流體力學學習輔助元件

學生對於在學習複雜的方程式的時候，常常無法輕易的了解該方 程式所表達的物理現象，因此造成學習上的困難。在流體力學的學習 上，學生常常會遭遇此類型的問題，為解決此一問題，我們設計了參 數化的互動學習元件，將複雜的方程式圖形化，並且讓學生藉由調整 參數與觀察現象的改變，解決原有的學習障礙。

各元件由可以調整參數的動畫所構成，並且有調節參數的按鈕或 是輸入欄位，學生再學習理論或是解決問題的時候，除了將問題推導 出答案之外，亦可以利用做中學的方式，從錯誤的參數設定中學習，

並且可以由圖像的方式瞭解各種參數對於物理現象的實際影響。

元件特色

此元件主要由參數化的圖像所構成，因此對於學習複雜公式的推 導有學習障礙的同學來說，此一方式較為容易了解，如表 5.1 所示。

學生藉由調整各種參數，能夠對元件所述現象產生更為深入的了解，

提高學習的興趣與成效。

表 5.1 各個流體力學學習輔助元件的簡略說明與圖例

Couette flow

一種黏性流體在兩平板間成穩 定之片流，其中一平板對另一 平板作均勻運動，放在此流體 中之 Shearing stress 保持常 數

Couette Flow demo

以不同流體介質展示 Couette Flow 中流體之狀態，其中板速 及板距皆可調整以做動畫模擬

Differential equations

以表格及動畫展示應用

differential equations 分析 不同流體介質的狀態

表 5.2 各個流體力學學習輔助元件的簡略說明與圖例(續)

Fluid Above an Oscillating Plate-1

可調整振盪頻率及振幅，以動 畫表現不同介質中流體的振盪 狀態

Fluid Above an Oscillating Plate-2

除可調整振盪頻率及振幅，亦 可選擇讓平板振盪或者流體振 盪，以動畫表現不同介質中流 體的振盪狀態

Laminar Boundary Layer Flow

以表格及動畫展示 Laminar Flow 中流體之狀態

Laplace Demo

可指定迭代的次數，以表格的 方式展示 Laplace Equation 的 運算結果

表 5.3 各個流體力學學習輔助元件的簡略說明與圖例(續)

Lawn Sprinkler

灑水器之原理，利用流體噴射 之反作用力，讓灑水器旋轉。

本元件展示不同轉速的灑水器 動畫

Mist Generator 本元件以動畫展示噴霧器之原 理

Stagnation Flow

本元件展示 stagnation flow，當流體將碰撞到固體時 會產生停滯點而使流線彎曲，

並對該固體面產生壓力。元件 中可觀察到不同流速下的流線 以及產生的壓力

Stagnation Flow 2 以動畫及表格展示 stagnation flow 中流體的狀態

表 5.4 各個流體力學學習輔助元件的簡略說明與圖例(續)

Stagnation flow in viscid

與 stagnation flow 相同，不 同的是這次是在半流體中

Wedge flow 以動畫及表格展示 wedge flow 中流體之狀態