流体力学研究方向范文

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[中图分类号] TB126 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）012-0052-02

随着计算机技术的发展，越来越多课程的板书教学被多媒体教学取代。流体力学作为机械、土木、能源、采矿等专业的基础课程，主要是研究包括液体和气体在内的流体在静止和运动时的力学规律及其与固体壁面间的相互作用力的一门科学。流体力学的研究方法与理论力学、材料力学、弹性力学等有所不同，其主要反映在用场论的观点处理力学问题上。

流体力学中介绍了拉格朗日和欧拉法之间的区别，我们原来都是用的拉格朗日法来解决问题，即对物体的某个质点属性进行研究。而由于流体力学中的研究对象流体具有易流动性，因此某个质点的研究就不能代表整个流体，此时我们引入了欧拉法，即将物理参数（速度、压强、动量等）通过空间点的属性来进行研究，这是在学习中容易造成混乱的一个地方。此外，流体力学在研究不同问题时分别都做了各种假设条件。例如，N-S方程，到目前为止还没有一般解的存在，那么在对N-S方程求解时，就必须做一些假设来简化该方程使其求解，这也是不太容易理解的一个地方。

流体力学被认为是高等数学在工程力学中的应用。因此，要想学好流体力学，首先要有扎实的高等数学、工程力学及大学物理的基础。流体力学还有许多抽象的概念，如什么是黏性，在流体中体现在什么方面，黏性随温度、压力变化的关系等都需要教师去认真细致地讲解。所以学习流体力学首先要改变观念，要有比较强的建立物理模型和数学模型的能力，这样才能学好这门课。那么如何教授这门课、将复杂的数学问题转化为容易理解的物理概念，并让学生理解且记住，这就是教学方法的问题了。

一、板书教学方法

我们知道传统的教学方法就是板书加讲解，有的时候会用到一些教具，但这些都是静态的，对于一些抽象的难理解的概念很难表达清楚。流体力学这门课程具有理论性强、概念抽象等特点，传统的板书教学方法只能口述进行概念讲解，学生看不到实物，即使和实验课相结合，有部分概念还是无法表达清楚。而且除了概念以外，该课程还有大量的方程推导，很多的文字说明、画图等需要大量的板书，每次课几乎都是在不停地写、不停地擦，不仅教师感到筋疲力尽，学生也难以理解，因此很多教师和学生都反应流体力学是很枯燥无味的一门课，但是很重要，不得不硬着头皮去学。

二、多媒体教学方法

多媒体教学作为一种全新的教学方式，现在被越来越多地使用。但现在绝大多数的课程都是在幻灯片中放上讲课的内容，在上课的时候放出来进行“照本宣科”，有的干脆只是课本的扫描，上这样的课，绝大多数学生都是昏昏欲睡。

多媒体教学不仅是幻灯片在课堂上的应用，还应该包括二维及三维动画的演示，甚至是视频或者实验录像、现场工程录像等。多媒体教学为理解难懂的概念、定义提供了先进的手段，尤其是丰富的现场工程、实验的图片、录像等不仅丰富了课程的信息量，更能刺激学生的感官、激发学生的兴趣、拓宽学生的思路、开阔学生的视野。

但对于流体力学这样的课程如果仅有幻灯片加板书的内容，那么对公式的推导也不能很全面地讲解。我们知道，公式推导就是边讲解边思考边进行，这样才能更好地掌握。如果省略板书学生对于前因后果都不太容易理解，且信息量大，没有思考时间。

如何将板书和多媒体相结合并能取得最佳的教学效果，一直是很多高校教师在研究的问题。

三、板书和多媒体教学有效结合的教学方法

对于制作的课件（包括幻灯片、动画、影片等）应该与课本结合紧密，包括章节名称、讲解顺序、重难点等都要根据课本内容在PPT中按照板书表达出来。这里值得注意的一点是，不能一次出现整页的文字，这样不仅让人看得眼花缭乱，也没有时间思考，直接就能看到结果，根本不能达到预期的效果，而应该逐字逐句通过人为的控制出现。在这个过程中我们可以边讲解边让学生思考，逐渐地出现我们所需要的答案。当然这样做需要很多的时间，但教学效果会大大提高。下面具体说明怎样将多媒体与板书相结合。

首先，对于第一章绪论部分的讲解，可以结合大量的实例，如都江堰、大禹治水、足球射门、火箭升空、消防等动画或视频对学生讲解本门课程的目的、学习方法和意义，以此可得出该课程与社会各领域之间的紧密联系，让学生对流体力学课程产生兴趣，感到该课程并不难。

其次，对于难理解概念的讲解，可以制作动画来表现。例如，流体质点，我们定义的文字叙述是指体积无限小的流体微团，即宏观尺寸充分小，微观尺寸足够大。那么如何来理解这两句话呢？如何利用动画来表示？我们首先可以在一个流体中取出非常小的一个点，指出该点就是一个流体质点，由于是一个点我们可以说它是没有尺寸的，这个尺寸指的就是宏观尺寸。再利用放大功能将该点无限放大，此时该点的区域内部存在无限多个细小颗粒（点），这无限多个点就代表了足够大的微观尺寸，再将放大镜去掉，那么就又回到了宏观上一个无尺寸的点。通过这个动画很好地表达了我们的第一个概念――流体的研究对象：流体质点的定义，形象直观，并能给学生留下深刻的印象。对于其他的内容，如拉格朗日法、欧拉法的说明，以及流线、迹线等概念的解释都可以用动画来表达清楚。这样，学生对于这个生涩的定义就有了很好的理解。

再次，对于公式推导方面的讲解，可以和板书相结合。例如，在讲解静止流体对平面壁的作用力时，用幻灯片给出已知条件即平面壁面积，与水平面所成的夹角，重心、型心所在的高度等，以及示意图。但是，公式的推导过程必须使用板书，推导时给示意图添加一些当时所需要的力或假设条件，得到结论以后，就可以通过幻灯片对每一个物理量进行更深层次的讲解。例如，平面壁上的总压力P=γhcA，这里说明A是淹没面积，此时根据需要，幻灯片上的淹没面积就可以用另一种颜色表示出来，这样学生对公式的每个数学符号在计算时就不会带错值，对公式也能有很深刻的认识。

另外，对于实验方面，可以将动画和实验视频相结合播放给学生观看并讲解。以雷诺实验为例，可利用flas对该实验装置进行描述，再逐一播放动画使学生了解层流和紊流的定义，以及各自存在的条件。等学生有了最初的印象后，再播放整个实验过程的录像。这样学生在做实验之前就能对该实验有一个大概的印象，真正实验时就能更好地记住实验的条件、过程以及结论，并能很好地记住该实验的结果及一些注意事项。

最后，对于例题、作业的讲解，如果是选择题、填空题都可以直接在大屏幕上显示出来。如果是计算题、证明题可以和公式推导类似，大屏幕上显示题目和图，利用黑板进行讲解。

四、结语

多媒体教学并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段，而对于流体力学这门课的多媒体教学方法更需要我们不断地进行探索。多媒体教学不能完全替代传统的板书教学方法，只有将两者有机结合才能发挥出最佳的教学效果。我们最终的目标是让学生感到流体力学这门课上起来是生动有趣的，让教师感到一节课下来是轻松惬意的。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 李忠宝，王梓.生命化课堂教学的理论与实践研究[J].大学教育，2012，（12）：79-80.

[2] 陈二云.多媒体技术在工程流体力学教学过程中的应用[J].经济研究导刊，2010，（3）：247.

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【中图分类号】G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）04-0237-02

1.引言

流体力学是力学的一个分支，在动力工程、城市建筑工程、环境工程、航空航天工程、航海工程、水利工程等领域广泛应用[1]。因此《流体力学》是建筑工程、建筑设备工程、道路与桥梁工程等高职建筑类专业的一门重要的专业基础课。该课程的理论性强，抽象概念多，与数学、物理、理论力学等学科有紧密联系，一直以来都是教师 “难教”、学生 “难学”的一门课程。本文根据该课程在高职建筑类专业中的应用需要，结合目前高职学生特点，从教学手段、理实一体化、教学过程设计、课程考核方式等方面进行教学改革探索，并分析教师和学生角色转换对教学效果的影响。

2.教学中存在的一些问题

2.1学生基础差

随着近几年高考生源大幅减少，全国各省市的高职高专分数线降低至200分甚至更低，由此可知高职教学面对的生源学习成绩较差，数学和物理基础薄弱。因此，学生基础差成为目前高职《流体力学》教学面临的一项重大障碍，但是我们无法改变学生的过去，必须根据目前教学对象的特点调整教学方法，提高教学效果。

2.2 教学手段单一

《流体力学》是一门传统经典学科，教学内容非常固定，于是长年从事该课程教学的教师往往根据自己的喜好，采用一种固定的教学手段。有的教师每次上课都是一本书、一根粉笔，根本不采用现代教学手段，不宜帮助学生理解《流体力学》中抽象的概念或现象；有的教师将教材中的文字转移到PPT课件中照本宣科，学生很快就会在课堂上进入“梦乡”。如此单一的教学手段，势必事倍功半，教师感觉上课很累，学生学习效果也不好。

2.3 教学设计过于简单

大部分教师仍然采用传统的以讲授为主的“填鸭式”教学模式，上课只是为了完成自己的讲课任务，不关心教学效果，不重视教学设计。教学设计只是采用“集中讲授、集中听课”的简单过程。

2.4 考核方式单一[2]

《流体力学》由于其理论性强的特点，传统教学中大多数教师采用单一的期末考试形式评价学生的学习效果。考试从一定程度上确实能反应学生对知识的掌握程度，但不能全面反应平时的学习态度和学习效果，不能反应学生对知识的综合应用能力。

