流體靜力學方程的應用精選(九篇)

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第1篇：流體靜力學方程的應用范文

[關鍵詞]本科院校；環(huán)境工程；流體力學；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0038-02

流體力學是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎課，主要講述工程流體力學的基本概念、基本原理和基本方法，主要內容包括流體靜力學、流體動力學、流動能量損失及有壓管流和明渠流等。由于該課程涉及高等數學、大學物理、工程力學等，基本概念多且抽象，對學生的綜合分析和處理問題的能力要求高，因此學生普遍感覺學習較為困難。流體力學課程一般在第4學期開設，開設在高等數學、工程力學等課程之后。

隨著教學改革的不斷深入，如何針對流體力學抽象概念多、數學分量重、理論性較強的特點，有針對性地對環(huán)境工程專業(yè)的學生尤其是應用型本科院校的學生進行授課，本文從以下幾個方面進行了探討。

一、針對專業(yè)特色和課時量，優(yōu)選教材

流體力學分為理論流體力學和工程流體力學。前者適用理科專業(yè)方向，偏重理論；后者適用工科專業(yè)方向，著重于工程應用。對于應用型本科院校來說，應選用偏重于工程應用的工程流體力學作為教學內容。目前，環(huán)境工程專業(yè)尤其是側重于水處理的環(huán)境工程專業(yè)，其流體力學的知識主要用于解決污水處理廠設計中的流體力學問題，課時量被壓縮到50個課時左右。因此，要選用適用于較短學時，并且側重于水力學知識的教材。教材要能夠與時俱進，精益求精，注重理論聯系實際，注重內容的系統(tǒng)性與完整性，能夠涵蓋流體靜力學、流體動力學、有壓管流、明渠流等基本內容。教材要有一定的例題和課后思考、復習題，能夠開拓學生的思維，激發(fā)學生的學習興趣，最好能附有實驗演示的光盤。

二、豐富教學內容，增加學生學習積極性

學生普遍反映流體力學很難，其中的主要原因在于W生的學習積極性不高，不肯花時間去鉆研。確實，流體力學對于初學者來說，是有一定的難度，這就要求教師在講授緒論課時，要讓學生了解流體力學的任務以及在專業(yè)及后續(xù)課程中的作用，從而啟發(fā)學生思維，激發(fā)學生學習興趣。同時，教師要對學生學習流體力學提出明確要求，如哪些內容需要掌握，哪些內容需要了解，使學生對課程的學習做到心中有數，樹立學好這門課程的自信心。[1]

三、改進教學方法和手段，突出重點

流體力學的重點和難點在于公式的推導和理論的理解，以及用理論和公式解決實際問題。例如，在流體靜力學這一章中，關于流體平衡微分方程的推導，就涉及高等數學中的連續(xù)函數和泰勒展開式等，這是一個難點，對學生的高數基礎要求比較高。而求解作用在平面上的靜水總壓力有兩種計算方法，一種是解析法，一種是圖解法。解析法要求學生有工程力學的靜力矩和慣性矩的知識以及基本的幾何知識，此法的壓力中心在受壓面的形心的下面，與形心不重合；而在圖解法中，靜水總壓力的壓力中心與壓強分布圖的形心重合。雖然課上教師反復強調兩種方法的區(qū)別，但基礎差和理解能力不強的學生仍然一頭霧水，不能很好地解決實際問題。針對這一情況，教師在課堂講解時應盡量利用多媒體課件進行講解，最好還能結合模型進行講解。例如可以借助一塊平板，將其置于水下，標注其形心和壓力中心的位置，再將平板與一棱柱體結合，分析壓強分布圖的形心位置。這種形象地講解，有助于學生更好地理解教學內容。

在教學過程中，多媒體可充分利用圖形、圖像、聲音、錄像將教學內容充分表現出來，從而激發(fā)學生的學習興趣，加快教學信息的傳遞速度，提高課堂教學效率，擴大學生知識面。[2]但多媒體也帶來了一系列的問題，如學生在聽課過程中，多媒體課件一晃而過，當時學生感覺很好， 但真正留在腦海里能掌握的內容卻很少，這容易造成學生眼高手低。因此，流體力學的教學要多媒體和板書相結合，在進行公式的推導和例題的講解時，最好使用板書，這樣可以使學生印象深刻，增加記憶的時間；而在講解流線和跡線等比較抽象的內容時，可以采用動畫形式，這樣能夠加深學生的直觀理解， 有助于提高教學效果。

流體力學的學習講究系統(tǒng)性，各章之間又相對獨立。在每次上課之前，教師應對上節(jié)課的內容進行回顧復習，并可以采用提問的形式，讓學生了解自己對上節(jié)課重點內容的掌握情況。在每一章節(jié)開始時，教師應首先向學生介紹本章的主要內容、重點和難點以及與前后章節(jié)的聯系，每學完一章后教師要進行歸納總結，以便讓學生將所學知識融會貫通。對于重要的內容，教師在課上講解的時候要明確指出，回顧的時候要對這部分內容進行提問，在一章講完歸納總結的時候，要再次強調這部分內容，相信這樣可以使學生印象比較深刻。

四、理論和實驗相結合，充分利用有限的課時

流體力學往往有0.5個學分的實驗課。實驗的主要目的是通過實驗加深學生對理論知識的理解，提高學生的實踐操作能力，更好地運用所學理論解決生產中的實際問題。實驗結束后，應讓學生整理實驗數據，總結物理量之間的相互關系，以便發(fā)現其中的規(guī)律，這非常重要。[3]很多教師的做法是理論課全部講完了，再集中上實驗課，這種做法有利有弊。優(yōu)點是學生在上完理論課后，在實驗課上教師再講解一遍實驗原理，可以加深其對知識的理解和記憶。弊端是上理論課時，教師不能形象地講解，學生不能很好地掌握；上實驗課時，教師再講解一遍，費時費力。對于應用型本科院校來說，其培養(yǎng)的是應用型人才，實驗教學是人才培養(yǎng)最基本的工作。尤其在總課時量被壓縮的情況下，充分利用實驗課的時間，將理論和實驗相結合，就成為一種行之有效的手段。流體力學中的很多內容，例如雷諾實驗，沿程水頭損失和局部水頭損失的計算都可以在實驗室進行講解，一邊講解，一邊實驗演示。還可以在流體力學實驗室中增加多媒體設備或者其他可視化設備，課前讓學生預習，課上講解完理論，直接就讓學生動手做實驗，課后處理實驗數據。這樣既能充分利用有限的課時，又能使學生更好地掌握所學知識，還能鍛煉學生的動手能力和歸納總結的能力，一舉數得。

五、加作業(yè)環(huán)節(jié)，改革考核方式

學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。課后作業(yè)是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養(yǎng)學生分析、解決問題能力的一種方法。[4]當然，布置作業(yè)不等于搞題海戰(zhàn)術。例如，關于典型的三大方程，即連續(xù)性方程、能量方程、動量方程的應用，有三種類型的典型題目，即彎管內水流對管壁的作用力，水流對建筑物的作用力和射流對平面壁的沖擊力，每種類型的題目可以布置1～2道作業(yè)題。而關于求解作用在平面上和曲面上靜水總壓力的計算，題目形式多樣，壓力體的形狀靈活多變，可以適當多布置作業(yè)題，讓學生盡可能多掌握各種類型的題目。同時教師可以在課堂上專門安排習題課。這樣一方面可對學生所做作業(yè)進行點評，剖析典型例題，啟發(fā)學生舉一反三；另一方面，這也可給學生提供了課堂討論的機會，引導學生掌握發(fā)現問題、解決問題的思路、方法和技巧，能對學生思維進行鍛煉，讓學生觸類旁通。[5]除了典型的計算題以外，習題課上還可以設置選擇題、填空題和判斷題等，避免學生重計算，輕概念。

