水力學教學現狀及教學改革初探

靳娟娟

摘要：水力學作為水利、水電、給排水等相關專業的專業基礎課，對基本知識和工程運用的掌握要求較高。然而水力學的教學在轉變思維方式、強化動手能力等方面并不到位。結合水力學課程特點，提出多種教學手段相結合、任務型分組教學、不同考核方式等教學初步改革探討，落實創新性教學。

關鍵詞：水力學；教學改革；任務型；創新

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）26-0115-02

一、水力學課程性質

《水力學》是研究液體在靜止和運動狀態下機械規律及其工程應用的一門學科，是水利、水電及相關專業的專業基礎課程，是聯系公共基礎課和專業課的橋梁，對后期專業課程的學習和專業思維模式的鍛煉起到不可忽視的作用。目前水利、土木、給排水、環保、化工等許多專業均要求掌握水力學或者流體力學的基本知識和工程運用[1]，同時對從事這些行業的工程技術人員提出了基本要求。

二、水力學教學現狀

當前《水力學》課程教學中具有以下幾個突出特點：

1.思維方式轉變不及時。水力學作為專業基礎課程，以高等數學、大學物理、理論力學、材料力學等為基礎，同時又在學習過程中培養學生關于涉水建筑物的基本水力計算方法和工程思維模式，這種從邏輯推導到工程類型劃分的學習方法在很大程度上不能及時轉換，需要在水力學授課過程中不斷加深加強。

2.動手實驗安排不到位。如果說水力學課程的基礎一半是經典力學，那么它的另一半就是實驗。水力學中許多公式、方程、定律都是在不斷的實驗探索中結合數學、力學知識進行推導分析的，因此在實驗上應注重分組綜合訓練，提高學生的動手能力，加深對理論知識的理解，甚至在實驗中對未知領域做出探索，鼓勵創新性實驗。

3.理論與實踐聯系不密切。水力學是專業理論性和實踐性都較強的課程。要使學生具備理論聯系實際、解決實際問題的能力，必須經過具體的理論聯系實際的系統訓練。因此，在進行水力教學中必須將水流運動的基本規律和實際工程及相關學科有機地聯系起來，真正做到將所學知識準確地運用到實際當中去[2]。

綜上所述，要搞好水力學教學，除了充分吃透水力學在專業中的基本定位，水力學對不同專業的不同要求，水力學中的實驗的重要性，水力學在內容上的邏輯安排以及水力學今后的發展方向等等，在水力學的教學方法也應更加注重。

三、水力學教學改革建議

為更好提升水力學教學質量，提高教學水平，針對水力學教學提出以下幾點改革意見：

1.理論教學重點分明。基于應用型人才培養目標，對基礎知識等重點內容要溫故知新，鞏固提高，又不能簡單重復，占用大量課時。授課有輕有重，輕重結合，明確章節重點，使學生有的放矢，引導學生思考問題，分析問題，例如水動力學的三大方程是水力學的基礎核心，其推導和運用作為重點內容應詳細講解，從物理學的基本定理和定律入手推導[3]：從質量守恒原理推導連續性方程；從動能定理推導能量方程；從動量定律推導動量方程；深入淺出，甚至讓學生動手進行推導，便于掌握。

2.多重教學手段結合，提高教學質量。現代教學過程中，多媒體作為非常友好的教學手段之一，有不可忽略的優點。然而在力學教學中，應把多媒體教學與傳統教學有機結合，而不是把大屏幕變為教學主角。在課堂上把握使用多媒體的時機會在教學中起到畫龍點睛的作用。例如一些公式推導需要邏輯性，因此就需要板書進行詳細推導講解；而一些抽象概念學生難以理解時，多媒體則可以化抽象為直觀，幫助學生理解、消化。雷諾實驗就是明顯的例子。在講解雷諾實驗時流速較小為層流，流速大時各層流會形成渦體，流動中產生紊流，這個由層流到紊流的演化過程可采用多媒體演示，化靜態授課為動態教學，不僅讓學生印象深刻，還可以直觀上激發學生的學習興趣。“使一些難以用單一語言、文字、圖像來講解的概念能夠被清晰、透徹地理解”，見圖1。（a）圖是實驗裝置演示，可以從左到右講解儀器組成，各儀器的作用就可以提問學生來加深印象，（b）圖是實驗過程中的層流、過渡流、紊流的指示液現象，直觀明了，學生只要看到馬上就可以分清楚層流、紊流的概念。

