结果的分析是重要基本功，教师要结合病例，对典型影像资料的临床意义、脑脊液结果的判断与临床价值、脑CT和MRI的阅读顺序及异常表现进行必要的讲解。

诊断的提出：指导学生用专业语言精简总结，并提出临床诊断及其依据。

鉴别诊断的分析：由指定学生提出主要的临床鉴别诊断及其依据。

治疗原则：由指定学生根据临床资料，制订下一步的治疗方案，包括用药原则和一般治疗，要求注意观察判断病情进展的指标及必要的处理方法。例如：1例脑血管病患者，如考虑缺血性脑血管病，首选的治疗措施是什么？如果用药3 d以后效果不佳，应考虑有哪些恶化的原因？应给予患者哪些检查？如何调整用药？对于学生回答不了的问题，教师可布置为课下作业，并推荐主要的参考文献或网络资源供学生查阅参考，待下次课由学生做出回答。

讨论总结：讨论围绕临床脑血管病病例引导出来的学习目标进行，留学生和教师一起分析病例的临床特点，最后提出诊疗意见。如出血性脑血管病主要临床表现是头痛、呕吐和肢体瘫痪，相应提出如下问题：出血性脑血管病发病原因、瘫痪血管分布特点及如何处理等。留学生围绕问题运用新学知识综合分析、判断，经过讨论做出正确的处理。讨论过程中注重充分运用教学课件演示脑血管构造及分布。对课堂上尚未解决的学术问题通过局域网进行交流探讨，以弥补课堂教学在时间上的不足。

教师对学生表现的评定：对学生的良好表现予以充分肯定和鼓励，同时对存在的问题做出小结，并指导学生解决问题的方法。

2 结果

PBL教学法在脑血管病理论教学中效果问卷调查结果表明，留学生对PBL教学形式与效果普遍评价较高，大多数留学生认为PBL结合多媒体教学法能很好地调动学习积极性，有助于知识的理解和记忆，提高综合分析解决问题能力和理论实践相结合能力。见表1。

3 讨论

3.1 我校留学生的教学特点

我校自2006年起开始招收临床医学类留学生，我校留学生主要来源于巴基斯坦、印度、尼泊尔、马来西亚、文莱、印度尼西亚等亚洲国家和极少数欧美国家的应届高中生，目前在校生400余人。我校留学生的基本情况是：①具备一定的科学文化知识，留学生之间科学文化知识水平差异较大，但其医学知识相对匮乏；②来自亚洲国家的留学生主要受英联邦国家语言环境的熏陶，他们的英语水平尤其是英文阅读和写作水平普遍较好，虽然大多数留学生入学时能用英语交流，但由于留学生受当地方言的影响，带有浓重的地域口音，而英语毕竟不是他们的母语，表达相对不够规范，这在一定程度上影响着师生之间的互动式交流；③这些学生大多信仰印度教或伊斯兰教，他们的生活、学习和思维深受该文化背景影响；④他们思维活跃，自学能力强，课堂气氛热烈，随时可能会打断教师授课而提出问题，但组织纪律性较差，上课迟到、早退时有发生；⑤大多数学生毕业后将回国参加本土医师执业资格或执照考试。尽快熟悉这些情况，使教师在教学中做到心中有数，尤其是在授课前应该熟悉和尊重来华留学生所在国的国体、政体、民族、文化、宗教、历史等特点，并将这些融入日常教学活动，减少师生间的陌生感，建立师生友谊，为对外医学专业教学的顺利开展营造一个亲切和谐的师生氛围，这是取得留学生信任和认可教师教学权威性的重要途径，同时也有助于利用有限的高校资源改善留学生的教学效果。因此，对留学生用英语授课，要求任课教师同时具备丰富的专业理论知识和良好的英语沟通能力[4]。目前神经内科留学生的授课教师主要由具有博士研究生学历和出国留学经历的中青年教师担任，这些教师在语言、多媒体课件制作等方面具有较大优势，较易与留学生沟通，且愿意尝试新的教学模式。而脑血管病理论教学时间达4课时，占整个神经病学理论教学的1/8。因此，选择脑血管病内容进行教学模式的探索，其目的是以病案为基础、问题为核心，培养留学生运用理论和实践知识的综合分析能力，达到熟练掌握脑血管病诊断和治疗的目的。

3.2 PBL教学法在留学生脑血管病理论教学中的意义

PBL最早始于1969年，1993年在爱丁堡世界医学教育高峰会议得到推荐，此后在国内各医学院校开始尝试，并得到较快发展。与传统教学方法相比，PBL是以重视能力培养代替重视知识传授、以综合课代替以学科为基础的课程，以学生为中心代替以教师为中心的一种教学方法，PBL教学有利于培养学生独立思考问题、理论联系实际、灵活运用知识方面的能力，有助于培养适应生物-心理-社会医学模式的医学人才。PBL教学需要教师与学生之间以及学生与学生之间的配合互动，因此密切了他们之间的关系，提高了人际交往和互助共事的交流能力；同时，PBL教学还可以提高组织调查能力、交流合作能力和创造开拓能力等。在脑血管病教学中应用PBL教学，并结合多媒体教学手段，可以充分调动留学生的学习兴趣和积极性，提高自主学习能力，使留学生对脑血管病内容产生深刻准确的记忆，加深对脑血管病知识的理解。

3.3 PBL教学法体会

PBL教学的特点是在教师指导下，以学生为主体，小组讨论为主要形式，以某一医学专题或具体病案等问题为核心进行的研究性学习，旨在培养学生的探索意识、创新和实践能力。它弥补了传统教学重知识轻能力的弊端，是医学教育改革的一个重大进步。它推动高等医学教育理念的变革，成为近年来高等医学教育教学改革的趋势和热点[1，4-5]。留学生由于思维较为自信活跃，敢于发言提出问题等特点，采用PBL教学非常适合留学生的学习特点，有利于激发留学生学习的主动性和积极性。但是神经病学理论教学内容枯燥难懂，尤其脑血管病理论教学更加如此，PBL教学结合多媒体教学汇集了图片、录像、动画等音频及视频材料，使抽象、枯燥难懂的脑血管病内容变成生动形象、直观易懂，有利于学生对脑血管病各类抽象症状体征的理解。

PBL教学强调“学生主动学习”，学生在主动学习中发现问题并且自己解决问题。每个学生都要积极主动、勇于参与、善于表达、乐于自觉完成学习任务，并分享学习体会。因此，PBL教学能够提高学生的学习兴趣和学习激情，充分调动其交流积极性。研究中有98.3%的学生认为PBL教学能够提高其自身主动积极学习的能力和学习兴趣，可见其调动了其学习的主观能动性，变被动为主动，充分激活学生的科学思维精神，活跃课堂学生的学习气氛。在PBL教学中，学生针对提出的问题进行自学，查阅资料并加以归纳整理、分析总结，加深了对所学知识的理解认识和记忆，强化专业知识的吸收，进一步提高了学习效果。研究中，有91.7%的学生认为PBL教学有助于知识的创新和理解记忆。在临床实践工作中，对临床表现不典型的病例，需要全面详细的病史询问和完整的体格检查，合适的实验室和辅助检查结果，才能做出正确的临床诊断。采用PBL教学后，学生需要自己发现临床疾病的不典型性，并加以鉴别诊断，最后才能形成准确的临床诊断。95.0%的学生认为PBL教学有助于增强创造性思维和综合分析能力。虽然在基础学习阶段，学生习惯了课堂上被动听教师上课的学习方式，但对于充满激情活力的PBL教学，绝大多数学生还是愿意接受的。研究结果中，有95.8%的学生觉得能够适应PBL教学。可见，PBL教学在临床神经病教学中是值得推广和实践的。

传统教学中，整个教学活动的主导是教师，教师是知识的传授者，学生是知识的被动接受者。而在PBL教学中，教师和学生的作用发生了角色互换，教师的角色转变成了组织协调和指导帮助学生的主动学习，课堂教学中充分发挥学生学习的积极主动性和开拓创造性，达到使学生有效掌握当前所学知识的目的。纵观整个教学过程，教师的作用主要体现在PBL教学法的组织设计和有效管理以及对学生积极参与的帮助和激励促进。因此，PBL教学法对教师的综合素质提出了更高要求，要求教师不断学习新理论和新技术，不断提高理论水平和实践教学能力。

目前PBL教学虽然在国际上发展较为成熟普遍，但在我国高等医学教育尚属起步阶段，而且各个医学院校实施的方法也不同，目前在我国高等医学教育中普及该方法还有诸多急需解决的问题[5-7]，包括：①全才型的优秀教师严重缺乏，全才型师资力量薄弱。②缺乏系统有效的PBL教学教材和配套培训资料。③典型病例难易程度的控制。病例过于简单，不能激发学生的学习兴趣，病例过于复杂，使学生产生畏难情绪。④有些学生对PBL教学法不适应。⑤传统教学观念根深蒂固、PBL教学经验不足等问题。长期以来，学生已经习惯了传统的灌输法教学，突然转变教学方法，有些学生感到学习负担加重，不能有效适应。

总之，PBL结合多媒体教学应用于脑血管病教学，有利于调动留学生学习积极性，这对解决当前医疗环境下教学资源短缺具有十分重要的意义[8-10]。该教学模式的有效应用依赖于教师素质的提高、PBL教材及配套培训资料的开发和典型病例难易程度的控制[5，11-13]。该教学模式弥补了目前医学教育存在的动手能力较差和创造性思维不强的问题，值得在临床教学中推广。

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篇2

一、提炼课程核心思想、调整教学内容

近几年来，随着我国及上海市海洋战略布局和海洋经济的发展，上海海洋大学作为一所以海洋、水产和食品为特色的高校，在学科和专业建设方面取得了较大进步，《工程流体力学》作为一门专业基础理论课，其地位愈来愈显得重要。其中海洋学院、食品学院和工程学院几十年来在本科和研究生教育中，一直将《工程流体力学》和《高等流体力学》作为一门相当重要的专业基础课。特别是，工程学院的机制专业将《工程流体力学》作为该专业学生的一门必修课，随着学校的发展，这门课程必将渗透到生命学院的水产、水生物、设施渔业、水环境等专业和方向中。目前根据已定的教学计划，每学年有近650名学生学习这门课，由于各专业对其内容眼球的不同，需要结合各专业的特点，提炼课程核心思想、调整教学内容，通过不同的模块组合，确实提高学生的学习兴趣，促进教学质量的提高。

上海海洋大学《工程流体力学》任课教师根据多年的教学大纲及要求编写了“工程流体力学”教材，同时完成了配套教材的ppt电子教案，要求学生掌握流体力学的基本知识、原理和计算方法，主要包括：静平衡微分方程、流体对固壁的总压力、流体运动的描述、伯努利方程、动量（矩）方程、量纲分析、相似原理、绕流阻力等。在弄清概念，掌握理论的基础上，能够学会运用基本理论分析解决实际问题，并掌握基本的实验技能，为从事专业工作、科研和其他专业课的学习打下基础。为了便于学生的自主学习，又出版了配套教材的“工程流体力学习题解析”一书。同时根据实际工程需要，将《工程流体力学》的教学内容分为3个层次，即流体力学的基础理论、流体力学知识与进展、流体力学应用与实践， 克服了以往过分重视理论知识的介绍，轻视其应用的弊端。此外，还相继开出了流体力学独立实验课、计算流体力学等。

同时，根据不同专业的具体需求，在课程设置、教学内容上都作了许多相应的调整。例如在全校新开了“工程流体力学的应用”课程，受到了学生们的欢迎，选修这门课的学生相当多，容量达95%以上。并设计了不同的模块组合，对机械专业的学生，在已完成《工程流体力学》教材的二版修订中，在第8章中增加了明渠流动内容，增加了水波理论等内容；针对食品专业的需要，增加了气体及热力学类内容，并补充五套自测题供学生选用，确实提高了学生的学习兴趣，并促进了教学质量的提高。

二、改进教学手段，优化教学过程，加强教学互动

由流体力学团队编写的《工程流体力学》教材，于2006年由上海交通大学出版社出版，同时出版了与之配套的“工程流体力学习题解析”，为了便于教师教学，同时制作了与本教材配套的制作精美、图文并貌的CAI课件，生动地描述了流体力学的一些理论及现象，大大减轻了流体力学理论的学习难度，提高了学生学习的兴趣和效率。这些系列教材的出版，对该课程的建设和质量提升，起到了非常重要的作用。不但受到了本校学生的好评，同时还受到陕西理工大学、中国民航大学、浙江海洋学院及天津城市建设管理职业技术学院等许多学校的欢迎，这些学校对系列教材给予了充分肯定。图书发行突破2万本，出版方已无库存。

充分利用网络资源，将课堂理论教学教案、主讲教师课堂教学的部分录像进行网上共享，使用录像片、流体力学演示实验教学片、电子教材等多媒体教学手段，使学生感到难以接受的流动力学概念变得十分生动具体，加深对教材内容的理解，提高教学质量。使学生能够随时复习、预习相应的课堂教学内容。同时充分利用上海海洋大学的E-Class网络平台，进行网络实时习题、例题解答，以及课后答疑网络资源及软硬件的建设，形成师生交流的互动平台，真正提高网络教学的实用性。强调计算机在流体力学教学中的应用

