工程流体力学网上仿真实验教学平台建设

工程流体力学网上仿真实验教学平台建设

翟晓鹏 张顶学 熊青山 李忠慧 杨焕强

长江大学石油工程学院 湖北武汉 430100

摘要：工程流体力学实验课程作为工程流体力学教学中的重要一环，在学科的发展以及辅助授课内容方面起着不可替代的作用。此背景下，工程流体力学更应该着力于学科改革，推动实验课网上虚拟仿真教学，突出示范领跑作用。针对工程流体力学实验中“静水压力实验”和“孔板流量计孔流系数实验”建立网络实验平台。每项实验均包含仪器仿真，动态操作界面、实验原理、数据采集、成果分析、操作指南和问题解答；具备真正用户实验交互操作，实时仿真实验数据、动画反馈的功能。工程流体力学虚拟仿真实验教学平台构建网络实验教学课程体系，成为高水平人才培养体系的重要载体和依托。

《工程流体力学》是研究流体运动和平衡规律的一门科学，是石油工程、油气储运等专业的专业基础课。这一课程一直以来都是各石油高校油气专业的核心课程，各高校专业对于该课程的建设都十分重视。工程流体力学实验课程作为工程流体力学教学中的重要一环，在学科的发展以及辅助授课内容方面起着不可替代的作用。工程流体力学实验对于培养学生严谨的实验风格，分析问题和解决问题的能力，自主设计实验的能力和立异能力具有重要的作用。可以加深学生对工程流体力学基本定律的认识和理解。因此《工程流体力学》课程把实验课程放在与理论课同等重要的地位。但目前工程流体课程实验课内容普遍较少，不能满足学生求知欲望和深化学习的需求。

2020年全球爆发新冠肺炎疫情，疫情对大学学生教育产生了极大挑战。在疫情的高压环境下，我国全方位开展了线上教学模式，但是实验课不同于其它课程，需要实际操作。这就使得传统实验课程教学方法、教学手段和教学内容已不能满足线上教学需求。虽然如虚拟仿真技术、MOOC、翻转课堂、SPOC等教学方法已逐被各高校应用到《工程流体力学》的教学过程中。但实验课需要学生操作的环节，单纯的在线学习达不到预期理想效果。因此网络环境《工程流体力学》实验平台建设就显得颇为急切。

只增加学生实验课学习是不够的。让学生领悟实验教学的原理与操作方法的同时，如何及时且有效的检测学生的学习质量是检测线上教育的关键难题。如何对网上教学重量进行检测，并做到精准把控学生的学习质量，是对当前网络教学模式的一大挑战。

目前我国正在全面推动“双万”一流学科建设，建设新工科、新医科、新农科、新文科示范性本科专业，引领带动高校优化专业结构、促进专业建设质量提升，推动形成高水平人才培养体系。在此背景下，工程流体力学更应该着力于学科改革，推动实验课网上虚拟仿真教学，突出示范领跑作用。优化专业结构，改造提升传统专业，打造特色优势专业，为“双万”一流学科建设增加新活力。工程流体力学虚拟仿真实验教学平台建设可以推动“双万”一流学科建设，促进专业建设质量提升，是构建网络实验教学课程体系的需要，也是形成高水平人才培养体系的重要载体和依托。

因此，结合长江大学石油工程学院“石油工程国家级虚拟仿真实验教学中心”已有教学资源，提出了建立工程流体力学仿真实验平台教学的模式，以期达到提升教学资源的利用效率和教学质量的双赢目的。建立工程流体力学仿真实验教学平台，完善“石油工程国家级虚拟仿真实验教学中心”教学资源，为国家级虚拟仿真实验教学增加新资源。

1 工程流体力学网上仿真实验教学平台建设

工程流体力学网上仿真实验教学平台是利用网络在线教学的优势来增强学习效果，因此网络资源的建设是必不可少的。理想的工程流体力学网上仿真实验教学平台建设应该是打造一个该课程智能化学习平台，这是一个功能强大的在线课程平台，应以服务所有师生为导向，以课程建设为中心，以学生自主学习为主体，实现优质教学资源共享。该平台应该具有满足学生实际操作实验教学需求，还应具有教学质量监督与评价。首期主要针对工程流体力学实验中“静水压力实验”和“孔板流量计孔流系数实验”建立网络实验平台。

