流体动力学原理及应用篇（1）

1.1《化工原理》课程应该包括的内容（1）在流体流动的章节需要包含流体的基本性质、流体静力学的相关方程式以及它们的应用、流体的能量衡算方程及方程的应用、流体流动阻力的计算以及流体流量的测量。（2）在流体输送机械章节需要包含离心泵的性能参数、运转原理、特性曲线、流量的调节步骤与安装方法，还需要顺便介绍其它液体与气体输送机械。（3）在机械分离与固体流态化章节需要包含颗粒与颗粒床的特性、过滤分离的原理与使用到的设备、重力沉降与离心沉降各自的沉降原理和区别以及沉降操作方法。（4）在传热章节应该包含传热概述、对流传热的定义、热传导、传热的计算方法、各种换热器的简介等。（5）在蒸发章节应该包含蒸发设备的介绍、蒸发操作方法与流程特点、单效蒸发的计算方法并简要介绍多效蒸发的相关内容。（6）在蒸馏章节应该包括精馏原理与过程、两组分理想溶液的气液平衡与连续精馏的计算，包括精馏塔理论版的计算、回流比的选择、塔高与塔径的计算方法、精馏的物料衡算以及精馏塔的操作线方程。（7）在气体吸收章节，网络课程的内容应该包括吸收的速率与平衡关系以及低组成气体的相关吸收计算，比如传质单元数法计算、物料衡算、吸收剂用量、填料层高度以及吸收系数的计算等。（8）在蒸馏和吸收塔设备章节，网络课程的内容应该包括填料塔与板式塔的结构与特点、流体力学性能以及操作特性。（9）在液-液萃取章节，网络课程的内容应该包括单级萃取的计算和萃取相平衡的关系等。（10）在固体物料的干燥章节，网络课程的内容应该包括干燥过程的热量衡算与物料衡算、物料所含水分的特性、湿空气的基本性质与湿度图、干燥曲线与干燥速率曲线的绘制等。

1.2《化工原理实验》应包括以下内容（1）理论教学：如何预估与分析实验误差、实验方法的确定、实验数据的处理过程、化工实验中温度、流量、压力等参数的测量方法。（2）课件仿真演示及实验录像：包括伯努利方程实验、流体阻力的测定、流量计的性能测定、离心泵性能测定、板框过滤实验、传热实验、精馏塔实验、填料吸收塔试验、干燥速率曲线的测定等的课件仿真演示，以及实验录像资源。（3）在线自测考试：化工原理实验在线自测考试系统可以让学生自主选择对应化工实验测试科目进行网上在线测验。

2化工原理及实验网络课程的建设

2.1与工程实际相结合，设计网络化的多媒体课件化工原理的主要内容是以实际化工生产过程中出现的各种典型单元操作为基础的，因此它的工程技术性比较强。在进行网络课程的设计时，我们应该尽量为学生拓宽知识面，通过对教学内容的丰富与优化将各种教学资料整理成一个紧密衔接的整体内容。具体过程为：首先对教学内容进行精选，并根据不同专业对化工原理侧重点的不同制定详细的教学计划和大纲，这样不仅可以满足不同专业对学生培养方向侧重点的不同，同时也可以满足人才培养的要求，扩大了化工原理及实验网络课程的使用范围。在设计教学内容时，让基本概念、基本理论与基本方法贯穿到每个单元中去。对于只需简单掌握的知识可以让学生自己自学，而重难点知识则应该仔细、透彻地讲。作为一门化工类及相近专业的专业基础课程，化工原理的学习离不开实验的环节。因此，化工原理及实验网络课程的建设自然也少不了需要将理论教学与实践结合起来，因此可以将理论教学中的概念引申到工程实际中来，让实践内容在理论中得到体现，从而加强它们之间的联系。这样学生的实践能力就能得到提高。对化工原理及实验多媒体课件的开发与使用可以推进网络课程的实现。

2.2在突出学生主体地位的基础上充分发挥网络教学模式的优势（1）对教学方法进行改进传统教学方法中，学生的位置比较被动，因此限制了学生主观能动性的发挥，教学效果一直不太理想。由此可见，要想提高教学质量，关键是改进教学方法。所以，只有做到发挥学生在学习过程中的主体作用，让学生拥有学习的主动性而不是一味的灌输知识，才能切实提高教学质量。网络课程可以将超文本结构、窗互技术等运用到化工原理及实验的课件中来，大大提高了人机交互的机会，让学生在学习的过程中可以双向交流。另外，导航系统的存在也方便学生随时查询所在的位置以及需要查询的章节。另外，动画与视频技术的运用可以有效增强学生对重难点知识的理解与记忆，提高学生的学习效率。而“交互式”“双向交流式”“启发式”等教学模式也让学生的学习过程更加多样，摆脱了枯燥、沉闷的学习气氛。网络课程对教学方法的另外一个改进之处就在于它可以随时随地为学生提供教学资源，学生在遇到困难时可以很方便地找到解决方法。对于基础弱、学习落后的学生来说，网络课程的建设给了他们追上学习进度的机会，让他们可以通过课余时间的努力来提高学习成绩。由于教学的双向性，因此将主体性、参与性与发展性集于一体的课堂才是真正成功的课堂。教师与学生在课堂上的互动是影响教学效果的关键因素，因此教师需要给学生创造良好的沟通氛围，让学生敢于表达出自己的不同见解，再辅以指导的同时也鼓励他们独立思考。学生与教师之间有了良好的沟通氛围以后，教师就可以获得更多的反馈信息，这对于提高教学效果来说是很有帮助的。（2）对教学手段进行优化在化工原理及实验的教学过程中会涉及到很多的化工机械设备以及实验仪器，单用板书的形式是很难介绍清楚的，教学效果会大打折扣。而通过网络课程，学生清楚、直观地看到化工设备的运转情况，当教师再进行讲解时就可以一点就通。当然，传统教学方法依然是不可替代的，在进行公式的推导时，板书反而是最好的方式了，因为学生可以跟着教师一步步的书写过程慢慢地理解推导过程，由浅入深地理解公式的原理以及推导方法。所以，教学手段的优化并不是一味的创新，将传统教学手段的优点与现代化的新教学手段相结合才能真正达到提高教学效果的目的。

2.3注意培养学生的实践能力，加强学生的实践环节化工原理课程的实践性非常强，因此对于学生来说，加强实践是非常重要的。在平时的教学活动中，教师应该为学生多创造实践机会。另外，教师还需要让学生认识到实践的重要性，并重视学校已经开设的实践性课程，比如化工原理实验以及一些化工流程模拟软件的操作。由于学生本来就缺乏实际的操作经验，因此在教师讲解实际工程问题的时候，学生很难通过教师的讲述真正地明白实际情况到底是怎样的。教师讲得费力，学生听得也吃力。而实践不仅可以解决教师讲解不到位、学生理解不到位的问题，更可以让学生提前了解以后要从事的工作是什么样的状况。可问题是让学生每次都去实地动手实践是不切实际的，而网络课程却可以为学生提供图片、视频以及化工流程模拟软件，让学生在这些手段的帮助下更好地理解化工设备的工作原理与状况以及化工行业的实际工作状况。比如，教师在讲解离心泵的结构与工作原理时，借助计算机技术以及多媒体让学生观看动画三维立体展示以及离心泵结构展示录像，学生就可以根据看到的动画三维立体展示更清楚地了解离心泵的工作状况，更可以通过结构展示录像直观地了解离心泵的内部构造。在网络课程的帮助下，学生会对离心泵的工作原理与内部结构有更加深刻的记忆。此外，对动画三维立体展示的理解还可以提高学生的观察能力、空间想象能力、逻辑思维能力以及分析与解决问题的能力，在加强学生实践能力的同时还提高了学生的综合素质，更符合时代对新型人才的需求。

3化工原理及实验网络课程的建设特点

3.1教学体系更完善网络课程的建设目的是为了提高学生的综合能力，让学生更适应这个社会。因此，化工原理及实验网络课程在建设上会通过对组合与更新的方式完善教学体系。学生可以通过使用网络资源进行自学甚至自测，“交互式”“双向交流式”“启发式”等多种模式的叠加可以有效达到提高学生各方面能力的目的。

3.2教学内容更丰富传统的教材由于受到纸张页数的限制，因此教材内容的选取只能尽量挑重点。而网络课程却可以将各个院校所编的教材内容都收录进来，不受容量的限制，因此，教材内容更加丰富，可以满足众多学生的需求。4.3更新速度快纸质教材最大的缺点就是阻碍了知识的更新速度并且会造成资源的浪费。网络课程可以随时进行知识的更新，因此学生可以第一时间了解化工行业的最新动态，同时还可以避免重新印刷教材造成的浪费。

3.4教学方式更多样网络技术的应用可以通过动画以及视频制作技术来丰富学习方式，让学生在学习化工原理及实验这门学科的时候除了理解枯燥的文字以外，还可以通过观看动画或视频的方式来学习，既增加了新鲜感，也调动了学生的积极性。

