流体力学现象例1

 

前言 

流体无固定形状，即使受到的剪切力再小，只要持续存在，其变形便会随时间持续增大，不像固体那样，一定的受力只能产生一定的变形。流体力学的基本理论非常严密，描述流体流动现象的数学方程非常复杂，高度非线性[1]，因此学生对流体力学敬而远之的现象比较严重。此外由于因特网及电子计算机的普及，各种虚拟现象泛滥，在这样的环境下成长的学生接触和感受实际发生的各种流体流动现象的机会大大减少，对自然现象的观察和理解能力很弱。很多学生在接受流体力学教育之前所受的应试教育的影响下[2]，学习只是为了在短时间内对给出的试题做出接近正解的答案获得高分，这种教育具有多大的意义，近年来许多学者从教育学的角度提出了疑问[2]。只有直面实际的流体流动现象，抓住问题的本质，才能诞生真正的学问和研究。笔者基于对本科和研究生的流体学教学中存在的难点和问题，指出了重视流体流动现象的观察和理解对提高流体力学的教学效果的必要性和重要性。 

 

一、流体力学教学面临的问题 

 

（一）新形势下学生所处的社会环境变化 

学生从小利用电脑打电子游戏的玩耍时间和机会大大超过了自己亲自动手制作道具及模型的体感玩耍时间，通过体感玩耍接触和观察自然现象的机会大大减少。 

因特网的普及使得在短时间内获得大量的信息或实时获得信息成为可能，近年来出现学生过度依赖因特网的倾向，疏远了纸质图书及相关文献这些知识比较系统逻辑性也有保证的传统信息载体。但因特网上除了正确的信息外，还有很多不准确甚至错误的信息，即使是正确的信息，各信息段之间也缺乏系统性，因此学生仅通过因特网难以建立系统的知识体系的。 

手机在学生中的普及也使得学生们在实际问题时，不是自己独立分析问题，找出问题发生的原因，而是直接利用手机询问他人求得答案，这样很难培养独立制定计划，对可能事态进行预测，独立进行解决问题的能力。这恰恰是对一个未来走向社会成为一个优秀的技术人员的必经的磨砺之道。 

（二）流体力学教学面临的问题 

流体流动的力学模型及其运动的物理意义难以理解[3]。流体粘性产生的模型与牛顿粘性定律之间的对应关系就是最好的一个例证。大多数学生虽然能够使用牛顿粘性定律进行计算，但对运动的流体为何会产生粘性却不能正确的理解。的确，对于涉及到流体力学的某些技术或产品设计，只要懂得一定的计算即可，但是对于开发和设计全新的产品，如不能准确把握所涉及到的相关流体流动的物理本质，有时会产生完全错误的设计结果。 

流体的运动状态繁多，流体力学融合领域广，要求学生掌握更多的学科预备知识，尤其对数学知识的要求更高，使部分学生觉得流体力学是难以接近的一门课。同一流动现象常常可以从多个角度进行解释，容易使学生产生混乱。比如对翼型的流体力学工作原理，可以从流体流动的动量变化、伯努利方程、压力积分、流线的曲率变化等几个方面进行解释，解释方法之多反而会使学生产生混乱，但每一种解释方法都是正确的，解释的都是一个本质，只有完全理解各种解释方法所依据的理论，才可以解除认识上的混乱，将学到的知识条理化、系统化。 

描述流体流动的数学方程高度非线性化，数学上求解比较困难。描述流体流动的纳维斯方程和能量方程是否可以求解以及数学解的唯一性的证明需要微分方程、偏微分方程、多元积分等很深的数学功底，但近年来学生的数学和力学基础存在下降的趋势。 

学生在进入大学前所接受的应试教育的影响很大，以考试成绩自评学习效果的认识根深蒂固[4]。实际的流体流动现象往往没有单纯的标准答案，有时甚至存在多个解，重要的是抓住流动现象的物理本质，系统的理解流体力学的基本原理。 

二、教学方法对应 

 

解决上述问题的根本方法，笔者认为只有从流体力学教学上，直面涉及流体的各种现象，使学生准确的把握物理本质。为此在流体力学课堂上，广泛采用流体模型教学和实例教学，增加学生观察理解各种流动现象的机会，唤起他们对本门课的兴趣的同时，让他们形成为探究流动现象背后的物理本质进行思考的习惯，这对解决流体力学教学所面临的问题至关重要。 

使用电吹风斜向上吹一个让学生事先准备好的气球模型，没经验的学生会意外的发现气球会向斜上方飘起。这一流体流动现象可从风从气球上部通过时，由于气球表面的影响风的流向会产生变化，也就是流线产生弯曲，根据风的动量变化必然产生使得气球浮起的升力得到解释，还可以从物体绕流边界层效应得到解释。从这一简单的模型教学，还可以解释飞机的机翼通过改变空气的流向进而获得升力的流体力学上的工作原理。 

在一个装满水的塑料瓶内分别放入密度大于水和小于水的钢球和泡沫小球，然后放在一个可移动桌面上，使桌面等直线加速运动，可发现钢球运动较慢留在瓶底，而泡沫球运动较快停在瓶嘴附近。观察这一个现象引导学生：泡沫球运动得较快是因为等加速运动瓶内流体的静压在运动方向上递减形成压力梯度，小球的前进方向的压力大于等加速运动产生的惯性力，因此小球相对于塑料瓶向前运动；而作用于钢球的前进方向的静压力虽然与泡沫小球相同，但惯性力大于前进方向的静压力，因此钢球相对于塑料瓶向后移动。这一模型教学比一般教科书上关于流体等加速直线运动流体的静压分布的例题更容易使学生抓住问题本质，且能培养学生独立思考之习惯，使学生体会到透过流体流动现象来正确观察和理解把握流体力学基本规律的乐趣。 

经常使用立式洗衣机的人都知道，洗完衣服后，衣兜总要被翻过来，假如原来兜里装有硬币等硬物，也会被掏出来[5]。把这个实例在课堂上讲出后，学生们甚有兴趣，追问其中的奥秘，当教师根据伯努利定律做出解释并介绍伯努利这位集物理学家、数学家、力学家及医学家于一身的瑞士的大科学家的基本情况后，学生们顿时对这位科学家充满了崇敬之情，通过大量这种实验模型及实例教学，学生们对学习流体力学这门课更有了兴趣和信心，教学效果的提高自不待言。 

 

三、结语 

本文详尽的分析了计算机、因特网、手机等现代化通讯工具普及后对学生产生的影响，由于流体力学课程知识体系的特点，这种影响产生的负面问题很多，尤其是教授成长在应试教育体制下走入大学的学生，更需要转换认识，改变教学观念，在课堂教学中广泛植入实验模型教学和实例教学，让学生直面实际存在的各种流体流动现象，通过实际的流体流动现象的观察和理解，达到生动及形象的把握这些流动现象背后的流体力学的基本定理，有效提升教学效果的同时，通过简单实验模型的制作还可提高学生的动手能力，这对学生走向社会成为一个具有创造性思维能力、独立思考的优秀技术人员也是一个必不可少的雏形磨砺。 

 

[参考文献] 

[1]黄卫星.工程流体力学[m].北京:化学工业出版社,2008. 

[2]李丹,杨斯瑞.应试教育与创造性人才的培养[j].继续教育研究, 2009, 25(2): 180-185 

流体力学现象例2

易学是以阴阳理论（阴阳学说）为其理论基础的科学体系，这是易学区别于其他学问的根本特征或标志。易学是中华传统文化的根，易学知识包括了全部的中华传统文化知识。大凡中华传统文化无不打上阴阳论的烙印，包含了天人合一的思想，都属于易学体系的范畴。易学有易理和易术两大部分的内容，易术是易理的实际具体应用，也是检验易理的真理性的过程和根本途径。那么，构筑易学大厦的阴阳理论的科学本质、物理含义是什么呢？下面就从这一问题谈起。

大约在五千年前，我国的远古先人们利用悟道的方法，创立了伟大灿烂的易学文明。在之后的几千年内，易学不断得到充实、发展、完善、壮大。同时，由于易学的抽象特点，使得人们难以理解和接受，使易学的发展经历了无数的波折磨难，尤其是在西方科学（现学）诞生之后，东方科学（易学）更加走向了没落衰微。近些年情况略有好转，易学著作大量面市，易学逐渐受到人们的重视。但是情况还是不容乐观，人们研究易学从来是从人文科学的角度进行的，放在社会科学和生命科学的领域，从来没有从物理学等自然科学的角度开展工作，从事自然科学的人是不会或者耻于涉足这些“迷信、封建、反科学、伪科学的东西”的。他们宁愿对客观实在的易学现象视而不见，而不愿去接受这些客观事实，不愿努力去揭开这些客观现象的本质奥秘。

易经科学又名易学、易经、易，是关于易这种物质的学问，是由周易、中医、气功、武功、炼丹、风水、算命、看相、姓名、解梦、易卜（奇门、六壬、斗数、时课、梅花易、纳甲易、测字、占卜）、宗教、符咒、文史、兵法、术数、法术、星占、巫术、诸子百家等多门易学学科组成的庞大的科学体系，在易学科普名著《西游记》中大多有所介绍。易学的知识、著作、代表人物在历代史书古籍文献里都有记载。相传学了易学就能够无所不知，就能够知道天上、地下、人间三界和过去、现在、未来三世事物（就是所有时空的一切事物），都变成了洞晓天机的活神仙。