3.教学改革

3.1 教学手段多样化

随着科技的发展，现代教学手段越来越多，多种教学手段的组合可以充分调动学生的视觉、听觉、触觉等各种感官。

（1）PPT课件

PPT课件是目前应用最广泛的一种教学手段，通过PPT可以充分的展示教学的文字内容和图片，并且PPT中的动画设置可以突出一部分教学内容，吸引学生注意力。比如“测压管水头线和总头线”的教学中，可以在PPT图片中设置测压管水头线和总头线用不同的颜色显示，并根据讲解需要自定义线条出现的时间顺序。

（2）板书

板书是最传统的教学手段，但是在PPT广泛应用的今天，板书的利用率在降低[3]。不过，笔者认为如果将PPT和板书结合起来能够发挥它们各自的长处，比如《流体力学》计算题的讲解，如果只用板书需要将题干内容和插图以及解题过程均书写到黑板上，费时费力；如果全部以PPT显示，学生往往很难体会到解题的过程，且长时间看PPT很容易感觉单调分散精力；如果将板书和PPT结合起来，将题干内容和插图在PPT中显示，而解题过程由教师随着讲解按步骤书写到黑板上，既节省了题干书写和画图的过程，又能够通过板书带着学生一步步展开解题过程[4]。

（3）视频

《流体力学》一些抽象的概念或现象，有时仅仅用语言或图片很难生动地描述或展示给学生，比如流线的概念，教师可以借助流线演示实验视频，通过多媒体展示给学生。视频至少播放两遍，第一遍完整播放让学生对实验现象先有个初步认识，然后带着疑问观看第二遍，第二遍播放过程中教师根据需要点击暂停键进行讲解。视频教学手段的应用有效解决了缺乏实验装置无法演示或者学生人数过多实验装置现场演示观看不清的问题。

（4）flas

flas在教学中的应用也越来越广泛，《流体力学》中一些实验现象比如雷诺实验可以做成flas代替视频演示。教师也可以结合本校的实验装置将实验操作步骤做成flas，在学生实验操作前通过多媒体演示，比教师守着实验装置讲解更清晰更生动。

上述教学手段在一次课的教学过程中根据教学内容的需要至少要用到两种，只有不断的变换教学手段，才能够将“爱走神”学生的心思拉回到课堂上来。

3.2 理实一体化

在传统教学中，往往将《流体力学》课程分为理论教学与实验教学两个阶段，一般在学期最后1～2周集中进行实验教学，这种教学方式将理论学习与实验操作隔离开。笔者改变这种教学方式，将理论教学和实验教学融为一体，即将实验教学插入到相关章节理论教学过程中，使学生在实验室同时完成理论知识的学习和实验任务。这种理实一体化的教学方式，可以通过实验现象演示帮助学生理解抽象的理论知识，比如恒定流与非恒定流的演示、虹吸现象演示；通过实验操作和数据处理，帮助学生掌握理论知识的应用，比如将“毕托管测速实验”插入到“能量方程的应用――毕托管测速原理”的教学中，“沿程阻力实验”插入到“紊流沿程阻力系数”的教学中。

3.3 教学设计过程化

教学设计主要是以促进学生的学习为根本目的，运用系统方法，将学习理论与教学理论等的原理转换成对教学目标、教学内容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划、创设有效的教与学系统的“过程”或“程序”[5]。随着对课堂教学的不断反思，“满堂灌”的教学方式已为人诟病。如何避免出现“满堂灌”的教学方式，就需要教师课前进行精心的教学设计，结合教学内容不断调整教学手段，变换学生行为状态，让每一次课堂教学都处于动态变化中，充分调动学生积极性。教学设计要带着“为什么学”、“学什么”、“如何学”、“如何评价”四个问题进行，进而确定教学目标、教学内容、教学策略、评价策略。

教学目标的设定要将传统的以知识为出发点的目标转换为以能力为出发点的目标，比如将“掌握恒定流能量方程”转换为“（1）使学生能写出总流能量方程并复述各项的含义；（2）使学生能绘制总水头线与测压管水头线；（3）使学生能应用总流能量方程解决有关工程实际问题”。

教学内容应根据具体专业的需求进行选取，比如管路的计算在建筑设备工程技术专业应用广泛应增加相应学时比重，而明渠水流应在道路与桥梁工程专业教学中增加学时比重。

教学策略是教学设计的重中之重，是为实现教学目标而制定的、付诸于教学过程实施的整体方案，它包括合理组织教学过程，选择具体的教学方法和材料，制定教师与学生所遵守的教学行为程序[6]。因此，教师应将课堂教学划分为几个阶段，比如“沿程阻力系数”一节内容的学习，笔者将其划分为4个阶段。第1阶段理论讲解综合应用PPT、视频录像、板书等教学手段。第2阶段提出沿程阻力系数如何测定的问题，结合实验装置布置实验任务。第3阶段各小组合作完成实验操作与数据处理。第4阶段抽查1～2个小组进行汇报。在整个教学过程中充分调动了学生的脑、眼、耳、手各个器官。上课前，教师给每位学生下发提前制作好的学习过程工作页，让学生明了每个阶段要做的事情，并认真填写工作页，也方便教师检查每位学生的学习过程。

评价策略就是如何对学生的学习过程和成果进行评价，评价是课堂教学的最后环节，也是重要环节，一个科学、合理、公平的评价策略能充分调动学生的积极性，直接影响教学程序的执行情况。比如把课堂回答问题、完成任务的先后顺序、成果展示等都赋予一定的分值，让“挣分”成为教学过程有效执行的动力。

3.4课程考核方式多元化

笔者采用平时表现（遵守纪律、完成作业、课堂作答等，占30%）+实验操作与数据处理（占30%）+期末考试（占40%）的综合考核方式，对于平时表现和实验操作与数据处理取得相应分值比例95%以上的学生采取免考的方式。通过这种考核方式既能全面检验学生的学习态度和学习效果，又能最大程度上调动学生学习参与性，让其重视学习的过程，这与教学设计的过程化是相呼应的。

4.角色转换

在传统教学中，教师的角色和学生的角色是固定的，教师是讲授者，学生是接受者。《流体力学》教学改革必须率先改革这种陈旧的思想意识，教师的角色应随着教学设计而不断变换，可能是讲授者，也可能是主持者或辅导者或评价者。而学生的角色也在不断转换，可能是实验操作者，也可能是数据记录者或团队代言者或评价者。

教师角色的转换改变教师的传统形象，有利于融入学生，增进师生感情交流，提高教学效果。学生角色转换改变死板学习气氛，有利于增加学习趣味性，培养学生团队意识，提高沟通交流、语言表达能力。

5.结语

总之，《流体力学》作为高职建筑类专业的一门重要基础课程，由于其自身特点和当前高职学生特点，必须不断进行教学改革，通过教学手段、理实结合、教学设计、考核方式等全过程优化，探索适合该课程的教学方法。教学改革必须以学生为主体，以增强教学效果为根本目的，培养学生知识应用、创新、团队合作等综合能力。

参考文献：

[1]白桦.流体力学泵与风机.北京：中国建筑工业出版社，2005

[2]苏新兵等. “应用流体力学”课程教学改革情况和几点体会.中国电力教育，2011（19）

[3]李欣.流体力学课程教学改革探讨.沈阳教育学院学报，2011（04）

[4]陈霞.流体力学教学方法的探讨和研究.科技文汇，2011（09）上旬刊

[5]邓泽民等.职业教育教学设计.北京：中国铁道出版社，2011

[6]（美国）威廉・威伦等.有效教学决策.北京：教育科学出版社，2009

作者简介：

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《经济》：您在城市模拟仿真中的主要研究方向是流体力学，您能为我们具体讲讲在城市建设中，流体力学是怎样发挥作用的吗？

范秦寅：流体力学在我们的生活中无处不在，风的流动、水的流动都可以通过流体力学来解读，具体到模拟仿真中的计算，流体力学的作用就会被更加放大。海啸来了，如何选择最佳逃生路径；来自不同风向的季风如何影响我们的城市；城市热岛效应在具体城市是如何形成的，能否在城市规划之初就预测和采取预防措施；流体污染物的扩散路径能否精确预测，以便采取最佳应对之策，这些都是可以通过数据的计算、分析来找到答案的。

《经济》：也就是说，流体力学在模拟仿真方面的应用可以让城市更加安全？

范秦寅：助力城市安全是其中的一大部分，也发挥了很重要的作用。举个列子，在东京，有专门的研究人员制作了大雨对地铁影响的模拟仿真系统，通过这个系统，我们就可以了解到如果东京出现降雨，哪些地铁站容易进水，会进多少。通过这个系统，也许我们只需要在地铁站的入口处增加一道很小的门槛，就可以抵御80%的降雨影响，从而保障人们的安全，这就是仿真模拟的价值。

其实除此之外，环境保护、城市的生活舒适程度都可以通过模拟仿真来提升。通过计算，我们可以知道城市中究竟哪里容易出现污染物的聚集，是什么原因让其不易扩散。我之前就做过类似的模拟，当时选取的是二氧化碳在城市中的扩散情况，这中间用到了很多气象数据，其实不只是二氧化碳，其他空气污染物的情况也是可以通过模拟仿真来被人们所了解的，而且随着可视化技术的不断提升，现在我们已经可以很直观地看到这些污染物对我们城市的影响，影响范围有多大、浓度高低等。如果我们打算建造一个会排出空气污染物的工厂，在选址与规划之前，就可以采用模拟仿真来提前预测这些污染会影响到多大范围，通过对边际条件数据的采集，了解到整个区域的情况，南风时如何、北风时如何。假设它周围有医院、学校等绝对不能在污染范围中的机构，我们也可以采取一些办法，比如通过更改烟囱的位置来避免。

让我们“看到”风

《经济》：仿真模拟中流体力学的应用非常依赖边界条件，您能为我们具体讲讲什么是边界条件吗？

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[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）09-0106-03

