《工程流體力學》課程“專業化”教學改革
一、概述
《工程流體力學》是七大基礎學科之一的力學( 一級學科) 下的二級學科，是中國石油大學石油工程、儲運工程、熱能與動力工程、船舶與海洋工程等十多個專業諸多學科的基礎支撐學科，一般在大二下學期或大三開課，主要研究流體平衡和運動規律及其實際應用技術的科學，它理論性強，概念抽象，偏微分方程推導多，不易理解，雖然其理論在各專業應用廣泛，但學習中對學生高等數學知識及綜合分析和處理問題能力要求較高，所學的內容又往往不能直接體現在自己專業上的應用，使得這門課程對許多同學缺乏吸引力。而且現在的學生他們更愿意主動思考，而不是“被動填鴨接受”，他們保持注意力集中的時間較短，傾向于授課內容有吸引力，他們更重視所學知識在自己專業方向的應用能力，在這些背景下傳統的所有專業授課內容相同，授課方式也只有理論教學和實驗而缺乏自己動手數值模擬和分析流動的傳統教學模式和內容出現了難以滿足現在學生在課時少而應用性強的學習要求的現象。
因此我們需要結合時代特點進行《工程流體力學》課教學改革，改進流體力學課程教學內容和方法，調動學生的主動學習能力，分析問題能力和創新解決問題的能力，將流體力學轉向有專業應用特色和學生自己動手數值模擬流動的方向，使學生能更好的提高學習興趣，并更好的理解學到的流體理論知識在專業方向的應用。
二 《工程流體力學》課程“專業化”教學改革的思路
1.《工程流體力學》教學改革的指導思想
中國石油大學根據教育部關于全面提高高等教育質量若干意見，頒發了關于本科培養方案的原則意見，其指導思想是：以打造“精項型、特色型、研究型”本科教育為統領，以促進學生“全面化、個性化、最大化”發展為根本，將通識教育與專業教育有機融合，科學教育與人文教育有機融合，理論教學與實踐教學有機融合，共性培養與個性發展有機融合”的“五融合”育人理念，全面構建新型人才培養新體系。
2.傳統教學內容與模式的弊端
長期以來，我校流體力學傳統的教學內容是所有專業基本都包含流體及其主要物理性質、靜力學、運動學與動力學、流動阻力與水頭損失、壓力管路的水力計算、非牛頓流體基礎的幾大塊內容。這種安排其實并非適合所有專業，比如壓力管路的水力計算一章包含管路的特性、長管的管路計算和短管的水力計算、孔口與管嘴泄流，水擊現象。這一章對于油氣儲運專業和建筑與環境專業等都是不可少的內容，但對于船舶與海洋工程、熱能與動力工程、過程控制與裝備等專業，在學時數僅有40 學時的情況下，這一章的內容顯得累贅，因其與專業相關不大。
而與專業相關性比較大的一些章節則沒涉及到或因內容多而所占學時很少。
傳統的教學方法是以教師為中心，沿用黑板和ppt 結合的“填鴨式”的教法，隨著多媒體的使用和課時的較少，ppt 的“滿堂灌”也開始了，甚至對課程做筆記的時間都沒有。這要求學生課堂上高度集中精神，需緊隨課堂上老師的節奏，否則一轉眼幾頁ppt 翻過，學生在本質上還是被動地接受，不能充分調動學生的主動思考，和自己動手應用所學知識解決流動，分析流動問題的能力。尤其是各專業教學時數減少后，而課程內容不的變化的情況下，多媒體滿堂灌情況更是明顯。
3.《工程流體力學》課程“專業化”教學改革《工程流體力學》課程根據不同專業的要求以及學生自身發展的需要，授課內容進行了專業化調整，各專業均涵蓋基礎內容加體現專業特色的章節，授課方式改革包括了傳統理論講解和體現專業應用的上機流動模擬，這一教學改革詳細體現在如下三方面：
1）結合專業制定模塊化教學大綱
為體現各專業的授課內容能更有利于以后在專業課上的應用，特將授課內容分成主體模塊和不同專業模塊，將主體模塊與不同專業模塊組合到不同專業，以體現課程的“專業化”，表1 是各模塊的授課內容。主體模塊主要包括流 體屬性、流體靜力學、運動學和動力學基礎、水頭損失與流動阻力，而專業模塊則包含與各專業相關的不同內容，如管路水力計算，邊界層理論基礎、氣體動力學基礎、非牛頓流體基礎、勢流理論和明渠流，根據不同專業的特點，采用主體模塊加專業模塊的形式，選擇不同的授課內容，比如船舶與海洋工程專業對于長管的水力計算以及孔口管嘴泄流相關性較小，可以選擇與船舶設計相關性較大的勢流理論和明渠模塊，而對于熱能與動力工程專業則可以選擇邊界層理論基礎和氣體動力學基礎模塊；油氣儲運和建筑與環境專業則選擇管路水力計算加邊界層基礎與氣體動力學基礎模塊；石油工程專業則主體模塊加專業模塊一和四。
