有趣的流體力學現象精選(九篇)

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第1篇：有趣的流體力學現象范文

關鍵詞：流體力學；多媒體；交互式學習

作者簡介：葉學民（1973-），男，河北邢臺人，華北電力大學能源動力與機械工程學院，副教授；李春曦（1973-），女，河北唐山人，華北電力大學能源動力與機械工程學院，副教授。（河北?保定?071003）

基金項目：本文系華北電力大學2010年本科教育教學改革教育教學重點項目的研究成果。

中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）22-0052-02

一、“流體力學”教學現狀

“流體力學”作為能源動力類專業的一門專業基礎課，以研究流體的運動規律為主要內容，并為后續的傳熱學課程學習提供必要的基礎。由于教學內容涉及面較廣，既有工程應用性，又包括大量的理論性內容，且運用高等數學知識較多，因此學生普遍感到該課程概念模糊、內容抽象且理論性較強，這在一定程度上影響了教學效果。[1-3]究其原因，一方面，傳統的板書教學模式雖然在公式推導、理清思路、強化記憶、深入思考方面具有不可替代的優勢，但同時也存在缺乏生動、活潑、形象的一面；另一方面，由于學生尚未具備對多數基本概念的物理直覺、對于呆板文字描述的理解需要豐富的想象力，難以激發其積極性。

多媒體技術作為一種新的教學手段，通過教材內容與動態文本、圖像、動畫、音頻、計算機模擬技術的有機整合，使得原來抽象的概念形象化、枯燥的方程式清晰化、晦澀的物理過程機理生動化，可從多方面激發學生的積極性和創新思維，并且通過與傳統教學模式相結合起到了相得益彰的作用。近年來，隨著多媒體技術在計算機輔助教育領域的深入應用，多媒體輔助教學模式在高等教育中發揮了愈來愈重要的作用。[4-5]本文通過介紹自行開發的多媒體流體力學輔助教學系統，分析了該輔助教學系統在教學實踐中的應用效果，為進一步提高教學效果起到了積極的示范作用。

二、輔助教學系統簡介

以Visual C++作為編程語言，結合Windows Media Player多媒體功能，在遵循軟件開發一致性、易用性、容錯和聯機幫助等設計原則基礎上，通過對教學內容的系統性和連貫性梳理，并參考國內外多媒體流體力學的基礎上，[6]開發了多媒體流體力學輔助教學系統，其界面如圖1所示。該系統包括動力學、邊界層、運動學、名人堂、虛擬實驗室、演示、模擬、模擬器、圖片和表格、流動可視化等模塊，涵蓋了流體力學的絕大部分內容。

動力學包含了流體的經典研究方法、牛頓第二運動定律、納維爾-斯托克斯方程和各種邊界條件等。邊界層包含了邊界層概念、平板突然啟動產生的邊界層、層流邊界層、邊界層分離、不穩定現象和紊流邊界層等，其中的教學短片不乏趣味性、生動性。運動學涵蓋了由質點到場和由物質導數到各種流動線等內容，生動細致地描述了跡線、流線、脈線和等時線等抽象概念，通過運用豐富的流動顯示技術將運動過程展示出來。虛擬實驗室將動力學、運動學和邊界層等模塊中需要深入討論的部分細化出來，結合Java虛擬技術，讓使用者親自實現對流體流動等方面的模擬演示。演示將一部分錄像短片組織起來，作為特殊的演示呈現給使用者。模擬器基于Java虛擬機，將分子動力學模擬器、流體勢流構造器和邊界層微分方程數值解等獨立出來，從使用者親自實踐。圖片和表格將一些紛繁蕪雜的圖片和教學短片有機地綜合起來，通過表格或視頻播放的形式，將這些信息歸納整理起來。流動可視化通過可視化手段將不可見的流體流動清晰演示出來。名人堂中闡述了十五位具有杰出貢獻的科學家的生平和卓越貢獻。

三、教學實踐效果分析

在“流體力學”的教學實踐中，適時地應用了多媒體流體力學輔助教學系統（以下簡稱輔助教學系統），取得了良好的教學效果，現分析如下。

1.激發學生的求知欲

激發學生的興趣和求知欲是開展學習并獲得良好學習效果的前提。如果學生對于課程內容的學習缺乏基本的興趣，很難想象他能投入到課程的有效學習之中，更無從談起知識的綜合運用。因此，提高學習興趣就成了擺在授課教師面前的首要問題和關鍵所在。流體力學的內容浩如煙海，涉及日常生活和工業應用的方方面面，輔助教學系統的各模塊中提供了大量的鮮活實例，從而可有效地激發學生的求知欲。

在講解緒論和各章節時，可通過觀看錄像、圖片集、名家事跡等提高學習興趣和動力。如因人體與外界環境存在溫差產生的自然紊流對流及鼻孔處的強迫紊流（圖2a），又如自然界中水蜘蛛在水面上運動形成的毛細波（圖2b），再如通過數值模擬獲得的肺部氣管和支氣管在呼吸過程中氣體的速度分布（圖2c）。這樣的生動活潑的實例讓學生感到大量有趣的流體力學現象就在身邊，但對其內部物理機理的理解又需學習流體力學知識，從而可激發學習動力。另外，輔助教學系統中的名人堂模塊，不僅可使學生了解諸如達芬奇（圖2d）、牛頓、馮卡門等15名著名流體力學家的生平，也使其對流體力學和其他學科的卓越貢獻有了較為全面的認識，從而激發學生探索自然科學的積極性和主動性。

2.建立物理直覺

第2篇：有趣的流體力學現象范文

關鍵詞：工程意識；流體輸配管網；教學改革

作者簡介：谷志攀（1983-），男，山東濟寧人，嘉興學院建筑工程學院，講師；劉靜（1982-），女，河南周口人，嘉興學院商學院，助教。（浙江 嘉興 314001）

基金項目：本文系嘉興學院2012年一般教改課題“基于‘工程意識’培養的專業基礎課教學改革與探索——以‘流體輸配管網’為例”、嘉興學院重點建設專業——建筑環境與設備工程專業研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0085-02

建筑環境與設備工程專業隸屬于土木工程一級學科，該專業是1998年由“供熱通風與空調工程”和“燃氣供應工程”兩個專業合并、調整、組建而成的。[1]嘉興學院建筑工程學院建筑環境與設備專業于2011年被確定為嘉興學院重點建設專業，建環專業培養學生具備從事建筑環境控制與能源供給系統以及建筑設施智能化工程的規劃、設計、施工、安裝、設備調試、運行管理、設備研發、產品營銷等工作所需的基礎理論與專業技術知識、實踐與創新能力，能在設計研究院、工程公司、能耗設備制造企業、管理部門等從事規劃、設計、研發、生產、施工、管理等崗位工作的復合型、應用型高級專門人才。對建環專業學生工程意識和實踐能力的培養是教學改革的當務之急。工程意識指的是，工程技術人員在建環專業相關的設計、施工或技術管理過程中，能夠全面、嚴格地從工程的角度出發，來研究解決工程勘測設計、工程施工、施工材料的選擇，工程施工設備和建環專業產品的設計制造的責任意識，可歸納為認識客觀世界和改造客觀世界的活動中，作為專業技術人員應有的可以影響工程活動的能力和技術，是決定工程活動能否有效完成的心理特征。[2]