一、流体力学教学的特点

高等教育不仅是知识的传授，更为重要的是能力的培养。能力的培养不仅包括学习知识的能力，还包括将所学知识灵活加以运用，解决实际问题的能力。这些能力的培养很难依靠传统的教学手段来获得，需要不断探索新型的课程教学体系。[1]

流体力学作为一门既具有基础课程性质又具有鲜明专业技术特点的课程，是实践上述教学思想的理想平台。[2]流体力学以牛顿运动定律、质量守恒定律和热力学基本定律为基础，研究在力的作用下流体的状态，流体与固壁、流体与流体、流体与其他运动形态间的相互作用，是力学的重要分支之一。一方面，流体力学与每个人的日常生活紧密相连；另一方面，流体力学覆盖了众多理工科专业领域，它所衍生出的研究方法正在向金融、管理等领域渗透，成为兼具深厚研究底蕴与前沿研究方向的学科。

二、一般工科院校流体力学教学的特点及存在的主要问题

以西安建筑科技大学为例，流体力学课程定位为建筑环境与设备工程、给水排水工程、环境工程、环境科学及土木工程等专业的主干课程，是进一步学习工程热力学、传热学、河流动力学、流体输配管网及其他专业课程的基础，对后续专业课教学起着非常重要的作用。长期以来，因概念抽象、学生缺乏工程概念和工程背景，使得流体力学课程既难教也难学，要想让学生将学到的知识与相关的实际问题结合起来尤为困难。

尽管流体力学具有悠久的历史，丰富的内涵和外延，但是作为专业基础课，流体力学为专业课服务的定位极大地限制了课程的教学时间。在学生素质参差不齐的情况下，使得培养学生扎实的基础和拓宽知识面两方面不能兼顾，顾此失彼。这一问题的存在不但限制了学生学习的积极性，也不利于培养学生在工程中分析问题和解决问题的能力。因此有必要对这一问题进行研究，找到解决问题的方法，改善流体力学教学的效果。

三、流体力学专题讨论的教学形式

对流体力学教学途径的探索和改革一直在开展，其中提高学生学习的兴趣是改善教学效果的核心，而专题讨论是有效的手段之一。现阶段，不同学校的专题研讨具有以下特点：第一，内容不局限于书本知识，而是更接近学术前沿，甚至是尚未完全成熟的理论；第二，讨论专题不同但都保持一致的风格，既需要学生独立思考，形成自己独特的见解，又需要小团队的协作精神；第三，研讨内容的选择更多地考虑了人的因素，讨论题目大都是基于任课教师和学生的兴趣。

哈佛大学率先在专题讨论的教学模式上进行了尝试。他们采用专门的新生研讨课的形式，由教授直接面向一年级新生开设，至今已有50余年的历史。通过新生研讨课，学生的学习热情得到提高，更为重要的是它为学生提供了浓厚的学术气氛。一般情况下，新生研讨课每年的主题都会发生变化或完全不同，而为了保证教授和学生之间的充分交流，学生人数一般会有所限制。

其他院校也有在不同课程中开展专题讨论课的教学实践。清华大学从2003年起就开始由流体力学的知名学者为新生开设了“智能流体及应用”的研讨课，得到了新生的普遍欢迎和好评。麻省理工学院从1986年开始尝试，每门研讨课的学生为8至10人，每年有800至900名新生参加，主要在大一、大二学生中进行。加州伯克利分校的流体力学新生研讨课则着眼于生活，更加注重应用，具有鲜明的特色。中国科学院力学研究所主要以流体力学史和经典流体力学问题的课前讨论为主，面向硕士和博士研究生。这些尝试都证明新颖的教学形式可以提高学生的兴趣，使学生带着问题进入正式课程的学习，增加学生学习的积极性，对学生具有非常正面的影响。

四、流体力学小专题讨论的实施、效果分析及后续工作

在借鉴国外高校和国内知名院校经验的基础上，我们开展了课前小专题讨论提高流体力学教学效果的改革尝试。这一方式已在西安建筑科技大学环境与市政工程学院的不同专业进行了尝试，其中在环境工程专业开展了两轮尝试，其余专业各开展了一轮尝试。目前已汇总了学生的研讨论题50余份，在此基础上对实施过程进行分析，得到一些有益的结果，下面从小组人数、内容选择、时间安排、讨论形式、成绩评定及教师作用五个方面进行阐述。

讨论小组中学生的组成、人数是实施这一举措的关键。在实施过程中我们尝试了以自由组合、按学号分组等方法组建讨论小组，每个小组学生的人数通常按照总课时和班级总人数来确定，每个组员分工负责、各司其职，例如分别负责资料收集、PPT制作和讲解工作。根据上述原则，在不同的班级中，小组的成员人数在1至4人间变化。从讨论效果可以看到，确定小组成员的人数是专题讨论中的关键环节。当小组人数较少时，一般选题不够深入，PPT的质量略显粗糙；而当小组人数较多时，专题讨论质量会上升，但会导致部分学生的参与流于形式。此外，讨论课初始阶段学生的示范作用非常重要，当这一阶段专题讨论的质量非常高时，往往能带动和影响后续学生专题讨论的质量，反之则起到不良的示范作用，因此很有必要在最初的实施过程里加以重点引导。在有多个行政班的情况下，还可以考虑穿插安排，在各个专业班级之间形成无形的竞争关系，这可以在一定程度上提高学生参与的积极性。

专题讨论的时间安排在课前5～10分钟为宜。这一安排的主要出发点是在不影响整体教学进度的情况下，将小规模的专题讨论有机地融入课堂教学，而不需要额外安排时间，这是我们区别于以往其他院校专题讨论课的最主要的方面。小专题讨论以清楚阐述一个主题为原则，避免过大的论题造成时间的拖沓。学生课前预先准备好演示所需的硬件条件，可以有效提高时间的利用率。按照一次课2×50分钟计算，每次10分钟的小专题讨论所占用的时间完全可以通过其他环节的调整获得，不影响教学计划的正常进行。

考虑到学生的知识面和授课进程，在讨论内容方面以流体力学范围内目标明确的小专题或流体力学史及流体力学经典问题为主。后者的选择主要是考虑到课程初期学生对流体力学没有认识或认识比较粗浅，可以通过国内外人物介绍和经典问题进行一段时间的过渡。在课程的中后期，学生的论题选题大都具有明确的针对性和时代气息。从现有的选题来看，学生的选题非常灵活和广泛，典型论题包括绿茵场上的流体力学、拳头大的雨滴见过没有、水旋石球、汽车阻力、高尔夫球效应等。选题内容与教材衔接紧密，其中有关边界层绕流阻力问题所占比例最大，约为40%，其次依次为流体力学史、伯努利方程、湍流及虹吸现象等。需要特别指出的是，在实施过程中需要对工程问题与科学问题加以区分引导，这主要是考虑到工科院校学生对工程问题的关注程度较高，而忽略了基础科学问题，教师有意识地引导将有助于弥补这一缺陷。

讨论通过PPT的形式进行展示，学生讲解后回答其他同学提出的简短问题。在条件许可的情况下，多媒体的运用可以使得其他学生更好地接受所讲述的内容，而且有助于锻炼学生凝练问题和阐述问题的能力，为他们提供展示能力的机会。尽管如此，多媒体讲述并不是唯一的选择，实物演示和提问式互动都可以很好地提升问题的阐述效果。例如，在讲述纸飞机的问题中，由于学生课前准备充分，将讲述中所提到的九种纸飞机的叠法都以实物的形式呈现在课堂上，并分发到其他同学手中，依据实物讲解其中纸飞机的稳定性、飞行距离等性能，效果突出。解答其他同学提出的问题是互相学习的过程，目前这一环节在实际讨论中因为时间受限而不能过度展开，需要在今后的实施过程中加以改进。

教师的定位是这一举措中的又一关键环节。任课教师通常需要对论题进行点评和拓展，并依据小专题讨论的总体效果将其计入平时成绩。教师在本方法中的引导尤为关键，这就要求教师具有较为宽广的知识面，要详细了解流体力学的发展史。教师应在平时不断学习和积累相关的知识，加强对有关前沿内容的跟踪和了解，并能够积极地在基本的教学任务之外主动参与到本环节中来。同时，在教学中对所讨论中涉及的内容进行再次强调，引导学生参与到课堂教学中来，提高他们学习的主动性。另外，讨论课也为师生之间的交流提供了一个平台，有利于加强师生间的沟通。最后，尽管学生对于讨论课的热情与讨论课的成绩评定没有直接的关联，但是计入平时成绩仍是必要的手段。

五、结论与讨论

流体力学作为物理学和力学的一部分，理论内涵丰富，同时又兼具工程问题的典型特点，是不同专业后续课程的基础，它的研究方法和研究思想具有很大的普遍性，研究内容也在不断地更新和发展。

通过引入小专题讨论的形式，增强了学生学习流体力学课程的积极性，强化了学生创造性思维和能力的培养，使得学生在跨出校门或进入更高层次学习阶段时具备很好的起点。从教学效果来看，该方法可以使学生更好地领会课程核心的内容，加深对伯努利方程、边界层扰流阻力等重点、难点内容的理解，扩展了知识面，了解流体力学在新能源、环境、纳米科技等新兴领域中的应用。在实施过程中，大部分学生都热情参与，表现出新时期大学生的特点。通过学生自选题、给定前沿问题或与专业相关的典型问题，可以使学生带着问题进入正式课程的学习，有效避免了直接接触复杂数学推导而带来的枯燥感。

小专题讨论方式仍有大量后续工作需要开展。首先，需要研究面向不同专业引入针对性小专题研讨的可能性，确定小专题讨论的合理规模、形式和不同专业的侧重点，形成具有继承性的教学传统。其次，在后续工作中，需要对专题讨论的素材进行整理，并针对部分学生继续培养其科研兴趣，或结合其他本科生教学活动，如本科生科研训练项目和大学生创新性实验计划等，继续对选题进行深入研究。最后，形成学生PPT课件集锦，供后续学生选题使用，或在课堂教学中进行相关引导。该方法的研究可以在有丰富内涵和历史的大课时专业基础课中加以推广，如大学物理、固体力学等。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 戴世强.授之以“鱼”，还是授之以“渔”？――学习和实践钱伟长教学方法论的一些体会[J].上海大学校报（电子版），2007：513.