3.5教学环节齐全化工原理及实验网络课程有很多的板块，比如虚拟课堂学习、专题讲座、学习指导、讨论答疑、课外辅导、学生自测等，能在各个环节上帮助学生，也可以提高学生的自学能力。

流体动力学原理及应用篇（2）

化学工程在我国具有较长的研究与应用历程，并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效，不仅能够供给正常的生活需求，同时根据新材料的开发，能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中，较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的，具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析，能够优化工程设计和工艺改进，提高化学工程的生产效率。

1计算流体力学在化学工程中的基本原理

计算流体力学简称CFD，是通过数值计算方法来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程，从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律，其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下，计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法，其也是一门多门学科交叉的科目，计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识，也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识，其涉及面广。针对计算流体力学的真实模拟，其主要目的是对流体流动进行预测，以获得流体流动的信息，从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展，市场上也出现了计算流体力学软件，其具有对流场进行分析、计算、预测的功能，计算流体力学软件操作简单，界面直观形象，有利于化学工程师对流体进行准确的计算。

2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用

2.1在搅拌中的应用分析

在搅拌的化学反应中，反映介质之间的流动性比较复杂，依据传统的计算形式根本无法解决，并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点，在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律，其得出的结构往往存在较差时效性，实验骗差加大。通过对二维计算流体力学的应用，能够对搅拌中流体的形式进行模拟，并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化，不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关，还与时间、容器的形状等有着之间的联系，需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高，在通过借助多普勒激光测速仪后，已经对三维计算形式有了较大的突破，这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用，但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不断的完善。

2.2CFD在化学工程换热器中的应用分析

换热器是化学工程中主要的应用设备，通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用，能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同，计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变，增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积，提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中，热量交换的形式更为复杂，但是却群在重复性换热的特点，增加了换热的时间，提高了换热的效果。从总体上分析，计算流量力学中，需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用，能够计算出不同设备的热交换效果，并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。

2.3在精馏塔中的应用

CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。

2.4CFD在化学反应工程中的应用研究

在化学反应工程中，反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系，在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制，当反应中温度过大，就会造成分子的剧烈运动，其运动轨迹的变化规律就会异常，在利用计算流体力学的模型计算中，计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取，在计算流体力学的实际计算中，就要借助FLUENT进行三维建型，并利用测速反应器进行速度的测量，通过综合的比较分析，利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场，可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程，详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。

结束语

计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义，并在经济效益的提高上具有重要的价值，在近几年，化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究，以二维空间计算和模拟为基础，不断的完善三维空间的流量计算，并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用，在今后的化学工程发展中，应加强此类学科的教学与延伸，提供出更有效的反应设备和工艺操作。

参考文献

流体动力学原理及应用篇（3）

化学工程在我国具有较长的研究与应用历程，并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效，不仅能够供给正常的生活需求，同时根据新材料的开发，能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中，较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的，具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析，能够优化工程设计和工艺改进，提高化学工程的生产效率。

1计算流体力学在化学工程中的基本原理

计算流体力学简称CFD，是通过数值计算方法来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程，从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律，其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下，计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法，其也是一门多门学科交叉的科目，计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识，也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识，其涉及面广。针对计算流体力学的真实模拟，其主要目的是对流体流动进行预测，以获得流体流动的信息，从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展，市场上也出现了计算流体力学软件，其具有对流场进行分析、计算、预测的功能，计算流体力学软件操作简单，界面直观形象，有利于化学工程师对流体进行准确的计算。

2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用

2.1在搅拌中的应用分析

在搅拌的化学反应中，反映介质之间的流动性比较复杂，依据传统的计算形式根本无法解决，并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点，在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律，其得出的结构往往存在较差时效性，实验骗差加大。通过对二维计算流体力学的应用，能够对搅拌中流体的形式进行模拟，并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化，不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关，还与时间、容器的形状等有着之间的联系，需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高，在通过借助多普勒激光测速仪后，已经对三维计算形式有了较大的突破，这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用，但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不断的完善。

2.2CFD在化学工程换热器中的应用分析

换热器是化学工程中主要的应用设备，通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用，能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同，计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变，增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积，提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中，热量交换的形式更为复杂，但是却群在重复性换热的特点，增加了换热的时间，提高了换热的效果。从总体上分析，计算流量力学中，需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用，能够计算出不同设备的热交换效果，并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。

2.3在精馏塔中的应用

CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。

2.4CFD在化学反应工程中的应用研究

在化学反应工程中，反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系，在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制，当反应中温度过大，就会造成分子的剧烈运动，其运动轨迹的变化规律就会异常，在利用计算流体力学的模型计算中，计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取，在计算流体力学的实际计算中，就要借助FLUENT进行三维建型，并利用测速反应器进行速度的测量，通过综合的比较分析，利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场，可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程，详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。

3结束语

计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义，并在经济效益的提高上具有重要的价值，在近几年，化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究，以二维空间计算和模拟为基础，不断的完善三维空间的流量计算，并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用，在今后的化学工程发展中，应加强此类学科的教学与延伸，提供出更有效的反应设备和工艺操作。

参考文献

流体动力学原理及应用篇（4）

1.1引入工程案例，激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师.在教学过程中通过引入环境污染控制工程实际案例，将化工原理基本原理与实际案例进行关联，让学生充分感受到化工原理不单单是大学中的一门课程，而且是一门在整个专业课程体系中起着承上启下作用的课程，是学好专业课程和解决实际工程问题的重要基础，进而激发学生学习的兴趣.比如，在讲授离心泵时，笔者就在课堂上提出如何能将水从低位输送至高位、在污水管网中污水提升泵站的作用等问题，引发学生思考，进而引出具体的授课内容；其中涉及流体在管内的流动形态和速度、管路的阻力损失、流体流动时的能量守恒方程和质量守恒方程，基于能量守恒方程可进行污水提升所需的外加能量并结合污水流量和泵的效率，计算出所需泵的扬程和功率.然后再根据污水流量确定泵的流量，从而确定泵的型号.与此同时，还可以顺势引出离心泵的工作原理、安装高度、气缚、气蚀等问题.在其它章节的讲授中，笔者也尝试相应引入三废处理工程中的实际案例，尽量使问题简单化.同时，在教学过程中还特别注意联系实际工程案例，给学生灌输技术经济评价的思想，引导学生在确定工程方案时除了要从理论上探索其可行性外，还要研究其技术上的可行性，经济上的合理性和生产上的安全性等问题，统筹考虑.实践证明，在教学过程中引入工程案例，能强化学生对理论知识的掌握，提高学生考虑工程问题时的工程思维和工程意识.

1.2启发式讨论教学，理论联系实际

启发式讨论教学是指教师根据学生的基础、教学要求而采用的一个教学启发手段，以充分调动学生思维的积极性，让学生在教学过程中发挥主体作用.通过经验总结，笔者认为，在环境工程专业化工原理教学中，应通过从实际生活实例中提出问题，分析问题，层层启发，由浅入深，引发学生主动思考，达到理论联系实际的目的.比如，在讲授固体干燥时，以生活垃圾焚烧的例子，指出生活垃圾在焚烧处理之前，水分必然要先汽化，然后使生活垃圾颗粒温度上升至其着火点，才能发生燃烧等等.此外，笔者在讲授传热的三种方式之前，先让同学讨论为什么夏天吹风扇会感觉非常凉快，冬天躲在墙角晒太阳会感觉更暖和.经过同学激烈的讨论后，请1~2位同学为代表指出其中可能的原因，然后才对同学的分析进行点评，并给出正确的解释.实践表明，通过类似的课堂讨论，学生参与度得到了极大的提高，学习的热情也空前高涨.

2结合专业需求，整合教材资源

环境工程是一个实践性和工程性较强的学科，涉及传递过程原理、能源利用、流体力学、材料力学、生化反应工程、过程的设计和控制以及一些新型过程的开发等.就现有的各种环境污染物控制与治理方法而言，绝大部分都涉及形形的化学反应，或为均相反应，或为多相反应，并不可避免地牵涉到有关反应物料传递、本征反应动力学与宏观反应动力学及反应器的设计与分析等一系列化学反应工程问题.目前环境工程专业化工原理理论课大多数采用的教材是在化工专业使用的《化工原理》基础上简化而成，与“三废”处理工程案例联系不太紧密，缺少反应工程相关内容，特别是生化反应工程内容.为了适应应用型地方高校环境工程专业人才厚基础、重应用的培养目标和专业需求，化工原理课程应该强化传递过程计算基础、重点讲述流体力学基础、传热、传质的基本原理并在分析主要公式时引用环境污染治理工程设备案例，使教材内容更加通俗易懂.同时，增加生化反应工程基础并将其与单元操作有机衔接.在课程内容安排上，适宜采用由简入繁、由具体到抽象、再由抽象到具体、前后关联的编排模式.根据以上设想，笔者采用的讲义大纲安排如下：绪论（介绍课程的研究对象与学习方法、单位与量纲、物料衡算、能量衡算和速率）.流体流动与流体输送机械（第一章，讨论流体流动、流体重要参数测量方法、流体流动的能量衡算、简单管路计算.第二章，泵与风机的选型、安装与操作）.传热（第三章，讨论保温及保温材料、热传导、保温效果、保温材料的适宜厚度、换热器）.传质分离过程及设备（第四章，讨论吸收速率、吸收过程的物料衡算和填料层高度的计算和填料塔的操作计算、传质设备的结构及操作性能）.非均相物系的分离（第五章，讨论固体悬浮物及其运动、集尘、分级基础及降尘室、旋风除尘器的特点）.生化反应器基础（第六章，讨论生化反应速率的表示方法、主要的生化反应器设计）.固体干燥（第七章，讨论干燥过程原理和特点、湿空气性质参数和水分性质）.

