流體力學北京市級實驗教學示范中心建設

隋秀香, 李春蘭, 閻鳳元

(中國石油大學(北京) a.石油工程學院，b.機械與儲運工程學院，北京 102249)

0 引 言

石油高校主要面向石油行業培養專門的技術人才，因此結合專業，培養基礎扎實和具有實踐能力、創新意識的人才，是石油高校人才培養永恒的目標[1]。在油氣勘探開發過程中，不管是滲流還是管流，復雜的流體流動始終貫穿其中，因此流體力學實驗教學一直是石油高校最為重要的實踐教學環節[2]。

中國石油大學(北京)流體力學實驗教學示范中心(后面簡稱示范中心)由流體力學實驗室、滲流力學實驗室與工業管流實驗室組成的集教學科研于一體實驗平臺。多年來，依托三個國家重點學科：油氣井工程、油氣田開發、油氣儲運工程，使實驗教學與學科專業建設互為依托、互為支撐、共同發展，也促進了示范中心的實驗教學內容不斷豐富，實驗體系日趨完善，實驗特色愈發鮮明，對未來從事石油專業的學生開拓視野，培養創新意識和創新能力[3]以及迎接未來石油工業新的挑戰具有重要的意義。

1 建設有創新能力的實驗教學團隊

示范中心目前擁有22人的教師隊伍，其中專職人員10人，負責日常學生教學、實驗指導、實驗儀器的維護工作等；兼職人員12人主要負責學生的理論教學和部分實驗教學。示范中心教師團隊是一支專兼職相結合、骨干教師相對穩定、兼職隊伍動態平衡、年齡和職稱梯次結構合理的師資隊伍。在實驗隊伍保持動態平衡的前提下，示范中心重點加強了了學習型和創新型教學團隊的建設。

1.1 培育教學團隊

在教授和骨干教師帶領下，校級培育教學團隊有流體力學教學團隊、滲流力學教學團隊等，教學團隊要按照學校相關要求，開展各類教學研討活動，學校對教學團隊工作進行定期檢查，并將其作為年度院系和示范中心考核的重要指標之一。

教學團隊之間以及團隊內部定期自發組織教學研討和教學經驗交流，研討改革教學內容和方法，開發教學資源，切磋提高實驗教學和課堂教學效果，形成良性的學習和有序競賽環境，促進教學水平提高和人才質量培養[4]。

學校成立的專家組每年都要進行不定期的隨堂聽課和實驗教學跟蹤，并將結果通過校園網提交給教務系統，完成對教師教學效果的考評，教師通過網上查看專家給出的意見和建議，以便改善教學中的不足和發揚教學中的優點。示范中心也設立自己的督導組，由學科學術骨干和有豐富實驗教學經驗的退休老教師組成，對年輕教師進行聽課，課后采取座談的方式進行分析指導，提高年輕教師的實驗教學水平，形成了一支愛崗敬業、理論基礎扎實、技術過硬素質優良的實驗師資隊伍[5]。

1.2 鼓勵實驗創新

流體力學實驗教學示范中心經過多年教學、科研工作的積累和努力，實驗教學隊伍整體水平得到了很大提高。為提高教師自身的業務水平和教學能力，中心支持教師申請學校的教改項目和研究生教育質量與創新工程項目，如果教師的申請的項目有創新有研究價值，即使校級暫時沒有通過，示范中心也會在經過院級評定后給予資助，鼓勵教師對實驗教學項目的改革，如鼓勵教師自行研制具有石油特色的實驗儀器裝置等。同時示范中心鼓勵教師積極指導大學生的科技創新活動，通過雙向選擇方式，融入大學生的科技創新活動，通過這些活動促進實驗項目的改革，提高實驗項目的整體研究水平[6]。近五年示范中心承擔校級教改項目9項，學院資助教改項目4項，教師自行設計、研制、改進實驗創新儀器10余臺套，指導學生參加科技創項目70多項。

示范中心鼓勵教師積極指導本科畢業設計，全面提高教師隊伍的教學和研究能力，使教學團隊能始終保持旺盛活力，較高創新精神和實踐能力，保證了實驗教學水平[7]。

2 構建“三層次、三類型”的實驗實踐教學體系

中心堅持“學生為本、強化基礎、鼓勵創新、結合專業、重視應用”教育指導方針，貫徹知識傳授，能力培養，素質提高，協調發展的教育理念，加強對本科生進行科學方法和科學思維的訓練，使實驗教學體系在“知識、能力、科學素養”培養上得到進一步優化，構建了漸進式的“三層次、三類型”的實驗實踐教學體系。