目前，在考核方式上，一般是平時成績占20%，實驗成績占20%，期末成績占60%。這種考核方式雖然兼顧了期末考試和平時表現，但也存在弊端。筆者在教學過程中發(fā)現，很多學生平時作業(yè)做得不錯，但期末卷面成績非常不理想。究其原因，可能是平常作業(yè)存在抄襲現象，上課雖然出勤率高，但課上聽講不認真。如何改變這一現狀？一方面，可以適當減少平時成績所占的比重，例如平時成績占10%，期末成績占70%，實驗成績占20%；另一方面，實驗成績單獨計算，而在理論考試中，平時成績占20%，期末成績占80%。當然，更為重要的是教師要練就“火眼金睛”，要具有高度的責任心：一是對作業(yè)雷同的現象，一律給予當次作業(yè)不及格；二是要加強課堂紀律的管理，對于回答問題的情況、課上表現等都要作為平時成績的重要方面進行考核。只有這樣，才能真正體現出考核的公正性和合理性。

總之，針對應用型本科院校，流體力學的教學應與學校的辦學特色、辦學定位相結合。應在總課時量不增加的前提下，優(yōu)選教材；激發(fā)學生的學習興趣，注重學生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)；加強理論與實驗相結合，增加綜合性、設計性實驗項目，鼓勵學生自己動手研發(fā)、設計小型實驗裝置，培養(yǎng)學生的動手能力與創(chuàng)造能力，這樣才能夠提高學生各方面的能力，最終實現培養(yǎng)“厚基礎、善實踐、能創(chuàng)新、高素質”的應用型人才的目標。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張羽，張仙娥.環(huán)境工程專業(yè)《流體力學》的教學探討[J]. 華北水利水電學院學報（社科版），2010（4）：156-157.

[2] 宿程遠，張建昆，陳孟林.師范學院環(huán)境工程專業(yè)流體力學課程改革初探[J].中國電力教育，2008（12）：117-118.

[3] 王偉.土木專業(yè)工程流體力學課程教學研究[J].山西建筑，2008（21）：182-183.

第2篇：流體靜力學方程的應用范文

論文關鍵詞：力學,土木工程,力的平衡,建筑力學

1 力學的基本內容

力學在高中物理中的概念定義為物體間的相互作用[1]。一個物體受到力的作用，一定有另外的物體施加這種作用，前者是受力物體，后者是施力物體。各種力可以用兩種不同的方法來分類：一種是根據力的性質來分類的，如重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等等；另一種是根據力的效果來分類的，如拉力、壓力、支持力、動力、阻力等等。而力的合成、分解和平衡也是力學原理中的重要內容，貫穿于整個力學，是整個物理學學習的基礎，也是高中學習的重點、難點和考點。力學原理來源于實際生活，故在實際應用中可以用力的方法簡化問題，解決問題，突出力學的實際效果。

2 力學與建筑力學的聯系

建筑力學是應用于土木工程中的基礎理論，它由理論力學、材料力學和結構力學三大部分組成。理論力學主要研究物體受力的分析方法和物體在力的作用下的平衡問題[2]；材料力學研究材料在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩(wěn)定和導致各種材料破壞的極限[3]；結構力學主要研究工程結構受力和傳力的規(guī)律，以及如何進行結構優(yōu)化[4]。不管是理論力學、材料力學還是結構力學，都是以力學為基礎的，是力學的擴展應用。

但是，從另一方面看，力學的發(fā)展也離不開建筑工程的推動和促進。比如在建筑中出現了極端條件下的工程技術問題，這是無法用實驗方法來直接測定。而建筑工程這個天然的實驗環(huán)境就正好驗證了這些力學的原理，并提出了新的力學問題，推動了理論的發(fā)展。

綜上所述，力學原理是建筑力學的前身，建筑力學是在力學的基礎上發(fā)展起來的，是對力學的進一步應用和擴展。反過來，建筑力學的發(fā)展又對力學原理進行了驗證和補充。但是力學并不是建筑力學，它們是交叉學科，有可以共同解釋的部分，但是也有互相不能解釋的。例如，力學原理可以解釋高溫氣體、氣體激光器和核物理等領域的科學問題，而建筑力學解釋不了。而用力學方法去解釋固體的塑性、強度、損傷和斷裂等方面，卻遇到了極大的困難。

3 力學在土木工程實踐中的應用實例

我國的石拱橋在全世界都聞名遐邇，那么簡單石塊堆砌的橋梁怎么保持得穩(wěn)定，怎么實現得力的平衡，下面以一個簡單的例子介紹力學原理在土木工程中的應用。假設石拱橋的簡化圖如圖1所示，整個石拱橋由4塊石塊構成，左右對稱結構，第1、4塊石塊直接和地基相連，第2、3石塊分別與1、4石塊相連，試用力的平衡原理對這一石拱橋進行分析。

首先，對第1石塊進行受力分析，其受力分析圖如圖2所示。第1石塊受3個作用力，分別為石塊的重力G1，支座的反作用力F0和第2石塊給它的反作用F21。用正交分解法進行力的計算。列方程式如下所示。

其次，對第2石塊進行受力分析，其受力分析圖如圖3所示。水利工程論文第2石塊亦受3個作用力，分別為石塊的重力G2，第3塊石塊給它的反作用力F32和第1石塊給它的反作用F12。用正交分解法進行力的計算。列方程式如下：

由于第3石塊、第4石塊和第1石塊、第2石塊是對稱的，其受力分析是一樣的，只不過方向相反，故不對這兩石塊進行再次分析。

由上例可以看出可以用力的平衡原理計算橋梁在靜止狀態(tài)下的內力值，通過分析每一石塊的受力，計算出最大受力值，利用最大受力值作為可控力的范圍，可以保證橋梁的安全性，當然這里沒有考慮石拱橋承載汽車等荷載的情況，但是思路是一樣的。這樣根據力的平衡的計算，就可用于設計橋梁時選擇截面尺寸，合適的建筑材料，以及怎么使橋梁經濟化。

4 力學在建筑領域內的發(fā)展

力學在建筑工程中的發(fā)展，主要是與建筑專業(yè)的結合形成了多種建筑力學理論。力學和建筑理論的結合主要體現在以下幾個方面。

第一，形成了建筑理論力學。

理論力學是一般力學各分支學科的基礎，是研究物體機械運動基本規(guī)律的學科[2]。它通常分為3個部分：靜力學、運動學與動力學。

靜力學主要研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律，以及如何建立各種力系的平衡條件[2]。靜力學還研究力系的簡化和物體受力分析的基本方法。這些都用到了力學原理中力的合成、分解和平衡，而且這些問題可以用平行四邊形法則、三角形法則和正交分解法則進行計算。同時，也涉及到力學原理中的慣性和牛頓三定律等內容。而從動力學方面來講，由于動力學研究的是物體機械運動與受力的關系。所以，動力學亦是以牛頓運動定律、萬有引力定律為研究基礎的，這恰恰也是力學原理的知識點。

第二，形成了建筑固體力學。

固體力學是力學中研究固體機械性質的學科，主要研究固體介質在外力、溫度和形變的作用下的表現。一般包括材料力學、彈性力學、塑性力學等部分。固體力學與力學原理聯系緊密，力學原理中的拉力、壓力和阻力等是材料力學的理論基礎，例如材料力學的主要研究內容之一是對桿件進行力學分析，桿中的內力計算涉及到力的合成、分解和平衡等內容。力學原理中的彈力結合建筑原理形成了新的學科 —— 彈性力學；而力學中的動力、摩擦力等延伸為固體力學中的動力學等等。隨著計算機的飛速發(fā)展，分子動力學等微觀模擬方法、復雜結構的仿真分析將更大規(guī)模更迅速地在固體力學和工程設計中得到應用和發(fā)展，這也涉及到了力學的基礎知識。固體力學的上述發(fā)展，必將推動科學和工程技術的巨大進步。

