高等流體力學(xué)課程改革與實(shí)踐*

張永學(xué) 師志成 董守平 姬忠禮 馬利敏

中國(guó)石油大學(xué)(北京) 北京 102249

高等流體力學(xué)課程改革與實(shí)踐*

張永學(xué) 師志成 董守平 姬忠禮 馬利敏

中國(guó)石油大學(xué)(北京) 北京 102249

按照《教育部關(guān)于實(shí)施研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃、加強(qiáng)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、進(jìn)一步提高培養(yǎng)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》精神，對(duì)研究生學(xué)位課程高等流體力學(xué)進(jìn)行了改革與實(shí)踐。在深入細(xì)致廣泛地調(diào)研基礎(chǔ)上，編著了針對(duì)性強(qiáng)、石化特色明顯的教材；建立了典型習(xí)題庫(kù)，便于學(xué)生通過(guò)練習(xí)掌握和應(yīng)用知識(shí)；建立了題型多樣，每一知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)眾多試題的試題庫(kù)，便于根據(jù)考試要求隨機(jī)組成難度相當(dāng)?shù)脑嚲?，利于通過(guò)考試成績(jī)和歷年成績(jī)對(duì)比分析教學(xué)效果。經(jīng)過(guò)近3年的教學(xué)實(shí)踐，證明改革是卓有成效的，對(duì)于研究生學(xué)位課程的建設(shè)具有一定的示范意義。

高等流體力學(xué)；課程改革；石化特色；教學(xué)實(shí)踐

按照《教育部關(guān)于實(shí)施研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃、加強(qiáng)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、進(jìn)一步提高培養(yǎng)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》的精神，我校于2006年批準(zhǔn)了高等流體力學(xué)課程的改革計(jì)劃。該課程作為我校油氣田開(kāi)發(fā)工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程、機(jī)械工程、熱能工程、化工過(guò)程機(jī)械和安全技術(shù)工程等專(zhuān)業(yè)的研究生學(xué)位課程，對(duì)研究生的培養(yǎng)質(zhì)量和相關(guān)學(xué)科發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，是學(xué)校和學(xué)院的重點(diǎn)建設(shè)課程，希望通過(guò)課程改革計(jì)劃，加速課程建設(shè)，提高授課質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，為提高研究生的科研能力和創(chuàng)新水平奠定良好基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)近幾年的努力，該改革計(jì)劃已經(jīng)初步完成，教學(xué)效果比以往有了明顯提升。在原有講義的基礎(chǔ)上，新編著的教材《高等流體力學(xué)》于2006年12月正式出版，習(xí)題庫(kù)和試題庫(kù)的建設(shè)也已經(jīng)初步完成，新的授課和考試方式也在同步實(shí)踐，從同行評(píng)價(jià)、學(xué)生反饋以及歷年考試成績(jī)的對(duì)比結(jié)果上看，該課程的建設(shè)已經(jīng)取得了較豐碩的成果，它的改革經(jīng)驗(yàn)對(duì)于其他學(xué)位課程的建設(shè)具有示范和借鑒意義。

一、課程改革的背景與指導(dǎo)思想

1.課程改革的背景

20世紀(jì)90年代，高等流體力學(xué)已經(jīng)成為我校眾多研究生專(zhuān)業(yè)的學(xué)位課程，但由于當(dāng)時(shí)研究生招生數(shù)量少，師資力量相對(duì)薄弱等方面的原因，高等流體力學(xué)教學(xué)主要依靠已有的教材，但這些教材普遍存在一些問(wèn)題，如果采用流體力學(xué)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)研究生教材則過(guò)于強(qiáng)調(diào)基本理論，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的要求偏高，而工程應(yīng)用方面卻涉獵很少，采用這些教材需要花費(fèi)很多的時(shí)間和精力給數(shù)理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的工科研究生介紹其中涉及的準(zhǔn)備知識(shí)，而對(duì)于如何將這些基本理論應(yīng)用于工程實(shí)際問(wèn)題的分析和解決卻幾乎是一片空白，學(xué)生看這些教學(xué)參考書(shū)也總覺(jué)得晦澀難懂，不利于取得良好的教學(xué)效果。如采用一些工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)的相關(guān)研究生教材則又往往缺乏理論深度和針對(duì)性的工程應(yīng)用背景，這些教材在工程應(yīng)用領(lǐng)域有的強(qiáng)調(diào)高速氣動(dòng)，有的強(qiáng)調(diào)水動(dòng)葉柵流動(dòng)，有的強(qiáng)調(diào)渦動(dòng)力學(xué)等，但都不是以油氣為關(guān)注對(duì)象，應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)分析油氣在鉆采、儲(chǔ)運(yùn)和煉化過(guò)程中的流動(dòng)規(guī)律，致使學(xué)生的學(xué)習(xí)脫離行業(yè)背景，對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)十分有限，學(xué)習(xí)興趣也很難調(diào)動(dòng)起來(lái)。

