《工程流体力学》教学方法探讨

2018-05-14王红波熊青山

现代职业教育·高职高专 2018年6期

王红波　熊青山

[摘要] 工程流体力学对一部分学生而言是一门比较有难度的学科，表现为挂科率高，知识点掌握不牢。为了取得较好的教学成果，提出了结合专业法、整体把握法及强化思路法三种方法，并将这三种方法贯穿在教学过程中。结果显示，这三种方法对提高工程流体力学课的教学具有一定的效果。

[关键词] 工程流体力学；结合专业法；整体把握法；强化思路法

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）16-0183-01

工程流体力学是一门理论性强的学科，笔者在从事教学的过程中，通过与学生交流，了解到了一些教学效果方面的情况，大部分学生认为该课程难度大，公式推导多，不容易懂。有较多的学者对流体力学课程的讲解提出了很多建设性的看法，涉及方法研究及改革等方面。笔者在工程流体力学的教学过程中，一直致力于摸索流体力学的教学方法，期望获得较好的教学效果，参照前人对流体力学的研究，提出了工程流体力学教学的几点方法，总结为结合专业法、整体把握法及强化思路法三种方法。

一、结合专业法

笔者教学的对象为石油专业的学生，为了激发学生对流体力学的兴趣，强调工程流体力学的重要性及学科地位，在流体力学的讲解过程中，讲解工程流体力学在石油专业中的应用。

以流体水头损失的讲解为例，说明结合专业法在工程流体力学讲解中的应用。将流体水头损失知识点结合钻井过程中钻井液损失进行讲解工程流体力学，将流动阻力分为两类，即沿程阻力与局部阻力，而对应的水头损失为沿程水头损失与局部水头损失，沿程阻力为沿着管路直管段所产生的阻力，局部阻力为液流流经局部装置（进口、弯头、闸门）所产生的阻力。对应的两类水头损失为沿程水头损失hf与局部水头损失hj，而流动中总水头损失hw为∑hf与∑hj之和。

结合钻井过程中钻井液的循环过程，让学生进一步了解水头损失的原理及工程流体力学在石油专业中的重要作用。泥浆具有冲洗井底、携带岩屑、平衡地层压力、冷却与润滑钻头、保持井眼的稳定及提供井下动力的作用，其循环过程为：泥浆罐→泥浆泵→管汇→水龙头→钻具→钻头→环空→井口→泥浆处理系统→泥浆罐。为学生分析钻井液在流动的过程中，沿程水头损失及局部水头损失的产生，沿程水头损失分别发生在哪些部位，以及局部水头损失发生在哪些部位。

二、整体把握法

流体力学的一些章节就是解决后的科学问题的结论。采用解决科学问题的一般思路，结合章节的目录，逐一讲解各目录，让学生了解本章节的内容，对该章有整体的把握。

以第二章流体静力学为例，阐述整体把握法在本章讲解中的应用。首先向学生阐明工程流体力学的主要任务是分析流体受力，而本章的研究对象为静止流体，静止流体的受力存在哪些需要解决的问题。而本章的每一节即为每个问题得到解答后得出的结论，这些需要解决的问题包括流体静压力及其特性、静止流体质量力和表面力的平衡分方程式、平衡方程式在只有重力及几种质量力作用下的运用、静止液体作用在平面上的总压力、静止流体作用在曲面上的总压力以及物体在绝对静止液体中的受力。

三、强化思路法

在工程流体力学的讲解过程中，应注重培养学生解决问题的能力，提出解决问题的方法。

以证明静止流体中任何一点上各个方向的静压强大小相等，而与作用面的方位无关这一命题为例，强化微元法这一分析流体力学命题的思路。微元法证明思路：选取研究对象（微元体）、受力分析（质量力与表面力）、导出关系式、得出结论。

微元法在证明这一命题时，四个步骤具体化，包括从静止流体中取出一微小四面体OABC，三个垂直边的长度分别为dx、dy、dz，设px、py、pz、pn（n方向是任意的）分别表示作用在ΔOAC、ΔOBC、ΔOAB、ΔABC表面上的静压强，pn与x、y、z軸的夹角为α、β、γ。

为了加深对微元法的理解，可以将两次运用微元法的过程进行比较，同样为质量力与表面力，为什么分别选用四面体模型与六面体模型？让学生明白，模型的选择必须使其具备分析问题的功能。

四、主要结论

通过对石油钻采设备课的教学总结，得出了以下结论：

1.结合专业法进行教学，可以激发学生对工程流体力学的兴趣，学以致用。

2.整体把握法进行教学，可以让学生整体把握章节内容，提出各学科问题，抓住重点。

3.强化思路法进行教学，可以让学生形成思考问题的能力，对工程流体力学中的公式进行较好的推导。

4.三种教学方法有一定的效果，但由于每节课课时长度的局限性，各种方法不可能在课堂中逐一详尽地展开，因此各种方法的研究具有一定的局限性。

参考文献：