[2] 樊洪明.在“流体力学”教学中应努力实现传授知识与增长能力的统一[J].建筑教育改革理论与实践，2006，（8）：268-271.

[3] 刘建龙，王汉青，寇广孝.激发学习兴趣提高流体力学教学效果[J].中国电力教育，2008，（20）：60-61.

[4] 辛军哲.在流体力学课程中实践启发式教学的几点体会[J].高等建筑教育，2004，13（2）：51-53.

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目前企业对人才观念有了很大的改变，之前企业过于重视技能型人员的需求，而现在很多企业更加注重综合型人才的需求。就目前教育体系而言，职业技能素质并不能完全代表劳动者的素质，因为职业道德、职业精神、安全意识、社会责任感、环保意识、团结协作能力以及矛盾处理能力等都是劳动者素质的范畴。所以培养熟练技能的劳动者并不是职业教育的唯一目标，培养具有社会责任的公民也是职业教育的主要目的。随着时代的发展，在教育观念方面，素质观逐渐取代技能观，培养学生的全面发展、让学生成为综合型人才已经成为现代职业教育的主要发展趋势。企业人才需求的观念是促进工程力学课程改革最主要的因素。

一、工程力学的应用

工程力学应用的范围主要有：材料力学、固体力学、流体力学、结构力学四种类型。具体内容如下：①材料力学。在物品生产过程中，材料选择十分重要，材料自身的刚度、强度以及韧性决定了物品使用的稳定性。在生活中，机械生产、建筑结构都运用到材料力学。就连零食的包装袋、铆钉在设计、生产的过程中也必须涉及到材料力学。②固体力学。固体力学研究内容涉及物体的塑性、弹性以及线性等诸多问题。固体力学主要应用于航空航天、房屋桥梁建设等行业。此外，在地质勘探的过程中也离不开固体力学原理的支持。③流体力学。在地球上水和空气是最常见的流体物质，因此水与空气是流体力学主要的研究领域。像飞行器、潜艇、水面舰艇、航母等军工业的发展都运用到流体力学原理。同时，像石油、天然气、地下水等与人们休戚相关的资源开发也需要流体力学原料的支持。④结构力学。结构力学主要分为：狭义结构力学与广义结构力学这两种范围。狭义结构力学的研究内容有：杠杆组成的体系、平面杠杆系。广义结构力学研究内容有：平板、壳体以及块体等领域。像汽车生产、桥梁与居民住宅建设、配电系统架构都运用到结构力学。同时在地球地质运动的研究、地震监测系统的建设等领域也存在结构力学的身影。可以说，工程力学应用与我们的生产、生活有着密切的联系。

二、三本院校工程力学课程教学中存在的问题

1、课程内容不系统

工程力学是力学的一个分支，它主要涉及机械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各种工程与力学结合的领域，分为六大研究方向：非线性力学与工程、工程稳定性分析及控制技术、应力与变形测量理论和破坏检测技术、数值分析方法与工程应用、工程材料物理力学性质、工程动力学与工程爆破。尽管工程力学一直是我国各大高校的重点专业，但是对于课程内容的选择不够系统。尤其是三本院校，由于教育投入相对较低，很多三本院校课程内容的设置并没有紧跟社会的需求，并没有以学生自身发展为中心。工程力学的学术含量较高，课程内容不系统导致毕业生缺乏社竞争力。

2、忽视实践

工程力学课程和其它专业课程存在明显不同，它是集理论与实践于一身的课程。但是就目前实际教学情况而言，很多三本院校忽视工程力学实训内容。主要体现在以下两点：第一，实训课程比例较小。在工程力学课程的教学过程中，实训课程和理论课程的比例通常为3：7，不平衡的课程比例，会影响学生的实践能力，不利于学生动手能力的培养。此外，实训课程安排时间过于集中，通常在一段时间内全部为实训课程。第二，实训成绩占总成绩的比例较低。在工程力学考试中，很多高校还是以笔试成绩为主，忽视学生的实训成绩，这会让学生从思想意识是忽视实训课程的学习。

三、工程力学教学方法改革的措施

1、增加实践

实训是学生实践的重要体现，理论和实践之间存在非常紧密的联系。理论指导实践的发展，而实践可以检验出理论的正确性，它们之间相辅相成。长期以来，很多高校忽视工程力学实训课程的发展，阻碍了学生实践能力的提升。为了学生实践能力可以采取以下两种措施：第一，增加实训课程数量。让实训课时与理论课程保持合理的比例。并且，为了增强学习效果，实训课程要与理论课程相匹配。此外，保证实训与理论课程的时间间隔，避免出现实训内容与理论内容相互脱节的情况。第二，增加实训成绩的比例。三本院校将常规的实训课程成绩纳入到学生期中、期末的成绩当中，这样可以让学生重视实训课程的学习。通过实训可以暴露出工程力学课程教学的不足之处，这样中职院校可以对教学方式进行相应的调整。并且，通过实训可以提升学生的实践能力，有利于学生动手能力的培养。

2、改革教学方法

由于教学观念的落后，板书、照本宣科仍然是工程力学课程教学的过程中最普遍的教学方式。这种填鸭式的教学方式虽然可以使短期内让学生记住工程力学的相关概念，但是学生只知定义，缺乏理解，这使得学生在实践的过程中缺乏理论性的指导。为了提高教师的教学效率，教师必须采用多种教学方式。首先，可以采取多媒体教学。很多工程力学内容过于概念化，学生很难理解。多媒体教学具有图文并茂的特点，可以将概念化的理论知识通过图片、动画、视频等形式表现出来，学生对工程力学的理解更加简洁明了、更加直观。第二，将课堂时间留给学生。长期以来，教师一直占据课堂的主要地位，学生只是一味的记笔记，这样不利于学生动手能力的培养。因此在工程课程教学中，必须将课堂还给学生，可以将学生分成若干个小组，让每个学生都能参与到学习之中，教师只是起到指导作用。

3、构建教学评价体系

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3、主要实践性教学环节：包括工程制图、认识实习、测量实习、工程地质实习、专业实习或生产实习、结构课程设计、毕业设计或毕业论文等，一般安排40周左右。

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一“以学生为主体”教学方式的内涵

“以学生为主体”的教学理论，目的是让学生亲身经历知识的获得过程，体验成功的喜悦，培养学生的独立性、自主性、创造性。教师应该注重培养学生的参与意识，为学生探究知识创设物理情境，激发学生的创造潜能。在传统的教学中，教师是知识的拥有者、传授者，是教学过程中的绝对“权威”，学生则是“容器”，教师讲课的主要教学手段和方法是如何将知识输送到所谓的“容器”中去[2]。整个课堂上教师是主导者，是核心人物，而学生则是服从者；课堂是教师讲，学生听；教师写，学生记。教学中，学生完全处于被动状态，主要依靠教师在进行消极地学习。该方法严重影响了学生创造力和想象力的发挥，不利于提高学生学习知识的兴趣和运用所学知识的能力，这是与培养学生的创造性、自主性、独立性教育目标背道而驰的。教师应是整个教学活动的设计者、组织者，应该扮演引导者和参与者的角色，学生才是教学活动的主体。因此，教师应该在把握住“以学生为主体”的教育模式的内涵的基础上，努力为学生创造一种探究学习的气氛或情境，让学生根据探究的目标进行探索、甚至猜测，由学生通过自己的努力去获得最后的结论，让学生真正成为整个教学活动中的主体。当然了，“以学生为主体”的教学理论并不意味着教师的指导没有必要，教师不仅要帮助学生营造一个良好的学习气氛，更重要的是，教师在教学中应起引导和导向的作用。让学生独立自主地进行探究和学习当然重要，但是，为保证学生的探究和学习活动顺利进行下去，教师的有效引导也是非常必要的。

二计算流体力学课程的特点

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，以下简称为CFD）是通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上通过数值解来定量的描述流场，从而达到对物理问题研究的目的的一门课程。CFD 可以作为一种研究工具去形象的展示流场的内部结构，从机理的角度解释相应流动的特点；也可以作为一种设计工具对产品的性能进行预测，从而达到节省研发成本的目的。总之，CFD 在现代生活和工业生产中的很多方面已表现出了巨大的作用[3]。

计算流体力学是流体力学的一个分支，它不仅是一种有效的关于流动和传热问题的研究手段，而且在几十年的发展中，又自成体系而成为一门独立的学科。CFD 是建立在流体力学的基础之上的，它的主要目的是求解微分方程，所以要学好这门课程，就要很好的掌握计算方法、偏微分方程的数值求解等课程的基本知识，同时，还要有很好的物理问题抽像简化能力及对结果的各种处理分析能力，正是由于CFD 课程的这种多学科交叉基础的特点，所以将其设置为研究生课程，也正因为如此，大部分学生在学习该课程时，常感到该课程的理论性强、概念抽象、公式推导复杂等诸多难点。