雷諾實驗作為水力學中一個舉足輕重的實驗，奠定了水流流態劃分的基礎，也為后期尼古拉茲實驗提供了思路。因此在進行講解時一定要讓學生弄清楚實驗的原理、實驗的目的、實驗的數據的思路和處理方法。如果只是針對課本概念和原理進行講解，學生沒有直觀概念很難把握到位，此時可以將圖進行gif動態處理，讓學生理解流態的直觀劃分，也可以針對學生分組帶入實驗室，針對實驗儀器和實驗現象講解，事半功倍。

3.任務型分組教學提升學習主動性。競爭是進步的最好方式。對學生進行分組，針對水力學中的重點、難點問題小組討論，提出講解方法和解決方式。例如水面線的定性分析，對于學生而言12種水面線的判別和繪制是個大問題，讓學生結合成興趣小組，針對不同情況討論講解，得到最終結論，作為考核的依據之一，這樣既提升課題氣氛又增強學生整體競爭力。

4.注重實踐教學改革。水力學實驗有著理論教學無法替代的作用，也是《水力學》課程必不可少的組成部分，如雷諾實驗直觀演示層流和紊流；局部阻力實驗驗證水頭損失大小；動量方程實驗再一次從客觀角度證明的動量守恒定律的不可動搖。這些可以激發學生的學習興趣，從而不斷產生學習的動力。隨著現代教學手段和數學、力學的發展，實驗教學也應擺脫過去笨重、呆板的教學方法，以小型自循環系列實驗儀器為例，進行傳統演示實驗的同時，給學生留一些思考余地，提出問題，讓學生設計一些綜合實驗，側重學生動手能力和協作能力。

圖2是學生結合局部水頭損失和沿程水頭損失的原理設計出來的量測不同局部損失系數的儀器。按照水力學知識，局部損失系數一般按照包打經驗公式取經驗系數，這樣在很大程度上不準確。學生經過經過自己學習、向指導教師請教、查閱文獻資料等得出結論：局部損失系數的取值與邊界條件的具體變化情況有關，可概括為進口、出口、突擴、突縮、漸擴、漸縮、彎管、叉管、折管、閥門等，各個邊界變化不同、流速不同、粗糙度不同、溫度不同等都會導致局部損失系數的變化。于是采用人工砂模擬不同粗糙度的儀器測出了突擴、突縮狀態下的局部損失系數取值方法。測量過程中充分考慮沿程損失和局部損失的影響，利用擴前和擴后增加測壓管方式減小沿程損失的影響。

6.考核方式不拘一格。以實際工程為基礎，讓學生自己選題，自己解決問題，同時進行匯報答辯。既鍛煉學生獨立思考的能力又增強了理論應用能力，也可針對重難點分成任務型小組進行考核。同時還可以結合水力學實驗創新設計比重增加考核方式多樣性。

嚴格意義上來說，“教學有法，但無定法，貴在得法”。落實創新性教學、深化教改還有很長的路要走。全面提高教師自身素質，在教師的“教”與學生的“學”的關系中樹立“教為學服務”的思想，這樣我們才能面對人才需要的挑戰，從容地交上一份滿意的答卷。

參考文獻：

[1]吳持恭.水力學（上）[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]田祖安.高等學校水力學課程教學初探[J].重慶科技學院學報，2007，（s）：62-63.

[3]余武周.水力學課程的特點及教學改革的思考[J].水利天地，2010，（2）：14-15.