第三，形成了建筑流體力學。

流體力學是在人類同自然界作斗爭和在生產實踐中逐步發(fā)展起來的。中國有大禹治水疏通江河的傳說，秦朝李冰父子領導勞動人民修建了都江堰，至今還在發(fā)揮作用。大約與此同時，羅馬人建成了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)，這些都是流體力學在建筑工程中成功應用的案例。流體力學的發(fā)展主要是為了盡可能多地開采地下石油和天然氣，而化工流程的設計，很大程度上也歸結為流體運動的計算問題，又或者是測定地下流水對建筑物的影響等?？傊?，流體力學對建筑工程的發(fā)展有著不可替代的作用。流體力學的主要內容，包括物體浮力定理和浮體穩(wěn)定性在內的液體平衡理論，這也為流體靜力學奠定了基礎。而浮力和液體平衡理論也恰恰是力學原理的內容。

綜上所述，力學原理是形成建筑理論的基礎，它與建筑理論的結合是多方面的，從而形成了多種建筑力學。力學原理與建筑工程的其他學科也有交叉，如流體彈性力學、爆炸力學等等。這些不同的力學學科貫穿于整個土木工程的壽命期，從設計、施工、后期維修保養(yǎng)，直到最后的爆破消亡，都會運用到力學的原理去解決工程中的實際問題。

5 結語

建筑的發(fā)展和力學是有密切關系的，可以說沒有可靠的力學支撐，就不能保證建筑結構的安全，就不能建造出那么多的優(yōu)秀建筑物和構筑物。而力學原理與建筑力學的結合，也是發(fā)展現代高科技建筑的必然趨勢，它們互相替代，互相促進，互相發(fā)展。相信有了力學的支撐，建筑工程會越走越遠，會有越來越多優(yōu)美堅固的建筑屹立在東方大陸上。

參考文獻

[1] 張大昌.物理1[M].人民教育出版社，2010：50.

[2] 范欽珊，陳建平.理論力學[M].高等教育出版社，2010：1-7.

[3] 孫訓方.材料力學[M].高等教育出版社，2009：1-3.

第3篇：流體靜力學方程的應用范文

論文關鍵詞：流體力學；制冷與低溫工程；教學改革

目前，鄭州輕工業(yè)學院（以下簡稱“我院”）的制冷與低溫工程專業(yè)已被評為國家級特色專業(yè)。為了加強制冷與低溫工程專業(yè)學生能力的培養(yǎng)，造就人才，有必要對制冷與低溫工程專業(yè)的教學進行全面的改革。

“流體力學”是制冷與低溫工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，主要分為流體靜力學和流體動力學，研究流體平衡、運動規(guī)律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實際應用的科學。由于流動現象和流動規(guī)律及其影響因素十分復雜，故其具有理論性強、概念抽象和公式較多、實際工程應用廣、對學生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點。加上學生對流體流動機理普遍缺乏感性認識，導致“流體力學”課程歷來被公認為是教師難教、學生難學難懂的課程之一。因此，迫切需要進行“流體力學”課程教學改革，使學生學好本門課程，提高課程教學質量，使學生能更深刻地理解和掌握專業(yè)理論知識，培養(yǎng)學生的綜合分析應用能力和創(chuàng)新能力，全面提高專業(yè)素質。

分析目前我院制冷與低溫工程專業(yè)“流體力學”課程教學的現狀，發(fā)現存在以下主要問題：首先，“流體力學”理論性強，概念多而抽象，難以理解，學生普遍缺乏對流體力學問題的感性認識，學習興趣不高；其次，課程中公式繁多，推導過程復雜，且大多涉及到“高等數學”的偏微分方程，另還涉及到“大學物理”、“理論力學”、“材料力學”等方面的知識，學生理解困難；另外，學生對所學的知識不能靈活應用。因此怎樣激發(fā)學生的學習興趣，選擇合適的教學模式組織教學，全面實現該課程教學目標，提高教學質量，是該課程教學亟待解決的問題。

一、改革教學方法

學好“流體力學”這門課對于制冷與低溫工程專業(yè)的學生來說至關重要。讓學生理解流體靜止和運動的規(guī)律及其影響因素，不僅能為學生學習后續(xù)的專業(yè)課程提供必要的理論基礎，也能為學生以后分析解決實際工程中的實際問題提供理論指導。怎樣才能讓學生學好這門課，筆者結合自己的教學經驗，認為可以從以下幾方面著手。

1.激發(fā)學生學習興趣

學生是學習的主體，而“流體力學”又是大家公認難學的課程，因此學生的學習積極性高低決定著“流體力學”這門課教學的成敗。

要提高學生學習“流體力學”的積極性，首先要上好“緒論”課?！熬w論”課是學生接觸和了解“流體力學”這門課的窗口，也是教師的教學水平和教學方式的第一次展示，“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學”課程教學的成功與否。通過“緒論”課讓學生對“流體力學”的發(fā)展及其廣泛的工程實際應用有一個大致的了解，使他們充分意識到“流體力學”知識和我們的生活及國家的建設密切相關，深刻理解“流體力學”知識在今后的學習和解決實際工程問題中的重要作用。

教師在講授一些理論知識之前，可先舉出很多貼近生活的有趣實例或者先提一些問題來激發(fā)學生的學習興趣，啟發(fā)引導學生積極地思考。例如在講液體的粘性之前，可以先問學生：在水中游得快還是在油中游得快？為什么？又如在描述流體運動有兩種方式——拉格朗日法和歐拉法時，可以將在座的學生和教室里的每個座位作為研究對象來進行類比，從而讓學生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式，讓學生帶著問題去學習，讓學生親身感受到參與教學活動是一件樂事、趣事，由愿學到愛學再到樂學。實踐表明：列舉事例或提問的方式可以避免學生學習的枯燥感，活躍課堂氣氛，不僅可以吸引學生的注意力，激發(fā)學生學習的主觀能動性，還可以使學生充分意識到本課程對今后學習和工作的重要意義，并且能加深學生對所學知識的理解和記憶，使學生分析問題和解決問題的能力得以提高。

另外，還應充分利用多媒體，通過圖片、動畫讓學生直觀了解各種流動現象，而不是停留在抽象層面，從而提高學生學習“流體力學”的興趣。

2.巧妙講解公式

為了定量地描述流動現象和分析流動機理，需要應用數學工具。學生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要讀懂數學，然而讀懂了數學不一定意味著明白了數學符號背后所代表的物理意義。“流體力學”教學實踐表明，學生從讀懂數學到理解流動問題的物理本質有一個過程。教師的一個重要任務就是做好各方面的工作，幫助學生完成從讀懂數學到理解流動的物理本質這一過程的轉變，進一步建立起科學的思維方式。

“流體力學”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運動方程、連續(xù)方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時都有大量的公式，這些公式涉及一些高數、物理、力學方面的知識，特別是大量的偏微分方程，加上“流體力學”的公式推導采用歐拉法，與物理及其他力學不同，學生的觀念不易改變，而且推導過程復雜，學生理解掌握很困難。如果過分強調“流體力學”知識的嚴密性和完整性，對每個公式的每個推導細節(jié)都逐一介紹，推導過程將會枯燥無味，學生只會被弄得糊里糊涂，興趣全無。而如果直接給出公式，讓學生死記硬背，只能讓學生不知其所以然，當然也就不能真正用所學知識來解決實際問題了。

根據多年的教學經驗，筆者認為：“流體力學”中公式的講解應將重點放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應用限制上。首先對基本概念力爭講透，概念清楚了，公式的講解推演才有意義。然后重點使學生明確公式的物理意義及公式中各項參數的物理意義和幾何意義，只有真正理解了公式的物理意義，才能靈活使用公式解決實際工程問題。最后應強調公式的應用范圍及應用注意事項。由于流動的多樣性，“流體力學”中的很多方程都是在一定的條件下得到的，如伯努利方程就有多種形式（理想流體、實際流體、流體是否可壓等），在具體運用時，要根據具體情況選用正確的形式。

3.充分利用作業(yè)