三硕士研究生阶段的教学特点

硕士研究生阶段专业课与本科专业课相比有深、广、新、专等特点，同时还要更高层次地体现素质教育的特点。所谓深，是指研究生课程应对该课程所涉及到的领域具有更深的论证、探讨与描述，以使学生对本学科有更深层次的理解。所谓广，是指研究生课程所涉及的内容应比相应的本科生课程涉及更广泛的领域，特别是与本学科的交叉领域。所谓新，是指研究生课程的内容应主要反应该领域科学技术的最新成果、最新的理论、观点与研究方法。所谓专, 是指与本科生相比，研究生教育具有更强的专业性，是为科研、教育、企业、政府、社会等各个部门培养实用的高级专业人才。研究生专业课的内容除了应具有上述特点之外还必须在更高层次上体现素质教育的特点，研究生的专业课教学必须在所有细节上都渗入素质教育的思想，使学生能够在自我培养、知识创新、思想表述、学术交流、协作精神、竞争意识等方面都有所提高。硕士研究生专业课程的教学内容不应该全部都是完全成熟了的经典的理论与方法, 而是要让学生了解本领域正在发展着的、有争议的、探索性的观点、假说、设计思想、研究思路、实验方法,等等。这就要求学生具有自主的、批判与选择的能动性；具有能够发现问题，研究问题和解决问题的能力；具有将所学内容进行能动比较，融汇贯通和总结提高的能力；具有将所选定的研究方向和现有条件相结合并归纳与提炼出研究课题的能力。

硕士研究生一般都经过了完整的本科四年教育，大多数为本专业或相关专业的优秀毕业生。他们大都较好地掌握了学习方法，特别是自学方法，并已养成了刻苦钻研的习惯。这一群体不但已初步掌握了本专业的最基本的理论基础、基本概念，还掌握了在这一领域工作的基本方法与基本原则。具有了在本领域进行科学技术研究或工程设计的基本素质。同时，这一群体的成员都经历过严格的毕业论文或毕业设计的工作与答辩过程，具有一定的独立分析问题、解决问题的能力。因此，硕士研究生到了专业课学习阶段，已具备了“学生主体”模式的教学条件。

四在教学和考试中应体现“以学生为主体”

研究生阶段的教学不同于本科阶段及其之前阶段的教学方式，前者以“研”为主，后者则以“学”为主，所以研究生教学应以研究为导向，以创新或者说研究成果的数量和质量为评判优劣的标准。

1 教学方法的改变

培养研究生检索文献和自主学习的能力是实施“以学生为主体”教学方式的第一步。文献检索是研究生从事科学研究的最重要环节。科学研究是具有连续性和继承性的，尤其是对刚从事研究性学习的学生，查找文献资料，掌握某一研究领域的发展现状及动态是进行研究性学习的第一步，这一步进行得好坏直接关系到以后一系列的研究活动。因此，在计算流体力学课程的学习中，教师可通过布置“文献检索”作业，让学生根据自己的兴趣爱好或课题方向查阅最新的中文或外文文献，写出此方向的文献综述；并鼓励学生整理成科技论文向国内外相关科技刊物投稿，并争取发表。研究生通过这样的学习锻炼，能提高他们的文献检索和总结提炼的能力，可为他们将来进行科研和撰写毕业论文奠定一定的基础。

开展课题研讨活动，培养研究生解决问题的实际能力及口头汇报能力是实施“以学生为主体”教学方式的关键。为达到此目的，教师在教学中可以将3～4 名研究生分为一个讨论小组，为每个小组布置不同的研究课题，让学生们在认真研究和理解文献的基础上，找出具体的切入点深入研究，并在课堂上分批次的汇报各自小组的研究内容，包括物理问题的简化，数学模型的建立，具体的求解过程及参数设置，以及结果的详细分析及讨论。在课堂上，每个研究生还可有选择性地汇报各自文献检索结果的综述，把自己感兴趣的和有深刻理解的专题进行讲解，其他的学生也可以现场提问，这样，研究生在汇报和回答提问的过程中，他们的理解能力和表达能力也都同时得到了锻炼．

2 考核方式的改变

在选修课的学习中，如果仍然采取传统的闭卷考试作为课程考评方式的话，就很难看到创新的教学改革手段体现在研究生身上的效果，因此，在课程的考核方法上应大胆改革，比如考核内容和成绩可如此规定：在100 分的总成绩中，报告占50 分。其中，对理论和方法的理解是否全面、准确和深刻占30 分；讲述是否清晰和是否引人入胜占10 分；讲解过程是否结合现代化媒体手段（如POWerpOINT，FLASH）占10 分，同时对积极提问和踊跃发言者适当加分；文献检索作业占10分，对检索较多外文文献的学生，如文献内容新颖，且紧跟科技发展的，可给予加分，而少交或迟交作业者则酌情扣分；FLUENT 软件实例计算作业占20 分，要求有详细的前处理网络模型和详细的结果处理分析，并且对总结成科技论文在优秀刊物上发表者给予加分；期末论文投稿占20 分，要求按标准科技论文格式书写，内容要详实、全面和观点独到，并以优秀篇数和刊物水平作为加分依据[4]。以上课程考核措施的制定，都是以调动研究生学习计算流体力学课程的积极性为首要前提，旨在提高他们的科技论文写作能力和解决流动传热实际问题的能力。

总之，“以学生为主体”的教学模式的实施是一个长期的、循序渐进的过程。在此过程中，势必会出现诸如教学内容更新、教学进度和学时调整等一系列新问题，这就要求任课教师要具有坚定不移的决心和高度负责的责任心，要以提高研究生的竞争力和生命力为己任，要不断创新、开拓和探索更加有效的教学手段和方法。另一方面，各级领导应该鼓励和支持对研究生课程的改革，研究生教学管理部门应承认并奖励教师在实施教学改革中增加的学时数量，在政策和经济上给予支持，创造有利于实施教学改革的环境和氛围，从而使之得到不断的深入和完善。

参考文献

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中图分类号：U270 文章编号：1009-2374（2016）13-0009-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.005

当车辆处于紧急制动、频繁制动或持续下坡制动时，制动盘的温度会急剧升高，这容易导致制动失效或轮胎起火等严重交通事故。如何使制动盘在工作过程中迅速降温是汽车安全行驶的前提。通常，制动盘安装在汽车车轮的内部，其冷却过程与轮辐、轮拱等周边零部件的结构及布置方式等关系密切。因此，分析车轮的轮拱结构对制动盘散热特性的影响规律，具有重要的工程意义。

近年来，国内外学者对汽车制动过程中的动力学问题进行了大量的研究。Arthur Stephens采用实验的方法测量了在多种实际工况下，旋转径向通风制动盘的内部空气流动情况。测试工况包括：单个制动盘在静止的空气中旋转；将制动盘安装至车轮相应位置后，在静止的空气中旋转；将制动盘安装在车轮中，在流动的空气中旋转以及用四分之一实车模拟的公路制动工况。研究结果表明：与单个制动盘的制动效果相比，四分之一实车模拟的公路制动工况下的制动盘内部通道的气流显著减少。类似的，G P Voller等学者也发现：车轮的存在的确削弱了制动盘的散热效果。为了提高车辆制动的冷却效率，Zheng WQ首次提出了一种风扇式轮辐结构，它能够在保证制动盘结构不变的情况下，增强车辆的对流散热效果，并应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamic，简称CFD）方法研究了辐板数量以及辐板扭转角对制动盘冷却效果的影响规律。Thomas Schuetz以提高制动散热效果为目标，对车身结构进行了优化设计，将由发动机排出的气流直接被引流至制动器区域，大大增加了流经车轮结构及制动盘内的空气流量。

为增加车轮轮拱内的气体流量，增强车辆的制动散热效果，本文以车轮及其所在的轮拱为研究对象，在车身结构的进气格栅与轮拱之间增设导流通道，采用计算流体力学方法，分析其对制动盘散热性能的影响规律。

1 数值模型的建立

选取某款常见轿车的车身结构（基准轮拱的长、宽、高分别为2681.7mm、1196.37mm、943.72mm）为研究对象，在距离车底盘8cm高度处，增设入口面积为7000mm2的导流通道。采用有限元法建立三维数值模型，分别使用四面体网格、六面体与四面体混合网格划分车轮总成结构。经过网格无关解验证后，最终确定网格总单元数为1520204。有限元模型中的各部件主要参数为轮辐、轮辋及螺栓部件的密度为7840kg/m3，定压比热为465J/（kg・K），导热系数为48W/（m・K）；制动鼓密度为7570kg/m3，定压比热为470J/（kg・K），导热系数为36W/（m・K）；空气密度为1.029kg/m3，动力黏性系数为2.06×10-5kg/（m・s），定压比热为1009J/（kg・K），导热系数为0.0296W/（m・K）。

设置车身为无滑移边界条件，采用稳态求解器进行求解。汽车车轮制动鼓散热时，车轮和车身周围空气的对流换热问题为非定常三维不可压流动传热问题，需满足如下的连续方程、动量方程及能量方程：

式中：u为速度分量；T为温度；μ为动力黏性系数；F为质量力；ρ为密度；Cp为定压比热；k为导热系数。在计算车轮及车身外部流动换热问题时，还需考虑车轮结构内部的导热问题，即满足式（3）中的能量方程。应用一阶迎风格式描述动量及能量方程的离散格式，采用基于压力求解器的隐式求解算法对式（1）至式（3）进行求解。

2 结果分析

增设导流通道后，车轮制动盘表面对流换热系数的分布云图，如图1所示。从该图可知：增设导流流通道后，制动盘表面平均对流换热系数有所提高，可达91.97W/m2・K。

从图2中可知：开设导流通道后，轮拱内部流场分布非常复杂，由于车轮的旋转及其复杂的几何形状，形成了大量的流动分离和涡流。来自车辆前方的气流通过导流通道进入轮拱，一部分流经车轮外侧直接进入周围空气；另一部分流经制动盘表面后，以涡旋流动的形式散失在轮拱外部，制动盘的散热效果增强。

