《工程流體力學》教學方法探討

王紅波　熊青山

[摘 要] 工程流體力學對一部分學生而言是一門比較有難度的學科，表現為掛科率高，知識點掌握不牢。為了取得較好的教學成果，提出了結合專業法、整體把握法及強化思路法三種方法，并將這三種方法貫穿在教學過程中。結果顯示，這三種方法對提高工程流體力學課的教學具有一定的效果。

[關 鍵 詞] 工程流體力學；結合專業法；整體把握法；強化思路法

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）16-0183-01

工程流體力學是一門理論性強的學科，筆者在從事教學的過程中，通過與學生交流，了解到了一些教學效果方面的情況，大部分學生認為該課程難度大，公式推導多，不容易懂。有較多的學者對流體力學課程的講解提出了很多建設性的看法，涉及方法研究及改革等方面。筆者在工程流體力學的教學過程中，一直致力于摸索流體力學的教學方法，期望獲得較好的教學效果，參照前人對流體力學的研究，提出了工程流體力學教學的幾點方法，總結為結合專業法、整體把握法及強化思路法三種方法。

一、結合專業法

筆者教學的對象為石油專業的學生，為了激發學生對流體力學的興趣，強調工程流體力學的重要性及學科地位，在流體力學的講解過程中，講解工程流體力學在石油專業中的應用。

以流體水頭損失的講解為例，說明結合專業法在工程流體力學講解中的應用。將流體水頭損失知識點結合鉆井過程中鉆井液損失進行講解工程流體力學，將流動阻力分為兩類，即沿程阻力與局部阻力，而對應的水頭損失為沿程水頭損失與局部水頭損失，沿程阻力為沿著管路直管段所產生的阻力，局部阻力為液流流經局部裝置（進口、彎頭、閘門）所產生的阻力。對應的兩類水頭損失為沿程水頭損失hf與局部水頭損失hj，而流動中總水頭損失hw為∑hf與∑hj之和。

結合鉆井過程中鉆井液的循環過程，讓學生進一步了解水頭損失的原理及工程流體力學在石油專業中的重要作用。泥漿具有沖洗井底、攜帶巖屑、平衡地層壓力、冷卻與潤滑鉆頭、保持井眼的穩定及提供井下動力的作用，其循環過程為：泥漿罐→泥漿泵→管匯→水龍頭→鉆具→鉆頭→環空→井口→泥漿處理系統→泥漿罐。為學生分析鉆井液在流動的過程中，沿程水頭損失及局部水頭損失的產生，沿程水頭損失分別發生在哪些部位，以及局部水頭損失發生在哪些部位。

二、整體把握法

流體力學的一些章節就是解決后的科學問題的結論。采用解決科學問題的一般思路，結合章節的目錄，逐一講解各目錄，讓學生了解本章節的內容，對該章有整體的把握。

以第二章流體靜力學為例，闡述整體把握法在本章講解中的應用。首先向學生闡明工程流體力學的主要任務是分析流體受力，而本章的研究對象為靜止流體，靜止流體的受力存在哪些需要解決的問題。而本章的每一節即為每個問題得到解答后得出的結論，這些需要解決的問題包括流體靜壓力及其特性、靜止流體質量力和表面力的平衡分方程式、平衡方程式在只有重力及幾種質量力作用下的運用、靜止液體作用在平面上的總壓力、 靜止流體作用在曲面上的總壓力以及物體在絕對靜止液體中的受力。

三、強化思路法

在工程流體力學的講解過程中，應注重培養學生解決問題的能力，提出解決問題的方法。

以證明靜止流體中任何一點上各個方向的靜壓強大小相等，而與作用面的方位無關這一命題為例，強化微元法這一分析流體力學命題的思路。微元法證明思路：選取研究對象（微元體）、受力分析（質量力與表面力）、導出關系式、得出結論。

微元法在證明這一命題時，四個步驟具體化，包括從靜止流體中取出一微小四面體OABC，三個垂直邊的長度分別為dx、dy、dz，設px、py、pz、pn（n方向是任意的）分別表示作用在ΔOAC、ΔOBC、ΔOAB、ΔABC表面上的靜壓強，pn與x、y、z軸的夾角為α、β、γ。

為了加深對微元法的理解，可以將兩次運用微元法的過程進行比較，同樣為質量力與表面力，為什么分別選用四面體模型與六面體模型？讓學生明白，模型的選擇必須使其具備分析問題的功能。

四、主要結論

通過對石油鉆采設備課的教學總結，得出了以下結論：

1.結合專業法進行教學，可以激發學生對工程流體力學的興趣，學以致用。

2.整體把握法進行教學，可以讓學生整體把握章節內容，提出各學科問題，抓住重點。

3.強化思路法進行教學，可以讓學生形成思考問題的能力，對工程流體力學中的公式進行較好的推導。

4.三種教學方法有一定的效果，但由于每節課課時長度的局限性，各種方法不可能在課堂中逐一詳盡地展開，因此各種方法的研究具有一定的局限性。

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