流体力学及其工程应用范文1
关键词：能源与动力工程；网络教学平台；混合式教育
作者简介：代乾（1981-），男，河北沧州人，天津城市建设学院能源与安全工程学院，讲师；王泽生（1964-），男，天津人，天津城市建设学院能源与安全工程学院，教授。（天津 300384）
基金项目：本文系天津城市建设学院2012年度教育教学改革与研究项目（项目编号：JG-1207）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0074-02
2012年9月，教育部颁布实施新的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》，热能与动力本科专业更名为能源与动力工程专业。由专业名称可见该专业的内涵更加广阔和深远，从而也说明随着能源动力科学技术的飞速发展和新问题地提出，社会对人才的培养提出了新的要求。目前，大约有170多所高校设置了热能与动力工程专业。[1]随着经济的发展，能源与环境逐渐成为世界各国所面临的重大科技和社会问题。培养高素质的具有创新意识的能源工程专业人才是本学科义不容辞的责任。而热工系列课程作为重要的专业基础课程，其重要性不言而喻。合理的课程体系是体现教育教学理念的重要载体，是实现专业培养目标、构建学生知识结构的中心环节，建立适应社会主义市场经济发展需要、体现热能动力技术学科内在规律、科学合理的课程体系极为重要。[2]为了使该课程适应新的要求，非常有必要对其进行一定的改革，以培养适应21世纪社会发展需要的人才，同时对推动我国可持续发展战略具有重要的意义。
一、实施混合式教育方式
开发混合式学习方案的关键因素在于确定适当的时机，使用适当的混合方式，为适当的学生施行教学。而教师想要运用适当的混合方式需要考虑学习地点的设置、信息传输技术及时间的安排、教学策略和绩效援助策略等。[3]混合式教学模式一般可分为以下几个阶段：[4-6]
1.前期分析
学生作为学习活动的主体是有认知、有情感的，学生本身的知识水平、学习能力和社会特征都对学习的信息加工过程产生影响，教师进行学生特征分析有助于了解学生的学习准备和学习风格，从而为后面的学习环境设计和媒体的选择提供依据。
2.混合式教学的组织与管理
教师应按照教学进度有针对性地选择和设计教学活动，同时要参照已经设计好的课程目标、课程内容及其呈现形式，将其与具体的章节知识点相关联。教学活动的作用在于为学生创造具体的学习情境，并加强师生、生生之间的交流互动，因此恰当的教学策略对于教学活动的顺利展开尤为重要。
3.网络教学平台及教学资源建设
网络的对于教学来说不应当只是教学内容，而更多的应该是支持教学交互、教学评价和教学管理，教学交互、教学评价和教学管理是保证教学质量的重要环节，这就需要有一个集教学内容与管理、课堂教学、在线教学交互、在线教学评价、基于项目的协作学习、发展性教学评价和教学管理等功能于一体的网络教学平台来支撑混合式教学。本校对“工程热力学”、“传热学”、“工程流体力学”原有的教学网站进行了全面改版，并于2010年先后投入运行。其中“工程热力学”课程教学网站主页如图1所示。网站按照省部级精品课程的要求制作，网上教学内容详实，包括课程的概况、教学文件、习题及答案、实验实践教学等各种资源。学生可通过浏览网站学习更多的知识，这对课堂教育来说是一个非常有益的补充，并有助于实现教与学的互动。
二、教学内容优化
“工程流体力学”是理解能源动力系统工质流动与流量、能量分配的基础。“工程热力学”是研究如何充分和有效利用能量的学科，其基本内容是热力学基本定律和工质热物性、热过程的研究，是理解能源动力系统中能量转换基本规律和提高系统能源利用效率的理论基础。“传热学”研究热量传递的基本规律，是理解和控制能源动力系统热量传递过程的理论基础。“热工学”集成了“工程热力学”、“传热学”的基本理论和核心内容，为能源动力类安全工程专业等提供必要和少量学时的热工理论基础教育，也是其他非能源动力类专业节能技术及应用的理论基础课程。“热工测量技术”和“流体热工基础实验”课程则是关于“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”的实验理论的技术基础课程，旨在揭示相关课程的实验研究目标、原理、方法以及应用。
1.热工系列课程间内容关联性分析
（1）“工程流体力学”与“工程热力学”在教学内容的关联性之处主要体现以下两个方面：“工程流体力学”中的一维无粘性重力流体流动能量方程（伯努利方程）与“工程热力学”中的热力学第一定律稳态稳流能量方程式具有相同的理论基础，后者是普遍适用的能量方程式，而后者是前者在一维无粘性重力流体条件下的特例和不同的表达方式；“工程流体力学”中的可压缩流体流动基础与“工程热力学”中的气体和蒸汽的流动研究对象及理论基础完全相同，只不过研究的侧重点不同，前者强调流动特性，后者注重能量传递与转换过程。
