流体力学北京市级实验教学示范中心建设

隋秀香, 李春兰, 阎凤元

(中国石油大学(北京) a.石油工程学院，b.机械与储运工程学院，北京 102249)

0 引 言

石油高校主要面向石油行业培养专门的技术人才，因此结合专业，培养基础扎实和具有实践能力、创新意识的人才，是石油高校人才培养永恒的目标[1]。在油气勘探开发过程中，不管是渗流还是管流，复杂的流体流动始终贯穿其中，因此流体力学实验教学一直是石油高校最为重要的实践教学环节[2]。

中国石油大学(北京)流体力学实验教学示范中心(后面简称示范中心)由流体力学实验室、渗流力学实验室与工业管流实验室组成的集教学科研于一体实验平台。多年来，依托三个国家重点学科：油气井工程、油气田开发、油气储运工程，使实验教学与学科专业建设互为依托、互为支撑、共同发展，也促进了示范中心的实验教学内容不断丰富，实验体系日趋完善，实验特色愈发鲜明，对未来从事石油专业的学生开拓视野，培养创新意识和创新能力[3]以及迎接未来石油工业新的挑战具有重要的意义。

1 建设有创新能力的实验教学团队

示范中心目前拥有22人的教师队伍，其中专职人员10人，负责日常学生教学、实验指导、实验仪器的维护工作等；兼职人员12人主要负责学生的理论教学和部分实验教学。示范中心教师团队是一支专兼职相结合、骨干教师相对稳定、兼职队伍动态平衡、年龄和职称梯次结构合理的师资队伍。在实验队伍保持动态平衡的前提下，示范中心重点加强了了学习型和创新型教学团队的建设。

1.1 培育教学团队

在教授和骨干教师带领下，校级培育教学团队有流体力学教学团队、渗流力学教学团队等，教学团队要按照学校相关要求，开展各类教学研讨活动，学校对教学团队工作进行定期检查，并将其作为年度院系和示范中心考核的重要指标之一。

教学团队之间以及团队内部定期自发组织教学研讨和教学经验交流，研讨改革教学内容和方法，开发教学资源，切磋提高实验教学和课堂教学效果，形成良性的学习和有序竞赛环境，促进教学水平提高和人才质量培养[4]。

学校成立的专家组每年都要进行不定期的随堂听课和实验教学跟踪，并将结果通过校园网提交给教务系统，完成对教师教学效果的考评，教师通过网上查看专家给出的意见和建议，以便改善教学中的不足和发扬教学中的优点。示范中心也设立自己的督导组，由学科学术骨干和有丰富实验教学经验的退休老教师组成，对年轻教师进行听课，课后采取座谈的方式进行分析指导，提高年轻教师的实验教学水平，形成了一支爱岗敬业、理论基础扎实、技术过硬素质优良的实验师资队伍[5]。

1.2 鼓励实验创新

流体力学实验教学示范中心经过多年教学、科研工作的积累和努力，实验教学队伍整体水平得到了很大提高。为提高教师自身的业务水平和教学能力，中心支持教师申请学校的教改项目和研究生教育质量与创新工程项目，如果教师的申请的项目有创新有研究价值，即使校级暂时没有通过，示范中心也会在经过院级评定后给予资助，鼓励教师对实验教学项目的改革，如鼓励教师自行研制具有石油特色的实验仪器装置等。同时示范中心鼓励教师积极指导大学生的科技创新活动，通过双向选择方式，融入大学生的科技创新活动，通过这些活动促进实验项目的改革，提高实验项目的整体研究水平[6]。近五年示范中心承担校级教改项目9项，学院资助教改项目4项，教师自行设计、研制、改进实验创新仪器10余台套，指导学生参加科技创项目70多项。

示范中心鼓励教师积极指导本科毕业设计，全面提高教师队伍的教学和研究能力，使教学团队能始终保持旺盛活力，较高创新精神和实践能力，保证了实验教学水平[7]。

2 构建“三层次、三类型”的实验实践教学体系

中心坚持“学生为本、强化基础、鼓励创新、结合专业、重视应用”教育指导方针，贯彻知识传授，能力培养，素质提高，协调发展的教育理念，加强对本科生进行科学方法和科学思维的训练，使实验教学体系在“知识、能力、科学素养”培养上得到进一步优化，构建了渐进式的“三层次、三类型”的实验实践教学体系。

