土木类专业流体力学课程教学改革与实践

流体力学是土木类专业本科生一门必修的专业基础课。这门课程抽象概念较多、公式推导复杂、数学和力学基础要求较高,是公认难教、难学的课程之一。本文结合作者多年的流体力学教学实践,从教学内容、教学方法、教学手段、教学环节等方面探讨该课程的教学改革。文中的教学改革措施可为其他讲授流体力学课程的教师提供参考。     

专业导向的基础力学课程教学初探

目前国内大多高校的工科专业本科生的基础力学课程由力学系教师承担,后续专业课则由各工科专业学院教师承担。基础力学教师的教学工作量繁重,课程学时紧张,基础力学课程不得不采用教师全堂讲述式的大班制,讲授也并不区分学生专业。基础力学教学任务繁重、基础力学和专业课程教师分属不同学院、力学教师本身对工程专业不见得了解深入等客观因素都制约着基础力学课程与后续专业课程的有机衔接和融合,学生对力学概念理解不够准确、记忆不够深是基础力学学习较为普遍的问题。作者基于近十年的为工程力学专业和土木工程专业本科生教授材料力学/工程力学的教学实践,结合在担任学校教学督导四年的时间里在听土木、机械等工科专业的各门专业课时与学生和教师交流得到的教学一线信息,对基础力学课程教学如何服务好人才培养的目标进行了思考,并对以学生专业为导向的基础力学课程教学进行了实践和初步探索。     

MAJOR-ORIENTED TEACHING OF FUNDAMENTAL MECHANICS COURSES

目前国内大多高校的工科专业本科生的基础力学课程由力学系教师承担,后续专业课则由各工科专业学院教师承担。基础力学教师的教学工作量繁重,课程学时紧张,基础力学课程不得不采用教师全堂讲述式的大班制,讲授也并不区分学生专业。基础力学教学任务繁重、基础力学和专业课程教师分属不同学院、力学教师本身对工程专业不见得了解深入等客观因素都制约着基础力学课程与后续专业课程的有机衔接和融合,学生对力学概念理解不够准确、记忆不够深是基础力学学习较为普遍的问题。作者基于近十年的为工程力学专业和土木工程专业本科生教授材料力学/工程力学的教学实践,结合在担任学校教学督导四年的时间里在听土木、机械等工科专业的各门专业课时与学生和教师交流得到的教学一线信息,对基础力学课程教学如何服务好人才培养的目标进行了思考,并对以学生专业为导向的基础力学课程教学进行了实践和初步探索。     

理论力学课堂教学深度和广度拓展的思考 1)

理论力学是工科专业的基础课,要提升学业挑战度,增加课程难度,拓展课程深度,那么该门课程对于工科专业来说,是首先要进行打造的。专业基础课的深度和广度拓展后,才能支撑后续专业课的拓展。文中从理论力学的教学环节、教学内容、教学方法和手段,以及实践环节几方面,探讨理论力学课堂教学的深度和广度的拓展,力求能够为打造理论力学成为"金课"出一份力。     

ON TEACHING SYSTEM INVESTIGATION TO THE TEXTBOOKS OF ELEMENTARY MECHANICS(I)—A BRIEF INTRODUCTION ON THE ELEMENTARY MECHANICS TEXTBOOKS PUBILISHED WITHIN CHINA1)

对力学基础教材,着重在理论力学与材料力学教材与教学体系等进行了分析研究。对国内力学课程与教材建设历史概况、国内力学课程教材建设的成绩与问题、国内力学教材使用情况、引进的国外基础力学原版教材情况、国外理论力学教材体系、国外材料力学教材体系、国外力学相关课程网络资源及教学技术应用与质量评价等多方面进行了阐述。最后,通过对国外教材的研究,发现其所具有的诸多特点与特色,可为国内力学基础课程教材和课程改革提供思路和方向。本文为之一,主要阐述国内基础力学教材基本情况等内容。     

安全工程流体力学创新实践教学模式探究

流体力学是安全工程类本科专业的基础必修课.通过创新安全工程流体力学理论教学模式、融合学科专业知识及改革实践教学方法,提出了教学改革总体思路和方案,梳理了安全工程流体力学中的核心知识脉络体系;将看似孤立的基础理论三大方程穿插融合在一起,并延伸至安全工程专业中的流体力学知识点,使学生明确安全工程流体力学学什么、怎么学、如何...     

