流體力學(xué)北京市級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)

隋秀香, 李春蘭, 閻鳳元

(中國石油大學(xué)(北京) a.石油工程學(xué)院，b.機(jī)械與儲運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249)

0 引 言

石油高校主要面向石油行業(yè)培養(yǎng)專門的技術(shù)人才，因此結(jié)合專業(yè)，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實和具有實踐能力、創(chuàng)新意識的人才，是石油高校人才培養(yǎng)永恒的目標(biāo)[1]。在油氣勘探開發(fā)過程中，不管是滲流還是管流，復(fù)雜的流體流動始終貫穿其中，因此流體力學(xué)實驗教學(xué)一直是石油高校最為重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[2]。

中國石油大學(xué)(北京)流體力學(xué)實驗教學(xué)示范中心(后面簡稱示范中心)由流體力學(xué)實驗室、滲流力學(xué)實驗室與工業(yè)管流實驗室組成的集教學(xué)科研于一體實驗平臺。多年來，依托三個國家重點學(xué)科：油氣井工程、油氣田開發(fā)、油氣儲運(yùn)工程，使實驗教學(xué)與學(xué)科專業(yè)建設(shè)互為依托、互為支撐、共同發(fā)展，也促進(jìn)了示范中心的實驗教學(xué)內(nèi)容不斷豐富，實驗體系日趨完善，實驗特色愈發(fā)鮮明，對未來從事石油專業(yè)的學(xué)生開拓視野，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[3]以及迎接未來石油工業(yè)新的挑戰(zhàn)具有重要的意義。

1 建設(shè)有創(chuàng)新能力的實驗教學(xué)團(tuán)隊

示范中心目前擁有22人的教師隊伍，其中專職人員10人，負(fù)責(zé)日常學(xué)生教學(xué)、實驗指導(dǎo)、實驗儀器的維護(hù)工作等；兼職人員12人主要負(fù)責(zé)學(xué)生的理論教學(xué)和部分實驗教學(xué)。示范中心教師團(tuán)隊是一支專兼職相結(jié)合、骨干教師相對穩(wěn)定、兼職隊伍動態(tài)平衡、年齡和職稱梯次結(jié)構(gòu)合理的師資隊伍。在實驗隊伍保持動態(tài)平衡的前提下，示范中心重點加強(qiáng)了了學(xué)習(xí)型和創(chuàng)新型教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)。

1.1 培育教學(xué)團(tuán)隊

在教授和骨干教師帶領(lǐng)下，校級培育教學(xué)團(tuán)隊有流體力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊、滲流力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊等，教學(xué)團(tuán)隊要按照學(xué)校相關(guān)要求，開展各類教學(xué)研討活動，學(xué)校對教學(xué)團(tuán)隊工作進(jìn)行定期檢查，并將其作為年度院系和示范中心考核的重要指標(biāo)之一。

教學(xué)團(tuán)隊之間以及團(tuán)隊內(nèi)部定期自發(fā)組織教學(xué)研討和教學(xué)經(jīng)驗交流，研討改革教學(xué)內(nèi)容和方法，開發(fā)教學(xué)資源，切磋提高實驗教學(xué)和課堂教學(xué)效果，形成良性的學(xué)習(xí)和有序競賽環(huán)境，促進(jìn)教學(xué)水平提高和人才質(zhì)量培養(yǎng)[4]。

學(xué)校成立的專家組每年都要進(jìn)行不定期的隨堂聽課和實驗教學(xué)跟蹤，并將結(jié)果通過校園網(wǎng)提交給教務(wù)系統(tǒng)，完成對教師教學(xué)效果的考評，教師通過網(wǎng)上查看專家給出的意見和建議，以便改善教學(xué)中的不足和發(fā)揚(yáng)教學(xué)中的優(yōu)點。示范中心也設(shè)立自己的督導(dǎo)組，由學(xué)科學(xué)術(shù)骨干和有豐富實驗教學(xué)經(jīng)驗的退休老教師組成，對年輕教師進(jìn)行聽課，課后采取座談的方式進(jìn)行分析指導(dǎo)，提高年輕教師的實驗教學(xué)水平，形成了一支愛崗敬業(yè)、理論基礎(chǔ)扎實、技術(shù)過硬素質(zhì)優(yōu)良的實驗師資隊伍[5]。

