大学物理基础实验对油气储运专业的基础支撑作用研究

朱彪 周小珠

摘 要：大学物理实验作为一门重要基础实验课程，是工科大学生进入大学后进行系统实验方法训练的开端。因此，对物理基础实验在工科专业所起到的基础支撑作用进行研究就显得尤为重要。选取北部湾大学石油与化工学院的油气储运专业作为研究对象，查阅油气储运专业三门实验或实训课程的教材内容，定量计算这三门课程分别与大学物理实验的内容相关率。在对教材内容进行整体分析后发现，三门实验课程共包含69个实验项目，与大学物理实验内容相关的有48个。其中，《油气储运综合实验指导》内容相关率最大，为76%;《石油产品分析》次之，内容相关率为71%;《工程流体力学实验》内容相关率最少，为59%。研究结果显示，油气储运专业三门专业实验或实训课程与物理基础实验都是正相关。

关键词：大学物理基础实验;油气储运专业;相关率;基础支撑作用

中图分类号：TE832 文献标识码：A

大学物理实验是众多高校的基础必修课之一，是学生进入大学后接触到的第一门基础性实验课程。作为高校实验教学的基础，大学物理实验课程能培养学生提出问题、分析问题、解决问题等各方面的能力[1]。大学物理实验包含大约7～12个基础实验，涉及力学、热学、声学、光学和电磁学等众多学科，需要学生具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力[2]。该课程涉及了大量的物理学知识、实验方法和实验手段，通过提供各种综合性实验，培养学生严谨的科学态度和良好的工作作风[3]。同时，大学物理实验也是工科大学生的必修实验课程，是工科学生进入大学后进行系统实验训练的开端[4]，在培养学生的实践能力和探究意识方面有着突出作用，为大学生以后从事科研工作奠定基础。

在各个高等院校，每个工科类专业都开设有大学物理实验这门基础课程，同时也开设有各自的专业实验、实训课程等。大学物理基础实验教学作为工科专业开设的基础性公共课，在培养工科学生对专业知识的理解能力和实践操作能力上，起着基石的作用。同时，也能提升工科大学生的实践才能、应用性和创新意识[5]。学生通过对普通物理实验的学习，可以更深入地理解理论物理教学中的知识点，还能学习到误差分析、不确定度的评价、基本仪器的使用方法、几个基本物理量的测量方法等丰富的知识[6]。因此，物理基础实验课程上所学习的实验技能、数据处理方法等是如何体现其对工科类专业的基础支撑作用的，以及体现在哪些方面等问题，值得深入研究。

通过查阅各种教材、资料以及期刊等文献，发现工科物理实验多为验证型实验，综合型和设计型实验内容较少，缺乏各科之间的相互渗透，不利于学生掌握和应用综合知识[7]。多数实验项目沿袭了物理学专业的理论验证性实验，对工科学生而言，欠缺应用性和实用性[8]。因此，必须根据不同类型专业的学科建设特点和学生培养需求，建设与之相适应的物理实验系列课程[9]。此外，目前大多数的文献都是在讲“大学物理实验教学的改革”、“工科大学物理实验教学思路探索”、“对当今工科物理实验教学与研究体系的全面设计”等内容，重在研究课程教学方面;而对“物理基础实验对工科类专业的基础支撑作用”的研究却涉及不多，很少有人对工科类专业开设的专业实验或实训课程中体现出的大学物理实验的基础性作用进行研究。

基于上述问题，对大学物理实验在工科类专业开设的专业实验或实训课程中所体现的基础性作用展开研究，是很有意义且非常必要的。只有充分认识大学物理实验对工科专业的基础支撑作用后，才能为教学大纲修订、课堂教学、课程改革等提供强有力的理论依据，才能更好地培养学生的综合能力，为今后专业课的学习打下坚实的基础。

1 研究目的与研究方法

1.1 研究目的

大学物理实验课程作为工科生步入大学后接触到的第一门基础性实践课程，在培养学生实践能力和探究意识上具有突出作用[10]。目前，大学物理实验中验证性实验较多，与专业相关的综合性、设计性、创造性演示实验项目较少[11]。学生通过单纯的理论分析便可得出相应的实验结论，不需要学生自主设计或动手操作，导致学生缺乏对实验的思考。因此，引入符合实际教学情况的教学理念与方法以适应学生专业需求，并不断优化实验教学方案，是提高教育质量的有效措施[12]。

文章的研究目的在于，对油气储运专业进行综合分析，研究大学物理实验与该专业的三门实验或实训课程之间的联系，通过定量研究找出物理实验对油气储运专业的基础支撑证明。这些定量研究的结果更有针对性，对修订教学大纲，调整教学培养计划，改进教学策略，开展课堂教学实践等方面具有十分重要的意义。利用这种基础联系，可以选择出与该专业密切相关，具有高效性、实用性的必选物理实验项目。

