大學物理基礎實驗對油氣儲運專業(yè)的基礎支撐作用研究

朱彪 周小珠

摘 要：大學物理實驗作為一門重要基礎實驗課程，是工科大學生進入大學后進行系統(tǒng)實驗方法訓練的開端。因此，對物理基礎實驗在工科專業(yè)所起到的基礎支撐作用進行研究就顯得尤為重要。選取北部灣大學石油與化工學院的油氣儲運專業(yè)作為研究對象，查閱油氣儲運專業(yè)三門實驗或實訓課程的教材內容，定量計算這三門課程分別與大學物理實驗的內容相關率。在對教材內容進行整體分析后發(fā)現(xiàn)，三門實驗課程共包含69個實驗項目，與大學物理實驗內容相關的有48個。其中，《油氣儲運綜合實驗指導》內容相關率最大，為76%;《石油產(chǎn)品分析》次之，內容相關率為71%;《工程流體力學實驗》內容相關率最少，為59%。研究結果顯示，油氣儲運專業(yè)三門專業(yè)實驗或實訓課程與物理基礎實驗都是正相關。

關鍵詞：大學物理基礎實驗;油氣儲運專業(yè);相關率;基礎支撐作用

中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A

大學物理實驗是眾多高校的基礎必修課之一，是學生進入大學后接觸到的第一門基礎性實驗課程。作為高校實驗教學的基礎，大學物理實驗課程能培養(yǎng)學生提出問題、分析問題、解決問題等各方面的能力[1]。大學物理實驗包含大約7～12個基礎實驗，涉及力學、熱學、聲學、光學和電磁學等眾多學科，需要學生具有較強的邏輯思維能力和動手操作能力[2]。該課程涉及了大量的物理學知識、實驗方法和實驗手段，通過提供各種綜合性實驗，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的工作作風[3]。同時，大學物理實驗也是工科大學生的必修實驗課程，是工科學生進入大學后進行系統(tǒng)實驗訓練的開端[4]，在培養(yǎng)學生的實踐能力和探究意識方面有著突出作用，為大學生以后從事科研工作奠定基礎。

在各個高等院校，每個工科類專業(yè)都開設有大學物理實驗這門基礎課程，同時也開設有各自的專業(yè)實驗、實訓課程等。大學物理基礎實驗教學作為工科專業(yè)開設的基礎性公共課，在培養(yǎng)工科學生對專業(yè)知識的理解能力和實踐操作能力上，起著基石的作用。同時，也能提升工科大學生的實踐才能、應用性和創(chuàng)新意識[5]。學生通過對普通物理實驗的學習，可以更深入地理解理論物理教學中的知識點，還能學習到誤差分析、不確定度的評價、基本儀器的使用方法、幾個基本物理量的測量方法等豐富的知識[6]。因此，物理基礎實驗課程上所學習的實驗技能、數(shù)據(jù)處理方法等是如何體現(xiàn)其對工科類專業(yè)的基礎支撐作用的，以及體現(xiàn)在哪些方面等問題，值得深入研究。

通過查閱各種教材、資料以及期刊等文獻，發(fā)現(xiàn)工科物理實驗多為驗證型實驗，綜合型和設計型實驗內容較少，缺乏各科之間的相互滲透，不利于學生掌握和應用綜合知識[7]。多數(shù)實驗項目沿襲了物理學專業(yè)的理論驗證性實驗，對工科學生而言，欠缺應用性和實用性[8]。因此，必須根據(jù)不同類型專業(yè)的學科建設特點和學生培養(yǎng)需求，建設與之相適應的物理實驗系列課程[9]。此外，目前大多數(shù)的文獻都是在講“大學物理實驗教學的改革”、“工科大學物理實驗教學思路探索”、“對當今工科物理實驗教學與研究體系的全面設計”等內容，重在研究課程教學方面;而對“物理基礎實驗對工科類專業(yè)的基礎支撐作用”的研究卻涉及不多，很少有人對工科類專業(yè)開設的專業(yè)實驗或實訓課程中體現(xiàn)出的大學物理實驗的基礎性作用進行研究。

基于上述問題，對大學物理實驗在工科類專業(yè)開設的專業(yè)實驗或實訓課程中所體現(xiàn)的基礎性作用展開研究，是很有意義且非常必要的。只有充分認識大學物理實驗對工科專業(yè)的基礎支撐作用后，才能為教學大綱修訂、課堂教學、課程改革等提供強有力的理論依據(jù)，才能更好地培養(yǎng)學生的綜合能力，為今后專業(yè)課的學習打下堅實的基礎。

1 研究目的與研究方法

1.1 研究目的

大學物理實驗課程作為工科生步入大學后接觸到的第一門基礎性實踐課程，在培養(yǎng)學生實踐能力和探究意識上具有突出作用[10]。目前，大學物理實驗中驗證性實驗較多，與專業(yè)相關的綜合性、設計性、創(chuàng)造性演示實驗項目較少[11]。學生通過單純的理論分析便可得出相應的實驗結論，不需要學生自主設計或動手操作，導致學生缺乏對實驗的思考。因此，引入符合實際教學情況的教學理念與方法以適應學生專業(yè)需求，并不斷優(yōu)化實驗教學方案，是提高教育質量的有效措施[12]。