易学是经过数千年漫长而广泛的易学应用社会实践活动严格检验证明的，是实用有效的科学真理。易学知识对人们认识世界改造世界，对人们提高自我都是很有用的。事实表明：中医能诊治疾病、气功能全面养生、武功能健体强身提高抵抗环境的能力、风水能影响命运（身心健康和思想行为）、算命看相能了解命运把握人生动态从而趋吉避凶、易卜能了解事物的发展变化情况，这些都是有大量的实例证明的，其科学真理性是不容质疑的。易学（尤其是易卜）做不到百分百准确，问题不在于易学的理论和技术本身，而在于用易的人学艺不精或用心不专。无论做什么事都要用心，只有认真学习认真应用才可能成功，对于易学尤其如此，因为易学是关于时空的学问，时空变迁不再，往往很难重复实验同一件事（这是同现学对象根本不同的），讲究的是“心诚则灵且必灵，心不诚则不灵且必不灵”。

我们要用唯物论的和科学的态度对待易学现象。易学至今不能登上大雅之堂，不能在神圣的科学殿堂里占有一席之位，一个决定性的原因就是因为人们普遍认为易学不是科学的东西。大量的事实证明，只靠用易实例证明易学的科学真理性是远远不够的，是难以令人信服的，只有把易学的道理讲明白了，人们才有可能广泛地去认识她接受她，学习她应用她，让她为人类服务。这就是本文的写作目的。本文从物理学角度阐明了易学的科学本质和物理学原理，掀开了蒙在易学头上的神秘面纱，揭开了易学的千年奥秘，为弘扬易学文化扫清了理论障碍，对易学的传播、发展、壮大具有十分重大的现实意义和历史意义。

现代人用观测实验的科研方法发现和认识了各种实物创立了现代科学，几千年前的中华古人则是利用悟道这种特殊的科研方法发现和认识了易这种物质创立了易学体系，易学是中华古人利用悟道的科研方法创立的科学体系。。什么是悟道？悟道就是应用气功修炼的方法开发出来的生命潜能（特异功能、经络穴位功能）的应用，是经络穴位功能的开发和应用，是一种利用经络穴位去感知宇宙中六气（易）信息的方法。不同的是，思想是常人平常的思维活动，感悟（灵感、顿悟、悟性）是常人进入气功态后才能突然出现的生命潜能，而且往往是一瞬即失不可复寻的，而悟道是练气功有大成就的得道高人必然具备的生命功能的应用，是随心所欲就能出现的生命功能。有些人具有平常人所没有的特异功能，他们有的可以利用心灵感应交流信息，有的可以预感到未来事物的发生，有的可以知道过去的事情……通过气功修炼，可以进入无我的入定状态，这个时候就能够感知到宇宙间的各种气信息─—六气信息，在《镜花缘》一书里对气功入定现象有精彩的描述。当练气功有大的成就后，就是得道高人、神仙，他们可以随心所欲地感应到六气信息。

中华古人利用悟道的方法感知六气信息，并以六气阐述一切，形成了易学。易学的理论很杂，内容涉及到所有时空的一切事物，但是其基础理论就是精气神、经络穴位、阴阳五行三大理论体系，分别阐明了气的来源演化、现象分布、运动作用规律及其性能应用等问题。至今为止还没有人能够明白这些理论名词的意思，即其所代表的物理学含义和科学本质。

炁学（炁体科学）将宇宙物质（哲学物质、广义物质）分为炁粒、炁流、炁体共三类炁体物质（三炁），炁粒为实物，炁流和炁体为虚物，炁体为静止的虚物，炁流为流动的虚物，就是能量、能、力。三炁的关系就象冰雪、流水、静水这三类水物质的关系一样。实物是质点物质，是看得见、摸得着、有形质的物质，构成了实物世界，形成了实物现象（物理化学现象、看得见摸得着的自然现象），经常又叫做物体、实体、物质、物，其实是狭义物质。实物有固液气体三种物态（包括等离子态和中子态），分为生物和非生物二类。实物都是由量子（核子和电子）构成的，量子原子分子物体（固液气体、生物和非生物）。虚物是没有质点的物质，是非质点物质，是看不见、摸不着、无形质的物质，命名为炁体，英文名字为jies，简称为炁，规定炁读jì以区别于易学的炁字（音义同气）。虚物构成了虚物世界，形成了虚物现象，例如：易学现象（中医、气功、武功、风水、易卜、精气神、经络穴位、阴阳五行、金丹）、生命现象（特异功能、灵魂、心灵感应、生物能、智能、返老还童）、哲学现象（生产力、生产关系、阶级等社会现象，以及意识、哲学物质、矛盾、运动）、自然现象（场能、能量、时间、空间）。虚物炁体是存在于真空里的物质─—太空是纯净炁体的海洋（纯炁海），大气是受到气体分子和尘埃物质污染了的脏炁海，在物体中除了量子之外都是炁体（电磁场物质）─—易学把虚物叫做虚、无、无有、气、风水，就是经络穴位里的物质，把虚物占据的空间叫做经络穴位、风水宝地。将实物炁粒研磨到质点（粒子）消失时就变成了没有质点的虚物炁体。由此推知，炁体凝聚成炁粒，炁粒还原为炁体。炁体生成炁粒的具体过程是：炁体炁子量子原子分子物体。从量子到物体在现学里已经揭示了，这里主要讲炁子。现代科学的研究成果证明，任何炁粒都在产生炁流─—引力能和斥力能（辐射能），在易学里叫做阴阳二气。易学指出：精生气。能量的本质为炁流，是炁粒吞吐炁体引起的炁体流动现象。炁子是特殊形态的炁流，是电场和磁场（阴阳二气，引力能和斥力能）的对冲状态物，易学里叫做冲气、太极、一，现学里叫做电磁场、化学健、结合能、内能。炁子是组成实物的主要物质─—除了量子（核子和电子）之外都是炁子。炁子形成了非生物的经络，炁体形成了生物的经络穴位。经络是炁流的通道，是联系一切事物的纽带。炁流总是在经络中流动的，是宇宙的动力源泉，在生物体内称为生物能。三炁物质不停地相互转化相互作用，形成了永动不息的物质世界，形成了宇宙间的一切事物和一切现象。

易学就是关于易（气）这种物质的学问。易学以气阐述一切，形成了精气神、经络穴位、阴阳五行三大理论，分别阐述了气的来源、现象、分布情况、阴阳五行性能和运动作用关系及其应用等问题。易学将物质分为精、气、神三物，分别对应于炁学的炁粒、炁流、炁体三炁物质。精气神三物的关系就象冰雪、流水、静水这三类水物质的关系一样，风水（虚物）和淡水有十分相似的现象。精就是实物，神和气为虚物，神为静止的虚物，气为流动的虚物。精又名有、形、象、器，气又名五行气、五行、五气、行气、炁、风、火，就是水木火土金这五种物质，神又名道、易、元气、真气、正气、内气，神气又合称为六气。易学指出：宇宙里共有六气，就是元气和五行气。对于气的起源，易学的精气神理论指出：“气生精，精生气，精生神。聚津成精，炼精化气，炼气化神，炼神还虚。无生有，有归无。万物生于无有。道生万物：道生一，一生二，二生三，三生万物。易生万物：易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦生万事万物”，这些理论又叫做六道轮回理论，是关于六道物质（道、一、二、三、万物、行气，即炁体、炁子、量子、原子、分子、能量）的学问，其实就是炁学的三炁演化规律的学问：炁体（道、易）炁子（一、太极、冲气）量子（二、两仪）原子（三、八卦）分子（万物，六十四卦），四象为离子物质（例如：Na+、Cl-、NH4+、OH-）。易学以气为手段对宇宙间的一切事物进行了气学分类，形成了易学。易学以阴阳二气阐述一切的科学方法论，同现学以引力和斥力（吸引与排斥、收缩与膨胀、矛盾）阐述一切的科学方法论在科学原理上是完全一致的。