1.2 研究方法

查阅北部湾大学石油与化工学院油气储运专业开设的《工程流体力学实验》《油气储运综合实验指导》《石油产品分析》三门专业实验课程的内容，并采取定量研究的方式，找到大学物理实验与油气储运专业开设的专业实验或实训课程的关系。对此加以论证，证明物理基础实验对工科类专业的基础支撑作用。

通过采用查阅实验、实训教材，或咨询教师、学生等方法，开展论文研究。查阅方式为逐个实验项目、逐頁、逐自然段，甚至逐行进行阅读，并以每个“实验项目”作为记录单位，列出教材中提及或查阅时间接发现用到的大学物理实验知识（如物理实验项目、实验操作技能、基本测量方法、读数及有效数字、数据处理方法、误差分析、撰写实验报告等），并用“1”表示;如果该实验项目与大学物理实验关系不大或者没有相关描述，则用“0”表示，用Excel表格记录、统计，并计算出内容相关率。以一门实验或实训课程作为相关率计算单位，每门实验或实训课程的总“实验项目”数为样品容量，以相关联“1”的实验项目数量除以样品容量即为内容相关率，部分比对研究记录列表如表1所示。

表中“P.3.”...“P.53.”为教材页码，页码后面的文字是教材编者的描述。加括号的文字是做查阅比对研究者的描述，如（需测量标尺读数、测得液面高度差，涉及长度的测量以及基本读数），表示该实验项目内容需要以物理基础实验知识为基础支撑，但教材里并没有相关的直接描述，是由查阅者根据实验装置图、实验数据记录表等内容做出的说明。表中标注“1”的表示此实验项目内容与物理基础实验知识相关联，标注“0”的为不相关联。

2 油气储运专业物理实验课程开设情况

2.1 油气储运专业开设的物理实验教材

大学物理实验课程中涉及众多知识，能接触到各种精密仪器，在培养学生的实验能力和科学素质上起着重大作用[13]。通过咨询大学物理实验课授课教师、油气储运专业学生，以及查阅大学物理教学大纲得知，油气储运专业采用由覃以威主编，并由广西师范大学出版社出版的《大学物理实验》（Ⅰ）教材进行教学。《大学物理实验》（Ⅰ）分为基础性实验和设计性实验两部分，适合本科物理学专业或相近专业第一层次物理实验教学使用和本科非物理理工类专业大学物理实验课使用[14]。

2.2 油气储运专业开设的物理实验项目

通过查阅《大学物理实验》教学大纲和咨询授课教师得知，油气储运专业开设的大学物理实验项目有：长度测量、用单摆测重力加速度、牛顿第二定律的验证、碰撞实验、液体表面张力系数的测定、金属线胀系数的测定、用惠登斯电桥测电阻等。

3 油气储运专业实验课程开设情况

文章通过查阅方式调查研究了油气储运专业的三门实验课教材，具体为由李成华、倪玲英、张洋洋主编并由中国石油大学出版社出版的《工程流体力学实验》，由梁金禄、石信海、张树文主编并由中国原子能出版社出版的《油气储运综合实验指导》，以及由王宝仁、孙乃有主编并由化学工业出版社出版的《石油产品分析》。

3.1 《工程流体力学实验》实验项目

工程流体力学是许多工科类专业的一门基础课程，在石油高等院校中尤为重要[15]。其中包含流体静力学实验、能量方程（伯努利方程）实验、流量计实验、皮托管测速实验、动量定律实验、流动状态实验、沿程阻力实验、局部阻力实验、孔口与管嘴出流实验、液体旋转相对平衡实验、静压传递自动扬水实验、流谱流线显示实验、流动演示实验、自循环虹吸原理实验、紊动机理实验、雷诺演示实验和水击综合实验等17个实验。

3.2 《石油产品分析》实验项目

石油产品分析是工业分析与检验专业的一门专业课，是工业分析中的一个专业分析，是在学生具备必要的专业理论和实验知识之后的一门必修课[16]。《石油产品分析》中包含液体石油产品取样、石油和液体石油产品密度测定（密度计法）、石油产品运动黏度的测定、石油产品闪点的测定（闭口杯法）、石油产品闪点与燃点的测定（开口杯法）、石油产品闪点和燃点测定（克利夫兰开口杯法）、石油产品残碳的测定（康氏法）、石油产品馏程的测定、车用汽油馏程的测定、车用汽油蒸馏测定（雷德法）、喷气燃料冰点的测定、石油产品凝点的测定、柴油冷凝点的测定、煤油烟点的测定、石油产品水溶性酸、碱的测定、汽油、煤油、柴油的酸度测定、馏分燃料中硫醇硫的测定（电位滴定法）、石油产品硫含量的测定（燃灯法）、深色石油产品硫含量的测定（管式炉法）、石油产品铜片腐蚀试验、发动机燃料实际胶质的测定、轻质石油产品碘值和不饱和度烃含量的测定（碘-乙醇法）、石油产品溴值的测定、电气用油介质损失角正切值的测定、绝缘油击穿电压测定法、石油产品水分的测定、石油产品灰分的测定、内燃机油机械杂质的测定、润滑脂中机械杂质的测定（酸分解法）、天然气的组成分析（气色谱法）、石蜡熔点的测定、润滑脂滴点的测定、沥青软化点的测定、沥青延度的测定以及沥青针入度的测定等35个实训项目。