（2）“工程流体力学”与“传热学”课程在教学内容方面具有紧密的关联性和延续性，主要体现在“工程流体力学”中粘性流动方面与“传热学”中对流换热方面的相关内容，具体为：
1）研究对象均为传递现象，“工程流体力学”研究的是动量的传递，而“传热学”研究的则是热量的传递，其规律及分析方法具有类比性。首先，传递驱动力分别为速度差和温度差；其次，传递方式均为分子扩散和对流扩散，其中对于分子扩散基本规律两者具有类似的形式，即牛顿摩擦定律及傅里叶定律，也均有描述传递能力的物性参数，即运动粘度（m2/s）和热扩散系数（m2/s），而且流动边界层与热（温度）边界层具有相似的定义和相同的边界层结构；最后，描述传递现象的控制方程，即动量微分方程式（N-S方程）和能量微分方程，也具有相似的形式。这也是“传热学”中动热类比分析方法（类比律，即将阻力实验结果直接用于表面传热系数的计算）的理论基础。
2）如果粘性流体流经壁面且具有与壁面不同的温度时，就会同时发生动量传递和热量传递现象。此时“工程流体力学”与“传热学”研究的是同一现象的不同方面的特性，即阻力特性和传热特性。一般阻力特性是传热特性研究的基础，某些特殊情况（流动及对流换热具有耦合特征）下两者相互影响，如流体外掠平板的层流与紊流流动及对流换热、圆管内层流与紊流流动及对流换热、外掠圆柱的层流与紊流流动及对流换热、各类自由流动及对流换热等等。显然在此类教学内容中，“工程流体力学”是“传热学”的基础。
3）具有相同的分析、计算方法。正是由于动量方程和能量方程具有相似的形式，理论分析法（包括微分方程组求解及积分方程组求解）、模化实验方法（相似原理）、数值计算方法均可应用于阻力特性和传热特性的研究，甚至同一数值计算商业软件（如FLUENT、ANSYS、PHINICS等）可同时分析求解同一现象的阻力特性和传热特性。因此在研究方法上，“工程流体力学”与“传热学”是并行的或者说是相同的。
（3）“工程热力学”与“传热学”课程在教学内容具有关联性之处主要体现以下两个方面：“工程热力学”中有关热量传递只是讨论热力过程中热量传递的量，而“传热学”研究的是热量传递的机理、方式、影响因素、计算方法。在“热力学”中热量的单位是q（J/kg），而“传热学”中热量（热流密度）单位是q（W/m2），可见后者强调的是热量传递的速率及能力，而后者以前者的理论（即热力学第一定律—能量守恒规律）为基础；“工程热力学”中有关湿空气焓及含湿量变化规律与“传热学”中的热质交换有着内在联系。如电厂冷却塔中，“工程热力学”讨论了其工作原理及状态参数的变化，而“传热学”则讨论了其热湿交换的具体方式和传递速率。
2.热工系列课程教学内容体系优化原则
依据培养方案，流体热工系列课程时间安排顺序是“工程流体力学”—“工程热力学”—“传热学”（或“热工学”）—“热工测量技术”，“流体热工基础实验”课程与上述课程并行安排。因此，热工系列课程教学内容体系优化按照以下原则进行：
（1）安排在前的课程。教师除完成本课程教学内容外，须根据上述各课程之间知识点的关联性，有意识地为后续课程涉及的内容打下牢固的理论基础。“工程流体力学”课程的教师需要向“工程热力学”、“传热学”课程任课教师了解相关的内容，如一元绝热稳定流动的能量转换规律、相似原理等等，在“工程流体力学”的教学中兼顾这些内容的教学需求。
（2）安排在后的课程。教师依据上述各课程之间知识点的关联性分析，在相关内容的教学过程中，须了解前面课程任课教师的授课内容和方法，精选授课内容，避免不必要的重复，使该课程与前面课程有机衔接，且注意采取比较教学法，让学生更容易掌握课堂知识。
（3）“热工测量技术”和“流体热工基础实验”课程。课程任课教师应了解和引用其他理论课程相关教学内容，使实验教学与理论教学内容有机结合。如温度测量，教师除加强温度测量原理、仪表、标定及使用方法教学外，对于高速气流温度测量，需引用“工程热力学”中气流一维绝热流动能量方程以及滞止温度和气流温度的关系等相关理论知识，说明气流速度对温度测量误差的影响；而对于高温气流温度测量，需引用“传热学”的辐射换热相关理论，说明辐射对测温误差的影响以及消除误差的措施；而对于铠装热电偶或在加温度计套管情况下，还需引用“传热学”的通过肋壁导热的相关理论，说明套管的存在对温度测量误差的影响以及消除误差的措施。
三、结束语
经过一定时间的教学体验和学生的反馈表明，该教学模式使教学效果得到很大提高。笔者认为在以后的教学当中，要把这种模式继续深化并推广到其他课程的教学当中，热工系列课程的教学改革也必然会取得成功。
参考文献：
[1]宋文武，符杰，李庆刚，等.关于构建“热能与动力工程”大专业多方向课程体系的思考——基于培养复合型应用人才的视角[J].高等教育研究，2011，28（4）：44-48.
