高等流体力学课程改革与实践*

张永学 师志成 董守平 姬忠礼 马利敏

中国石油大学(北京) 北京 102249

高等流体力学课程改革与实践*

张永学 师志成 董守平 姬忠礼 马利敏

中国石油大学(北京) 北京 102249

按照《教育部关于实施研究生教育创新计划、加强研究生创新能力培养、进一步提高培养质量的若干意见》精神，对研究生学位课程高等流体力学进行了改革与实践。在深入细致广泛地调研基础上，编著了针对性强、石化特色明显的教材；建立了典型习题库，便于学生通过练习掌握和应用知识；建立了题型多样，每一知识点对应众多试题的试题库，便于根据考试要求随机组成难度相当的试卷，利于通过考试成绩和历年成绩对比分析教学效果。经过近3年的教学实践，证明改革是卓有成效的，对于研究生学位课程的建设具有一定的示范意义。

高等流体力学；课程改革；石化特色；教学实践

按照《教育部关于实施研究生教育创新计划、加强研究生创新能力培养、进一步提高培养质量的若干意见》的精神，我校于2006年批准了高等流体力学课程的改革计划。该课程作为我校油气田开发工程、油气储运工程、机械工程、热能工程、化工过程机械和安全技术工程等专业的研究生学位课程，对研究生的培养质量和相关学科发展起着至关重要的作用，是学校和学院的重点建设课程，希望通过课程改革计划，加速课程建设，提高授课质量，促进学生学习效果，为提高研究生的科研能力和创新水平奠定良好基础。经过近几年的努力，该改革计划已经初步完成，教学效果比以往有了明显提升。在原有讲义的基础上，新编著的教材《高等流体力学》于2006年12月正式出版，习题库和试题库的建设也已经初步完成，新的授课和考试方式也在同步实践，从同行评价、学生反馈以及历年考试成绩的对比结果上看，该课程的建设已经取得了较丰硕的成果，它的改革经验对于其他学位课程的建设具有示范和借鉴意义。

一、课程改革的背景与指导思想

1.课程改革的背景

20世纪90年代，高等流体力学已经成为我校众多研究生专业的学位课程，但由于当时研究生招生数量少，师资力量相对薄弱等方面的原因，高等流体力学教学主要依靠已有的教材，但这些教材普遍存在一些问题，如果采用流体力学专业的相关研究生教材则过于强调基本理论，对数学知识的要求偏高，而工程应用方面却涉猎很少，采用这些教材需要花费很多的时间和精力给数理基础相对薄弱的工科研究生介绍其中涉及的准备知识，而对于如何将这些基本理论应用于工程实际问题的分析和解决却几乎是一片空白，学生看这些教学参考书也总觉得晦涩难懂，不利于取得良好的教学效果。如采用一些工程学科专业的相关研究生教材则又往往缺乏理论深度和针对性的工程应用背景，这些教材在工程应用领域有的强调高速气动，有的强调水动叶栅流动，有的强调涡动力学等，但都不是以油气为关注对象，应用流体力学知识分析油气在钻采、储运和炼化过程中的流动规律，致使学生的学习脱离行业背景，对实践的指导十分有限，学习兴趣也很难调动起来。

2000年以后，随着我校研究生招生规模的迅速扩大，选择高等流体力学作为学位必修课的学生也越来越多，目前已经达到每年开设两个班，每个班的选课人数都在60人以上的规模。学位课程教学作为研究生教学培养环节的核心，相比其他选修课程，具有修读学生多，基础性强的特点，加强这些课程的建设对于整体推动我校研究生教学质量、提升教学水平和促进相关学科师资队伍建设等都具有重要作用。鉴于这种发展状况，在学校和学院领导的支持下，我院成立了高等流体力学教学科研团队，借鉴已有的相关流体力学教材和团队的教学科研成果，首先从自编著并反复试用修改讲义开始，进行针对我校学科专业特点的具有鲜明石化特色的研究生学位课程建设，为提升我校研究生培养质量服务。

2.课程改革的指导思想

在进行高等流体力学课程改革时，既要照顾到经典流体力学的通用知识，又要针对石化行业的大背景，结合我校研究生培养方案和学科建设，重视课程知识的针对性、行业应用的特殊性、学生学习的兴趣以及与我校其他研究生课程的关联性等。该课程的改革主要围绕以下几个原则进行：

(1)提升教学效果，培养研究生的创新意识和能力，为后续专业选修课的学习和论文研究工作的开展奠定扎实基础。

(2)针对我校研究生的专业背景和学科研究方向，合理选择课程教学内容和教学方式，注重理论与实践相结合，保持基础理论知识与工程应用知识的相对平衡。

(3)突出石化特色，在基本理论的学习和应用上强调与油气的处理工艺和设备相结合，强化学生应用流体力学知识、认识并解决相关石化工程问题的能力，为我校培养石化领域的优秀研究生人才服务。

(4)注重课程自身内容体系的逻辑性、完整性和一致性，以及与其他相关课程的关联性，避免课程内容重复及关联课程之间缺乏衔接。

(5)改革教学和考核方式，提升学生学习兴趣，便于通过考核科学地掌握学生学习状况，并为课程的进一步深化改革提供可靠依据。

(6)课程改革利于高等流体力学教学科研团队的建设和成长。

二、改革方式与内容

基于课程改革的基本思想和指导原则，我校高等流体力学教学科研团队进行了大量的卓有成效的工作，下面就几个主要方面的工作做简单介绍：

1.课程改革调研及教材

为了保证课程改革有的放矢，课程改革的方向具有前瞻性，团队在深入了解我校相关研究生专业学科和选课意见的基础上，首先通过互联网对国内外多所大学同类课程的设置和大纲进行了调研和对比分析，之后多次对国内部分知名大学进行了实地访问，并与同行教师就该类课程建设进行了深入交流。下面分别以国内5所大学和美国麻省理工学院为例，就各自教学的主要内容、研究生主要培养方向及指定教材或主要教学参考书（见表1）做简单分析。