(1) 三層次。專業基礎教學平臺，專業教學平臺，創新實驗平臺；

(2) 三類型。驗證型、設計型、研究型實驗；

示范中心實驗分為三大類型：基礎型實驗、設計性實驗、研究型實驗。流體力學實驗室主要承擔的是基礎型實驗和小部分的研究型實驗，滲流力學實驗室主要承擔的是設計型實驗和部分驗證型實驗，工業管流實驗室承擔的全部是研究型實驗。示范中心主要組成和完成的功能見圖1。

圖1 流體力學實驗教學示范中心組成和功能圖

基礎型實驗主要有驗證型實驗和演示型實驗。其中驗證型實驗是通過儀器設備驗證課堂上所講授的知識點，在實驗教學中使學生掌握基本實驗原理方法和實驗技能，演示型實驗則通過觀摩，發現一種奇妙的現象，從而激發實驗興趣，引導學生透過現象看本質，使基礎型實驗教學的任務更加明確。

如果說基礎型實驗還屬于以教為主的實驗教學的話，那么在掌握了一定的基礎型實驗以后，設計型實驗就從單純的教為主上升到學生主動地設計實驗，如滲流力學實驗室的水電模擬實驗就是以學生先自己進行實驗方案設計，提交給教師，或與老師溝通切磋后認為可行，就可以進行實驗，這個過程大大增加了學生的自信心，學習興趣也有了極大提高，對于提高學生實驗技能及綜合分析問題、解決問題的能力有非常大的幫助。

工業管流實驗室經過長期的研究、實踐積累，形成的實驗教學項目全為研究型實驗，在油氣管道輸送工藝、油氣儲運系統工程領域形成了自己特色，成為研究型實驗教學的主要基地。

從基礎型實驗教學—設計型實驗教學—研究型實驗教學，流體力學實驗教學示范中心形成了一套內容緊密配合、循序漸進的實驗教學培養模式，對全面培養學生扎實的理論基礎、實踐技能、創新意識和能力起著至關重要的作用[8]。

3 創建石油特色，堅持走產學研道路

流體力學實驗教學中心在長期的實驗教學和科研實踐中，摸索了一套將科研成果及時轉化為教學實驗項目的經驗。滲流力學實驗緊密結合油田開發中復雜井型的動態特點開展教學和研究，取得了很好的成效，實驗室把科研成果水電模擬實驗應用到教學實驗，起到了良好的效果，也是石油高校中最早為本科生開設水電模擬實驗的實驗室。油氣勘探開發過程中，兩相流乃至多相流動對生產影響巨大，由此引發的安全生產事故也發人深省，為了模擬水平井的兩相流動，流體力學實驗室借助于校級“研究生教育質量與創新工程”項目，與浙江大學聯合研制了兩相流與流動檢測裝置，為學生觀察水平管兩相流流型，研究兩相流對生產的影響提供了可靠依據。

堅持走產學研相結合的道路。工業管流實驗室在科研與社會實踐方面成績卓著，經過長期的研究、實踐積累，實驗室在油氣管道輸送工藝、油氣儲運系統工程領域形成了特色，其中大落差管道運行控制技術、油-氣-水多相混輸管道工藝、熱油管道優化運行、天然氣輸配系統規劃及設計優化等技術居國內領先乃至國際領先地位，為大學生科技創新活動、本科畢業設計、研究生論文、科研項目等提供了較好實驗保障，達到結合專業、重視應用的效果[9]。

4 改革實驗教學，培養學生創新能力

流體力學教學實驗中心以培養學生創新能力、創新精神以及實際操作能力為重點，培養高素質人才。

4.1 豐富實驗教學方法

實驗中心通過基礎型實驗、設計型實驗、研究型實驗，構建有梯次、漸進式的實驗方法與手段，完成一個循序漸進的實驗教學過程。在實驗教學過程中也采用其它的教學手段啟發引導學生，如將石油生產中一些經典案例做成動畫形式，將最新的石油生產技術做成多媒體給學生演示。實驗仿真軟件、動畫和多媒體形式，進入中心網絡平臺的方式不斷豐富實驗教學方法，引導學生進行自主性，開發式學習，培養學生探索精神，科學思維，實踐能力，創新能力[10]。