在充分利用现代教学手段的同时，不能忽视传统教学方法的作用。本课程采用多媒体与板书相结合的教学模式，充分利用多媒体教学信息量大,图像清晰生动的特点, 结合传统板书讲解复杂理论推导的优点，不仅直观清晰，一目了然，而且对重点部分又能反复讲解，以达到学生基本理解并具有一定想象能力。例如在讲解研究流体运动的两种方法：质点法和空间点法时，多媒体上会出现公交车客流量观察方法的动画，使学生既易于分清这两种方法的不同，同时又强调一个相同的目的。又如在讲到流体的漩涡运动时，有龙卷风作强烈旋转运动的画面；讲到伯努利方程时，有踢任意球进球门的画面。理论教学上严谨，但是动画及多媒体生动、形象，使得学生在学习时既不感到枯燥，同时又能加强对基本理论的理解。由于学生数很多，教学上采用大班课的形式（基本上每个教学班有近100名学生），多媒体教学发挥了很大的作用。它使繁冗的公式推导成为一个简单的讲解过程，将复杂的流体运动生动形象地表现出来，同时对重点和难点反复在黑板上演示讲解。这两个方法相辅相承，取得了很好的教学效果。这种授课方式既有利于避免研究生因长时间精力高度集中而产生疲劳,又有利于他们理解并掌握复杂的流体力学基本理论。

2008年“工程流体力学”教材获上海海洋大学教学成果一等奖。作为普通高校重点教材建设项目之一，2009年被上海市教委评为优秀教材三等奖，2011年获得上海市教委重点课程建设项目（沪教委高〔2011〕48号），极大地提高了上海海洋大学来在流体力学行业的影响力。

三、完善实验教学条件，形成完整的教学实验体系

在注重理论教学的同时，加强实验教学环节，2011年3月由上海海洋大学主编的《力学基础实验指导-理论力学、材料力学、流体力学》，由同济大学出版社正式出版发行，其中的流体力学部分（第三大部分），从根本上解决了实验指导书与实验仪器不配套的问题，有效提高了流体力学实验教学质量。2009年下半年新添置了多功能流体力学实验装置、动量定理实验仪、流动图形显示仪、毕托管测速实验仪、虹吸管实验仪、势流叠加仪、空化实验仪等流体力学实验设备，新开设了大量的设计型和创新型流体力学实验，使学生、教师互动，用实验数据来验证理论，来观察抽象的流体运动；用理论知识解释一些流体现象，发现新的现象。这种教学手段提高了教学效果。同时在互动中，将有关科研上对于流体力学的一些热点问题以讨论的形式引入教学，充分地调动了学生的学习热情。通过实验验证加强感性认识：在许多重点和难点的地方，基本上有配套的实验，从实验中学习，既能培养学生从实践中发现问题并进行深入分析的思维习惯，激发他们的学习热情，同时也是加强印象、加深理解、克服难点的手段之一。

针对个别专业的特殊需要，开设了流体力学独立实验课。实际的流体运动非常复杂，因此通过流体力学实验是揭示流体运动规律的一种重要手段，为了帮助学生加深对所学理论的理解，更好的用所学理论解决生产实际中的问题，经过多方筹建，2009年我校海洋环境专业开设流体力学独立实验课，共16学时，实验内容主要包括：能量方程实验、雷诺实验、动量定律实验、沿程水头损失实验、局部水头损失实验、毕托管测速实验、管道测流量实验、流动显示实验、虹吸实验及势流叠加实验等；针对食品专业的需要，开设了气体及热力学类实验。

四、实现教学和科研的互动

在任课教师积极参加各类相关的学习与培训的同时，强化任课教师的科研观念，以科研带动教学，以教学促进科研，进行有效的纵、横向科研联合。任课教师积极参与各类教学改革和科研项目，如深水网箱水动力研究、渔船螺旋桨软件系统设计、人工鱼礁流场分析、海洋结构物的流固偶合分析、海洋波浪能的研究开发等。通过这些项目的研究，加深了对流体力学在海洋科学中实际应用和最新进展的了解。在毕业设计环节，每年选作以流体力学基础理论及其工程应用为毕业论文课题的本科学生20余人，研究生10人。取得多项教学改革和教学研究成果，并在生产实践中得到应用，如流体力学团队教师编制的“渔船螺旋桨系统设计软件”获得2007年上海海洋大学科技成果三等奖，该软件目前已被潍坊柴油机厂、玉林柴油机厂等国内主要柴油机生产厂家广泛应用。我校工程学院羊晓晟、侯淑荣、马利娜、沈小青同学的“一种新型海洋波浪能发电装置”项目，参加2011年由、中国科协、教育部、全国学联和地方政府共同主办的、在大连理工大学举行的第十二届“挑战杯”终审决赛，在全国1935所高校选送的16976件作品中突颍而出，获得“全国竞赛三等奖”。该项目由流体力学老师指导，并突破了波浪及流固耦合理论，极大地激发了学生对本课程的学习热情。今后，本课程将在大学生科技创新中发挥更大的作用。

五、教学效果的考核

《工程流体力学》课程具有理论性强、公式多、数理基础要求高的特点,为帮助学生的学习,仅仅通过教材讲解还远远不够,需要配套必要的习题。在现有基础上，更新试题内容，完善试题库建设，考虑到我校研究生教学的特点, 团队根据新编著教材的主要内容, 以章节为单位,精心筛选和编写了典型习题集,力图做到其中的习题一定要具有典型性。习题的数量不能多,更不能类似和重复,学生通过习题练习,能有效地掌握教材中的基本知识。提高试题质量，真正做到教考分离，促进教学质量的提高。该试题库具有以下功能：平台提供自动组卷、手动组卷、互动组卷，条件设定灵活全面；试卷自动转换成WORD文档，方便打印输出；自定义追加试题入库，采用WORD文档格式编辑批量入库。

在考核中，平时成绩、实验课成绩和期末成绩比例为15%、20%和65%。实践证明，该考核方法取得了很好的效果。

六、结语

总之，对于《工程流体力学》课程教学内容改革的初步探索分析，可以促进教学观念的改变，按此目标授课，对教师提出了更高的要求。同时，还可以促进教材建设、实验室建设及其仪器设备的更新，提高学生的动手能力及科研能力，从而实现“学有所用”，“教学相长”。

高等教育教学改革，特别是专业基础课程体系及教学内容的改革，是一个系统和长期艰巨的实践过程，专业教师任重而道远。只要不断努力和探索实践，就可以开拓出一条符合各个专业需求的、更加富有成效的新途径，取得更好的教改成果。

本文受“2011年度上海市教委重点课程建设项目（沪教委高〔2011〕48号）”资助

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篇3

中图分类号：G424 文献标识码：A

To Investigate the Effect of Improving the

Teaching of Engineering Fluid Mechanics

GUO Liping

（School of Petroleum Engineering， Northeast Petroleum University， Daqing， Heilongjiang 163318）

Abstract The characteristics and teaching practical engineering fluid mechanics courses， combining the current teaching problems arise on how to improve teaching effectiveness programs were studied. Can take advantage of advanced research tools aided teaching to enhance students 'interest in learning， using a combination of multimedia and traditional teaching methods to improve classroom teaching through innovative practices to improve students' ability to apply knowledge and innovation.

Key words engineering fluid mechanics； teaching effects； teaching approach

1 工程流体力学教学现状

1.1 课程难于学习

工程流体力学以高等数学、线性代数、大学物理、工程力学、工程热力学等多门课程为基础，通过本课程的学习培养学生具有初步对工程问题的简化能力，具备一定的分析与计算能力，是学习有关后继课程和从事专业技术工作的基础。由于该课程中的理论推导部分应用了较多微积分、微分方程等数学知识，再加上大多数学生没有实际的工程概念，在实际教学过程中，大部分学生反映：该课程的理论知识抽象、难于理解，概念和方程占的比例较多，对高等数学、线性代数知识要求较高，理论知识与工程实践结合难度较大。①总而言之，在传统的注入式教学模式下，对大部分学生来说，“工程流体力学”是一门非常不好学的课程。

1.2 理论知识与实际应用脱节

在大部分工科院校的工程流体力学课程教学中，课题主要教给学生讲授本课程的基本概念、基本理论及公式推导，这些在教学实际过程及考核时基本都可以完成。这种指导思想下完成的教学效果是，学生可能只会对考核中出现的知识点做机械的符号记忆，如果在后续专业课的学习时或工程生产实际中，涉及到工程流体力学的相关知识，学生们会无从下手，找不到合适的解决问题的方法。

1.3 传统教学方式的缺陷

传统的板书教学模式已有悠久历史，教学理论非常成熟，已经积累了大量的教学经验。在传统教学过程中，一般是通过教师的生动、形象的讲述，学生相对易于接受，老师与学生之间也可以面对面地探讨一些疑难问题。而对于工程流体力学这门课程而言，教学内容不可避免地会涉及到一些类似数学公式的推导，传统的板书教学方式能够留给学生更多的思考时间，同时，也能够加深学生对公式推导过程的理解，加强记忆。由于传统的教学模式主要是依靠粉笔与黑板的教学条件，教师是教学模式的主体，教师表达能力的好坏、知识的丰富程度严重影响教学效果，与此同时，教学效率也非常低下，在有限的学时，很难使教学内容丰富，由此也扼杀了学生创意的产生和个性的发挥。②

1.4 多媒体应用的弊端

多媒体是一种把文本、图像、视频、动画和声音等信息的媒体集成在一起，并通过计算机综合处理和控制的一种信息技术。多媒体教学具有教学形象、生动、具体、信息量大、易于理解的优点。在各高等院校专业课的教学过程中得到了广泛应用，给教学工作带来了极大的方便。一方面，借助于多媒体教学不仅可以在一定程度上吸引学生的注意力，减轻教师板书的劳动量，另一方面是可以将一些复杂的、难于形象描述的流体流动现象和工程实际的图像资料清晰地展现给学生，使教学内容直观明了。同时，课堂气氛动静结合、增强互动性。与此同时也存在一些弊端：③由于大学课程教学内容进程快，信息容量大，一环紧扣一环，即使是传统的教学模式下，在中、小学课堂上出现的活泼、互动的启发式教学场面，在大学课堂教学时很难出现。

2 如何提高工程流体力学课程教学效果

2.1 充分利用先进的科研手段辅助教学

工程流体力学这一课程中涉及到的流场描述等知识点理论抽象、方程较多，仅借助于多媒体演示等手段教学，效果并不很好。如果将先进的科研手段辅助教学，例如将先进的激光粒子测速技术（PIV）应用到“工程流体力学”的教学过程中，④比如可应用拉格朗日描述流体流动和欧拉描述流体流动、紊流和层流流动的特点、圆管中流体紊流和层流轴向速度分布特征等相关章节中，借助于先进流体流动测试技术，能够使学生对抽象的理论进行深刻的理解，同时可激发学生对课程内容进行深入探索、从事科学研究的兴趣。

2.2 传统教学方式与多媒体教学手段相结合

多媒体教学技术的发展并不意味着必须摒弃一切传统的教学手段和方法，如果将传统教学方式与多媒体教学手段相结合，扬长避短，发挥各自的优势，提高课堂教学效果。对于工程流体力学这门工科专业基础课程，在进行复杂的理论公式推导教学时，经验证明：如果教师使用板书的教学方式，在黑板上一步一步推导，而不是使用多媒体，打出一系列的数学符号，这样既可以给学生更多的思考时间，又能够使学生理解公式推导过程，使学生的记忆加强。而对于一些基本概念和特定的流体流动现象，可以借助于多媒体教学手段，加深学生对基本概念和流体流动现象的理解与认识。

2.3 构建学生创新实践操作平台

工程流体力学是一门建立在实验研究基础上的学科，也是一门实验科学。很多流体力学理论都是通过实验研究建立起来的，一些理论分析得出的结论也需要实验来证实，而实验又必须在理论分析所得出结论的指导下进行。因此实验是工程流体力学课程的必不可少部分，是非常重要的教学环节。它不但可以验证理论研究结果，同时，在帮助学生学好工程流体力学这门课程的基础上，培养学生进行科学探索、创新能力和独立工作重要环节。虽然目前大多数高校都把实验教学列为工程流体力学课程教学的一部分，贯穿于课程始终。但大多以验证性实验为主，实验教学方法单调，又有师资力量、实验课时和实验设备等多种因素的制约，学生实际可选择的范围很小，在很大程度上限制了学生独立思考、分析问题、解决问题的能力，不能很好实现工程流体力学实验教学的目的。因此，建立学生创新实践操作平台，在完成课程基础理论验证实验的基础上，结合不同专业学生知识体系和将要从事的领域，开设创新实验，以此来激发学生的学习兴趣，培养创新能力。

3 结束语

为提高工程流体力学课程的教学效果，可以通过利用先进的科研手段辅助教学来提高学生学习兴趣，采用传统教学与多媒体教学相结合方式进行“教”，通过学生创新实践来提高学生对知识的应用能力和创新能力。

注释

① 黄芬霞.石油工程专业流体力学课程的教学改革探讨与实践[J].考索・探微，2013.12（1）：231-232.