材料力学教学深层互动探索与实践

大学课堂教学中影响教学质量的主要问题是学生的学习态度,如何调动学生学习的积极性,是每位任课教师需要深入思考的问题。本文以材料力学课程教学为载体,结合管理学中的二八定律,以大学生力学竞赛为契机,研讨教师与学生之间的深层互动交流问题。深层互动分为课程授课中的互动和力学兴趣小组的互动两个层次,通过互动一方面为优秀学生打开上升通道,另一方面将优秀学生树为榜样,潜移默化中影响其他学生的学习态度,进而改善整个班级的学习风气。实践表明,深层互动教学模式能有效激发学生学习材料力学的兴趣,取得了良好的教学效果。

     

弹性力学与流体力学基本方程的统一性

本文将流体微元看成固体微元的特殊情况,并结合流体静止时无切应力的性质,首先利用弹性力学的柯西公式得到流体静压强的概念,其次利用弹性力学的平衡微分方程得到流体静力学的欧拉方程。然后通过考虑弹性体与不可压缩流体的共性及差异,利用弹性体动力学的基本方程直接推导出流体动力学中不可压缩黏性流体的N–S方程。本文方法避开了流体力学基本方程的传统推导方法,证明了流体力学与弹性力学的基本方程具有高度的统一性。利用该研究结果可以进一步改善力学课程的教学内容,加深理解力学基本原理,有效提高力学课程教学水平。

     

新语境下力学本科课程体系的重塑与实践

随着新一轮科技革命的兴起,作为经典学科的力学亟需结合时代特征进行转型,而位居高等教育第一站的本科阶段首当其冲。本文结合力学学科发展规律与浙江大学工程力学系的教改实践,提出以通识课程为根、专业课程为干、交叉课程为叶的新型力学本科课程体系,简言为"力学3.0"。希望为力学高等教育者们提供参考。     

数值实验在流体力学实验教学中的应用探讨

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的“参与感”,有效地提高了教学水平和教学质量。     

流体力学课程互动式教学的探讨与实践

流体力学是力学专业的核心课程,具有理论性强、应用面广的特点。针对学生学习积极性不高、参与度不够的问题,本课程对互动式教学方法进行了思考和实践。首先,对互动式教学的要素和条件进行了分析,结合流体力学应用性广、可演示可验证的特点,设计了贴合流体力学课程的互动式教学方法,同时制定了适用于互动式教学的评价方法。在互动式教学中,设计了两类互动内容,一类是调研分析互动,一类是探究性实验互动。从教学效果看,互动式教学提高了学生的积极性和参与度,显著提升了互动的频次和质量,带动了学生的知识理解和能力培养。

     

以大学生结构设计大赛为导向的工科力学课程教学的思考

力学作为工科基础性课程,在专业课程体系中占有十分重要的位置,但力学课程的教学效果普遍较差,诸多学者提出了各种方法以促进力学课程的教学,由于教学条件、学生层次等原因使其具有一定的局限性.本文在此研究的基础上,以大学生结构设计大赛为导向,详细剖析了力学课程在赛题中的实际应用,对应课程内容初步建立了力学课程三阶段教学方法,通...     

结构力学几何体系的一组教学模型1)

基于目前土木工程本科生教学课程结构力学的教学现状,特别是几何体系讲解过于抽象的问题,本文借鉴国外相关经验,提出了基于实物的一种解决方案,即基于计算简图模拟几何体系的结构力学教学模型,并论述其必要性。通过介绍其组成构件、典型用途及使用示例,表明了其具有良好的教学辅助效果,体现了土木工程专业本科重要的专业基础课结构力学教学中,传统授课与创新探索相共存、简化图示和实物呈现相结合的重要作用。     