(1) 三层次。专业基础教学平台，专业教学平台，创新实验平台；

(2) 三类型。验证型、设计型、研究型实验；

示范中心实验分为三大类型：基础型实验、设计性实验、研究型实验。流体力学实验室主要承担的是基础型实验和小部分的研究型实验，渗流力学实验室主要承担的是设计型实验和部分验证型实验，工业管流实验室承担的全部是研究型实验。示范中心主要组成和完成的功能见图1。

图1 流体力学实验教学示范中心组成和功能图

基础型实验主要有验证型实验和演示型实验。其中验证型实验是通过仪器设备验证课堂上所讲授的知识点，在实验教学中使学生掌握基本实验原理方法和实验技能，演示型实验则通过观摩，发现一种奇妙的现象，从而激发实验兴趣，引导学生透过现象看本质，使基础型实验教学的任务更加明确。

如果说基础型实验还属于以教为主的实验教学的话，那么在掌握了一定的基础型实验以后，设计型实验就从单纯的教为主上升到学生主动地设计实验，如渗流力学实验室的水电模拟实验就是以学生先自己进行实验方案设计，提交给教师，或与老师沟通切磋后认为可行，就可以进行实验，这个过程大大增加了学生的自信心，学习兴趣也有了极大提高，对于提高学生实验技能及综合分析问题、解决问题的能力有非常大的帮助。

工业管流实验室经过长期的研究、实践积累，形成的实验教学项目全为研究型实验，在油气管道输送工艺、油气储运系统工程领域形成了自己特色，成为研究型实验教学的主要基地。

从基础型实验教学—设计型实验教学—研究型实验教学，流体力学实验教学示范中心形成了一套内容紧密配合、循序渐进的实验教学培养模式，对全面培养学生扎实的理论基础、实践技能、创新意识和能力起着至关重要的作用[8]。

3 创建石油特色，坚持走产学研道路

流体力学实验教学中心在长期的实验教学和科研实践中，摸索了一套将科研成果及时转化为教学实验项目的经验。渗流力学实验紧密结合油田开发中复杂井型的动态特点开展教学和研究，取得了很好的成效，实验室把科研成果水电模拟实验应用到教学实验，起到了良好的效果，也是石油高校中最早为本科生开设水电模拟实验的实验室。油气勘探开发过程中，两相流乃至多相流动对生产影响巨大，由此引发的安全生产事故也发人深省，为了模拟水平井的两相流动，流体力学实验室借助于校级“研究生教育质量与创新工程”项目，与浙江大学联合研制了两相流与流动检测装置，为学生观察水平管两相流流型，研究两相流对生产的影响提供了可靠依据。

坚持走产学研相结合的道路。工业管流实验室在科研与社会实践方面成绩卓著，经过长期的研究、实践积累，实验室在油气管道输送工艺、油气储运系统工程领域形成了特色，其中大落差管道运行控制技术、油-气-水多相混输管道工艺、热油管道优化运行、天然气输配系统规划及设计优化等技术居国内领先乃至国际领先地位，为大学生科技创新活动、本科毕业设计、研究生论文、科研项目等提供了较好实验保障，达到结合专业、重视应用的效果[9]。

4 改革实验教学，培养学生创新能力

流体力学教学实验中心以培养学生创新能力、创新精神以及实际操作能力为重点，培养高素质人才。

4.1 丰富实验教学方法

实验中心通过基础型实验、设计型实验、研究型实验，构建有梯次、渐进式的实验方法与手段，完成一个循序渐进的实验教学过程。在实验教学过程中也采用其它的教学手段启发引导学生，如将石油生产中一些经典案例做成动画形式，将最新的石油生产技术做成多媒体给学生演示。实验仿真软件、动画和多媒体形式，进入中心网络平台的方式不断丰富实验教学方法，引导学生进行自主性，开发式学习，培养学生探索精神，科学思维，实践能力，创新能力[10]。