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流体机械强度计算是针对能源与动力工程专业（流体机械及其自动控制方向）的专业课程，是后续毕业设计的有效辅助工具，在课程体系中占有重要地位。该课程以水力计算等提供的载荷为初始条件，研究流体机械零件的强度、刚度和稳定性，以期合理确定零件的结构、尺寸及相互联接方式等。流体机械强度计算课程理论性较强，要求具备一定的数学、流体力学与流体机械、固体力学以及机械设计基础；又具有较强的工程应用背景，可用于指导最初的结构设计，满足不同类型泵的可靠性设计要求。因此，教学中需要同时兼顾知识的继承性与先进性，尤其如何在卓越计划背景下构建与工程教育相衔接的教学内容、教学形式等已成为课程改革的首要任务。

1 流体机械强度计算工程实践能力培养的认识

流体机械强度计算课程的强大生命力在于它的实践性，其研究的出发点和归宿点都是为流体机械结构设计服务。流体机械强度计算课程力求使学生具备以下3个方面的技能和经验：（1）坚实的理论基础，包括流体力学理论和有限元理论；（2）程序使用经验，对常用的商业有限元分析程序能够应用；（3）工程实践经验，对不同的工程问题能够评判和确定方案。流体机械强度计算的基本流程为：初步分析详细分析有限元分析结果分析问题解决。在实际计算中，需要根据工程经验进行问题初判，并非所有问题都需进一步分析，有限元分析不一定是解决问题的最佳手段。要做出正确的初判，需要对常见问题的理论有清晰的解决思路，需要对有限元方法的能力和局限有清楚的认识，同时对可能进行的有限元分析所需的时间和人力有准确的判断。在决定进行有限元分析后，运用理论和经验上的判断，决定计算的模型、规模和类型。能够用尽可能简单的模型、尽可能短的时间获得解决问题所需的分析结果。运用商业有限元软件进行分析，需要清楚每个输入参数的意义和作用，仅仅熟悉软件界面不够。获得分析结果后，问题并没有解决，需要从纷繁复杂的数据中寻找问题的解决方案，总结出简单有效的结论和方案。

2 融合工程实际，编写教材

对于卓越工程师培养而言，面向工程需要的教材建设成为课程建设的一项重要工作[4]。目前该专业应用的课程教材为《水力机械强度计算》，该教材采用传统经典的强度计算方法，以解析的手段初步设计或后续校核泵轴、叶轮、泵体等强度问题。经试用，存在不适于该专业卓越工程师能力培养的两个方面：（1）教材内容与前期学习内容重复率较高。如将近30%篇幅涉及的弹性力学基础以及轴、法兰的应力计算等，学生已在大二系统学习过相关内容。（2）教材内容与强度理论和有限元软件的发展不符。有限元法概念浅显、适用性强，通过将实际物理模型离散化，广泛应用于理论分析无法解决的复杂工程问题，而传统教材较少涉及。任课教师较多在原教材基础上编写讲义，穿插讲解一些现代有限元理论及应用。

为适应流体机械专业卓越工程师的培养目标，应当编写适用于卓越工程师的专门教材。该校教师尤其是青年教师应到产学研合作的企业锻炼，熟悉企业工程项目生产、运作和管理的诸多环节，初步具备和企业技术人员合作进行产品研发、联合攻关的能力。在此基础上，联合一些有经验的企业技术人员，有目的地把工程应用的思想引入课程体系，增加实际工程中的一些概念、案例等内容。既依托高校和企业对于工程人才培养的理解与经验，又结合双方各自具备的硬件条件，企业在实际产品结构设计过程中遇到的问题和积累的经验也将反映到教材中，为该专业工程技术人才培养提供了帮助。

3 着眼工程实际，案例教学

提倡以分析解决实际问题为主导的案例教学。课程组精心设计专题讨论课，利用工程案例学习、讨论，加强学生分析、归纳、总结的能力。在案例选取上，为克服有限元分析可能脱离工程实际的问题，所采用案例均为具有明确解析解和实际测试结果的算例，使得讲解更具指导意义。例如：对多级泵（8级）轴静强度进行校核，以及确定蜗壳泵壳体壁厚，这些实例都有较准确的解析结果或经验公式。又如，叶轮连接轴的转子部件的模态分析，以及包括泵体、端盖、悬架及支脚在内整个壳体结构的自由模态分析，这两个典型算例都有试验测试结果。

此外，学生需要提交一份报告。要求采用ProE、UG、Solidworks等对三维结构建模；利用ANSYS软件对结构划分网格，施加合适的载荷和边界条件，对轴、叶轮和蜗壳进行有限元静强度校核。通过这样的训练，增强了学生的三维造型能力以及对流体机械各部件所受载荷和应力的理解。在有限元分析结果的评价方面，尝试应用量化方法进行更进一步训练。如对转子部件计算与实验的模态振型置信度进行比较，使有限元分析更接近实际。

4 凝练工程实际，指导教学实践

从工程实践出发，指导学生自主建模和分析。在横向科研活动中积累了一些具有代表性的结构有限元分析实例，如在叶轮强度计算分析时，分析单纯离心力、流体力及两者合力作用下叶轮的等效应力及变形情况，确定叶轮结构的危险点及危险点应力。这些工程实例多数都有现场实验，通过有限元计算研究，可以使本科生得到直接的训练，对结构有限元分析有更为真实的经验。

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【基金项目】本文系2013年哈尔滨工程大学教学改革项目“基于创新型人才培养的《燃料与燃烧》教学模式改革研究与实践”（JG2013YB09）的研究成果。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）18-0057-02

现代社会能源主要来源于化石燃料的燃烧，能源短缺已成为世界各国面临的迫切问题，寻求新型燃料以及研发高效低污染燃烧装置已成为各国面临的重大任务。 “燃料与燃烧”是一门研究化石燃料及其燃烧规律的传统学科，同时又是一门反映最新燃料及燃烧技术，并与之保持同步的新学科。

作为高等院校热能与动力专业方向的重要专业基础课，“燃料与燃烧”以“高等数学”、“大学物理”、“大学化学”、“工程热力学”、“传热学”和“流体力学”等传统基础课程的知识为基础，由于涉及学科多，应用知识繁复，与其他基础课程相比，具有课程理论难度大、跨度大、知识点多且零散和对数学要求高等特点[1，2]。为此，针对我校热能与动力工程专业人才培养特点和要求，结合多年教学实践经验，对“燃料与燃烧”课程教学内容的制订及教学手段的选择提出自己的建议。

一、课程内容及特点

1.课程内容

“燃料与燃烧”包括燃料、化学热力学、化学动力学、燃料的着火理论、火焰的传播与稳定理论、预混燃烧理论和扩散燃烧理论等基础理论，液体燃料、固体燃料的燃烧过程及其经典的模型等教学模块；课程主要包含：（1）燃料、（2）燃烧过程的物质平衡与热平衡、（3）化学反应动力学、（4）燃烧系统守恒方程、（5）着火和燃烧界限、（6）预混气的燃烧、（7）层流预混火焰、（8）层流扩散燃烧、（9）气体湍流燃烧、（10）液体燃料的扩散燃烧、（11）固体燃料的燃烧、（12）燃烧污染与防治、（13）船舶动力装置的燃烧等教学内容。

2.课程特点

实际燃烧过程涉及质量、动量和能量的交换和变换，涉及燃料和氧化剂之间的化学反应，具体过程十分复杂。“燃料与燃烧”课程知识点多、理论性强、学科交叉性强。因此，一方面，该课程的学习要求学生很好地掌握前期“大学物理”、“大学化学”、“工程热力学”、“传热学”和“流体力学”等专业基础课程的内容；另一方面，该课程的学习又可以促进了学生对上述课程知识点的理解。

“燃料与燃烧”课程理论性强、知识涉及面广，是一门典型的理论和实验相结合的学科。由于燃烧过程的复杂性，截至目前，燃烧科学的研究仍然以实验研究为主。先进诊断技术的不断出现使得燃烧实验获取的数据更加可靠、准确[3]。20世纪以来，着火模型、火焰传播理论、反应流体力学和计算流体力学等的建立使燃烧理论有了长足的发展。并且，随着大型计算机的出现，使得采用数值模拟方法研究燃烧过程已经成为发展趋势[4]，这些都有力地促进了燃烧技术的发展。但这些理论模型对于本科生而言很难理解。这就要求授课老师探索适合本科生知识结构及认知水平的教学内容和教学手段。

二、教学方法

1.教材的选择

“燃料与燃烧”这门课程知识点多、理论性强、概念抽象，如何上好这门课，选择适合的教材是非常重要的环节。好的教材有利于制订合理的教学内容和教学计划，可以有效促进教师的教学和学生的学习。目前市面上发行的教材主要有国外教材的国内翻译版和国内教材两类，比如Kuo. Kenneth K.的《Principles of Combustion》和Turns. S. R.的《An Introduction to Combustion》以及国内顾恒祥编著的《燃料与燃烧》教材和严传俊的《燃烧学》等，这两类教材各有特点。合适的教材应该能够与学生的知识结构及认知能力相适应，与该课程的教学目标相适应[5]。

针对本课程的特点，教材的内容要全要新，应能够较好地反映当前燃烧理论发展水平及技术发展现状。教材内容应当包括燃料、化学热力学、化学动力学、燃烧物理基础、预混燃烧及扩散燃烧、液体及固体燃料的燃烧等。由于是面向本科生的教材，应当内容简单易懂、表述深入浅出、实例丰富直观、结构逻辑清晰，能有效衔接理论分析与工程实例，这样才能提高学生学习兴趣。目前国内出版的《燃料与燃烧》教材要么理论性太强，要么涵盖内容不全面，要么内容深度不够，总之都存在这样或那样的问题。为此，根据我校本科热能与动力工程专业方向学生培养的目标和特点，我校“燃料与燃烧”课程组的老师编写了适合我校学生使用的《燃料与燃烧》教材，该教材系统地阐述了燃烧的基本原理和理论；详细讲述了燃料动力学燃烧的计算方法，详细论述了燃烧热力学和燃烧化学反应动力学，着重介绍了船舶动力装置涉及的预混燃烧和油滴蒸发控制的扩散燃烧；最后，为及时反映燃烧技术的最新研究进展，增添了新型船舶动力装置所采用的燃烧技术[6]。在教材的编撰过程中，大量引用了我校教师及研究生们的研究成果。教材针对性强、内容新颖，强调了“燃料与燃烧”课程的理论性和工程应用性，培养了学生学以致用、理论联系实际的能力和素养。

2.教学内容设计

“燃料与燃烧”课程教学内容应该具有目标性、实效性、科学性、启发性，为此在其教学内容的设计过程中，应该注意以下几点：

①内容要重点突出。“燃料与燃烧”课程内容包括化学热力学、反应动力学基础、着火理论、火焰传播与稳定理论、液体燃料及固体燃料的燃烧等部分，但在各部分内容的讲解上要有重点。课程中化学热力学和化学动力学基础是整个课程的理论基础，讲解内容包括化学平衡、热化学、化学反应速率、质量作用定律、反应级数、活化分子碰撞理论及链锁反应理论等。其中，化学反应速率、质量作用定律、阿累尼乌斯公式和链锁反应理论可作重点讲解。关于着火理论，授课重点放在闭口系统着火理论模型的建立和结果分析上，并分析燃烧放热量和散热量随温度的变化曲线，确定着火温度与初始温度、物理化学因素和散热强度的关系。对于火焰传播与稳定理论，授课的重点在火焰传播概念、气体的动力燃烧与扩散燃烧及火焰稳定的基本原理与方法的讲解。对于预混燃烧，授课的重点在瑞利公式、郎肯-雨果尼奥公式的推导，以及爆震波、缓燃波的性质，并分析层流火焰的传播速度。对于扩散燃烧和液体燃料的燃烧，重点在伯克-舒曼理论、燃料射流的唯象分析、液体燃料的雾化、蒸发模型及液滴的质量燃烧速率。对于固体燃料的燃烧，碳的燃烧化学反应及碳粒的燃烧速度可作为授课重点。

②理论与实践相结合。“燃料与燃烧”是一门理论性及实践性都很强的学科。课程涉及的相关理论模型比较抽象，不易掌握。因此，该课程的教学内容必须与工程或生活实践紧密结合。在课程教学内容设计过程中必须将理论与具体工程案例或燃烧相关生活案例相结合，以具体案例作为切入点，将复杂抽象的理论概念穿插到生动、具体的案例中进行讲解。对于热能与动力专业的本科生，笔者结合船舶柴油机，利用燃烧学理论讲解燃烧室结构设计、燃油燃烧过程、过量空气系数、着火等这些具体设计方案背后的理论依据，从而强化对燃烧理论的理解；结合汽油机和柴油机，讲解点燃和压燃，讲解不同燃烧方式对汽油机和柴油机的影响，讲解烃类燃料着火点和自燃点的区别；结合家用燃气灶台，讲解燃料的扩散燃烧。通过以上措施，使学生课本理论与实践统一。

3.教学方法设计

①采用启发式教育。在“燃料与燃烧”课程教学过程中从学生的知识结构及认知能力出发，结合具体的教学内容和教学目标，采用提问、讨论和案例分析等多种方式，让学生参与教学过程，激发学生的学习热情，使他们在活跃、开放的教学氛围中理解掌握燃料与燃烧相关的知识点，并逐步掌握应用相关知识点分析解决实际问题的能力和提升团队合作能力。

②多媒体与板书的有机结合。随着计算机技术的发展，多媒体技术已成为课堂教学的重要手段。多媒体教学课件图文并茂、内容丰富、信息量大。就“燃料与燃烧”而言，燃烧过程细节可以被生动地显示出来，危险实验也可被充分地展示出来，使学生能够更加深刻、有效地理解相关燃烧理论和燃烧过程。但是，使用多媒体技术授课，老师讲课速度加快，课程信息量增加，学生课堂紧张度增加，易造成学生的思维跟不上授课速度，影响教学效果。板书比较灵活，便于控制授课节奏，适合于讲解复杂理论模型，教师在授课过程中，可以通过板书引领学生的思维，进行详细的讲解和推导，学生易于理解和融会知识。但是，板书速度慢、效率低。因此，在“燃料与燃烧”课程教学过程中，将多媒体教学与传统板书有机结合，扬长避短，充分发挥各自优势，以达到最佳的教学效果。

③多种考核手段的结合。在教学过程中，采用多样化的考核手段，了解学生对课程知识点的掌握情况，督促学生的学习。平时成绩、课堂提问、课后作业、案例分析、阶段考试和小论文等都可以作为考核手段。但无论采用何种形式的考核手段都应当从激发学生的学习热情、提高学生的学习效果和增加学生对本课程本专业的认识出发。

三、结论

综上所述，“燃料与燃烧”融合了“大学物理”、“工程热力学”、“传热学”、“流体力学”、“气体动力学”和“高等数学”等课程的知识。在教学过程中应点面集合，重点突出，理论联系实际，加强对学生实践能力、团队合作能力和创新能力的培养，不断更新教学内容。同时，作为老师，需要不断学习，及时掌握该课程新的知识点，及时更新教学内容。

参考文献：

[1]邓文义，苏亚欣. “燃烧学”课程建设与探讨[J]. 中国电力教育， 2012（27）：70-71.

