通過流體力學實驗培養學生的綜合能力

摘 要：流體力學實驗是流體力學課程的重要組成部分，每一項實驗，包括實驗目的、實驗原理、實驗方法和撰寫實驗報告的每一個環節，都能巧妙地融入培養學生綜合能力的基本元素，使學生通過實驗， 提高認識流體運動規律和理論分析能力，掌握實驗方法和技能，學會處理實驗數據和撰寫實驗報告，最終達到培養學生認識問題，提出問題和解決問題的綜合能力。

關鍵詞：流體力學實驗 培養 綜合能力

0綜述

流體力學是許多專業的必修基礎課程，從水利水電工程、風力發電、給水排水、暖通空調、大氣污染擴散，到飛機、船舶設計、衛星和導彈發射，無不涉及流體力學。根據不同介質，流體可分為氣體和液體。流體力學的發展過程始終伴隨著實驗研究，由于流體運動的復雜性，僅靠理論分析和數值計算難以完全解決工程流體力學問題，因此重大工程和航空航天項目，都必須經過流體試驗驗證或修正后方能實施。

流體力學實驗是流體力學課程的重要組成部分，通過實驗教學，增加學生對流體力學的感性認識，培養學生的合作精神及創新意識，學習理論聯系實際的科學思維方法，加深理解流體力學的基本概念，提高學生的動手能力，掌握流體力學基本參數的測量方法和現代測量技術應用，學會實驗數據分析和實驗報告撰寫，達到提高分析問題和解決問題的綜合能力。

1.實驗安排與設置

不同專業的流體力學課程內容和學時不同，實驗項目也不一樣，按實驗類型可分為驗證實驗、演示實驗和綜合性實驗。驗證實驗是利用實驗手段和方法，對理論分析得出的定理、公式或結論的真實性和正確性加以驗證；演示實驗是通過技術手段，使流體質點運動的軌跡和流體現象變得可視，讓學生通過演示實驗，增加感性認識，加深理解流體運動的內在規律和現象；綜合性實驗涉及本課程或本專業多學科的綜合知識，學生通過綜合性實的驗訓練，能運用綜合知識解決流體相關問題。

2.實驗環節與綜合能力的培養

流體力學實驗有五個環節：（一）預習環節，實驗前，學生預習實驗指導書，熟悉本實驗相關內容；（二）授課環節，指導教師在實驗課上講解實驗目的、實驗原理、設備構造、實驗方法和步驟；（三）實驗環節，學生根據實驗目的和實驗方法實際操作，記錄實驗數據，計算相關參數，實驗結束后需經指導教師檢查簽字后方可離開實驗室；（四）撰寫實驗報告環節，實驗結束后，學生回去整理實驗報告，其中包括實驗數據計算，圖表制作，誤差分析，解答思考題；（五）批改實驗報告環節，教師通過批改實驗報告，發現學生實驗中存在的問題，在下一次實驗課講評本次實驗學生出現的典型問題和共性問題，避免以后再犯同樣的錯誤。下面將通過實例探討如何利用實驗環節提高學生的綜合素質。

2.1實驗授課環節

實驗授課是整個實驗過程的重點環節，把握住這個環節，學生不但能順利完成實驗，還能學到理論課以外的知識。根據我們多年的實驗教學經驗，發現有的學生只注重實驗操作，對實驗原理和機理一知半解，知其然不知其所以然，針對這一情況，在講授實驗課時，采取啟發互動模式，對可能引起誤解的理論概念和實驗現象提出問題，引導學生思考和討論，學生對所提出問題給出自己的理解和解答，為了全面了解學生掌握的真實情況，教師會根據學生發表意的意見進行歸納，讓學生舉手表態同意哪一種解答？并說出理由，然后讓答對的同學進行講解，教師最后歸納總結，通過這種互動教學模式，不但提高了學生學習的積極性，還調動了學生的主觀能動性，教學效果顯著。

2.2 自制實驗教學設備

高校應該鼓勵教師研制實驗教學設備，把現代測試技術和綜合知識融入教學實驗中，這不但能提升教師的科研能力和教學水平，還能培養學生的綜合能力。我校流體力學實驗室的教學實驗設備自制率超過85%。下面以有壓管水擊演示實驗為例，闡述自制實驗設備在教學中的作用與優勢。

水擊壓強演示實驗如圖1所示：

（1）突然關閉閥門，水擊發生，測壓管⑧的水位由動水壓強位置飆升遠超過給水箱總水頭；

（2）學生把手輕放在實驗段橡膠管⑦上，能感觸到水擊產生時管壁受壓膨脹、減壓收縮的過程；

（3）正壓波傳遞到A點時，金屬觸點開關⑩導通，發光二極管發光，秒表開始計時，當正壓波傳遞到B點時，另一個金屬觸點開關導通，發光二極管發光，秒表停止計時，水擊波傳遞速度 ；

（4）壓力傳感器能將壓力變化轉換成電壓信號輸入給計算機，計算機能記錄并顯示出水擊壓強過程線，從水擊壓力過程線能定量測量出閥門關閉時間、最大水擊壓強、水擊波周期和衰減過程。

課堂上講解水擊現象比較抽象，學生也難理解和掌握，通過自制設備演示，把復雜的水擊現象清晰的展示給學生，學生通過觀察和體感，了解水擊的發生過程，搞清楚水擊發生時水力參數變化規律，以及如何在工程中避免水擊發生，這是現代教育不可或缺的手段。

2.3把控實驗環節

大多數學生都能按實驗要求進行實驗，但也有個別學生對實驗不夠重視，不能按要求進行實驗，因此教師要嚴格把控實驗環節，現場答疑，實驗結束后要檢查學生的實驗記錄，對不符合實驗要求的數據，啟發學生找出原因或重做，讓學生懂得要以嚴謹的科學態度對待實驗。

2.4撰寫實驗報告環節

實驗報告是學生的實驗成果，它不但能反映實驗教學質量和水平，還能檢驗學生是否掌握了課堂教學理論，是否達到了教學目的。因此實驗報告應該包括實驗數據計算、誤差分析、圖表制作及分析，實驗結論，此外還應該包含有一定難度的思考題。

實驗思考題的設計原則是緊扣實驗目的，重點是實驗原理，落腳是實驗應用。好的思考題應該提問簡潔，難度適中，不限于用一種方法和思路解答，學生需要經過查詢參考資料，獨立思考，舉一反三方能解答，這既鍛煉了學生的思維能力，又提高了解決問題的能力。

3.結果和結論

綜上所述，流體力學實驗是理論教學不可分割的重要組成部分，也是現代教學的必要手段，在培養學生綜合能力和創新精神方面，只要抓住實驗教學的每一個環節，從教育規律入手，循序漸進引導學生認真學習、獨立思考、協作實驗、科學分析實驗數據，認真撰寫實驗報告，通過每一步點滴的訓練，一定能培養出學生認識問題，提出問題和解決問題的綜合能力。

參考文獻：

[1]周琦. 實驗教學是培養學生綜合素質和創新能力的重要手段和途徑 [J ].實驗技術與管理，20（1）：76-81

[2]黃永琴.論實驗教學改革與創新人才培養[J ]. 實驗技術與管理，2001 ，18（4） ：54 – 591