學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。如果基本原理掌握了，接下來就是如何用這個原理去解決實際問題。課后作業(yè)是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養(yǎng)學生分析、解決問題能力的一種方法。

首先應由學生獨立地完成一定量的課后練習題，這是“流體力學”學習過程的重要組成部分，解題過程實質就是利用“流體力學”的基本原理和基本方程分析和解決實際問題的一個訓練過程，課后習題可以幫助學生加深對基本概念和基本理論知識的理解。

然后再由教師通過習題課的方式，利用具有代表性的習題和一些學生普遍認為困難、出錯多的習題，講述流體力學原理在工程實例中的應用。在講解習題時，重在提供條理清晰的解題思路、詳細具體的解題步驟，使學生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧，以便在以后的學習工作中舉一反三、觸類旁通、學以致用。這一過程增強了學生對流動過程物理本質的理解，將物理問題與數學工具有機地結合起來，有助于學生對與專業(yè)相關聯的實際工程問題進行認真思考，有效的增強了學生分析并解決實際問題的能力。

二、改革教學手段

多媒體教學以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學特點，豐富的教學內容，被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的歡迎。

多媒體教學在“流體力學”教學過程中發(fā)揮著重要的作用。利用多媒體，可將“流體力學”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點，如拉格朗日和歐拉法的描述，流線與跡線、層流、湍流等，通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現給學生，使其從感性認識開始建立清晰的物理概念，較容易地掌握相關內容，并使學生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時間寫板書表述的和不易通過板書表述的內容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習題等。采用多媒體教學，授課的信息量增多了，教學內容更豐富了，學生在有限的時間內接收的知識更多了，學生的學習興趣提高了，學生的思路拓寬了，教學質量也提高了。

多媒體教學的發(fā)展并不意味著要摒棄傳統(tǒng)的板書教學。有很多學生認為板書能讓他們有更多的時間去思考消化一些抽象的東西，更有利于對基礎知識的理解和掌握。根據“流體力學”既有抽象復雜的流動機理又有大量的基本概念、基本方程的特點，在教學過程中應將多媒體教學與板書教學相結合，揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，為教學工作更好地服務。如對某些特定的流動現象，可以通過多媒體教學，加深學生對流動現象和機理的理解。而對于較重要的公式及一些重點難點內容還是采用板書教學，例如流體力學基本方程的推導過程依然使用傳統(tǒng)教學中的板書，有利于學生集中注意力，讓學生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學生足夠的思考時間，又可加深學生對重要知識的理解，從而獲得良好的教學效果。

第4篇：流體靜力學方程的應用范文

[關鍵詞]專業(yè)認證；液壓與氣壓傳動；教學大綱；評價體系

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0090-02

概述

工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質量保證制度，是檢查專業(yè)設置是否適應國家和地區(qū)經濟建設的需要，是否適應社會發(fā)展的標準。[1][2]專業(yè)認證工作是職業(yè)工程師認證工作的基礎，通過專業(yè)認證工作的開展，可以更新教育思想，促進真正意義的以學生為中心的教育觀念的形成，保證受教育者的權益。[3][4]

2006年，我國教育部正式組織開展了工程教育專業(yè)認證工作，成立了全國工程教育專業(yè)認證專門機構，目前已有機械制造及其自動化等10個專業(yè)開始了專業(yè)認證的試點工作。[5]河南工業(yè)大學2015年開始進行機械制造及其自動化專業(yè)的認證申請，根據專業(yè)認證對該專業(yè)的要求進行系統(tǒng)改革，包括培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、課程體系、師資條件，其中課程體系是改革的重中之重。以專業(yè)認證為契機，機電學院液壓與氣壓傳動課程組對該課程進行了較全面的改革。

一、液壓與氣壓傳動課程在機械制造及其自動化專業(yè)中的地位

液壓與氣壓傳動課程在機械制造及其自動化專業(yè)的課程體系中屬于專業(yè)基礎課，是主干課程，其在機械類R悼緯燙逑抵釁鹱懦猩掀糲碌鬧匾作用。課程主要通過授課、實驗等教學環(huán)節(jié)，使學生熟悉流體傳動的基礎知識，讓學生掌握各種液壓與氣動元件的結構特點、工作原理及其應用，掌握基本回路的組成和分析方法，進而掌握液壓與氣動系統(tǒng)的分析及設計方法。學生通過對本課程的學習，能為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下基礎。

本課程在專業(yè)認證的畢業(yè)要求部分共支撐5個指標點，2個課堂講授目標，3個實驗目標。課堂講授目標包括：1.理解數學、自然科學基本原理，能夠將其與實際工程應用相結合；2.理解工程基礎知識原理，能將其應用于復雜工程問題的表述、建模和求解過程中。實驗目標總結起來為能夠利用課堂講授知識制訂合理的實驗方案，并利用正確的方法搭建實驗平臺，實施實驗過程，得到實驗數據；同時能夠對所得實驗數據進行分析，得出正確結論。

針對以上所提的畢業(yè)要求，我們對原課程進行了較大程度的改革，提出了最新課程目標，具體包括以下幾個方面。1.要求學生掌握流體傳動的流體力學基礎（包括流體靜力學、運動學、動力學），并能與實際相結合推導實際應用問題的靜、動力學數學模型。2.掌握各種流體傳動元件（動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件）的工作原理、結構及設計方法；理解、分析基本液壓回路（方向回路、壓力回路、流量回路）；能夠運用工程知識，通過類比、改進或創(chuàng)新等方式，提出滿足特定需求的典型流體傳動系統(tǒng)的合理設計方案，并體現創(chuàng)新意識。3.能夠針對流體傳動與控制裝置的性能等有效制定研究或驗證實驗方案，并根據實驗方案建立簡單實驗系統(tǒng)進行實驗；解決實驗過程中出現的問題，得到實驗數據后能正確分析，解釋實驗數據，并通過信息綜合得到合理有效的結論。

二、課程改革

（一）調整課程大綱

1.內容調整。針對新的課程目標，課程大綱的調整首先從學時入手，將原來的46學時調整為54學時，擴充了原課程第二章流體力學基礎部分的內容。這一部分在原大綱里的講授內容包括：（1）液壓油的主要物理性質及選用；（2）液體靜、動力學基礎；（3）液體流動能量損失與流量計算。由于學時的限制，教師在講解這一部分內容的時候大多采取簡單帶過的做法，學生則無法真正理解流體力學與以往學過的固體力學之間的關系，這就導致部分學生只能機械地記住一些教師強調過的公式以應付考試。

新大綱在（1）部分增加了流體的概念及連續(xù)性介質假設部分。這部分內容的增加對于學生理解流體與固體的區(qū)別，理解流體力學與固體力學的聯系至關重要。此外，新大綱在內容（2）中增加了流體運動學基礎部分內容。這部分內容的增加主要是為了讓學生更好地了解流體動力學部分公式推導的基礎，更好地理解掌握連續(xù)性方程、伯努利方程及流量方程的來龍去脈，為學生在后續(xù)液壓傳動內容中應用這些公式打下堅實的理論基礎。

2.調整實驗大綱。根據畢業(yè)要求調整實驗項目，增加設計型實驗項目，減少驗證型實驗項目。通過設計型實驗的方案搭建、論證，實驗的過程記錄，數據分析等過程，主要培養(yǎng)學生將課堂所學知識應用于實際的能力。與此相適應，實驗報告中增加實驗方案設計、論證部分，并有相應的評分標準。

3.增加“成績考核評定”部分。新大綱中增加了考核成績評定辦法的表格，表格中規(guī)定了成績組成、考核評價環(huán)節(jié)、分值、評價細則與對應畢業(yè)的要求項，這為課程的后續(xù)評價提供了定量標準。通過這張表格，任課教師可以很清楚課堂教學中的每個環(huán)節(jié)對于學生相應能力培養(yǎng)的作用，從而使得各環(huán)節(jié)的實施更具有目的性和方向性。此外，表格中項目的具體內容由任課教師自主設置，教師可以根據課程特點設定平時成績、考試成績等的比例，并制訂行之有效的評價細則，這樣更有助于提高課程評價的科學性與合理性。