[2]苏磊. 燃烧学-教学有感[J]. 中国科教创新导刊，2009（34）：134.

[3]Kuo， Kenneth K. Principles of Combustion

[4]严传俊， 范玮. 燃烧学[M]. 西安： 西北工业大学出版社， 2008.

[5]王保文， 王为术， 高传昌. 电厂热能动力工程专业“燃烧学”教学内容设计[J]. 中国电力教育， 2010， （30）：100-102.

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中图分类号：G642.4 ？摇文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）03-0071-02

《粉体科学与工程基础》是我院无机非金属材料专业的一门重要的专业基础课，主要从理论上论述粉体在几何特征、堆积、物理、界面化学、机械力化学、粉体力学、流体力学、流态化等方面的性质和变化规律。其教学目的是使学生系统地掌握粉体材料的基本性质、制备理论及操作过程等的理论知识，从而能根据材料的性能要求，从粉体科学的角度，对粉状原材料的颗粒几何特征和表面物理化学性质进行正确的表征和合理的设计，为进一步学习粉体制备与处理工艺及装备技术奠定基础，使学生能从粉体过程工程的层面，掌握正确、合理地运用粉体材料制备工艺和装备技术的技能，从而培养他们进行材料设计、研究、开发和制备的能力。由于课程改革，本课程的学时数已减少为32学时，而教学大纲所要求的知识点却没有减少，因此，如何在少的学时数中使学生能够系统掌握本门课的知识成为教师在教学中所面临的问题。同时，本课程在三年级下学期或四年级上学期开设，这时的学生已进入专业课的学习，并且即将面临毕业论文写作，如何能将本课程的知识与学生的专业课结合起来，理论联系实际，培养学生的工程思维能力和工程方法的训练，也是我们在教学中要着重关注的问题。为此我们通过《粉体科学与工程基础》各环节的教学来培养学生的工程思维能力。

一、理论教学中培养工程思维能力

《粉体科学与工程基础》作为《粉体科学与工程》的基础篇，其课程内容与材料、冶金、化学工程、矿业、建筑、食品、医药、能源、电子及环境工程等诸多领域都有极大的关系，是一门跨学科、跨行业的综合性极强的基础学科。本课程作为大三和大四学生的专业基础课，在课程讲解中，注重理论结合实际，将课堂知识与实际的工程例子结合，激发学生学习的兴趣，最大限度地调动学生的学习情绪，使他们成为学习的主体。

1.课堂教学注重理论联系实际。为提高课堂教学质量，教师上课之前认真备课，熟悉课程内容，精通所教课程的专业知识，在课堂上向学生讲清楚各章节的基本原理及其在生产实际中的应用，并通过相关的习题训练使学生巩固所学知识，同时，教师也要不断地把与课程内容相关的前沿知识和学科的发展动态提供给学生。在课堂教学中，尽量结合学生的专业学习和认识实习，选择一些与现实生产、生活联系紧密的工程问题进行引导、分析、讨论和归纳总结。例如，在颗粒流体力学章节的教学中，先以北方常见的沙尘暴的形成和传输为例，如果风持续的时间很长，形成悬移的浮尘能够被输送到很远的地方，所经过的地区就会出现沙尘暴；当风速减弱到一定程度后，浮尘就会降落，该地就会出现降尘天气，说明颗粒的粒度、流体（空气）的速度是影响颗粒沉降的主要因素。再以颗粒在流体中的两种沉降方式：重力沉降和离心沉降为例，举例选矿生产中常用的重力选矿机和水泥生产中的离心选粉机，通过讲述设备的工作原理和设备结构，引导学生理解颗粒在流体中的两种运动方式，引导学生如何在生产实际中根据颗粒的大小选用适宜的设备。例如，《颗粒堆积》一章是本课程的基础篇，涉及颗粒的大小和分布的计算、等径球形颗粒的堆积结构，教师详细讲解应用较多的经典颗粒尺寸分布和堆积理论，让学生明白堆积颗粒系统中的颗粒尺寸分布在许多产品的生产中起着重要作用，它不仅影响着最终产品的性质，如气孔率、密度、强度等，而且许多工艺性质也取决于颗粒尺寸分布，如泥浆粘度、注浆速度、干燥速度等等。根据学生的专业特点举例讲述水泥颗粒分布对水泥性能和混凝土施工性能的影响；陶瓷工业中密实陶瓷与多孔陶瓷的制备与颗粒堆积与分布的影响，并布置学生课外通过学校的图书馆资源以及其他网络上的电子资源去查询“利用颗粒大小和分布制备多孔陶瓷的方法”“陶瓷注浆成型中颗粒大小与分布对成型密度的影响”，用PPT的形式进行课堂交流。这种交流拓宽了学生的知识面，另外通过学生自己查阅科研文献也激发他们的创新思维，强化对工程观念的检验和应用，同时也能培养学生对“粉体科学与工程基础”课程的兴趣，有利于工程观念的建立和提升。

2.课堂教学注重工程方法训练。工程实际问题多数因为影响因素众多而变得相当复杂，依据现有的科学理论还难以弄清问题的本质，在目前的阶段还做不到用严密的理论思维方式去解决，只能用工程近似的办法来解决工程具体问题。工业上处理工程问题的常用方法有数学分析法、实验研究法和数学模型法等。教学中根据课程内容将这些工程方法教授给学生，以培养学生的工程意识。例如以流体在颗粒固定床层中的透过流动时压降的计算为例，对于有无数个颗粒构成的固定床而言，颗粒间的空隙形成许多可供流体通过的细小通道，这些细小通道是曲折而又相互交错、大小和形状也很不规则，流体通过如此复杂的通道时的压降自然很难直接用数学分析的方法求出。这时可引导学生借用数学模型法来解决。即，将床层中复杂的不规则的通道简化成一组管径为de、长度为Le的平行细管，细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积、细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积，将颗粒层内的实际流动过程大幅度简化，按这种简化后的模型，流体通过固定床的压降等同于流体通过一组当量直径为de、长度为Le的细管的压降。简化后的模型根据圆管中流体定态层流流动时的沿程阻力损失计算公式，引入固定床流动摩擦系数λ′为模型参数，建立数学模型，通过实验来确定模型参数和检验数学模型的有效性。最后采用康采尼或欧根公式计算床层压降，[1]就把一个复杂的实际工程问题简化为一个简单的流体流动问题。学生在其中经历了提出问题、分析问题、解决问题的过程，既加深了对公式的理解和认识，又掌握了一种实用的工程问题解决方法。

二、实验教学中强化工程思维能力

实验教学是理论联系实际环节，针对课程的内容而进行的验证、理解、巩固和提高的实践教学环节。通过实验培养学生工程实验的方案设计、流程组织、实验操作、数据处理、归纳总结等实验能力。“粉体力学”是本门课的重点，粉体的流动性是粉体力学性质的最重要的表征。教师首先在教学中详细讲解粉体流动性的内涵以及各种测试方法，然后联系工程实际举例说明粉体的流动性在粉体工程设计中的应用。比如，在粉末冶金、食品、制药、钢铁和农业等生产过程中，广泛涉及到颗粒物质流动，如工业上常见的筒仓卸料、传输、混合、流态化和固气分离等，把握粉体材料的流动特性，对于防止发生粉料堵塞、控制粉体内颗粒成分的均匀性和一致性都具有至关重要的意义。水泥厂中许多操作过程都会涉及到粉体的重力流动。“粉体力学”实验中设立了粉体流动性综合实验（Carr指数法）和粉体剪切实验（直剪实验）。两组实验分别分成六组，每组两人，每组的粉体种类不同、粒径相同，或种类相同、粒径不同，要求学生按规定测试步骤完成实验后，比较各组的测试计算结果，总结出影响粉体流动性的因素。学生通过实验自我总结出粉体流动性与粒子的形状、大小、表面状态、密度、空隙率等因素关系，引导学生比较Carr指数法和直剪实验两者的实验方法和评价指标的不同，分析两者用于工程实际时的使用范围及不足之处，并提出改进意见。通过学生主动思考，可以将工程思维在实验环节得到强化和深化，变为学生自觉主动的习惯。

三、结合学院科技竞赛，应用工程思维能力

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中图分类号：S611 文献标识码： A

一、水射流理论基础

掌握一定的水射流理论知识，尤其高压水射流方面的理论知识对于将水射流技术应用到板材渐进成形工艺中是非常必要的。由于金属板材成形件的材料种类众多，各种材料成形时的成形力都不同，这就要求成形射流要有比较大的压力变化范围，成形设备中使用的喷嘴性能也各有不同。不过，对各种射流的现行试验研究已能对射流的形成及射流在空气中的传播过程（即非淹没自由射流）有一较全面地了解。

二、射流结构

水射流是指水从管口、孔口狭缝中射出，并同周围的环境介质掺混的一股流体流动。流体的运动状态主要分为两种形式：层流和湍流。层流是指流速较低，分层流动且互不混合的流体流动；湍流是指流速较高，已无明显分界层的流体流动，此时流场中会产生许多小漩涡。金属板材水射流渐进成形中使用的水射流属于湍流流动，其射流结构和运动机理比较复杂。1979年日本学者Yanaida和Ohashi首先使用几何图形来描述水射流结构，后经众多学者的试验与丰富，此特征图逐渐完善为学术界公认的射流结构图，如图1所示。

图一

图1中将射流分为初始段、基本段和消散段。射流初始段就是喷嘴出口到锥形末端结束的位置，也称为等速射流核心区。在这一阶段内，当水射流从喷嘴喷出后，射流与空气之间形成了一个很大的速度差，此时在射流周围的表面与空气不断发生巨大的动量交换，破坏了射流的连续性，然后射流向轴心延伸，至此就形成了一个射流初始段。在等速射流核心区里面，沿轴向的动压力基本保持不变，即此区域内轴向动压力与喷嘴出口的压力是相等的，其密度和流速也基本保持不变，其特点就是质密性好，不与空气产生雾化阶段，达到一个稳定的状态。射流初始段结束后，接下来的就是基本段。此段内的特点就是空气与水已经混合，随着出口距离的增加轴向动压力和射流速度逐渐减少，射流内部的连续状态遭到破坏会出现空穴现象，而轴向动压力和射流速度在径向方向是呈现的是高斯变化，随着径向方向的扩大，最终减为零。

射流基本段后即为射流消散段，此时空气与水已完全混合达到雾化状态，其特点是轴向动压和射流速度大幅度降低，在工业上没有很大的应用价值。基本段和消散两个阶段的压力损失比较大，不适合板料成形，因此水射流渐进成形工艺中通常通过控制射流出口距离板材表面的距离（靶距），用初始段内的射流对板材进行冲击成形，以充分利用射流初始段内轴向动压力基本不变这一特点。

三、装备设计分析

高压水切割设备原理图见图2所示。

图2高压水切割设备原理图

1、流程描述

海水被离心泵抽上来，加压后分为两路：一路直接到喷嘴提供动能，另一路去水/砂混合器，将水、砂混合后，进入高压水容器，带走水砂混合物后与榜首路集合，流向喷嘴。

2、高压泵选型

高压离心泵的动力参数流量、扬程依照上文给出的办法已推得，高压水泵应选用高扬程的柱塞泵，如BCY14-1B系列，由柴油机驱动。因工况条件约束，泵放在施工船上，施工船甲板与海平面有相应距离，为此需选用自吸式离心泵。泵的汽蚀余量因为工况不一样差别较大，因而选用较大的汽蚀余量；水砂混合器前的泵是压力提高泵，其主要作用是使砂子更简单被泵入高压水容器，因其介质中可能富含固体颗粒，因而选用气动隔膜泵。