流体动力学原理及应用篇（5）

作者简介：张维蔚（1978-），女，内蒙古呼和浩特人，内蒙古工业大学能源与动力工程学院，讲师。（内蒙古 呼和浩特 010051）张伟杰（1978-），男，内蒙古呼和浩特人，中国航天科工集团第六研究院，工程师。（内蒙古 呼和浩特 010072）

基金项目：本文系内蒙古工业大学校基金项目（项目编号：200828）、内蒙古工业大学校级教改项目（项目编号：2013028）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0168-02

“锅炉原理”是热能与动力工程专业的主要专业课之一。该课程以电站煤粉锅炉为教学对象，系统地阐述了电站锅炉的主要系统、主要设备及工作原理，内容包括锅炉用燃料、煤粉制备系统及设备、燃烧基本理论及燃烧设备、锅炉主要受热面、蒸汽净化及锅炉机组的热力计算方法等。通过“锅炉原理”课程教学可让学生认识和了解锅炉，掌握有关锅炉的设备构造、工作原理、设计选型等有关知识。[1]

“锅炉原理”是一门经典的传统专业课程，很多教学工作者在锅炉教学过程中积累了丰富的经验。专业课程的教学内容与基础课程有所不同，知识点既与基础课内容联系，又与现代科学技术的发展密切相关。这就要求课程教学过程中既能及时地反映相关技术的发展，又要注重与基础理论知识结合。

“锅炉原理”教学过程中，如何采用现代教学手段使学生更好地了解锅炉的结构及其工作原理是每一位“锅炉原理”课程的任课教师所面临的最棘手的问题。传统的教学方式是通过教材的图片并辅之以语言描述来讲解锅炉的结构和工作原理，这种教学方式对理论的讲述较为抽象、不易理解。[2]现代教学中加入了多媒体教学、模型教学等现代教学手段，在结构讲解中起到了较好的效果，但也不能把抽象的理论形象化。

针对这种情况，笔者提出将虚拟试验应用于“锅炉原理”课程的教学过程，即利用虚拟试验将一些较为抽象的理论或者在真实试验中难以测出的数据以图片的形式展示出来，通过锅炉结构和工作原理仿真的方式，以增强学生对锅炉原理某些知识的认识，充分调动学生学习的积极性、主动性，优化教师的课堂教学过程，提高学生的学习效率。

一、虚拟试验介绍

本文提到的虚拟试验实际上是使用计算流体力学软件来模拟锅炉中烟气、工质的流动、传热等过程，并给出模拟计算的结果。

计算流体力学是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。目前只要是与流体、传热及化学反应等有关的工业均可使用，是除了真实试验之外的“虚拟试验”，可以给出真实试验能够测量到的流体的速度分布、温度分布、浓度分布等参数，而这些内容也恰好是“锅炉原理”教学中涉及到的。采用虚拟试验方法，可在不做实验的情况下，仍能形象地向学生展示锅炉中烟气、工质等流体真实的流动、传热等情况，以激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

二、“锅炉原理”教学中虚拟试验的应用实例

“锅炉原理”教学中涉及烟气、工质流动、传热、燃烧的知识点较多，例如炉膛内煤粉气流的燃烧过程、烟道中烟气的流动、受热面管内工质的流动等等。本文以直流燃烧器四角切圆燃烧为例，介绍虚拟试验在“锅炉原理”教学中的应用。

直流煤粉燃烧器四角布置切圆燃烧方式是现代大型煤粉锅炉主要的燃烧方式之一，应用非常广泛。直流燃烧器四角切圆燃烧方式中，燃烧器布置在炉膛四个角上，为便于描述，四个角分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如图1所示。四个角上布置的直流煤粉燃烧器射出的四股气流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬，在离心力的作用下，气流向四周扩展，炉膛中心形成真空，即无风区；无风区的外面是气流强烈旋转的强风区；最是弱风区。不同的区域由于压力不同，所以气流的流动方向是不同的。要充分说明直流煤粉燃烧器四角切圆燃烧方式下炉膛内空气动力特性对燃烧的影响，需要对气流的流动方式加以分析说明。

本文以虚拟试验方式介绍的是燃用烟煤的410t/h煤粉锅炉直流煤粉燃烧器四角切圆燃烧方式下二次风形成的炉膛冷态空气动力特性。锅炉的炉膛深度为8.81m，炉膛宽度为9.6m，二次风速为40m/s，二次风在炉膛中心形成了直径为85600mm的假想切圆，如图1所示。

当二次风速为40m/s时，二次风在炉内形成的强烈旋转气流的速度矢量图和压力等高线图如图2（a）、（b）所示。从图2（a）可以看出，四个角上布置的燃烧器射出的四股气流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。在煤粉气流实际燃烧过程中，这种流动方式每支气流都会受到来自上游邻角气流的冲击，会被上游气流加热，使之可以着火燃烧，并以此再去点燃下游邻角的气流，使相邻煤粉气流互相引燃，对煤粉气流的着火燃烧非常有利。

另外，由于离心力作用，旋转气流使炉膛中心的无风区形成负压，从图2（b）可以看出，无风区压力较周围区域要低很多，这样上、下压力较高区域的高温烟气就会回流到此区域，可以卷席到部分的高温烟气，在煤粉气流实际燃烧过程中对煤粉气流的着火燃烧也是非常有利的。另外，切圆燃烧方式使煤粉气流呈螺旋形旋转上升，也延长了煤粉在炉内的停留时间。

再以喷口Ⅰ为例，从图2（a）可以看出，由于四股气流在炉膛内要形成假想切圆，因此气流从燃烧器喷口喷入炉膛时与相邻两壁面夹角并不是相等的，即图1中的夹角α>β，所以气流喷入炉膛后卷吸两侧高温烟气的情况不同，气流两侧的速度矢量分布也不相同。从图2（a）可以看到气流从喷口Ⅰ喷出后的速度矢量，夹角α区域的气流速度方向是朝向主气流的，而夹角β区域的气流速度方向与主气流速度方向类似，这充分说明α侧补气条件比β侧要充分。从图2（b）也可以看到喷口Ⅰ附近的压力分布，α侧和β侧的压力分布也是不同的。

图1 四角切圆燃烧的炉内空气动力特性图

图2 四角切圆燃烧二次风速度矢量图和压力等高图

在锅炉实际运行中，为了使直流煤粉燃烧器四角布置切圆燃烧方式得到良好的炉内空气动力特性，四角配风必须均匀。因为相邻两角射流相互作用，如果配风不均匀会造成切圆位置偏斜。图3是喷口Ⅱ气流速度偏低时炉膛内的速度矢量图。由于喷口Ⅱ气流速度偏低，导致动量降低而使刚性减弱，在喷口Ⅰ的射流作用下偏转增大而有贴近后墙的趋势，而且这种情况下四股气流的作用点发生改变，喷口Ⅳ的射流也有贴近前墙的趋势。另外，从图3还可以看出，由于四股气流速度不同，假想切圆中心位置发生了明显偏斜，而且气流扰动趋势较图2也有明显减弱。这种情况不仅影响燃烧，而且会造成局部水冷壁结渣。[3]

图3 喷口Ⅱ气流速度偏低时炉膛内空气动力特性

通过上述几张图，可以清楚、形象地向学生展示四角切圆燃烧炉膛内的空气动力特性，弥补了语言描述存在的不足，会在学生心中留下较深刻的印象，有助于加强课堂的教学效果。上述例子是通过二次风形成的空气动力特性分析了对煤粉气流燃烧的影响，虚拟试验中还可以考虑煤粉气流的流动以及燃烧过程。

三、结语

课堂教学过程中，任课教师可将虚拟试验的试验结果以图片的形式向学生展示，图片中有详细的流体速度分布、压力分布或者温度分布等信息，并可根据教学情况改变某些参数，重新得到试验结果。通过这一教学环节，学生会对这一部分内容中涉及到的流体流动、传热等方面的内容以及在锅炉中的应用有深刻的认识。

