工程教育认证背景下油气储运专业《工程流体力学》课程教学改革与实践

汪 锐，付 强，屈成亮，潘高峰

(吉林化工学院石油化工学院，吉林 吉林 132022)

基于《华盛顿协议》的工程教育认证，是国际通行的工程教育质量保证制度，是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要基础。通过开展工程教育专业认证，能有效保障我国工程教育人才培养的质量，也是保证教育质量和教育质量持续改进的过程，是实现国家“新工科”建设的重要手段[1-4]。其理念要求“以学生为中心”、“目标导向”和“持续改进”。

《工程流体力学》是油气储运工程专业必修的专业基础课程，同时作为该专业研究生入学考试必备课程之一，一直以来受到广大师生的高度重视。要求学生通过本门课程学习，熟悉流体平衡和运动的基本概念，能够根据质量守恒定律、动能定理、动量定理和能量守恒定律等基本原理以及相似理论和量纲分析法开展模型实验，分析流体平衡及运动规律，进而具备一定的分析、解决工程实际中流体力学问题的能力。为后续《工程热力学与传热学》《油气集输》和《油气管道设计与管理》等专业课程的学习和科学研究工作打下坚实的基础[5]。该课程的特点是理论性较强，数学公式繁多，推导复杂，并且由于该课程对学生的高等数学、大学物理、工程力学以及综合分析和处理问题能力的要求较高，学生普遍反映是一门难学的课程，教学难度较大，但在油气储运工程专业课程体系中处于非常重要的地位[6]。因此，其课程教学改革与质量的保证为本专业之重。

图1 《工程流体力学》在油气储运工程专业课程体系中的地位

我校油气储运工程专业作为吉林省唯一本科、特色专业，在课程内容优化、专业及相关学科前沿、热点内容的引入方面明显存在不足，缺乏课程教学的针对性，与毕业要求和培养目标的达成关联度不强，不能完全契合当下主流教育改革理念。同时为了适应新时代课程建设的要求，培养优秀储运人才，专业和课程的设置也应该在先进理念的引领下与时俱进。本文主要结合《工程流体力学》课程和油气储运专业的特点，从专业认证理念出发，提出了从教学理念、教学内容、教学方法及考核方式等方面进行改革，对促进本专业流体力学课程教学与工程教育专业认证的衔接有一定的意义。

1 教学过程中存在的问题

1.1 缺乏与课程相关的实践教学资源

实践经验是考察应用型人才的一个重要标准，许多工程实际问题的解决与工程经验的积累尤为相关，对于《工程流体力学》这门课而言，本身侧重于解决工程实际问题，其中许多理论，也来自于工程实践，是实践的总结和概括，反过来工程实践也能促进理论的发展。现阶段课堂教学过程中，对于许多理论学生只能被动接受，缺乏与之相配套的实验和实践资源，由于没有直接的对工程实际中的流动现象的观察和理解，进而造成学生对工程实际现象认知、理解不到位，致使解决油气储运复杂工程问题的能力培养目标达不到要求。

1.2 学时少、考核方式单一

目前我校《工程流体力学》为48课时，由于教学学时有限，同时考虑到课程知识的多元以及复杂性，往往为了兼顾教学计划，依据教学大纲和授课计划灌输式教学成为了主要的教学手段。因而，造成学生学习过程中大多被动接受，无法调动学生学习的主观能动性和积极性，对知识理解、掌握以及运用较差。并且，由于教学过程中学生缺乏思考、归纳、总结和实践，导致学生对于整个知识体系的掌握凌乱、不成体系，也不利于对学生创新能力的培养。课程最终成绩由平时成绩(30%)和期末考试(70%)相结合形式进行评定，而期末考试出题过程中，往往由于考虑到学生掌握程度以及一些公式复杂性，因此，试卷上一般仅考察基础理论和简单计算，学生应对考试的方式，也大多采用死记硬背，致使学生即便通过考试后，也不能够很好掌握相应的知识，更谈不上灵活运用和分析具体实际问题。这显然与我校目前应用型人才培养目标相背离，也不符合工程认证教育理念，对于培养学生的知识运用与工程实践能力不利。

2 教学改革措施

2.1 转变教学理念，确定合理的课程目标

彻底改变传统学生被动学习和目标导向不合理的学习和教育方式，基于OBE(Outcome-based education)理念，按照培养方案要求，以支撑毕业要求及指标点达成为目的，以专业辅助、行业需求为导向，结合课程的学科知识体系结构，确定明确、合理的课程目标，加强教学过程考核与管理，以保证对毕业要求的充分支撑关系，改进现有课程目标不足之处，只有这样才能找到课程建设中存在的问题，进而推动课程改革，促进课程建设持续改进。也只有明确的目标才能保证专业课程改革“目标-内容-标准-评价”等一系列过程设置的连续性、科学性以及支撑的逻辑关系。