3、工艺管径选取

根据切开需求（喷发力、切开头跋涉速度）、泵的参数，使用流体力学伯努利公式等校核管径所发生的压降是不是满意施工需求，如满足需求，即可选取此标准的管径。管路制作标准及原料的选取，应当选用耐磨、耐腐蚀的液压软管，如manuli的goldenblast系。

4、高压水容器

作为一个蓄压和贮存装置，高压水容器的操作压力应按泵输出压力的2倍摆布思考。由于操作压力太大，容器的选型规划制作应遵从JB4732-1995《钢制压力容器―剖析规划标准》履行。技术安全剖析思考：该设备是高压设备，应思考其高压也许形成的损害，因而有必要装置压力开释阀，为避免高压水容器液位过高形成溢流，需约束进入高压水容器的水流量，加装节流阀并对高压水容器加装溢流管路列。

四、高压水射流理论及其在石油工程中应用研究进展

1、自振空化射流理论应用研究进展

在石油工程的应用研究发展中，喷嘴式钻头和钻头水力学的结合，对钻井射流和射流清除岩屑等进行研究，对井底水利参数进行优化，使喷嘴钻井技术得到不断提高，大大提高钻井速度。因此，根据瞬态流和水声学理论，发展出了自振空化射流理论，使水射流技术的研究和应用领域得到不断扩展，从而研发了自振空化射流喷嘴钻头。

在井下作业中，自振空化射流喷嘴钻头可以起到很好的辅助破岩作业，使钻头在井底的流场得到改善，促进射流清洗岩屑能力的不断提高，从而提高机械钻速，给企业经济效益不断增长提供了可靠保障。与此同时，自振空化射流还没运用于油水井的解堵操作中，形成了水射流处理地层理论，并在油田注水生产中得到应用，研制出了自激波动注水的新技术，促进石油开采技术水平不断提升。

2、旋转射流钻井技术研究应用

根据流体力学基本理论、断裂力学和岩石力学等相关原理，分析旋转射流的机构特征、破岩机理等，研制出了旋转射流钻井技术，在径向水平井的石油开采中得到广泛应用。旋转射流钻井技术在石油工程中的应用，使破岩效率提高了八到十倍，可以对稠油油藏和薄层油藏等进行有效开发，大大提高井的产油量，促进径向水平井钻井技术不断提高。例如：我国1997年钻出的第一口径向水平井，产油量与平时相比，提高了八倍左右，使原油采收率得到大大提高。

3、机械水力联合破岩理论研究应用

在高压水射流技术的应用中，将机械破碎岩石的情况，结合断裂力学和岩石力学等，对水力辅助机械破岩过程中形成的裂纹情况进行研究，最终形成机械水力联合破岩理论。与此同时，对射流冲击角、齿型和喷射距离等进行研究，根据相关理论，最终研制出了新型辅助破岩钻头，促进石油开采技术水平不断提升。在石油工程中，机械水力联合破岩理论的应用，使钻头的磨损情况得到缓解，促进钻速不断提高，促进企业经济效益不断增长。

4、深穿透无污染研究应用

在石油工程中，运用高压水射流技术来提高渗穿透情况下的产量，可以有效减少环境污染，促进石油开采效率不断提高。高压水射流技术在高渗穿透情况下提高石油产量的原理是：高速高压水射流的冲击对压实带没有污染，可以减轻近井筒周围的应力集中，从而提高近井筒周围的渗透率，使未污染地层流向井筒的液量不断增多，最终达到提高石油产量的目的。一般情况下，高压水射流穿透射孔的钻井技术会运用于油层的改造，采用定向深穿透射孔的方式，使射孔与最大水平主应力的方向保持一致，从而使喷射孔道变得更深，起到很好的辅助作用。高压水射流深穿透无污染技术在石油工程中的应用，可以有效控制直井和水平井压裂裂缝的转向，起到重要导向作用；可以使井眼产生单条最大裂缝，从而降低井眼处的破裂压力和裂缝延伸压力，最终达到提高油田产量的目的。

5、磨料射流理论研究应用

在石油工程中，磨料射流是新型、高效的切割技术，从而形成了水力喷砂射孔技术，大大提高了油气的开采量。磨料射流射孔的原理是：将磨料射流射孔装置安装在井下制定位置，然后在水中混入适量磨料，通过高压泵将含磨料的流体泵送到井下喷嘴。当喷嘴进行喷射时，利用高速流体的高频冲蚀和磨削作用，可以有效进行岩石的切割，从而射开目的层，减少压实带周围的污染，使油流通道变得更加干净，达到射孔和解堵的双重目的，最终有效提高油田的油气产量。例如：在我国四川油田中，针对低渗透油层和因堵塞对油层造成伤害的低产井，进行挖掘潜力的改造时，运用水力喷砂射孔技术可以有效进行喷射，同时解除近井周围的污染，使油气产量得到不断提高。

结束语

水刀这种切割工具，作为油田地上产能建设中的新成员，它的呈现从某种程度上处理了油田中危险环境工作的难题，有效地确保了施工工作人员的人身安全，并提高了施工效率，减少了环境污染。便携式水刀因为其灵敏多变的操作方法，能够习惯油田地上产能建设的复杂性，能够在更多的范畴发挥作用。

参考文献

[1]张福炀，廖昕，伦晓梅，王泽山.高压水射流切割发射药模型及实验研究[J].含能材料，2014，02：245-250.

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“两弹一星功勋奖章”的获得者有很多，钱学森、钱三强、郭永怀等名字为许多人所熟知，但也有很多人隐身在了集体的身后，彭桓武便是其中一位。

彭桓武师从名家，在清华大学读研究生期间，他师从中国理论物理奠基人之一周培源教授，并以优异的课业成绩获得周教授的赏识。之后他曾在英国爱丁堡大学理论物理系学习期间，师从世界量子力学奠基人之一、著名物理学家马克思・玻恩（Max Born），成为玻恩的第一个中国学生，并得到了玻恩教授的认可。玻恩教授曾在写给爱因斯坦的信中，多次提到他的得意门生彭桓武。

1941年，玻恩教授将彭桓武推荐到了诺贝尔物理学奖获得者薛定谔担任所长的爱尔兰都柏林高等研究院理论物理研究所从事博士后研究。20世纪40年代初，彭桓武在爱尔兰都柏林物理研究所从事研究期间，与量子化学的创始人之一W・海特勒和爱尔兰数学家、物理学家哈密顿合作，发表了一系列有关介子场的研究成果，并最终形成了以三人姓氏头字母命名的HHP理论，首次对宇宙线的能量分布和空间分布进行了解释。借助HHP理论，彭桓武在国际物理学界获得了越来越多学者的认可，并在33岁时成为爱尔兰皇家科学院院士。

但彭桓武最终还是义无返顾地放弃了在欧洲光明的发展前景，回到中国从事科学研究工作，并在中国原子弹和氢弹研发的过程中发挥了极为重要的作用。但在两弹研制成功后，他便悄然隐身于“集体”的身后，直到1999年才获得“两弹一星功勋奖章”。

最具影响力的华人科学家――杨振宁

即使不太关注科学界动态的人，也不会对杨振宁这个名字感到太陌生。美国物理学家、诺贝尔奖得主，赛格瑞（E. Segre）曾评价杨振宁为20世纪继爱因斯坦和费米之后，第三位具有全面的知识和才能的“物理学全才”。

原籍中国安徽的杨振宁，在1944年从西南联合大学研究生毕业之后赴美留学，并在芝加哥大学获得博士学位。之后，杨振宁留在美国发展，曾在芝加哥大学、普林斯顿大学和纽约州立大学石溪分校等科研院所从事教学和研究工作。

1957年，杨振宁因与另一华裔科学家李政道合作提出的“弱相互作用中宇称不守恒理论”，而共同获得了诺贝尔物理学奖，两人成为最早获得诺贝尔奖的华人。杨振宁还率先与米尔斯（R.L.Mills）提出了“杨-米尔斯方程”，并与巴克斯特（R.Baxter）创立了“杨振宁-巴克斯特方程”。

1971年，出国已27年之久的杨振宁回国访问，之后在推动中美的科学文化交流方面做出了一定的贡献。

多才多艺的物理学大师――王竹溪

作为中国热力学统计物理研究的开拓者，王竹溪在促进中国物理学研究发展的过程中所发挥的作用是不容置疑的，他在表面吸附、超点阵统计理论和植物细胞的吸水等方面都做过许多工作，对推动我国物理学研究、传播和交流都做出了卓越的贡献。

王竹溪初进清华研究院，便跟随周培源教授研究湍流理论。周培源对王竹溪十分器重，借量子力学的奠基人英国理论物理学家狄拉克到中国访问之际，他通过狄拉克将王竹溪推荐给了剑桥大学的R.H.福勒教授。于是，1935年王竹溪便前往剑桥大学跟随福勒做统计物理研究，并于1938年以《吸附理论及超晶格理论的一个推广》为毕业论文获得博士学位，随后便回国担任清华大学教授一职。

从英国学成归国后，王竹溪先后在清华和北大执教40多年，而执教的课程也是从低年级物理到高年级物理，直至研究生的专门课程悉数囊括。他教过的学生更是达数千人之多，其中不乏多名杰出的物理学家、诺贝尔物理学奖获得者，同样是“清华四杰”之一的杨振宁就是其中之一。杨振宁曾坦言，“王先生把我引进了物理的这一领域。”

王竹溪在物理学研究和教学方面所作出的贡献是有目共睹的，但很少人知道这个大物理学家其实在文字上还很有造诣。他不仅发明了汉字的新部首检字法，而且凭借一己之力独自编纂了《新部首大字典》。

“应用数学之父”――林家翘

1937年毕业于清华大学物理系的林家翘，曾于1939年与郭永怀、钱伟长等人同期考取庚子赔款留英公费生，但因时局动荡，最终未能成行。直到1940年，林家翘才获得了赴加拿大多伦多大学深造的机会，并在获得硕士学位后，前往美国加州理工学院攻读博士。

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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）11-0048-02

当今社会与科技的快速发展使教育改革备受关注。为实施素质教育、培养创新人才，有关教学改革的新理论及其指导下的实践范式不断创新发展。教学是一个共同体，教师主导得如何，直接影响着学生主体参与的结果。不同的学科有不同特点及不同教学方式。医学物理课是医学、物理结合形成的交叉学科。如何实现该学科的高效教学？笔者立足于教学的主要形态构成，从教师、学生和教材各构成及整体性分析“教”与“学”的交互作用，以此提出几点粗浅的认识。

一、辩证看待主导与主体的作用

“现代教学理论认为，教学永远是教与学相结合和统一的双边活动过程。”医学物理以系统的物理知识体系为基础，以具体的医学现象为应用目标。物理知识本身的特点要求学生养成科学思维的习惯，领悟科学的学习方法。教师应基于学生的认知水平，导设激发学生思维的医学情景，使其集中注意力，充分发挥自我想象、思维能力，根据前物理经验主动探索问题解决策略与方式，期间教师适时予以启迪、疏导。如建立理想模型、提供数理技巧等。学生通过思维操纵学习，挖掘潜在的心智技能，构筑新的个性化的认知结构，并有意识地借助有关医学经验进行积极内化。反过来，学生的认知成效及差异表现将反馈于具体的教学环节，促使教师及时调整，改进教学方案。

总上，医学物理教学中教师有效主导是学生主体参与的有力支撑；学生的真正参与又为教师的主导提供了丰富的内涵，二者作为教学的两个主要变量，依托教学主题互为调适，和谐共长，促使“教”与“学”达到动态平衡，进而促进教学质量螺旋式上升。

二、高效教学

1.高效教学的一般意蕴

狭义上高效教学指占用尽量少的学生的学习时间和精力等消耗来获取尽量多的教学效果，旨在教师用科学的教学方法，通过合理设计、规划并执行教学任务，使学生掌握一定的学习策略，主动根据个体的认知经验对新事物、新知识进行建构，扩充自我认知领域，包括知识技能的习得以及非智力因素的培养。一定意义上，高效即教学的生命。

2.实现医学物理高效教学的必需性

医学物理是物理与医学的有机结合，物理学的理论是阐释医学现象的基础；物理因子对人体的作用研究使诊断、治疗技术不断发展。“学习《医用物理学》可以改变学生的智能结构，使学生既从形态学科中学到形象思维，又从物理学中锻炼抽象思维能力。实践证明，改变医生的智能结构将扩大其视野，增长才干，提高工作和科研水平。”[1]物理应以其自然科学的特点，发挥功能性作用，如培养学生辩证思维能力、科学的学习方法及笃实的求知精神等多元目标。但鉴于各种教学要素的制约，医学物理课通常处于从属地位，其教学重要性得不到足够的重视，教学研究与实践实施不力，物理未能尽其最大效用。如何利用有限的教学资源改善医学物理教学效果显得尤为必要。

三、可行性方式

1.主体方面：增强学生的学科情感度

“学习情感是学生学习的内在动力源泉”，[2]它对于学习效果的好坏起着第一位的作用。医学物理作为基础课，通常在新生第一学期开设，正值学生学习态度、情感处在中学到大学的适应期，加之中学和大学教学、学习方式缺乏有机衔接，因此教学中应注重培养医学生积极的学科情感。