1.2 鼓勵實驗創(chuàng)新

流體力學(xué)實驗教學(xué)示范中心經(jīng)過多年教學(xué)、科研工作的積累和努力，實驗教學(xué)隊伍整體水平得到了很大提高。為提高教師自身的業(yè)務(wù)水平和教學(xué)能力，中心支持教師申請學(xué)校的教改項目和研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程項目，如果教師的申請的項目有創(chuàng)新有研究價值，即使校級暫時沒有通過，示范中心也會在經(jīng)過院級評定后給予資助，鼓勵教師對實驗教學(xué)項目的改革，如鼓勵教師自行研制具有石油特色的實驗儀器裝置等。同時示范中心鼓勵教師積極指導(dǎo)大學(xué)生的科技創(chuàng)新活動，通過雙向選擇方式，融入大學(xué)生的科技創(chuàng)新活動，通過這些活動促進(jìn)實驗項目的改革，提高實驗項目的整體研究水平[6]。近五年示范中心承擔(dān)校級教改項目9項，學(xué)院資助教改項目4項，教師自行設(shè)計、研制、改進(jìn)實驗創(chuàng)新儀器10余臺套，指導(dǎo)學(xué)生參加科技創(chuàng)項目70多項。

示范中心鼓勵教師積極指導(dǎo)本科畢業(yè)設(shè)計，全面提高教師隊伍的教學(xué)和研究能力，使教學(xué)團(tuán)隊能始終保持旺盛活力，較高創(chuàng)新精神和實踐能力，保證了實驗教學(xué)水平[7]。

2 構(gòu)建“三層次、三類型”的實驗實踐教學(xué)體系

中心堅持“學(xué)生為本、強(qiáng)化基礎(chǔ)、鼓勵創(chuàng)新、結(jié)合專業(yè)、重視應(yīng)用”教育指導(dǎo)方針，貫徹知識傳授，能力培養(yǎng)，素質(zhì)提高，協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念，加強(qiáng)對本科生進(jìn)行科學(xué)方法和科學(xué)思維的訓(xùn)練，使實驗教學(xué)體系在“知識、能力、科學(xué)素養(yǎng)”培養(yǎng)上得到進(jìn)一步優(yōu)化，構(gòu)建了漸進(jìn)式的“三層次、三類型”的實驗實踐教學(xué)體系。

(1) 三層次。專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)平臺，專業(yè)教學(xué)平臺，創(chuàng)新實驗平臺；

(2) 三類型。驗證型、設(shè)計型、研究型實驗；

示范中心實驗分為三大類型：基礎(chǔ)型實驗、設(shè)計性實驗、研究型實驗。流體力學(xué)實驗室主要承擔(dān)的是基礎(chǔ)型實驗和小部分的研究型實驗，滲流力學(xué)實驗室主要承擔(dān)的是設(shè)計型實驗和部分驗證型實驗，工業(yè)管流實驗室承擔(dān)的全部是研究型實驗。示范中心主要組成和完成的功能見圖1。

圖1 流體力學(xué)實驗教學(xué)示范中心組成和功能圖

基礎(chǔ)型實驗主要有驗證型實驗和演示型實驗。其中驗證型實驗是通過儀器設(shè)備驗證課堂上所講授的知識點，在實驗教學(xué)中使學(xué)生掌握基本實驗原理方法和實驗技能，演示型實驗則通過觀摩，發(fā)現(xiàn)一種奇妙的現(xiàn)象，從而激發(fā)實驗興趣，引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，使基礎(chǔ)型實驗教學(xué)的任務(wù)更加明確。

如果說基礎(chǔ)型實驗還屬于以教為主的實驗教學(xué)的話，那么在掌握了一定的基礎(chǔ)型實驗以后，設(shè)計型實驗就從單純的教為主上升到學(xué)生主動地設(shè)計實驗，如滲流力學(xué)實驗室的水電模擬實驗就是以學(xué)生先自己進(jìn)行實驗方案設(shè)計，提交給教師，或與老師溝通切磋后認(rèn)為可行，就可以進(jìn)行實驗，這個過程大大增加了學(xué)生的自信心，學(xué)習(xí)興趣也有了極大提高，對于提高學(xué)生實驗技能及綜合分析問題、解決問題的能力有非常大的幫助。

工業(yè)管流實驗室經(jīng)過長期的研究、實踐積累，形成的實驗教學(xué)項目全為研究型實驗，在油氣管道輸送工藝、油氣儲運(yùn)系統(tǒng)工程領(lǐng)域形成了自己特色，成為研究型實驗教學(xué)的主要基地。

從基礎(chǔ)型實驗教學(xué)—設(shè)計型實驗教學(xué)—研究型實驗教學(xué)，流體力學(xué)實驗教學(xué)示范中心形成了一套內(nèi)容緊密配合、循序漸進(jìn)的實驗教學(xué)培養(yǎng)模式，對全面培養(yǎng)學(xué)生扎實的理論基礎(chǔ)、實踐技能、創(chuàng)新意識和能力起著至關(guān)重要的作用[8]。