[2]战洪仁，张建伟，李雅侠，等.热能与动力工程专业人才培养模式及课程体系探讨[J].化工高等教育，2008，99（1）：19-21.
[3]Matt Donovan，Melissa Carter.Blended Learning：What Really Works[J].CLASTD，2004，（2）.
[4]Driscol1 M.Blended learning：Let’s get beyond the hype[J].learning and Training Innovations[R].2002.
流体力学及其工程应用范文2
关键词：卓越工程师 实践能力 流体机械强度计算 人才培养
中图分类号：G645 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（a）-0129-02
“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）提出培养造就一大批创新能力强的各类型卓越工程师，以降低我国关键核心技术的对外依存度，增强国家核心竞争力[1-2]。本科层次的卓越工程师应能够在工程现场创新性地从事产品的生产、营销和服务或工程项目的施工、运行和维护，成为优秀的应用型创新工程师[3]。
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。
积极引导学生参与科研项目，鼓励学生参与课外科技活动，增加软件解决问题的应用功能，如：科研立项、大学生实践创新训练计划项目、节能减排大赛、星光杯及校园科技竞赛等。实际上，很多学生希望了解、学习相关软件，并积极参与科研项目。
5 总结与讨论
通过精心设计流体机械强度计算的教材、案例与教学实践，以及流体机械结构有限元建模、载荷加载与结果分析与评价等，提高了流体机械专业本科生解决实际问题的能力。但综合提高本科生的应用型创新能力是个系统工程，更加需要按照工程人才培养的规律，借鉴国内外创新能力培养的先进经验，逐步改善和勇于探索，为流体机械专业培养更多高素质人才。
参考文献
[1]林健.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011（6）：5-15.
[2]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010（4）：21-29.
流体力学及其工程应用范文3
【关键词】教学方法 土力学 教学改革
【中图分类号】TU4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）10-0256-01
《土力学》是土木工程专业一门重要的专业基础课，对初学者来说，主要表现为土力学教材各章节之间具有相对独立性，联系不紧密，课程内容多而杂，许多重要理论和公式来源于实验或实践经验，缺乏严格的理论推导，强调实用性和技术性，这使得土力学成为一门较难掌握的课程。
1.概述
土力学研究内容可概括为：土的三个特性、土的三个工程问题、土力学三大主要理论。其中，土的特性导致了土的三大工程问题，即强度问题、变形问题和渗流问题。
根据课程脉络主线可见，渗流问题是土力学中必须解决的三大问题之一，渗流问题有其相对独立性，又与变形、强度问题相互交叉，掌握好土的渗流特性对于掌握好土的变形、强度特性有促进作用。依笔者的教学经验，学生对于“土的渗透性及渗流”内容普遍反应较难掌握。
2.教学内容与教学方法改革探索与实践
2.1抓课程内容主线
针对渗流问题的教学内容多而杂的特点，课堂教学中应注重把握知识体系，形成清晰的教学脉络，用教学主线将课程内容紧密串连（图1）。
图1 课程内容主线
2.2注重水力学基础
土的渗透性与渗流主要涉及到水静力学与水动力学两部分水力学基础理论，对于理解土的渗透性与渗流有一定的促进作用。
在水静力学方面，掌握静止流体中任意一点各个方向受到的压强值的大小是相等的这一静止流体的应力特征；理解流体静止的微分方程；掌握重力作用下静止液体的压强分布特征。在水动力学方面，掌握流线、过流断面、流量、断面平均流速等概念与流体的运动的连续性条件；伯努利方程，是解决土中渗透问题的基础。
2.3启发式教学
2.3.1案例启发式教学
土的渗流问题这部分内容讲授时可采用启发式教学，调动学生的兴趣和思维。列举工程事例，如水井渗流、渠道渗流等；渗透变形或破坏，工程的目的是要解决这些变形或破坏；渗透力才能产生渗透变形或破坏，接着推导渗透力及临界水力梯度的计算公式；介绍实际工程中常用的“止水帷幕”。止水帷幕的设置加大了地下水渗流的距径。
2.3.2例题启发式教学
