以學(xué)生為主體的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)及評價(jià)試點(diǎn)研究

高淑會，柴小軍，胡廣錄

（1.蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 甘肅 蘭州 730000）

水力學(xué)實(shí)驗(yàn)作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及將理論與實(shí)踐結(jié)合的一種手段[1]，是抽象知識到感官認(rèn)識、由理論到實(shí)際轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)質(zhì)量直接影響學(xué)生的工程應(yīng)用能力、工科專業(yè)工程教育認(rèn)證的程度及專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[2-3]。在本科學(xué)習(xí)階段，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括演示類實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)驗(yàn)證量測類實(shí)驗(yàn)和部分綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)[4]。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^觀察實(shí)驗(yàn)流動(dòng)現(xiàn)象，結(jié)合理論知識增強(qiáng)感性認(rèn)識，深刻理解理論知識；通過學(xué)生動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行探索、操作并驗(yàn)證已有理論，來培養(yǎng)其分析問題、解決問題的能力，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中潛移默化地提升其科研技能和科研素養(yǎng)。但是在目前實(shí)際的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于主觀或客觀條件的限制，學(xué)生仍然沒有處于主體地位[5-6]。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程以“教”為主，學(xué)生按照教師講解的步驟進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后交實(shí)驗(yàn)報(bào)告[4]。實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，這種模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果并不好[7-8]。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中沒有積極性，缺乏創(chuàng)新，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力與創(chuàng)新興趣很難被激發(fā)[9]。這種教學(xué)方式直接影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而影響專業(yè)能力及培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，更不能滿足工程認(rèn)證的需要和新時(shí)代對創(chuàng)新型人才素質(zhì)培養(yǎng)的要求。因此，本文將針對這些問題，對水力學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程及成績考核進(jìn)行改革，以適應(yīng)新工科背景下的工程認(rèn)證要求及“雙一流”學(xué)科對人才培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)定。

1 水力學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)形式單一化，學(xué)生缺乏主動(dòng)性

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程采用的是教師提前布置任務(wù)讓學(xué)生預(yù)習(xí)，然后教師上課以講授和現(xiàn)場示范為主，接著學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，最后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告這一模式。實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師雖然對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式要求等方面進(jìn)行了詳細(xì)講解，但由于學(xué)生初次接觸實(shí)體實(shí)驗(yàn)裝置，很多學(xué)生很難集中精力仔細(xì)聽完并消化吸收，大部分學(xué)生不能徹底理解實(shí)驗(yàn)裝置與理論知識之間的聯(lián)系。另外，雖然指導(dǎo)教師安排學(xué)生開展預(yù)習(xí)，鑒于沒有監(jiān)督機(jī)制，預(yù)習(xí)效果很大部分受學(xué)生懶惰和學(xué)習(xí)氛圍的影響。大部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)前沒有認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)過程不注重思考，敷衍完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1.2 教學(xué)內(nèi)容固化，實(shí)驗(yàn)缺乏綜合性

目前，每個(gè)學(xué)校根據(jù)其自身專業(yè)特點(diǎn)有選擇開設(shè)的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括三大類，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示性實(shí)驗(yàn)以及綜合性實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作流程基本已經(jīng)固化，教學(xué)過程中缺少綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有能量方程、畢托管測速、沿程和局部水頭損失以及孔口和管嘴出流實(shí)驗(yàn)等。以上傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目的就是驗(yàn)證課本上理論知識和理論公式，各實(shí)驗(yàn)之間沒有緊密的聯(lián)系，而且缺乏工程專業(yè)背景的滲透，不利于學(xué)生對理論知識的系統(tǒng)理解。此外，由于上述傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置都是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)全部是按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告流程化操作，沒有創(chuàng)新性，大部分學(xué)生往往僅是利用實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致完成實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)報(bào)告就意味著實(shí)驗(yàn)結(jié)束，并未深入思考如此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置的原理，更談不上與已有理論知識進(jìn)行連接。