“流體輸配管網”是建環專業一門基礎課，其課程內容除了系統地闡述流體輸配工程技術原理與方法之外，還涵蓋了建筑環境與設備工程專業的暖通空調工程、城市燃氣工程、熱工程、冷熱源工程、建筑給排水工程、建筑消防工程、工廠動力工程等共同的流體輸配原理和管網性能設計與調控方法。[3]“流體輸配管網”課程，是流體力學、工程熱力學和傳熱學課程基礎上的拓展，又是將來學習空調工程、供熱工程和給排水工程的基礎，因此課程內容多，既有理論推導，又有工程實踐內容，學生學習起來比較困難。基于以上的情況，本文以建環專業“流體輸配管網”為例，對基于“工程意識”的專業基礎課程進行了教學改革與探索研究。

一、課堂教學：突出工程意識，培養學生的學習興趣

現在有相當部分學生在學習中缺乏積極性和主動性，因此在課堂教學中，需要大力突出工程意識，用以培養學生的學習興趣，提高教師的教學效果與學生的學習效果。在課堂教學中培養工程意識，首先就是以工程實例啟發學生，激發學生的學習動機。學生一旦產生較為強烈的學習動機，學習態度就會積極，最終可以取得比較良好的學習效果。第二個方法便是通過對具體的工程實踐與理論結合講解，可以使枯燥的理論教學更具生動性和直觀性，從而激發起學生對學習的興趣。

為了使學生全面深刻地理解和熟練應用一些基礎理論知識，避免學習中產生枯燥和太抽象的感覺，增加其學習興趣，可以嘗試在教學中介紹相關有趣的工程方面的知識，也就是在講解課堂知識的同時，加入一些工程實踐中有趣的見聞，用以激發學生的學習興趣，這樣就可以使學生在笑聲中獲得專業知識，這種效果優于枯燥的講解。

二、教學方法：體現工程意識，課堂教學講授方式多樣性

“流體輸配管網”的課程特點是：內容多、概念多、公式多，課程教學內容抽象，針對這種特點，要想培養學生的創新思維能力和提高教學質量，就必須采取一些新穎的教學方法。[4]

1.注重師生互動

即以學生為主體，教師為主導的“雙向運動”。在教學中，教師不能單向灌輸理論知識，需要利用各種資源和手段充分調動學生的積極性，啟發學生進行思考，把學生由“單向”的知識的接受者變為“雙向”的知識的探索者。要想達到這種有效的雙向互動，可以采用以下的步驟進行：首先提問，提出生活中遇到的流體輸配管網的問題，再組織學生討論，讓學生先提出自己的看法，最后講授教學內容，揭開問題的答案，這樣學生和教師都參與到教學中，學生和教師有了更好的互動，學生在對問題的思考中理解和掌握了知識。

2.強化理論聯系實際，重視工程應用

引導學生關注身邊的流體輸配管網現象，變“抽象”為“形象”。首先，帶領學生觀察生活中各種不同建筑物的輸配管網系統，例如：學校教學樓和宿舍樓的生活給水管路、消防水管路，大型商場超市的空調水系統和消防系統等，讓學生有直觀的認識；然后在授課過程中，依靠學生熟悉的建筑物的實際工程設計圖紙，來講述輸配管網系統的基本組成和輸配管網各種系統，由于都是生活中實際的例子，因此學生在學習過程中理解起來也更容易，能更快掌握知識。因此在教學過程中強化理論聯系實際，可以使教學取得意想不到的效果。

3.注重公式的應用和學生能力的培養，弱化理論推導過程

“流體輸配管網”課程中涉及到大量的公式，例如氣體輸配管網單位長度管道摩阻R就有幾個不同的計算公式，根據本科教育的培養目標，在實際講解時理論知識時，要“重公式應用，輕公式推導”，把講課的重點放在對公式的使用條件分析和各項參數含義的講解，然后通過例題講解公式的應用，最終使用公式解決實際的工程問題；同時需要留給學生必要的作業習題。作業訓練和課堂教學是相輔相成的，通過作業習題訓練，可加深學生對課堂知識尤其是公式的掌握，又可以提高學生分析和解決問題的能力。

4.采用多種教學手段，鼓勵使用多媒體教學

隨著教育改革的不斷深入，各種高科技手段在教學中得到廣泛應用，多媒體教學在課堂教學中的優越性越來越明顯。首先，多媒體技術利用靈活的文字、聲音、圖形、動畫等，使學生對于學習內容更加明確，能讓學生較快掌握課程學習的內容，強化對基本概念、基礎理論和基本知識的理解；幫助教師和學生在有限的時間下，節省下畫示意圖、抄寫板書等時間，使教師更好地掌控教學進度，把更多的時間和精力放在講解課程上。其次，多媒體課件可以使用生動、形象、活潑的文字和圖片將抽象的東西具體化，并配上實際的工程實例中的圖片資料進行分析講解，使得教學內容形象化和具體化，可以有效調動學生情緒，讓學生先對多媒體課件上的管網和設備有感性認識，再接著從理論上分析和計算，這樣學生接受起來比較容易，效果顯著。當然多媒體課件也存在不足，其中一個很大的缺點就是，多媒體教學課件播放速度教快，多數學生來不及作課題筆記。因此嘉興學院專門對學生開放BB平臺，“流體輸配管網”也建有BB課程平臺，學生在BB平臺上可以把課件下載到個人電腦上，這樣既方便學生課后復習，又能提高學生學習效果。通過多媒體和BB平臺這兩種不同的教學手段結合，可以有效提高教師教學效果和學生學習成效。

三、以工程實踐為導向，培養學生抽象思維和創新思維

近年來，隨著我國高等教育的發展，創新性教育越來越受到各大中專院校的重視，但是學生創造力的培養不能脫離工程實際。工程意識的培養，能幫助學生更深刻掌握所學的專業知識，并可以有效提升學生創造能力。第一，工程意識的培養可以幫助學生把理論知識和工程實際相結合，利用實際工程啟發學生觀察問題，然后讓學生利用專業知識去思考問題，并且引導學生多角度多方面思考，開闊學生分析問題的思路，引導學生在專業知識方面舉一反三，培養學生的發散性思維，這樣就可以利用實際工程來使學生掌握專業知識，培養創新意識。第二，工程意識的培養還可以激發學生的創造欲望，學生在面對實際工程中的新問題時，會感覺到挑戰，并會想到利用所學到的流體輸配管網的知識去迎接挑戰，解決實際問題，如在液體輸配管網一章，講解到供暖管路中的垂直失調現象時，不少學生提到許多新穎的想法。