本论文仅以直流燃烧器切向燃烧为例介绍了虚拟试验，除此之外，“锅炉原理”教学中这种锅炉结构与流体流动、传热结合的例子很多，都可采用现代教学方法结合虚拟试验向学生展示。将虚拟试验应用于热能与动力工程专业“锅炉原理”的教学过程，将虚拟试验的试验结果和教师的课堂讲授有机结合，可使抽象的内容具体、形象化，有效地调动学生的积极性，培养学生的学习兴趣；另外，也可以使任课教师有效地组织教学活动，提升课堂教学效果。这样不仅使学生对锅炉结构有深刻的认识，还可以与专业基础课紧密结合，为电力系统培养理论基础扎实、实践能力强的优秀人才。

参考文献：

流体动力学原理及应用篇（6）

作者简介：翁建华（1968-），男，江苏吴江人，上海电力学院能源与机械工程学院，副教授；李永光（1957-），男，湖南长沙人，上海电力学院科研处处长，教授。（上海 200090）

基金项目：本文系上海电力学院研究生学位课程建设项目（项目编号：YKJ-2013005）的研究成果。

中图分类号：G643.2 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0089-02

数值传热学，又称计算传热学，是一门运用数值方法求解传热与流体流动问题的学科。数值传热学在电力生产、航空航天、暖通空调、电子产品与设备散热、机械化工、环境工程等行业都有着十分广泛的应用，也是动力工程及工程热物理学科研究生教学中一门十分重要的课程。数值传热学与计算流体力学有着十分紧密的联系。数值传热学中对流换热问题的求解需对流场进行数值求解，而这部分内容也属于计算流体力学。但数值传热学与计算流体力学两者又有区别：比如理想流体的数值模拟是计算流体力学中的重要内容，但这部分内容却很少在数值传热学中涉及；热辐射的数值计算属于数值传热学的内容，而这部分内容在计算流体力学一般不涉及。[1]

考虑到学习数值传热学和计算流体力学需要一定的数理基础，除一些重点高校外，多数高校在研究生阶段才开设这两门课程。随着数值模拟在工程实践中应用的日趋广泛，有些专业如环境工程也探讨在本科生中讲授计算流体力学。[2]上海电力学院自研究生招生以来，“数值传热学”课程已在动力工程及工程热物理学科研究生中讲授多年。课程采用的教材是由西安交通大学出版社出版，陶文铨编著的《数值传热学》（第二版）。数值传热学内容丰富，既有理论推导，又有在传热与流体流动实际问题中的应用。在考虑非重点高校研究生实际状况的基础上，需要始终围绕课程的教学目标，对教学内容进行合理安排；同时需要采取适当的教学方法与手段，以便提高学生对课程的学习兴趣。

一、教学内容安排

1.基本原理与方法

数值传热学在非重点高校的教学主要是为了培养学生运用数值方法求解相关工程实际或研究领域中的传热和流体流动问题。尽管偏重于实际的应用，但学生对控制方程、基本原理和方法的掌握，对数值方法的运用至关重要。[3]计算流体力学课程的实践与建设对“数值传热学”课程具有很好的借鉴意义，王福军等讨论了计算流体力学在高等农业院校中的教学实践与教学改革，认为基本理论知识和数理基础的讲授是不能改变和动摇的。[4]对基本原理与方法，无论是内容的广度，还是深度，都要加以综合考虑，进行合理取舍，并合理分配课时。既要注意避免内容太多或理论过于深奥，也要避免内容过于简单而影响学生对原理和方法的运用。经过多年的实践，在教学内容方面，控制方程的离散方法主要介绍了物理意义明确、在传热与流体流动问题的数值计算中应用广泛的控制容积法；对流项的离散格式着重介绍了中心差分、迎风格式、混合格式以及QUICK格式；椭圆型流动与对流换热问题的求解主要介绍交错网格与同位网格上的SIMPLE算法及SIMPLE的改进算法，略去求解流动问题的涡量-流函数法；湍流流动与换热的数值模拟则着重介绍工程中应用最为广泛的k-ε模型，及处理近壁处流动与换热的壁面函数法。通过对相关内容的取舍，做到重点突出，难易适中。

2.经典算例的讲解

用数值方法求解传热与流体流动问题，其中不乏一些经典算例，如顶盖驱动二维流动问题；封闭矩形空腔内因两侧壁温不同而引起的自然对流换热问题；环形空间内的自然对流问题；流体流经突缩圆管的二维层流流动问题[5]等等。这些经典算例在检验程序的准确性、不同离散格式之间的比较等方面起着重要作用。同时，这些算例对学生了解和掌握数值传热学的基本原理和方法，以及传热与流体流动的数值求解过程也起着相当重要的作用。比如：通过对顶盖驱动问题不同网格数达到相同收敛准则条件迭代次数的不同，使学生直观地了解到网格越细，达到相同收敛准则条件所需的迭代次数越多；反过来网格越粗，所需迭代次数则越少，这也为多重网格技术的介绍打下基础。再比如：通过对流体流经突缩圆管二维层流流动问题数值求解的讨论，可使学生了解数值求解流体流动问题的整个过程（见图1）。在求解该问题时，首先需要考虑计算区域的划分、坐标的选取、流体流动和边界条件的确定，列出相应的数学模型。其次选择对流项的离散格式，确定选用SIMPLE算法或其它改进型的算法，并确定收敛准则。最后对计算得到的数值结果进行输出并加以分析、比较。而环形空间内自然对流问题，是速度场与温度场之间耦合计算的典型算例。通过对这些典型算例的分析和讨论，加深了学生对相关知识的理解。

3.相关内容的补充

尽管所选教材内容已十分丰富，但随着数值传热学学科的发展及其在工程中应用的不断拓展，以及计算机运算速度的不断提高，对流项离散的TVD格式、PISO算法、湍流LES模拟，以及非结构化网格等内容的应用越来越广泛。同时，考虑到一部分数理基础、传热学和流体力学基础好，以及毕业后需要继续进行研究工作的学生，在重点讲授教材基础内容的基础上，对上述内容也做一定的讲解和介绍。如在非结构化网格方面，着重介绍控制方程在非结构化网格上的离散过程。

4.面向工程应用

非重点高校的“数值传热学”课程的培养目的主要是使学生掌握基本的数值方法，求解传热与流体流动中遇到的实际问题，侧重于数值方法的运用。因此，将科研中一些相关的实例应用于教学中，有利于理论及方法与实际的结合。针对实际工程问题，通过数值计算，获得流体流动的温度场和速度场，并对计算结果进行分析，提高了学生对课程学习的兴趣，增强了他们对理论知识与方法的理解和掌握。

二、教学方法与手段

1.板书与多媒体教学相结合

基本原理与方法的讲解宜采用板书的形式，便于学生理解和掌握；而对于算例和工程实例的讲解，则可采用多媒体的形式，便于问题的描述和输出结果的展示与讨论。

2.大型练习和课堂讨论

为帮助学生掌握和运用课堂所学基本原理和方法，学期中布置了一些大型练习题。大型练习安排学生课后完成，再在课堂上进行讨论。方程组的求解可通过编程或使用MATLAB上机完成。如常物性一维对流-扩散问题，控制方程为：

（1）

边界条件：x=0，φ=1；x=L，φ=0。采用中心差分和迎风格式以及不同的网格数进行计算时，计算结果可能不同。当网格数较少，采用中心差分有可能得不到收敛解。在课堂上请一部分学生将计算结果进行展示和讨论，这种方式增加了学生的学习兴趣，提高了课堂教学的互动性，同时也培养了学生的表达能力。

3.不同湍流模型及离散格式间的比较

湍流流动的数值模拟有混合长度模型、k-ε模型、雷诺应力模型、代数应力模型、大涡模拟及直接模拟等，k-ε模型又有标准k-ε模型、RNG k-ε模型、可实现k-ε模型等。对具体的湍流流动与换热问题的数值模拟，选择合适的湍流模型或方法进行计算十分重要。教学中对各湍流模型假设条件及其优缺点做了较为详细的介绍，并通过算例对一些模型的数值结果进行比较，或与实验结果进行比较，尽可能使学生了解这些模型之间的差别。再如对流项的离散格式有中心差分、迎风格式、QUICK格式等。一阶迎风格式的稳定性好，但准确度差，甚至存在假扩散现象；QUICK格式的准确度高，但格式非绝对稳定。通过这些离散格式的比较，有助于学生选择合适的离散格式进行数值模拟。

4.计算结果分析

数值计算的目的是为了获得传热与流动现象中有价值的信息，从而更深入地了解某一传热与流动现象的特点和规律。在通过数值计算得到温度的等值线图、速度矢量图、流线图、压力等值线图等反映传热与流动特点的结果后，需要根据传热学与流体力学的基本理论对这些结果进行分析和判断。因此在讲授算例和工程实例时，强调对结果进行分析和判断的重要性，并对结果做尽可能详细的分析和讨论。