2000年以后，隨著我校研究生招生規(guī)模的迅速擴(kuò)大，選擇高等流體力學(xué)作為學(xué)位必修課的學(xué)生也越來(lái)越多，目前已經(jīng)達(dá)到每年開(kāi)設(shè)兩個(gè)班，每個(gè)班的選課人數(shù)都在60人以上的規(guī)模。學(xué)位課程教學(xué)作為研究生教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)的核心，相比其他選修課程，具有修讀學(xué)生多，基礎(chǔ)性強(qiáng)的特點(diǎn)，加強(qiáng)這些課程的建設(shè)對(duì)于整體推動(dòng)我校研究生教學(xué)質(zhì)量、提升教學(xué)水平和促進(jìn)相關(guān)學(xué)科師資隊(duì)伍建設(shè)等都具有重要作用。鑒于這種發(fā)展?fàn)顩r，在學(xué)校和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的支持下，我院成立了高等流體力學(xué)教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，借鑒已有的相關(guān)流體力學(xué)教材和團(tuán)隊(duì)的教學(xué)科研成果，首先從自編著并反復(fù)試用修改講義開(kāi)始，進(jìn)行針對(duì)我校學(xué)科專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的具有鮮明石化特色的研究生學(xué)位課程建設(shè)，為提升我校研究生培養(yǎng)質(zhì)量服務(wù)。

2.課程改革的指導(dǎo)思想

在進(jìn)行高等流體力學(xué)課程改革時(shí)，既要照顧到經(jīng)典流體力學(xué)的通用知識(shí)，又要針對(duì)石化行業(yè)的大背景，結(jié)合我校研究生培養(yǎng)方案和學(xué)科建設(shè)，重視課程知識(shí)的針對(duì)性、行業(yè)應(yīng)用的特殊性、學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及與我校其他研究生課程的關(guān)聯(lián)性等。該課程的改革主要圍繞以下幾個(gè)原則進(jìn)行：

(1)提升教學(xué)效果，培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)選修課的學(xué)習(xí)和論文研究工作的開(kāi)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

(2)針對(duì)我校研究生的專(zhuān)業(yè)背景和學(xué)科研究方向，合理選擇課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，保持基礎(chǔ)理論知識(shí)與工程應(yīng)用知識(shí)的相對(duì)平衡。

(3)突出石化特色，在基本理論的學(xué)習(xí)和應(yīng)用上強(qiáng)調(diào)與油氣的處理工藝和設(shè)備相結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)、認(rèn)識(shí)并解決相關(guān)石化工程問(wèn)題的能力，為我校培養(yǎng)石化領(lǐng)域的優(yōu)秀研究生人才服務(wù)。

(4)注重課程自身內(nèi)容體系的邏輯性、完整性和一致性，以及與其他相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)性，避免課程內(nèi)容重復(fù)及關(guān)聯(lián)課程之間缺乏銜接。

(5)改革教學(xué)和考核方式，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，便于通過(guò)考核科學(xué)地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，并為課程的進(jìn)一步深化改革提供可靠依據(jù)。

(6)課程改革利于高等流體力學(xué)教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的建設(shè)和成長(zhǎng)。

二、改革方式與內(nèi)容

基于課程改革的基本思想和指導(dǎo)原則，我校高等流體力學(xué)教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的卓有成效的工作，下面就幾個(gè)主要方面的工作做簡(jiǎn)單介紹：

1.課程改革調(diào)研及教材

為了保證課程改革有的放矢，課程改革的方向具有前瞻性，團(tuán)隊(duì)在深入了解我校相關(guān)研究生專(zhuān)業(yè)學(xué)科和選課意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，首先通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)國(guó)內(nèi)外多所大學(xué)同類(lèi)課程的設(shè)置和大綱進(jìn)行了調(diào)研和對(duì)比分析，之后多次對(duì)國(guó)內(nèi)部分知名大學(xué)進(jìn)行了實(shí)地訪(fǎng)問(wèn)，并與同行教師就該類(lèi)課程建設(shè)進(jìn)行了深入交流。下面分別以國(guó)內(nèi)5所大學(xué)和美國(guó)麻省理工學(xué)院為例，就各自教學(xué)的主要內(nèi)容、研究生主要培養(yǎng)方向及指定教材或主要教學(xué)參考書(shū)（見(jiàn)表1）做簡(jiǎn)單分析。