1.3 考核模式單一，缺乏綜合評價(jià)方式

在目前的教學(xué)考核體系下，實(shí)驗(yàn)考核方式主要是通過學(xué)生出勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)來確定的?；谏鲜隹己梭w系，很多學(xué)生僅僅根據(jù)指導(dǎo)書撰寫完實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不能透徹理解實(shí)驗(yàn)過程與理論知識之間的聯(lián)系，這種考核方式不能有效激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)過程。由于實(shí)驗(yàn)儀器有限及開課班級及時(shí)間的限制，“流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)”開展過程中采用分組的模式，一般3—5 人成組完成實(shí)驗(yàn)。因此，一個(gè)組內(nèi)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)及圖表基本相同或相近。在實(shí)驗(yàn)過程中，有些學(xué)生存在僥幸心理，不積極主動(dòng)開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接照搬小組內(nèi)其他同學(xué)的內(nèi)容。采用上述考核方式使得每個(gè)學(xué)生的成績在學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)能力及操作過程中并不能恰當(dāng)體現(xiàn)，而且在完成實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的參與度、動(dòng)手操作的過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理的貢獻(xiàn)度也沒有得到有效考量。

1.4 實(shí)驗(yàn)儀器利用率低，實(shí)驗(yàn)室缺乏開放性

目前水力學(xué)實(shí)驗(yàn)的大部分實(shí)驗(yàn)儀器僅在教學(xué)中使用，而且教學(xué)過程中由于人數(shù)多，時(shí)間有限，使得學(xué)生沒有足夠的時(shí)間和精力對實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索。而在學(xué)生有較多空閑的時(shí)間段，受限于實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)規(guī)定及學(xué)生安全的問題，實(shí)驗(yàn)儀器并沒有得到充分利用。雖然有些高校在實(shí)驗(yàn)室管理中心的支持下設(shè)置了開放性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，但是現(xiàn)階段開展的上述實(shí)驗(yàn)往往以授課老師的科研項(xiàng)目為載體，并沒有對本科實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行深入研究。這種實(shí)驗(yàn)室開放形式對于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索不夠暢通，也不利于學(xué)生自主創(chuàng)新意識的提高。

2 水力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

2.1 改變水力學(xué)實(shí)驗(yàn)以“教”為主的理念

水力學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的要點(diǎn)是如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的積極性，啟發(fā)學(xué)生自主思考，理論聯(lián)系實(shí)際，發(fā)掘?qū)W生的自主創(chuàng)新能力。將學(xué)生被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體，教師輔助的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)活動(dòng)方式，明確學(xué)生的主體地位，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中通過發(fā)現(xiàn)問題分析問題來解決問題，其動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力才會被激發(fā)出來。

另外，教師在教學(xué)過程中需要秉承工科專業(yè)工程教育認(rèn)證理念，采用以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向的持續(xù)改進(jìn)方式，從微觀角度把握實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革設(shè)計(jì)過程，把學(xué)生作為主體對象來思考，提高學(xué)生的參與度。具體做法為：將學(xué)生被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體，教師輔助的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)活動(dòng)方式，通過讓學(xué)生自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)答辯、過程講解（指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)）、后期實(shí)驗(yàn)報(bào)告及設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等清晰明確的方式和可衡量的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)實(shí)驗(yàn)課程的可達(dá)成度，改變學(xué)生被動(dòng)、惰性的學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立分析、自我更新知識的能力。

2.2 改革水力學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程，提高教學(xué)效率

為提高學(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的內(nèi)生動(dòng)力，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)過程可以根據(jù)學(xué)生理論課學(xué)習(xí)的進(jìn)度，在開展實(shí)驗(yàn)課之前借助虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺預(yù)先開展水力學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)畫模擬和數(shù)據(jù)處理，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的特點(diǎn)來設(shè)置不同層次的問題，請學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況，根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)置在實(shí)驗(yàn)過程中尋找答案。比如，介紹完局部水頭損失中突擴(kuò)管和突縮管的三點(diǎn)法和四點(diǎn)法測量方法，引導(dǎo)學(xué)生思考采用上述方法的原因和機(jī)理，結(jié)合流動(dòng)演示現(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生自主思考，激發(fā)學(xué)生對知識進(jìn)行遷移和融會貫通的能力。在實(shí)驗(yàn)開展過程中，可以設(shè)置平行工況開展實(shí)驗(yàn)，比如水靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主選擇基準(zhǔn)面進(jìn)行測壓管水頭的量測，真正認(rèn)識到基準(zhǔn)面的物理意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師集中一個(gè)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)答辯和實(shí)驗(yàn)討論，根據(jù)實(shí)驗(yàn)答辯情況確定實(shí)驗(yàn)答辯成績。另外，實(shí)驗(yàn)中可以加入創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，可讓學(xué)生自行開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)裝置準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)據(jù)處理，并以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程為考核依據(jù)，考核成績優(yōu)秀的學(xué)生，可推薦其參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及大學(xué)生競賽等。