首先，在绪论中，教师应创新地结合实际中常见的诊疗技术及生活中的一些医学现象，有的放矢地介绍物理对医学的指导、支持和促进作用，此外还应紧密联系物理学科特点，引导学生认识物理教育对个体发展的重要性和独特性，包括培养个体分析事物的能力、方法以及解决问题的基本能力。其次，在具体教学活动中，教师要加强自身对学科热情的表露，通过以物、以事件阐述物理的知识。另外，在抽象中进行信息加工是物理本身的特点，教师要借助生动形象的语言、借机合理引导、亲切交流等方式，积极生成并凸显个性的教学魅力，充分利用其主导性感染学生的激情，使学生尽量“亲其师”，从而对医学物理具备理性的学习态度和积极的情意。

2.主导方面：有效处理教学内容

（1）微观上：因学定教，寓学于用。新课程改革倡导教师理性处理教材，而非教教材。教师在兼顾物理知识逻辑性的前提下，可适当突破章节内容的文本限制，调整一些富有基础性、应用性的物理知识，重组教学单元体系，将物理的概念、规律等有机融入医学现象、实践中，合理创设具体情境，促使学生想象穿越，生成能够激发并活跃思维活动的教学形式。

如对于流体力学的基本定律，教师预先组织学生阅读血压测量、心脏做功等关于血液流动的内容为背景知识，导入核心任务即流体在流动过程中遵循何种规律的问题。适时引导学生横向迁移，利用物理惯用的抽象法提取模型理想流体，建立稳定流场、流线等概念；启迪学生主动构建研究对象流管，师生共同推证压强、高度和速度三个物理量的关系，即伯努利方程。在对这一流体力学基本定律进行逐项的意义及单位深入理解的基础上，学生自主限定任一参量，讨论其它两者的变化，如计算人体倒立时头部的平均动脉压，计算药液从水平注射器的针尖流出的速度等，期间教师予以细节性的疏导，以此强化学生对伯努利定律的基础性掌握及不同条件下灵活应用。

上述方式融学于用，突出思维过程，拓宽了学生的认知维度，促使医学生基于个体的主观需要与客观情境作用，产生一线的学习体验，提高其学习中认知情意的发展，使学生感受到学有所用的高效感。

（2）宏观上：加强“医”“物”结合，促进课程背景化。当前我国教学理念变革的一项主要表现是课程资源的整合，传统的以传授专门知识为主要任务的具体科目教学，有悖于个体思维的综合性发展。医学物理是一门交叉学科，客观上要求多元整合。如组织物理与医学教师围绕具体课题交流学习，商榷教法，增强物理教师的医学素养，以丰富教师起主导作用的内涵。另外，基于医学生的自主学习能力，进行学情调查，如个体的数理功底及文理偏向，设计能够体现学生差异性的专题式导学案：或侧重医学技术应用，或偏向医学现象阐释等，拓宽学生学习空间，增加思维活动的维度。同时，将物理的思维方法迁移到医学学习中，实现个体认知活动的一体化。最后采取开放的评价措施，以考试为主辅以其它阐述性的考核方式，使学生的各种认知能力得以有效发挥。教师要及时总结教学日记并不断反思，在此基础上逐步生成医物类校本课程。

总之，依据物理课程特点，结合医学的实践应用，以增强师生间的碰撞交流为中心，挖掘教学活动的潜在资源，包括教学中有形和无形的各种因素，形成授——受——授教学活动循环，创造出医学意味的物理教学范式，以纠正不少医学生主要应对考试的功利化学习动机，强化物理知识的功能性作用，从而多维度提高教学效率。

参考文献：

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基于缩比为1／7的F－14全机模型在马赫数Ma＝0．73，0．90，1．05，1．20，1．39，迎角α＝－4°～20°，侧滑角β＝－8°～8°时的风洞测压试验数据，对钝头机体用嵌入式大气数据传感系统的3个校准参数上洗角、侧洗角及形压系数进行了校准。结果表明，基于三点式算法的不同测压点选择方案对上洗角及侧洗角的影响较大，与驻点测压孔呈对称配置的测压点校准效果较好，且上洗角与侧洗角的校准是相互独立的。而形压系数的校准与马赫数及有效迎角、有效侧滑角相关，随着马赫数的增加，形压系数数值上趋近于0。

关键词：

嵌入式大气数据传感系统；校准；上洗角；侧洗角；形压系数

0引言

对于大气层内飞行的飞行器的实时控制、导航和飞行后的数据分析，准确测量其飞行参数至关重要［1］。传统的测量系统采用基于压力测量的置行器头部的空速管，以及安装在飞行器侧缘的迎角及侧滑角传感器等装置进行测量。但对于大迎角状态下飞行的飞行器，其前端及侧缘探出的传感装置会引起飞行器头部非对称涡流，从而导致较大的侧向力，导致飞行器横向不稳定。对于高超声速飞行状态，探出的传感装置会产生很大的热流，导致其难以正常工作。

针对上述问题，国外研发了嵌入式大气数据传感系统。国外对于FADS系统的研究起步较早，在20世纪60年代，美国国家航空航天局（NASA）为了满足航天飞机进入大气层时的大气数据测量需要，提出了设计一种融行器表面流线的大气数据传感系统的思想。FADS系统的基本思想是：大气数据通过一组非探出的配置在表面的测压孔测得的表面压力来计算出，并不需要探针深入周围的流场中来测量大气数据。这种方法可以避免头部的小曲率半径引起的高热流的影响，扩大了大气数据系统的应用范围，从亚、跨、超声速直至高超声速领域。FADS系统可以直接集成到飞行器的头部，不需要活动部件。由于FADS系统并不需要探测周围的流场，而是根据飞行器头部的压力分布来解算飞行参数，因此校准相对容易。由于FADS系统具有的优势，自20世纪60年代以来取得了巨大的发展。

60年代早期，FADS系统最初的原理模型在X－15飞行器中进行验证［2］。但是该系统机械设计繁琐，试验效果也不理想，在X－15飞行器项目结束后，这种在超声速状态下采用机械装置进行大气数据测量的思想便被抛弃。80年代初，Hillje和Nelson［3－4］采用30°／10°组合锥体套接的大气数据传感系统应用于航天飞机上升段中，并在低马赫数时对该系统进行了风洞试验校准，效果较好，但是该方法不适合于马赫数较高的情况。90年代初，FADS系统在F－14飞行器的跨声速、大迎角状态下进行过系统的测试，Terry等［5］通过在机身头部不同周线上配置测压孔，利用压力传感器得到的数据对测压孔位置与飞行参数的敏感性进行了分析，对于如何选择有效的测压孔来计算飞行参数的计算方案进行了初步的探讨，以验证该系统在更宽泛飞行条件下的性能，并提供了全面详细的风洞测压数据。

近来，经过不断的发展及完善，FADS系统已被广泛试验应用于F－14、X－31、X－33、X－34、X－38和X－43等［5－11］各型飞行器上。针对用于钝头体上的FADS系统，目前国外技术已经比较成熟，而针对尖楔前体的FADS系统，其关键技术尚未突破。国内该项技术正在尝试实验中，从部分实验结果看，并不是非常理想［12］。FADS系统的理论模型是建立在经典的空气动力学理论基础上的，因此必须要经过系统的风洞试验校准才能用于实际的飞行试验中。作为一项正在发展的新技术，目前国内未有公开的基于风洞实验校准用的实验数据。而校准是FADS系统实际应用中保证模型可靠性及精度不可缺少的一个环节。因此，本文基于国外文献中公开报道的F－14全面风洞实验测压数据，对于钝头机体用FADS系统进行了系统的校准，并对于相关的校准参数的变化趋势进行了详细的分析，以期为用于钝头体FADS系统的进一步发展提供参考。

1FADS系统的大气数据测量原理

1．1理论模型

FADS系统的基本思想是通过测得的表面压力数据反推得到飞行参数，为此，需建立一个将表面压力与飞行参数关联起来的压力模型，该模型需适用较大的马赫数范围，并足够简单，通过简化的模型来描述复杂的流场问题。因此，FADS系统气动压力模型把势流模型（适用于亚声速条件）与修正的牛顿流模型（适用于超声速条件）［13］，通过形压系数结合起来。形压系数综合考虑了气动外形、系统因素等影响，可以将其看作是马赫数、迎角及侧滑角的函数，飞行前可以通过风洞试验或CFD计算得到。FADS系统的理论模型［1］为：pi＝qc（cos2θi＋εsin2θi）＋p!（1）式中：pi为第i个测压孔测得的表面压力，qc为冲击动压，p!为静压，ε为形压系数，其为马赫数、有效迎角及有效侧滑角的函数，ε＝f（Ma，αe，βe）（2）θi为第i个测压孔处的来流入射角（该点的法线方向与来流方向的夹角），由式（3）确定：cosθi＝cosαecosβecosλi＋sinβesinφisinλi＋sinαecosβecosφisinλi（3）式中：αe，βe分别为有效迎角及侧滑角；φi，λi为第i个测压点的圆周角及圆锥角。测压点i的圆周角φi及圆锥角λi的定义如图1所示。

1．2三点式算法

针对钝头体，不同的测压孔选择方案对于迎角的精度影响较大，采用经典的三点式算法［1］，可以建立迎角的求解方法。对于迎角三点式求解流程，具体为：定义压差变量参数为Γik＝（pi－pk），Γji＝（pj－pi），Γkj＝（pk－pj）（4）式中：pi，pj，pk为位于迎角平面的测压孔的压力值，其中3个测压点必须要包括驻点的压力。选取的其余2个测压点尽量与测压点1呈对称分布。通过三点法求解得到的迎角是有效迎角αe，并非真实迎角。有效迎角及侧滑角的具体详细的选择方案，参见文献［1］。在得到有效迎角及侧滑角后，必须要进行校准，得到迎角修正量（上洗角）及侧滑角修正量（侧洗角）的校准曲线，进而得到真实迎角及侧滑角。

2校准流程

FADS系统经过风洞实验或数值计算校准，才能真正应用到实际飞行器中，本文采用风洞实验得到的测压数据进行校准，具体的校准方法为：（1）应用三点法，求解式（1），得到有效迎角ae及有效侧滑角βe；然后根据式（11）和（12）得出有效迎角及有效侧滑角的修正量δα和δβ，δα＝αe－αtrue＝δα（αe，Ma）（11）δβ＝βe－βtrue＝δβ（βe，Ma）（12）（2）将αe和βe代入到式（3）中，得出各个压力测量点的入射角θi；（3）将式（2）中得到的入射角代入式（1），得到（pi－p!）／qc＝（cos2θ＋εsin2θ）＝cp（θ）（13）（4）应用最小二乘法得到式（14）的一个最小二乘解，即为形压系数修正量

3校准结果

3．1机体测压孔配置

FADS系统的校准采用F－14飞行器外形，采用文献［5］提供的风洞实验数据，Ma＝0．73、0．9、1．05、1．20、1．39；迎角范围α＝－4°～20°；侧滑角范围β＝－8°～8°。F－14飞行器上FADS系统的布点方案如图2所示，具置信息如表1所示。

3．2上洗角及侧洗角

一般来说，迎角及侧滑角的校准是相互独立的，通过测得的一系列压力数据，分别得出校准关系数据，确定校准曲线。Ma＝0．9时不同测压点组合得到的迎角偏差与有效迎角的关系如图3所示。不同的测压点组合得到的迎角修正量差别很大，有的已经背离实际情况。虽然通过校准后，偏差量可以修正，从而使得实际得到的迎角误差较小，但还是要选择最符合实际物理流动的测压点。王鹏等［14］对于测压孔的选取原则进行过较为详细的验证，本文不再详述。因此，实际选取的测压孔为（3，4，5），与王鹏等人的结论一致。侧滑角的校准与迎角的校准相似。Ma＝1．39时采用（4，8，11）及（4，9，10）测压点组合得到的迎角偏差量如图5所示，采用（4，8，11）的偏差量太大，与实际不一致，因此侧滑角的测压点组合选取（4，9，11）。得到的校准曲线如图6所示。

因此，对于迎角的校准，选取测压点（3，4，5），对于侧滑角的校准，选取测压点（4，9，11）。得到的在不同马赫数下的迎角及侧滑角修正量的校准曲线如图7和8所示。

3．3形压系数

形压系数的校准方法按照第2节中的方法进行，得到的形压系数随有效迎角及马赫数的变化如图9和10所示。在马赫数固定，侧滑角为0°时，形压系数随迎角的变化趋势为：F－14机头为非对称外形，形压系数的峰值不在0点，且随有效迎角的增大而减小；随Ma数的增加，形压系数趋近0；在迎角固定，侧滑角为0°时，形压系数随马赫数的变化趋势为：对于Ma＜1．0，形压系数随Ma数增加而增加，形压系数在Ma＝1．0附近变化较剧烈；此外，形压系数与风洞实验模型的尺寸相关。