流网的绘制与应用可以采用例题启发式的教学方法：等势线与流线正交，等间隔流线与等间隔等势线形成的流网中，各个网格的长宽比c应为常数。提出问题，如何通过流网可以得到流场中任一点的水头、水力梯度、孔隙水压力、流速、流量等指标值，然后逐步介绍各个指标的计算过程以及流网绘制的初步过程，讲授过程中再次强调掌握流网特点的重要性。使学生更深入的理解了流网的应用，并初步体会了其绘制过程。
3.注意的几个概念
3.1水力梯度
水和梯度的定义较为简单，水力梯度i=h/L，其中h为两点处的总水头差，L为两点间的渗流长度，特别强调的是L叫作渗流路径或渗流长度，不是两点的直线距离，求ND间的水力梯度，hND=8.0m，L=NB+BC+CD=26.0m不是L=NB=8.0m，因此水力梯度i=h/L=0.31。
3.2孔隙水压力
水力学课程中与孔隙水压力相关的只有静水压力，没有专门提出孔隙水压力概念，在土力学中这样定义孔隙水压力，如图1，渗流场中各点的孔隙水压力，等于该点以上测压管中的水柱高度hu乘以水的重度γw，故a点的孔隙水压力为：
ua=hua×γw
应当注意，图中所示a、b两点位于同一等势线上，其测管水头虽然相同，即ha=hb，但其孔隙水压力却不同，ua≠ub。众多土力学教材中定义，“由土体孔隙内的水承担的那部分应力为孔隙水压力”。一般地，孔隙水压力应包括静水压力和超静孔隙水压力两部分，但大多数教材中，在土体的渗透固结部分中突然出现超静孔隙水压力，并未对其进行特别说明。
《岩土工程基本术语标准》（GB/T50279-98）规定静水压力是“给定点与自由水位差引起的压力”；超静孔隙水压力是“饱和土体内一点的孔隙水中超过静水压力的那部分”。借用以上两个概念，两者在物理本质上是一致的，分开定义在本科教学过程的渗透固结部分，测压管水头压力为静水压力和超静孔隙水压力之和。
4.结语
教学实践表明，针对土力学课程的特点，在教学中根据不同知识内容的讲解需求，遵照科学的认知规律以实际教学效果为目标，灵活应用多种方法进行教学活动，可促进学生对土力学知识学习的融会贯通。
参考文献：
[1]李广信.土体、土骨架、土中应力及其他[J].岩土工程界， 2005， 8（7）： 13-17.
流体力学及其工程应用范文4
“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）提出培养造就一大批创新能力强的各类型卓越工程师，以降低我国关键核心技术的对外依存度，增强国家核心竞争力[1-2]。本科层次的卓越工程师应能够在工程现场创新性地从事产品的生产、营销和服务或工程项目的施工、运行和维护，成为优秀的应用型创新工程师[3]。
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。
积极引导学生参与科研项目，鼓励学生参与课外科技活动，增加软件解决问题的应用功能，如：科研立项、大学生实践创新训练计划项目、节能减排大赛、星光杯及校园科技竞赛等。实际上，很多学生希望了解、学习相关软件，并积极参与科研项目。
流体力学及其工程应用范文5
[关键词]物流管理 实践教学 体系建设
近年来，随着全球经济一体化进程的加快，现代物流业作为一个新兴行业正在世界范围内迅速发展，物流得到前所未有的重视。我国高校物流专业发展起步较晚，常常出现物流毕业生“找工作难”与企业“招人才难”的矛盾局面，物流管理本科专业应以市场需求为导向，重视应用型人才的培养，而实践教学体系建设正是为这一目标服务的，其核心要素应包括实践教学内容体系、实践教学体系保障措施以及实践教学体系实施的质量评价与监控等方面，本文对此作详细阐述。
1、实践教学的内容体系建设
1.1 实践教学目标
物流实践教学目标应是培养学生较强的实践能力、创新能力及工作能力。物流专业人才应能“通业务、善合作、精管理”。所谓“通业务”，即指通晓各类商品的性能及储运条件，熟悉现代物流作业流程及规范；“善合作”则指在现代物流运输、仓储、包装、流通加工、配送及物流信息等环节中，需要不同领域人员的合作与配合，要求专业物流人才具备很强的合作意识；“精管理”，即所培养的物流专业人才是以成为管理者为职业发展规划方向，并非物流产业的一线人员，要成为合格的物流管理者，不仅要具备管理理论，更重要的是要具备分析问题及解决问题的能力，具备敏锐的判断能力，具备较强的企业运营组织计划协调、人际交往与沟通。物流实践教学应达到这样的目标：通过实践教学的实施，培养学生团队合作意识，使其具备从事物流管理工作的专业能力，如物流流程设计能力、问题分析及解决能力、决策判断能力、社交能力，以确保学生能够灵活应用所学理论知识，分析和解决物流企业管理实践中遇到的问题。
1.2 课程实践教学