上面已经讲了精气神理论和经络穴位理论的科学本质，下面讲阴阳五行理论的科学本质。

能量物质和能量的本质。人们根据能量现象已经认识到能量是一种物质，但是对能量这种物质和能量的本质还不清楚，能量是一种什么样的物质？能量物质和我们所认识的物体有什么不同呢？现学指出：“能量是守恒的，是无生无灭的，只可能相互转化”，但是易学并不这样认为，易学认为能量和其他物质一样是有生有灭的。易学的这种观点是完全符合辩证法哲学原理的：“一切具体的事物都是有生有灭的”，当然能量也不例外。易学指出：“精生气，气生精”，气就是炁流、能量、能、力。炁粒还原成炁体就不能生炁流了，炁流变成炁体也就不再是炁流了，这就象冰、水和水流的关系一样。我们已经知道，任何炁粒都在产生炁流，都在产生引力能和斥力能（辐射能），都在产生阴阳二气。能量的本质为炁流，是炁粒吞吐炁体使炁体流动的现象。炁粒为什么能够永不停息地生产炁流呢？从奇点理论可以知道，炁体是能级无限大的物质，当炁体变成炁粒时，炁粒的能级是一定的，由质能公式E＝mc2确定，其余能级（还是无限大的）使炁粒吞吐炁体形成炁流，换句话说，炁粒是以炁体作为能源，能永久地产生炁流能量的物质。这就涉及到一个永动机问题。按照现学理论，永动机是不可能存在的，因为产生能量就必须消耗能源，就必须补给能源。事实上永动现象到处都是，永动不是主观的或者超现实的东西。例如哲学指出：“世界上一切事物都是处在永远运动、变化中。运动是物质固有的根本属性。物质和运动不可分”，物理学指出：“整个自然界是由不断运动着的物质所组成，绝对静止的物质是不存在的。电这种物质也是在永不停息地运动着，根本不会有静止不动的电。组成一切物质的分子都在不停地作无规则运动。量子产生恒定的电场和磁场。原子中的电子在不停地绕原子核运动”，可见，永动是普遍存在的客观实在的自然现象和科学事实，只是我们还不知道物质永动的动力源泉是什么？还没有揭开物质永动的奥秘而已。现在揭示物质永动的科学原理如下：炁粒是以炁体为能源生产炁流的物质。宇宙里除了量子炁粒以外其余的都是虚物炁体（包括炁流和炁子），炁体以自由态（炁体和炁流）存在于太空、大气、经络穴位中，以结合态（量子和炁子）存在于实物物体中，因此炁粒实际是浸泡在炁体这个能源海里运动的。炁体这个能源无处不在，无须携带，也不会用完，故炁粒能永远生产炁流，能永动不止。炁体是唯一的理想能源，炁粒是永动机的雏形，永动机是完全可以制造出来的。

时空物质和时空的本质。时间、空间、意识、社会等都是客观存在的物质现象，根据哲学原理：“世界是物质的。物质的唯一特性是客观实在性”，世界上根本没有非物质的或超物质的东西存在，因此我们知道，这些东西都是物质的存在形式。我们已经认识了这些现象，但是还不知道这些现象的本质。形成这些现象的物质就是炁体。易学揭示了时空的本质。易学的本质为气学，是关于气的学问，是以气阐述一切的学问。易学以气为手段对宇宙间的各种事物进行了气学分类，形成了精气神、经络穴位、阴阳五行三大理论，分别阐明了气的来源、分布、演化、现象、性能和运动作用规律及其应用等问题。其中，阴阳五行理论由阴阳、五行、天干、地支、甲子、八卦六个理论组成，揭开了时间和空间的物质性本质问题。

何谓阴阳？炁学揭示了阴阳律的本质，阴阳理论就是关于引力和斥力的力学理论。研究揭示，阴阳是能流（力）的方向（引力和斥力）的易学术语，阴阳符号叫做爻，是代表引力和斥力的易学专用符号，阴阳理论是关于能流的方向的变化规律的学问。阴阳理论（阴阳律）就是哲学里讲的矛盾律（对立统一规律）。哲学已经揭示了矛盾律的普遍性、科学性、真理性。我们知道，任何质点物质都在进行吞吐炁体的活动，这一活动的结果是引起炁体的流动形成炁流，炁流就是能量、能流。这是能量的起源，是物质永动的动力源泉。质点吞吐炁体的能力和产生能流的性质（阴阳），和质点功率（内因）及外界条件（外因）二者紧密相关。换句话说，阴阳理论就是关于引力和斥力的力学理论。精生气，气的方向和大小为引力能和斥力能，用阴阳和五行表示。气流向精体为阴气为引力能，反之为阳气为斥力能（辐射能），用阴阳符号（爻，阴爻、阳爻－）表示。如图示：

何谓五行？现代物理学常识告诉我们，宇宙世界间有且只有场能、波动能、热能、光能、射线能共五类能量现象（形式）。其实我们的先人早在几千年前就知道了这一点，易学里说，万事万物都“不超乎五行之外”。五行就是水、木、火、土、金五气，分别是炁体的稳流、面流、紊流、线流、粒流这五类炁流形态，反映了炁流强度的大小，其特例为场能（电场、磁场、引力场）、波能（声波、超声波、电磁波）、热能、光能、射线能（量子流）这五类能量现象，其能级为（Hz）：声波？～105，电磁波105～1012，光1012～1016，射线1016～？，热能在热性光部分（红外光和热性可见光）。五行之水俗称风水、水气，就是场能物质。根据易学相对性原理，五行分类同样适用于实物（固、液、气体）界，此时的五行之水又指淡水及其水溶液。淡水和风水有类同的行为特征和功能，有相当吻合的类比性。风水就是空气中除了气体分子和尘埃之外的物质，即最近发现的非质点物质、能量物质炁体（在这里炁读jì不读qì）。易学指出：“水润下，木曲直，火炎上，土稼穑，金从革。土载四行，为万物之母”，反映了炁流的基本特征：场能水气象水润物一样湿润下去，波能木气既弯曲向旁边展开又向前面传播出去，热能火气是炎热者冲向前，光能土气能使作物生长（光合作用），射线能金气为量子流，是束缚成团的气物质，它能产生场能，光能具有其余四行能量的性能。这些都是已被现学证明了的科学真理。五行理论就是五行能流相互作用规律的学问。在这方面，现学的研究是很不够的。那么，在科技水平几乎为零的远古时代，我们的先人们是怎样认识五行能量及其作用规律的呢？他们所用的科研方法就是悟道，也就是气功修炼开发出来的特异功能（经络功能、第六感官功能）。

易学以阴阳五行（力的方向大小、引力斥力）这对能量范畴为手段，对天（日、月、星、辰诸天体）、人（生物）、地（地球，非生物）三界（三才）物质进行了能量学分类，并研究其能量作用规律，于是产生了天干、地支、甲子、八卦四大易理。其中，干支、甲子、八卦分别是对空间、时间、质点物质的分类，相应理论就是关于其能流相互作用规律的学问。

天干、地支是天地二气（日月星辰和地球产生之气─—引力能和斥力能）的干扰、支配作用，反映了天地二气的来源和阴阳五行性能，是对空间性能（阴阳五行）的划分。天干是“来自天体的能流的干扰作用”之意，天干符号代表了天体能流的性质（方向大小，阴阳五行），天干理论反映了天体能流间的相互影响作用关系和规律。天干作用如太阳的光热、太阳风、太阳引力等能量作用、月亮引力作用（引起潮汐和月经现象）、群星引起的年候差异等，天干引起疾病的问题在中医里有深刻的认识和论述。地支是“来自地球的能流的支配作用”之意，地支符号代表了地球的能流性质（方向大小，阴阳五行），地支理论反映了地球能流间的相互影响作用关系和规律。地支作用如地球引力、地理、气候、环境、地磁、地热等辐射。我们知道空气质量对生命是至关重要的，也是地气作用的结果。天干作用是间接的，地支作用是直接的，地支比天干作用力大得多，故易学上多用地支少用天干。

甲子是时间的代表符号，叫甲子历、干支历，是对时间性能（阴阳五行）的划分。年、月、日、时四柱分别代表了太阳、地球、月球、地上某点（物）在银河系内的宇宙空间位置（日轨、地轨、月轨、物轨），反映了银河系内星辰、日、月、地四天体产生之气（星气、日气、月气、地气）的运动作用规律，反映了天干地支二股能流的相互影响作用关系和所产生的总体效应。

可见，干支和甲子理论揭示了时空的物质性本质（气）和统一性原理（干支结合成甲子，时间反映了空间的变化规律），反映了时空的运动作用规律和时空对其他事物的影响作用规律（阴阳五行理论），揭示了事物普遍联系性这一哲学原理的物理学本质（经络是联系一切事物的纽带，气是联系一切事物的动力物质）。易学时空是物质的时空，具有能量性质，很显然比现学时空观（牛顿时空观和相对论时空观）更加接近时空真理。易学的时间概念是全息的，它反映了时间、空间、能流性质及其相互关系等内容。所以甲子历的时间功能是其他计时技术不具备的，重要的是，甲子历是没有误差的最科学的计时系统，而其他计时方法是有误差的。甲子计时系统具有很高的应用价值和科学价值，从中可以知道很多信息。甲子时间信息在中医上广泛应用，子午流注法、点穴术都有应用。这就是易学的高明之处。永远不会有误差，是最精确最科学的计时系统。干支历记录了地球在星系天体中的相对位置，反映了天体对地球的影响效应，它含有三才要素（时间、地点和地星关系），是全息计时系统。甲子历年的起点是春分（1月4日），月的起点是当月的节气起点（在每月的4~9号之间），日的起点是子时（夜里11点钟，也就是地球正背太阳的时候。以中午太阳最高时刻为午时，相对的子时为日和时的起点），时的起点是单数点（如1、3、5、7、9点钟）。年柱反映的是星气变化规律，其实主要就是太阳系内其他八大行星的运动规律，因为在银河系内的其他星球天体的位置是比较稳定的，它们产生的阴阳五行之气也是比较稳定的，其变化规律由三元（上元、中元、下元）甲子理论揭示。干支历以太阳系九大行星中的五行星（木火土金水五星）和太阳共六星连成一线的时刻为太阳钟的起点，计为上元甲子年甲子月甲子日甲子时，以后每60年为一元，上、中、下三元共180年为一周期。如图示：

现代物理学常识告诉我们，能稳定存在，可以用容器装起来的质点物质是分子离子物质，也就是固、液、气体等实物。双原子分子是能稳定存在的最小的物质形态，单原子是不能单独稳定存在的，否则会变成离子和量子，原子只有变成离子才能单独存在，量子只能以射线形式存在。根据炁学理论，原子是由阴阳量子和层间的电磁场物质结构而成的，用易学物质结构理论表述为，原子三才质点是由阴阳两仪质点和太极物质构成的。这一理论同样适用于原子构成分子万物（固、液、气体实物）的情况，如图三所示。