5.课外参考资料

数值传热学及计算流体力学除选用的教材外，还有不少好的教材可供参考。如Patankar S. V. 所著的《Numerical Heat Transfer and Fluid Flow》（1980），Anderson J. D. Jr. 所著的《Computational Fluid Dynamics–The Basics with Applications》（1995），这两本教材都以简练的语言和简单的例子介绍数值传热学和计算流体力学的基本原理和方法，以激发读者对数值计算的兴趣；王福军所著的《计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用》（2004）不仅介绍基本原理与方法，还介绍了运用商业软件进行流体流动问题进行求解的过程；郭宽良等编著的《计算传热学》（1988）除介绍导热和对流换热的数值求解外，也介绍了一些辐射换热的数值计算以及导热的有限元解法。另外一些发表在期刊上的文献也有必要推荐给学生查阅，如Rhie ，C. M. 和 Chow，W. L. 提出同位网格动量插值法的论文，对同位网格上SIMPLE算法以及生成适体网格坐标变换的理解都很有帮助。[6]

三、教学效果

“数值传热学”课程在研究生培养中的重要性越来越突出，通过多年的教学实践，该课程在上海电力学院已积累一定的教学经验和基础，并取得了较好的效果，基本满足相关学科对课程的要求。在教学过程中，时常有学生结合自己的研究方向，提出一些与课程内容相关的问题； 在讲授工程应用实例时，不少同学表现出对数值计算的兴趣；部分研究生论文的研究课题与传热与流体流动的数值计算有关。期末考核反映出大部分学生通过课程的学习已掌握了数值传热学的基本原理和方法，以及一些简单问题的数值求解。但另一方面，非重点高校数值传热学的教学与一些有着二十多年教学实践的重点高校相比，差距也显然存在，比如教学内容不够丰富，尤其是科研中一些的实例尚不够多；课程的资源有待进一步加强；软硬件方面有待进一步改进和完善等。

四、结论与探讨

通过多年研究生数值传热学的教学实践，选取难度适中的教学内容，配以合适的教学手段和方法，非重点高校数值传热学的教学同样可获得良好的效果，为研究生在论文阶段开展相关课题的研究及今后的工作打好基础。考虑到非重点高校研究生的培养目标，数值传热学的教学应侧重于方法的运用，而非理论与方法的研究。但教学中仍应十分重视相关基本原理与方法的讲解，重视对数值计算结果的分析，培养学生依据传热学和流体力学基本理论对数值结果进行分析的能力。同时，还应注意从丰富教学内容、提升学生学习兴趣等多方面对教学内容、教学方法不断加以完善，进一步提高教学质量。这些方面包括：注意将科研中有关数值计算结果作为工程实例应用于教学，丰富教学内容；完善软硬件设施，使学生能在一定的软件平台上完成大型作业或求解一些问题；探索课堂讨论与研究生各自研究方向相结合的方法，提高学生的学习兴趣；加强与其他院校尤其是重点高校的交流。它山之石，可以攻玉，教师应借鉴其他学校好的教学经验以提高教学水平。

参考文献：

[1]陶文铨.数值传热学[M].第二版.西安：西安交通大学出版社，

2001.

[2]邓保庆.环境工程专业CFD课程教学的应用初探[J].中国科技信息，2010，（7）：201-202.

[3]Anderson，putational Fluid Dynamics：The Basics with Applications[M].New York：McGraw-Hill，1995.

[4]王福军，周凌九，严海军.计算流体力学课程教学改革与实践[J].高等农业教育，2005，（11）：63-64.

流体动力学原理及应用篇（7）

中职物流课程在进行职业技能训练方面，存在缺陷，已经给社会企业物流的管理、一线生产管理产生了不好的影响，本人结合多年从事仓储管理、国际贸易管理以及工作流程中积累的经验，对中职物流课程实施职业技能训练实践的必要性进行分析。

（一）物流课程体系定位不清导致物流实践教学环节缺乏

在中等职业学校的教育课程体系中，学科本位思想的课程模式影响到物流实践教学环节的实施。中等职业学校应注重自身“职业性”教学特点的发挥，因此产生了课程体系定位不清的问题。由于物流课程体系的定位不清，导致实践环节在中等职业学校的物流课程教学中欠缺。

（二）物流理论体系薄弱产生课程理论与实践之间的脱节现象

作为一个具有整合、系统、组织以及管理等核心特征的物流管理产业，必须要有物流活动的实践作为物流管理有效开展的基础。从当前有关中职物流课程教学的研究来看，由于物流理论体系的薄弱，导致理论与实践之间产生脱节。中等职业学校的物流课程理论体系薄弱主要体现在：其一是没有结合我国物流的发展进程，而一味的对西方现代物流理论进行阐述，这就导致理论的研究与挖掘脱离了我国物流发展的客观实际；其二是缺乏对我国物流产业生存环境的延续性研究，表现在中职物流管理专业的课程体系是哪个，也就是物流课程的教学与职业技能的训练之间产生了明显的脱节。

（三）主体错位的课程开发模式导致职业技能训练实践效果较低

从课程开发的主体来看，当前中等职业学校的教师承担了物流课程开发的主要任务。但是，课程的重新设置不仅包含了课程体系的重新设置、课程标准的重新设置，还包含了教材、教具以及教学设计的重新编写。但是，从物流课程体系理论与我国实际的结合点以及教师从事课程开发的工作量上来看，教师很难独立的承担这项重要任务。在我国中等职业学校物流管理专业课程开发上存在的课程开发主体错位现象，直接导致教师对于学生的职业技能训练缺乏足够的关注，也就导致学生的职业技能处于一种低水平的状态。

要培养合格的专门技能型人才，就应结合中等职业学校的教育特色，注重学生职业能力的提高。因此，教师在进行知识与能力有效建构的同时，应将职业技能的训练作为主要的关注点，以完成任务以及实际问题的解决，以典型工作任务创建真实的职业技能训练的教学环境，让学生通过真实的工作岗位任务学习来提升自身的职业技能。

二、教学案例——仓储管理实训教学

本人主要从事仓储管理、国际贸易管理以及工作流程的管理与教学，因此，在日常的教学中，除讲授给学生充足的物流课程基础知识外，还结合本人从事物流管理的经验，尽可能的为学生提供较为充足的职业技能训练实践的机会。接下来我将以仓储管理的实训教学来讲述如何在物流课程的教学中实施有效地职业技能训练实践。

（一）仓储管理实训教学的指导思想以及依据的原则

简单来讲，仓储实训教学的指导思想是以学生综合素质的提升作为中心。仓储实训教学主要是通过物流课程教学资源的模块化，实现实训教学自身的业务化以及岗位化，实现基础理论知识与实际操作能力之间的有效建构，以培养学生的实践操作能力。为提升学生真正的实际操作能力，应在实际的教学中遵循一定的原则：一是全面性原则。在进行仓储管理实训教学时，不经仅仅将仓储物流管理操作技能的提升作为唯一的目的，而应通过综合性的实训，实现学生对物流课程教学中有关的职业技能进行全面性的理解、掌握、训练；二是真实性原则。这一原则的口号是“能仿真实训的，绝不模拟练习”。由于模拟练习与实际的仓储管理之间还是存在一定的差距的，学生经过仿真实训，将来在面对将来仓储管理中的问题时，就能够因为实训技能操作的一致性，无需调整，便能直接投入工作；三是学以致用的原则。为从根本上解决中职物流课程的职业技能训练实践的问题，实践性原则应成为中职学校物流管理教育培养目标所应遵循的重要原则。

（二）仓储实训教学的教学设计及实施

仓储实训教学主要从两方面来体现：其一是教学的组织具有灵活多样性，比如通过仓储管理模拟，让中职学生不仅理解仓储管理的概念，还对整个仓储管理的流程进行全面的把握，通过仓储管理中的角色的互换，掌握企业对于仓储管理中各个岗位的基本技能需求。与此同时，对于一些不具备充分的模拟条件的，还可以通过课内知识展示，学生进行有关仓储管理需求的讨论；其二是仓储实训的教学内容一定要具有针对性以及实用性。实用性知识的讲授不仅能使学生对物流企业实际流程中的关键点进行有效的掌握，同时学员对于物流基本流程、环节与操作的能力的提升，对于仓储管理的作业过程以及技术要求产生重要的辅助作用。

有关教学设计主要依照以下几个步骤：

1．围绕实训岗位的职责查找、讨论仓储管理流程的岗位；

2．确定仓储管理岗位：供应商；入、出库理货人员；司机(模拟车辆)；超市(客户销售终端)；市民；库房管理人员；调度人员；库工等。还可依据实际情况让学生尽可能多的提出更多的岗位设置。