四、教學給予學生更多的實習和實踐機會

所有的工程實踐問題都是在理論指導下解決的，因此為了將學生培養成一名合格的工程技術人員，需要學生更多將理論知識與實踐很好地結合，這就需要學生在學習階段就開始積累工程實踐經驗。因此，學生在學習理論知識后，教師可以邀請有較多工程經驗的設計師、施工人員來課堂舉辦講座，引導學生培養工程意識；同時嘉興學院建環專業在第四學期讓學生參與認識實習，教師帶領學生進入各個實訓現場，讓專業工程人員講解，通過現場實物來加強學生工程意識，這樣可以使學生在學習期間就不斷接觸到工程實際中的問題，學生從實習中得到學習鍛煉。因此，從課堂教學和工地現場中培養學生工程意識，有利于學生把理論知識和實際技能結合起來，達到“流體輸配管網”課程教學目的，從而達到大學教育的培養目標。

五、改革考核方式

傳統的專業基礎課考試方法是采用形式單一的閉卷考試，這樣使得學生死記硬背公式，不需要過多的思考便可以取得較高的分數，這樣的考核方式不能考核學生的綜合能力。基于以上的原因，我們對考核方式進行了改革，采取筆試、工程素質考核、平時表現三部分組成總成績。其中，筆試內容以期末考試題為主，占總成績的70%。工程素質考核題目以基本概念題和實際應用題為主，基本概念題目主要選取基本的理論知識，實際應用題目在學期開始前布置給學生，這些應用題目都是來源于實際工程，這些題目具有開放性，需要學生在平時學習中理論結合實踐去思考，才能得到一個較為符合工程實踐要求的答案。工程素質考核可以活躍學生思維，為學生提供較好的創新空間，培養學生靈活運用基本理論分析工程問題、解決工程問題的能力，使得學生的工程意識得到培養，綜合素質得到鍛煉。平時表現主要體現在學生課題考勤、課堂表現和作業。通過改革考核方法，使學生重視對基本理論知識的學習，更加全面掌握知識，工程意識和創新意識得到鍛煉和提高。[4]

六、結論

在“流體輸配管網”課堂教學中，突出工程意識，培養學生的學習興趣；教學方法上，體現工程意識，課堂教學講授方式多樣；以工程實踐為導向，培養學生抽象思維和創新思維的能力；教學給予學生更多的實習和實驗機會；改革考核形式，以激發學生的學習興趣，實現應用型創新人才培養目標。建環專業的學生在其他課程的學習中，也需要得到工程意識的教育。培養學生工程意識，使學生的學習和教師的教學都是從工程觀點出發提出問題，分析問題，思考問題，解決問題，從而激發學生自主學習的興趣，增強學生實踐應用能力的培養，形成良好的學習方法，發揮學習的主觀能動性，更好地實現應用型創新人才培養目標。

參考文獻：

[1]吳晅，王麗芳，何麗娟.西部地區高校建環專業實習教學改革的一些思路[J].中國電力教育，2011，（14）：128-141.

[2]楊艷.在《水力學》教學中培養學生的工程意識[J].長江工程職業技術學院學報，2008，（2）：73-74.

[3]張丹，孟凡茂，劉靖，等.“流體輸配管網”三位一體課程教學體系的構建[J].中國電力教育，2011，（19）：99-100.

第3篇：有趣的流體力學現象范文

關鍵詞：教學理念；興趣；獨立思考；情感教育；探究；評價體系

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-01-0220-02

目今的教育體系下，受外部環境的影響，學生學習的主動性和自覺性不可同年而語，欲培養他們良好的學習習慣實屬不易。如何提高課堂教學質量？擴大教學的影響力？竊以為應從以下幾個方面展開工作，謹與大家商榷。

一、增強語言趣味性

語言是人與人之間交際的工具，課堂教學中，風趣幽默的語言會起到意想不到的響應效果，而生硬死板的語言會使聽者感覺索然無味，昏昏欲睡，上課感覺就是一種難耐的“煎熬”，為了扭轉這種“課荒”，教師就要隨時把握課堂氛圍，及時調整課堂氣氛，利用生動有趣的語言，講述與課堂主題貼近的現象和情景，活躍課堂氣氛，凝聚學生注意力，改枯燥呆板的“煎熬”型為生動活博的“享受”型教學。使學生在樂中學，學中樂。

二、培養、提高學生思維能力

課堂教學中，往往好多疑難問題需要應用所學基本原理和知識來解答，而解答這個現象或者問題的方法不止一種，這時，老師只要在旁邊加以積極引導，對學生提出思維要求，不必全部做答，給學生一定的空間，讓其獨立思考。在思考過程中，他們的思維逐步起著自覺調控作用，從而拓展學生的獨立思考能力。

三、學習方法的多重性體現

在教學活動中，老師和學生分別扮演著不同的角色。傳統的教學方式以老師為主，采用一言堂的方式進行灌輸，大多數學生會聽得云里霧里，一籌莫展。改變這種狀況的主要方法就是實現教學對象的角色轉變，即以學生為主，老師在旁加以引導，只給出解決問題的方法，而不直接給出答案，這樣，既調動了學生學習的積極性，又使每一個學生身臨其境，帶著問題思考，教學效果明顯，學生也因此受益終生。

同時，本著教書育人的職業道德習慣，授課教師要不失時機地、自然地、巧妙地寓德育教育于教學之中，對學生進行遵紀守法、團隊合作、吃苦耐勞、堅韌不拔的職業道德教育，使學生有明確的學習目的和強大的學習動力。

四、認真備課，靈活授課

提高教學效果的另一個途徑是備課，在短短的50分鐘內要解決一個疑難問題，是需要我們認真進行課堂設計的。

根據教學計劃，備課時，一方面制定課時數，明確課時目標、體現出重點和難點，要不要增加實驗環節？實驗的目的是什么？僅僅是教師演示還是讓學生動手做？要解決那些問題？通過實驗能否幫助學生把握重點和理解難點等等。另一方面，授課對象的情況如何？愿意學的學生有多少？學習好的學生有多少？差等生差在何處？其心理障礙是什么？容易失誤的地方在哪里？所有這些因素都做到了了如指掌，再按課時授課，就會有的放矢，逐漸達到教學目標。

在教學互動中，往往我們會遇到在備課程序中始料未及的問題，學生的行為沒有按照備課設計意圖進行，這時，我們不能再抱住死的教案按部就班往下進行，而要改變策略，調整備課，及時發現學生有創意的閃光點，并加以肯定和鼓勵，同時在調整中，師生分享彼此的見解、交流彼此的心得，從而豐富了教學內容。