2.2 优化调整课程内容

2.2.1 引入工程案例

对于油气储运工程专业所涉及的专业设备，简单来讲无非是管、罐、泵的设计与使用[7]，我们可以尝试在教学过程中，把知识点融入到储运设备中、工程案例里，甚至是编成例题进行讲解。基于“基础理论-案例分析-工程应用”这样的教学模式[8]，学生既能够有效掌握相关理论知识，同时也对该理论在实际中的应用也得到了训练。例如，在分析流体在管道内的流动规律时，结合部分长输管道设计案例，学生既能够掌握压力、阻力、流速和输量的关系，也能够了解此处的学习，可以用来设计输油管径、校核管材强度、布置管线以及选择泵的大小、类型和设计泵的安装位置等；此外，也要注意将《工程流体力学》中与《工程热力学与传热学》《油气集输》《油气管道设计与管理》和《泵和压缩机》等专业课程相关知识点结合，向学生渗透，并阐明侧重点。

2.2.2 引入课程思政

课程思政是新时代下落实立德树人根本任务的重要教育理念，要求教师在上课过程中，融入思政元素，引导学生坚定理想信念，树立正确的人生观、世界观和价值观，培育学生独立的思考、沟通和交流能力，以达到教书育人的目的[9]，除此之外，合适的哲学思维和方法的引入，也能帮助学生更好地理解和接受相应的理论知识。例如，在讲解流体平衡微分方程推导时，通过引入“抽象问题具体化”的自然辩证法思维，引导学生借鉴数学之中的“微元分析”方法，建立模型，使本身晦涩、难懂问题具体化，更加便于学生的学习和理解。

2.2.3 增加与课程相关的实验、实践环节

(1)匹配与课程相关的实验和实践

流体力学实验是对抽象复杂的理论知识的验证和演示过程，是学生职业技能培养的重要环节。通过开展相应流体力学实验，这对于帮助学生加深理解复杂的理论知识有着重要的作用，同时也可以增强学生动手能力，然而，现今课堂教学环节中恰恰缺少这方面相关内容，在学时允许的前提下，向课堂中引入相应的演示和实验，比如流态分析实验、牛顿平板实验以及毕托管测速实验等。同时也可以考虑将计算流体力学软件 “Fluent”引入课程教学[10]，研究简单的流体流动、热传递以及化学反应等问题，如通过设置简单分析计算，研究喷口出流、电子元件冷却以及汽车尾气对环境污染扩散问题等，进一步加强学生对知识的理解和运用，同时对于今后将走向科研岗位的同学也能够打下一定基础。

(2)借助学生大赛、实训和实践等环节，进一步加强对相应知识的学习

以全国油气储运工程设计大赛、创新创业大赛以及实训环节等为切入点出发，积极引导学生参与到上述过程当中，让学生在大赛过程中将所学的知识进一步融会贯通，应用到工程实际当中去，通过学科竞赛的方式，加强学生对知识的理解和运用的同时，提高学生的实践动手能力和工程设计能力。

2.3 优化教学方法

由上述可知，本门课程教学包含复杂、繁多的公式推导、证明和计算过程，因此，一直以来多采用PPT 课件辅以板书的形式，来完成教学过程。这样的模式显然与“以学生为中心”的教育理念相悖。鉴于此，本科程尝试采用“理论+实践”和教师集中讲授、辅导+“学生微课参与”[11]，相结合的教学模式。重点的知识，通过课上反复强调、作业、实验、课堂案例分析等手段，让学生在课内外反复得到训练，尤其是通过课外自主的积极、主动查阅资料，思考并解决问题的过程中，夯实基础，同时变被动为主动，充分释放学生学习的主观能动性和积极性。

2.4 改革考核方式，采用多元考核方式，持续改进课程教学

鉴于目前的考核方式，计划将成绩考核分散在平时教学、期末考试以及实践的各个环节中，弱化以期末考试成绩作为学生学习成效的主要评价标准，将整个培养目标中涉及到的知识、能力以及情感的考核作为重点，分解到各个环节之中。

调整后成绩结构：在现有的平时成绩和期末考试的基础上，加入实践成绩和论文案例研讨成绩，具体比例分别为：平时成绩占20%，实践成绩占10%、论文案例研讨成绩10%和期末考试占60%。其中论文案例研讨，要求学生从身边的流体力学现象出发，例如高尔夫球为什么设计成凹凸不平的、洗衣机洗衣服时为什么口袋总是容易反过来以及机翼扰流现象、火箭、跑车等飞行器和车身的设计问题等，结合所学理论知识，进行分析撰写一篇小论文或做一次PPT展示；实践成绩可以借助计算流体力学软件，让学生进行简单分析，以此提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。具体如表1所示。

表1 《工程流体力学》考核评价表

为了保证对课程目标的达成效果进行跟踪和反馈，建立定量与定性评价相结合评价方法，发现教学环节中存在问题和不足，以及持续改进的方向和阶段性任务，最终确定改进闭环。

3 结 语

在工程教育认证和应用型人才培养的背景下，对《工程流体力学》课程教学过程中存在的问题进行了分析和改革，采用优化调整课程内容、增加与课程相关的实验、实践环节以及采用多元考核方式等的策略，提高学生学习成效，培养学科的思维方式，提高学生的知识运用与工程实践能力，以期实现培养出的学生，能够在石油、天然气、化工等相关领域从事储运生产运行、工程设计、科学研究等工作，成为面向生产、管理一线的现代化工程师和管理者。