3 结语

本文采用计算流体力学方法，分析了导流通道对制动盘散热效果的影响。由数值模拟结果可知：在通向轮拱内，开设导流通道可有效提高制动盘的散热特性。

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0 引言

双三角翼是强化脱体涡增升的典范应用，是先进战斗机对高机动性的要求。瑞典Saab J35“龙”率先大胆创新采用双三角翼结构，中国歼七战斗机改进型号也采用双三角翼结构[1]，均收到了良好的效果。双三角翼在一定迎角下从前缘和后缘分别产生两对同旋转的前缘集中涡。速度达到超声速后，前缘涡的干扰效应将大幅降低，导致两涡的气动特性和附着流状态相接近。双三角翼减小了机翼的展弦比和前缘后掠角，减小超声速飞行时的机翼阻力，重点提升了飞行的超声速性能。由机在飞行过程中存在气流分离，使得飞机的升力性能，操纵性和稳定性方面产生许多不可预知的问题，所以研究双三角翼的流动和脱体涡的产生与破裂机理是现代战斗机设计的重要课题之一。

本文研究使用六分量测力天平测量双三角翼的升阻力特性以及安装扰流片后模型升阻力的变化。利用染色流法对双三角翼脱体涡结构进行了流动显示研究，较好地揭示了脱体涡形成及其破裂位置，分析了脱体涡破裂对翼面升阻力的影响。

试验设备

1.1 循环水槽试验设备

本实验在厦门大学航空系流体与PIV实验室多功能精密循环水槽中进行。精密循环水槽为水平回流式，实验段横截面尺寸为0.6m×0.6m，实验段长度为3m。拖曳台车可以在两条平行的轨道上实现往复运动，最大行程为3.3m。精密循环水槽和拖曳台车的速度皆可在0~0.5m/s范围内无级可调。

1.2 天平测力系统

本实验采用的高精度六分量测力天平用于测量作用在模型上的流体动力和力矩，它能将力和力矩沿3个相互垂直的坐标轴系分解并进行精确测量[2]。用测力天平直接测量是本文实验的主要内容。六分量测力天平由7个部分组成：天平电源，盒式天平，攻角与偏航角机构，运动控制器，数据放大器，数据采集卡及计算机。

本实验室配备了电阻应变外置天平[3]，盒式外形，尺寸为200mm×60mm×80mm，天平采用镍不锈钢材料。测量原理：电阻应变片贴于图2中的1~7位置，底座上1~4号4只应变桥共同测量升力Y，俯仰力矩Mz和滚转力矩Mx。5~6号2只应变桥共同测量侧向力Z和偏航力矩My，7号应变桥测量阻力X，以此组成一个六分量的测力系统[4]。

2 实验模型与扰流片

2.1 实验模型

本实验采用前翼的前缘后掠角为70°、后翼的前缘后掠角为50°的双三角翼模型，亦简称70°/50°模型，图3(a)。双三角翼模型材料为硬质铝合金，表面进行了阳极氧化处理，图3(b)。

模型在水槽中的安装采用尾支形式，通过测力天平与平行四连杆变攻角机构连接。计算机控制直流电机驱动变攻角机构实现姿态转换。同时，天平输出信号通过A/D板由计算机采集[5]。

2.2 扰流片

扰流片用铁质薄片制作。流动显示实验扰流片位于竖直支撑杆下方，沿模型轴线对称布置。

实验内容

内容一：运用染色流法进行流显实验。观察双三角翼的脱体涡以及同一位置，不同扰流片对脱体涡的影响。实验参数：台车拖曳速度为0.075m/s，水流静止；俯仰角度α=-10度；β保持0度不变。

内容二：运用六分量高精度测力天平研究扰流片对双三角翼升阻力特性的影响。实验参数：水流速度分别为0.1m/s，0.125m/s，0.15m/s，0.175m/s；俯仰角度α=0-30度；β保持0度不变。

3 实验结果与讨论

3.1 流动显示实验分析

双三角翼在俯仰角度为-10°时，四种扰流片对模型脱体涡的影响。脱体涡是从机翼的尖前缘分离出来的旋涡。脱体涡从分离线脱出后，涡层末端卷成具有涡核的旋涡。在往下游的运动过程中，脱体涡强度不断加强，直至破裂。破裂后，涡突然扩散，形成湍流团。图中还可观察出，脱体涡的破裂形式为螺旋型破裂[6][7]。模型脱体涡没有经过1号扰流片，但是与未加扰流片相比，脱体涡略微向下运动，并且脱体涡向下游运动后的涡破裂点也稍微提前。二号扰流片，脱体涡有明显的涡漂现象，这是由于2号扰流片干扰涡破碎，漩涡破裂点明显前移的结果。脱体涡流经3号扰流片，涡破裂点的位置较2号相对得以延长，同时依然有明显的涡漂现象发生。脱体涡流经4号扰流片后，涡并未提前破裂，也没有明显的涡漂现象，这是由于4号扰流片未介入脱体涡的缠绕和合并区域的结果。总述，1，2，3号3种不同形状的扰流片都使脱体涡发生提前破裂和涡漂现象，而4号扰流片并没有让脱体涡提前破裂，反而使脱体涡的稳定性有所增加。

3.2 扰流片对模型升阻力系数的影响

图4是未加扰流片的基准模型升阻力系数随俯仰角度的变化曲线。从图中，可以看出双三角翼模型的升力、阻力随俯仰角度的增大而逐渐增大，角度越大，升力、阻力递增幅度越快。而且水流速度的加快，模型在同一攻角姿态下，升阻力系数也显著增大。当水流速度为0.15m/s和0.175m/s，攻角为20-30°时，双三角翼的升阻力系数的变化相对不稳定，这是由于在此攻角范围内，模型发生抖动的结果。

机翼翼型设计是飞机能够增升减阻的理论基础，而真正影响飞机升阻力特性的是飞行姿态。所以飞机机翼要与飞行姿态组合，进行最佳优化设计，这样才能发挥出飞机的最佳性能[8]。图5是增加扰流片时，双三角翼的升阻力特性曲线图。增加扰流片后，双三角翼模型的升阻力变化趋势基本上依然是随俯仰角度的增大而增加，随水流速度的加快而增大。但是与图4相比，模型升阻力递增幅度减小，这是由于机翼后缘附近升力损失的结果。曲线有明显波动现象，表明该扰流片处于双三角翼脱体涡缠绕区域，对脱体涡的绕合及合并产生了影响，导致翼面脱体涡的涡破裂点位置提前，升力突然下降，从而影响了升阻力特性。

4 结论

(1)利用染色流法进行流动显示实验，观察出脱体涡从机翼的尖前缘分离脱出后，涡层末端卷成具有涡核的旋涡。在脱体涡的发展阶段，涡强度不断得以加强直至最大，最后涡强度减弱致使涡破裂。破裂后，涡突然扩散，形成湍流团。当扰流片处于同一位置时，扰流片的形状会影响脱体涡的发展。扰流片1，2，3号使脱体涡出现涡漂现象和提前破裂的情况。扰流片4号改变了脱体涡的位置，同时扰流片涡叠合脱体涡，使得脱体涡的稳定性有所增加。

(2)利用六分量天平测力得出双三角翼模型的升阻力系数随着俯仰角度的增大而增大，水流速度越快，系数曲线也越陡。同一姿态下，流速越快，升阻力系数也越大。增加扰流片后，由于扰流片处于双三角翼模型脱体涡发展区域，对脱体涡的绕合及合并产生了影响，导致脱体涡的涡破裂点位置提前，使模型升阻力特性出现明显的波动。

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0001-04

一、引言

随着市场经济运行的不断深入，企业的技术基础、工作手段、专业化分工、工作方式、对产品的要求及制约企业发展的主要矛盾都发生了显著的变化，这种需求的变化导致企业对大学毕业生的能力需求发生巨大的变化。目前，国内外都非常重视学生能力的培养。中国机械工程学会2012年12月的机械工程教育峰会主题就是“聚焦学生能力的培养”，大连理工大学的李志义教授提出以学生能力为导向的培养方案和课堂教学改革，从克服培养方案的十个倾向、重构培养方案的十个方面及实现课堂教学的十个转变详细地讨论了研究型大学如何以学生能力为导向来构架专业培养方案及实现课堂教学的转变。华中科技大学吴昌林教授提出改革课程教学方法、营造学生自主探究的环境。推进了基于主动实践“机械设计”课程教学改革和机械设计与制作能力培养系列Project。重庆大学的陈兵奎教授将毕业要求细化到每门课程中，采用课堂讲授+自学环节+专题作业+项目设计+小组讨论+……的过程性评价和考试环节的终结性评价的综合评价手段对课程教学过程和方法进行评价，并且在制度上保证期末考试在总成绩比例中不超过40%。国外在十多年前就提出并持续发展和倡导了全新的CDIO（Conceiving-Designing-Implementing-Operation，即构思―设计―实现―运行）工程教育理念和以能力培养为目标的CDIO大纲。这些都说明以学生能力培养为导向的高校人才培养方案和课程教学改革已提上日程。笔者受国家留学基金委资助，在滑铁卢大学进行研究和访学，能够深入院系和课堂了解该校本科教学情况。又鉴于国外大多数综合性大学本科专业只有机械工程专业没有车辆工程专业，笔者对比研究滑铁卢大学机械工程专业和湖南大学车辆工程专业的培养方案和课程设置，为各高校人才培养方案和教学计划修订提供一定的可参考的经验。

二、滑铁卢大学机械工程专业培养方案

滑铁卢大学位于加拿大滑铁卢市，是一个以数学著名、以工科为主、以产学合作教育为办学特色的综合性大学。现有本科生30000人，研究生5100余名。工程院是滑铁卢大学最大的学院，机械工程专业是工程院14个专业之一，机械工程专业本科四年的学习是在四年零八个月内完成的，每年分为秋（9月到12月）、冬（1月到4月）、春（5月到8月）三个学期，每个学期为期4个月的时间，学生需要完成八个学期的学术学期和六个学期的工作学期，没有寒暑假。学术学期的课程由核心课程、通识选修课程和专业选修课程组成。