五、注重情感教育

先哲曾言，對一切來說，只有喜愛才是最好的老師。普通教育的規律亦是如此。

往往我們所喜愛的任課老師，對其擔任的課程進行考核，學生的學習成績大多比較突出，經過調查發現，這些老師有良好的課堂溝通能力，能夠注入豐富的情感教育，引發學生積極的思維，營造情感交融的學習氣氛，給學生充分的心里安全感、求知愉悅感和釋疑成就感，一改傳統教育的枯燥單調感、朦朧晦澀感和無奈灰色感。使“傳道、授業、解惑”教育模式在新的時日得到發揚和完善。

在情感教學中，通過溝通，還能夠了解學生的學習動態，根據學生學習狀況，圍繞“學有所長” 的教學理念及時給以調整，使學生帶著信心和勇氣自覺地投入自主性的學習。

六、培養探究學習的良好習慣

眾所周知，一個良好的習俗不是一朝一夕養成的，探究學習習慣也不可一蹴而就。

探究學習首先表現為自主學習，是在自主學習的基礎上，增設了探討、鉆研環節，有利于學生理解并掌握基本知識，在充分了解基本原理的同時，應用所學知識解決實際問題，力求一七、求多解的藝術效果。

七、但目前大部分學校對這一先進教學方法的態度是模糊的

在采用探究學習方式時，由于受基礎知識和理解能力的限制，學生既提不出有爭議的疑難問題，又無法解答在討論當中出現的新問題，互相之間面面相覷，等待老師解答，老師也不想長時間冷場，不斷地加以引導，在效果仍然不佳的情況下，只能喋喋不休的講個不停。或者有時遇到調皮學生借題發揮，講一些離題萬里的笑話，嚴重影響到課堂的秩序和授課效果。

然而如何新生事物的出現都有其坎坷曲折的一面。探究學習的出現也一樣，我們不能因為學生基礎知識匱缺，就舍棄、否定探究學習本身。其實，失敗和成功都是我們學習的寶典，只不過在后進學生中開展探究活動，教師要做更充分更詳實的準備，需要了解學生的需求和心里活動， 因此，探究學習的過程僅僅坐在課堂里還遠遠不夠，需要師生走出教室，走進實驗室、融入社會、接軌網絡世界。

八、先進教學設備多媒體的應用

近幾年，多媒體教學以其直觀性、真實性、快捷性、前瞻性在現代教學當中得到廣泛應用，并被學生所喜愛。尤其在抽象概念的 詮釋，機構模擬仿真，制圖，流體力學，模具制造及調試等等教學方面，有著傳統教學方法無法比擬的突出效果，既便于通過觀察真實現象，理解教材內容，又增強了教學互動，活躍了課堂氣氛。

九、評價方式的選擇

學生學習效果的檢查，不僅僅只注重最后結果的評判，同時也要兼顧學習的整個過程，因而采用形成性評價方式比較適宜。采用這樣的課程評價方式，可以減緩因一次考試失誤而帶來的心理負擔，進而激發或保持學生的學習興趣，漸近學習目標。

第4篇：有趣的流體力學現象范文

航空器是在大氣層內活動的飛行器，其飛行也就離不開大氣。因此，在進一步介紹航空器專業知識前，有必要了解大氣的特性，才能更好地掌握和理解飛行的其它相關知識。

在地球引力作用下大氣聚集在地球周圍。大氣層總質量的90%集中在離地球表面15km高度以內，總質量的99.9%集中在距地球表面50km高度以內。在2000km高度以上，大氣極其稀薄，并逐漸向行星際空間過渡。大氣層沒有明顯的上限，它的各種特性沿鉛垂方向變化很大，其中空氣壓強和密度都隨高度增加而降低，而溫度隨高度變化的情況則有很大差異。例如，在離地球表面10km高度，壓強約為海平面壓強的1/4，空氣密度只相當于海平面空氣密度的1/3。

1．大氣的分層

根據大氣中溫度隨高度變化的情況，可將大氣層劃分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層5個層次（圖1）。航空器的主要飛行區域是對流層和平流層。

（1）對流層

大氣中最低的一層為對流層，其氣溫隨高度增加而逐漸降低。對流層的上界隨地球緯度、季節的不同而變化。就緯度而言，對流層上界在赤道地區平均為16～18km；在中緯度地區平均為9～12km；在南北極地區平均為7～8km。

對流層的主要氣象特點為：氣溫隨高度升高而降低；風向、風速經常變化；空氣上下對流激烈，嚴重時甚至導致飛機劇烈顛簸；有云、雨、霧、雪等天氣現象。對流層是天氣變化最復雜的一層，飛行中所遇到的各種天氣變化幾乎都出現在這一層中。當氣溫很低同時空氣濕度又大時，甚至還有可能引起飛機外表面結冰，使得氣動外形發生變化，從而導致飛機空氣動力特性惡化，甚至引起飛行事故。因此，在飛行之前要事先了解當天的天氣情況，以確保飛行安全。載人飛機飛行之前及飛行過程中除了要及時關注起降機場和途經地區的天氣預報外，部分飛機還能通過機載雷達探測前方云層的情況，以便及時對航線做出調整。

航模的主要飛行區域是在對流層中。通常早、晚兩個時間段對流層空氣比較穩定，比較適合航模飛行。

（2）平流層

平流層位于對流層的上面，其頂界約為50km，大氣主要是水平方向的流動，沒有上下對流。隨著高度的增加，起初氣溫基本保持不變（約-60℃）；到20～32km以上，氣溫升高較快，到了平流層頂界，氣溫升至5℃左右。平流層的這種氣溫分布特征，與這一層大氣受地面影響較小和存在大量臭氧有關。平流層的主要特點是空氣沿鉛垂方向的運動較弱，因而氣流比較平穩，能見度較好。

（3）中間層

中間層離地球表面50～85km，氣溫隨高度升高而下降，且空氣有相當強烈的鉛垂方向的運動。當高度升到80km左右時氣溫降到-100℃左右。

（4）熱層

從中間層頂界到離地平面800km之間的一層稱為熱層，空氣密度極小。由于直接受太陽短波輻射，空氣處于高度電離狀態，溫度隨高度增高而上升。

（5）散逸層

熱層頂界以上為散逸層，是地球大氣的最外層，空氣極其稀薄，又遠離地面，受地球引力很小，因而大氣分子不斷地向星際空間逃逸。這層內的大氣質量只是整個大氣質量的10-11。大氣外層的頂界約為2000～3000km的高度。

2．大氣的特性

大氣與飛機空氣動力學相關的特性有連續性、粘性和可壓縮性。

（1）連續性

氣體和流體一樣具有連續性。大氣是由大量分子組成的，在標準大氣狀態下，每一立方毫米的空間里含有個2.7×1016個分子。每個分子都有自己的位置、速度和能量。在氣體中，分子之間的聯系十分微弱，以至于它們的形狀僅僅取決于盛裝容器的形狀（充滿該容器），而沒有自己固有的外形。