实物质点是三才物质，是组子。八卦是对组子性能（阴阳五行）的划分。组子是由阴子、阳子、炁子共三类基子物质组成的，例如：阴阳量子构成原子，阴阳原子构成分子，阴阳分子构成物体，在结构体内是电磁场（炁子）物质。每一子都在产生阴阳二气（引力能和斥力能），都有阴阳二态（外界条件会引起三才阴阳性质发生变化），三子共有八类组子，用阴阳符号（爻）表示即为八卦符号，其命名为八卦卦名，此即八卦万物类象的来源和物理意义。很显然，八卦代表了所有组子的阴阳五行性能（合力的方向和大小），所有实物都可以用八卦进行分类。八卦的三爻是构成事物的三大要素的代号，这是八卦三爻的物理意义。三大要素构成了一件完整的事物，所以八卦携带了相应事物的所有信息，反映了事物的性质、功能等完整的内容，参见《八卦万物类象》，这是易经卜技术的信息来源之一。可见八卦是全息信息库。

八卦产生之气叫做卦气，卦气使组子两两相互作用，共有六十四种作用关系，这就是六十四卦，代表了所有八卦质点之间的两两作用关系。八卦理论是关于八卦质点的阴阳五行性能和相互作用规律的学问，就是八卦力学理论。上下卦位反映了两卦质点之间力的相对大小关系。这就是六十四卦的来源和物理学含义。《周易》经文（理论）就是关于八卦的性能及其应用的学问。八卦代表了质点的时间、空间和能流性质（阴阳五行）三才信息，是全息信息体系。八卦分类理论和化学的原子分类理论是一致的：三爻对原子的三层结构（核子、电子、炁子），八卦对八族元素，六爻对六个稳定周期（第七周期都是不稳定的放射性元素），六十四卦对六十四类元素性质（六十三类稳定元素性质，放射性元素为一类性质，第八副族同周期三个元素同一性质）。八卦重迭成六十四卦，原子结合成分子万物。

可见，易学是以一（力、气）概万、包罗万象的学问，只用力学原理（引力和斥力）去阐述所有事物关系和现象，这一点和辩证唯物主义哲学原理是一致的，后者只用矛盾这一哲学范畴去阐述所有事物的内在本质和外在现象。这两种方法论远隔几千年竟不谋而合，这是中西方思想文化的交合点，只是易学的方法论更为科学，易理和易术合二为一，这是现学所没有的功能。阴阳、五行、天干、地支、甲子和八卦理论是对事物进行分类的理论，是宇宙六大全息信息库。它全面概括了宇宙事物的所有关系，把天时、地利和人和三类因素都包含全尽了。学过周易预测术的同志就能够充分体会到以上易经信息的准确性、全面性和炁体作为预测媒介的实在性，它可以预测任何事物。易经科学只用了37个信息元（8个卦，10个天干，12个地支，阴阳2，五行5，共37个），就把宇宙间所有事物表达清楚了，这是多么伟大渊博的思想啊！面对古人创立的易经科学及其所包含的精深智慧真是让我们惭愧啊！神奇的中医、神奇的气功、神奇的易卜术无不显示易学的巨大威力。今天，炁体的发现必将把易学和现代科学结合起来形成炁学，使科学如虎添翼，促进科学的进步，必将彻底改变人类的面貌。

易学是能量科学，是关于能量问题的学问，它从能量观点认识物质世界。易学把能量叫做气、炁、阴阳五行。由于气只有六类（元气和五行气合称为六气），六气都是能够用人的感官感知的，尤其是可以用第六感官经络穴位感知，而经络穴位功能可以用气功修炼的方法开发出来。因此古人能够用悟道这一特殊的科研方法完成了能量学的研究工作，并加以广泛应用，而无须借助任何仪器设备。根据能量的运动作用规律，我们就可以了解能量运动作用的具体过程和结果，这就是为什么易学具有“上知天文，下知地理，中晓人事鬼神。前知五千年，后知五千年”的无所不知的占卜功能的科学原理。但是很显然，由于易学没有深入研究实物精体，因此对精体的认识是很不够具体的，也就无法加以生产和应用，造成了科技不能够发达的状态，这是易学的局限性。也就是说，易学从根本上无法创造物质文明。

流体力学现象例3

中图分类号：O351.1 文献标识码：A

0 引言

流体力学的研究方法：理论分析法，实验研究法，数值计算法。人类在认识自然规律的时候，总是有简单到复杂，由浅入深，需要具体的实验去验证，也要有理论指导。对于流体力学，它不仅是一门新兴的学科，而且这是一门经验性比强的学科，需要建立在大量统计分析的基础上的。对于刚刚接触流体力学的学生，更应该通过生动形象，现象明显的实验来让其更多了解流体力学的特点，激发其学习和探索的兴趣。在我们这所查阅的资料中，暂时还没有找到和我们作品相类似的实验仪器。在现有的《流体力学》课程实验中，还没有可以直接观察粘性流体中物体的运动情况的实验仪器。本项目团队是在参加江苏大学第一届“头脑风暴”―流体力学模型制作大赛的基础上，运用所学的流体力学、自动控制原理、电工电子、材料力学等知识，通过进一步完善实验模型装置，改进测试手段，本项目最终的实验装置完全可以作为《流体力学》课程的实验教学仪器加以推广应用。

1 实验装置设计

1.1 装置原理简述

通过前面的简单描述，可以了解到，在静止的水中运动的圆球会因为受到流动阻力的作用而会作不同于理想条件下的运动，换句话说，在不考虑阻力的情况下，对于不同的圆球（单位体积所受浮力相同），都会作加速度不变的运动，而在真实条件下，情况就不再是这样，这是由于不同的圆球所受到的阻力对其加速度的影响将是不同的。在该实验中，流体选用的是水，而使用的圆球密度相同而直径不同（这样，圆球运动加速度的不同就只是来自于阻力的影响，这从上面的等式亦能看出），这些选择将能够使操作简单，并且实验现象易于观察。

为了进一步说明隐式格式在计算稳定性上的优越性，通过增大时间步长，发现在其达到 = 1 s时，结果依然表现出良好的稳定性，但是必须注意的是，利用在较大的时间步长下算得的结果所作出的变化曲线变得越来越不光滑（如图5所示），以致无法正确反映出铁球下落速度的变化规律，这可能会引起不必要的误解。因此，在利用隐式求解时，采用合适的时间步长有助于较好的将物理过程显示出来。

1.3 实际实验装置的制作

实际情况下，实验是在实验仪器中完成的，而实验容器中的流体不能保证是完全静止，为了减小容器中流体流动对小球运动的影响，并且考虑到流体压力对容器的影响和经济因素等，利用有机玻璃管来制作实验仪器是比较合理的（如图8）。

用玻璃胶把150有机玻璃管和玻璃板粘合好，不可留有缝隙，也不可使胶面过薄，以防水压过大漏水；向玻璃管中注入流体大概到120cm处；待容器中的水流动趋于静止时，把材质相同，密度相同，大小不同的两个小球同时放入管中，观察现象。为了使实验结果更有普遍性和说服力，容器内可以更换不同粘度流体，小球也可以使用不同材料。

2 实验结果及分析

为了使研究结论更为准确我们下面再用材料不同的小球在相同流体中实验，来验证流体粘性对固体运动加速度的影响。

3 结论

（1）实验现象告诉我们，在相同的流体中，材料相同但尺寸不同的小球同时下落，小球先落地，这充分说明流体中运动的物体因为粘性而与中理想运动状况下大大不同。（2）通过不同材料小球的实验现象及数据研究，表明了影响固体在流体中运动加速的因素除了流体具有粘性外，该有小球的尺寸和物理性质。（3）通过实验能让初学者直接观察粘性流体中物体的运动，也可以初步分析和研究固体在流体中的运动情况，所以次试验仪器有其实用性。

参考文献

[1] 罗惕乾.流体力学.北京：机械工业出版社，2011.

流体力学现象例4

2.知道磁场的基本特征，了解地球的磁场。

3.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响，关注磁现象在生活和生产中的应用。

4.知道磁极和磁极之间，磁极与电流之间，电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的。

【教学重点、难点】

重点：电流的磁效应和磁场概念的形成。

难点：磁场的物质性和基本性质。

【教学方法】

利用演示实验，结合多媒体教学，使学生首先在感官上感知磁场的存在、磁场对磁极作用的存在，以及磁场对电流作用的存在。

【课前准备】

教学仪器及多媒体。

条形磁铁、蹄形磁铁、铁架台、线圈、干电池、直导线、大磁针、小磁针若干、PPT多媒体课件、实物投影仪、视频片段等。

【教学过程】

一、导入新课

（变魔术）准备一个透明的塑料杯、两个开心果，其中一个带有小铁环，手上戴一个有磁性的戒指。演示让开心果从杯子外进入杯子里。

（多媒体展示）

郑和下西洋时，在茫茫的大海上，是如何确定方向的呢？

学生回答：指南针。

继续提问：指南针是根据什么制成的呢？

1.初中学过自然界的磁体共有几个磁极？

学生回答:磁体有两个磁体：南极S，北极N。

2.磁体间相互作用力是怎样的?

