工程流體力學模塊化教學改革探討

梁穎

摘 要 工程流體力學是石油工程以及油氣儲運工程的一門重要專業課，同時作為該專業研究生入學考試的唯一一門課程，受到廣大師生和專家領導的高度重視。本文根據《工程流體力學》的課程結構特點，結合多年在教學中出現的問題，對教學內容進行模塊化設計劃分，結合計算流體力學的知識，作為培養學生實踐能力和科研能力的重要環節。

關鍵詞 工程流體力學 模塊化 改革

中圖分類號：O351 文獻標識碼：A

1工程流體力學模塊化設計

根據不同專業各自的培養方向，構建不同的模塊化體系課程。《工程流體力學》課程內容共包括：流體靜力學、流體動力學、流體運動學、一元不穩定流。

“流體靜力學”主要描述流體的物理意義、流體常用的主要物理性質、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”介紹流體在靜止狀態下與周界間壓力的平衡特性、平衡微分方程的建立與應用、靜力學基本方程式的應用、幾種質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”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、動量矩方程的推導與應用，流體流動阻力與流態的分類、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，依據因次和諧性原理推導未知物理量的因次、判斷物理方程的正確性；

“一元不穩定流”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。

基于工科學生的培養方向，注重實踐應用與知識體系的搭建，依據以上知識分布，將本課程劃分為五大模塊，各個模塊中包含了若干子模塊。結合相應的教學方法，將書本知識與實驗操作、程序創意、實操重點緊密的聯系起來。

2模塊化教學方法的應用

2.1模塊化知識體系的構建

通過對五大模塊所含重點內容的分析，講解各模塊的內部聯系，從易到難搭建知識體系。例如靜力學的微元受力分析方法，使用牛頓第二定律得到靜力學基本方程式，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，再與靜力學中的牛頓內摩擦定律聯立，解決實際流體在動力學中的能量轉換問題。使學生溫故知新，將所學知識緊密的聯系在一起。

2.2演示實驗與工程實例的結合

本課程配備了十幾組驗證型實驗和綜合型實驗，在實驗中認識規律、驗證現象，改變工況后創新的利用所學解決新的問題。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，通過動手操作從設計的角度為學生提供一種研究自然現象的方法，培養創新思維。比如靜力學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，從而得到重要結論。如此的科學方法經驗很值得借鑒。

2.3啟發創新思維的培養

以視頻、PPT、CAI形式將課程內容生動的展現，同時對于難解的問題從基礎知識搭建，數學理論推導，實際物理現象簡化等角度多方位綜合分析，將抽象的概念、結構、原理利用動態的演示手段進行模擬，強調在學習之后“有所得，有所想”。提倡學生對于復雜的計算過程與現象，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論。鼓勵對同一問題的不同求解思路，開發不同的設計軟件。指導學生設計各對象所需屬性的，滿足設計軟件的功能、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成果進行考察與反思。開展學生測評反饋、趣味小實驗設計、軟件設計成果展示，實驗技能比賽等等，激發學生能動性的同時又能對教師的教學成果有直觀的評價。理論知識與實驗操作考核有機的結合，具體到學生考勤、作業、課堂表現、期中考試、期末考試、實驗操作、團隊作品展示等，采取教師與學生打分、調查等手段，評價模塊教學效果，提出相應改進措施。