當飛行器在空氣介質中運動時，由行器的外形尺寸遠遠大于氣體分子的自由行程（一個空氣分子經一次碰撞后到下一次碰撞前平均走過的距離），故在研究飛行器和大氣之間的相對運動時，氣體分子之間的距離完全可以忽略不計，即可把氣體看成是連續的介質。這就是在空氣動力學研究中常說的連續性假設。采用連續介質假設后，不僅給描述流體的物理屬性和流動狀態帶來很大方便，更重要的是為理論研究提供了采用強有力的數學工具的可能性。

航天器所處的飛行環境為高空大氣層和外層空間，那里空氣非常稀薄，空氣分子間的平均自由行程很大，氣體分子的自由行程大約與飛行器的外形尺寸在同一數量級甚至更大，在此情況下，大氣就不能看成是連續介質了。

（2）粘性

大氣的粘性是空氣在流動過程中表現出的一種物理性質。大氣的粘性力是指相鄰大氣層之間相互運動時產生的牽扯作用力，也叫大氣的內摩擦力，即大氣相鄰流動層間出現滑動時產生的摩擦力。流體的粘性和溫度有關，隨著溫度的升高，氣體的粘性將增加，而液體的粘性反而減小。

大氣流過物體時產生的摩擦阻力與大氣的粘性有關系，因此，大氣的粘性與飛機飛行時所產生的摩擦阻力也有很大關系。不同流體的粘性不同，水的粘性是空氣的好幾百倍。由于空氣的粘性很小，因此在空氣中低速運動時其摩擦力很不易察覺。但當飛行速度很大時，粘性力的影響就非常明顯。速度如果達到3倍聲速以上，因摩擦力的作用，空氣會對飛行器產生嚴重的氣動加熱，導致飛行器結構的溫度急劇上升，以至于不得不采用防熱層和耐高溫材料。

在描述空氣粘性對機空氣動力學特性的影響時，通常用雷諾數來表示。雷諾數是一個表示流體慣性力和粘性力比值的無量綱量。雷諾數和流體的密度、速度和特征長度（如機翼的弦長）成正比，和流體的粘度成反比。雷諾數較小時，粘性力對流場的影響大于慣性力。關于雷諾數的更進一步的描述，感興趣的讀者可以參考其它相關的書籍。

（3）可壓縮性

氣體的可壓縮性是指當氣體的壓強改變時其密度和體積改變的性質。不同狀態的物質可壓縮性也不同。由于液體對這種變化的反應很小，因此一般認為液體是不可壓縮的；而氣體對這種變化的反應很大，因此一般認為氣體是可壓縮的物質。

當大氣流過飛行器表面時，由行器對大氣的壓縮作用，大氣壓強會發生變化，密度也會隨之變化。當氣流的速度較小時（一般指100m/s以下），壓強的變化量較小，其密度的變化也很小，因此在研究大氣低速流動的有關問題時，可以不考慮大氣可壓縮性的影響。但當大氣流動的速度較高時，由于可壓縮性的影響，使得大氣以超聲速流過飛行器表面時與低速流過飛行器表面時有很大的差別，在某些方面甚至還會發生質的變化。這時就必須考慮大氣的可壓縮性。關于高速飛行所引起的空氣被壓縮，從而導致的一系列飛行器空氣動力特性的變化，感興趣的讀者可以參考一些有關的專業書籍。

七、奇妙的升力

前面我們已經了解，飛機要飛上藍天，產生升力是最為關鍵的一個要素。為此，有必要和大家一起探討升力產生的原理。

介紹升力產生的原理之前，先來做一個小小的試驗（圖2）：手持一張白紙的一端，由于重力作用，白紙的另一端會自然垂下；接下來將白紙拿到嘴前，從紙的上端沿著水平方向吹氣。結果看到了一個有趣的現象：白紙不但沒有被吹開，垂下的一端反而飄了起來。這是什么原因呢？

此現象涉及到了流體力學的基本原理——伯努利定理：流動的液體或氣體中，流動慢的地方壓強較大，而流動快的地方壓強較小。基于這一原理，白紙上部分的空氣被吹動，流動較快，壓強比白紙下部分不動空氣的壓強小，因此白紙被托了起來。

伯努利定理在很多其它的場合也有應用，足球比賽中的“香蕉球”便是一例。發角球時，腳法好的隊員可以使足球繞過球門框和守門員，直接飛入球門，由于足球的飛行路線是彎曲的，形似一只香蕉，因此叫做“香蕉球”。這股使足球運動方向偏轉的神秘力量也來自于空氣的壓力差（圖3）。因為足球在踢出后向前飛行的同時還繞自身的軸線旋轉，所以在足球的兩個側面相對于空氣的運動速度不同，所受到的空氣壓力也不同，正是這種壓力差使得足球以弧線運動，從而蒙蔽了守門員，飛入球門。

基于伯努利定理了解了流速和壓強的關系之后，我們再來看看機翼上的升力是怎么產生的。首先來看機翼的剖面——翼剖面，通常也稱為翼型，是指沿平行機對稱平面的切平面切割機翼所得到的剖面，如圖4和圖5所示。翼型最前端的一點叫“前緣”，最后端的一點叫“后緣”，前緣和后緣之間的連線叫“翼弦”，翼弦與相對氣流速度ν之間的夾角α叫“迎角”。

如果要想在翼型上產生空氣動力，必須讓它與空氣有相對運動，或者說必須有具有一定速度的氣流流過翼剖面。大部分機翼的翼型，其上表面凸出，下表面平坦。將這樣一個翼型放在流速為ν的氣流中（如圖5所示），假設翼型有一個不大的迎角α，當氣流流到翼型的前緣時，被分成上下兩股分別流經翼型的上、下翼面。由于翼型的作用，當氣流流過上翼面時流動通道變窄，氣流速度增大，壓強降低，并低于前方氣流的大氣壓；而氣流流過下翼面時，由于翼型前端上仰，氣流受到阻攔，且流動通道擴大，氣流速度減小，壓強增大，并高于前方氣流的大氣壓。因此，在上下翼面之間就形成了一個壓強差，從而產生了一個向上的合力R。這個合力的垂直向上的分量即為升力Y，向后的分力即為阻力D。機翼產生升力的這一原理，還在帆船中得到了廣泛的應用，能夠幫助帆船逆風行駛，如圖6所示。讀者可以自己分析一下，帆船能夠逆風航行的原因。

機翼上產生升力的大小，與翼型的形狀和迎角有很大關系，迎角不同產生的升力也不同。一般來說，不對稱的流線翼型在迎角為零時仍可產生升力；而對稱翼型和平板翼型這時產生的升力卻為零。隨著迎角的增大，升力也會隨之增大，但當迎角增大到一定時，氣流就會從機翼前緣開始分離，尾部會出現很大的渦流區，這時，升力會突然下降，而阻力卻迅速增大，這種現象稱為“失速”，如圖7所示。失速剛剛出現時的迎角叫“臨界迎角”。飛機不應在接近或大于臨界迎角的狀態飛行，否則會產生失速，嚴重時造成飛行事故。關于失速的相關問題，將在后面進行詳細介紹。