学生回答：同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。

3.两个不直接接触的磁极之间是通过什么发生相互作用的？

学生回答：磁场。

二、推进新课

通过多媒体介绍人类对磁现象的认识过程，我国古代对磁现象的研究，早在春秋战国时期就有了磁石的记载，指南针是我国古代的四大发明之一。

1.概念：

（1）永磁体：天然磁体和人造磁体。

（2）磁性：能够吸引铁质物体的性质。

（3）磁极：磁性最强的区域。

（4）磁化、退磁。

2.通过演示实验（磁极之间的相互作用、磁铁对铁钉的吸引）和生活生产中涉及的磁体（喇叭、磁盘、磁带、磁卡、电流表）来生动形象地认识磁形象。

3.提出问题：磁极之间的相互作用与电荷之间的相互作用是非常相似的，那么电现象和磁形象之间是否存在某种联系？

大屏幕展示：1731年，一名英国商人发现：雷电过后，他的一箱刀叉竟具有磁性；1751年，富兰克林发现莱顿瓶放电使缝衣针磁化；伟大的物理学家奥斯特相信：像电与热、电与光之间存在联系一样，电与磁之间也应该存在着联系。

简介奥斯特生平。

演示奥斯特实验：让学生直观认识电流的磁效应。做实验时可以分为四种情形观察并记录现象：水平电流在小磁针的正上方时，让电流分别由南向北和由北向南流，水平电流在小磁针的正下方时，让电流分别由南向北和由北向南流，让学生观察现象，认真思考。

总结与归纳：电流能产生磁场。

通过了解奥斯特的事迹，提示学生在学习和生活中要做有心人，要有锲而不舍的探究学习精神。

4.提出问题：磁体对电流有什么样的作用力？通过什么物质实现的？

通过器材演示：通有电流的直导线会在磁体间受到磁体力的作用，这种力叫安培力，是通过磁场实现的。

磁场的基本性质：磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用。磁场具有物质性。

演示磁现象在日常生活中的应用，并揭秘开始时魔术的秘密。

教育短片：讲述地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场，是地磁场。

流体力学现象例5

一、前言

随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展，多媒体教学已被高等院校广泛采用，并深受广大师生的欢迎。因此，利用多媒体教学手段开发学习资源，构建新的教学模式，达到最佳教学效果，成为国内外提高教学质量、改革教学方式的重要手段。

本文通过工程流体力学教学实践，探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合，活跃课堂气氛，提高学生学习的积极性和主动性。达到优化教学效果的目标。

二、传统教学模式的利与弊

传统教学模式历史悠久，教育理论成熟，已经积累了丰富的经验。在传统教学中，通过教师的形象、生动的讲述，学生易于接受，师生之间可以面对面地探讨疑难问题。对于工程流体力学而言，教学内容不可避免地会涉及到数学公式的推导，传统的板书教学方式即可以留给学生更多的思考时间，同时又可以加深学生对公式推导过程的理解，加强记忆。然而传统式教学主要依靠粉笔与黑板的教学条件，是以教师为主体的教学模式，从而大大降低了教学效率，也扼杀了学生个性的发挥和创意的产生。

三、多媒体教学的特点

多媒体教学以其鲜明的教学特点，丰富的教学内容，形象生动的教学情景，在教学过程中发挥了重要的作用:

第一，激发学习兴趣，有利于提高课堂效率。兴趣是学生获取知识、拓宽视野、丰富心理活动最主要的推动力。多媒体技术综合应用文字、图片、动画和视频等资料来进行教学活动，激发学生的学习兴趣，从根本上改变了传统教学模式的单调性。而且多媒体教学可以充分发挥学生听觉、视觉等器官对信息的接收，对学生的眼、耳等器官进行多重刺激，从而活跃学生的思维，增强学生记忆力，提高课堂效率。第二，直观、易懂，有利于提高教学质量。流体力学是从力学的观点出发，主要研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学，在日常生活和各种工程实际中具有广泛的应用领域，是动力工程和流体机械专业一门重要的专业基础课。与固体的运动规律相比，流体在运动过程中存在诸如激波、接触面间断、两相流体之间相互掺混等复杂现象。 多媒体教学手段能够通过图片、动画和视频资料等直观、清晰地观看复杂的流动现象，使学生较容易地掌握相关内容，提高教学质量。第三，增加教学容量，节约空间和时间。工程流体力学研究内容较多，涉及范围较广，在有限的课时内传授给学生的信息量较大。传统教学中知识的传播主要靠教师的口授与黑板板书，在一定程度上限制了课堂信息的含量，多媒体教学充分地利用了电脑能够存贮大量信息的优势，授课的信息量明显增多，教学内容更加丰富，使学生在有限的时间内接收更多的知识，开阔了学生视野，增加课堂知识的容量，提高了教学的效率。

四、多媒体教学手段与传统教学方式相结合

多媒体教学的发展并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段，而是将多媒体教学与传统教学方式相结合，扬长避短，发挥各自的优势，更好地服务于教学工作。

工程流体力学教学内容主要包括两大部分，理论教学和流体力学实验教学。

工程流体力学理论教学部分包含大量流体力学的基本概念、基本方程和一些复杂的流动现象。例如在教学过程中，流体静力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书，这样既可以留给学生足够的思考时间，又可以加深学生对公式推导过程的理解，加强学生的记忆能力。而对于某些基本概念和特定的流动现象，可以通过多媒体教学手段，加深学生对基本概念和流动现象的理解。

流体力学实验是流体力学教学中的重要组成部分之一，贯穿于课程始终。现行流体力学教学实验多为验证性实验，实验方法单一，同时，还受实验老师较少、实验课时有限以及设备等多种因素的影响，学生选择的范围极小，在很大程度上制约了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力，不能很好地达到流体力学实验教学的要求。然而引入多媒体教学手段以后，学生可以灵活地改变实验条件，演示各种实验现象。

流体力学现象例6

流体力学的研究对象包括液体和气体两大物质形态，流体力学的基本任务是建立描述流体运动的基本方程，确定流体经各种通道及绕流不同物体时速度、压强的分布规律，探求能量转换及各种损失的计算方法，并解决流体与限制其流动的固体壁之间的相互作用问题。[1]在实际工程的许多领域里，流体力学一直起着十分重要的作用。无论是水利工程、动力工程、航空工程，还是化学工程、机械工程等都在日益广泛地应用着流体力学。就某种意义而言，也正是在流体力学的研究工作不断取得成就的前提下，才促进了这些工程领域的大力发展。工程流体力学是在阐述流体力学的基本理论的基础上，重点阐述和研究流体力学在工程上的应用，工程流体力学广泛应用于动力、水利、机械、化工、石油、土建、冶金、航空、航海、气象、环境等众多领域，是这些领域相关专业的主干技术基础课程。

一、教材与教学内容选取

“工程流体力学”教材种类繁多，[2]但是目前为止还没有一本针对能源类本科成人教育《工程流体力学》教材，笔者通过对多种教材的研读，以及往年成教上课的经验，根据各教材所涵盖的基本理论，及描述流体特性表达式推导过程的深度和难度、教材内容的广度，最终选用杨建国等人编著的《工程流体力学》（北京大学出版社，2010年1月第1版）作为成教热能专业的临时教材。wWW.133229.COm

“工程流体力学”的内容繁杂、学科综合性强，流体力学内容很抽象，偏微分方程几乎贯穿全部课程。流体力学欧拉方法的思路与物理及其他力学不同，学生理解、掌握起来有困难。[3]鉴于成人教育对象数学基础和力学基础相对薄弱的特点，在授课中应尽量避免大量的数学公式的推导和微元的受力分析，把第七章相似原理与量纲分析作为自学内容，在讲解动量定理、动能定理和质量守恒定理时，把输运定理作为主要的公式推导工具，着重强调基本概念和基本原理的学习和掌握。

二、授课目标及教学方法

1.明确教育目标的职业性和教育内容的实用性

成人教育是以提高社会从业人员的履职能力和适应职业变化能力为目标的教育，其教育内容与职业需求联系紧密，以补充、改善成人的职业知识和技能为目的，实用性较强。[4]

对于成人教育一定要明确教育目标的特点，做到有的放矢，才能起到事半功倍的效果。成人教育对象（以下称为“成人”学生）的特点可以归结为以下几点：

第一，“成人”学生职业性强；

第二，“成人”学生都有固定的工作岗位，有着丰富的实践经验，在某些方面的认识和能力要强于授课老师；

第三，“成人”学生专业基础课，例如数学和物理等的基础知识比较薄弱，很难理解深度较高、难以理解的原理和公式推导；

第四，“成人”学生渴望获取知识，尤其是能帮助其解释工作中遇到的实际问题的理论知识；

第五，“成人”学生一般工作繁重，上课时间一般是挤出来的，因此课堂授课的效率尤为重要；

第六，“成人”学生学习目的性很强，对于不相关的内容很少去涉猎，因此造成了知识面相对狭窄，从而增加了授课的难度；

第七，“成人”学生的自主学习能力强，这跟现在在校大学生的自主学习能力差形成了鲜明的对比。

因此，要时刻谨记以上七条“成人”学生的特点，在教学中要时刻把握住“成人”学生的职业性，并注意授课内容的实用性。在教学学时有限的情况下，在提高教育目标理论水平基础上，使其掌握并能运用这些理论分析在生产实践中遇到的各种实际问题，提高预判生产中出现重大问题的能力，对于某些技术人员，应使其具备流体设备及机械系统和装置的设计、运行管理的工程技术能力。技术人员经过理论知识的强化学习，再加上自身实践经验，最终可成为基础扎实、知识面宽、有较强实践能力和创新意识的复合型人才。