4结论

钝前体的FADS系统的气动模型是建立在势流理论及修正牛顿流理论基础上的，尽管已经比较成熟，但是仍需要进行风洞实验校准工作。飞行器机头表面的气流会受到机体诱导的侧洗和上洗的影响，改变了机头表面测压孔处气流的流向角。因此，通过模型得到的当地飞行数据，需要进行校正才能得到真实的大气数据。这就需要大批量的风洞实验校准，也就是说，FADS系统真正用于实际飞行之前，必须进行风洞实验校准。针对F1洞测压实验数据，本文对钝头机体用FADS系统的3个关键参数进行了校准，得出的结论为：

（1）上洗角及侧洗角的校准与测压点的选取关系很大，不同的测压点可能会给出差别较大的预测结果，虽然理论上通过校准，多大的误差都可以修正，但是已经与实际不相符合，因此，合理选取测压点对于正确的校准至关重要。测压点中一定要包括驻点的测压点，其他2个测压点与驻点测压点呈对称分布。

（2）形压系数是难以校准的参数，形压系数反应的是整体的误差修正量，因为形压系数与飞行器的外形、马赫数、有效迎角及有效侧滑角相关。因此，对于形压系数的校准，需要综合考虑实际飞行器的外形及实验条件的影响。

参考文献：

篇11

 

引言 

《工程力学》是工科类专业一门重要的技术基础课程，主要包括理论力学和材料力学两部分内容。该课程能否学好，对后续课程，如《机械设计基础》、《流体力学》有着比较重要的影响。不同于理论力学或是材料力学的单独学习，学生在学习过程中，普遍感到难学，究其原因，主要有以下几点：第一，《工程力学》内容相对较多，课时相对较短，学生在学习初始就感到很困难；第二，《工程力学》是一门与工程实际联系非常紧密的专业基础课，许多内容有着强烈的工程背景，例如点的合成运动，是解决机构运动中各构件的运动关系，涉及很多后继课程才研究的机构，学生缺少对这些机构的了解和认识，特别在有多个刚体组成的系统运动时，各构件的运动及相互联系难以想像；第三，这门课程的特点是概念公式繁多，并有着独特的思考分析方法，尤其是在材料力学部分的四种基本变形中，涉及很多新的概念，需要有较强的空间想象及分析能力才能很好地理解。笔者结合在该课程课堂教学中引入多媒体教学手段的实践和体会，提出了在工程力学课程教学中采用多媒体电子教案，以提高教学质量和教学效果。 

1.多媒体辅助教学的必要性 

按照课程教学基本要求，学生要熟练掌握基本概念和基础知识，具备较熟练的计算能力和初步的实验分析能力。《工程力学》课程的教学内容多而时间短。传统的教学模式，即“粉笔＋黑板＋教师讲述”的方式，其优势在于可以使学生跟随教师的思路，明白逻辑推理的每一个步骤，比较适合人的思维过程。但由于板书、画图、语言说明需要占用大量的课堂时间，教学内容有限，教学效率较低，随着课内教学的计划学时数量的减少，传统的教学模式已不适应课程的教学情况。学生在《工程力学》的学习过程中普遍感到较难，理论力学部分抽象，材料力学部分公式繁多，整体课程单调、枯燥，提不起兴趣。这就要求课堂教学的形式要在活跃性和激发学生学习兴趣上下功夫，避免学生对《工程力学》课的认识误区。因此，改革传统教学模式，引入新的教学方法是非常必要的。 

多媒体辅助教学设计是近年来出现的先进教学模式。它集影像、图形、文字、动画、声效于一体，给学生营造了一种全新的、动态的学习情境，使一些抽象的概念、理论变得直观，使一些无法言传的知识具体化、形象化，激发了学生的学习兴趣和积极性。同时可节约大量板书的时间，让大量的工程实例轻松走进课堂，增加课堂的信息量，从而加快教学节奏，增强教学效果。 

2.多媒体辅助教学的实践 

在现今的工程力学教学实践中，学生普遍认为能较好地把重点、难点及教师难以表达的知识点通过图片、动画等形式生动地表现出来，有助于他们对工程力学基本概念和基本理论的理解，从而达到应用多媒体进行教学的目的。 

通过多媒体课件的制作对有关教学重难点分类显示，引导学生深入浅出、系统地掌握有关知识，如：约束的种类，力系的分类，点的运动形式，刚体的运动形式，动力学的求解方法，以及材料的基本变形等。同时也可以利用多媒体的特殊优势将一些平时难以表达的教学内容清楚地展现在学生面前，如：静力学部分约束的解除与受力分析，运动学部分中各种构件的运动形式，材料力学中的杆件的基本变形形式以及其中的内力应力分析等等。通过多媒体中的动画模拟，学生能更真实地获得直观经验，解除学生在传统教学中的凭空想象之苦，激发学习的主动性。再有，工程力学课程中的一些常规实验也可利用多媒体技术在课堂上展示，如：灰口铸铁和低碳钢的拉伸实验，可以清晰地演示出试件在整个过程中的破坏形式及最后的断口形状，绘出相应的σ-ε曲线，标明相应的四个变形阶段，清晰明了；又如铸铁发生扭转变形破坏时的最终断口的螺纹形式，等等。通过多媒体演示实验也填补了力学实验学时少的缺点。 

3.多媒体辅助教学的体会和建议 

多媒体辅助教学使用了大量的可视性、可比性、可听性教学素材，使学生可以很形象地观察理解物体运动的规律。例如在《工程力学》讲解固定铰链约束中，就可以利用多媒体教学的特点，用动画的形式将销钉、构件及底座分离开，然后再组合成固定铰链，并演示其运动规律及约束条件。似如这种图文并茂、声形辉映、生动逼真、色彩鲜明、表现力强的表现形式，能最大限度地调动学生学习的积极性和主动性，激发学生自主学习的欲望，变被动学习为主动学习，大大提高教学效率，是传统教学模式不能达到的。 

对于习惯于满灌式的传统教学的学生来说，逻辑抽象思维能力、分析问题的能力和解决问题的能力都比较欠缺，而工程力学课程教学着重点是培养学生的空间想象力和分析问题的能力，实现从实物到受力简图、从平面力系到空间力系的延伸，从理想模型的受力分析到变形实物的平衡和运动变形规律的总结，提高学生解决实际问题的能力，例如，《工程力学》课一个很大的教学难点是培养学生的受力分析能力，而物体的受力分析又受制于空间想象力，因此，在教学中应以培养学生的空间想象力为突破口。多媒体辅助教学能突出其空间形象的表达，能够充分展示各种约束的受力特点，清晰表达物体的空间受力，让学生能够轻松自如地画出受力图，为更好地学习后续知识打好基础。 

多媒体辅助教学的人机界面不等于传统的师生面对面的交流界面，多媒体技术不等于信息量，信息不等于理解，如何把多媒体技术用好，强化多媒体时代的教师作用，将是现代教师面临的较大的难题。在多媒体课堂教学中，教学人员要知道多媒体辅助教学只是一种手段，它既不能代替教师的教，也不能代替学生的学，教、学双方的主观能动性的发挥仍是至关重要的。应该在吃透教材的基础上，利用合理的结构使其形象、生动地突出重点、难点，以达到良好的教学效果。 

多媒体辅助教学会给学生带来对教学方式不习惯、视觉易疲劳等问题。在常规教学中，黑板上的文字保留时间相对较长，这为学生自我调节精力集中提供了方便；而多媒体教学则不然，照片、文字一旦放过便不复存在，这就给听课者以压迫感，打乱了学生们头脑的思维惯性。因此，许多学生对多媒体授课存在一些反感情绪。同时由于多媒体教室都配有厚厚的窗帘，课件中的色彩刺激强烈，学生在教室中容易视觉疲劳。所以在课件的制作上应多采用暗色底纹以尽量减少学生视觉疲劳，并适当地用语言语调、手势等形体语言与学生进行直接交流和沟通。特别是配合黑板这个不可代替的媒体，它营造的教育模式以及由此产生的氛围，是多媒体做不到的。例如在点的复合运动教学中，通过黑板教学让学生了解绝对速度、相对速度、牵连速度的概念，推导出速度合成定理，再通过多媒体课件演示这些速度的合成分解与物体运动之间的关系，这样将传统教学与多媒体辅助教学适度地联合起来，能创设最佳的教学情境，从而实现教学结构的最优化。 

多媒体辅助教学须防止课堂教学本末倒置。并非所有内容都适合多媒体教学，对于内容多，主要以文字叙述为主的部分，不适用采用多媒体教学，因为这样教学会使教学更加枯燥无味，使得学生对知识点的理解不深刻。也不要一味追求表面上的新颖、动感，过多地运用强烈色彩、图片和动画，看起来热热闹闹，使学生被这种综合刺激所吸引，事实上却对学生造成误导，使他们的注意力过多地集中在多媒体技术的各种展示技巧上，而忽视教学内容、教学目标，造成本末倒置，会不知不觉地使学生把精神愉悦当作学习的最终目的，影响了教学效果。 

4.结语 

综上所述，现代媒体有它不可抗拒的魅力。面对21世纪高质量工程人才的培养，《工程力学》现代化教学需要合理利用多媒体课件，激发学生创造性思维，调动学生的学习积极性，提高学生的洞察力。可以预见，在课堂上采用多媒体辅助教学前景光明，它的成功运用促使我们在今后的教学改革实践中不断求索，勇于创新，促进教学思想、教学理论及教学手段的改革与发展，为培养国家发展急需的高素质人才做出更多的贡献。 

 

参考文献： 

［1］哈尔滨工业大学理论力学教研组.理论力学（第6版）［m］.北京：高等教育出版社，2002. 

［2］刘鸿文.材料力学（第4版）［m］.北京：高等教育出版社，2004. 

［3］范钦珊.工程力学［m］.北京：机械工业出版社，2002. 

篇12

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0055-02

目前，化石燃料在世界各国能源中占有主导地位，约占全球能源消费的87%，而且在未来可以预见的时期内，全球能源结构仍是以化石燃料为主，其他新型能源为辅的格局。随着社会和科技的发展，对能源的需求越来越多，能源短缺已成为一个全球各国共同面临的现实问题。由于化石燃料的大规模使用，其所带来的环境污染问题也日趋严重。目前，节能减排已成为世界各国当前和未来的重要发展目标。研究和开发高效、低污染燃烧装置，提高燃料燃烧能量利用率，减少对环境的污染，是目前世界各国迫切需要解决的重大关键技术。

哈尔滨工程大学基于当前对节能减排的迫切需求，自2006年起，在动力与能源工程学院热机专业本科教学计划中，开设了“燃料与燃烧”课程；自2007年起，分别在硕士研究生和博士研究生相关专业培养计划中开设了“高等燃烧学”和“燃烧学的理论方法及应用”等课程。

一、“燃料与燃烧”课程定位

哈尔滨工程大学作为工业和信息化部直属学校，其动力与能源工程学院热能与动力工程专业是国家级特色专业，同时拥有工信部教学中心和黑龙江省级教学示范中心。作为燃烧机械的基础，“燃料与燃烧”与大学普通物理、工程热力学和流体力学等多门基础课程密切衔接，课程在科学理论指导下，密切联系实际工程应用。通过课程学习，可以拓宽学生专业眼界，了解燃烧学科发展前沿和发展重点，培养学生综合运用知识的能力和动手能力。“燃料与燃烧”课程对于培养学生的独立思考能力、创新能力和团队合作能力具有重要作用[1，2]。自2006年设课以来，“燃料与燃烧”一直作为本科热能与动力工程专业的骨干基础课程。

“燃料与燃烧”课程的教学水平直接影响我校热机各专业方向的学生素质和教学质量。对“燃料与燃烧”课程进行教学内容改革，提高其教学质量，对于提升哈尔滨工程大学热能与动力工程专业在国内的影响和地位具有重要意义。

二、“燃料与燃烧”课程教学内容设计

除基础理论部分外，“燃料与燃烧”课程中工程应用部分教学内容更新很快。随着科学技术的不断发展，燃烧技术不断进步，燃料及燃烧装置不断推陈出新，相应教学内容也需不断随时更新，要求授课教师有坚实和广阔的理论基础，掌握国内外燃烧理论和技术的最新发展。

哈尔滨工程大学是我国进行船舶动力装置研究和培养该领域高层次创新人才的重要基地，近年来对高性能船舶动力装置进行了大量深入的研究，承担完成了包括工信部高技术船舶项目、省市部委项目和各级基金项目等多项课题研究，对发动机预混燃烧、扩散燃烧、均质燃烧、稀薄燃烧和低温燃烧等燃烧模式均有深入的研究，取得了多项具有国内外先进水平的研究成果，发表了大量的相关论文和专利。这些科研成果为“燃料与燃烧”课程教学和师资平台搭建提供了丰富的资源，对“燃料与燃烧”的教学改革起到了很大的推动作用。