文章的研究目的在于，對油氣儲運專業(yè)進行綜合分析，研究大學物理實驗與該專業(yè)的三門實驗或實訓課程之間的聯(lián)系，通過定量研究找出物理實驗對油氣儲運專業(yè)的基礎支撐證明。這些定量研究的結果更有針對性，對修訂教學大綱，調整教學培養(yǎng)計劃，改進教學策略，開展課堂教學實踐等方面具有十分重要的意義。利用這種基礎聯(lián)系，可以選擇出與該專業(yè)密切相關，具有高效性、實用性的必選物理實驗項目。

1.2 研究方法

查閱北部灣大學石油與化工學院油氣儲運專業(yè)開設的《工程流體力學實驗》《油氣儲運綜合實驗指導》《石油產(chǎn)品分析》三門專業(yè)實驗課程的內容，并采取定量研究的方式，找到大學物理實驗與油氣儲運專業(yè)開設的專業(yè)實驗或實訓課程的關系。對此加以論證，證明物理基礎實驗對工科類專業(yè)的基礎支撐作用。

通過采用查閱實驗、實訓教材，或咨詢教師、學生等方法，開展論文研究。查閱方式為逐個實驗項目、逐頁、逐自然段，甚至逐行進行閱讀，并以每個“實驗項目”作為記錄單位，列出教材中提及或查閱時間接發(fā)現(xiàn)用到的大學物理實驗知識（如物理實驗項目、實驗操作技能、基本測量方法、讀數(shù)及有效數(shù)字、數(shù)據(jù)處理方法、誤差分析、撰寫實驗報告等），并用“1”表示;如果該實驗項目與大學物理實驗關系不大或者沒有相關描述，則用“0”表示，用Excel表格記錄、統(tǒng)計，并計算出內容相關率。以一門實驗或實訓課程作為相關率計算單位，每門實驗或實訓課程的總“實驗項目”數(shù)為樣品容量，以相關聯(lián)“1”的實驗項目數(shù)量除以樣品容量即為內容相關率，部分比對研究記錄列表如表1所示。

表中“P.3.”...“P.53.”為教材頁碼，頁碼后面的文字是教材編者的描述。加括號的文字是做查閱比對研究者的描述，如（需測量標尺讀數(shù)、測得液面高度差，涉及長度的測量以及基本讀數(shù)），表示該實驗項目內容需要以物理基礎實驗知識為基礎支撐，但教材里并沒有相關的直接描述，是由查閱者根據(jù)實驗裝置圖、實驗數(shù)據(jù)記錄表等內容做出的說明。表中標注“1”的表示此實驗項目內容與物理基礎實驗知識相關聯(lián)，標注“0”的為不相關聯(lián)。

2 油氣儲運專業(yè)物理實驗課程開設情況

2.1 油氣儲運專業(yè)開設的物理實驗教材

大學物理實驗課程中涉及眾多知識，能接觸到各種精密儀器，在培養(yǎng)學生的實驗能力和科學素質上起著重大作用[13]。通過咨詢大學物理實驗課授課教師、油氣儲運專業(yè)學生，以及查閱大學物理教學大綱得知，油氣儲運專業(yè)采用由覃以威主編，并由廣西師范大學出版社出版的《大學物理實驗》（Ⅰ）教材進行教學?！洞髮W物理實驗》（Ⅰ）分為基礎性實驗和設計性實驗兩部分，適合本科物理學專業(yè)或相近專業(yè)第一層次物理實驗教學使用和本科非物理理工類專業(yè)大學物理實驗課使用[14]。

2.2 油氣儲運專業(yè)開設的物理實驗項目

通過查閱《大學物理實驗》教學大綱和咨詢授課教師得知，油氣儲運專業(yè)開設的大學物理實驗項目有：長度測量、用單擺測重力加速度、牛頓第二定律的驗證、碰撞實驗、液體表面張力系數(shù)的測定、金屬線脹系數(shù)的測定、用惠登斯電橋測電阻等。

3 油氣儲運專業(yè)實驗課程開設情況

文章通過查閱方式調查研究了油氣儲運專業(yè)的三門實驗課教材，具體為由李成華、倪玲英、張洋洋主編并由中國石油大學出版社出版的《工程流體力學實驗》，由梁金祿、石信海、張樹文主編并由中國原子能出版社出版的《油氣儲運綜合實驗指導》，以及由王寶仁、孫乃有主編并由化學工業(yè)出版社出版的《石油產(chǎn)品分析》。

3.1 《工程流體力學實驗》實驗項目

工程流體力學是許多工科類專業(yè)的一門基礎課程，在石油高等院校中尤為重要[15]。其中包含流體靜力學實驗、能量方程（伯努利方程）實驗、流量計實驗、皮托管測速實驗、動量定律實驗、流動狀態(tài)實驗、沿程阻力實驗、局部阻力實驗、孔口與管嘴出流實驗、液體旋轉相對平衡實驗、靜壓傳遞自動揚水實驗、流譜流線顯示實驗、流動演示實驗、自循環(huán)虹吸原理實驗、紊動機理實驗、雷諾演示實驗和水擊綜合實驗等17個實驗。