4.2 開啟思考式實驗教學

實驗過程最怕變成一個不動腦的機械式實驗過程，因此在實驗中就要想辦法讓學生真正成為實驗主角，使其主動思考，這樣實驗過程就變成一個積極的行為，實驗的效果就會更好。示范中心的總結了如下的實驗教學方法“啟發式”、“引導式”、“討論式”等行之有效的教學方法。

(1) 啟發式。實驗開始時首先讓學生將課堂的知識點說出來，老師再把實驗儀器的結構、性能、原理介紹清楚，然后介紹實驗中應該注意那幾個問題。讓同學思考該實驗的重點，實驗中注意的問題。如果實驗中有相關聯的內容，都要啟發學生進行關聯思維，利于學生主動思考和促進知識的聯想記憶。

(2) 引導式。在實驗前學生要將實驗儀器情況了解清楚，根據自己的興趣點設計實驗，設計完成后交給指導老師，如果學生設計有偏差，指導老師會按照同學的設計，引導同學思考分析實驗每一步，以及可能出現的結果，從而形成更完善的實驗設計方案，或者直接按照學生的設計進行實驗，在實驗中遇到問題時，再引導學生思考問題發生的原因，及時調整實驗方案。

(3) 討論式。在開始和過程中都需要學生和指導老師進行討論，各抒己見，然后集思廣益，有針對性地形成一套實驗方案，如果實驗中遇到問題，互相之間再討論，直到完成任務。

示范中心把實驗教學、科研研究和人才培養為一體，在保證完成基本實驗教學任務的基礎上，拓展創新性實驗，利用教學理論引導學生注重理論與實踐互相促進，培養分析、解決問題的能力及動手協調能力[11]。

4.3 推進科技創新活動

示范中心借助于教學、科研積累及創新儀器，積極參與大學生科技創新活動。在示范中心老師的支持和指導下，學生的創新實驗活動蓬勃開展，近五年實驗中心完成大學生科技創新項目50余項，其中國家級的9項，科技創新小組不僅可以進行實驗研究，也可以與中心教師儀器參與實驗室建設和新儀器的設計研發工作，使學生的主人翁意識得到升華，學習積極性進一步提高。.示范中心為大學生科技創新活動提供了最好的舞臺，充分鍛煉了大學生的實踐操作能力和思維創新能力[12]，同時大學生科技創新活動也進一步促進了實驗中心的發展。

5 自行研制教學實驗儀器

流體力學實驗教學示范中心以自制、聯合研制與改進相結合，推出一批教學創新儀器，五年來示范中心研制創新性實驗儀器11臺套。工業管流實驗室自行開發的油庫、泵站、油氣集輸模擬操作實驗裝置和長輸管道仿真教學系統等設備，這些裝備均為國內首創，同時長輸管道密閉輸送模擬實驗系統被多所國內高校所使用，在國內高校中實驗設備達到先進水平，在石油高校中處于領先地位，并輻射到非石油高校，發揮了示范作用；流體力學實驗室與清華大學聯合研制的多功能實驗裝置，可以同時實現文透里流量測量實驗、局部水頭損失實驗和兩個不同參數的沿程水頭損失實驗，節約了成本和實驗空間，也滿足學生的設計型實驗，該實驗裝置的設計構思已被國內其他高校采用。實驗中心憑借深厚的實力和較高的創新能力，通過對外輸出實驗技術、實驗設備等手段，在石油高校中起到示范作用為大學生能力培養起了示范輻射作用[13]。

流體力學實驗教學中心在實驗室管理、網絡建設等方面下功夫，形成了一個管理規范、實驗項目有序開放、網絡選、排課的全覆蓋的實驗教學體系。

6 結 語

實驗教學建設在大學生素質和能力培養中起著舉足輕重的作用[14]，要建設完善的、充滿活力的、滿足當代大學生需要的實驗教學體系，必須從實驗室隊伍建設、教學方法改革、學生能力培養、研發特色教學儀器、實驗室管理等多個方面入手，深化改革，將人才培養方針真正落到實處，才能完成以“學生為本、強化基礎、鼓勵創新、結合專業、重視應用”教育指導方針，為專業人才培養奠定更為堅實的基礎[15]。

[1] 張來斌.創新機制推動行業特色型大學產學研結合新發展[J].高等教育,2011,3(4):6-9.