（二）建立課程評價體系

課程結束后，如何評價課程達到的效果是教學中至關重要的一環(huán)，這一環(huán)節(jié)涉及后續(xù)的改進。合理、科學的評價體系是持續(xù)提高課堂效果，達到課程教學目標的基礎。以往的教學大部分以課程結課考試作為教學終點，并不會對結束后得到的教學資料進行客觀的分析，僅僅以簡單的試卷分析報告作為最終資料歸檔。

通過對專業(yè)認證要求的分析，我們建立了液壓與氣壓傳動課程的評價體系，具體環(huán)節(jié)如圖1所示。課堂教學環(huán)節(jié)結束后，課程負責人需要填寫課程自評表，自評教學過程是否支撐對應的畢業(yè)要求。如滿足要求，則進入考核環(huán)節(jié)。教師根據教學過程，對應畢業(yè)要求給出考核學生的題目――試卷，并根據試題的具體情況填寫課程試卷命題檢查表。表中總結了對應于每個課程目標的試題分值，通過這張表出}教師可以一目了然地看出所出試題是否與教學環(huán)節(jié)相適應，即是否可以對學生在教學環(huán)節(jié)的表現做出客觀評價。如果滿足要求，則試題可以用來作為課程是否達成課程目標，學生通過課程的學習是否達到相應畢業(yè)要求的評價基礎。

考試結束并得到學生的考試成績后，教師需要對成績進行匯總，根據匯總結果填寫分析報告。同時，學生需要填寫課程問卷調查，包括課堂教學過程以及試卷等方面，問卷調查的結果要在分析報告中體現。至此，本課程告一段落，分析報告作為重要的存檔材料將對課程的總體教學效果起到持續(xù)指導的作用。

（三）課程達成度評價

任課教師對自己任課的班級進行自我評價后，由課程負責人對課程的總體情況進行課程目標達成度評價，給出達成度的數值，填寫課程達成度評價表，對課程的總體效果給出客觀評價。

三、結論

改革優(yōu)化了課程內容，增加了流體力學部分在本課程中所占的比重，使學生在課程初期對力學，包括固體力學與流體力學有了全面的認識，能夠做到融會貫通，為后續(xù)液壓與氣壓內容打下堅實的理論基礎。改革建立了學生―任課教師―課程負責人為主的課程評價體系，通過各個環(huán)節(jié)的監(jiān)控與評估，使學生達到課程所服務的畢業(yè)要求。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 余天佐，劉少雪.從外部評估轉向自我改進――美國工程教育專業(yè)認證標準EC2000的變革及啟示[J].高等工程教育研究，2014（6）.

[2] 陳平，專業(yè)認證理念推進工科專業(yè)建設內涵式發(fā)展[J].中國大學教學，2014（1）.

[3] 韓楚.以專業(yè)認證為契機促進學風建設之探究[J].新校園（上旬），2016（2）.

第5篇：流體靜力學方程的應用范文

網絡課程的建設是為了讓這門學科更適應時代的發(fā)展特點，因此應該滿足適應性強、覆蓋面廣的要求。所以在建設化工原理及實驗網絡課程的時候，應該將《化工原理》與《化工原理實驗》的內容都包含進去。

1.1《化工原理》課程應該包括的內容（1）在流體流動的章節(jié)需要包含流體的基本性質、流體靜力學的相關方程式以及它們的應用、流體的能量衡算方程及方程的應用、流體流動阻力的計算以及流體流量的測量。（2）在流體輸送機械章節(jié)需要包含離心泵的性能參數、運轉原理、特性曲線、流量的調節(jié)步驟與安裝方法，還需要順便介紹其它液體與氣體輸送機械。（3）在機械分離與固體流態(tài)化章節(jié)需要包含顆粒與顆粒床的特性、過濾分離的原理與使用到的設備、重力沉降與離心沉降各自的沉降原理和區(qū)別以及沉降操作方法。（4）在傳熱章節(jié)應該包含傳熱概述、對流傳熱的定義、熱傳導、傳熱的計算方法、各種換熱器的簡介等。（5）在蒸發(fā)章節(jié)應該包含蒸發(fā)設備的介紹、蒸發(fā)操作方法與流程特點、單效蒸發(fā)的計算方法并簡要介紹多效蒸發(fā)的相關內容。（6）在蒸餾章節(jié)應該包括精餾原理與過程、兩組分理想溶液的氣液平衡與連續(xù)精餾的計算，包括精餾塔理論版的計算、回流比的選擇、塔高與塔徑的計算方法、精餾的物料衡算以及精餾塔的操作線方程。（7）在氣體吸收章節(jié)，網絡課程的內容應該包括吸收的速率與平衡關系以及低組成氣體的相關吸收計算，比如傳質單元數法計算、物料衡算、吸收劑用量、填料層高度以及吸收系數的計算等。（8）在蒸餾和吸收塔設備章節(jié)，網絡課程的內容應該包括填料塔與板式塔的結構與特點、流體力學性能以及操作特性。（9）在液-液萃取章節(jié)，網絡課程的內容應該包括單級萃取的計算和萃取相平衡的關系等。（10）在固體物料的干燥章節(jié)，網絡課程的內容應該包括干燥過程的熱量衡算與物料衡算、物料所含水分的特性、濕空氣的基本性質與濕度圖、干燥曲線與干燥速率曲線的繪制等。

1.2《化工原理實驗》應包括以下內容（1）理論教學：如何預估與分析實驗誤差、實驗方法的確定、實驗數據的處理過程、化工實驗中溫度、流量、壓力等參數的測量方法。（2）課件仿真演示及實驗錄像：包括伯努利方程實驗、流體阻力的測定、流量計的性能測定、離心泵性能測定、板框過濾實驗、傳熱實驗、精餾塔實驗、填料吸收塔試驗、干燥速率曲線的測定等的課件仿真演示，以及實驗錄像資源。（3）在線自測考試：化工原理實驗在線自測考試系統(tǒng)可以讓學生自主選擇對應化工實驗測試科目進行網上在線測驗。

2化工原理及實驗網絡課程的建設

2.1與工程實際相結合，設計網絡化的多媒體課件化工原理的主要內容是以實際化工生產過程中出現的各種典型單元操作為基礎的，因此它的工程技術性比較強。在進行網絡課程的設計時，我們應該盡量為學生拓寬知識面，通過對教學內容的豐富與優(yōu)化將各種教學資料整理成一個緊密銜接的整體內容。具體過程為：首先對教學內容進行精選，并根據不同專業(yè)對化工原理側重點的不同制定詳細的教學計劃和大綱，這樣不僅可以滿足不同專業(yè)對學生培養(yǎng)方向側重點的不同，同時也可以滿足人才培養(yǎng)的要求，擴大了化工原理及實驗網絡課程的使用范圍。在設計教學內容時，讓基本概念、基本理論與基本方法貫穿到每個單元中去。對于只需簡單掌握的知識可以讓學生自己自學，而重難點知識則應該仔細、透徹地講。作為一門化工類及相近專業(yè)的專業(yè)基礎課程，化工原理的學習離不開實驗的環(huán)節(jié)。因此，化工原理及實驗網絡課程的建設自然也少不了需要將理論教學與實踐結合起來，因此可以將理論教學中的概念引申到工程實際中來，讓實踐內容在理論中得到體現，從而加強它們之間的聯系。這樣學生的實踐能力就能得到提高。對化工原理及實驗多媒體課件的開發(fā)與使用可以推進網絡課程的實現。

