流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

吳瓊 王文歡 劉海龍 任洪波

摘要：隨著教學(xué)改革的深入，作為實(shí)踐與理論相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)越來(lái)越受到重視。文章分析了目前流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題和不足，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)考核方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材等方面進(jìn)行改革和探索。

關(guān)鍵詞：流體力學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);改革;探索

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

實(shí)踐性教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)課，不僅可以幫助學(xué)生鞏固理論知識(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力，以及分析和解決問(wèn)題的能力。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)過(guò)程中的重要組成部分，對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有著舉足輕重的作用。然而，許多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)重要度認(rèn)識(shí)不夠，“重理論輕實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象普遍存在。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和探索求新的愿望，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與預(yù)期目標(biāo)難以一致。因此，為提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，有必要對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行改革。

工程流體力學(xué)是熱能與動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程等專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程的基礎(chǔ)理論和物理概念較為抽象和深?yuàn)W，許多復(fù)雜的流動(dòng)物理圖像難以用語(yǔ)言清晰地描述。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中占有特殊的地位，對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證和理解具有無(wú)法替代的作用，應(yīng)得到相應(yīng)重視[1]。本項(xiàng)目就流體力學(xué)這門(mén)實(shí)驗(yàn)課程，從教學(xué)模式、考核制度、實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材等方面進(jìn)行改革與探索。

一、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一。按傳統(tǒng)的演示教學(xué)模式，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的講解過(guò)于詳細(xì)，教學(xué)方法缺乏靈活性。從實(shí)驗(yàn)原理，到實(shí)驗(yàn)步驟，過(guò)于詳盡的講解會(huì)抑制學(xué)生主動(dòng)思考、積極探討和敢于創(chuàng)新的能力。

此外，由于高校擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)不斷增加，而配套的人力和資金相對(duì)匱乏，教師不得不增加每組實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)，導(dǎo)致出現(xiàn)少部分學(xué)生動(dòng)手，多數(shù)學(xué)生圍觀的現(xiàn)象，從而限制了每個(gè)學(xué)生參與實(shí)際操作，提高動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)。

2.實(shí)驗(yàn)考核方式片面。在課程體系上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不獨(dú)立設(shè)課時(shí)，從屬于理論教學(xué)[2]，嚴(yán)重制約了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足、儀器陳舊落后等問(wèn)題。另外，由于實(shí)驗(yàn)成績(jī)對(duì)理論課成績(jī)影響較小，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重要性認(rèn)識(shí)不夠，積極性不高，“重理論而輕實(shí)驗(yàn)”。

另一方面，實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行評(píng)定，忽略了學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況，以及實(shí)驗(yàn)操作情況的表現(xiàn)，考核形式單一片面。

3.實(shí)驗(yàn)室教學(xué)流程不規(guī)范。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前，與實(shí)驗(yàn)老師聯(lián)系，臨時(shí)預(yù)約時(shí)間，這種教學(xué)流程使得實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放時(shí)間很短，開(kāi)放范圍縮小，只面對(duì)部分學(xué)生，嚴(yán)重限制了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材更新慢。很多流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，不能及時(shí)更新?lián)Q代。例如，大多流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)如雷諾實(shí)驗(yàn)，局部阻力損失實(shí)驗(yàn)等都需測(cè)量流體的流速。傳統(tǒng)測(cè)流速的方法是利用接水稱重的方法，通過(guò)測(cè)質(zhì)量流量求得，程序煩瑣落后。不僅阻礙學(xué)生接觸了解先進(jìn)儀器設(shè)備的機(jī)會(huì)，還耗費(fèi)了大量的時(shí)間和人力，使得實(shí)驗(yàn)效率下降。相反，若采用電子流量計(jì)，只需學(xué)會(huì)讀數(shù)即可，可以大大縮減實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

另一方面，實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容陳舊，脫離實(shí)際，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)每一步都講解得很清楚，學(xué)生只需要照表填寫(xiě)即可。這種“照葫蘆畫(huà)瓢”的方式會(huì)抑制學(xué)生獨(dú)立思考的空間，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

二、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

針對(duì)上述流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題和不足，本文提出以下解決方案對(duì)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革。

