文档介绍：水力学课程的教学心得
摘 要 水力学是一门工科的专业基础课,为了让学生更好的理解接受这门课,作者从趣味性,理论性,衔接性,工程性,实用性等几个方面阐述了对这门课程教学的看法,在强调这门课程复杂性的同时加入有趣的内容,激发学生的学中的香蕉球就可以用伯努利方程来解释。在空气中可以认为压强和速度之和守恒,因此当流速增加压强就会减小,那么旋转物体在横向就会形成压力差,这个压力差就会形成横向力,当足球旋转角速度矢量与飞行速度矢量不重合时,这个横向力就会使得球偏离原有的飞行轨迹,从而形成弧线。这个可以用伯努利方程,而这个现象称为马格努斯效应。还有反向使用这个规律,比如出膛的子弹,其旋转角度矢量与飞行轨迹一致,这样可以增加其稳定性。
2 方程的推导
作为一门工科的专业基础课,推导方程不像理科那么多,但也是不可缺少的,这对培养学生罗辑思维的严密性非常重要,让其知其然又知其所以然,而不是觉得定理的唯一作用就是拿来做题,推导后的定理用起来踏实。此门课中涉及到的重要公式推导包括欧拉平衡微分方程式,作用于任意平面上的静水总压力,理想流体恒定流微小流束的能量方程,非恒定流的运动方程,明渠恒定均匀流的水深以及最后的Navier-Stokes方程组。备课时将推导反复在稿纸上演练多次,烂熟于心,上课时用板书画图、分析、演绎,最后可以用PowerPoint再做一个完美展示。 其中最难最复杂的就是Navier-Stokes方程组的推导。这并不是水力学的必讲内容,可以放到流体力学中讲解,甚至可以放到研究生阶段学****但是作为一门工科的专业基础课,在学期快要结束时我认为给出Navier-Stokes方程组很有必要。这是一个非线性偏微分方程组,至今也没有得到完美解决,这可以一下子让学生接触到知识的最前沿,进而激发他们的兴趣。而最前沿的知识必然又是复杂而又高深的,这也是一个淘汰机制,让有能力有兴趣的学生继续对其钻研,而没有兴趣的学生转投其它方向。
在技术还不那么发达的年代里,水利工程师们只有通过纸和笔来计算、设计。所以有很多经验公式,这些公式简单方便,但是也不够精确,而现在科学技术日新月异,电脑可以随身携带,甚至手机做个简单的APP就可以把参数上传到服务器做大型的云计算,水力学要做精确的计算最常见的方法就是建立数学模型,NS方程是水力学数学模型的基础,现在商用模型,开源模型到处可见,让学生了解并运用是现实、迫切的需要。而NS方程的形式是偏微分方程,求解方法是偏微分方程数值解,有有限体积法、有限元法等等,这些都是可以成为独立的课程甚至研究生课程,但是是不是等这些课程都学完了才能用?我觉得没有必要,可以让学生只知其然,一知半解,存在疑问,这些疑问可以激发他们进一步学****探究学问的动力。
3 课程的承上启下
水力学作为专业基础课,前面有高等数学、理论力学等普通基础课,后面有河流动力学等专业课。大学老师不光作为他们这一门课的传授者,而且作为一门水利工作者,也要成为他们专业知识的架构师,指导他们怎么一步步搭建自己的专业知识框架,既然是框架,知识必然要前后串联。
在讲水静力学的平衡问题时,需要用到惯性力这个概念,而这是上学期所学的理论力学达朗贝尔原理的内容,这里不能生硬给出惯性力的方向,把达朗贝尔原理简单复****一下不但可以便于学生理解,而且能