從調(diào)研情況看，所有高校都對(duì)流體力學(xué)的基本理論很重視，普遍選用了吳望一先生編著的流體力學(xué)作為教材或主要的教學(xué)參考書(shū)，但各高校的指定教材和主要教學(xué)參考書(shū)均與自身的學(xué)科研究方向相結(jié)合，課程的某些重點(diǎn)內(nèi)容都與各自的研究生主要培養(yǎng)方向相接軌，突出了自身的特色。由此可見(jiàn)，研究生學(xué)位課程建設(shè)必須與自身的相關(guān)學(xué)科研究方向相結(jié)合，在注重通用理論的基礎(chǔ)上，形成自己的特色。我校是一所石化特色鮮明的高校，流體力學(xué)對(duì)于學(xué)校眾多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起著至關(guān)重要的支撐作用，建設(shè)適合自身教學(xué)要求、石化特色鮮明的高等流體力學(xué)教材將是整個(gè)課程建設(shè)的重要一環(huán)。為此，我校高等流體力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在多年反復(fù)試用、修改和自編著講義的基礎(chǔ)上，于2006年12月正式出版了對(duì)應(yīng)教材。該教材在注重基本理論，如流體力學(xué)的基本方程、勢(shì)流計(jì)算、粘性流動(dòng)解析解、邊界層理論和湍流等的同時(shí)，加大了特色內(nèi)容的編寫(xiě)，如原油非牛頓流體力學(xué)、斷裂地層注水滲流、鉆桿與井壁間的環(huán)空流動(dòng)、粘度計(jì)計(jì)量原理、高頻脈沖電脫水動(dòng)力學(xué)分析、圓管湍流及阻力計(jì)算等。

2.教學(xué)方式

(1)采用多媒體與板書(shū)相結(jié)合的教學(xué)模式。充分利用多媒體教學(xué)信息量大，圖像清晰生動(dòng)的特點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)板書(shū)講解復(fù)雜理論推導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，提升教學(xué)的效果。這種授課方式既有利于避免研究生因長(zhǎng)時(shí)間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞，又有利于他們理解并掌握復(fù)雜的流體力學(xué)基本理論。

(2)提高課堂教學(xué)的趣味性。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)和科研積累,搜集并提煉出了大量與石化工程緊密關(guān)聯(lián)的工程案例,通過(guò)案例的討論和分析,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣,提升課堂教學(xué)的互動(dòng)效果,增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析并解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

(3)布置自命題大作業(yè)。教師提出與課程緊密相關(guān)的若干相關(guān)工程問(wèn)題，學(xué)生分組后自由選擇題目，以小組為單位獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料，在課堂上以PPT的形式講解。大作業(yè)不但提高了研究生獨(dú)立查閱分析文獻(xiàn)資料的能力，同時(shí)對(duì)某一領(lǐng)域的問(wèn)題有了一個(gè)較為深入全面的了解。

3.典型習(xí)題庫(kù)建設(shè)

高等流體力學(xué)這門(mén)課具有理論性強(qiáng)、公式多、數(shù)理基礎(chǔ)要求高的特點(diǎn)，為幫助學(xué)生的學(xué)習(xí)，僅僅通過(guò)教材講解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要配套必要的習(xí)題?？紤]到我校研究生教學(xué)的特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)根據(jù)新編著教材的主要內(nèi)容，以章節(jié)為單位，精心篩選和編寫(xiě)了典型習(xí)題集，力圖做到其中的習(xí)題一定要具有典型性。習(xí)題的數(shù)量不能多，更不能類(lèi)似和重復(fù)，學(xué)生通過(guò)習(xí)題練習(xí)，能有效地掌握教材中的基本知識(shí)。此外，習(xí)題集中的習(xí)題多以實(shí)際的油氣流動(dòng)問(wèn)題為例，便于激發(fā)學(xué)生練習(xí)的興趣，通過(guò)習(xí)題的練習(xí)，幫助學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)關(guān)聯(lián)工程問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)識(shí)和思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生從新的角度或利用新的方法研究和分析這些問(wèn)題。該習(xí)題集中的習(xí)題還有一大特點(diǎn)，那就是它們大多注重利用已有的流體力學(xué)公式或方程，經(jīng)過(guò)必要的簡(jiǎn)化或運(yùn)算，得到新的結(jié)果，避免重復(fù)進(jìn)行經(jīng)典理論的復(fù)雜數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，注重培養(yǎng)學(xué)生理解知識(shí)并應(yīng)用知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力，習(xí)題集的這一特點(diǎn)也符合我校相關(guān)工程學(xué)科研究生培養(yǎng)的要求，也有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

