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有关于流体力学《流体力学》教学辅助系统开发与教学实践工作

收藏本文 2024-03-01 点赞:10977 浏览:37655 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:本教学辅助系统涵盖了流体力学的主要内容,以Visual C++作为主要编程语言,结合Windows Media Player多媒体功能。通过教学实践,表明该系统可实现激发学生的求知欲、建立物理直觉、实现交互式学习等基本教学目标。在丰富流体力学教学内容的同时,提高了教学效率,优化了教学目的,达到了事半功倍的教学效果。
关键词:流体力学 多媒体 交互式学习

一、“流体力学”教学现状

“流体力学”作为能供油工程本科的的一门专业基础课,以研究流体的运动规律为主要内容。由于教学内容涉及面较广,学生普遍感到该课程概念模糊、内容抽象且理论性较强,这在一定程度上影响了教学效果。
多媒体技术作为一种新的教学手段,通过教材内容与动态文本、图像、动画、音频、计算机模拟技术的有机整合,使得原来抽象的概念形象化、枯燥的方程式清晰化、晦涩的物理过程机理生动化,可从多方面激发学生的积极性和创新思维并且通过与传统教学模式相结合起到了相得益彰的作用。本文通过介绍多媒体流体力学辅助教学系统,分析了该辅助教学系统在教学实践中的应用效果,为进一步提高教学效果起到了积极的示范作用。

二、辅助教学系统简介

本系统以Visual C++作为编程语言,结合Windows Media Player多媒体功能,在遵循软件开发一致性、易用性、容错和联机帮助等设计原则基础上,通过对教学内容的梳理,开发了多媒体流体力学辅助教学系统。该系统包括动力学、边界层、运动学、虚拟实验室、演示、模拟、模拟器、图片和表格、流动可视化等模块,涵盖了流体力学的绝大部分内容。
动力学包含了流体的经典研究方法、牛顿第一二运动定律、纳维尔一斯托克斯矗程和各种边界条件等。边界层包含了边界层概念、平板突然启动产生的边界层、层流边界层、边界层分离、不稳定现象和紊流边界层等,其中的教学短片不乏趣味性、生动性。运动学涵盖了由质点到场和由物质导数到各种流动线等内容,生动细致地描述了迹线、流线、脉线和等时线等抽象概念,通过运用丰富的流动显示技术将运动过程展示出来。虚拟实验室将动力学、运动学和边界层等模块中需要深入讨论的部分细化出来,结合Ja虚拟技术,让使用者亲自实现对流体流动等方面的模拟演示。模拟器基于Ja虚拟机,将分子动力学模拟器、流体势流构造器和边界层微分方程数值解等独立出来。图片和表格将一些纷繁复杂的图片和教学短片有机地综合起来,通过表格或视频播放的形式,将这些信息归纳整理起来,流动可视化通过可视化手段将不可见的流体流动清晰演示出来。

三、教学实践效果分析

在“流体力学”的教学实践中,适时地应用了多媒体流体力学辅助教学系统(以下简称辅助教学系统),取得了良好的教学效果。

1、激发学生的求知欲

流体力学的内容浩如烟海,涉及日常生活和工业应用的方方面面,辅助教学系统的各模块中提供了大量的鲜活实例,从而可有效地激发学生的求知欲。在讲解绪论和各章节时,可通过观看录像、图片集、提高学习兴趣和动力。

2、建立物理直觉

建立物理直觉是深刻理解物理概念的催化剂,并有助于强化大脑的记忆功能。在教学实践中,如能通过形象直观的图片、动画、录像等手段来进行相关内容的学习,势必强化对概念和规律的直观认识,并在大脑形成深刻的、有效的记忆痕迹。如讲述层流和紊流概念时,既可通过雷诺试验中等直径圆管内流线的变化进行直观认识,也可通过平板上流体的流态变化对比进一步加强认识,该影像清晰地给出了层流与紊流两种流态的显著区别。对于理想和实际流体绕流物体形成的流动特征,流线的变化清楚地显示了二者间的区别与联系,对于理想流体,流线在车尾平滑地汇合,并流向下游;而对于实际流体,在汽车尾部将形成明显的尾涡区,这是由于边界层分离所致。通过诸如此类的动画和影像的有效使用,将使学生形成深刻的物理直觉,进一步加深对流动规律内涵的理解。
3、通过虚拟实验室和模拟器实现交互式学习。交互式学习是一种新型的学习方式,借助多媒体课件或网上资源,由学习者自主进行,是一种双向交流式学习方式。辅助教学系统中的虚拟实验室和模拟器就提供了交互学习这一功能。通过选择不同的粘性和驱动流体,可得到不同的流体特征。模拟系统给出了在流体绕流不同物体(如翼型、椭圆体、球体)时的流线特征,进而比较不同绕流情形下的区别,并给出了理论结果和实验影像;而且可通过改变绕流物体在流场中的方位进一步分析绕流特征的变化。模拟系统中的势流模拟器,用于模拟绕流兰金半体、兰金体、圆柱体和旋转柱体等多个物体的流线和等势线特征,而且可通过改变偶极流强

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度观察驻点的变化,也可以自行创造新的势流流动,并观察其绕流特性。通过模拟系统的使用,进一步丰富了边界层理论的学习,并加强了对边界层基本特征的认识。
参考文献:
陶汉中,李菊香.关于“工程流体力学”课程多媒体教学的思考[J].中国电力教育,201 0。(18):58-61
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