为力促教学改革，教育部指出应构建模块式课程结构和弹性学制。实践教学改革通过对学生知识、能力与创新要素的综合分析研究，构建一个以学生为中心，以满足创新型人才培养的个性化需求（培养目标、专业需求、知识积累、发展兴趣等），以有利于学生自我设计、自主学习为目标的跨学科立体化实验教学课程新体系。理论教学与实践教学相辅相成，专业理论知识是培养学生专业能力的基础，但是理论知识转化为生产力需要在实际操作中方能显现，实践课程则需要有理论知识作为主线贯穿其中。这意味着理论课程的教学可开展与课程相关的实践教学活动。为促进学生吸收理解理论知识，一般可在授课中通过运用情景模拟、案例分析、技能训练等方式方法，借助现代教学多媒体技术，改变以往学生被动接收知识的状况，使学生能主动学习理论知识，同时加深对理论知识的认知。纵观现有课程实践教学设计，通常是将具有内在关联性的的基础课程及专业课程整合起来，分为若干能力模块，有序开展课程教学及阶段性专业实训，实训课时占一部分，以此制定严密的教学计划。如某物流学院根据物流技术领域和职业岗位任职要求，参照职业资格标准，建立以培养学生职业能力为核心的课程体系，其中专业体系包括基本素质学习领域、专业基础学习领域、专业学习领域、专业扩展学习领域等四个部分。
1.3 专业综合实践
专业综合实践是在专业课程有一定积累基础上，通过综合性或设计性实验来巩固所学知识，并进行模拟操作，如ERP模拟实验室、供应链管理系统、电子物流系统设计、物流管理模拟仿真等。其根本目的在于促使学生综合运用所学知识发现分析问题，并能解决问题，培养物流管理专业操作技能，提高学生开发应用能力。因其综合性，通常采用项目教学的方式开展，以项目为导向，将物流各专业课程理论知识和技能串连起来，模拟真实岗位情境，如商品采购、入库、定仓、转仓、分拣、出库、调度、配送等环节进行操作。
本科阶段前三个学期因专业课程还未全面开始，一般可安排专业认知实习，通过安排每学期一两天的物流企业参观，了解物流管理职业的工作特性，接触社会对物流管理人才的需求，让学生带着疑问到课堂上寻找答案，提高学生学习理论知识的积极性。从第四学期开始，学生对物流专业有初步的认识，有一定专业知识积累，可安排一个完整周期时间（最短至少一周）进行社会调查或企业见习，以便学生将所学的专业知识能串成一个系统，而非仅是单独的知识点，～方面了解知识转化为实际生产力是如何开展，另一方面也能发现实际操作中的困难与局限，引发学生深入研究实际问题的兴趣。在第五、六学期应安排综合性专业实习，帮助学生整体认识物流企业整体运作流程，培养学生系统看问题的能力，扩大其全局观，调动自主学习主动性。第七学期，专业课程开始接近尾声，应安排一个完整周期进行实训，至少一周时间，让学生在全真模拟企业环境下，在给定企业情况下，要求学生设计物流流程，以培养其判断、决策、组织协调及动手创新的能力。
1.4 工作岗位实践
工作岗位实践一般是指顶岗实习和毕业实习两大部分。顶岗实习主要是在校外实践基地开展，毕业实习则侧重于学生到各种企业单位的实习活动。顶岗实习一般安排在第七学期，时长至少3个月，实践目标是要通过在实际工作岗位上的锻炼，让学生明晰物流岗位的相关职责，并在企业员工这一角色中提升工作胜任力，培养综合职业能力。可让学生按自身的就业兴趣方向来选择相关物流企业及顶岗实习的岗位，并给予配套校内实习指导教师，全程参与。
毕业实习一般需要安排在第八学期，为期6个月，这是学生树立良好就业心态的重要时期。学生可自行寻找相关物流企业或通过学校推荐获得毕业实习机会，实践目标为充分认识企业具体物流功能的运作、物流设施设备操作及保养，发现企业物流管理所面临的实际问题等，并最终以毕业实习报告的形式将自身在企业的各种收获记录下来，总结分析问题，提出有建设性的问题解决方案，培养综合分析问题及解决问题的能力。
2、实践教学的保障体系建设
2.1 师资队伍建设
物流管理专业实践教学要求教师具备高水平的理论知识和较强的实操技能，针对目前这类“双师型”教师的缺乏，可从“请进来”和“走出去”两个方面加强师资队伍建设。
所谓“请进来”，是指可通过系列人事政策，引导教师来从事实践教学工作。可聘请具有丰富经验的物流企业相关管理者担任实践教学辅导教师，独立开展具有较强实践性的课程，或者与学校教师联合共同完成实践教学任务，以将其经验传授给学生，充实教师队伍，建立一支高素质、结构合理的师资队伍。另外亦可通过成立专家指导委员会的形式，聘请物流企业骨干作为名誉教师，定期为校内师生开设专题讲座，解疑答惑。这一模式在我国台湾地区得到大力的推行，如台湾大学的兼职教师占比近40%。
