運(yùn)用課堂演示實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)1)

王 英 朱志輝 羅建陽 謝曉晴 李海英 蔡儒雅

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，長沙410075)

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)離不開創(chuàng)新性教學(xué)，實(shí)驗(yàn)既動(dòng)手又動(dòng)腦，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的極好途徑。由于流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，使得流體力學(xué)研究離不開科學(xué)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)代流體力學(xué)就是在純理論的經(jīng)典流體力學(xué)與偏重實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典水力學(xué)結(jié)合后才發(fā)展起來的，理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算是其三大支柱。但因?qū)嶒?yàn)學(xué)時(shí)少、學(xué)生人數(shù)多，還有儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)的限制，僅僅通過很少學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)很難達(dá)到培育創(chuàng)新人才的要求。根據(jù)我校的現(xiàn)有條件，我們在課堂演示實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了一些探索和創(chuàng)新。

1 將簡單易行靈活多樣的演示實(shí)驗(yàn)帶入課堂，提高學(xué)生興趣，啟發(fā)創(chuàng)新思維

課程講到伯努利方程的時(shí)候，我們用一個(gè)盛水的水槽，里面漂浮著兩個(gè)用泡沫做成的船模，兩個(gè)船模之間相隔有一定的距離(如圖1)，實(shí)驗(yàn)前請同學(xué)們想一想：往兩個(gè)船模之間沖水，這兩個(gè)船模會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？當(dāng)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)兩船模不但不會(huì)被水沖往兩邊，反而還會(huì)互相靠近直至撞到一起時(shí)(掃描圖1 中二維碼觀看船吸小實(shí)驗(yàn)視頻)，都表示了強(qiáng)烈的好奇，這時(shí)教師給同學(xué)們講述船吸現(xiàn)象和原理，講講歷史上“奧林匹克” 號與“豪克” 號相撞的重大海難，這極大地調(diào)動(dòng)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。教師及時(shí)啟示同學(xué)們，伯努利原理可以解釋生活中大量的類似現(xiàn)象，布置他們課后用自己的眼睛去尋找生活中伯努利方程的應(yīng)用，用自己的腦袋去思考為什么。因此，同學(xué)們學(xué)習(xí)和探索的積極性變得高漲，提交的小作業(yè)質(zhì)量也很高。比如：有的同學(xué)在老師實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，研究是在多大距離開始產(chǎn)生船吸？船吸時(shí)是小船撞向大船還是大船撞向小船？是齊頭并進(jìn)時(shí)容易產(chǎn)生船吸還是一前一后有些距離更容易產(chǎn)生船吸？

圖1 船吸小實(shí)驗(yàn)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)因?yàn)橐旁谧烂嫔献?，坐在下面的同學(xué)不易觀察水槽內(nèi)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，因此我們改用圖2的實(shí)驗(yàn)：將兩根吸管粘在硬紙板上做成軌道，相隔一定距離放置兩個(gè)乒乓球，通過卷紙筒往兩個(gè)乒乓球之間吹氣，兩球不但不會(huì)被吹開，還會(huì)都往中間來直至互相靠在一起(掃描圖2 中二維碼觀看乒乓球吹氣小實(shí)驗(yàn)視頻)。通過這些生動(dòng)有趣、貼近生活、靈活多變、簡單易行的課堂演示實(shí)驗(yàn)，極大地調(diào)動(dòng)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，探索和創(chuàng)新意識(shí)不斷開啟。

圖2 乒乓球吹氣小實(shí)驗(yàn)

2 在實(shí)驗(yàn)中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

學(xué)習(xí)了文丘里管之后，提問同學(xué)們能不能開發(fā)出文丘里管的一個(gè)新功能？有的同學(xué)提出可利用文丘里喉管處的負(fù)壓，做成一個(gè)負(fù)壓抽水機(jī)，無需用電即可抽水；有的同學(xué)提出可做成花式雞尾酒拌合器等等，年輕學(xué)生的頭腦中沒有固有概念的約束，當(dāng)他們打開腦洞展開幻想時(shí)，出現(xiàn)了很多新奇古怪的想法，盡管幼稚，盡管有些可能是已有的現(xiàn)成東西，但他們確實(shí)是自己想出來的，這就是創(chuàng)新！這種訓(xùn)練，無疑對創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是大有好處的。

創(chuàng)新能力訓(xùn)練貫穿在課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，比如同學(xué)們學(xué)習(xí)了如何計(jì)算平面上的流體靜壓力，有一個(gè)習(xí)題是計(jì)算某平板的轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝位置，類似于圖3 的中間部分，教師在講評作業(yè)時(shí)告訴同學(xué)們，這平板就是很有實(shí)用價(jià)值的水力翻板門。學(xué)完這一章，布置一個(gè)開放性的思考作業(yè)：能不能設(shè)計(jì)一個(gè)不用電的自動(dòng)沖洗廁所裝置？很多同學(xué)立刻想到了水力翻板門，設(shè)計(jì)如圖3：隨著水箱水位的逐漸增高，水壓力的作用點(diǎn)也增高，當(dāng)作用點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)軸之上時(shí)，形成開門力矩，水力翻板門自動(dòng)開啟，放水沖洗廁所，放水后在自重作用下平板自動(dòng)回位，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。還有一個(gè)同學(xué)利用所學(xué)流體力學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)制作了一個(gè)花盆自動(dòng)虹吸澆水裝置，在家中無人給花澆水的情況下，能夠自動(dòng)不間斷地給花盆澆水。

圖3 自動(dòng)放水水箱

這種實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)式、討論式、互動(dòng)式的教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生許多創(chuàng)新聯(lián)想，進(jìn)而主動(dòng)學(xué)習(xí)探索流體力學(xué)基本原理，從而取得了很好的教學(xué)效果。

3 教學(xué)體會(huì)

在結(jié)合實(shí)驗(yàn)開展創(chuàng)新性教學(xué)的實(shí)踐中，靈活有趣的課堂演示實(shí)驗(yàn)，在提高學(xué)生興趣、啟發(fā)創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面確實(shí)很有效果，關(guān)鍵要有一支熱愛教育，具有開放性、創(chuàng)造性思維和能力，以教書育人為初心和使命的教師隊(duì)伍，教師必須做有心人，時(shí)時(shí)處處留心收集各種各樣有趣、實(shí)用、簡單易行的小實(shí)驗(yàn)，同時(shí)科學(xué)組織、靈活協(xié)調(diào)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，開展創(chuàng)新性教學(xué)。良好的實(shí)驗(yàn)條件可以將課堂演示小實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室的量測大實(shí)驗(yàn)結(jié)合，讓學(xué)生們親手驗(yàn)證自己百花齊放、異彩紛呈的想法，還可以與學(xué)生科技活動(dòng)及社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，這樣就能保證創(chuàng)新教學(xué)的實(shí)施，創(chuàng)造型人才才能層出不窮，教育的最終目的才能實(shí)現(xiàn)。