为维护智能化学习平台的正常有序运行，保证学生的学习质量，必须还要有一套科学的教学管理方法，因此，需要对实验教学管理办法进行深入的研究。注重实验平台操作信息反馈管理；在信息反馈基础上，注重实验内容的修改完善。

2 实验课程考核体系建设

流体力学实验课程中的“静水压力实验”作为流体力学课程的一项基础性课内实验，安排实验学时为2个学时，要求加深掌握用测压管测量流体静压强的技能；验证不可压缩流体静力学基本方程；通过对流体静力学现象的实验分析，进一步提高解决静力学实际问题的能力。“静水压力实验”讲解视频在录制时，主要以实验设备原理讲解为基础，实验过程讲解为手段，也可参考网上已有的授课视频。由于实验项目设置或者实验设备差异等原因，导致很多网络实验视频资源与课程实验的内容相差较大，此时就需要实验教师自行录制视频。自行录制视频的实践教学视频不仅可以将实验设备原理与操作过程介绍完整，还可根据实际情况对教学内容进行区分性、针对性讲解，根据实验类型（例如演示型、验证型、综合型及验证型实验）分区教授，便于学生理解，突出教学效果。自行录制视频是对教师教学技术和准备时间的挑战。

“静水压力实验”掌握用测压管测量流体静压强的换算的原理，这部分内容除了录制视频讲解外，还可结合板书或者通过制作动画更加直观展示流体力与进出口流速之间的对应关系，此外，为了使学生充分理解“静水压力实验”的概念和原理，对“静水压力实验”这部分内容的理论和应用不熟悉的同学，还可以补充录制“静水压力实验”的教学和例题视频，使学生将理论与实验有机结合，培养学生自主学习和应用知识的能力。

3 结语

网上实验做到全开放，方便学生实验虚实结合，随时随地进行实验预习和复习。通过流体力学实验虚拟仿真平台即可操作虚拟仿真实验，并具备使用用选择实验项目的实验用户安全管理功能。每项实验均包含仪器仿真，动态操作界面、实验原理、数据采集、成果分析、操作指南和问题解答；具备真正用户实验交互操作，实时仿真实验数据、动画反馈的功能；可供学生通过网络进行各项实验的仿真过程操作、数据采集和成果分析，每项虚拟仿真实验操作过程都设有实验提示、错误纠正功能，以辅导学生按正确途径深入有序地进行实验。

参考文献

[1]教育部.利用网络平台停课不停学[N].中国教育报, 2020- 02- 01( 01)．

[2]赵永华，李志慧，孔彩华．基于网络环境下的微机原理与接口技术混合式教学模式研究[J]. 教育教学论坛， 2020( 8) : 311- 312．

[3]刘玉灿,王亚宝,司文艳,张岩,张坤.新冠肺炎疫情期间给排水科学与工程专业网络教学思考[J].山西建筑,2020,46(13):187-188.

[4]许珊珊，高秋生，王 涛．网络技术教学在高等教育中的研发与运用[J].山西建筑,2014, 40 ( 21): 259-260．

[5]王小飞.疫情之下关注教育“十四五”时期发展的“变”与“不变”[J].宁波大学学报(教育科学版): 2020, 6(24):1-4

[6]合肥市教育局  石红星. 疫情防控带给教育“三大变化”[N]. 合肥晚报,2020-06-24(A03).

[7]张成凤.基于新冠肺炎疫情的大学生思想政治教育探究[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2020(07):47-50.

[8]杨秀玉,雷晶晶,陈九昊.突发公共卫生事件影响下对高校教育问题的探讨——以新型冠状病毒肺炎疫情为例[J].科教文汇(中旬刊),2020(06):8-9.