如何增强授课内容的实用性是授课的关键问题之一，因为授课对象是能源类“成人”学生，因此笔者认为授课内容应该结合世界目前面临的重大问题：能源危机和环境污染，也就是国家的重大政策——节能减排。当今世界能源越来越紧张，污染越来越严重，而且世界的大气污染形势和应对政策一直在变化，因此在授课中适度加入相关节能减排的内容，使“成人”学生了解世界，尤其是我国大气污染的严峻性，树立节能环保意识。增加我国最新政策和法规的讲解，如“十一五”期间的烟气脱硫；在“十二五”期间，我国将对氮氧化物进行总量控制等，以及解决这些问题所用到的必备知识之一就是流体力学。例如要想取得好的脱硫除氮的效果，就要把握烟气的流动，研究烟气流动正是流体力学的责任。我国的科技水平迅速提高，需要让学生了解污染物控制的发展趋势，如哪些理论问题仍需深入研究，哪些技术是当今热点，使“成人”学生在未来的学习研究和工作中容易找准方向。就笔者以往的授课经验，“成人”学生大多为热能专业的学生，而且大多来自发电厂或与发电厂相关的单位，他们对烟气脱硫设备比较熟悉，有可能在今后的工作中参与脱硫塔设计或运行，因此将该部分作为本课程的一个重点。通过大量图片、动画和视频讲解各种常用烟气脱硫中气体流动的特点，加入影响脱硫效果的设计思路和方法，主要是讲解烟气流动的流场、流线、流型的相关概念及理论，使“成人”学生系统掌握烟气脱硫技术中流体力学的作用。

总之，授课内容的实用性是教学的关键问题之一，授课内容实用“成人”学生才爱听，效果才好。

2.教学手段和教学方法

（1）加强理论知识的讲授。成人教育的对象多数为参加工作多年和未受过正规高等教育的成年人，即“成人”学生，他们又有着丰富的实践经验。“成人”学生虽然专业经验丰富，但是专业理论相对薄弱，尤其是专业基础知识比较薄弱，用现在本科教育的术语讲，就是专业基础课不过关。从笔者实际函授授课的经验来看，“成人”学生专业基础课尤以高等数学的基础最为薄弱，然而流体力学的主要工具就是数学。

因此，要加强理论知识的讲授，对一些概念和基本理论要细讲精讲，为了提高他们的理解和记忆，在授课中多用一些现实生活中生动形象的实例，并加入一些图片和视频。例如在讲授流体的概念时，可以用“给他一点阳光他就灿烂，给他一点山花他就烂漫”这样朗朗上口的词句来形象说明流体的流动性；在讲授流线和迹线时，可以引用唐代大诗人王维写下的千古流传的名句“大漠孤烟直，长河落日圆”来形象地说明迹线的概念。这样既提高了学生的学习兴趣又加深了印象。此外，还可以在授课中适当插入一些图片和视频，来激发他们学习的兴趣。

（2）采用导学+启发式方法授课。实行“导学式”教学模式。即，贯彻“学生为主体、教师为主导”的教学理念，[5]在教学中实行启发式教学，充分发挥现代教育技术在提高教学效率和教学质量方面的重要作用。凭作者多年的授课经验可知，单纯采用教师讲、学生听的课堂教学模式，即使加入大量实例，教学效果仍然较差，所以讲授中进行启发互动式教学。所谓互动式教学，是在教学中教与学双方交流、沟通、协商、探讨，在彼此平等、彼此倾听、彼此接纳、彼此坦诚的基础上，通过理性说服甚至辩论，不同观点碰撞交融，激发教学双方的主动性，拓展创造性思维，以达到提高教学效果的一种教学方式。这种讲课的方式，不是老师一个人讲，而是启发学生思考。[6]

“工程流体力学”基础理论讲解比较枯燥，为了提高教学效果，经常在课堂上提出问题和例题，鼓励学生积极回答，并展开讨论，激发学生的主观能动性，从而加深理解。在教学中要把握“成人”学生的独特特点：那就是有自己固定的工作岗位，有着丰富的工作经验，对设备的结构和运行了如指掌，对设备处于非常规运行时有自己的处理方法，但是为什么这么处理他们并不清楚。例如，笔者在宁夏灵武电厂进行调研时，一个空冷岛运行专工在说到如何预测和解决空冷机组夏季出力不足的问题时，他们的经验就是大量喷水，但是他们不知道造成此现象的原因，也不清楚最佳的喷水量，也不知道雾化质量的重要性。因此在授课中就要充分发挥“成人”学生实践经验丰富的特点，让他们提出问题，然后通过自学解决问题并把自己的内容在课堂上“讲授”，教师对结果加以评论，并指出这些方法的优缺点，提高学生的创新意识；接下来精讲教材中的理论知识以及补充内容，并配以图片、动画、视频，鼓励学生思考，进行可行性分析，指出它们的优势和缺陷，并再次简要讲解相关理论，使学生的短时记忆转化为长时记忆。

（3）考核方式。由于成人教育不同于一般高校，因此采用平时成绩、期末考试成绩各占一定比例的考核方式，最终合理地给出学生的期末总成绩。平时成绩包括学生考勤、课堂讲授和问题回答情况、课下作业尤其是资料搜集情况、实验等，对整个教学过程中表现突出的学生，提高他们的平时成绩。

三、实验教学

“工程流体力学”课程的理论性和实践性都比较强，很多理论知识需要通过实验去理解、消化。因此实验教学是提高学生对知识掌握情况的必备环节。

实验教学主要的目的是通过直观的现象来理解课本知识，本课程精心选择了如下五个实验。

1.伯努利方程实验

观察液体在管道中流动时能量守恒和转换的物理现象、测绘玻璃水管管路上测压管水头线及总水头线。

2.流速和流量的测定实验

了解文丘里流量计及毕托管的测速原理。

3.雷诺实验

观察各种流态、测定流态与雷诺数的关系、观察层流时管道断面流速分布。

4.沿程阻力损失实验

加深了解圆管层流和紊流的沿程阻力损失随平均流速变化的规律。

5.局部阻力损失实验

对圆管突扩局部阻力系数的经验公式和突缩局部阻力系数的经验公式进行实验验证与分析。

四、结语

针对热能与动力工程专业“成人”学生的特点，对“工程流体力学”的教学进行了探讨，使课程更适合“成人”学生的特点，扩大了他们的知识面，增强了其主动思考的能力，丰富、深化了“成人”学生的理论知识，也为成人“工程流体力学”教学探索出有益手段。在今后的教学过程中要进一步探索新的教学方法和手段，学习和借鉴优秀教师的教学成果，不断提高自身的综合素质和专业理论知识，立足学校特色优势，继续努力进行“工程流体力学”课程的建设和探索，以期积累更多的经验和取得更大的成绩。

参考文献：

[1]陈卓如,等.工程流体力学[m].北京:高等教学出版社,2006.

[2]杨建国,张兆营,等.工程流体力学[m].北京:北京大学出版社,2010.

[3孙恒朱,鸿梅,舒丹.“启发—联想式”教学方法在流体力学教学中的应用[j].中国电力教育.2010,(5).

流体力学现象例7

 

一、前言 

 

随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展,多媒体教学已被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。因此,利用多媒体教学手段开发学习资源,构建新的教学模式,达到最佳教学效果,成为国内外提高教学质量、改革教学方式的重要手段。 

本文通过工程流体力学教学实践,探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合,活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性和主动性。达到优化教学效果的目标。 

 

二、传统教学模式的利与弊 

 

传统教学模式历史悠久,教育理论成熟,已经积累了丰富的经验。在传统教学中,通过教师的形象、生动的讲述,学生易于接受,师生之间可以面对面地探讨疑难问题。对于工程流体力学而言,教学内容不可避免地会涉及到数学公式的推导,传统的板书教学方式即可以留给学生更多的思考时间,同时又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强记忆。然而传统式教学主要依靠粉笔与黑板的教学条件,是以教师为主体的教学模式,从而大大降低了教学效率,也扼杀了学生个性的发挥和创意的产生。 

 

三、多媒体教学的特点 

 

多媒体教学以其鲜明的教学特点,丰富的教学内容,形象生动的教学情景,在教学过程中发挥了重要的作用: 

第一,激发学习兴趣,有利于提高课堂效率。兴趣是学生获取知识、拓宽视野、丰富心理活动最主要的推动力。多媒体技术综合应用文字、图片、动画和视频等资料来进行教学活动,激发学生的学习兴趣,从根本上改变了传统教学模式的单调性。而且多媒体教学可以充分发挥学生听觉、视觉等器官对信息的接收,对学生的眼、耳等器官进行多重刺激,从而活跃学生的思维,增强学生记忆力,提高课堂效率。第二,直观、易懂,有利于提高教学质量。流体力学是从力学的观点出发,主要研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学,在日常生活和各种工程实际中具有广泛的应用领域,是动力工程和流体机械专业一门重要的专业基础课。与固体的运动规律相比,流体在运动过程中存在诸如激波、接触面间断、两相流体之间相互掺混等复杂现象。

