淺談水力學(xué)實驗在教學(xué)中的重要作用

張璇

[摘 要] 從水力學(xué)實驗在教學(xué)中所起的作用出發(fā)，探討實驗教學(xué)的重要性，以及如何和理論教學(xué)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的思考思維能力、動手實踐能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

[關(guān) 鍵 詞] 水力學(xué)；實驗；教學(xué)

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）19-0144-02

水力學(xué)是水利工程、農(nóng)田水利、給水排水專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，在整個課程體系中占據(jù)著重要的位置。而水力學(xué)實驗教學(xué)是實踐教學(xué)體系中的重要環(huán)節(jié)，主要研究水流在靜止和運(yùn)動的狀態(tài)下在工程中的應(yīng)用。在大學(xué)學(xué)習(xí)階段，實驗教學(xué)的目的是使學(xué)生通過親自操作實驗設(shè)備，鞏固理論知識的學(xué)習(xí)，能夠在操作中通過思考來分析問題及解決問題，可以得到科研方面的提高。和理論教學(xué)一樣，實驗教學(xué)同樣要“授人之漁”，不是簡單的重復(fù)勞動。因此，師生在教學(xué)中的角色只是對學(xué)生起點(diǎn)撥啟發(fā)的指引者，更多的是要靠學(xué)生通過認(rèn)真思考刻苦鉆研自己去理解去掌握，發(fā)揮學(xué)生的潛能。學(xué)生通過驗證水流靜止和運(yùn)動的規(guī)律，觀察壓強(qiáng)、水流流態(tài)、流速、學(xué)習(xí)水位、流量等水力要素的基本測量方法，將理論和實踐有效地結(jié)合起來，更好地掌握水力學(xué)的理論知識和實踐技能，為今后專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

實驗中，學(xué)生能否正確操作和如何將知識合理、巧妙地運(yùn)用到實驗中，離不開教師的細(xì)心引導(dǎo)。這就首先要求教師本身對實驗儀器和實驗過程熟練掌握。能將儀器的特點(diǎn)及作用向?qū)W生講解清楚，對試驗中可能出現(xiàn)的問題要做到心中有數(shù)，實驗儀器設(shè)備方面的漏洞要及時發(fā)現(xiàn)。每個學(xué)生都是獨(dú)立的個體，從每個個體的視角出發(fā)，教師耐心解答他們的疑惑，引導(dǎo)他們不斷探索，那么實驗課得到的將不只是枯燥的結(jié)果，而是在成長中一直伴隨他們的愛思考、愛鉆研的精神。

課堂上，專業(yè)課有些枯燥，很多學(xué)生興趣不大，但是到了實驗室，很多學(xué)生表現(xiàn)出的期待是在教室里看不到的。上實驗課的時候，教師可以將書本知識融入課堂，使學(xué)生理論與實驗相結(jié)合，既可以掌握理論知識又能動手做實驗，一舉兩得。有些學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果比較差，不愛聽講，但是做實驗的時候很愛問問題，實驗數(shù)據(jù)得出后他們很有成就感。這使教師明白了課堂教學(xué)與實驗相結(jié)合的重要性與必要性，如何結(jié)合得更完美也是在教學(xué)過程中要考慮的問題，但毋庸置疑的是實驗教學(xué)在理論教學(xué)中所起的作用越來越重要了。目前很多學(xué)校都加大了實驗室的投入，提高了實驗教學(xué)的比例，使學(xué)生在掌握理論知識的同時可以掌握動手操作。學(xué)生畢業(yè)之后就學(xué)會了一項技能。這也是職業(yè)院校的辦學(xué)理念。

基于我校的實際條件，對于水力學(xué)這門課程中所涉及的實驗我們只能操作幾個，包括：雷諾實驗、能量方程實驗、局部阻力系數(shù)實驗、靜水壓強(qiáng)實驗。這些實驗在教學(xué)中對學(xué)生產(chǎn)生了很大影響。首先，目前的教學(xué)形式仍然是以講授為主，而作為專業(yè)性較強(qiáng)的理論課，學(xué)生難以很快地理解吸收，但和實驗相結(jié)合，從直觀上對知識點(diǎn)進(jìn)行剖析，有助于理解和掌握。老師通過生動的講解和演示，讓學(xué)生切身體會水流運(yùn)動場景，使原本抽象的概念形象地展示在眼前，形成更深刻的理解和記憶。一個好的演示實驗往往可以調(diào)動學(xué)生對知識更深層次的探索欲望，使學(xué)生的思維更活躍，思路更開闊。不但加深了學(xué)生對所學(xué)知識的理解和掌握，糾正了原來不正確的觀點(diǎn)或認(rèn)識不清楚的地方，并且學(xué)生能體會到親自動手后的成功與快樂。其次，學(xué)生只懂理論是不夠的，在實驗與理論相互驗證中，在將來才能更好地學(xué)以致用。

