工程流体力学模块化教学改革探讨

梁颖

摘 要 工程流体力学是石油工程以及油气储运工程的一门重要专业课，同时作为该专业研究生入学考试的唯一一门课程，受到广大师生和专家领导的高度重视。本文根据《工程流体力学》的课程结构特点，结合多年在教学中出现的问题，对教学内容进行模块化设计划分，结合计算流体力学的知识，作为培养学生实践能力和科研能力的重要环节。

关键词 工程流体力学 模块化 改革

中图分类号：O351 文献标识码：A

1工程流体力学模块化设计

根据不同专业各自的培养方向，构建不同的模块化体系课程。《工程流体力学》课程内容共包括：流体静力学、流体动力学、流体运动学、一元不稳定流。

“流体静力学”主要描述流体的物理意义、流体常用的主要物理性质、分析流体在靜止时的平衡、计算流体粘滞力的大小、作用在流体上力的分类；

“流体动力学”介绍流体在静止状态下与周界间压力的平衡特性、平衡微分方程的建立与应用、静力学基本方程式的应用、几种质量力作用下的流体平衡、静止流体作用在平面上的力、静止流体作用在曲面上的力；

“流体运动学”中涉及流体在运动过程中所满足的四大重要方程：欧拉方程、伯努利方程、动量方程、动量矩方程的推导与应用，流体流动阻力与流态的分类、实际流体阻力的计算；

“相似原理与量纲分析”通过对物理量量纲的分析，依据因次和谐性原理推导未知物理量的因次、判断物理方程的正确性；

“一元不稳定流”的基本方程用于计算水击压力的大小、解决变水头泄流的排空问题。

基于工科学生的培养方向，注重实践应用与知识体系的搭建，依据以上知识分布，将本课程划分为五大模块，各个模块中包含了若干子模块。结合相应的教学方法，将书本知识与实验操作、程序创意、实操重点紧密的联系起来。

2模块化教学方法的应用

2.1模块化知识体系的构建

通过对五大模块所含重点内容的分析，讲解各模块的内部联系，从易到难搭建知识体系。例如静力学的微元受力分析方法，使用牛顿第二定律得到静力学基本方程式，同样的分析模式，只需引入加速度即可得到连续性方程、伯努利方程；而在伯努利方程中引入实际流体，再与静力学中的牛顿内摩擦定律联立，解决实际流体在动力学中的能量转换问题。使学生温故知新，将所学知识紧密的联系在一起。

2.2演示实验与工程实例的结合

本课程配备了十几组验证型实验和综合型实验，在实验中认识规律、验证现象，改变工况后创新的利用所学解决新的问题。2-3人为一组，便于讨论与配合。每组试验都搭配了课后思考题，通过动手操作从设计的角度为学生提供一种研究自然现象的方法，培养创新思维。比如静力学机理验证实验与伯努利实验，局部水头损失实验、沿程水头损失实验和孔口与管嘴泄流实验，从易到难，在控制某些主要因素的变化，从而得到重要结论。如此的科学方法经验很值得借鉴。

2.3启发创新思维的培养

以视频、PPT、CAI形式将课程内容生动的展现，同时对于难解的问题从基础知识搭建，数学理论推导，实际物理现象简化等角度多方位综合分析，将抽象的概念、结构、原理利用动态的演示手段进行模拟，强调在学习之后“有所得，有所想”。提倡学生对于复杂的计算过程与现象，利用VB、VF、C++等程序语言组织界面、编写程序，控制必要的可变因素，使用绘图软件得到直观的结论。鼓励对同一问题的不同求解思路，开发不同的设计软件。指导学生设计各对象所需属性的，满足设计软件的功能、美观与便捷。

2.4模块的评价与改进

定期对每个模块的教学成果进行考察与反思。开展学生测评反馈、趣味小实验设计、软件设计成果展示，实验技能比赛等等，激发学生能动性的同时又能对教师的教学成果有直观的评价。理论知识与实验操作考核有机的结合，具体到学生考勤、作业、课堂表现、期中考试、期末考试、实验操作、团队作品展示等，采取教师与学生打分、调查等手段，评价模块教学效果，提出相应改进措施。