随着燃料技术、燃烧技术和燃烧装置的不断发展和进步，为满足教学需求，及时反映燃烧技术的最新进展，我校教学团队编写了《燃料与燃烧》本科教材。该教材是根据船舶动力装置燃烧的特点，基于我校“三海一核”教学和学科的研究特色编写的。《燃料与燃烧》教材系统阐述了燃烧的基本原理和理论；详细讲述了燃料动力学燃烧的计算方法，详细论述了燃烧热力学和燃烧化学反应动力学，着重介绍了船舶动力装置涉及的预混燃烧和油滴蒸发控制的扩散燃烧；最后，为及时反映燃烧技术的研究进展，增添了新型船舶动力装置所采用的高效低排放燃烧技术[3]。在教材的编撰过程中，大量引用了我校燃烧理论和燃烧装置研究领域相关教师及硕博研究生的研究成果和国内外最新研究进展。教材内容丰富新颖、专业针对性强，可为我校及其他院校热能与动力工程专业各研究方向本科生奠定系统的专业理论知识。通过课程学习，使学生在掌握扎实理论知识的同时，获取燃料与燃烧相关工程应用知识。教材强调了“燃料与燃烧”课程教学内容的系统性、理论性以及工程应用性，编写过程中注重了教学内容的易懂性，和培养学生应用所学知识、实际动手实验以及团队合作的能力。

通过“燃料与燃烧”课程的教学，使学生对燃料性质、燃烧现象的本质以及燃烧基本理论有一定的认识，进而掌握燃烧技术中所必须的热化学、燃烧动力学及燃烧过程的基本知识与基本理论。掌握动力机械中气态、液态和固态燃料的相互关系和区别，以及它们的特性、燃烧特点和规律，包括闪点、着火点和自燃点，不同燃料闪点、着火点和自燃点的变化规律，以及着火的形式和条件、火焰的传播、燃烧产物的生成机理等。课程侧重预混气的爆震、层流预混燃烧、气体扩散燃烧和燃料液滴燃烧等与动力机械密切相关的燃烧理论[3]。

国内外对动力装置节能减排的要求实质上推动了燃料、燃烧理论及燃烧装置的快速发展，为确保“燃料与燃烧”课程教学内容能充分反映相关理论和技术的发展，最新国内外燃料技术、新型燃烧技术及燃烧装置应作为课程教学的重点更新内容。“燃料与燃烧”课程先后介绍了燃料及燃料特性、化学反应动力学、燃烧理论和燃烧装置等，涵盖了燃料、燃料的燃烧计算、燃烧化学动力学、燃烧反应系统的守恒方程、着火理论和燃烧界限、预混燃烧、扩散燃烧、液体燃料的燃烧、固体燃料燃烧、燃烧排放控制和燃烧装置等方面的教学内容。课程各教学模块内容主要包括：（1）燃料，主要包括燃料的来源、种类、组成，燃料性质、参数及变化规律，燃料物性计算方法；（2）燃烧过程的物质平衡与热平衡，包括生成焓、反应焓、燃烧焓，固体燃料、液体燃料和气体燃料的理论空气需求量，实际空气供给量和空气过量系数，完全燃烧产物生成量、成分和密度，不完全燃烧产物及燃烧过程的质量检测，燃烧温度和热离解对燃烧温度的影响；（3）燃烧与化学平衡，重点为化学反应速度及化学平衡，反应度与平衡常数的关系；（4）化学反应动力学，内容包括基元反应、质量作用定律、反应级数，化学反应速率及其影响因素、各种级的单步化学反应，链锁反应；（5）燃烧系统守恒方程，分子传输方程，基本守恒方程，流动边界与热边界层；（6）着火和燃烧界限，热自燃理论、强迫着火、熄火、着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题，燃烧界限的影响因素；（7）预混气的燃烧，重点为燃烧波及其区别、瑞利公式、雨果尼奥曲线、雨果尼奥曲线上熵的分布、爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较、查普曼-焦格特爆震波速度的确定、爆震波的速度、开爆震性和化学反应动力学决定的爆震极限；（8）层流预混火焰，主要包括热理论，参数对火焰传播速度的影响，火焰驻定原理，火焰淬熄；（9）层流扩散燃烧，主要内容为伯克和舒曼理论的基本假定和求解方法、燃料射流的唯象分析（层流火焰高度和湍流火焰高度）和层流扩散火焰射流（层流射流的混合和有化学反应的层流射流）；（10）气体湍流燃烧，重点为湍流火焰的唯象方法；（11）液体燃料的扩散燃烧，主要包括单油滴的蒸发及质量燃烧速度，气流中的燃料液滴，火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧及油滴群燃烧；（12）固体燃料的燃烧，内容包括固体燃料的燃烧过程、固体碳粒的燃烧（扩散燃烧、动力燃烧和过渡燃烧）、碳粒燃烧的化学反应（碳和氧的反应、碳和二氧化碳的反应、碳和水蒸汽的反应、一氧化碳的分解反应）、多孔性碳粒的燃烧、二次反应对碳粒燃烧的影响、碳粒燃烧速率及燃尽时间、灰分对碳燃烧的影响、固体燃料的燃烧方式和燃烧装置；（13）燃烧排放控制，包括燃烧过程中NOx、SOx和颗粒等污染物的生成机理，影响污染物生成的因素，控制污染物排放的技术措施（改变燃烧途径的措施和后处理措施）；（14）液体和气体燃烧技术及燃烧装置，主要包括船舶动力装置（船舶柴油机、船用锅炉和船用燃气轮机等）的燃烧技术。

三、结论

“燃料与燃烧”是当今国内能源动力类本科专业前沿课程之一。作为哈尔滨工程大学动力与能源工程学院热机专业方向的一门核心基础课程，“燃料与燃烧”在我校热能与动力工程本科教学体系中扮演着重要角色。通过对““燃料与燃烧”课程教学内容设计的探讨，确定了以船舶动力装置共性燃烧理论作为基本的教学内容，用国内外最新燃料与燃烧技术的发展更新课程教学内容，以期夯实学生的专业理论知识、扩展学生的眼界、提高学生的综合素质。根据燃料和燃烧应用技术的发展，尤其是船舶发动机行业燃烧技术的发展，及时更新、丰富和优化课程教学内容，是实现课程教学目标、培养创新型人才的关键。通过教学内容的设计和改革，我校近几年的教学实践表明，“燃料与燃烧”课程教学取得了良好的效果。

参考文献：

篇13

关键词： 复变函数与积分变换；数学实验；教学改革

Key words: Complex Function and Integral Transformations；Mathematical Experiment；reform of education

中图分类号：O1-0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）03-0210-02

0 引言

针对《复变函数与积分变换》课程教学的现状，分析传统课程教学中存在的不足，利用数学实验案例教学推动问题驱动式教学，结合西安交通大学作为研究型大学的定位，提出在该课程中引入分层次的数学实验教学。这些思想也已经初步在我们申请2009年《复变函数》国家级精品课程中得到体现。

1 当前国内数学实验课程教学的现状

教育部在“面向21世纪教学内容与课程体系改革计划”中明确提出要加强数学教学过程中的实践环节，加强数学理论学习与实际应用相结合，培养学生应用数学知识解决实际问题的能力，提高学生的综合素质。当前，在高校中普遍开展的《数学实验》课程的教学是近年工科数学教学改革的一个亮点，它顺应时代对当前工科数学教学改革提出的要求。西安交通大学自2001年开始，在全校学习《工科数学分析基础》和《高等数学基础》的班级全面进行《高等数学》中的数学实验课程的教学，其教学管理，教学改革，课程建设等方面已经比较成熟[1,3]。通过几年《高等数学》中的数学实验的教学，我们发现部分学生完成了高质量的实验报告，显示出了较强的分析能力、动手能力、数学知识的应用能力和创新能力[2]。结合现代数学发展方向的综合性的、开放型的数学实验课程激发了学生前所未有的学习数学的兴趣，部分学生甚至在实验报告中写到：“没有实验的数学课程是不完美的……”。

但是在工程数学之一的《复变函数与积分变换》课程中的数学实验教学还有待进一步加强。《复变函数与积分变换》在数学的其他分支（如常微分方程、积分方程、概率论、解析数论、算子理论及多复变函数论等）中有着重要的应用，而且作为一种强有力的工具，还被广泛应用于自然科学和工程的众多领域，如理论物理、空气动力学、流体力学、弹性力学、自动控制学、信号处理、图像处理以及大型系统故障诊断等许多领域。目前，各高校普遍将《复变函数与积分变换》课程作为工科各专业的一门重要的必修课来开设。然而，《复变函数与积分变换》课程的实际授课时数往往较少，如何在有限的课时内，激发学生的学习兴趣，让学生既能掌握理论和方法，又能了解其在专业方面的应用，为后续专业课程的学习打下一个良好的基础，这是《复变函数与积分变换》课程教学的一个挑战。

2 《复变函数与积分变换》课程教学中存在的问题

2.1 传统《复变函数与积分变换》教学中过分强调复变函数严密的数学体系，忽视对复变函数的本质理解和工程实际应用，没有将基本概念与定理的几何背景和实际应用背景结合起来；既便有应用也是“千年老问题”，缺乏新意，与科学发展方向脱节，无法有效调动学生的积极性，结果教师教得累，学生学得也苦，还感到学习这门课程没有什么用。造成《复变函数与积分变换》总体教学效果不够理想。

2.2 忽视学生主体的积极性，而一味强调教学内容的真理性、必要性，采取填鸭式的灌输教学方式，势必难于取得理想的教学效果。

2.3 复变函数与积分变换课程的传统考核方式比较单一，通常采用闭卷考试的形式，主要考察学生对基本知识、基本理论、基本方法的掌握情况。这种考试方式常常引起学生死记硬背、套公式、重计算，考完后容易忘记等现象，对培养学生创新能力极为不利。加之《复变函数与积分变换》课程的讲授与后续专业课程的使用有一定的时间差，在后续课程用到时往往都要花一定的时间复习，否则学生难于跟上，造成教学重复现象，课时利用率不高。

为了解决上述问题，我们认为，任课教师可以通过教学内容的合理安排，进一步开设数学实验课程，结合“案例式教学”，即“问题提出一建立数学模型一分析研讨一计算机处理一小结或进一步思考”的过程，以及考核方式的配套跟进来加以解决。我们正在编写适合研究型大学的工科《复变函数与积分变换》数学实验教学案例，采取问题驱动的数学教学模式和相应的考核方式，依托西安交通大学工科数学基地的开放式数学实验教学的网络化管理系统和网络服务平台，开展工程数学实验教学。

3 《复变函数与积分变换》中的数学实验教学内容与方法

3.1 编写适合研究型大学的工科《复变函数与积分变换》数学实验教学案例，包含基础数学实验，综合数学实验，数学建模实验。

基础数学实验主要是复变函数与积分变换课程的基本内容，借助于计算机，使学生充分利用计算软件如MATLAB或者MATHEMATIC进行相关内容的数值分析与实验，利用计算机的图形功能，形象地展示某些基本概念和结论，加强直观性教学，使学生加深对数学知识的理解和对数学规律的发现；综合数学实验主要是以复变函数与积分变换内容为中心向相关的边缘学科辐射，涉及到数值计算方法、矩阵计算、微分方程等学科，及现代新兴的学科，如分形与混沌、小波分析等。通过建立一些简单的数学模型解决一些实际问题，向学生展示计算过程和数值模拟过程,对算得的结果进行分析、比较，最后给出可行的或是最优的解决方案,加强学生应用数学知识解决实际问题的能力；数学建模实验主要针对部分在大一数学实验课程中表现优秀的学生，培养他们综合应用数学知识解决实际问题的能力，为他们参加全国及北美大学生数学建模竞赛作好准备。

3.2 建立《复变函数与积分变换》数学实验多媒体教学资源素材库 注重数学实验课程的特点，借助计算机多媒体教学模式，结合数学软件MATLAB或者MATHEMATIC形象生动地演示数学规律，完成数学实验教学内容的多媒体素材，供授课教师参考。在《复变函数与积分变换》课程网站上成熟的课件，供学生上网浏览，自学。

3.3 根据章节内容定期安排学生小组讨论并印发优秀学生报告和数学实验通讯 为了鼓励先进，激发学生学习数学的兴趣，倡导学生自主应用所学的数学知识解决实际问题，我们将按照课程内容在每章开始时结合数学实验案例给学生提供部分讨论题目，定期组织学生自行分小组讨论，开展“研究式学习”，作为学生的平时表现成绩和数学实验以及期末考试成绩综合起来记录在最后成绩中，避免一次考试定“终身”。对部分优秀学生的读书报告和数学实验报告定期汇总印发，在大学生中进行交流。

4 《复变函数与积分变换》课程数学实验教学特点

4.1 我们在《复变函数与积分变换》课程中结合“案例式教学”开展分层次数学实验教学，遵循数学科学的发展，采取问题驱动的教学模式，辅助该课程基础理论教学，激发学生自主创新学习的热情，培养学生应用数学知识解决实际问题的能力，提高学生的综合素质；根据课程内容，将教师讲解和学生自行探索结合起来，利用事先给定的题目或者学生自由选择的题目定期举行分组讨论，开展“研究式学习”。

4.2 针对不同层次的学生提供不同层次的数学实验教学案例，实验内容涉及不同门类学科，选题新颖。综合学生的平时表现，数学实验和期末考试给出学生的最后成绩，定期印发优秀学生的讨论报告和数学实验报告通讯会大大地激发学生学习数学的兴趣，充分发挥学生自身的主观能动性。

今后，我们将根据我校研究型大学的特点，依托西安交通大学国家工科数学教学基地的网站和国家级精品课程《复变函数》，逐步完善我们在工科《复变函数与积分变换》中进行数学实验教学的教学模式、教学内容和教学方法等方面的教学改革与尝试。

参考文献：