4.2 开启思考式实验教学

实验过程最怕变成一个不动脑的机械式实验过程，因此在实验中就要想办法让学生真正成为实验主角，使其主动思考，这样实验过程就变成一个积极的行为，实验的效果就会更好。示范中心的总结了如下的实验教学方法“启发式”、“引导式”、“讨论式”等行之有效的教学方法。

(1) 启发式。实验开始时首先让学生将课堂的知识点说出来，老师再把实验仪器的结构、性能、原理介绍清楚，然后介绍实验中应该注意那几个问题。让同学思考该实验的重点，实验中注意的问题。如果实验中有相关联的内容，都要启发学生进行关联思维，利于学生主动思考和促进知识的联想记忆。

(2) 引导式。在实验前学生要将实验仪器情况了解清楚，根据自己的兴趣点设计实验，设计完成后交给指导老师，如果学生设计有偏差，指导老师会按照同学的设计，引导同学思考分析实验每一步，以及可能出现的结果，从而形成更完善的实验设计方案，或者直接按照学生的设计进行实验，在实验中遇到问题时，再引导学生思考问题发生的原因，及时调整实验方案。

(3) 讨论式。在开始和过程中都需要学生和指导老师进行讨论，各抒己见，然后集思广益，有针对性地形成一套实验方案，如果实验中遇到问题，互相之间再讨论，直到完成任务。

示范中心把实验教学、科研研究和人才培养为一体，在保证完成基本实验教学任务的基础上，拓展创新性实验，利用教学理论引导学生注重理论与实践互相促进，培养分析、解决问题的能力及动手协调能力[11]。

4.3 推进科技创新活动

示范中心借助于教学、科研积累及创新仪器，积极参与大学生科技创新活动。在示范中心老师的支持和指导下，学生的创新实验活动蓬勃开展，近五年实验中心完成大学生科技创新项目50余项，其中国家级的9项，科技创新小组不仅可以进行实验研究，也可以与中心教师仪器参与实验室建设和新仪器的设计研发工作，使学生的主人翁意识得到升华，学习积极性进一步提高。.示范中心为大学生科技创新活动提供了最好的舞台，充分锻炼了大学生的实践操作能力和思维创新能力[12]，同时大学生科技创新活动也进一步促进了实验中心的发展。

5 自行研制教学实验仪器

流体力学实验教学示范中心以自制、联合研制与改进相结合，推出一批教学创新仪器，五年来示范中心研制创新性实验仪器11台套。工业管流实验室自行开发的油库、泵站、油气集输模拟操作实验装置和长输管道仿真教学系统等设备，这些装备均为国内首创，同时长输管道密闭输送模拟实验系统被多所国内高校所使用，在国内高校中实验设备达到先进水平，在石油高校中处于领先地位，并辐射到非石油高校，发挥了示范作用；流体力学实验室与清华大学联合研制的多功能实验装置，可以同时实现文透里流量测量实验、局部水头损失实验和两个不同参数的沿程水头损失实验，节约了成本和实验空间，也满足学生的设计型实验，该实验装置的设计构思已被国内其他高校采用。实验中心凭借深厚的实力和较高的创新能力，通过对外输出实验技术、实验设备等手段，在石油高校中起到示范作用为大学生能力培养起了示范辐射作用[13]。

流体力学实验教学中心在实验室管理、网络建设等方面下功夫，形成了一个管理规范、实验项目有序开放、网络选、排课的全覆盖的实验教学体系。

6 结 语

实验教学建设在大学生素质和能力培养中起着举足轻重的作用[14]，要建设完善的、充满活力的、满足当代大学生需要的实验教学体系，必须从实验室队伍建设、教学方法改革、学生能力培养、研发特色教学仪器、实验室管理等多个方面入手，深化改革，将人才培养方针真正落到实处，才能完成以“学生为本、强化基础、鼓励创新、结合专业、重视应用”教育指导方针，为专业人才培养奠定更为坚实的基础[15]。

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