工程流體力學(xué)模塊化教學(xué)改革探討

梁穎

摘 要 工程流體力學(xué)是石油工程以及油氣儲運工程的一門重要專業(yè)課，同時作為該專業(yè)研究生入學(xué)考試的唯一一門課程，受到廣大師生和專家領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。本文根據(jù)《工程流體力學(xué)》的課程結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合多年在教學(xué)中出現(xiàn)的問題，對教學(xué)內(nèi)容進行模塊化設(shè)計劃分，結(jié)合計算流體力學(xué)的知識，作為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和科研能力的重要環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞 工程流體力學(xué) 模塊化 改革

中圖分類號：O351 文獻標(biāo)識碼：A

1工程流體力學(xué)模塊化設(shè)計

根據(jù)不同專業(yè)各自的培養(yǎng)方向，構(gòu)建不同的模塊化體系課程?！豆こ塘黧w力學(xué)》課程內(nèi)容共包括：流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、流體運動學(xué)、一元不穩(wěn)定流。

“流體靜力學(xué)”主要描述流體的物理意義、流體常用的主要物理性質(zhì)、分析流體在靜止時的平衡、計算流體粘滯力的大小、作用在流體上力的分類；

“流體動力學(xué)”介紹流體在靜止?fàn)顟B(tài)下與周界間壓力的平衡特性、平衡微分方程的建立與應(yīng)用、靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用、幾種質(zhì)量力作用下的流體平衡、靜止流體作用在平面上的力、靜止流體作用在曲面上的力；

“流體運動學(xué)”中涉及流體在運動過程中所滿足的四大重要方程：歐拉方程、伯努利方程、動量方程、動量矩方程的推導(dǎo)與應(yīng)用，流體流動阻力與流態(tài)的分類、實際流體阻力的計算；

“相似原理與量綱分析”通過對物理量量綱的分析，依據(jù)因次和諧性原理推導(dǎo)未知物理量的因次、判斷物理方程的正確性；

“一元不穩(wěn)定流”的基本方程用于計算水擊壓力的大小、解決變水頭泄流的排空問題。

基于工科學(xué)生的培養(yǎng)方向，注重實踐應(yīng)用與知識體系的搭建，依據(jù)以上知識分布，將本課程劃分為五大模塊，各個模塊中包含了若干子模塊。結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)方法，將書本知識與實驗操作、程序創(chuàng)意、實操重點緊密的聯(lián)系起來。

2模塊化教學(xué)方法的應(yīng)用

2.1模塊化知識體系的構(gòu)建

通過對五大模塊所含重點內(nèi)容的分析，講解各模塊的內(nèi)部聯(lián)系，從易到難搭建知識體系。例如靜力學(xué)的微元受力分析方法，使用牛頓第二定律得到靜力學(xué)基本方程式，同樣的分析模式，只需引入加速度即可得到連續(xù)性方程、伯努利方程；而在伯努利方程中引入實際流體，再與靜力學(xué)中的牛頓內(nèi)摩擦定律聯(lián)立，解決實際流體在動力學(xué)中的能量轉(zhuǎn)換問題。使學(xué)生溫故知新，將所學(xué)知識緊密的聯(lián)系在一起。

2.2演示實驗與工程實例的結(jié)合

本課程配備了十幾組驗證型實驗和綜合型實驗，在實驗中認(rèn)識規(guī)律、驗證現(xiàn)象，改變工況后創(chuàng)新的利用所學(xué)解決新的問題。2-3人為一組，便于討論與配合。每組試驗都搭配了課后思考題，通過動手操作從設(shè)計的角度為學(xué)生提供一種研究自然現(xiàn)象的方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。比如靜力學(xué)機理驗證實驗與伯努利實驗，局部水頭損失實驗、沿程水頭損失實驗和孔口與管嘴泄流實驗，從易到難，在控制某些主要因素的變化，從而得到重要結(jié)論。如此的科學(xué)方法經(jīng)驗很值得借鑒。

2.3啟發(fā)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

以視頻、PPT、CAI形式將課程內(nèi)容生動的展現(xiàn)，同時對于難解的問題從基礎(chǔ)知識搭建，數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，實際物理現(xiàn)象簡化等角度多方位綜合分析，將抽象的概念、結(jié)構(gòu)、原理利用動態(tài)的演示手段進行模擬，強調(diào)在學(xué)習(xí)之后“有所得，有所想”。提倡學(xué)生對于復(fù)雜的計算過程與現(xiàn)象，利用VB、VF、C++等程序語言組織界面、編寫程序，控制必要的可變因素，使用繪圖軟件得到直觀的結(jié)論。鼓勵對同一問題的不同求解思路，開發(fā)不同的設(shè)計軟件。指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計各對象所需屬性的，滿足設(shè)計軟件的功能、美觀與便捷。

2.4模塊的評價與改進

定期對每個模塊的教學(xué)成果進行考察與反思。開展學(xué)生測評反饋、趣味小實驗設(shè)計、軟件設(shè)計成果展示，實驗技能比賽等等，激發(fā)學(xué)生能動性的同時又能對教師的教學(xué)成果有直觀的評價。理論知識與實驗操作考核有機的結(jié)合，具體到學(xué)生考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)、期中考試、期末考試、實驗操作、團隊作品展示等，采取教師與學(xué)生打分、調(diào)查等手段，評價模塊教學(xué)效果，提出相應(yīng)改進措施。