多媒体教学手段能够通过图片、动画和视频资料等直观、清晰地观看复杂的流动现象,使学生较容易地掌握相关内容,提高教学质量。第三,增加教学容量,节约空间和时间。工程流体力学研究内容较多,涉及范围较广,在有限的课时内传授给学生的信息量较大。传统教学中知识的传播主要靠教师的口授与黑板板书,在一定程度上限制了课堂信息的含量,多媒体教学充分地利用了电脑能够存贮大量信息的优势,授课的信息量明显增多,教学内容更加丰富,使学生在有限的时间内接收更多的知识,开阔了学生视野,增加课堂知识的容量,提高了教学的效率。 

 

四、多媒体教学手段与传统教学方式相结合 

 

多媒体教学的发展并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段,而是将多媒体教学与传统教学方式相结合,扬长避短,发挥各自的优势,更好地服务于教学工作。 

工程流体力学教学内容主要包括两大部分,理论教学和流体力学实验教学。 

工程流体力学理论教学部分包含大量流体力学的基本概念、基本方程和一些复杂的流动现象。例如在教学过程中,流体静力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,这样既可以留给学生足够的思考时间,又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强学生的记忆能力。而对于某些基本概念和特定的流动现象,可以通过多媒体教学手段,加深学生对基本概念和流动现象的理解。 

流体力学实验是流体力学教学中的重要组成部分之一,贯穿于课程始终。现行流体力学教学实验多为验证性实验,实验方法单一,同时,还受实验老师较少、实验课时有限以及设备等多种因素的影响,学生选择的范围极小,在很大程度上制约了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力,不能很好地达到流体力学实验教学的要求。然而引入多媒体教学手段以后,学生可以灵活地改变实验条件,演示各种实验现象。 

 

流体力学现象例8

作者简介：尹雪梅（1979-），女，四川资中人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师；张文慧（1980-），女，河南焦作人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师。（河南郑州450002）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）10-0098-02

目前，郑州轻工业学院（以下简称“我院”）的制冷与低温工程专业已被评为部级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养，造就人才，有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。

“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，主要分为流体静力学和流体动力学，研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂，故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。[1]加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识，导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。[2]因此，迫切需要进行“流体力学”课程教学改革，使学生学好本门课程，提高课程教学质量，使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识，培养学生的综合分析应用能力和创新能力，全面提高专业素质。

分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状，发现存在以下主要问题：首先，“流体力学”理论性强，概念多而抽象，难以理解，学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识，学习兴趣不高；其次，课程中公式繁多，推导过程复杂，且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程，另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识，学生理解困难；另外，学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣，选择合适的教学模式组织教学，全面实现该课程教学目标，提高教学质量，是该课程教学亟待解决的问题。

一、改革教学方法

学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素，不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础，也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课，笔者结合自己的教学经验，认为可以从以下几方面着手。

1.激发学生学习兴趣

学生是学习的主体，而“流体力学”又是大家公认难学的课程，因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。

要提高学生学习“流体力学”的积极性，首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口，也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示，“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解，使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关，深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。[3]

教师在讲授一些理论知识之前，可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣，启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前，可以先问学生：在水中游得快还是在油中游得快？为什么？又如在描述流体运动有两种方式――拉格朗日法和欧拉法时，可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比，从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式，让学生带着问题去学习，让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事，由愿学到爱学再到乐学。实践表明：列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感，活跃课堂气氛，不仅可以吸引学生的注意力，激发学生学习的主观能动性，还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义，并且能加深学生对所学知识的理解和记忆，使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。

另外，还应充分利用多媒体，通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象，而不是停留在抽象层面，从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。

2.巧妙讲解公式

为了定量地描述流动现象和分析流动机理，需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要读懂数学，然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明，学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作，帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变，进一步建立起科学的思维方式。

“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式，这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识，特别是大量的偏微分方程，加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法，与物理及其他力学不同，学生的观念不易改变，而且推导过程复杂，学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性，对每个公式的每个推导细节都逐一介绍，推导过程将会枯燥无味，学生只会被弄得糊里糊涂，兴趣全无。而如果直接给出公式，让学生死记硬背，只能让学生不知其所以然，当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。

根据多年的教学经验，笔者认为：“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透，概念清楚了，公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义，只有真正理解了公式的物理意义，才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性，“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的，如伯努利方程就有多种形式（理想流体、实际流体、流体是否可压等），在具体运用时，要根据具体情况选用正确的形式。

3.充分利用作业

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了，接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。

首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题，这是“流体力学”学习过程的重要组成部分，解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程，课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。

然后再由教师通过习题课的方式，利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题，讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时，重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤，使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧，以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解，将物理问题与数学工具有机地结合起来，有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考，有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。

二、改革教学手段

多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点，丰富的教学内容，被高等院校广泛采用，并深受广大师生的欢迎。[4]

多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体，可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点，如拉格朗日和欧拉法的描述，流线与迹线、层流、湍流等，通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生，使其从感性认识开始建立清晰的物理概念，较容易地掌握相关内容，并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学，授课的信息量增多了，教学内容更丰富了，学生在有限的时间内接收的知识更多了，学生的学习兴趣提高了，学生的思路拓宽了，教学质量也提高了。

多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西，更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点，在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合，扬长避短，发挥各自的优势，为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象，可以通过多媒体教学，加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学，例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书，有利于学生集中注意力，让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间，又可加深学生对重要知识的理解，从而获得良好的教学效果。

三、 结束语

总之，高等教育教学改革，特别是专业课程的教学改革，是一个长期而艰巨的实践过程。“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，在教学中要根据学校的具体情况改革教学方法和教学手段，借助现代教育技术与手段，充分调动学生的学习兴趣，结合生活、生产、科研中的实际问题，进行深入浅出、生动活泼的讲解，揭示问题的本质，向学生传授治学方法，扩大学生的知识面，培养学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新精神，以取得更好的教学效果。

参考文献：

[1]王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建筑,2008,34(21).

流体力学现象例9

中图分类号：O35 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0199-02

流体力学是力学的一个重要分支，是流体机械专业重要的专业基础课，在航空、航天、航海、水利、机械等领域拥有广泛的应用，因此学生学好这门课对后续课程的学习以及日后从事相关研究工作非常重要。但流体力学不同于理论力学、材料力学等力学学科，流体力学研究对象比较抽象，通俗来讲就是研究对象看不见、摸不着，理论性强、数学表达式复杂非线性强，讲课好像有点空对空的感觉。一些关键概念比如雷诺输运定理、随流导数等学生理解起来比较困难，如果纯粹从数学角度开展教学，学生听起来比较枯燥、积极性不高、课堂互动性不强。为了提高教学效果，目前国内很多流体力学教学工作者已经探索了很多教学方式方法，比如哈尔滨工业大学的“流体力学的多尺度创新性实验课”[1]、南京航空航天大学的“流体力学设计性实验竞赛”[2]、北大通过结合重大事件与自主试验调动学生积极性、培养创新精神[3-4]等。

本人目前承担工程流体力学、实验流体力学、计算流体软件应用分析以及流体教学实验开发等与流体力学相关的教学工作并从事一定的科研工作，本人能从理论、实验、计算等不同层面并结合自己的科研工作对流体力学教学方式方法进行一些尝试，中心理念是站在学生的角度，从流动本质讲授，让抽象的知识具体化、形象化。该文将结合自己的教学经历谈几点这方面的体会。

1 赋予公式物理含义，让公式形象化、理论生活化

流体力学与学生在基础课学习阶段学习的大学物理、理论力学、材料力学中的力学在本质上是相同的，依然要满足牛顿第二定律，同时满足质量守恒定律、能量守恒定律，但在研究方法与研究对象方面存在很大的差异。流体力学所采用的研究方法主要是欧拉方法，研究对象是流场。流场是个空间概念，而质量守恒、动量守恒、能量守恒这三大守恒定律仅适用于流体质点或者流体质点组成的体系。这就需要把流场与质点或者体系两种研究对象、欧拉方法与拉格朗日方法两种研究方法联系起来，换句话讲就是如何用空间流场参数的分布与变化表示流体质点或者体系运动参数的变化，随流导数和雷诺输运定理就是建立这种关系的桥梁。随流导数在数学形式上是某种物理量对时间的全微分，从数学角度讲解学生没有任何异议，但这不代表学生理解了它的物理内涵。随流导数由当地导数与迁移导数构成，首先需要让学生明确随流导数对象是流体质点，三大守恒定律适用于它；当地导数与迁移导数针对流场，其中当地导数表征流场参数随时间变化，即流动是定常的还是非定常的，迁移导数表征流场参数空间分布均匀性，在此三大守恒定律不适用。下面的问题是让学生如何理解两者之间的关系。首先举个简单的例子，让学生从感性上认可这种关系，即可以用空间流场的变化与分布表示流体质点运动参数的变化。比如以教室里温度分布为例，夏天或者冬天开空调，教室里面温度分布不均。假定空调功率稳定，此时可以认为温度空间分布是稳定的。一个人在教室里面走动，感受到温度的变化，并且走动速度越受到的温度变化越快，这时人感受到的温度的变化是教室温度场分布均匀度与人走动速度两者的综合效应，这部分由温度空间分布不均导致，对应随流导数中的迁移导数。假如空调功率不稳，那教室里温度也不稳定，此时即便站在一个位置不动，也能够感受到温度的变化，这部分对应随流导数中的当地导数。假如人走在一个空调功率不稳定、温度空间分布不均匀的教室里，这时人感受到的温度变化就是以上两种作用的综合效应，对应随流导数，也就是质点温度对时间的变化率。人比拟到流场里面就是一个质点的角色，流体质点温度随时间的变化率可以用流场温度的空间分布与变化表征，即可以用流场的信息获得流体质点运动参数的变化。这样学生理解起来比较容易、比较具体，并且对公式的物理内涵理解也比较深刻。雷诺输运定理其实是随流导数的积分形式，这部分给学生讲透了，雷诺输运定理理解起来也就比较容易。随流导数、雷诺输运定理的理解非常重要，它是一种研究方法、思维方式的转变，是开展流体动力学研究的基础。