八、翼型

如上節所述，機翼的升力來源于氣流作用在機翼上、下表面的壓力差。而這種壓力差則直接取決于機翼的翼型。翼型還會影響空氣阻力的大小。翼型的升力和阻力特性的好壞，對航模性能的影響很大。要想得到性能優良的航模，首先要選擇好的翼型。

1. 翼型的描述

從翼型的設計和分析來說，可以將它看成是由中弧線和基本厚度翼型疊加而成的。

與翼型上、下表面等距離的點所組成的曲線稱為中弧線，即翼型上下表面弧線內切圓圓心的連線（圖8）。中弧線與上表面和下表面的外形線在前端的交點稱為前緣；在后端的交點稱為后緣；前緣和后緣端點的連線稱為弦線，這也是測量迎角的基準線；中弧線和弦線的間隔稱為彎度，其最大值的位置稱為最大彎度位置。

另外，翼剖面在中弧線垂直的方向測量到的上表面和下表面的距離稱為翼型厚度，其最大值稱為最大厚度。對于普通的翼剖面，將垂直于弦線(除去前緣附近)的上下表面的距離作為翼型厚度差別也不大。翼型厚度沿弦線的變化稱為厚度分布。翼型的最大厚度與弦長的比值即相對厚度。比如，厚度10%的翼型，表示最大厚度和弦長的比是10％。

接下來對用于描述翼型的幾個常用的關鍵要素做一簡單歸納（圖9）。

（1）前緣、后緣

翼型中弧線的最前點和最后點分別稱為翼型的前緣和后緣。

（2）弦線、弦長

連接前緣、后緣的直線稱為弦線。弦線被前緣、后緣所截長度稱為弦長，用c表示。

（3）彎度

a. 最大彎度

中弧線坐標y的最大值ymax稱為最大彎度，簡稱彎度，以f表示。相對彎度定義為彎度f與弦長c之比，以表示，即＝f/c。

b. 最大彎度位置

最大彎度的x坐標，稱為最大彎度位置，以xf表示。最大彎度位置與弦長之比稱為最大彎度的相對位置，以表示，即＝xf/c。

（4）厚度

a. 最大厚度

通常將翼型的基本厚度坐標y的最大值的2 倍稱為最大厚度，以t表示，簡稱厚度。最大厚度與弦長之比稱為最大相對厚度，以表示，即=t/c。

b. 最大厚度位置

最大厚度的x坐標稱為最大厚度位置，以xt表示。最大厚度位置與弦長之比稱為最大厚度的相對位置，以表示，即=xt/c。

（5）前緣半徑

翼型前緣曲率圓的半徑稱為前緣半徑，以r1表示。前緣半徑與弦長之比稱為前緣相對半徑，以=r1/c表示。

（6）后緣角

翼型后緣上、下兩弧線切線的夾角稱為后緣角，以Γ表示。

2.翼型的分類

翼型的種類很多，國內外有不少國家機構和個人研制了多種翼型，這其中大部分翼型適用機，也有少部分是專門針對航模而研制的。航模上常用的翼型，有雙凸翼型、平凸翼型、對稱翼型、凹凸翼型和S形翼型5大類。

（1）雙凸翼型

雙凸翼型的上、下弧線都向外彎曲，中弧線向上彎曲，如圖10所示。這類翼型阻力通常較其他類型的翼型小，升阻比（翼型產生的升力和阻力的比值，也是翼型性能的一個重要參數）也小，安定性也較好。雙凸翼型大都用于要求阻力小的競速模型機翼上，也可用于要求具有良好操縱性能的遙控特技模型機翼上以及像真模型機翼上。

（2）平凸翼型

平凸翼型的上弧線向上彎曲，下弧線較為平直，中弧線向上彎曲，如圖11所示。從嚴格意思上講，平凸翼型的下弧線很難做到完全平直，因此實際上也是雙凸翼型的一種，只是為了加以強調其下弧比較平坦而專門列為一類。這類翼型的穩定性比較好，制作和調整也比較容易，但升阻比不大，常用于初級遙控模型機翼以及彈射模型機翼和競時模型尾翼。

（3）對稱翼型

對稱翼型的上下弧線對稱，中弧線與翼弦重合成一根直線，如圖12所示。從嚴格意思上講，對稱翼型也是雙凸翼型的一種。這類翼型的升力很小，阻力很小，升阻比也很小，但安定性很好。由于這種翼型是對稱的，因此在迎角等于0°時，不產生升力，只有在一個不大的迎角下，才能產生一定的升力。這類翼型大都用在要求阻力很小、升力不大的競速模型機翼上及要求具有良好操縱性能（既要正飛，又要倒飛）的線操縱特技或遙控特技模型的機翼上。

（4）凹凸翼型

凹凸翼型的上、下弧線和中弧線，都向上彎曲，如圖13所示。這類翼型升力大、阻力大，升阻比較大，且俯仰力矩也非常大。這里所說的俯仰力矩是翼型的升力對翼型焦點所產生的力矩，即通常為使飛機低頭的力矩。焦點是飛機空氣動力學和飛行力學中一個非常重要的概念，關于焦點的物理含義，將在后面進行詳細介紹。大家先記住，低速翼型的焦點一般位于前緣后面1/4弦長處。這類翼型常用在低速的競時模型和室內模型的機翼上。凹凸翼型薄而彎，要達到機翼所必需的強度，就得有較好的結構方式，因此制作比較困難。

（5）S翼型

S翼型的中弧線形狀像橫放的S翼型，如圖14所示。但這種翼型一般很難從翼型的輪廓上看出S形，需要畫出中弧線后才能看出。S翼型通常用于沒有水平尾翼的飛翼式模型上。

以上的分類只是為了便于記憶和辨認的非常粗略的分類。在觀察一個翼型時，最重要的是找出它的中弧線，然后再看中弧線兩旁厚度分布的情形。中弧線彎曲的方式和程度大致決定了翼型的特性，弧線越彎升力系數就越大。在進行模型設計時要想更準確地了解和比較翼型的空氣動力特性，還需要獲得不同雷諾數下翼型的升力、阻力和俯仰力矩隨迎角變化的曲線。這些曲線可以通過專門的分析軟件(如Profili軟件)計算得到，也可以通過風洞試驗獲得。圖15為Clark Y 12% 翼型的外形。圖16～圖19為該翼型的升力、阻力、升阻比和俯仰力矩隨迎角變化的曲線。

3．翼型選取的一般規律

影響翼型空氣動力性能的主要因素是：翼型中弧線的彎曲度和形狀、中弧線最高點距前緣的距離以及翼型的厚度和厚度分布。翼型中弧線彎曲度越大，在相同迎角下升力越大，阻力也稍微增大；在迎角變化時，空氣動力的壓力中心位置變化也越大，使得模型飛機的安定性變差。中弧線形狀一般都是橢圓形的一段或是拋物線的一部分。中弧線呈橫放的S形的翼型，在不同的迎角下其壓力中心的變化非常小，能提高飛機和模型飛機的安定性。翼型的厚度主要影響阻力，一般來說厚度越大阻力越大。