所谓“走出去”，是指物流学院应在不影响教学科研工作的情况下，千方百计创造条件，建立健全机制，鼓励物流专业教师到相关物流企业或部门兼职，或让其脱产半年至一年的时间，参与物流实践工作，积累实际工作经验，在真实工作环境中体验物流工作，思考所遇到的实际问题，并通过发挥自身的理论优势，探讨研究这些问题，以提高其实践指导能力。另外，也可在带领学生实训或实习中，深入了解物流企业的工作流程，并收集丰富的实际案例，将企业真实场景引入课程，丰富课堂案例。
2.2 实验室设施建设
实验室是加深学生对现代物流理论理解、提高其操作能力的重要平台，是理论联系实际的重要纽带，实验室建设完善与否直接关系到实践教学成效高低。物流学院应根据其所设定的应用型物流人才培养目标，在现代物流核心理论及流程基础上，结合自身教育特色，参考企业实际工作环境及岗位，通过物流软件模拟与物流仿真实训的有机结合，完善校内仿真实验室建设。从培养学生能力上看，实验室建设应达到以下目的：一是培养学生的实际操作能力，通过学生实际动手操作更好理解物流流程及基本概念，并掌握各个操作环节；二是培养学生的关键物流技术能力，通过让学生操作先进实用的物流技术设备，锻炼其操作能力；三是培养学生全面系统分析物流的能力，强化学生对物流全过程的信息、各职能模块的掌握，提升对物流应用及分析能力；四是培养学生的物流职业基本素质，通过实验室模拟、角色扮演、问题研讨等方式，让学生体验物流在企业管理中的重要性，树立物流职业人的基本素养。
一般而言，不同的实践教学目标需要不同条件的实验室来实现。从功能来看，分为纯系统演示实验室、模拟操作实验室和配备一定物流设施及技术工具实验室。纯系统演示实验室通常是多媒体教室，应用现代教学技术，向学生提供投影模拟、软件演示等；模拟操作实验室则是通过条形码、电子拣选系统、RYID技术、物流仿真模拟等形式，以配置物流系统为模拟平台，以仿真技术为支撑，实现一个整体、先进、实用、经济的现代物流综合模拟实验室，以便学生能上机模拟运输管理、仓储管理、第三方物流管理、国际货代报关管理及配送管理等；配备一定物流设施及技术工具的实验室，通过实物演示加深学生对物流工具的认识，实现从模拟到学习实际操作。
2.3 实习基地建设
实习基地一般分为校内实习基地和校外实习基地两种。校内实习基地包括校内实训中心和校办企业，其组织管理较为方便，但因投入有限，可供学生实习的种类较少，无法完全展现现代物流真实环境，也就无法给以学生真实感。校外实习基地则能够弥补校内实习基地的缺陷，真正到物流企业现场，了解企业实际需求，给予学生真实的实践环境，锻炼其专业操作技能及沟通执行等能力。校外实习基地的建立对培养适应经济发展的物流应用型人才具有十分重要的意义，但企业往往因担心引入学生实习不利于按计划进行作业，再加上宣导不足，不愿意接受学生实习或仅接受少量学生，导致工作岗位实践质量不高。目前在“产学研”机制引导下，物流学院顺势通过各种方式加强与企业联系，在互惠互利、优势互补、共同发展、实现双赢的原则下，积极与物流企业或部门联系，建立合作关系，整合各种资源，通过设立专项资金或成立校友会，促成实践基地建设协议的签订。
2.4 规章制度建设
科学管理有利于从根本上保障实践教学质量，确保实践教学有序开展。制度则是科学管理的重要举措，通过实施合理、健全的实践教学管理制度，达到实践教学高水平产出。本科物流专业经过近几年对实践教学的探索，在吸收和借鉴其他以往的实践教学管理制度，建立从实践教学的组织、教学计划执行、安全管理、指导教师管理制度、实践教学考核等全过程的规章制度，形成实验室管理制度、实验室建设管理制度、校内外实习基地管理制度、教师培训学习管理制度等，以良好的制度条件保障实践教学的顺利开展。
3、实践教学的评价体系建设
3.1 对实践教学实施情况的总体评价
物流实践教学体系是一个完整的系统，评价是对其实施情况的监督及改进，它贯穿实践教学的全过程，包括对教师教学、学生学习情况的评价，以反映出教学过程中的真实情况，并采取措施进一步提高教学质量。可从以下几方面对实践教学实施的总体情况进行评价（见图1）。
3.2 对实践教学参与主体的评价
3.2.1 教师对学生实践学习情况的评价
教师对学生的评价主要是考察学生在实践中参与的态度是否端正，学生物流操作技能有无得到提升，学生整体综合素质是否得到提升，学生对物流职业认知是否有提升等。通过教师的评价及反馈，让学生了解自身理论联系实际中存在的问题，以便在教师指导下能不断进步。目前教师对学生的评价常用的有三种类型：一是日常评价，主要是根据学生实践教学过程中每个阶段的差异进行不同评价；二是阶段性评价，教师定期对学生的表现进行评价，包括学生的进步与不足，并指出下一阶段的改进建议，一般在每学期的1/3或半期时间开展；三是期末评价，教师在期末针对某一学生表现情况进行讨论，并形成一致意见，指导教师在此基础上再对学生进行全面的评价，包括学生学习态度或工作态度、责任心与敬业精神、团队合作情况、工作效率及效能、职业道德给出书面评价报告。教师要保证公平、公正、客观地评价学生，教师日记是其重要的原始资料，需要记录每个学生做得好与不好的事件记录。通过测评，能全面、系统了解学生在实践教学中对知识和技能的掌握情况，学生也能从这些反馈信息中获得不断自我提升的方向。