表1 教學內容模塊
2）結合專業定制課堂應用理論知識的探討
現在的教學要求教學過程是學生創新思維訓練和綜合能力的提高過程，這需要教師的趣味性引導、增加授課技巧和吸引力來讓學生享受教學過程，讓學生有主動學習，并通過自己的思考或動手參與到與自己專業相關的基礎課程學習，才能提高教學質量。
老師在完成每一章內容主講時必須有啟發理念，要留下有探討性問題，通過提問引導，讓同學思考討論，激發學生思考所學知識如何應用于本專業方向。特別強調的是針對不同專業的學生，要定制不同的應用探討內容，這些應用探討和其專業息息相關的。例如串并聯管路計算問題，對于油氣儲運專業的學生來說，就提出結合串并聯管路特性，如何提高管道輸送流量？采用在主管道上并聯副管可以提高多少流量？這會使學生不僅很好地理解并聯管水力特性這個概念，而且他們學習的知識在今后的工作中會用到。而對于熱能工程專業的學生，就以蒸汽機冷卻水管路的設計為例，提出如何減少冷卻水管路的水力損失？引導學生先將多根冷卻水黃銅管并聯成一組，然后再串聯一組并聯管，這樣的探討能夠讓學生可清楚地理解重要知識的來龍去脈，結論性的內容也記得牢。對于這些有討論價值的問題，學生在經過探討后理解加深，而且記憶深刻。
3）結合專業定制上機流動模擬應用內容
科研與教學有機結合，也是現在授課的要求。為增強學生的自己應用所學知識于科學研究中，我們在本科《流體力學》課程中將 CFD 理念引入，學生們在CFD 數值模擬課堂，利用軟件Fluent 可以清晰既感受到流體力學在各行業的應用和重要性，又能體會自己動手模擬解決部分工程流動問題所帶來的興奮和興趣，有效的加強了學生學習的積極主動性。而上機模擬的內容也是與專業息息相關。比如，對于石油工程專業，我們設置了三維圓管和環空內的流動模擬，本實驗模擬環空內的牛頓流體和非牛頓流體的流動，旨在學習非牛頓流體模擬的設置，并將模擬的結果與理論課中所學的結論進行對比；對于熱能與動力工程專業則設置冷熱水混合器內的三維流動與換熱上機練習 ，上機完成冷熱水混合器建模與網格劃分，完成混合器流動與換熱結合計算，并根據模擬結果完成對流動進行強化換熱的設計與計算；對于船舶與海洋工程專業和海洋油氣專業，則設置了船舶行駛阻力特性的模擬，通過使用多相流VOF 模型，上機完成模型建模與網格劃分，完成船舶流動計算，并根據模擬結果完成對流動優化減阻的計算；對于油氣儲運專業，則上機完成某輸油管道工程90°水平彎管道內油水兩相流動，研究流體流經彎管過程中的流場變化，分析水平彎管內油水兩相流的速度、壓力分布等流動特性。在完成自己所做的流動模擬后，學生們興奮地分析流動現象，甚至提出流動合理的方案設計等，大大促進了他們對所學習知識的應用和理解，增加了對課程的興趣。
三、教學設備的推薦與介紹
MYLT-17D 流體力學綜合實驗設備
一、工程流體力學實驗設備,流體力學綜合實驗裝置,流體力學綜合實驗設備主要功能：
1.可測定雷諾
2.伯努力
3.沿程阻力系數和突擴、突縮
4.閥門局部阻力系數
5.可進行孔板
6.文丘里和皮托管流量系數的實驗
二、工程流體力學實驗設備,流體力學綜合實驗裝置,流體力學綜合實驗設備技術參數：
1.外形尺寸：2200×600×1900mm
2.工作電壓：220V
3.功率：200W
4.水泵：揚 程:4M
5.頻 率:50Hz/60Hz
6.流 量:>5580L/H
7.實時顯示流量、雷諾數、壓力。
8.7寸嵌入式一體化觸摸屏，MCGS嵌入式組態軟件，具備強大的圖像顯示和數據處理功能。
三、工程流體力學實驗設備,流體力學綜合實驗裝置,流體力學綜合實驗設備主要配置：
1.不銹鋼移動式實驗臺；2.流量傳感器；3.壓力傳感器；4.儲水箱；5.雷諾測試管；6.伯努利測試管；7.沿程阻力系數測試管；8.突擴、突縮測試管；9.閥門局部阻力系數測試管；10.孔板流量計測試管；11.文丘里流量計測試管；12.和皮托管測試管；13.測壓板直接顯示總水頭線和測壓管水頭線。
四、結束語
本文針對《工程流體力學》課程的改革“專業化”進行了探討，提出模塊化各專業教學大綱，課程中增加帶有各專業特點的章總結討論課和能與專業結合的上機流動模擬內容，使學生能更好的提高學習興趣，并更好的理解學到的流體理論知識在專業方向的應用。
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