2.2在突出學生主體地位的基礎上充分發(fā)揮網絡教學模式的優(yōu)勢（1）對教學方法進行改進傳統(tǒng)教學方法中，學生的位置比較被動，因此限制了學生主觀能動性的發(fā)揮，教學效果一直不太理想。由此可見，要想提高教學質量，關鍵是改進教學方法。所以，只有做到發(fā)揮學生在學習過程中的主體作用，讓學生擁有學習的主動性而不是一味的灌輸知識，才能切實提高教學質量。網絡課程可以將超文本結構、窗互技術等運用到化工原理及實驗的課件中來，大大提高了人機交互的機會，讓學生在學習的過程中可以雙向交流。另外，導航系統(tǒng)的存在也方便學生隨時查詢所在的位置以及需要查詢的章節(jié)。另外，動畫與視頻技術的運用可以有效增強學生對重難點知識的理解與記憶，提高學生的學習效率。而“交互式”“雙向交流式”“啟發(fā)式”等教學模式也讓學生的學習過程更加多樣，擺脫了枯燥、沉悶的學習氣氛。網絡課程對教學方法的另外一個改進之處就在于它可以隨時隨地為學生提供教學資源，學生在遇到困難時可以很方便地找到解決方法。對于基礎弱、學習落后的學生來說，網絡課程的建設給了他們追上學習進度的機會，讓他們可以通過課余時間的努力來提高學習成績。由于教學的雙向性，因此將主體性、參與性與發(fā)展性集于一體的課堂才是真正成功的課堂。教師與學生在課堂上的互動是影響教學效果的關鍵因素，因此教師需要給學生創(chuàng)造良好的溝通氛圍，讓學生敢于表達出自己的不同見解，再輔以指導的同時也鼓勵他們獨立思考。學生與教師之間有了良好的溝通氛圍以后，教師就可以獲得更多的反饋信息，這對于提高教學效果來說是很有幫助的。（2）對教學手段進行優(yōu)化在化工原理及實驗的教學過程中會涉及到很多的化工機械設備以及實驗儀器，單用板書的形式是很難介紹清楚的，教學效果會大打折扣。而通過網絡課程，學生清楚、直觀地看到化工設備的運轉情況，當教師再進行講解時就可以一點就通。當然，傳統(tǒng)教學方法依然是不可替代的，在進行公式的推導時，板書反而是最好的方式了，因為學生可以跟著教師一步步的書寫過程慢慢地理解推導過程，由淺入深地理解公式的原理以及推導方法。所以，教學手段的優(yōu)化并不是一味的創(chuàng)新，將傳統(tǒng)教學手段的優(yōu)點與現代化的新教學手段相結合才能真正達到提高教學效果的目的。

2.3注意培養(yǎng)學生的實踐能力，加強學生的實踐環(huán)節(jié)化工原理課程的實踐性非常強，因此對于學生來說，加強實踐是非常重要的。在平時的教學活動中，教師應該為學生多創(chuàng)造實踐機會。另外，教師還需要讓學生認識到實踐的重要性，并重視學校已經開設的實踐性課程，比如化工原理實驗以及一些化工流程模擬軟件的操作。由于學生本來就缺乏實際的操作經驗，因此在教師講解實際工程問題的時候，學生很難通過教師的講述真正地明白實際情況到底是怎樣的。教師講得費力，學生聽得也吃力。而實踐不僅可以解決教師講解不到位、學生理解不到位的問題，更可以讓學生提前了解以后要從事的工作是什么樣的狀況。可問題是讓學生每次都去實地動手實踐是不切實際的，而網絡課程卻可以為學生提供圖片、視頻以及化工流程模擬軟件，讓學生在這些手段的幫助下更好地理解化工設備的工作原理與狀況以及化工行業(yè)的實際工作狀況。比如，教師在講解離心泵的結構與工作原理時，借助計算機技術以及多媒體讓學生觀看動畫三維立體展示以及離心泵結構展示錄像，學生就可以根據看到的動畫三維立體展示更清楚地了解離心泵的工作狀況，更可以通過結構展示錄像直觀地了解離心泵的內部構造。在網絡課程的幫助下，學生會對離心泵的工作原理與內部結構有更加深刻的記憶。此外，對動畫三維立體展示的理解還可以提高學生的觀察能力、空間想象能力、邏輯思維能力以及分析與解決問題的能力，在加強學生實踐能力的同時還提高了學生的綜合素質，更符合時代對新型人才的需求。

3化工原理及實驗網絡課程的建設特點

3.1教學體系更完善網絡課程的建設目的是為了提高學生的綜合能力，讓學生更適應這個社會。因此，化工原理及實驗網絡課程在建設上會通過對組合與更新的方式完善教學體系。學生可以通過使用網絡資源進行自學甚至自測，“交互式”“雙向交流式”“啟發(fā)式”等多種模式的疊加可以有效達到提高學生各方面能力的目的。

3.2教學內容更豐富傳統(tǒng)的教材由于受到紙張頁數的限制，因此教材內容的選取只能盡量挑重點。而網絡課程卻可以將各個院校所編的教材內容都收錄進來，不受容量的限制，因此，教材內容更加豐富，可以滿足眾多學生的需求。4.3更新速度快紙質教材最大的缺點就是阻礙了知識的更新速度并且會造成資源的浪費。網絡課程可以隨時進行知識的更新，因此學生可以第一時間了解化工行業(yè)的最新動態(tài)，同時還可以避免重新印刷教材造成的浪費。

3.4教學方式更多樣網絡技術的應用可以通過動畫以及視頻制作技術來豐富學習方式，讓學生在學習化工原理及實驗這門學科的時候除了理解枯燥的文字以外，還可以通過觀看動畫或視頻的方式來學習，既增加了新鮮感，也調動了學生的積極性。

3.5教學環(huán)節(jié)齊全化工原理及實驗網絡課程有很多的板塊，比如虛擬課堂學習、專題講座、學習指導、討論答疑、課外輔導、學生自測等，能在各個環(huán)節(jié)上幫助學生，也可以提高學生的自學能力。

4結語

第6篇：流體靜力學方程的應用范文

關鍵詞：化工原理；教學內容；工程處理方法；能力培養(yǎng)

在高等工科教育中，完善的知識體系框架為基礎科學知識、工程科學知識、工程技術與設備知識。從自然科學到工程技術之間，必須有一個中間知識層次，這一中間知識層次的教育就是通過技術基礎課程來承擔?？梢钥闯觯夹g基礎課程在學生的知識教育計劃中起著承前啟后、由理及工的“橋梁”作用，是從自然科學領域的基礎課向工程科學的專業(yè)課過渡的入門課程?；ぴ碚n程是化工類及相近專業(yè)的一門重要的技術基礎課。該課程的主要內容是利用數學、物理和化學等自然科學的原理，研究實際化工物理過程中的客觀規(guī)律，并利用這些規(guī)律進行化工過程設計、工藝計算、設備構造設計等。它承擔著工程科學與工程技術的雙重教育任務。科學是反映自然、社會和思維等的客觀規(guī)律的分科的知識體系；科學從自然現象中被抽象出來，再應用到生產實踐活動中去。技術是人類在利用自然和改造自然的過程中積累起來并在生產勞動中體現出來的經驗和知識?？梢?，技術的根基是科學。筆者結合多年從事化工原理課程教學的體會，談一下在該課程教學過程中，有意識彰顯化工原理課程內容特點，對學生進行工程能力培養(yǎng)的做法及認識。

一、應用科學理論進行工程技術問題分析的能力培養(yǎng)

化工原理課程內容的研究對象就是實際化學工程中的問題。某些化工過程中的實際問題在做合理的簡化處理的基礎上，可以直接應用相關的基礎科學理論進行分析描述。這種方法是基礎理論課程中常用的方法，是培養(yǎng)學生由科學到技術、由理到工的基本能力和工程問題基本分析能力的重要環(huán)節(jié)。通過這種方法引導學生學會觀察問題、描述問題，培養(yǎng)學生理性邏輯思維的能力，同時引導學生認識科學理論在工程實際中的應用，培養(yǎng)理論聯系實際的工程能力。例如，應用相關的物理定律和數學手段，進行流體靜力學方程式的導出、柏努利方程式的導出、圓管中流體定態(tài)流動時的剪應力分布式、圓管中牛頓型流體定態(tài)層流流動時流速分布式、沿程能量損失公式、一維定態(tài)溫度場中熱傳導速率式、一維定常態(tài)濃度場中分子擴散傳質速率式等都應用了這種數學解析方法。