3.2.2 学生对教师实践教学情况的评价
教师在实践教学中扮演着重要的角色，具有举足轻重的作用，直接影响了实践教学的效果，学生对教师的评价是实践教学评价体系的重要组成部分。通过该评价，能检验教师领会实践教学理念的情况，实践教学让学生受益的情况。一般而言可通过教师课前准备情况、教学控场能力、教学质量、教学方式方法多样性、教师个人影响力等方面进行评价。
流体力学及其工程应用范文6
关键词：电机及拖动基础；应用型专业；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）41-0108-02
电机及拖动基础作为自动化专业及相关专业的一门基础性专业主干课程，在自动化、电气工程及其自动化、建筑电气与智能化等专业的人才培养过程中发挥非常重要的作用。传统的教学过程及教学模式今生学生对相关理论知识的掌握，忽视了对学生创新能力的培养。在国家中长期教育改革和发展规划纲要中提出：我国正处在改革发展的关键阶段，经济发展方式加快转变，高等院校要优化结构办出特色，重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模。为响应国家的高等教育改革政策，作者所在的高校作为湖南省首批进行应用型转型试点的两所高校之一，大力推进学校向应用技术方向转型发展。为响应学校号召，本文结合对自动化专业电机及拖动基础课程多年的教学经验，以培养具有创新意识的应用型人才为培养目标，发挥学生学习的主观能动性，培养学生解决工程实际问题的能力，对电机及拖动基础课程的教学内容、教学方法与手段进行改革研究。
一、电机及拖动基础课程特点分析
电机及拖动基础是我校自动化专业、建筑电气与智能化专业的专业基础课程，属于专业必修课程。在当前版本的人才培养方案中，其理论课时为50学时，实验课时22学时，理论与实验独立考核。从教学内容上看，该课程以《电路原理》、《大学物理》为先修课程，后续课程包括《计算机控制系统》、《运动控制系统》，电机及拖动基础课程涉及到电路原理、磁路理论、电磁力学等，授课内容多，教学内容中包含一些较为抽象的概念，如磁路基本原理、磁动势、电磁力、电磁感应、感应电动势等等，学生的理解难度大；课程内容包括电机学原理及电力拖动两大内容板块，相关内容的相互衔接较为松散。
二、调整优化理论教学内容，突出工程应用的课程教学体系
电机作为电能与机械能之间的转换设备，在当前的社会生产与生活中占有重要的地位，是现代化生产活动中最主要及最广泛使用的动力设备，在国家大力推进应用型专业教育的转型及重视对学生开展工程实践能力培养的基本方针下，根据用人企业的实际需求，结合学校对专业人才的培养目标，即培养能为地方经济建设服务的应用型高级工程技术人才，对课程的教学大纲进行修订。按照对专业人才的培养目标，对理论教学内容体系进行调整，对相关知识点进行分类，对教学内容授课时数及授课重点进行规划，突出对学生工程应用能力及实践能力的培养，实现与企业的需求及行业资格考试内容的合理衔接。如直流电机的原理与组成结构部分的教学，对于直流电机的绕组结构及分布内容进行压缩，只需要介绍磁极对数及极距两个基本物理概念；对直流电动机的转动原理进行较详细的分析，而对电枢反应及直流电机的换向等内容，不对其产生原因进行深入分析，而只简单介绍换向不良产生的危害，电枢反应的影响，将理论分析困难的内容进行压缩，突出对工程应用能力的培养。
在电机及拖动系统的整体教学内容中，包括直流电机基本原理、变压器基本原理、交流电机原理、交流电机拖动系统等内容。在常用的经典教材中，章节顺序按直流电机的结构及原理、变压器、交流电机的基本结构及原理、直流电机拖动系统、交流电机拖动系统等章节内容编排，在教学执行过程中，如遵循按章节顺序进行教学的常规思路，即先讲述直流电机结构及原理、变压器、交流电机的原理及结构，再讲述电机拖动系统的相关内容，则教学内容会出现衔接问题，学生在学完交流电机的结构及原理部分内容后，对直流电机的相关原理内容已经出现了部分遗忘的情况，此时再讲述直流电机拖动内容，需要安排不少的时间对前面的运行原理部分的内容进行复习。对教学内容及教学顺序进行合适的调整，将直流电机的拖动内容安排到直流电机的结构与原理之后，将交流电机的拖动内容安排到交流电机的基本原理之后进行讲授，将整个课程的教学内容分成三大板块，即直流电机及其拖动系统，变压器，交流电机及其拖动系统。在教学过程中，讲授了相关的电机原理之后即开始讲授电机拖动系统，通过相应的电机拖动系统的实际应用案例强化对电机结构及运行原理的理解。
