流體力學實驗教學改革與探索

吳瓊 王文歡 劉海龍 任洪波

摘要：隨著教學改革的深入，作為實踐與理論相結合的重要環節，流體力學實驗教學越來越受到重視。文章分析了目前流體力學實驗教學中存在的問題和不足，從實驗教學模式、實驗考核方式、實驗教學流程、實驗設備和教材等方面進行改革和探索。

關鍵詞：流體力學;實驗教學;改革;探索

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）42-0124-02

實踐性教學中的實驗課，不僅可以幫助學生鞏固理論知識，還能培養學生的動手能力、觀察能力，以及分析和解決問題的能力。因此，實驗教學是高等院校教學過程中的重要組成部分，對提高學生的綜合素質有著舉足輕重的作用。然而，許多學生對實驗教學環節重要度認識不夠，“重理論輕實驗”的現象普遍存在。傳統實驗教學方法單一，難以調動學生積極性和探索求新的愿望，使得實驗教學效果與預期目標難以一致。因此，為提高實驗課程的教學效果，有必要對傳統的實驗教學體系進行改革。

工程流體力學是熱能與動力工程、建筑環境與設備工程等專業重要的技術基礎課。該課程的基礎理論和物理概念較為抽象和深奧，許多復雜的流動物理圖像難以用語言清晰地描述。因此，實驗教學環節在流體力學教學過程中占有特殊的地位，對理論知識的驗證和理解具有無法替代的作用，應得到相應重視[1]。本項目就流體力學這門實驗課程，從教學模式、考核制度、實驗教學流程、實驗設備和教材等方面進行改革與探索。

一、流體力學實驗教學現狀及存在的問題

1.實驗教學方法單一。按傳統的演示教學模式，教師對實驗過程的講解過于詳細，教學方法缺乏靈活性。從實驗原理，到實驗步驟，過于詳盡的講解會抑制學生主動思考、積極探討和敢于創新的能力。

此外，由于高校擴招，學生人數不斷增加，而配套的人力和資金相對匱乏，教師不得不增加每組實驗的學生人數，導致出現少部分學生動手，多數學生圍觀的現象，從而限制了每個學生參與實際操作，提高動手能力的機會。

2.實驗考核方式片面。在課程體系上，實驗教學不獨立設課時，從屬于理論教學[2]，嚴重制約了實驗室的建設和發展，導致實驗設備臺套數不足、儀器陳舊落后等問題。另外，由于實驗成績對理論課成績影響較小，導致學生對實驗課程的重要性認識不夠，積極性不高，“重理論而輕實驗”。

另一方面，實驗成績主要根據實驗報告的質量來進行評定，忽略了學生實驗預習情況，以及實驗操作情況的表現，考核形式單一片面。

3.實驗室教學流程不規范。學生做實驗之前，與實驗老師聯系，臨時預約時間，這種教學流程使得實驗室的開放時間很短，開放范圍縮小，只面對部分學生，嚴重限制了實驗設備的利用率。

4.實驗設備和教材更新慢。很多流體力學實驗設備陳舊，不能及時更新換代。例如，大多流體力學實驗如雷諾實驗，局部阻力損失實驗等都需測量流體的流速。傳統測流速的方法是利用接水稱重的方法，通過測質量流量求得，程序煩瑣落后。不僅阻礙學生接觸了解先進儀器設備的機會，還耗費了大量的時間和人力，使得實驗效率下降。相反，若采用電子流量計，只需學會讀數即可，可以大大縮減實驗時間。

另一方面，實驗教材內容陳舊，脫離實際，實驗環節每一步都講解得很清楚，學生只需要照表填寫即可。這種“照葫蘆畫瓢”的方式會抑制學生獨立思考的空間，無法激發學生的創新思維和提高學生解決問題的能力。

二、流體力學實驗教學改革與探索

針對上述流體力學實驗教學中存在的問題和不足，本文提出以下解決方案對流體力學實驗進行改革。

1.采用先進教學手段。本著“教師為主導，學生為主體”的原則，老師無須進行詳細的講解，只適當地釋疑解惑。而節約的實驗時間可充分利用現代的多媒體教學，制作教學課件，介紹與本實驗相關的工程實例圖片或動畫，激發學生興趣。此外，根據學生的實際情況，可靈活選擇不同的實驗。對于基礎較差、動手能力較弱的同學，可選擇一些基礎驗證性實驗，如不可壓縮流體恒定流能量方程實驗等。而對于悟性高、基礎扎實的同學，可鼓勵他們參照已有的實驗設備和實驗條件，利用所學的理論知識，以合作的形式完成創新性實驗。此外，為保證實驗效果，讓每個同學在實驗過程中都有機會動手實際操作，要嚴格限制每組實驗的參與人數在3人以內。