4.試題庫(kù)建設(shè)

試題庫(kù)的建設(shè)對(duì)于保障高等流體力學(xué)的教學(xué)效果起著至關(guān)重要的作用，它是對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。在建設(shè)中，團(tuán)隊(duì)成員按照課程的主要知識(shí)點(diǎn)分層次選擇試題，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的試題有3個(gè)層次，即基礎(chǔ)題、有一定難度的題和較難的題，這3個(gè)層次上的試題從數(shù)量上依次減少，每一層次上的試題難度相當(dāng)，變化靈活。試卷試題從試題庫(kù)中抽取，難易搭配和分值比例固定，保證歷年試題難度相當(dāng)，這為團(tuán)隊(duì)通過(guò)成績(jī)分析掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及通過(guò)對(duì)歷年考試成績(jī)進(jìn)行對(duì)比分析以深化該課程教學(xué)改革提供了可靠的依據(jù)。該試題庫(kù)題型多樣，但都是主觀(guān)題，且以簡(jiǎn)答和推導(dǎo)題為主，以期更加符合研究生教學(xué)培養(yǎng)的特點(diǎn)。

三、課程改革的效果

經(jīng)過(guò)3年多的實(shí)踐，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)歷年考試成績(jī)進(jìn)行分析以及對(duì)修過(guò)高等流體力學(xué)的研究生進(jìn)行調(diào)研，證明該課程改革是卓有成效的。學(xué)生對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的接受能力明顯增強(qiáng)，學(xué)習(xí)的興趣明顯提高，特色工程案例的教學(xué)受到學(xué)生的普遍歡迎，課堂氣氛比以前有了明顯改善，學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情日益高漲，近年的學(xué)生考試平均成績(jī)逐年提高。教師隊(duì)伍在該課程建設(shè)的帶動(dòng)下也有了發(fā)展，團(tuán)隊(duì)的教學(xué)科研水平相比以前有了明顯提升，相關(guān)科研項(xiàng)目的數(shù)量和總經(jīng)費(fèi)都在逐年明顯增長(zhǎng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近幾年整個(gè)團(tuán)隊(duì)的共同努力，高等流體力學(xué)課程改革取得了重要成果，表明該課程改革是成功的。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)沿著改革的方向，不斷更新課程的教學(xué)內(nèi)容，搜集最新最前沿的相關(guān)信息補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中來(lái)，同時(shí)每年對(duì)習(xí)題庫(kù)和試題庫(kù)進(jìn)行更新，以適應(yīng)高等流體力學(xué)日新月異的發(fā)展，提高該學(xué)位課程的教學(xué)效果，更好地為我校研究生人才培養(yǎng)服務(wù)，并且希望該課程的教學(xué)改革實(shí)踐對(duì)其他研究生學(xué)位課程的改革具有示范和借鑒的意義。

[1]教育部.教育部關(guān)于實(shí)施研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃、加強(qiáng)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、進(jìn)一步提高培養(yǎng)質(zhì)量的若干意見(jiàn)（教研[2005]1號(hào)），2005

[2]董守平.高等流體力學(xué)[M].山東：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006

Advanced fluid mechanics curriculum reform and practice

Zhang Yongxue, Shi Zhicheng, Dong Shouping, Ji Zhongli, Ma Limin
China university of petroleum, Beijing, 102249, China

According to the spirit of “several opinions in education of postgraduate about education innovation plan, improving innovation ability and training quality from the ministry of education”, our college has carried out the practice and reform in the degree course avanced fluid mchanics. Based on the intensive and extensive research, well pertinent and petrochemical characteristic teaching materials have been complied; typical exercise library been established, convenient for students to master and apply knowledge through practice;diverse topics test database been set up, and in which each knowledge point is associated with a number of different questions. Thus facilitating the composition according to test requirements will be very convenient and analysis the teaching effectiveness through the comparison of test scores over the years will be easy. It can be proved that the curriculum reform is fruitful after nearly three years of teaching practice, and has certain demonstration significance for graduate student degree course construction.

advanced fluid mechanics; curriculum reform; petrochemical characteristics; teaching practice

2010-04-23

張永學(xué)，博士，副教授。師志成，在讀碩士生。董守平，博士，教授。

*本文獲中國(guó)石油大學(xué)（北京）研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程項(xiàng)目資助。