3．分组完成入库流程。在软件中模拟仓储库管员建立仓储，并将有关货品的信息录入；

4．建立客户信息、添加合约以及收货人的信息。

（三）仓储实训教学的效果评价

有关仓储实训的教学效果评价是以物流企业的人才招聘要求为主要依据的。为保障评价的客观有效，采取的评价方法主要是教师评价、学生自评以及生生互评三种相结合的评价方法。有关评价的要点主要有：一是对于仓储管理软件的实际操作能力；二是否具有业务钻研精神、并能够不断提高工作能力；三是否具有很强的工作责任心和敬业精神,对工作认真踏实,一丝不苟；四是否具有协调沟通的能力；五是否有吃苦耐劳的精神；六是否有对紧急事件的协调处理能力。

随着现代物流管理在我国市场中的快速发展，使得物流企业对于人才的需求越来越多元化。这就给培养技能型人才的中职学生提出了更高的培养要求，不仅要使学生掌握搬运工、装卸工、仓管员、操作员的实际操作技能，还应注重学生自身对于物流管理的综合素质与能力的掌握，以适应当前物流企业对于人才的综合化、多元性要求。这就要求高等职业的物流教学既要注重物流理论的传授、把握物流发展的脉搏,更需要注重学生实际业务操作能力的培养和综合素质的培养。

三、提升中职物流职业技能训练实践的对策研究

在有效开展学生技能训练实践的过程中，教师作为指导者，不应要求学生一味的对某一动作进行简单的重复，而是要不断的调整实训操作的活动结构与方法，促使学生从实训的全方位、多角度进行练习，促使技能训练获得预期的实训效果。因此，中职物流课程在进行职业技能的训练实践中，应有针对性的通过训练方法的设计，为学生创造行之有效的、充足的职业技能训练条件。

（一）明确职业技能训练的根本目的与基本要求

对于中职学生而言，由于其自身的年龄、心理等因素的影响，学生完成训练目标内部动因的激发，是提升职业技能训练实效的关键性因素。在学生已经掌握了物流课程基本知识的基础上，就应通过明确学生的职业技能训练的目的，促使学生正确的理解职业技能训练在当前学习与将来所从事职业方面产生的重要意义，促使学生形成积极的训练态度与动机，从而促使学生形成良好的对行为能力和结果的评价与预期。

（二）为形成正确的动作视觉形象，教师应提供准确的讲解与示范

对于从未接触过、尚未掌握全面的中职学生而言，基本的职业技能操作还是要在教师的讲解下，一步一步的实现技能的掌握以及熟练化。职业技能的形成初期，学生需要通过教师准确的语言描述以及示范，在自身进行尝试的基础上，掌握职业技能的基本步骤，从而在头脑中形成关于该职业技能的动作表象。由此可见，有经验者的教师能够为学生提供准确的讲解与示范，促使学生在职业技能的训练实践中，尽快的形成完整的动作表象。因此，教师在进行讲解时，应关注以下两点要求：其一语言的使用要明确而简洁；其二语言的使用要符合学生职业技能训练实践在不同阶段产生的要求。

（三）对有关物流管理技能动作进行合理的分解

对于一些较为复杂的职业技能，学生为进行有效的掌握，就必须对职业技能进行合理的分解，最后通过局部之间的联系来形成完整的职业技能动作体系。在对复杂的职业技能动作进行分解时，需要正确的把握职业技能整体与局部之间的关系。有关职业技能动作的分解要以动作形成所具有的阶段性特征为依据，使训练者从最基本的分解动作开始，再过渡到比较复杂的完整动作,使学生掌握具有代表性的、完备的动作原型。

（四）及时准确有效的职业技能动作反馈

通过反馈,学生对于自身存在的职业技能动作的正确性与否进行判断。及时准确有效的反馈，不仅有利于学生加快技能掌握的速度；还有利于学生对自身的动作技能进行正确的评价，从而促使正确动作的强化以及错误动作的纠正。

（五）合理分配技能练习的时间与次数，提升训练实效

流体动力学原理及应用篇（8）

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0086-03

一、引言

电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，在电气专业当中，“电力电子技术”好比一个中枢，地位突出。电力电子技术的主要应用领域：（1）用电领域中的电力电子技术。①为直流、交流电动机供电的可控整流电源是电力电子装置。②高能量密度的电源应用。如不间断电源（UPS）、新型环保绿色电动汽车和混合动力汽车的能源供应。（2）通信领域。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。（3）发电领域中的电力电子技术。①发电机的直流励磁。②水轮发电机的变频励磁。③新能源发电。（4）储能领域中的电力电子技术。①蓄电池与电容器组储能。②抽水储能发电。③超导线圈的磁场储能。本课程的掌握程度直接关系到学生严谨科学思维方式的养成，理论联系实践作风的培养，灵活机智处理工程问题方法的建立。如何为培养应用型本科人才奠定良好的理论基础，改革课程教学结构，改变传统教学手段，重构实践教学体系等成为本课程主讲教师所要面对的课题。

二、调整教学内容使其适合学生的学习

近年来，随着电力电子技术的飞速发展，使得《电力电子技术》这门课程内容不断地增加。因而教学要从讲授内容划分过细及知识点联系实际薄弱向知识整体性和创造性解决能力的方向转变。为此需要做到更新教学内容，进行整体知识整合。

1.掌握相关课程之间的联系。教师应该熟悉掌握本课程与相关课程的联系，例如了解先修课“电路”、“模拟电子技术”和“数字电子技术”三门课程的教学情况和后续课“电力拖动自动控制系统”的安排，处理好它们之间的关系，使整个专业课程体系前后衔接，避免内容的重复和疏漏。例如讲“半导体电力开关器件”一章时，模拟电子技术中已讲过小功率晶体管结构、原理、特性及应用。在本门课程中，对晶体管应重点讲述其与小功率晶体管的不同之处。模拟电子技术中讲述的晶体管其工作特性在线性放大区，而在电力电子技术中，晶体管工作在截止区和饱和区之间，使用的是其开关特性。对于晶闸管相控有源逆变的应用部分，重点讲解在整流、有源逆变两种状态下，直流电机四象限传动系统的特性，也就是直流电机的转矩正比于电枢电流，转速正比于电枢电压，改变电枢电压、电流的方向，就可以使直流电机四象限运行，为后续课程《电力拖动自动控制系统》中的直流调速部分做好铺垫工作。

2.导论是说明编者写作意图、本书内容的主要特点、背景及主要内容的知识体系和概要等，同时还向学习者指明了学习本教材的学习方法，因此，教材的导论部分对学习者的入门学习起到了提纲挈领的重要作用。我们在每学年的第一节导论课时，通常要给学生做一个专题讲座，以图文并茂的形式详细介绍电力电子技术领域最新的发展动态、国内外的发展现状以及在相关领域的应用等，开阔学生的视野，使其对本课程有个大概的了解，引导学生充分认识到本课程在现实生活中及在本专业中的重要性。

3.电力电子器件是电力电子技术的基础，四类基本变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC）是电力电子技术的研究核心。教学内容大致分为三部分：（1）电力电子器件。主要包括电力二极管、晶体三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等器件的基本结构、工作原理、主要参数、应用特性等问题。（2）四种基本的电力电子电路。对于直流斩波电路，主要电路为BUCK、BOOST、CUK斩波电路等。重点讲解BUCK、BOOST斩波电路的原理，输出电压电流波形的画法，改变占空比的方式：脉冲宽度调制PWM，脉冲频率调制PFM。逆变电路是主要依赖于全控型开关器件，重点讲解正弦波脉冲宽度调制SPWM基本原理，单极性、双极性倍频正弦波脉冲宽度调制逆变器的原理及其控制方式。以半控型器件晶闸管为主的整流电路部分，主要包括晶闸管驱动和保护、整流电路及有源逆变电路。交流电路的器件为双向晶闸管，电路为单相交流调压电路、单相调功电路、三相调压电路及触发电路等内容的讲解。

三、注重教师自身建设，提高综合素质

在教学中，教师必须先对所教课程的内容刻苦钻研，做到深刻理解、全面掌握。深刻理解就是要了解课程内容的每一个组成部分，不能含糊不清。

1.在讲授《电力电子技术》这门课程内容的时候，教师不能只讲课程教学大纲或教科书的内容，还要广泛涉猎其他有关的教材和参考书，形成自己的独到见解。因此，任课教师对电力电子技术的现状和发展趋势，理论如何与实际相联系，必须要有所了解。例如在讲授直流斩波电路时，可以引出该电路可以使用在开关电源、太阳能发电系统中；在讲解整流变换时，介绍其在电力机车的启动、调速与制动中的应用，有源逆变电路可应用到变频空调、电梯、计算机不间断电源；逆变变换可联系太阳能发电、风力发电；在讲授交流电路时，说明其在可调光台灯、异步电动机软启动装置中的应用。通过以上讲解就可以使学生了解所学的书本知识在实际生活中的应用，激发学生的学习兴趣。