二、應用實例分析進行工程觀點的培養(yǎng)

化工原理課程各種單元操作的發(fā)展積累了豐富的材料。在講授這些工程科學和工程技術知識時要突出工程觀點。例如，以建立循環(huán)流動說明蒸發(fā)設備的沿革；以機械能平衡和動量平衡的觀點觀察管內流動和均布現象；結合吸收和傳質設備的分析引入返混的工程概念。學者們非常重視在教學中突出對學生工程觀點的培養(yǎng)教育［1-3］。

在授課過程中通過列舉實例分析的思路中對學生工程觀點的形成給予引導和強調。在基礎理論課程中，從一個理論出發(fā)分析影響某一物理量的諸因素時，學生會不分實際與否、不分主次地找出各種影響因素和影響關系。但是，在分析實際工程問題時就不同了，在分析影響某一工程中物理量的各種因素時，首先要考慮實際可能性，分清因果關系，其次再要善于分清主次因素。例如，在通過傳熱實驗測定換熱器的傳熱總系數K時，由實驗數據計算傳熱總系數是根據傳熱基本方程式 。如果要求學生指出在實驗中影響K測定準確性的各主要因素的話，很多學生就圍繞著傳熱基本方程式考慮問題，不分主次地羅列出T1、T2、t1、t2、qm1、qm2等因素。傳熱基本方程式是通過實驗數據反映換熱器的傳熱總系數的一個方法。如果分析實驗中影響K測定準確性的各因素的話，應該從本質上來考慮問題，根據K的表達式 來考慮，該式是從根本上反映各影響因素的關系式。并非該式中的每個物理量都是工程中的變量因素，對于實驗中某一確定的換熱器來說，僅有對流給熱系數out、in是變量因素，因此，影響out、in的變量因素就是影響K測定準確性的因素。再根據對流給熱系數的表達式可知，流體的流速（即流量）是最敏感的影響因素。因此，對于上述問題，實驗中的qm1、qm2是影響K測定準確性的關鍵因素。這樣來分析問題，注重了問題的客觀實際性，使學生認識到哪些是表面關系（或者純數學關系）、哪些是本質關系，并且認識到同一臺換熱器的換熱性能參數K是因流體流量不同、操作條件不同而變化的，從而建立起靈活的而非僵化的工程概念。

從化工原理的教學內容中多提煉出此類問題進行課堂分析，對于引導學生建立工程概念、樹立工程經濟意識起著非常重要的教育作用。

三、工程處理方法應用能力的培養(yǎng)

在化工原理各單元操作的分析和描述中，體現了研究工程問題的共性和方法論。對于所研究問題（對象）進行受力分析、物料衡算、能量衡算、相平衡關系描述、傳遞速率描述等以及經濟性基本分析，是研究工程問題的最基本而有效的處理方法[4]。在研究復雜的工程問題時，根據復雜工程問題的特性，靈活采用的系數校正法、參數歸并法、過程分解組合法、實驗研究法、數學模型法和極限處理法等，更體現出工程技術研究者的智慧和工程處理方法的策略性。

1．系數校正法

對于所研究問題分清共存的主要矛盾和次要矛盾，首先抓住主要矛盾忽略次要矛盾，利用理論分析描述問題，得到反映問題規(guī)律的數學關系式。然后再考慮次要矛盾的影響，根據實踐經驗在數學關系式中加上合理的系數給予校正。在研究孔板流量計流量計算式、畢托管流量計算式、重力射流流量計算式、壓力射流流量計算式等問題時都運用了這樣的工程處理方法。

2．參數歸并法

參數歸并法又可以稱集總參數法。很多化工實際問題通過數學描述后所得到的數學關系式的形式特別復雜。為了將這種數學關系式的形式進行簡化并且使得公式變得更為簡捷實用，此時就要根據實際生產中的情況做分析，哪些物理量是在生產過程中需要不斷調整的工程參數，哪些是在一般情況下不易發(fā)生變化的、或者不需要作調整的，尤其是對某些工程因素，盡管從理論上做出了定義，但是其數值必須通過實驗獲得。這種情況下，可以將不易發(fā)生變化的、一般不需要作調整的以及必須通過實驗獲得數值的多個工程因素進行歸并，定義為一新的參數來表示這多個工程因素的組合式，便得到在通常情況下方便應用的簡捷的數學關系式，這個組合式的值一般通過實驗確定之。如果是某種生產參數作了調整，所定義的多個工程因素組合式中的某種因素數值發(fā)生了變化，我們便可以根據所定義的組合式的數學形式有目的地將組合式值給予校正得到新生產狀況下的值。這樣，無需重新通過實驗測定組合式的值了，使得實際生產變得更為經濟。過濾速率表達式以及恒壓過濾方程式的表示法即是一典型的例子。實際上，表示流體對流傳熱速率的牛頓冷卻定律和流體對流傳質速率的方程式的提出，將諸多復雜的工程因素全歸并到傳熱系數及傳質系數中，然后通過實驗研究方法再研究之，就是工程上集總參數法的處理方法。

3．過程分解組合法

將一個復雜的過程（或系統(tǒng)）分解為聯系較少或相對獨立的若干個子過程（或子系統(tǒng)），分別研究各子過程（或子系統(tǒng)）的特有規(guī)律，然后再將各子過程（或子系統(tǒng)）聯系起來，探求各子過程（或子系統(tǒng)）之間的相互影響及總體效應。在研究帶泵管路時首先分別研究管路的特性方程和泵的特性方程，然后將問題綜合起來分析泵的工作點。在研究填料層高度時分別分析影響傳質單元高度的因素和影響傳質單元數的因素。在研究板式塔高度時分別研究理論塔板數、塔板效率和板間距。此類問題都是過程分解與組合法基本工程思想的體現。

4．實驗研究法

工程技術的發(fā)展過程恰好反映了人類認識的發(fā)展過程?；瘜W工程中的某些問題，矛盾錯綜復雜，難以利用單一的物理概念和數學方法進行描述。解決復雜工程問題存在著兩種典型的思維方式，即實驗研究方法和數學模型方法。

管內流體湍流流動時的機械能損失和管內流體湍流流動時的對流傳熱系數的研究就是采用的這種方法。該方法是在量綱理論的科學指導下分析問題的。如果實驗工作必須遍及各種尺寸的設備和各種不同的物料的話，那么這樣的實驗將不勝其煩，而且失去了實驗的指導意義。因此，必須建立實驗研究的方法論，使實驗結果在物料品種方面能“由此及彼”，在幾何尺寸上能“由小見大”。在實驗研究方法中，量綱理論和π定理對于科學地設計實驗，減少試驗次數，起到了非常有益的指導作用。實驗研究方法是在對于所研究的問題具有一定的經驗基礎之上，能夠比較全面而準確地尋找出影響工程問題的諸多因素的條件下開始的，該方法不去剖析問題的本質，將問題視作一“黑箱”，只關注其各輸入變量及輸出量，研究的目的是獲得輸出量與各種輸入變量的函數關系。將所要研究的未知函數首先設成冪函數的形式，利用量綱理論和π定理的理論指導，經過分析演繹，得到無因次（量綱）準數的關聯式。在此基礎之上，再通過實驗使得所研究的函數關系具體化。