3 創(chuàng)建石油特色，堅持走產(chǎn)學(xué)研道路

流體力學(xué)實驗教學(xué)中心在長期的實驗教學(xué)和科研實踐中，摸索了一套將科研成果及時轉(zhuǎn)化為教學(xué)實驗項目的經(jīng)驗。滲流力學(xué)實驗緊密結(jié)合油田開發(fā)中復(fù)雜井型的動態(tài)特點開展教學(xué)和研究，取得了很好的成效，實驗室把科研成果水電模擬實驗應(yīng)用到教學(xué)實驗，起到了良好的效果，也是石油高校中最早為本科生開設(shè)水電模擬實驗的實驗室。油氣勘探開發(fā)過程中，兩相流乃至多相流動對生產(chǎn)影響巨大，由此引發(fā)的安全生產(chǎn)事故也發(fā)人深省，為了模擬水平井的兩相流動，流體力學(xué)實驗室借助于校級“研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程”項目，與浙江大學(xué)聯(lián)合研制了兩相流與流動檢測裝置，為學(xué)生觀察水平管兩相流流型，研究兩相流對生產(chǎn)的影響提供了可靠依據(jù)。

堅持走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路。工業(yè)管流實驗室在科研與社會實踐方面成績卓著，經(jīng)過長期的研究、實踐積累，實驗室在油氣管道輸送工藝、油氣儲運(yùn)系統(tǒng)工程領(lǐng)域形成了特色，其中大落差管道運(yùn)行控制技術(shù)、油-氣-水多相混輸管道工藝、熱油管道優(yōu)化運(yùn)行、天然氣輸配系統(tǒng)規(guī)劃及設(shè)計優(yōu)化等技術(shù)居國內(nèi)領(lǐng)先乃至國際領(lǐng)先地位，為大學(xué)生科技創(chuàng)新活動、本科畢業(yè)設(shè)計、研究生論文、科研項目等提供了較好實驗保障，達(dá)到結(jié)合專業(yè)、重視應(yīng)用的效果[9]。

4 改革實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

流體力學(xué)教學(xué)實驗中心以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、創(chuàng)新精神以及實際操作能力為重點，培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

4.1 豐富實驗教學(xué)方法

實驗中心通過基礎(chǔ)型實驗、設(shè)計型實驗、研究型實驗，構(gòu)建有梯次、漸進(jìn)式的實驗方法與手段，完成一個循序漸進(jìn)的實驗教學(xué)過程。在實驗教學(xué)過程中也采用其它的教學(xué)手段啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，如將石油生產(chǎn)中一些經(jīng)典案例做成動畫形式，將最新的石油生產(chǎn)技術(shù)做成多媒體給學(xué)生演示。實驗仿真軟件、動畫和多媒體形式，進(jìn)入中心網(wǎng)絡(luò)平臺的方式不斷豐富實驗教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主性，開發(fā)式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生探索精神，科學(xué)思維，實踐能力，創(chuàng)新能力[10]。

4.2 開啟思考式實驗教學(xué)

實驗過程最怕變成一個不動腦的機(jī)械式實驗過程，因此在實驗中就要想辦法讓學(xué)生真正成為實驗主角，使其主動思考，這樣實驗過程就變成一個積極的行為，實驗的效果就會更好。示范中心的總結(jié)了如下的實驗教學(xué)方法“啟發(fā)式”、“引導(dǎo)式”、“討論式”等行之有效的教學(xué)方法。

(1) 啟發(fā)式。實驗開始時首先讓學(xué)生將課堂的知識點說出來，老師再把實驗儀器的結(jié)構(gòu)、性能、原理介紹清楚，然后介紹實驗中應(yīng)該注意那幾個問題。讓同學(xué)思考該實驗的重點，實驗中注意的問題。如果實驗中有相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，都要啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行關(guān)聯(lián)思維，利于學(xué)生主動思考和促進(jìn)知識的聯(lián)想記憶。

(2) 引導(dǎo)式。在實驗前學(xué)生要將實驗儀器情況了解清楚，根據(jù)自己的興趣點設(shè)計實驗，設(shè)計完成后交給指導(dǎo)老師，如果學(xué)生設(shè)計有偏差，指導(dǎo)老師會按照同學(xué)的設(shè)計，引導(dǎo)同學(xué)思考分析實驗每一步，以及可能出現(xiàn)的結(jié)果，從而形成更完善的實驗設(shè)計方案，或者直接按照學(xué)生的設(shè)計進(jìn)行實驗，在實驗中遇到問題時，再引導(dǎo)學(xué)生思考問題發(fā)生的原因，及時調(diào)整實驗方案。