2.教师要定期地阅读最新的与电力电子技术有关的学术期刊，及时浏览相关的专业技术网站，掌握本学科前沿发展的动向，熟悉本学科和相邻学科的新成果、新进展。

3.教师还要承担一些与电力电子技术相关的科研工作，将科研与教学有机地结合起来，把科研成果转化成教学资源，将科研成果和科研体会引进课堂教学，丰富教学内容，促进专业教学水平的提高。

四、激发学生学习兴趣，增强课堂效果

《电力电子技术》课程的特点之一是理论性强，逻辑思维严密，涉及到电路、模拟、数字电子技术、自控控制原理等许多课程的知识。因此，在讲授课程之前，应首先去了解学生的学习情况，研究学生的状态和需求，在开始的几节课里多与学生接触，了解情况。开课后，教师应争取在最短的时间内熟悉学生们的实际学习情况，作为安排教材、决定教学进度和选择教学方法的依据。

1.充分发挥学生的主体作用。教师要学会调动学生学习的主动性和积极性，才能培养出高质量的人才。教师对内容相似或易于理解的内容予以精简，选择一部分内容留给学生去自学，然后让学生站在老师的角度去给别的同学讲解所理解的内容，让学生画出主电路波形图，通过相互交流，互相促进，提高学生的学习兴趣。

2.平等待人，积极鼓励。在近几年教学过程中，发现学生中有消极待学的现象，这部分学生或沉迷于游戏，或忙于出外打工赚钱，严重地影响了其学业，考试成绩也不理想。对于这部分学生，教师一定要找到症结所在，积极引导、平等对待、不断勉励。要重视学生的个性培养，积极鼓励学生求新、求异、求难、质疑、进取的精神，对于部分考研的学生，他们认为凡是和考研有关的课程就认真对待，无关的就不学，对于这样的学生，我们的做法是将考研数学的傅里叶变换与电力电子技术中的基波和谐波的概念结合起来，既加强了考研知识学习，又解决了电力电子技术中的知识难点掌握问题，使其认识到课程之间都是相关的，只有这样才能使师生之间建立一种平等、和谐、融洽的关系，激发学生在课堂上的思维能力。

五、运用多种教学手段，提高教学效果

《电力电子技术》课程本身特点是概念多、器件多、电路多。在对电路进行分析时，从电力电子器件的导通与关断变化过程出发，以波形分析为主要手段，教授学生学习掌握不同器件所组成的变流电路的工作原理、波形画法、电路中主要物理量的计算。

1.从以上对课程特点的分析可以看出，只采用黑板板书的方法对课程进行讲授的话，教师势必会在概念、电路图、波形图及参数变化对波形图的影响方面的书写花费大量的时间。而若只采用多媒体进行教学的话，在波形和物理计算公式的推导的讲解过程中，讲解速度虽然会加快，但是与学生的互动也会相应减少。这样势必不利于启发学生，培养学生的独立思考能力。教师在讲授的过程中应根据教学内容确定使用哪种方法进行讲解。文字内容比较多的情况，可采用多媒体辅助教学。利用PPT向学生展示学习内容中涉及到的实物照片，这样不仅可以增加教学内容的知识量，而且可以提高学生的学习兴趣。如果讲解的是可控电路的工作原理和输出波形，可采用多媒体（电路图演示）和板书教学（波形图绘制）相结合的方法。

2.实验是培养理论联系实际、学生动手能力的重要手段。对电力电子技术实验，保留原有的晶闸管整流验证性实验，使学生对本课程的应用有初步认识，对直流斩波电路以及正弦波同步移相触发电路实验，则可当成设计型实验，由教师给出电路图及参数，由学生自行设计，选择器件及其驱动电路、保护电路，进而完成实验，培养学生分析问题、解决问题的能力。

3.课程设计作为实践课教学中的重要组成部分，在人才培养中起着举足轻重的作用。因此切实提高课程设计的质量，具有重要意义。《电力电子技术》课程设计教学模式分以下几个方面：（1）课程设计走进实验室。建立开放式综合性实验，将实验时间交给学生，让他们自行安排。而日常生产和生活中，有许多实用的电力电子产品，其电路相对简捷，很接近教材，非常具有代表性，例如手机的充电器、录音机用的变压器，可以把它引入到课程设计中来。通过这样的过程，学生能够更真切地理解电力电子技术的基本内容、基本原理，更加真实地感受电力电子电路的设计、调试过程。（2）课程设计引入计算机辅助设计。传统的电力电子技术实验，基本上是学生利用protel软件画出PCB板图，再利用电力电子开关器件、电阻、电容等元件搭建电路来获得电子线路的感性知识。但在教学实践中，由于电路板连线可靠性差，学生的操作技术不够熟练，产生错误的概率较高。为了解决上述问题，我们引入了计算机仿真软件MATLAB，Simulink作为MATLAB软件下的仿真系统，通过它下面的工具箱可以对电力电子技术进行建模、仿真分析，实现高效率开发系统的目标。

六、结语

本文针对近几年的《电力电子技术》课程理论教学和实践教学理念和改革思想进行了探讨，有针对性地创新教学方法的研究，使课程内容体现学科发展动态、学科前沿内容并提出有待解决的问题，实行开放式教学，对教学内容删繁就简，吐故纳新，实行教学内容对学科与专业发展的跟踪，并且将课程教育与素质教育相结合，将素质教育融入专业教育之中，有效地调动了学生的学习兴趣和学习主动性，提高了教学效果。

参考文献：

[1]陈坚，康勇.电力电子学――电力电子变换和控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]李瑾.“电力电子技术”课程教学改革的探索和实践[J].中国电力教育，2009，（7）.

流体动力学原理及应用篇（9）

农业物料学是应用近现代物理学理论、方法和技术来研究农业物料的物理特性，以及各个物理因子和生物特性相互作用的一门边缘性学科[1]。作为农业工程学科的基础，农业物料学已经成为农业高校农机化专业一门理论性和实践性并重的专业基础课程，主要培养学生掌握利用相关技术测试常见固体和液体农业物料物理特性的实验方法和原理。农业物料学涉及农学、生物学、机械力学、流体力学、电学、光学等多门学科的理论和技术，知识领域广，学科交叉，给该门课程的教学带来很大的挑战。为了更好地加强知识的理解、提高学习效率、进一步提高农业物料学的教学质量，结合教学内容和目标，对该课程进行理论与实验一体化教学模式的探索。

1.课程知识结构设计

1.1农业物料学研究对象及特征

农业物料学的研究对象是农业生产及农产品加工和处理所面对的植物物料和动物物料及其半成品和成品，如谷物种子、果蔬类、油类、肉、蛋、奶等，按存在状态可分为固体物料和液体物料。农业固体物料的结构形式表现出多样性，它们以块状、散粒体、粉状等规则或不规则的形式存在，它们的内在品质也具有很大的差异性，因材质的不同表现出不同的力学特性、电学特性和光学特性；农业液体物料作为连续介质，因其黏性不同而具有复杂的流动特性和流体动力学特性。

1.2理论模块设计

农业物料学所研究的内容是基于农业生产、加工、存储、运输、检测的机械装备和系统的设计需求，利用合适的技术和手段来研究各类农业物料基本物理参数、力学、光学及电学特性[2]。遵循主次分明、突出重点的原则，具体理论教学内容包括物料的基本物理参数（如形状、尺寸、体积、密度、孔隙度、表面积、比表面积、含水率等）的表达形式和测试方法、黏弹性物料的流变模型及应力松弛和蠕变理论、液体物料的黏度及液体物料流体阻力特性、散粒物料的内外摩擦力学特性及空气动力学特性、农业物料的换热理论及干燥理论、农业物料的介电特性和导电特性、农业物料的光学反射和透射理论等。

1.3实验模块设计

实验内容的设计在该教学模式中的作用尤为关键，通过实验课的实施，不仅使学生能够掌握典型农业物料物理特性的测试方法，同时是辅助学生理解和学习本课程理论知识的重要手段。为了达到此目的，实验内容须覆盖和融合本课程的理论要点。根据教学目标，结合理论教学内容，实验项目设置为谷物尺寸与硬度的测试，果蔬形状、体积和密度的测试，农业物料拉压流变实验，液体物料比重与黏度的测试，谷物种子空气动力学特性实验，散粒体物料休止角与内摩擦角的测定实验，谷物种子含水率测定实验，农业物料导热系数的测定，典型农业物料LCR电学参数测定，谷物考种实验、谷物营养成分光谱分析实验等。