从调研情况看，所有高校都对流体力学的基本理论很重视，普遍选用了吴望一先生编著的流体力学作为教材或主要的教学参考书，但各高校的指定教材和主要教学参考书均与自身的学科研究方向相结合，课程的某些重点内容都与各自的研究生主要培养方向相接轨，突出了自身的特色。由此可见，研究生学位课程建设必须与自身的相关学科研究方向相结合，在注重通用理论的基础上，形成自己的特色。我校是一所石化特色鲜明的高校，流体力学对于学校众多相关学科的发展起着至关重要的支撑作用，建设适合自身教学要求、石化特色鲜明的高等流体力学教材将是整个课程建设的重要一环。为此，我校高等流体力学教学团队在多年反复试用、修改和自编著讲义的基础上，于2006年12月正式出版了对应教材。该教材在注重基本理论，如流体力学的基本方程、势流计算、粘性流动解析解、边界层理论和湍流等的同时，加大了特色内容的编写，如原油非牛顿流体力学、断裂地层注水渗流、钻杆与井壁间的环空流动、粘度计计量原理、高频脉冲电脱水动力学分析、圆管湍流及阻力计算等。

2.教学方式

(1)采用多媒体与板书相结合的教学模式。充分利用多媒体教学信息量大，图像清晰生动的特点，结合传统板书讲解复杂理论推导的优点，提升教学的效果。这种授课方式既有利于避免研究生因长时间精力高度集中而产生疲劳，又有利于他们理解并掌握复杂的流体力学基本理论。

(2)提高课堂教学的趣味性。团队经过多年的教学和科研积累,搜集并提炼出了大量与石化工程紧密关联的工程案例,通过案例的讨论和分析,增强学生学习理论知识的兴趣,提升课堂教学的互动效果,增强学生运用理论知识分析并解决工程实际问题的能力。

(3)布置自命题大作业。教师提出与课程紧密相关的若干相关工程问题，学生分组后自由选择题目，以小组为单位独立查阅文献资料，在课堂上以PPT的形式讲解。大作业不但提高了研究生独立查阅分析文献资料的能力，同时对某一领域的问题有了一个较为深入全面的了解。

3.典型习题库建设

高等流体力学这门课具有理论性强、公式多、数理基础要求高的特点，为帮助学生的学习，仅仅通过教材讲解还远远不够，需要配套必要的习题。考虑到我校研究生教学的特点，团队根据新编著教材的主要内容，以章节为单位，精心筛选和编写了典型习题集，力图做到其中的习题一定要具有典型性。习题的数量不能多，更不能类似和重复，学生通过习题练习，能有效地掌握教材中的基本知识。此外，习题集中的习题多以实际的油气流动问题为例，便于激发学生练习的兴趣，通过习题的练习，帮助学生对专业关联工程问题进行认识和思考，培养学生的创新意识，鼓励学生从新的角度或利用新的方法研究和分析这些问题。该习题集中的习题还有一大特点，那就是它们大多注重利用已有的流体力学公式或方程，经过必要的简化或运算，得到新的结果，避免重复进行经典理论的复杂数学推导过程，注重培养学生理解知识并应用知识解决工程问题的能力，习题集的这一特点也符合我校相关工程学科研究生培养的要求，也有利于学生的学习。

4.试题库建设

试题库的建设对于保障高等流体力学的教学效果起着至关重要的作用，它是对学生进行考核和评价的基础。在建设中，团队成员按照课程的主要知识点分层次选择试题，每个知识点对应的试题有3个层次，即基础题、有一定难度的题和较难的题，这3个层次上的试题从数量上依次减少，每一层次上的试题难度相当，变化灵活。试卷试题从试题库中抽取，难易搭配和分值比例固定，保证历年试题难度相当，这为团队通过成绩分析掌握学生的学习情况以及通过对历年考试成绩进行对比分析以深化该课程教学改革提供了可靠的依据。该试题库题型多样，但都是主观题，且以简答和推导题为主，以期更加符合研究生教学培养的特点。

三、课程改革的效果

经过3年多的实践，团队通过对历年考试成绩进行分析以及对修过高等流体力学的研究生进行调研，证明该课程改革是卓有成效的。学生对流体力学知识的接受能力明显增强，学习的兴趣明显提高，特色工程案例的教学受到学生的普遍欢迎，课堂气氛比以前有了明显改善，学生学习的热情日益高涨，近年的学生考试平均成绩逐年提高。教师队伍在该课程建设的带动下也有了发展，团队的教学科研水平相比以前有了明显提升，相关科研项目的数量和总经费都在逐年明显增长。

四、结束语

经过近几年整个团队的共同努力，高等流体力学课程改革取得了重要成果，表明该课程改革是成功的。团队将继续沿着改革的方向，不断更新课程的教学内容，搜集最新最前沿的相关信息补充到教学内容中来，同时每年对习题库和试题库进行更新，以适应高等流体力学日新月异的发展，提高该学位课程的教学效果，更好地为我校研究生人才培养服务，并且希望该课程的教学改革实践对其他研究生学位课程的改革具有示范和借鉴的意义。

[1]教育部.教育部关于实施研究生教育创新计划、加强研究生创新能力培养、进一步提高培养质量的若干意见（教研[2005]1号），2005

[2]董守平.高等流体力学[M].山东：中国石油大学出版社，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

张永学，博士，副教授。师志成，在读硕士生。董守平，博士，教授。

*本文获中国石油大学（北京）研究生教育质量与创新工程项目资助。