選擇翼型是一件非常專業的工作，既要進行分析也要結合實踐經驗。選擇時應主要考慮升力，但也要綜合考慮阻力、升阻比和俯仰力矩的大小，還要考慮模型所需的安定性和操縱性，以及結構制作的簡單性，并保證機翼具有足夠的強度和不易變形等方面的要求。

對于航模及一些小型無人機，選擇翼型時一般要求升阻比大；最大升力系數高；最小阻力系數小；低阻范圍寬；失速過程緩和。這類翼型的外形特點是頭部豐滿，最大厚度靠前。

在選擇航模或小型無人機翼型時，通常還應該遵循以下幾個翼型基本規律：

（1）要先確定航模或小型無人機的用途、大小、重量、速度，再根據翼面負載、雷諾數來選擇合適的翼型；

（2）薄翼型阻力小，且失速特性不佳，不適合大迎角飛行，但適合較高速度飛行；

（3）厚翼型雖然阻力稍大，但升力特性較好，不易失速；

（4）對于特技型航模可選用對稱翼型，以滿足正飛和倒飛的需要；

（5）對行速度低、特技性能要求高的航模，應優先考慮選用前緣半徑較大的翼型；

（6）對于模型滑翔機要優先考慮選擇升阻比大的雙凸或平凸翼型，以增加滑翔比；

（7）對于競時模型，由于需要盡可能長的留空時間，增加升力并保證一定的升阻比是關鍵，因此需要選擇升力大的凹凸翼型；

（8）對于競速模型，由于需求達到最大的飛行速度，減小機翼的阻力是關鍵，因此通常選擇雙凸翼型。

4．航模常用翼型

航空發展100多年來，相當多的機構及個人對翼型進行了非常系統的研究，已有非常多的翼型供設計者使用。翼型的名稱，一般用研究機構的名稱或設計者的名字縮寫加上數字來表示。這其中與航模有關的比較重要的機構及個人有：

（1）NACA：美國國家航空咨詢委員會NACA（即美國太空總署NASA的前身），有一系列翼型研究，比較有名的翼型是“四位數”翼型及“六位數”翼型。NACA翼型很好辨認其特征。如NACA2412，第一個數字2 代表中弧線的相對彎度是2%，第二個數字4 代表中弧線最大彎度位于從前緣算起40%弦長的位置，第三、四數字12 代表翼型的最大厚度是弦長的12%。

（2）哥庭根：德國哥庭根大學對低速翼型有一系列的研究，所研究的翼型在遙控模型滑翔機和自由飛模型上非常適用。

（3）Eppler：德國的Eppler教授最初研究滑翔機翼型，后期改研發航模翼型。

第5篇：有趣的流體力學現象范文

其實，即使是在1971年，人類的腦科學技術早已經發現，人腦和CPU的結構完全不同，CPU對于人腦的設想純屬臆測。打開人腦，科學家們驚奇地發現，里面并不是我們所想象的樣子。到今天，越來越多的生命科學家認為，人腦其實是一個“超級有機體”，里面有著不同功能表面相似的腦細胞。在我們今天還沒有完全搞清楚機制的控制下，超過百億的細胞形成一個沒有中樞控制，卻具有明確工程的“人腦”。

這種看不見控制方式的控制，不像心臟，也不像軍隊的中軍帳，更像我們今天所說的“云”，只不過“云無心”。

“云”不僅在今天的計算機世界中存在。生物學家經常發現一些有趣的事情，在生物界中，像“云”一樣的超級有機體總是讓人匪夷所思。有人在海岸線上發現成千上萬的海龜每到一定的產卵季節就會涌向海岸。海龜上岸的時間會錯開好幾天，這吸引了大量的海鳥前來覓食。等小海龜出殼的時候，海鳥們可以飽餐一頓。按照海鳥的食量，海龜們一只也跑不掉。可是，大自然的奇妙在于，海龜們是不會被海鳥滅種的。到今天科學家都沒有完全搞明白的機制就是海龜在某種機制的誘導下，選擇一個時間出殼，海鳥們自然可以飽餐一頓。可是，一頓是吃不完的，于是多數海龜就可朝著大海的方向溜之大吉。偶然的時候，海龜一個時間出殼，雖然沒有被海鳥吃完，卻有很多沒有朝向大海的方向，而是爬向了堤岸選擇自殺，科學家們發現這些海龜是把燈光當作了月光，當科學家們把路燈全部關掉時，海龜們就又回歸了大海。

在上面這個案例中，海龜更像是在互聯網大潮中的網民，月光就是它們的WiFi，你永遠不知道網民們下一步會轉發什么信息。就如思潮，很明顯，單個網民是無序的，但作為超級有機體的網民，就像這些海龜一樣，表現出的群體智慧超出你的想象。

海龜和網民一樣，具有以下特征：個體具有相對一致的行為模式、信息傳遞充分、沒有人喊著口號集體行動，卻表現出群體的智慧。人的大腦幾百億個細胞也具備這樣的特點，能夠表現出非常智慧的群體現象，在系統科學中，科學家們稱這種現象為“涌現”。

更加奇特的涌現，出現在螞蟻、蜂群、鳥群、羊群中。在科學不太發達的年代，我們按照人類的組織模式想象這些生命群體的“領導者”，稱它們為：蟻后、蜂王、領頭羊，似乎整個群體復雜的群體行為，如螞蟻的宮殿、蜂群的精密的窩、鳥群空中的奇特形狀和流體力學精妙的組合、羊群與狼群的斗法，都是智慧的“村長”指揮的結果，事實上并非如此。就拿蜜蜂群體來說，蜂王的生理機構和一般的工蜂并沒有什么區別，小時候的食品不同決定了它們由姐妹變成了君臣。不斷吃蜂王漿變成蜂王的雌性蜜蜂，體型具大、生殖能力強、被姐妹們照料、甚至失去了行動能力。但是，生物學家們發現，與其稱蜂王為“王”，還不如稱之為“奴”，因為蜂王根本不具備發號施令的智慧，蜜蜂們使用一種類似“螞蟻算法”的東西進行溝通交流，自動組織成為一個超級有機體，這里沒有王，只有群體，共同完成造巢、移窩、覓食、戰斗等復雜的社會活動。

關于超級有機體的研究已經進行了超過50年。科學家們發現，一旦有洪水暴發，在南美和非洲的螞蟻們會事先得到“云預感”，自動向蟻后靠攏。螞蟻們可沒有人類復雜而又不穩定的道德系統。螞蟻頭腦中有一種自私的基因，沿著蟻后的氣味（不能確定）快速靠攏，跑得越快的，就越接近蟻后，跑得越慢的，就越在，螞蟻們迅速形成了一個球團，自私的本性讓他們緊緊擁抱，球團越積越大、越積越緊。等大水來了，靠近蟻后的螞蟻安全系數最高，而在最的螞蟻最先死去。等大水退去或者螞蟻團靠岸，活著的螞蟻快速散去，繼續造巢、移窩、覓食、戰斗，開始新生活。