(3) 討論式。在開始和過程中都需要學(xué)生和指導(dǎo)老師進(jìn)行討論，各抒己見，然后集思廣益，有針對性地形成一套實驗方案，如果實驗中遇到問題，互相之間再討論，直到完成任務(wù)。

示范中心把實驗教學(xué)、科研研究和人才培養(yǎng)為一體，在保證完成基本實驗教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上，拓展創(chuàng)新性實驗，利用教學(xué)理論引導(dǎo)學(xué)生注重理論與實踐互相促進(jìn)，培養(yǎng)分析、解決問題的能力及動手協(xié)調(diào)能力[11]。

4.3 推進(jìn)科技創(chuàng)新活動

示范中心借助于教學(xué)、科研積累及創(chuàng)新儀器，積極參與大學(xué)生科技創(chuàng)新活動。在示范中心老師的支持和指導(dǎo)下，學(xué)生的創(chuàng)新實驗活動蓬勃開展，近五年實驗中心完成大學(xué)生科技創(chuàng)新項目50余項，其中國家級的9項，科技創(chuàng)新小組不僅可以進(jìn)行實驗研究，也可以與中心教師儀器參與實驗室建設(shè)和新儀器的設(shè)計研發(fā)工作，使學(xué)生的主人翁意識得到升華，學(xué)習(xí)積極性進(jìn)一步提高。.示范中心為大學(xué)生科技創(chuàng)新活動提供了最好的舞臺，充分鍛煉了大學(xué)生的實踐操作能力和思維創(chuàng)新能力[12]，同時大學(xué)生科技創(chuàng)新活動也進(jìn)一步促進(jìn)了實驗中心的發(fā)展。

5 自行研制教學(xué)實驗儀器

流體力學(xué)實驗教學(xué)示范中心以自制、聯(lián)合研制與改進(jìn)相結(jié)合，推出一批教學(xué)創(chuàng)新儀器，五年來示范中心研制創(chuàng)新性實驗儀器11臺套。工業(yè)管流實驗室自行開發(fā)的油庫、泵站、油氣集輸模擬操作實驗裝置和長輸管道仿真教學(xué)系統(tǒng)等設(shè)備，這些裝備均為國內(nèi)首創(chuàng)，同時長輸管道密閉輸送模擬實驗系統(tǒng)被多所國內(nèi)高校所使用，在國內(nèi)高校中實驗設(shè)備達(dá)到先進(jìn)水平，在石油高校中處于領(lǐng)先地位，并輻射到非石油高校，發(fā)揮了示范作用；流體力學(xué)實驗室與清華大學(xué)聯(lián)合研制的多功能實驗裝置，可以同時實現(xiàn)文透里流量測量實驗、局部水頭損失實驗和兩個不同參數(shù)的沿程水頭損失實驗，節(jié)約了成本和實驗空間，也滿足學(xué)生的設(shè)計型實驗，該實驗裝置的設(shè)計構(gòu)思已被國內(nèi)其他高校采用。實驗中心憑借深厚的實力和較高的創(chuàng)新能力，通過對外輸出實驗技術(shù)、實驗設(shè)備等手段，在石油高校中起到示范作用為大學(xué)生能力培養(yǎng)起了示范輻射作用[13]。

流體力學(xué)實驗教學(xué)中心在實驗室管理、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等方面下功夫，形成了一個管理規(guī)范、實驗項目有序開放、網(wǎng)絡(luò)選、排課的全覆蓋的實驗教學(xué)體系。

6 結(jié) 語

實驗教學(xué)建設(shè)在大學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用[14]，要建設(shè)完善的、充滿活力的、滿足當(dāng)代大學(xué)生需要的實驗教學(xué)體系，必須從實驗室隊伍建設(shè)、教學(xué)方法改革、學(xué)生能力培養(yǎng)、研發(fā)特色教學(xué)儀器、實驗室管理等多個方面入手，深化改革，將人才培養(yǎng)方針真正落到實處，才能完成以“學(xué)生為本、強(qiáng)化基礎(chǔ)、鼓勵創(chuàng)新、結(jié)合專業(yè)、重視應(yīng)用”教育指導(dǎo)方針，為專業(yè)人才培養(yǎng)奠定更為堅實的基礎(chǔ)[15]。

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