3.2 《石油產(chǎn)品分析》實驗項目

石油產(chǎn)品分析是工業(yè)分析與檢驗專業(yè)的一門專業(yè)課，是工業(yè)分析中的一個專業(yè)分析，是在學生具備必要的專業(yè)理論和實驗知識之后的一門必修課[16]?！妒彤a(chǎn)品分析》中包含液體石油產(chǎn)品取樣、石油和液體石油產(chǎn)品密度測定（密度計法）、石油產(chǎn)品運動黏度的測定、石油產(chǎn)品閃點的測定（閉口杯法）、石油產(chǎn)品閃點與燃點的測定（開口杯法）、石油產(chǎn)品閃點和燃點測定（克利夫蘭開口杯法）、石油產(chǎn)品殘?zhí)嫉臏y定（康氏法）、石油產(chǎn)品餾程的測定、車用汽油餾程的測定、車用汽油蒸餾測定（雷德法）、噴氣燃料冰點的測定、石油產(chǎn)品凝點的測定、柴油冷凝點的測定、煤油煙點的測定、石油產(chǎn)品水溶性酸、堿的測定、汽油、煤油、柴油的酸度測定、餾分燃料中硫醇硫的測定（電位滴定法）、石油產(chǎn)品硫含量的測定（燃燈法）、深色石油產(chǎn)品硫含量的測定（管式爐法）、石油產(chǎn)品銅片腐蝕試驗、發(fā)動機燃料實際膠質的測定、輕質石油產(chǎn)品碘值和不飽和度烴含量的測定（碘-乙醇法）、石油產(chǎn)品溴值的測定、電氣用油介質損失角正切值的測定、絕緣油擊穿電壓測定法、石油產(chǎn)品水分的測定、石油產(chǎn)品灰分的測定、內燃機油機械雜質的測定、潤滑脂中機械雜質的測定（酸分解法）、天然氣的組成分析（氣色譜法）、石蠟熔點的測定、潤滑脂滴點的測定、瀝青軟化點的測定、瀝青延度的測定以及瀝青針入度的測定等35個實訓項目。

3.3 《油氣儲運綜合實驗指導》實驗項目

《油氣儲運綜合實驗指導》中包含輸油管路實驗、氣液兩相流流型實驗、氣液兩相流壓降及截面含液率的測量、體積濃度法測定小呼吸蒸發(fā)損耗實驗、油品雷德飽和蒸汽壓測定實驗、流變儀演示、原油流變性的測定、土壤電阻率的測定、陽極接地電阻、管地電位差測量、極化曲線測土壤腐蝕性、輸氣管基本參數(shù)對輸氣量的影響、管線泄漏對工況的影響、平均壓力的測定、燃氣管網(wǎng)水力工況和水力可靠性實驗、天然氣分配管道計算流量的確定實驗以及油氣集輸流程模型實驗等17個實驗。

4 物理基礎實驗對油氣儲運專業(yè)實驗課的支撐證明

4.1 對《工程流體力學實驗》的支撐證明

經(jīng)過查閱并統(tǒng)計，《工程流體力學實驗》中包含17個實驗項目。其中，與物理基礎實驗相關的實驗項目有10個，占59%，比對結果記錄部分列表如表2所示;與物理基礎實驗不相關的實驗項目有7個，占41%，其相關率如圖1所示。

4.2 對《石油產(chǎn)品分析》的支撐證明

經(jīng)過查閱并統(tǒng)計，《石油產(chǎn)品分析》中包含35個實訓項目，其中與物理基礎實驗相關的實訓項目有25個，占71%，比對結果記錄部分列表如表3所示;與物理基礎實驗不相關的實訓項目有10個，占29%。

《石油產(chǎn)品分析》與物理基礎實驗的相關率如圖2所示。

4.3 對《油氣儲運綜合實驗指導》的支撐證明

經(jīng)過查閱并統(tǒng)計，《油氣儲運綜合實驗指導》中包含17個實訓項目，其中與物理基礎實驗相關的實訓項目有13個，占76%，比對結果記錄部分列表如表4所示;與物理基礎實驗不相關的實訓項目有4個，占24%?！队蜌鈨\綜合實驗指導》與物理基礎實驗的相關率如圖3所示。

5 結語

據(jù)研究結果顯示，油氣儲運專業(yè)開設的三門專業(yè)實驗、實訓課程與物理基礎實驗均為正相關，且各實驗、實訓課程與物理基礎實驗的內容相關率雖未達到顯著相關（相關率90%以上），但都超過了59%，如表5所示。

從表5中不難看出，《油氣儲運綜合實驗指導》涉及的物理基礎實驗知識最多，相關率為76%;《石油產(chǎn)品分析》次之，相關率為71%;《工程流體力學實驗》中涉及的物理基礎實驗內容最少，相關率為59%。這充分體現(xiàn)了物理基礎實驗對油氣儲運這一工科專業(yè)實驗、實訓課程的基礎支撐作用。

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