5．數學模型法

數學模型方法又稱為半理論半經驗方法，流體穿流過固定顆粒床層時的機械能損失問題的研究就是采用的這種方法?；ぜ夹g問題的研究成果發(fā)展到一定程度的基礎上，人們遇到新技術問題時總善于同相關的問題聯系起來考慮，并盡量引用已有的基礎理論和研究成果。數學模型方法是在對所研究問題深刻剖析的基礎上，在保持所研究目標函數值等效（即不失真）的前提下，將復雜的真實模型轉化成一個足夠簡單并且可以進行數學描述的物理模型，將復雜的真實問題轉變?yōu)榭梢岳靡延袛祵W公式進行描述的簡單問題，這是數學模型方法中創(chuàng)新性思維的關鍵。要保證所研究目標函數值等效，關鍵是在復雜問題簡化的過程中，一定要保持影響目標函數值的諸因素值相等，即保持所研究問題的本質不變。顯然，要做到這一點，必須對于所研究問題的內在規(guī)律，特別是對于決定所研究目標函數值的本質因素有著深刻的理解。

6．極限處理方法

在傳質單元操作中需要確定某些重要的工程參數，例如氣體吸收操作中的吸收劑用量、液體解吸操作中解吸氣用量、液體連續(xù)精餾中的塔頂液相回流比以及多級逆流萃取中的溶劑比等。處于工程的角度總是希望盡量降低這些工程參數值，但是，根據單元操作的原理來分析，這些工程參數存在著最小值和最佳值（經濟性最好）的問題。工程上如何確定這些參數呢？采用了極限處理方法，即首先在工程中達到極限的條件下確定工程參數的最小值，然后根據最小值乘以一個合適的倍數擴大到實際值，并且盡量達到最佳值。要特別注意，在工程中達到極限的條件下正對應于工程參數的最小值，如：氣體吸收操作中當填料層高度為無限大時所需的吸收劑用量為最??；液體連續(xù)精餾中當塔內的理論塔為無限多時所需的塔頂液相回流比為最??；多級逆流萃取中當萃取的理論級數為無限多時所需的溶劑比為最小等。因此，盡管工程上的極限處理方法確實找到了一種解決問題的巧妙途徑，但是一定要意識到這是一種極端的工程狀態(tài)，在實際工程中是不可能存在的。在教學中要提醒學生特別注意。

四、應用工程問題考察方法的能力培養(yǎng)

化工原理課程中所研究的問題是發(fā)生于化工生產設備或管路中化工物料中的傳遞過程規(guī)律，例如，動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞等過程。在化工原理這門工程學科發(fā)展的過程中，在研究工程問題上形成了一套獨具特色且行之有效的方法?；み^程通常是多因素、多變量的復雜工程問題。在著手分析這類問題時，應首先建立起科學而又實用的考察方法。典型的考察方法有如下幾種。

（1）定常態(tài)與非定常態(tài)。為了首先分清所研究的工程過程問題中是否涉及時間變量，將所研究的工程過程分為兩大類。如果沒有時間這個變量，所研究的過程稱為定常態(tài)過程；如果研究過程中的某些或某個參數隨著時間發(fā)生變化，則這個過程是非定常態(tài)。在分析描述過程時，要重視時間這個變量。

（2）擬定常態(tài)考察法。對于非定常態(tài)的工程過程問題，過程中的某些參數隨著時間發(fā)生變化。但是，在某一瞬時，參數為某一值。當經歷一微元時間段時，某些參數可以認為不變，從而可以在一微元時間段內進行問題的分析與描述，或者在經歷一微元時間段前后進行問題的分析與描述。

（3）流體質點考察法。大多化工生產物料呈現流體狀態(tài)，如果要考察物料的流動形態(tài)，從流體的分子尺度上去考察會將問題變得非常復雜，并且根據工程上的研究目的也無此必要。因此，在工程研究上提出了流體質點的概念。流體質點是由其大量分子所組成，質點的體積比分子自由程長度大得多，但比容納流體的設備尺寸小得多。流體的質點之間無任何間隙（無需考慮質點的形狀）從而形成了連續(xù)的流體，這樣連續(xù)的流體在一般生產條件下的運動過程中是連續(xù)的，從而可以利用連續(xù)的數學函數、微分及積分等數學手段進行描述。

（4）微元體考察法。如果所研究的工程過程在空間一定范圍內某些參數發(fā)生著變化，為了研究參數的變化規(guī)律，首先引用數學微分積分為指導思想，在空間中的某一代表性部位，取一微元體作為重點考察對象，利用相關基礎理論進行數學描述。微元體的取法有很多技巧，具體問題應具體分析，通常與分析問題時坐標系的靈活取法有直接關系。例如平壁熱傳導時取直角坐標系，圓筒壁熱傳導時取柱坐標系，而球壁熱傳導時取球坐標系。

（5）整體考察法。如果對于所研究的工程過程，僅關注輸入物理量與輸出物理量之間的關系，則取整體作為考察對象，進行分析及描述。例如整臺換熱器的熱量平衡、吸收塔的物料平衡、精餾塔的物料平衡和熱量平衡等。

五、教師在教學過程中認真做好實踐智慧者

化工原理課程內容中蘊涵著人類基于科學走向技術的豐富實例材料，教師希望學生們都能夠真正理解掌握到腦子里。但是，畢竟因學生思維較為幼稚，且在學習化工原理課程時剛剛轉入工程類課程的學習，理解能力有限。這就要求教師在這門課程一開始講好課程緒論，使得學生首先全面了解這門課程的內容性質特點及其在育人中的地位和作用。教師在課程內容講授過程中，在彰顯內容性質特點和重要性的基礎上，認真做好一名實踐智慧者[5]。首先貫徹一切為了學生學習好的意向，其次在教學意向中理解學生的具體需求，進而在理解學生的基礎之上采取為了學生學習好的機智行動。教師在教學過程中使得學生受益的機智行動有待于做專門的理論研究與教學實踐。但是，某些基本的做法，例如善于進行多種復雜問題的歸納總結，或許就可以使得學生受益不少。

化工原理中所涉及的實際工程問題表面看上去種類繁多，但是，根據問題的已知條件和待求物理量的性質來分析。實際工程中的多種問題都可以歸納為兩大類，設計型問題和操作型問題。設計型問題是指定了生產任務，在給定的某些生產條件下，計算所需設備的主要工藝尺寸或者性能參數。操作型問題是在已有的設備中，在給定的某些生產條件下操作，計算所能夠達到的生產操作結果。這兩類問題都很重要，從思維方式上來說這兩類工程問題正好一是正向思維，一是反向思維。對于工科學生來說，既要能夠進行工程與設備設計，又要能夠進行生產技術管理和生產調節(jié)，這是現代工業(yè)的基本要求。課程教學中將各單元操作中的工程問題給予分類，有利于培養(yǎng)學生善于剖析問題、抓住問題的本質，從根本上找出解決問題的思路、方法和步驟的能力。課程中各種單元操作工程理論的研究基本上都是沿著設計型問題的思路展開的，因此，教學中應突出工程設計的意識和思維過程，即強化設計型問題，這既突出了各單元操作學習的主要目的性，真正弄清各單元操作工程理論的來龍去脈、培養(yǎng)學生的工程設計能力，又奠定了學生分析解決工程操作型問題的能力，可謂是一箭雙雕。解決設計型問題的訓練可通過單元操作綜合性設計課題來進行。學生分析解決操作型問題的能力主要通過教師多列舉實例或者設置問題，使學生學會分析思路和方法，得到能力的培養(yǎng)。

綜之，化工原理課程的教學內容是進行理論聯系實際教育和進行實際工程能力培養(yǎng)的極好載體。深刻分析認識化工原理課程教學內容的工程觀點、工程處理方法以及工程問題分類方法等，強化研究工程問題的科學性、思想性及方法論教育，對于培養(yǎng)學生的工程能力和素質，能夠起到很好的效果。

參考文獻：

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[2]劉慶林，鄧旭，葉李藝.化工基礎教學中學生工程觀念的培養(yǎng)初探[J].化工高等教育，2000(4).

[3]劉麗英，蘇海佳，翁南梅.在化工原理教學中注重工程觀點的培養(yǎng)[J].化工高等教育，2001(1).