2.3 改革水力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核方式

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行考核，考核以小組的形式開展，以激發(fā)小組成員之間互相交流和協(xié)作的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程具體流程為：學(xué)生預(yù)習(xí)→預(yù)約實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)過程→實(shí)驗(yàn)答辯→實(shí)驗(yàn)報(bào)告評價(jià)/創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)→單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)總成績。實(shí)驗(yàn)最終成績可采用[實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（20%）+實(shí)驗(yàn)過程（20%）+實(shí)驗(yàn)答辯（20%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（40%）]的比例，取所做實(shí)驗(yàn)的平均值即為本門課程的最終成績。學(xué)生單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成績按照個(gè)人給分，其中，實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程答辯、實(shí)驗(yàn)預(yù)約這三項(xiàng)按照小組給定成績，任何一項(xiàng)不參加者，該單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成績記為不合格，實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)按照個(gè)人給分。實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)由指導(dǎo)教師按照實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的表現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力進(jìn)行給分，最后總成績由上述四部分組成。通過上述考核方式，可以鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中互相討論、交流，在交流過程中加深對理論知識的理解，對實(shí)驗(yàn)過程中自己哪些方面存在的優(yōu)勢和不足有充分的了解，深刻激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.4 改革實(shí)驗(yàn)室開放制度，實(shí)行預(yù)約和彈性管理

針對實(shí)驗(yàn)儀器利用率低，實(shí)驗(yàn)室缺乏開放性的問題，可以嘗試改革實(shí)驗(yàn)室開放制度，實(shí)行預(yù)約和彈性管理的新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。例如，本科實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間采用預(yù)約實(shí)驗(yàn)的模式，學(xué)生根據(jù)自己的空余時(shí)間和學(xué)習(xí)程度來預(yù)約實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)（半）開放狀態(tài)。為了保證學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室安全，實(shí)驗(yàn)室門口設(shè)置打卡機(jī)，學(xué)生只有刷卡才能進(jìn)入，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)裝有攝像頭，確保實(shí)驗(yàn)過程有記錄，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后刷卡退出。這種新的教學(xué)體系需要實(shí)驗(yàn)室的硬件配合和課程教學(xué)體系的軟件支撐。硬件方面，開放實(shí)驗(yàn)室需要與實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人相溝通，而且涉及學(xué)生安全問題，需要學(xué)生具有安全意識和對實(shí)驗(yàn)室認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度。軟件方面，教學(xué)老師在課程體系設(shè)計(jì)上需要綜合考慮實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等環(huán)節(jié)，在學(xué)生預(yù)約實(shí)驗(yàn)前應(yīng)給學(xué)生提供充足的資料進(jìn)行預(yù)習(xí)，包括實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作的相關(guān)視頻、實(shí)驗(yàn)教學(xué)CAI（輔助系統(tǒng)），根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場觀察、實(shí)驗(yàn)室錄像及實(shí)驗(yàn)結(jié)果來反推實(shí)驗(yàn)過程。另外，也可以嘗試?yán)脤?shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，將大學(xué)生學(xué)科競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和與“水力學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)相結(jié)合，請學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師進(jìn)行輔導(dǎo)，這樣更有利于提高學(xué)生的獨(dú)立思考問題、解決問題的能力。當(dāng)然，基于實(shí)驗(yàn)室的開放需要增加的實(shí)驗(yàn)室管理和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，相關(guān)管理部門應(yīng)該予以支持，以保障實(shí)驗(yàn)室的正常運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的順利開展。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生理解理論知識，探索未知領(lǐng)域的重要途徑，開展專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生理論知識體系建立、動(dòng)手能力以及實(shí)踐創(chuàng)新能力的最佳方法。本文針對當(dāng)前水力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，提出圍繞以學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法，包括：改變水力學(xué)教學(xué)理念、改變教學(xué)過程和考核方法、開放實(shí)驗(yàn)室等方式，以提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)專業(yè)能力培養(yǎng)和專業(yè)目標(biāo)。