2.考核方式改革。針對實驗課程不受重視的問題，可將流體力學實驗課從理論教學中分離出來，獨立設課，學分可設為1—2個學分。通過獨立設課，單獨對學生實驗成績進行考核和評定，可提高學生對實驗課程的重視，從而提高實驗教學質量。

對于實驗的最終成績，可結合三方面進行評定。一是平時成績，是對實驗預習、實驗操作、實驗報告撰寫等綜合情況的判定。二是期末考試成績。考試時，可由學生隨機抽取實驗項目進行實驗，并回答老師的提問。老師對學生現場回答問題、實驗操作及結果分析的綜合能力進行判定。三是科研創新成績。可根據學生自行設計的創新性實驗，和撰寫小論文的情況酌情給分。最后，按照規定的權重系數，來評定學生的期末最終實驗成績。

3.全方位開放實驗室。針對傳統實驗室管理體系中存在的實驗室設備利用率低的問題，可建立開放式實驗室，從而實現教學時間和教學內容上的全方位開放。開放式實驗室的實現可通過建立網絡化實驗教學平臺來實現[3]。網絡化實驗教學平臺充分利用計算機網絡信息技術，實現全校師生對實驗室資源和信息的共享，大大提高了實驗室管理的先進性和便利性。實驗課網上選課系統是網絡化教學平臺的核心內容，學生可輸入個人登錄號和密碼登錄此系統，來進行實驗時間和對應實驗項目的預約。同時，學生還可以通過登錄此系統查看實驗成績。此外，網絡化實驗平臺還可共享包括實驗室師資力量、實驗室簡介、實驗設備介紹、多媒體課件等相關方面的信息。

開放式實驗室[4]的建立不僅可以提高實驗設備的利用率，還可以緩解實驗高峰期，設備臺套數不足而引起每組人數過多的問題。同時，通過學生自己在實驗平臺上預約實驗時間和實驗內容的方式，使得學生可靈活支配課余時間。

4.實驗設備和教材及時更新換代。實驗設備的及時更新，要求實驗教師多搜集資料，留意最新的實驗教學設備，多與兄弟院校之間進行交流互動，這樣才能及時淘汰落后的設備，提高實驗效率。同時，配套的實驗室建設資金也要及時預備和撥出，否則只能是空談。

實驗教材必須要跟設備同步[5]，及時刪除不做的實驗，并增加新的實驗內容。此外，教材內容應注重流動機理、工程實際應用的講解，而實驗步驟相對簡單化，以留出學生自己分析問題、解決問題的空間。教材內容應力求符合學生的認知規律及便于自學的原則。

三、結語

流體力學實驗教學是流體力學這門課程教學過程中不可或缺的一個重要環節，與理論教學相輔相成。隨著高等教育改革的不斷深入，流體力學實驗教學也應該與時俱進，在實驗教學模式、實驗考核方式、實驗教學流程、實驗設備和教材等方面需要不斷地進行改革和探索，使每一個完成流體力學實驗的學生從中得到鍛煉和提高，為培養理論知識扎實、動手能力強的應用型和創新人才奠定扎實的基礎。

參考文獻：

[1]陳俊俊，龐赟佶，王曉彤，劉素霞.建筑環境與能源應用工程專業《流體力學》課程實驗改革研究[J].教育教學論壇，2016，（16）：225-226.

[2]梁延鵬，曾鴻鵠，李艷紅.基于實踐能力培養的流體力學實驗教學改革[J].當代教育理論與實踐，2012，4（11）：155-157.

[3]鄧輝，張志宏，顧建農.面向應用創新型人才培養的流體力學實驗教學改革[J].實驗室科學，2013，16（5）：72-74.

[4]胡仁杰.營造開放的實驗教學環境，開展開放式自主實驗教學[J].實驗室研究與探索，2006，25（7）：822-826.

[5]宋國利，蓋功琪，蘇冬妹.開放式實驗教學模式的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（2）：91-94.

Teaching Reform and Exploration of Fluid Mechanics Experiment

WU Qiong，WANG Wen-huan，LIU Hai-long，REN Hong-bo

（College of Energy and Mechanical Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

Abstract：With the developing of teaching reform，as an important link between practice and theory，fluid mechanics experimental teaching is paid more and more attention.This paper analyzes the existing problems in the experimental teaching of fluid mechanics，and then implements reform and exploration from teaching mode，evaluation method，teaching process，experimental equipment and teaching material aspects.

Key words：fluid mechanics experiment;experimental teaching;reform;exploration