随着电力电子变流技术的发展，交流电机目前占据电机应用领域的主导地位，直流电机因为体积大、价格高，其市场占比逐步降低，但在一些对调速性能要求高的场合具有不可替代性，结合当前电机及其拖动系统在行业中的应用状况，对电机及拖动系统课程的整体教学课时进行分配，突出交流电机及拖动系统在整个课程体系中的核心地位，适当对直流电机及拖动系统的部分不常用的理论内容如绕组分布等教学内容进行删减。
三、采用多种教学方法，教学过程中面向实际应用，提升教学效果
电机及拖动课程涉及到电学、磁学、动力学、热力学等多门学科，电机拖动系统与实践联系密切，其先修课程主要包括电路理论、大学物理，课程中抽象性的概念内容较多，为了提高学生学习的积极性及学习效率，在教学过程中需要用到多种教学方法，善于运用对比教学法，如电路与磁路理论的关联性强，并存在很强的对应关系，如表1所示，通过学生所熟悉的电路参数及欧姆定律，引导学生理解磁路的基本特性及磁路欧姆定律。
对重要及基础的概念，在讲述时既要做好基础知识的铺垫，又要做好知识点的凝练与归纳，要做到深入浅出，如直流电机的基本运行原理，涉及到能量的变换、电磁力学、运动力学等多个知识点，在电机的起动过程中，内部磁场、通电的电枢导体、电刷与换向片三个要素缺一不可。对知识点进行归纳时，根据电动机运行的三要素，总结出电机运行原理性口诀：电生磁；电磁生力；变磁生电。电生磁，即电机运行过程中，依靠励磁电流产生气隙磁动势，形成空载内部磁场（运行要素一）；电磁生力，指载流导体在磁场中受到电磁力的作用（运行要素二）；变磁生电，即电枢绕组内的磁通变化时在绕组内部产生感应电动势，完成电动机的能量转换任务（将电能转换为机械能）。结合电动机的电刷与换向器结构（运行要素三），归纳总结出电机在运行过程中的电磁关系及连续旋转的基本要素。在后续的教学过程中，对相关的知识点进行放射式展开，如励磁方式知识点的讲授，可先复习直流电机运行的三基本要素，指明内部磁场属于直流电机连续运行的三个基本条件之一，随后则可引出电机的励磁方式，指明内部磁场的必要性及内部磁场形成的技术手段，形成课程知识点的发散及串联。
将相关的工程应用案例情景引入到课堂中，通过对案例的调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动，加深对基本原理和概念的理解，培养学生分析问题和解决问题的能力。在电动机的运动方程平衡部分，有转矩平衡公式：Te-TL=J■，在进行公式的深入分析之前，需要对电磁转矩、负载转矩及转速正方向的定义，并根据公式确定系统运动的平衡状态、过渡状态，随后引入负载转矩特性分析内容，对不同负载的转矩特性进行分析，按照恒转矩负载、通风机类负载、恒功率负载三类分析负载转矩与负载转速之间的关系，在分析过程中，对于不同的负载，可结合专业的实际情况引入对应的实际生产机械图片，增强学生对课程的兴趣。
在对电机的基本运行原理及调速知识有了一定掌握之后，教师可结合专业定位情况，挑选一些实际应用中的相关案例，使得学生加深对课程理论知识的理解，同时能应用所学知识，并在教师的引导下对相关专业知识进行创新应用。比如结合目前国内电动助力车及电动摩托车等旺盛的市场需求与销售情况，给学生提供一款用于电动摩托车的直流电机的铭牌数据，让学生根据铭牌数据回答问题：降低电枢电压时电动机的瞬时转速及电枢电流数据是多少？稳定后有何变化（负载不变）？直流电动机的调速方式怎样实现？调速过程中能量损耗及能量转换关系有何变化？通过回答上述问题，使学生学会应用相关知识分析解决实际工程问题。在此基础之上，可进一步拓展学生解决应用问题的能力，载人用的轻便电动自行车与主要用于载货运输用的“爬坡王”电动车的电机在选型上应该注重哪些方面的参数区别？对一些学习能力强的学生，则可继续引导：为了提升一次充电的行驶里程，可否将回馈制动应用于电动自行车？并指导其设计一些小型的验证性实验装置。通过以上的教学过程，将课程的理论教学与实际应用紧密联系，增加学生学习的兴趣，提升学生解决实际工程问题的能力。
四、结论
电机及拖动基础课程是自动化及相关专业的一门专业基础课，与实际应用联系紧密，为满足专业人才培养向应用型转型的需求，在新的培养体制下，将专业课程的教学内容进行有机整合，采用多种教学方法与手段，打造重点突出、与应用密切结合的课程内容体系，增强学生学习的兴趣，提升学生运用相关知识解决实际工程问题的能力，经过实际的教学试验，验证了改革的课程教学比常规教学效果显著提升。
参考文献：
[1]顾绳谷.电机及拖动基础（第四版）[M].北京，机械工业出版社，2013.