1.核心课程。包括学位31门学分核心课程和7门非学分核心课程。31门学分核心课程主要包括两大类：（1）自然科学基础核心课程6门（1门化学领域、3门数学领域、1门力学领域和1门电学领域的课程），分别是：CHE102工程化学、MATH115工程线性代数、MATH116工程微积分1、MATH118工程微积分2、PHYS115力学、GENE123电气工程。（2）专业核心课程25门，分别是：ME100机械工程导论1、ME101机械工程导论2、ME115材料结构和属性、ME201高等微积分、ME202工程统计学、ME203常微分方程、ME212动力学、ME219固体力学1、ME220固体力学2、ME230材料行为学、ME250热力学1、ME262微处理器和数字逻辑器导论、ME269机电设备和电加工、ME303高等工程数学、ME321机械运动学和动力学、ME322机械设计1、ME340机械制造、ME351流体力学1、ME353传热学1、ME354热力学2、ME360控制系统导论、ME362流体力学2、ME380机械工程课程设计、ME481机械工程项目设计1、ME482机械工程项目设计1。（3）7门非学分核心课程分别是研讨课（ME100B、ME200A、ME200B、ME300A、ME300B、ME400A、ME400B）。这些课程内容大致包括机械工程专业的课程结构和选课方法；学校、院系的组织架构和日常运转；学生社团；就业机会；安全教育；围绕核心课程的主题讨论；机械工程前沿研究讨论及学校已做的科学研究等。*课程后面括号内的编号为课程代码，以1开头的代码是大学一年级的课程，依此类推。

2.通识选修课程。需要在技术对社会的影响、工程经济学和人文社会科学三类课程中选修4门课程。分别为：（1）技术对社会的影响类课程选修1门；这类课程有：ANTH102社会与文化人类学导论、ECE390工程设计及经济学和对社会的影响、ENVS105环境管理与伦理、ERS215环境与可持续性评价、SOC232技术和社会变革等20门。（2）工程经济学类课程选修1门；MSCI 261机械工程专业规定选修工程财务管理。（3）人文社会科学类选修2门；这类课程有哲学、政治学、历史、人文、和平与冲突、人力资源管理、音乐、心理学、国际关系研究等。

3.专业选修课程。需要在六个专业方向流体力学、机械设计与固体力学、材料工程与工艺、焊接、自动化与控制、热工程选修7门课程。大三选修3门，大四选修4门。（1）流体力学方向：ME564涡轮机、ME564空气动力学、ME564工程设计、ME567计算流体动力学和消防安全工程、ME571空气污染。（2）机械设计与固体力学方向：ME423机械设计、ME435工业冶金、ME542先进的动力学与振动、ME526疲劳和断裂分析、ME538焊接的设计制造和质量控制、ME555计算机辅助设计、ME559有限元方法。（3）材料工程与工艺方向：ME435工业冶金、ME463焊接工艺、ME526疲劳和断裂分析、ME531物理冶金应用于制造、ME533金属及复合材料、ME535焊接冶金、ME538焊接的设计制造和质量控制。（4）焊接方向：ME435工业冶金、ME463焊接工艺、ME526疲劳和断裂分析、ME535焊接冶金、ME538焊接的设计制造和质量控制、ME547机器人运动学动力学和控制：（可选）。（5）自动化与控制方向：ME435工业冶金、ME538焊接的设计制造和质量控制、ME547机器人运动学动力学和控制、ME548数控机床1、ME555计算机辅助设计、ME559有限元方法、ME561流体动力控制系统。（6）热工程方向：ME452能量转移的建筑物、ME456传热学2、ME459能量转换、ME557燃烧学1、ME559有限元方法、ME567消防安全工程、ME571空气污染。滑铁卢大学机械工程专业的定位是培养机械工程师，机械工程师需要能处理任何运动的机器，如机器人、马达、泵和车辆等。在所有的工业技术领域中，机械工程师都需要从工艺和系统的角度参与设计、制造、研发和维护机械的几乎每一个阶段。机械工程师需要理解力学和热力学基本定律、力对固体和流体的影响、热在物质内传递的规律、工程材料的性能以及针对特定的功能设计机械系统的能力。从以上的课程设置可以看出，滑大机械工程专业正是从培养一个合格的机械工程师的角度来设置课程的。从数学、力学、动力学、热学、材料学、制造工艺、机械设计学、自动化和控制这些方向完成一个机械工程师应该具备的知识结构。

三、湖南大学产学合作教育的开展情况车辆工程培养方案

湖南大学起源于中国古代四大书院之一、创建于公元976年的岳麓书院，迄今已历时千余年，故又称“千年学府”。是一所理科基础坚实、工科实力雄厚、人文学科独具深厚文化背景、经济管理学科富有特色的综合性、开放式、研究型全国重点大学。现有本科生20400余人，研究生11000余人。车辆工程专业隶属于湖南大学机械与运载工程学院，形成了以汽车车身、汽车底盘、汽车安全等核心内容见长的专业教学特色；推进产学研结合，实现高水平的专业教学与高水平的科学研究相结合，注重能力导向，培养工程创新人才。湖南大学车辆工程专业的学位课程由通识课程、核心课程、选修课程及集中实践环节组成。

1.通识课程。包括通识必修和通识选修两大类：（1）通识必修课程（思想和中国特色社会主义理论体系概论、思想道德修养与法律基础、形势与政策、中国近现代史纲要、基本原理、大学英语、计算机基本能力测试、计算机导论与程序设计、心理素质与生涯发展、体育）。（2）通识选修课程（岳麓讲坛、文学艺术领域必选一门、社会科学领域必选一门）。

2.核心课程。包括三大类：学门核心课程、学类核心课程和专业核心课程。（1）工学学门核心课程（高等数学A、线性代数A、概率论与数理统计A、普通物理A、普通物理实验A、普通化学）。（2）机械学类核心课程（机械工程图学、机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、流体力学、热力学基础、电工电子学、控制工程基础、工程中的数值方法）。（3）车辆专业核心课程[汽车构造（含发动机原理）、汽车理论、汽车设计、汽车电子技术（含嵌入式系统）、汽车制造工艺]。

3.专业选修课程。包括两大类：专业限选课程和专业方向选修课程。（1）专业限选课程选修6门[汽车导论与法规（必选）、新能源汽车基础（必选）、机械振动学（必选）、有限元分析、工程优化设计、汽车NVH技术、汽车结构CAE技术、汽车碰撞CAE技术、汽车试验学]。（2）专业方向选修课程：任选一个方向修课。①车身方向（车身结构与设计、车身制造工艺学、汽车空气动力学、汽车人机工程学、车身CAD技术）。②底盘方向（汽车系统动力学与控制、汽车悬架、液压气压与电传动、汽车底盘性能仿真）。③安全方向（汽车安全技术、人体损伤生物力学、汽车安全性实验技术、智能车辆、汽车安全仿真理论与方法）。④新能源汽车方向（电动车辆原理与构造、电动车辆设计、电动汽车动力电池技术、电驱动及控制技术、电动汽车性能仿真）。

四、对比分析

滑铁卢大学机械工程专业和湖南大学车辆工程专业教学计划对比见表1：

从以上的对比可以看出，滑铁卢大学机械工程专业的课程门数和学时数都大大少于湖南大学车辆专业，尤其是通识课程部分。滑铁卢大学每门课基本上都是每周只上3小时，可以一次上完，也可以分两次上，由教师决定。每门课程的课程大纲（SYLLABUS）包括以下8个部分：（1）Contact Info（任课教师的联系方式）：列出任课教师的姓名、办公地点、电话和邮箱地址；（2）Lectures（课程讲授）：列出上课的时间地点；（3）communication（交流）：明确学生跟老师交流的平台；老师的课件、作业、实验和课程中包括的编程代码都会以邮件的形式上传到UW-Learn平台，学生通过该平台提交作业、实验报告和编程代码；（4）Labs（实验）：明确实验的地点、时间安排、学生分组安排及实验的题目；（5）Assignments（作业）：布置作业的题目、作业要求、提交作业的时间；有些课程还有Project的要求；（6）Tutorials（辅导）：按学生的姓氏的字母排序分组安排辅导及各组辅导的具体时间和辅导的内容；（7）Final Exam（期末考试）：明确考试的要求；（8）Grading（成绩构成）：明确实验、作业和期末考试所占的比例；基本上每门课程的期末考试的比例不会超过50%、实验的比例会在20%左右、作业在30%左右。滑铁卢大学本科生的课程任务很重，课后作业量很多，并且要求很严，必须在规定时间提交作业的，否则零分计算。每门课程有完善的TA（助教）制度。

湖南大学车辆工程专业大一大二大类招生，整个机械类的课程一样，夯实数学力学和机械基础，大三重在专业核心课程，大四实施方向课程，与就业和研究方向接轨，整体知识结构合理，突出了本专业的特色。从2011年开始，湖南大学要求每门课程都要在教务处课程中心建立课程网站，上传与该课程相关的所有内容。课程大纲也必须包括以上八个部分，并且开设小班讨论和助教制度，一门课尤其是核心课程实施多位老师一起上的制度，课程要求趋于合理和规范，教学质量也大幅度上升。但也暴露了一些问题，譬如助教水平参差不齐、小班讨论内容不太明确、学生课时任务繁重等等。新一版的教学计划正在针对这些问题进行修订，相信随着制度的规范和借鉴国外的经验，本科教学质量一定会更上一个台阶。

参考文献：

[1]2012国际机械工程教育峰会：汕头大学执行校长顾佩华教授做了题为《汕头大学提升学生工程能力的举措与实践》的报告.

[2]2012国际机械工程教育峰会：美国卡罗尔.坎贝尔工程研究中心执行总监Imtiaz Haque教授的报告《案例研究：为汽车行业培养工程技术人才》.

[3]2012国际机械工程教育峰会：大连理工大学副校长李志义教授做了题为《以学生能力为导向的培养方案与课堂教学改革》的报告.