在做實驗的過程中，會出現(xiàn)很多書本上沒有講到而意想不到的問題，在解決問題的過程中使學(xué)生不僅加深對基本理論、基本方程的理解；而且在增強(qiáng)學(xué)生動手能力的同時，也提高了學(xué)生主動分析、解決問題的意愿。再次，相對于課堂教學(xué)而言實驗教學(xué)的形式更加靈活，內(nèi)容更加豐富，更具體，學(xué)生理解實驗現(xiàn)象容易于理解理論知識。一個實驗可以做成功，學(xué)生會很有成就感，同時對學(xué)習(xí)理論知識有很大的促進(jìn)作用。

現(xiàn)就具體的雷諾實驗來舉例。雷諾實驗是水力學(xué)實驗中最重要的，因其設(shè)備簡單、操作容易，實驗現(xiàn)象清晰，所以作為教學(xué)實驗很有代表性。實驗的過程也是傳統(tǒng)教學(xué)，由教師先講實驗流程和操作步驟以及在實驗過程中可能會遇到的問題如何避免與解決。尤其重要的是在操作中一定要按照順序來，絕對不可以打亂操作步驟的先后順序。在記錄數(shù)據(jù)結(jié)果時要等到數(shù)據(jù)穩(wěn)定了再來讀數(shù)，改變實驗條件，多記錄幾組數(shù)據(jù)，找到幾組數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和區(qū)別，總結(jié)實驗規(guī)律，完成實驗報告。在此過程中需要所有的學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、相互配合，鍛煉了他們的整體意識。雷諾實驗裝置如下圖。

1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調(diào)速器 4.恒壓水箱；5.有色水水管；6.穩(wěn)水孔板；7.溢流板；8.實驗管道；9.實驗流量調(diào)節(jié)閥。

供水流量由流量器調(diào)控，使恒壓水箱4始終保持溢流的狀態(tài)，此時水流具有的總能量是一個定值。本恒壓水箱還設(shè)有多道隔板。紅色水經(jīng)紅色水水管5注入實驗管道8，可根據(jù)紅色水的水流狀態(tài)來判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用能自行消色的酚酞試劑。

雷諾實驗通過改變流速來觀察水流的流態(tài)是層流還是紊流，測定流態(tài)改變時的臨界雷諾數(shù)。學(xué)生在從書本中學(xué)習(xí)了基本知識，腦子中已經(jīng)形成了概念，現(xiàn)在到實驗室來驗證理論。在實驗室里，學(xué)生表現(xiàn)的充滿好奇并躍躍欲試，教學(xué)就可以趁熱打鐵。首先，由教師對當(dāng)天所要講的實驗內(nèi)容進(jìn)行操作，在操作過程中講解實驗現(xiàn)象以及可能會遇到的問題應(yīng)如何解決。在此過程中，結(jié)合課堂上所講的內(nèi)容，學(xué)生有恍然大悟的感覺。在實驗操作中，有的學(xué)生不知道緩沖裝置是何用，有的學(xué)生無論如何操作也無法使紅色的液體成為一條細(xì)線。其實做實驗最重要的是要細(xì)心，并且要遵循操作流程，操作步驟不能顛倒。之所以紅色液體無法成為一條細(xì)線是因為在實驗開始時管道當(dāng)中的氣泡沒有完全排干凈，氣泡的存在使得液體雜亂無章地流動，當(dāng)氣泡排干凈了，自然實驗就成功了。雖然實驗簡單，但真正能操作成功還需要學(xué)生在實驗實際操作過程中規(guī)范準(zhǔn)確、勤動手、多動腦。通過實驗發(fā)現(xiàn)自己在平時學(xué)習(xí)過程中遺漏的知識，發(fā)現(xiàn)自己操作過程中的問題，使學(xué)生將原理轉(zhuǎn)化為實際的能力有了很大的提高。

水力學(xué)是一門實際經(jīng)驗占比很重的專業(yè)基礎(chǔ)課，如何實際應(yīng)用尤為重要。通過將實驗引進(jìn)課堂的教學(xué)手法，使這種實踐性極強(qiáng)的教學(xué)手段不斷融入學(xué)生的學(xué)習(xí)中。使學(xué)生不僅加深對基本理論、基本方程的理解，同時增強(qiáng)動手和實際操作能力。即使在以后的工作中，學(xué)生時期在實驗中體會到的細(xì)節(jié)也會對工作內(nèi)容的理解和實施起到很大的幫助。

通過實驗，學(xué)生學(xué)到了書本上講不到的知識，還可以提高他們學(xué)習(xí)理論的興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動性，在操作實驗的過程中，又可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新思維、解決問題的能力。實驗教學(xué)和理論教學(xué)相互配合、相輔相成、相互促進(jìn)?？傊瑢嶒灲虒W(xué)在教學(xué)過程中是重要的一環(huán)，對教學(xué)起到了不可忽視的作用。水力學(xué)實驗教學(xué)也是個不斷完善和探索的領(lǐng)域，只有在實驗中積極思考、努力鉆研，才能取得滿意的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉貞姬，劉煥芳，宗全利.淺談水力學(xué)實驗教學(xué)改革[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2007（33）.