2.理论实验一体化教学模式的实现

2.1理论实验一体化教学思想

传统的教学是将理论教学与实验教学分阶段进行，一般先在课堂讲授理论，后集中进行实验。这种教学模式容易导致理论和实验结合不紧密，实验对理论的反馈作用发挥不及时、不充分。尤其对于农业物料学理论知识体系繁多、学科跨度大，仅课堂讲解理解难度大。由于理论教学与实践性教学是一种相互加强与相互补充的关系[3，4]，通过构建理论实验一体化教学模式，将理论教学与实践教学融为一体，两者同步开展。按照“讲、听、做、学”的流程，教师首先提出本次课的教学任务和知识目标，对相关知识点进行讲授，讲授内容分为两部分，一部分为知识点的概念、原理等基础理论知识，另一部分是讲解基于这些理论知识的实验方法和步骤。学生在明确教学任务和知识目标后，有目的性地对所讲授的内容进行听记，接着按照实验方法有步骤地进行实验。实验过程中，教师要有计划、有目的地对实验关键环节涉及的理论原理、支撑技术进行提示和讲解；实验结束后，结合实验，以问题解答、讨论互动等形式对相关理论知识进行归纳、总结、再学习，进而加深理解，真正掌握和巩固知识点。

2.2理论与实验的融合性

为了实现农业物料学课程一体化教学过程中理论知识与实验的有效融合，实验内容的设置及教学过程设计非常关键。在本课程实验内容的设置中，谷物尺寸与硬度的测试实验和果蔬形状、体积和密度的测试实验对应农业物料基本物理参数的表达及测量理论；农业物料拉压流变实验、液体物料比重与黏度的测试实验对应黏弹性物料的流变模型及应力松弛和蠕变理论及液体物料的黏度及液体物料流体阻力特性知识；谷物种子空气动力学特性实验、散粒体物料休止角与内摩擦角的测定对应散粒物料的内、外摩擦力学特性及空气动力学特性理论；谷物种子水分测试实验（直接法）、农业物料导热系数的测定实验对应农业物料的换热理论及干燥理论；典型农业物料LCR电学参数测定、谷物种子水分测试实验（间接法）对应物料的介电特性和导电特性理论；谷物考种实验、谷物营养成分光谱分析实验则涵盖物料的光学反射和投射理论。

例如对于谷物种子含水率及其测定方法知识模块的学习，该模块的教学目的是要求学生掌握谷物种子含水率的基本概念、含水率的实验测定方法及其测定原理。谷物种子含水率的测定方法有两种：直接烘干法和间接测定法。针对两种方法，分别安排两个含水率测定实验：一个是红外加热烘干实验，另一个是基于介电常数的电子水分速测实验。第一个实验测定原理包含了红外线热效应理论、谷物干燥理论等知识；第二个实验测定原理包含了种子电特性理论中的含水率与介电常数知识。因此，该模块的教学中，按照“讲、听、做、学”的流程，在实验中渗入理论学习，在理论学习中见证其应用，两者相辅相成，既掌握了实验测定应用方法，又加深了对理论知识的理解渗透。

3.结语

针对农业物料学课程学科知识结构的特点，引入理论实验一体化教学模式可将理论性、实践性、开放性有机融合，打破常规理论课与实验课的界限，理论与实验形成互补、相互促进，实现教、学、做三位一体，有效启发、活跃学生的思维，促进师生互动沟通，一方面，有效提高了本门课程的教学质量，另一方面，培养了学生的学习知识的兴趣和积极主动的学习态度。

参考文献：

[1]周祖锷.农业物料学[M].北京：农业出版社，1994.

流体动力学原理及应用篇（10）

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）12-0165-02

一、引言

电机课程作为自动化、电气控制及其自动化等专业的专业基础必修课，囊括了各类电机的原理与应用。直流电机作为电机课程中重要的一部分内容，是学生将电磁物理应用于具体物理模型理解其工作原理并实际应用的重要切入点，其内容具有概念抽象、公式和结论较多等特点[1-3]。而电磁学作为学习电机课程的先导课程，其理论抽象、难以理解，同时由于实际条件的局限，也没有较多的实验设备支撑课堂教学来给学生展示电磁理论的现象，因此学生对电磁学的掌握只有公式、原理的记忆，而没有真正的感受现象和理解本质。

针对以上特点，对于直流电机的教学采用多媒体动画视频为主、板书为辅的教学方式，运用比较教学法和任务驱动激发学生的兴趣和解决实际问题的能力。

二、多媒体视频在教学中的应用

鉴于电磁感应原理的抽象，对直流电动机的工作原理借用视频短片形象的呈现，如图1所示。

在理解了直流电动机的基本工作原理的基础上提出问题：如果现在同样的结构，没有给直流电源，而是用外力使线圈转动起来，会发生什么？如此来引导学生自行运用电磁感应原理推导出直流发电机的基本工作原理。至此直流电机的基本工作原理都了解后，提出“直流电机同样的物理结构，到底是电动机还是发电机？”的问题而引出直流电机中重要的直流电机可逆性原理，引导学生讨论最终给出答案，并结合视频短片验证结论。在图2直流电机可逆性视频截图左图中绿色齿轮的直流电机连接黑色直流电源，作为电动机使用，通过绿色齿轮转动来带动红色齿轮同步转动起来，红色齿轮的电动机是作为发电机工作，因而使得两个灯泡负载发亮。而在右图中仅仅是调换了两个电机的位置，即给红色齿轮直流电机提供直流电源，因此红色齿轮直流电机工作在电动机状态来带动绿色齿轮转动，使绿色齿轮直流电机工作在发电机状态，从而为负载灯泡提供电能使其发亮。

三、比较教学法的应用

比较教学法也称对比教学法，是教师在教学过程中，着重体现确定教学内容之间相同和不同关系的思维过程和方法，是一种利用比较来找出各种电机的共性和特点，加深对各种电机原理的理解方法，有助于学生对知识的消化与吸收，使学生获得的新知识更加准确，已学的旧知识更加深刻，真正的温故而知新[4，5]。

在讲述直流电机基本结构和工作原理时，给出直流电机的简单物理模型后，引导学生在先线圈转起来和先给线圈电流两种不同情况下，由电磁感应的相关知识推导出的不同情况下的能量传递和电能与机械能的转换，进而自己推导出直流电机的工作原理。在此基础上，引导学生将物理模型对应的电路图画出，得到直流电机的电压平衡方程。通过如此的推导过程最后独立完成表1。在这一过程中，通过学生自己的推导、分析、论证，深刻体会直流电机的基本工作原理和其可逆性，以及直流电动机和发电机中电势、转矩的不同作用和性质。

上表中，Ua为电枢端电压，Ea为电机感应电势，Ia为电枢电流，Ra为电枢总电阻；Tem为电磁转矩，TL为电机轴上外转矩，T0为电机总阻转矩。

四、任务驱动法

任务驱动法是指在学习的过程中，学生在教师的帮助下，紧紧围绕一个共同的任务活动中心，在强烈的问题动机的驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，引导学生产生一种学习实践活动。任务驱动法以建构主义学习理论为基础，最根本的特点是“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”，使学生主动建构探究、实践、思考、运用、解决的学习体系[6-8]。

在学习了直流电机理论知识后，教师布置实际动手作业――做一个简易直流电机，最后将学生中比较优秀的作品展示给大家相互学习，相互勉励。在实际动手的过程中，学生再次对所学的理论知识深刻体会，同时发挥各自的想象力和创造力，寻找身边可用素材材料实现直流电机的换向和转动。此过程中，有学生制作的电机换向时出现了火花，通过现象看本质，这是有效的学习。通过这一现象，学生提出各种改进以消除摩擦火花的举措，真正提高了学生分析问题、解决问题的能力。图3为学生制作的各种直流电机和换向器摩擦火花现象。

五、教学效果

电机学是基于抽象的电磁感应原理的理论推理课程。传统的教学方法使得课程枯燥难于理解，在应用了多媒体动画后，学生的感性认识加强，兴趣也逐渐提高了。在采用对比教学法和任务驱动教学法后，教师只是提出了相关的探究性任务，学生可以应用各种方法达到目的，对学生的要求也因人而异，每个学生只要努力了、进步了，教师就会给予一定的肯定和评价，这样让每个学生都有了成就感，也增强了他们的自信心，课堂气氛明显活跃了。在直流电机实物作业展示中学生相互学习，相互勉励。通过这些方法，学生的学习兴趣和积极性都有了较大的提高，教师在课堂中起引导总结的作用，教学效果良好。学生在较为轻松愉快的学习气氛中提高了分析问题、解决问题和对知识的综合运用能力。

参考文献：

[1]杜怿，肖凤.“电机学”课程教学方法改革探讨[J].中国电力教育，2012，（21）：52-54.

[2]刘芬，朱海庆，刘桃生.对机电专业电机学课程的教学方法探讨[J].中国电力教育，2007，（5）：83-84.

[3]顾绳谷.电机及拖动基础[M].第四版.北京：机械工业出版社，2010.

[4]晏永红.《电力拖动自动控制系统》教学改革探讨[J].现代商贸工业，2011，（16）：197-198.

[5]郭晓红.《电机与拖动》课程教学中的创新探讨[J].电力学报，2008，（3）：249-251.