《工程流體力學(xué)》教學(xué)方法探討

王紅波　熊青山

[摘 要] 工程流體力學(xué)對一部分學(xué)生而言是一門比較有難度的學(xué)科，表現(xiàn)為掛科率高，知識點(diǎn)掌握不牢。為了取得較好的教學(xué)成果，提出了結(jié)合專業(yè)法、整體把握法及強(qiáng)化思路法三種方法，并將這三種方法貫穿在教學(xué)過程中。結(jié)果顯示，這三種方法對提高工程流體力學(xué)課的教學(xué)具有一定的效果。

[關(guān) 鍵 詞] 工程流體力學(xué)；結(jié)合專業(yè)法；整體把握法；強(qiáng)化思路法

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）16-0183-01

工程流體力學(xué)是一門理論性強(qiáng)的學(xué)科，筆者在從事教學(xué)的過程中，通過與學(xué)生交流，了解到了一些教學(xué)效果方面的情況，大部分學(xué)生認(rèn)為該課程難度大，公式推導(dǎo)多，不容易懂。有較多的學(xué)者對流體力學(xué)課程的講解提出了很多建設(shè)性的看法，涉及方法研究及改革等方面。筆者在工程流體力學(xué)的教學(xué)過程中，一直致力于摸索流體力學(xué)的教學(xué)方法，期望獲得較好的教學(xué)效果，參照前人對流體力學(xué)的研究，提出了工程流體力學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)方法，總結(jié)為結(jié)合專業(yè)法、整體把握法及強(qiáng)化思路法三種方法。

一、結(jié)合專業(yè)法

筆者教學(xué)的對象為石油專業(yè)的學(xué)生，為了激發(fā)學(xué)生對流體力學(xué)的興趣，強(qiáng)調(diào)工程流體力學(xué)的重要性及學(xué)科地位，在流體力學(xué)的講解過程中，講解工程流體力學(xué)在石油專業(yè)中的應(yīng)用。

以流體水頭損失的講解為例，說明結(jié)合專業(yè)法在工程流體力學(xué)講解中的應(yīng)用。將流體水頭損失知識點(diǎn)結(jié)合鉆井過程中鉆井液損失進(jìn)行講解工程流體力學(xué)，將流動阻力分為兩類，即沿程阻力與局部阻力，而對應(yīng)的水頭損失為沿程水頭損失與局部水頭損失，沿程阻力為沿著管路直管段所產(chǎn)生的阻力，局部阻力為液流流經(jīng)局部裝置（進(jìn)口、彎頭、閘門）所產(chǎn)生的阻力。對應(yīng)的兩類水頭損失為沿程水頭損失hf與局部水頭損失hj，而流動中總水頭損失hw為∑hf與∑hj之和。

結(jié)合鉆井過程中鉆井液的循環(huán)過程，讓學(xué)生進(jìn)一步了解水頭損失的原理及工程流體力學(xué)在石油專業(yè)中的重要作用。泥漿具有沖洗井底、攜帶巖屑、平衡地層壓力、冷卻與潤滑鉆頭、保持井眼的穩(wěn)定及提供井下動力的作用，其循環(huán)過程為：泥漿罐→泥漿泵→管匯→水龍頭→鉆具→鉆頭→環(huán)空→井口→泥漿處理系統(tǒng)→泥漿罐。為學(xué)生分析鉆井液在流動的過程中，沿程水頭損失及局部水頭損失的產(chǎn)生，沿程水頭損失分別發(fā)生在哪些部位，以及局部水頭損失發(fā)生在哪些部位。

二、整體把握法

流體力學(xué)的一些章節(jié)就是解決后的科學(xué)問題的結(jié)論。采用解決科學(xué)問題的一般思路，結(jié)合章節(jié)的目錄，逐一講解各目錄，讓學(xué)生了解本章節(jié)的內(nèi)容，對該章有整體的把握。

以第二章流體靜力學(xué)為例，闡述整體把握法在本章講解中的應(yīng)用。首先向?qū)W生闡明工程流體力學(xué)的主要任務(wù)是分析流體受力，而本章的研究對象為靜止流體，靜止流體的受力存在哪些需要解決的問題。而本章的每一節(jié)即為每個問題得到解答后得出的結(jié)論，這些需要解決的問題包括流體靜壓力及其特性、靜止流體質(zhì)量力和表面力的平衡分方程式、平衡方程式在只有重力及幾種質(zhì)量力作用下的運(yùn)用、靜止液體作用在平面上的總壓力、 靜止流體作用在曲面上的總壓力以及物體在絕對靜止液體中的受力。

三、強(qiáng)化思路法

在工程流體力學(xué)的講解過程中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，提出解決問題的方法。

以證明靜止流體中任何一點(diǎn)上各個方向的靜壓強(qiáng)大小相等，而與作用面的方位無關(guān)這一命題為例，強(qiáng)化微元法這一分析流體力學(xué)命題的思路。微元法證明思路：選取研究對象（微元體）、受力分析（質(zhì)量力與表面力）、導(dǎo)出關(guān)系式、得出結(jié)論。

微元法在證明這一命題時，四個步驟具體化，包括從靜止流體中取出一微小四面體OABC，三個垂直邊的長度分別為dx、dy、dz，設(shè)px、py、pz、pn（n方向是任意的）分別表示作用在ΔOAC、ΔOBC、ΔOAB、ΔABC表面上的靜壓強(qiáng)，pn與x、y、z軸的夾角為α、β、γ。

為了加深對微元法的理解，可以將兩次運(yùn)用微元法的過程進(jìn)行比較，同樣為質(zhì)量力與表面力，為什么分別選用四面體模型與六面體模型？讓學(xué)生明白，模型的選擇必須使其具備分析問題的功能。

四、主要結(jié)論

通過對石油鉆采設(shè)備課的教學(xué)總結(jié)，得出了以下結(jié)論：

1.結(jié)合專業(yè)法進(jìn)行教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生對工程流體力學(xué)的興趣，學(xué)以致用。

2.整體把握法進(jìn)行教學(xué)，可以讓學(xué)生整體把握章節(jié)內(nèi)容，提出各學(xué)科問題，抓住重點(diǎn)。

3.強(qiáng)化思路法進(jìn)行教學(xué)，可以讓學(xué)生形成思考問題的能力，對工程流體力學(xué)中的公式進(jìn)行較好的推導(dǎo)。

4.三種教學(xué)方法有一定的效果，但由于每節(jié)課課時長度的局限性，各種方法不可能在課堂中逐一詳盡地展開，因此各種方法的研究具有一定的局限性。

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