螞蟻的組織讓人們重新認識了人類的組織。管理學家和社會學家們發現，人類歷史中所謂的集權的機械似的組織方式，也并不能總顯示優勢，在大多數時候甚至顯示劣勢。在南美的印加帝國，當初面臨歐洲移民的入侵，由于有皇帝這種中樞神經的存在，幾乎亡種。原因很簡單，一旦失去了中樞控制的印第安人，就完全失去了組織能力，只要把國王殺死，數百萬的印第安人就毫無組織能力，完全任人宰割。而印加部落中有一個阿帕奇部落，由于沒有中樞系統控制，卻在以后的200年中給入侵者造成了極大的麻煩。

組織行為學家發現，以機械的和集權的CPU模式控制的組織，可以高效地完成簡單明確的組織目標，但在外部環境復雜多變、組織目標不明確的情況下，這種組織就非常不穩定且辦事低效。

天下之事，合久必分、分久必合，在創新和規范性的矛盾中，人類周期性的分合，恰恰是自我調整和優化的智慧選擇。合了比較久的中國教育，集中力量辦了幾十年的大事，標準化地培養了簡單和明確的現代化人才，然而在高端和創新性人才方面，卻摔了一個大跟頭，個中道理也許也是如此。

扯了這么遠的組織行為學和生命體，和云有什么關系呢？和教育有什么關系呢？

騰訊的李小龍開發出來微信的第八個月，就有3億用戶，到現在已超過6億用戶。我們注意到，這已經成為人類歷史上用戶最多的一個產品。這個產品幾乎沒有做什么宣傳，大家都使用的原因是它很好用。2013年，我在美國的匹茲堡打開手機第一次使用微信，已經能發現很多周邊的中國人了，到了2014年2月我到匹茲堡打開微信，發現周邊有一半美國人在使用微信。微信就像月光一樣，很自然地照耀在我們思潮的大海，而我們在網絡世界就像一個個剛出殼的海龜，到時間會不約而同地爬向大海深處。

問題來了，實際上，沒有人教我們使用微信，微信連一個像樣的產品說明書也沒有，我們似乎天生會使用它，就連我2歲的女兒也會打開手機，打開微信，找到媽媽。

網絡世界的學生，已經變成了一個個海龜，他們只認識月光，不認識媽媽。

從2007年開始，我在“網絡工程管理”這門課中嘗試使用網絡進行教學。最早，我使用開源的MOODLE和SAKAI把展現多年心得的課件放上去，后來我放上去所有的研究成果，再后來我把企業全部的真實案例放上去，可后來我發現，我這些東西原本可以不要，也可以不那么認真。因為在網絡世界中，教師越弱勢，學生越聰明。

2015年，我做了最大膽的實驗，嘗試教學生自己根本不會的一些技能。我把18周的課程分成三段：

前6周為第一階段的知識段，講解OSI七層結構和網絡原理，第六周就進行在線考試，考試在幾千道題中進行抽取，學生其實不用我教，也能背會這些東西，教課的目的是引起學生對網絡的興趣，這就像我是母海龜下的一個蛋，其他的就不用管了。

第二階段，我安排了6周讓學生們做各種各樣的網絡基礎實驗：水晶頭的制作、交換機的配置、DOS命令的熟悉、VLAN的劃分、端口的聚合。這些知識在以往每年教課，我非常辛苦地引導學生熟悉命令，學生們也認真地一步步跟著做，自主學習時間很少，效果也很差。而在2015年，我的這個課程的學生陡然增加了一倍，達到144位，再也無法駕馭。于是，我將實驗指導書和實驗視頻用微課形式發給學生，不再教學生，只是在第12周的時候現場考試，結果所有的學生全部過關，成績也比以往好很多。

最驚奇的是第三階段，我發現學生們對過去的技能和純理論的技能毫無興趣，但對最新的知識和技能樂此不疲：樹莓派、物聯網、創客、網站、機器人、3D打印，等等。但是這些我都不會。于是，我找一些公司合作，網上也搜集了一些資料放到SAKAI平臺，讓14名學生為一個小組，完成每個人一個任務的小組協作，最終完成軟件、硬件、設計、概念、標書制作、工程質量、數據庫、課程中心、數據可視化的招投標環節。一共6周，學生們讓我大吃一驚，這些涵蓋極廣的知識與技能，學生們互相影響，全部完成了任務。在預答辯的現場，每個小組的學生都能完成真實的系統和不同的物聯原型展示，根本不亞于我在卡內基梅隆大學所看到的美國頂尖學生的作品。而我，這些知識根本不會。

云無核，教有形。雖然這些東西我根本不會，但我有網絡工程20年的高管經驗，動用社會的資源搭建了一個基于云的資源配置系統；在基礎的支持方面，我給了學生一個在線課程和在線實驗的基礎開源平臺；在學生學習方面，我充分調動他們的積極性，讓企業老總在最后一次課程評判學生的作品；更加重要的是，學生們使用全世界的知識系統，通過國內的資源和國外的資源，結交朋友，快速地學習會了我都不會的技能。

由此，我想到了一個問題：在信息完全的云世界，教師和學生會發生什么變化呢？我想，教師也許和學生完全不是一個專業了。在西安歐亞學院，我看藝術學院的課程，百十位學生按照小組在一個很大的空間內自組織任務學習，而隔壁的20多位教師用攝像頭觀察著學生的行為，并適當調整進度。我看到有一個時間段，所有的教師都很焦急，因為他們發現學生出現問題了，他們不能確定學生自己是否能解決這些問題，教師是否要干預進程。這種教學方法，與我的方法非常類似。

在現代網絡世界，每位學生的手機就是一個信號系統，他們連成一個網絡，相互影響。作為教師，最重要的就是給學生適當的任務和環境，讓他們形成自組織的生命體，教師變為觀察者而不是參與者。學生們在信息可達的情況下，會展現出今后踏入社會所需要的協作能力、組織能力、學習能力和群體智慧。

2005年，我家有了一片地，小小一畝，我種上了葡萄。那年，葡萄豐產，我想釀葡萄酒。就在那年，我發現淘寶網上已經有人專門賣葡萄酒引、酒罐子、生產器具和葡萄防鳥罩，這一切只為我這種自己家偶然種葡萄釀酒的人準備的，當年這個葡萄淘寶店只服務于我這樣的大城市“葡萄創客”，在沒有云的時代，根本沒有這個市場。今天，你如果在網上找這樣的店，已經有幾百家，服務于幾萬個全國的葡萄發燒友。在這些發燒友的葡萄釀酒俱樂部中，是沒有教師的，但比起有教師的年代，大家的裝備更加專業、學習更加高效。