任何一个数学公式都有其物理含义，授课过程中要力争从学生理解的角度，从公式背后的物理含义与物理过程角度讲解，并辅以生活中的例子，让公式形象化、理论生活化。

2 开设自主创新实验，让问题具体化，提高学生积极性、提升学生综合能力

第一部分立足于学生对关键知识点的理解，这部分谈谈如何让学生带着兴趣去学习、创造性应用所学知识。

与理论相比，学生更喜欢自己动手去开展一些探索性试验。同时结合数值仿真让看不见摸不着的流场具体化、图像化，这对提高学生学习、探索、思考问题的积极性非常有益。在教学过程中可以给学生布置一些探讨性课题，让学生组成团队，独立从理论分析、数值仿真及试验验证方面开展课题研究，采用答辩的方式把讲台交给学生，提高学生的应变能力以及学生的参与度，针对一个课题让大家共同探讨。理不辩不明，通过辩论加深了学生对问题的认识，增强了学生学习的积极性，培养了学生独立分析问题的能力与团队协作精神，而独立分析问题能力与团队协作精神是大学教学一个关键的落脚点。下面举一个教学中的例子。

圆柱绕流以及圆柱在流场中所受阻力是一个经典的流动现象，可以让学生从试验、数值仿真的角度去研究分析影响阻力的因素并给出影响规律。试验设备方面实验室提供拖拽力实验设备，主要功能为测量圆柱在流场中所受阻力。该实验设备提供了3种测量阻力的方法：（1）用天平直接测力；（2）测量出口速度分布，采用动量定理计算出阻力；（3）测量圆柱表面压力分布计算所受阻力，同时可以调节来流速度。计算软件方面提供给学生相关计算流体软件并讲授软件基本功能与操作。让学生自由组团，独自开展研究方案设计、试验与数值仿真、结果对比分析与报告撰写，公开答辩、互动参与。这样学生结合实验与数值仿真结果进行对比分析，对流速、流态对圆柱阻力的影响理解就比较深刻，同时学生在这个过程中锻炼了独立分析解决问题的能力，培养了协作精神。

3 贴近生活，学习趣味化

人类生活在流体中，很多生活中的现象都可以用流体知识解释，因此在教学中可以尝试着让理论走进生活，让学习充满趣味。

比如好多男学生喜欢踢足球，估计弧线球很多学生也会踢，但足球的轨迹为什么呈弧形，可能好多学生不知道，可以把这个问题提出来让大家讨论。上课时，提出这个问题后整个课堂氛围一下就活跃起来了。这时候与学生一起分析足球近壁面流动并结合伯努力方程讲解足球的受力，学生一下就明白了足球轨迹为什么可以呈弧形。再比如还可以播放一些生活中有趣流动现象的视频与图片，引导学生分析与讨论。

4 考核多元化

流w力学要想充分调动学生的积极性，还需要对考核方式做调整，不再唯卷面分数论。本人在教学实践中从以下几个方面进行考核：（1）卷面成绩；（2）创新性综合实验，综合考虑试验效果、结果分析、答辩情况等；（3）课堂互动，对于在课堂上积极互动提出疑问的同学给予平时成绩加分，甚至可以将讲台交给学生，让学生给大家讲解；（4）课后作业与讲解，鼓励学生给大家讲解，并给予加分鼓励。

5 结语

流体力学是一门学生认为比较难的专业基础课，作为授课老师应该站在让学生容易理解的立场，从流动的物理概念和物理过程出发，赋予抽象难解的理论、公式具体的物理含义，并结合常见的流动现象让理论形象化、生活化；开展自主创新综合试验结合数值仿真，让抽象的流动具体化、图形化，提高学生的积极性、激发学生的创造性、培养学生的团队合作精神；把讲台交给学生，通过课题答辩、习题讲解，增强学生互动；让理论走进生活，引导学生用流体力学理论知识分析生活中的流动现象，提高学习的趣味性；通过多元化的考核，增加学生学习的积极性。总之，以学生为本，从物理本质上讲解理论知识，让理论走进生活贴近生活，从抽象到具体，多层次增强学生对知识的理解。

参考文献

[1] 李小斌，李凤臣，姜宝成，等.基于创新意识培养的流体力学实验教学探索[J].实验实践教学，2014（15）：119-121.

流体力学现象例10

一、单极感应现象的发现及其简介

单极感应现象是轴对称磁体绕其对称轴转动时产生的一种特殊的电磁感应现象，十九世纪和二十世纪的科学家尝试用磁力线来形象的解释这一现象，主要有两种观点：M理论认为磁场随磁体一起旋转，N理论认为磁场不随磁体一起旋转。本文主要回溯历史上有关单极感应现象的研究，以及通过狭义相对论和现代电磁理论试解释单极感应现象。

单极感应现象是指轴对称磁体绕其对称轴转动时外部回路产生电流的现象。当磁体转动时回路中有电流通过。法拉第（Faraday）最先发现该现象。当装置触头分别位于旋转磁体的一端轴处和中间位置时，回路中的电流最大如果磁体相对于观察者静止，回路中的ABC部分以同样大小的角速度ω向相反方向转动，回路中将会出现同样的电流；以稳定电流的电磁铁代替永久磁体，并以导体片覆盖电磁铁的表面，当电磁铁以ω 绕其对称轴旋转时，回路中也能出现电流。对于如何解释这种现象，法拉利认为磁感线不随磁铁转动，是磁铁在磁场中感应出电流，但这与安培分子电流假说矛盾，安培理论认为物质的磁性起源于分子环流，因此，如果存在磁力线，它们就应该随着分子环流的运动而运动。这样，当磁铁转动时，磁力线就会随着磁铁一起转动。因此，韦伯认为磁力线随磁体转动，但究竟应该怎么解释呢。轴对称磁体绕其对称轴转动时，在惯性参考系中，空间各点的磁场大小是不随时间发生变化的，磁场仍然是静场，那么为何能在静止的回路中产生电流呢，为了解决这个问题有了以后的单极感应开路实验。

二、Pegram 的实验

Pegram 深信M 理论假说已经被了，于是1917 年进行了再一次的实验Pegram 的实验装置。螺线管A 的内径为29cm、长60cm，按每厘米 55 匝绕制而成；与螺线管同轴的圆柱形电容器B 由铜皮制成，外筒直径为25cm，长为60cm，两端封闭，上端留一个孔，以使连接静电计的屏蔽线穿过。内筒C 的直径为10cm，长33cm，由硬橡胶棒支住；铜条DE 沿径向架设于内外筒之间，这样可以通过推下导体棒EF 从而使内圆筒能够与外圆筒任意连接，或是通过推下检流计的连接DG 从而内圆筒可以与静电计连接。静电计由一个小的四分仪和一个很轻的镀银的云母针制成的，灵敏度为0.87×10-4 伏/分格。Pegram 使同轴电容器（与螺线管固在一起）与铜条同时以每分钟900 转的速度绕其对称轴旋转。接着给螺线管接入励磁电流，并推动棒EF，铜条DE 两端与内外电容器筒相接；然后拉动棒EF，使内筒由屏蔽线与静电计相接，关闭励磁电流，测量内筒上是否带有电荷。结果实验中静电计发生了偏转，于是 Pegram 从静电计的偏转确认电容器被充电了。由于实验过程中，外电路和磁体一起转动，而在回路中却有电流通过。因此，如果用M 理论假说是无法解释的，因而Pegram 认为他的实验证实了Barnett 和Kennard的实验结果，即证明了N 理论成立；而且表明在单极感应中“感生电动势的位置”是在运动的导体中，且它完全不依赖于磁场的转动。

三、用相对论解释单机感应现象

单极感应的争论在历史上是围绕“磁力线是否随磁铁转动”这一问题展开的. 然而， 今天的多数物理学家已认识到‘磁力线运动’的提法没有意义， 并认为经典电动力学的所有问题都可由麦克斯韦理论解决而无须借助力线概念. 我们认为， 虽然力线概念在处理某些问题时有其好处， 但决非必不可少； 对于某些问题（如单极感应）， 力线的引用特别是“运动力线” 的提法更是有害无益。

由相对论结论与传统观点比较来看，相对论抛弃了原有的争论，而是从拎一个角度看待问题，与实验室静止的观察者会观察到电极化强度不为0，而随动观察者会观察到电极化强度为0，这是由于相对论的修正，如果纠结于M与N理论之间，则沦于表象。

参考文献：

[1] 梁灿彬，池无量，梁竹健：对单极感应理论的一点澄清，北京师范大学；