欧美理科经典力学教材的现代化(一)——传统教学内容的形成

本文是研究欧美理科经典力学教材内容更新系列论文的第1篇,通过10部教材的分析研究传统教学内容的形成。在20世纪初物理学革命之后,经典物理学的力学部分的教材在50年代后称为经典力学。经典力学课程为现代物理学准备力学和数学的基础,在50年代和60年代形成了大致稳定的传统教学内容。力学理论包括牛顿力学、拉格朗日力学和哈密尔顿力学,力学问题包括中心力场中质点运动、非惯性系中质点运动、刚体空间运动、离散和连续系统振动等。

     

课堂演示实验在结构力学教学中的应用1)

实验教学是很多理工科课程的重要教学环节,但是很多课程的实验教学模式还不够成熟,且开设困难。针对这一问题,本文以结构力学课程为例,分析当前高校结构力学实验开设难、开设少的原因,对比了几种典型实验方式的优劣。重点讨论了课堂演示实验的优势和实施办法,探索并列举了诸多简便易行的课堂演示实验案例。实践表明,课堂演示模型用日常简易材料制成,易于调动学生的参与积极性,同时增强学生的动手能力及理论联系实际的能力。最终提出了多种实验方式相结合的结构力学实验模式,可为当前高校结构力学和相关课程的课堂教学及实验环节提供借鉴。     

DISCUSSION ON THE APPLICATION OF NUMERICAL EXPERIMENT IN EXPERIMENTAL TEACHING OF FLUID MECHANICS

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的“参与感”,有效地提高了教学水平和教学质量。     

欧美理科经典力学教材的现代化(二)——传统教学内容的更新

本文是研究欧美理科经典力学教材内容更新系列论文的第2篇,阐述经典力学教学内容改革的动因,并通过3部教材最新版的分析研究传统教学内容的更新。在19世纪70年代,经典力学的代数结构、几何描述和混沌运动的研究受到广泛关注,经典力学重新成为蓬勃发展的学科。这使得经典力学教材内容有必要进行更新。教材内容更新的一种途径是修订时补充新的内容。3部广泛采用的经典力学教材的最新修订都引入了混沌动力学的内容。代数结构的内容只整合进入适用于高级力学课程的教材,而整体微分几何的应用还没有进入经典力学教材。

     

全国高校第七届基础力学青年教师讲课比赛简介

阐述了教育部高等学校力学基础课程教学指导分委员会举办的全国高校第七届基础力学青年教师讲课比赛的基本情况、本届讲课比赛的特点、讲课比赛中反映出的问题及其改进的建议。希望通过本文的介绍,让国内各高校教师了解本届讲课比赛以及比赛中反映出的问题,为进一步办好讲课比赛、提高我国基础力学课程的教学水平和质量提供参考。     

INTRODUCTION TO THE 7TH TEACHING COMPETITION OF YOUTH FACULTY OF FUNDAMENTAL MECHANICS COURSES

阐述了教育部高等学校力学基础课程教学指导分委员会举办的全国高校第七届基础力学青年教师讲课比赛的基本情况、本届讲课比赛的特点、讲课比赛中反映出的问题及其改进的建议。希望通过本文的介绍,让国内各高校教师了解本届讲课比赛以及比赛中反映出的问题,为进一步办好讲课比赛、提高我国基础力学课程的教学水平和质量提供参考。     

基础力学课程教学中非标准化考核模式的探索与实践

非标准化考核能够更加真实全面地反映学生学习掌握知识、灵活应用知识以及知识建构的能力,更加有利于培养学生的创新能力、科学思维和质疑精神。本文针对基础力学课程教学进行了非标准化考核模式的探索与实践,以学生的学习成效为导向,以“师生协同、知行合一、育教一体”为教学理念,设计建立了线上线下混合式多元化全过程的考核评价机制,加强学生课堂内外、线上线下学习的评价,提升课程学习的深度、广度和难度。实践表明,非标准化考核模式的实施为基础力学课程教学提供了更加全面合理的课程评价体系。本文考核模式与方法可为基础力学教师提供一些严把质量关的教育教学改革借鉴思路,同时也为学习基础力学的学生提高学业学习水平起到积极的引导作用。