[4]2012国际机械工程教育峰会：华中科技大学机械学院吴昌林教授做了题为《学生能力为导向的培养体系设计》的报告.

[5]2012国际机械工程教育峰会：重庆大学机械工程学院副院长陈兵奎教授的报告《学生能力达成与综合评价方法初探》.

[6]康全礼，陆小华，熊光晶.国际创新型工程教育模式中国化的探索与实践[J].煤炭高等教育，2009，26（4）：4-7.

篇11

中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0042-02

等离子体由于在材料科学、环境保护和生物医学等多个领域有着重要作用，受到广泛关注和应用。尤其是常压微波等离子体，更是被广泛用于材料加工，例如纳米材料合成和表面改性等；与其他形式等离子体相比又有着维护方便、应用面较广和较高的能量转化利用率等诸多优点，近些年一直都是研究的热门课题之一[1，2]。另外大体积、大功率的工业应用需求使得大功率常压微波等离子体成为一个研究方向，具备较大工业价值和良好的发展前景[3]。

随着数字仿真技术的发展，数字分析在等离子体研究中正变得越来越重要，特别是当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或实验条件无法满足时，数字仿真是一种特别有效的研究手段。在某种程度上可以说，数字仿真结果对于等离子体装置的优化和等离子体性质的研究发挥着重要作用[4]。虽然常压等离子体已经有一些前人的研究基础，但是常压等离子体的数字分析还是有一定的困难，不仅是由于等离子体的数字仿真模型需要综合考虑多个学科，例如电磁学、化学、流体力学等，还因为大量参数需要提前确定，而这些参数的确定也是一个较为困难的过程。本文对常压大功率微波等离子体的产生过程进行了初步研究，在微波等离子体产生装置的基础上设计了一个基于时间的数字仿真模型，研究了气体放电区域的等离子体产生过程的物理参数，有利于深化对常压微波等离子体的特性有更的了解和认识，同时对产生装置的设计和优化有较大帮助。

1 数字模型

等离子体的数字分析建立在许多复杂模型基础上，包括气体放电物理过程、边界条件（等离子体、电磁场和热传导等）以及工作气体的碰撞反应过程等；同时气体放电过程又是以电磁学、流体力学、化学和分子动力学等多个学科理论为基础进行表征。这些重要的参数、边界条件和理论模型的耦合是非常繁琐和复杂的，以前的工作本团队已经进行过深入研究，本文不再赘述[5]。

当气体被电离成为等离子体过程中，由于部分气体被电离气体，气体的特性也发生剧烈变化[6]。此时它的相对介电常数应该表示为

（1）

式中，，为等离子体频率；

为碰撞频率；

为激励频率。

电导率可表示为

（2）

式中，为电子数密度；

为基本电荷；

为电子质量。

将式（1）、（2）带入到麦克斯韦方程组中，可得到：

（3）

式中，k0是自由空间波数。通过对式（3）的计算，可以获得电场，对比气体激发过程中不同时刻电场的变化，从而可以反应出等离子体在激发过程中的部分特性。

2 数字分析

常压微波等离子体装置如图1所示，包括功率源、微波传输系统和微波反应器。微波反应器由矩形压缩波导、石英管、气体馈入装置和短路板组成，矩形压缩波导采用渐变型单边压缩波导结构。2.45 GHz的电磁波以TE10模式通过WR340矩形波导和压缩段，在石英管所在位置（距离短路板λG/4处）形成最大电场强度，环行器用于引导反射的电磁波能量进入负载，以保护功率源不受反射电磁波损坏。同时，金属圆柱安放在石英管外，用来防止微波从放电区域辐射到空间中。本文选用氩气作为工作气体。

图1 常压微波等离子体产生装置原理图

图2是气体在被激发前后不同时刻的电厂分布，分析结果表明：

1）入射电磁波和反射波在腔内形成驻波，此时距离短路板λG/4的开孔处获得最大电场强度。

2）激发后，放电区域的电场强度由于气体的电离消耗大量能量，明显减小。

3）随着激发过程的进行，气体电离消耗的能量减小，反射的能量增多。

（a）t=0

（b）t=

图2 不同时刻的电场分布

（a）t=0

（b）t=

图3 不同时刻的电场方向

图3是气体在被激发过程前后不同时刻的电场方向。分析结果表明，激发前，开孔处的电场方向较为一致，可随着激发过程的进行，水平方向的电场明显增多，电场方向也更为复杂。

图4 反射系数随时间的变化

图4是等离子体激发过程中不同时刻的反射系数S11，结果不仅同上文的结论相一致，即在放电区域用于激发产生等离子体的微波功率是一个先增大后减小，随之趋于稳定的过程；同时还说明微波激发产生等离子体一个非常剧烈的过程，在 s时反应消耗的微波功率达到顶峰，之后消耗的功率还是缓慢减小，0.1 s时等离子体的激发就已经趋于稳定。

3 结束语

以大功率常压微波等离子体产生装置为基础建立的三维数字仿真模型用于研究分析等离子体在产生过程中的特性。结果表明：微波等离子体的激发是一个非常剧烈的过程。气体电离所消耗的功率在激发开始时随着时间增加而增大，但在 s后，电离所消耗的功率开始缓慢减少，反射功率明显增大；直至0.1 s时消耗的功率已经趋于稳定。大量的反射波说明，如环行器和负载这类的保护装置十分有必要，能避免反射波损害微波功率源。而对电场和反射系数S11的分析有助于对常压微波等离子体激发过程与复杂特性的认识和理解。

参考文献

[1]SU L， KUMAR R， OGUNGBESAN B， et al. Experimental investigation of gas heating and dissociation in a microwave plasma torch at atmospheric pressure [J]. Energy Conversion and Management， 2014， 78（695-703.

[2]LEINS M， KOPECKI J， GAISER S， et al. Microwave Plasmas at Atmospheric Pressure [J]. Contributions to Plasma Physics， 2014，54（1）：14-26.

[3]张庆，张贵新，王黎明，等.大气压微波等离子体炬的仿真设计与实验[J].强激光与粒子束，2010，22（2）.

篇12

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0084-02

海洋数值预报系统是一个国家科学与技术综合国力的体现[1]，越来越受到各国的重视。目前海洋数值模拟方向的海洋科学人才匮乏，面对国内高校本科生开设海洋环境数值模拟的课程很少，教学内容和教学方法都需要探索[2]。此外，建立一套行之有效的培养模式也是当务之急。本文把创新应用能力本位教育（ICBE=CDIO+CBE）新模式与《海洋数值模拟》课程建设相结合，以培养海洋科学类专业的数值模拟技能为目标，以研究海洋环境动力机制为导向，通过研究教学案例提高了学生的数值模拟技能，探讨了海洋数值模拟方向海洋科学大类本科CDIO+CBE创新人才培养模式的实践经验。

一、创新应用能力本位教育（ICBE=CDIO+CBE）新模式

目前淮海工学院海洋科学大类培养是江苏省“十二五”高等学校重点专业建设项目，该大类包涵两个海洋技术和地理信息系统专业。为探索海洋科学大类培养经验，我们把共享地理信息系统专业能力本位教育（CBE）和海洋技术专业创新应用能力（CDIO）教育理念融合，提出创新应用能力本位教育（ICBE=CDIO+CBE）新模式，从而优化配置共享资源，推动多学科的相互交叉、渗透和融合。

二、课程教学内容

我校测绘工程学院海洋技术系《海洋数值模拟》课程设为专业选修课，安排在第7学期，理论教学24课时，实验教学8课时，共计32课时[3]。授课内容涵盖了海洋数值建模的若干重要方面，从基本的守恒原理出发，探讨了1D，2D，3D模拟中若干重要物理过程，真正体现了数值模型与海洋物理现象的统一。讲解内容如表1所示。

三、课程教学特色

目前类似课程《近海环境数值模拟》刚被列为中国海洋大学环境科学与工程学院环境科学专业培养本科生的特色课程。国内部分高校根据本校优势学科将计算流体力学等课程纳入本科教学体系[4，5]，课程开设后，学生普遍反映较难[4]。

针对存在的问题，我们把创新应用能力本位教育（ICBE=CDIO+CBE）新模式与《海洋数值模拟》课程建设相结合，注重讲解海洋环境动力学经典方程及其物理意义，以培养学生的数值模拟技能为目标，探讨适合海洋科学大类本科学生《海洋数值模拟》课程教学内容及教学方法。

四、学生能力展示

学生结合课堂教学，针对数字海洋这一热点话题，设计并实现了海州湾模拟预报系统如图1。系统主要分为三个部分：数据生成、数据处理、数据展示。由于海洋数据的动态性、海量性、多维性等特点，本系统是基于B/S的体系结构，使用Silverlight插件，是跨浏览器、跨平台的开发，越来越多的开发人员被这种高效开发工具所吸引。将海洋信息与地理信息系统相结合是本系统的最大特色，以地图的形式展现出来，更加直观，并提供查询服务。

通过《海洋数值模拟》的教学实践，把创新应用能力本位教育（ICBE=CDIO+CBE）新模式与《海洋数值模拟》课程建设相结合，教学模式基本得到学生的肯定，学习兴趣浓厚了，收到良好的教学效果。后面我们会开发ICBE教学过程工程化管理的教学质量保障体系，进一步推动教育教学改革向纵深发展。

参考文献：

[1]乔方利.海洋动力环境要素数值预报关键技术[J].海洋开发与管理，2006，23（5）：59-60.

[2]张学庆，刘哲.以社会需求为导向进行近海环境数值模拟课程教学改革探索[J].教育教学研究，2010，（5）：195.

[3]吕海滨.《海洋数值模拟》课程建设的探索[J].地理空间信息，2012，（6）：170-171.

[4]毛军，熊艳，薛琳.实施计算流体力学本科教学的可行性分析[J].高等建筑教育，2003，12（2）：46-52.