1.采用先進(jìn)教學(xué)手段。本著“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則，老師無(wú)須進(jìn)行詳細(xì)的講解，只適當(dāng)?shù)蒯屢山饣蟆６?jié)約的實(shí)驗(yàn)時(shí)間可充分利用現(xiàn)代的多媒體教學(xué)，制作教學(xué)課件，介紹與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的工程實(shí)例圖片或動(dòng)畫(huà)，激發(fā)學(xué)生興趣。此外，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，可靈活選擇不同的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于基礎(chǔ)較差、動(dòng)手能力較弱的同學(xué)，可選擇一些基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如不可壓縮流體恒定流能量方程實(shí)驗(yàn)等。而對(duì)于悟性高、基礎(chǔ)扎實(shí)的同學(xué)，可鼓勵(lì)他們參照已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件，利用所學(xué)的理論知識(shí)，以合作的形式完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。此外，為保證實(shí)驗(yàn)效果，讓每個(gè)同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都有機(jī)會(huì)動(dòng)手實(shí)際操作，要嚴(yán)格限制每組實(shí)驗(yàn)的參與人數(shù)在3人以內(nèi)。

2.考核方式改革。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不受重視的問(wèn)題，可將流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課從理論教學(xué)中分離出來(lái)，獨(dú)立設(shè)課，學(xué)分可設(shè)為1—2個(gè)學(xué)分。通過(guò)獨(dú)立設(shè)課，單獨(dú)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)進(jìn)行考核和評(píng)定，可提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)的最終成績(jī)，可結(jié)合三方面進(jìn)行評(píng)定。一是平時(shí)成績(jī)，是對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)等綜合情況的判定。二是期末考試成績(jī)。考試時(shí)，可由學(xué)生隨機(jī)抽取實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并回答老師的提問(wèn)。老師對(duì)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)回答問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)操作及結(jié)果分析的綜合能力進(jìn)行判定。三是科研創(chuàng)新成績(jī)。可根據(jù)學(xué)生自行設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，和撰寫(xiě)小論文的情況酌情給分。最后，按照規(guī)定的權(quán)重系數(shù)，來(lái)評(píng)定學(xué)生的期末最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

3.全方位開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理體系中存在的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用率低的問(wèn)題，可建立開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)時(shí)間和教學(xué)內(nèi)容上的全方位開(kāi)放。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全校師生對(duì)實(shí)驗(yàn)室資源和信息的共享，大大提高了實(shí)驗(yàn)室管理的先進(jìn)性和便利性。實(shí)驗(yàn)課網(wǎng)上選課系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái)的核心內(nèi)容，學(xué)生可輸入個(gè)人登錄號(hào)和密碼登錄此系統(tǒng)，來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)間和對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)約。同時(shí)，學(xué)生還可以通過(guò)登錄此系統(tǒng)查看實(shí)驗(yàn)成績(jī)。此外，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可共享包括實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y力量、實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介、實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹、多媒體課件等相關(guān)方面的信息。

開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室[4]的建立不僅可以提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，還可以緩解實(shí)驗(yàn)高峰期，設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足而引起每組人數(shù)過(guò)多的問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)學(xué)生自己在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的方式，使得學(xué)生可靈活支配課余時(shí)間。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材及時(shí)更新?lián)Q代。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的及時(shí)更新，要求實(shí)驗(yàn)教師多搜集資料，留意最新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，多與兄弟院校之間進(jìn)行交流互動(dòng)，這樣才能及時(shí)淘汰落后的設(shè)備，提高實(shí)驗(yàn)效率。同時(shí)，配套的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金也要及時(shí)預(yù)備和撥出，否則只能是空談。

實(shí)驗(yàn)教材必須要跟設(shè)備同步[5]，及時(shí)刪除不做的實(shí)驗(yàn)，并增加新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，教材內(nèi)容應(yīng)注重流動(dòng)機(jī)理、工程實(shí)際應(yīng)用的講解，而實(shí)驗(yàn)步驟相對(duì)簡(jiǎn)單化，以留出學(xué)生自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的空間。教材內(nèi)容應(yīng)力求符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律及便于自學(xué)的原則。

三、結(jié)語(yǔ)

流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是流體力學(xué)這門(mén)課程教學(xué)過(guò)程中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與理論教學(xué)相輔相成。隨著高等教育改革的不斷深入，流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)考核方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材等方面需要不斷地進(jìn)行改革和探索，使每一個(gè)完成流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生從中得到鍛煉和提高，為培養(yǎng)理論知識(shí)扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)的應(yīng)用型和創(chuàng)新人才奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳俊俊，龐赟佶，王曉彤，劉素霞.建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)《流體力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2016，（16）：225-226.

[2]梁延鵬，曾鴻鵠，李艷紅.基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2012，4（11）：155-157.

[3]鄧輝，張志宏，顧建農(nóng).面向應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，16（5）：72-74.

[4]胡仁杰.營(yíng)造開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，開(kāi)展開(kāi)放式自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（7）：822-826.

[5]宋國(guó)利，蓋功琪，蘇冬妹.開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)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