3.3 《油气储运综合实验指导》实验项目

《油气储运综合实验指导》中包含输油管路实验、气液两相流流型实验、气液两相流压降及截面含液率的测量、体积浓度法测定小呼吸蒸发损耗实验、油品雷德饱和蒸汽压测定实验、流变仪演示、原油流变性的测定、土壤电阻率的测定、阳极接地电阻、管地电位差测量、极化曲线测土壤腐蚀性、输气管基本参数对输气量的影响、管线泄漏对工况的影响、平均压力的测定、燃气管网水力工况和水力可靠性实验、天然气分配管道计算流量的确定实验以及油气集输流程模型实验等17个实验。

4 物理基础实验对油气储运专业实验课的支撑证明

4.1 对《工程流体力学实验》的支撑证明

经过查阅并统计，《工程流体力学实验》中包含17个实验项目。其中，与物理基础实验相关的实验项目有10个，占59%，比对结果记录部分列表如表2所示;与物理基础实验不相关的实验项目有7个，占41%，其相关率如图1所示。

4.2 对《石油产品分析》的支撑证明

经过查阅并统计，《石油产品分析》中包含35个实训项目，其中与物理基础实验相关的实训项目有25个，占71%，比对结果记录部分列表如表3所示;与物理基础实验不相关的实训项目有10个，占29%。

《石油产品分析》与物理基础实验的相关率如图2所示。

4.3 对《油气储运综合实验指导》的支撑证明

經过查阅并统计，《油气储运综合实验指导》中包含17个实训项目，其中与物理基础实验相关的实训项目有13个，占76%，比对结果记录部分列表如表4所示;与物理基础实验不相关的实训项目有4个，占24%。《油气储运综合实验指导》与物理基础实验的相关率如图3所示。

5 结语

据研究结果显示，油气储运专业开设的三门专业实验、实训课程与物理基础实验均为正相关，且各实验、实训课程与物理基础实验的内容相关率虽未达到显著相关（相关率90%以上），但都超过了59%，如表5所示。

从表5中不难看出，《油气储运综合实验指导》涉及的物理基础实验知识最多，相关率为76%;《石油产品分析》次之，相关率为71%;《工程流体力学实验》中涉及的物理基础实验内容最少，相关率为59%。这充分体现了物理基础实验对油气储运这一工科专业实验、实训课程的基础支撑作用。

参考文献

[1] 李艳华.浅析大学物理实验改革[J].科技视界，2015（04）：86.

[2] 李丛，刘家菊，符维娟，等.新工科MOOC背景下大学物理实验改革尝试与探究[J].教育现代化，2019，6（16）：41-43.

[3] 韦维，张霆，罗乐，等.工科大学物理实验教学现状与改革探索[J].物理通报，2017（12）：6-9.

[4] 徐学翔.新工科理念下地方本科高校大学物理实验课程教学改革研究[J].课程教育研究，2018（33）：170-173.

[5] 马爽，李赫，刘新鑫，等.“双一流”背景下的创新竞赛+实验教学改革研究[J].黑龙江畜牧兽医，2019（1）：166-170.

[6] 王心华，冯娟娟，崔作龙，等.“双一流”学科建设方案下高等学校物理实验教学改革探讨[J].高校实验室工作研究，2016（4）：29-31.

[7] 陈冬颖.在工科物理实验教学中培养学生的科学素质[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2006（06）：39-41.

[8] 王燕红，单雯雯，赵爱清.工科院校的物理实验教学应具有工科特色[J].大学物理实验，2010，23（03）：92-94.

[9] 耿完桢，金恩培，赵海发，等.我国工科物理实验教学的现状及改革方向探索[J].物理实验，2001（02）：28-30.

[10] 姜珊，张凤，田宇.新工科高校大学物理实验课程与教学改革探索[J].产业与科技论坛，2019，18（12）：231-232.

[11] 张勇，宋逸俏，陶霞，等.“工程教育专業认证”背景下大学物理实验专业分类教学的探索与实践[J].科技资讯，2019，17（27）：89-91.

[12] 郑阿群，张军杰，孙杨，等.化学实验教学改革与科研创新能力培养[J].实验室科学，2018，21（6）：138-140.

[13] 张鹏娟，郑璐石.应用型工科院校大学物理实验改革初探[J].大学物理实验，2014，27（03）：126-128.

[14] 覃以威主编.大学物理实验（Ⅰ）[M].桂林：广西师范大学出版社，2010.

[15] 李成华，倪玲英，张洋洋主编.工程流体力学实验[M].东营：中国石油大学出版社，2015.

[16] 王宝仁，孙乃有主编.石油产品分析[M].北京：化学工业出版社，2014.