ZHANG Lai-bing. Innovation mechanism promote the new development of education combined with production and research in Industry characteristic university[J].China Higher Education,2011,3(4):6-9.

[2] 隋秀香.石油工程專業流體力學實驗課的新模式探討[J].實驗室研究與探索,2012,31(11):111-113.

SUI Xiu-xiang.Discussion on a New Model of Hydromechanical Experiment Course in Petroleum Engineering[J]. Research and Exploration in Laboratory,2012，31(11):111-113.

[3] 林 健.面向世界培養卓越工程師[J].高等工程教育研究,2012(4):1-15.

LIN Jian. Outstanding Engineers’ Training for the World[J].Research on Higher Engineering Education,2012(4):1-15.

[4] 彭培英.以科研促教學,提高本科教學質量[J].實驗技術與管理,2009,26(8):14-16.

PENG Pei-ying.Improving the undergraduate’s training quality through teaching promoted by scientific research[J].Experimental Technology and Management,2009,26(8):14-16.

[5] 古天龍.構建面向應用型人才培養的實踐教育體系[J].實驗技術與管理,2011,28(12):1-3.

GU Tian-long.Constructing practical education system for application-oriented talent cultivation[J].Experimental Technology and Management,2011,28(12):1-3.

[6] 陳慶奎.面向卓越工程教育的實驗室開放實施機制[J].實驗室研究與探索,2013,32(1):81-83.

CHEN Qing-kui. Laboratory Opening Mechanism for the Cultivation of Excellent Engineers[J]. Research and Exploration in Laboratory,2013,32(1):81-83.

[7] 吉東風.深化體制改革推進國家級、省級實驗教學示范中心建設[J].實驗技術與管理,2012,29(2):97-99.

JI Dong-feng. Deepening system reform to push forward the construction of national and provincial experimental demonstration centers[J].Experimental Technology and Management,2012,29(2):97-99.

[8] 吳 鳴.以工程能力培養為導向的工程教育改革研究[J].理工高教研究,2010,29(3):54-57.

WU Ming.Study on Competence-oriented Engineering[J].Education ReformJournal of Higher Education inScience&Technology,2010,29(3):54-57.

[9] 郝文武.改造教育學：促進學科與專業相互給力[J].北京師范大學學報,2013(4):5-8.

HAO Wen-wu.Transforming Pedgogy：Promoting Mutual Benifit between Discipline and Profession[J].Journal of Beijing Normal University, 2013(4):5-8.

[10] 傅水根.創建國內領先的工程訓練教學示范中心[J].實驗技術與管理,2011,28(4):1-3.

FU Shui-gen.Creating Teaching Exemplary Center for Engineering Training in the Lead[J].Experimental Technology and Management,2011,28(4):1-3.

[11] 於黃忠.加強物理實驗管理提高實驗教學效果[J].實驗室研究與探索,2013,32(10):136-138.

YU Huang-zhon.Strengthening the Management of Physics Experiments,Improving the Effect of Experimental Teaching[J].Research and Exploration in Laboratory,2013,32(10):136-138.

[12] 金樹培.深化課程改革:教師踐行三策略[J].教育與教學研究,2012,26(9):34-36.

JIN Shu-pei.Deepening Curriculum Reform and Three Strategies on Teachers Practice[J].Eeducation and Teaching Research,2012,26(9):34-36.

[13] 隋秀香.石油高校流體力學實驗課創新體系研究[J].石油教育,2012(3):93-95.

SUI Xiu-xiang. Research of innovation mechanism of Fluid mechanics experiment Course in universities of petroleum[J].Petroleum Education,2012(3):93-95.

[14] 何新華.面向創新型人才培養的專業實驗教學體系研究與實踐[J].實驗技術與管理，2009,26(10):24-26.

HE Xin-hua.Investigation and practice on specialized experimental teaching system for the cultivation of innovative talents[J].Experimental Technology and Management,2009,26(10):24-26.

[15] 鐘 杰.優化整合實驗教學資源的研究與實踐[J].實驗室科學,2009(5):106-108.

ZHONG Jie.Research and practice of the optimization andintegration of experimental teaching resources[J].Laboratory Science,2009(5):106-108.