流體力學(xué)實驗教學(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，作為實踐與理論相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，流體力學(xué)實驗教學(xué)越來越受到重視。文章分析了目前流體力學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題和不足，從實驗教學(xué)模式、實驗考核方式、實驗教學(xué)流程、實驗設(shè)備和教材等方面進行改革和探索。

關(guān)鍵詞：流體力學(xué);實驗教學(xué);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(xué)中的實驗課，不僅可以幫助學(xué)生鞏固理論知識，還能培養(yǎng)學(xué)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(xué)是高等院校教學(xué)過程中的重要組成部分，對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有著舉足輕重的作用。然而，許多學(xué)生對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)重要度認識不夠，“重理論輕實驗”的現(xiàn)象普遍存在。傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法單一，難以調(diào)動學(xué)生積極性和探索求新的愿望，使得實驗教學(xué)效果與預(yù)期目標難以一致。因此，為提高實驗課程的教學(xué)效果，有必要對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)體系進行改革。

工程流體力學(xué)是熱能與動力工程、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奧，許多復(fù)雜的流動物理圖像難以用語言清晰地描述。因此，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)在流體力學(xué)教學(xué)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(yīng)得到相應(yīng)重視[1]。本項目就流體力學(xué)這門實驗課程，從教學(xué)模式、考核制度、實驗教學(xué)流程、實驗設(shè)備和教材等方面進行改革與探索。

一、流體力學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

1.實驗教學(xué)方法單一。按傳統(tǒng)的演示教學(xué)模式，教師對實驗過程的講解過于詳細，教學(xué)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(xué)生主動思考、積極探討和敢于創(chuàng)新的能力。

此外，由于高校擴招，學(xué)生人數(shù)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(xué)生人數(shù)，導(dǎo)致出現(xiàn)少部分學(xué)生動手，多數(shù)學(xué)生圍觀的現(xiàn)象，從而限制了每個學(xué)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(xué)不獨立設(shè)課時，從屬于理論教學(xué)[2]，嚴重制約了實驗室的建設(shè)和發(fā)展，導(dǎo)致實驗設(shè)備臺套數(shù)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(dǎo)致學(xué)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(jù)實驗報告的質(zhì)量來進行評定，忽略了學(xué)生實驗預(yù)習情況，以及實驗操作情況的表現(xiàn)，考核形式單一片面。

3.實驗室教學(xué)流程不規(guī)范。學(xué)生做實驗之前，與實驗老師聯(lián)系，臨時預(yù)約時間，這種教學(xué)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(xué)生，嚴重限制了實驗設(shè)備的利用率。

4.實驗設(shè)備和教材更新慢。很多流體力學(xué)實驗設(shè)備陳舊，不能及時更新?lián)Q代。例如，大多流體力學(xué)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(tǒng)測流速的方法是利用接水稱重的方法，通過測質(zhì)量流量求得，程序煩瑣落后。不僅阻礙學(xué)生接觸了解先進儀器設(shè)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(xué)會讀數(shù)即可，可以大大縮減實驗時間。

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

二、流體力學(xué)實驗教學(xué)改革與探索

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

1.采用先進教學(xué)手段。本著“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則，老師無須進行詳細的講解，只適當?shù)蒯屢山饣?。而?jié)約的實驗時間可充分利用現(xiàn)代的多媒體教學(xué)，制作教學(xué)課件，介紹與本實驗相關(guān)的工程實例圖片或動畫，激發(fā)學(xué)生興趣。此外，根據(jù)學(xué)生的實際情況，可靈活選擇不同的實驗。對于基礎(chǔ)較差、動手能力較弱的同學(xué)，可選擇一些基礎(chǔ)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(chǔ)扎實的同學(xué)，可鼓勵他們參照已有的實驗設(shè)備和實驗條件，利用所學(xué)的理論知識，以合作的形式完成創(chuàng)新性實驗。此外，為保證實驗效果，讓每個同學(xué)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(shù)在3人以內(nèi)。

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(xué)實驗課從理論教學(xué)中分離出來，獨立設(shè)課，學(xué)分可設(shè)為1—2個學(xué)分。通過獨立設(shè)課，單獨對學(xué)生實驗成績進行考核和評定，可提高學(xué)生對實驗課程的重視，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

對于實驗的最終成績，可結(jié)合三方面進行評定。一是平時成績，是對實驗預(yù)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(xué)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(xué)生現(xiàn)場回答問題、實驗操作及結(jié)果分析的綜合能力進行判定。三是科研創(chuàng)新成績?？筛鶕?jù)學(xué)生自行設(shè)計的創(chuàng)新性實驗，和撰寫小論文的情況酌情給分。最后，按照規(guī)定的權(quán)重系數(shù)，來評定學(xué)生的期末最終實驗成績。

3.全方位開放實驗室。針對傳統(tǒng)實驗室管理體系中存在的實驗室設(shè)備利用率低的問題，可建立開放式實驗室，從而實現(xiàn)教學(xué)時間和教學(xué)內(nèi)容上的全方位開放。開放式實驗室的實現(xiàn)可通過建立網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)平臺來實現(xiàn)[3]。網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)平臺充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，實現(xiàn)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(wǎng)上選課系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺的核心內(nèi)容，學(xué)生可輸入個人登錄號和密碼登錄此系統(tǒng)，來進行實驗時間和對應(yīng)實驗項目的預(yù)約。同時，學(xué)生還可以通過登錄此系統(tǒng)查看實驗成績。此外，網(wǎng)絡(luò)化實驗平臺還可共享包括實驗室?guī)熧Y力量、實驗室簡介、實驗設(shè)備介紹、多媒體課件等相關(guān)方面的信息。

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

4.實驗設(shè)備和教材及時更新?lián)Q代。實驗設(shè)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(xué)設(shè)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(shè)備，提高實驗效率。同時，配套的實驗室建設(shè)資金也要及時預(yù)備和撥出，否則只能是空談。

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

三、結(jié)語

流體力學(xué)實驗教學(xué)是流體力學(xué)這門課程教學(xué)過程中不可或缺的一個重要環(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)實驗教學(xué)也應(yīng)該與時俱進，在實驗教學(xué)模式、實驗考核方式、實驗教學(xué)流程、實驗設(shè)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(xué)實驗的學(xué)生從中得到鍛煉和提高，為培養(yǎng)理論知識扎實、動手能力強的應(yīng)用型和創(chuàng)新人才奠定扎實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[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)》課程實驗改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2016，（16）：225-226.

[2]梁延鵬，曾鴻鵠，李艷紅.基于實踐能力培養(yǎng)的流體力學(xué)實驗教學(xué)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(nóng).面向應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的流體力學(xué)實驗教學(xué)改革[J].實驗室科學(xué)，2013，16（5）：72-74.

[4]胡仁杰.營造開放的實驗教學(xué)環(huán)境，開展開放式自主實驗教學(xué)[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(xué)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