基于實驗教學啟發的水力學教學模式探究

摘要：本文從培養學生動手能力入手，根據水力學課程的特點，在土木工程實驗中心既有的實驗設備的前提下，結合近幾年對給排水專業學生的教學實踐經驗，合理優化教學資源和教學內容。將水力學實驗分為教學演示型和綜合性實驗兩大類內容，并綜合采用以板書教學與多媒體教學相結合的教學方式，其中加入水力學相關知識的視頻作為輔助教學內容，并按照教學大綱要求分章節定期進行課堂測試，取得了比較滿意的教學效果。

關鍵詞：水力學；實驗教學；教學模式

一、引言

水力學是建筑、土木工程、水利水電、機械、電子、化工、能源環境、消防等各個學科的一門主要的技術基礎課程，同時更是市政給排水工程、水利水電工程的一門重要的專業基礎，是一門有著傳統發展歷程并富有強勁生命力的古老學科。如怎樣把這門古老的、實踐性很強的學科與21世紀人才培養的需要很好地結合起來，目前全國高校都在進行著積極的探索，可喜的是目前已積累了許多教學經驗和科研資料，完成了許多有價值的教學成果，并在此基礎之上，根據現有的師資、設備，資金投入及教學條件，積極探索以課堂教學為主，聯合運用多種教學手段并存的教育教學模式，力爭取得水力學課程的最佳教學效果。

二、實驗教學資源的配置與實驗教學內容優化

水力學實驗室一直是土木工程給排水工程專業本科教學的基礎之一。由于進行實驗的學生比較多，包括一本和三本的學生，再加給排水工程專業在土木工程學院還屬于比較年輕的專業，與其配套的相應教學設施和實驗設備均不能滿足目前學科發展的要求。實驗室堆積了大量的以往土木工程專業建筑工程方向學生用過的陳舊的試驗設備，無法滿足給排水專業學生對水力學課程學習的需要。因此，學院結合學校與地方共建項目，籌集了試驗室建設資金，對實驗室進行了教學資源的合理化配置與優化。將原來的陳舊試驗設備全部替換為很多新購置的儀器設備，從河北工業大學南院結構實驗室搬遷至北辰校區土木工程結構試驗中心四樓單獨的試驗室，為合理進行水力學試驗提供了可能。構建新的水力學試驗教學內容，主要從水力學試驗內容的應用廣泛性和工程實用性入手，對一些試驗方法陳舊，內容重復的試驗進行合并和刪除，對于體現水力學理論精髓的和前沿的必要試驗項目保留或拓寬，將試驗體系進一步整合、優化，適當開設演示型試驗與個人操作型試驗相結合的試驗方法。編寫完成適合給排水專業本科生需要的專門水力學試驗指導書與任務書，配合相關教材和多媒體課件，在實驗內容安排上，盡量使各個試驗內容之間找到聯系，能夠使學生在實驗的過程中了解試驗的結果的適用范圍和用途等等。比如，在進行伯努利方程試驗的同時，可以讓學生認識到水力學中連續性方程的應用和驗證，同時在實驗過程中還可以讓同學測量得到在水中一點處存在的全壓強和靜壓強的區別和測量方法，讓學生在試驗的過程中，不僅僅可以學到能量方程在水力學中的應用，還可以驗證其他的方程和畢托管測速原理以及水頭損失的相關理論和知識。親自動手記錄結果，了解試驗過程中出現的課本上不能形象呈現的理論知識。根據教學大綱的基本要求，水力學課程要求的試驗學時只有8個學時，而課堂授課學時從原來的38個學時增加到了48個學時，對于試驗學時卻沒有做任何的變化，因此，為了更好的達到水力學試驗教學內容的基本要求，對水力學試驗內容進行了相應的調整和優化。水力學實驗內容主要包括測試類，及演示類兩大系列16個實驗種類。其中測試類的內容有：局部水頭損失實驗、沿程水頭損失實驗、雷諾實驗、管道流量實驗、畢托管、流速儀測速實驗。演示類的內容有：流線演示、水擊實驗、虹吸管試驗、水面曲線演示實驗、水躍演示實驗、孔口與管嘴實驗、空化空蝕演示實驗、水泵氣蝕實驗、明渠和堰流演示實驗。

三、運用多種教學方式，不斷提高教學質量

課堂教學仍是教學的基本形式，高校教學自然也不例外，但除了課堂教學之外，實踐教學同樣是對大學生教育教學的重要環節，因為大學生最終是要面向社會，走向適合自己的工作崗位，如何順利的實現中學到社會階段的過渡，大學階段的學習顯然是非常重要的。

1.板書與多媒體教學相結合。在課堂教學中，教師始終處于主導地位，學生是教學目的的體現者，是課堂教學的主體。教與學是一個有機的整體，教師在講課的過程中，如果沒有學生學習的積極性與興趣，教師則講的異常乏味，不能收到良好的學習效果。傳統的板書式教學雖然顯得比較落后，但是在每一次授課時，這種經典的方式往往會達到一種最佳的交流模式，并使得師生之間傳遞信息的方式變得輕松自然，而這一效果則是多媒體教學所無法做到的。教師在講課的同時可以隨時用眼神觀察到聽課同學的神態和表情，從而第一時間判斷學生對所講授知識的熟悉和接納程度。此外，教師在書寫板書過程中所表現吹來的言行舉止、精神風貌以及道德風尚等均對學生產生很大的影響，而這種影響力則是任何一種教育教學方式所不能代替的。此外，板書教學過程同樣可以很好地控制教師講課的節奏和速度，在傳授知識的同時可以隨時控制教學進度，調整不好的講課方法，重點難點處可靈活加以處理。誠然，多媒體教學也有其不可比擬的優越性，心理學早已證明，人在學習時多種感覺器官的協同工作可大大提高學習效率，如果給學習者以復述的機會，即以交互方式進行學習，其效果會更加明顯主要體現在以下幾個方面：首先，多媒體課件通常可以將課本抽象的內容通過簡單的形式展現出來，通過幻燈片、圖片、影像、錄音、錄像以及記錄片的方式提供給大家一種更加直接的學習方式，學生在學習的過程中不僅樂于學習，而且有時會更加的激發學生的學習興趣，這種效果是極其微妙的。都說教學是一門藝術，而這門藝術如何的體現，可能每個教學方式都能體現其價值。其次，多媒體教學可以輔助板書教學，因為多媒體課件通常是以投影的方式反映在屏幕上，這樣就有更多的黑板空間提供部分需要板書的內容，這便是板書結合多媒體教學方式的獨到之處，現在這種方式已經被大多數的教師所采納和接受。水力學中有很多的名詞和概念是很抽象的，比如描述液體流動形態的雷諾數，如果一上來就告訴學生雷諾數的定義和計算方法，即使背下了定義，正確的計算出了數值，也無法從本質上掌握雷諾數的真實物理意義。要弄清楚這個概念，首先必須給學生介紹水流的基本特點，水流的流動受什么因素影響，從雷諾試驗入手，讓學生每次在遇到雷諾數這個概念的時候就會聯想到雷諾試驗，這樣不僅可以使學生學會計算雷諾數，還可以從本質上掌握雷諾數的基本概念。另外，水力學中的明渠水流和堰流等概念，也可以先給學生播放教學版的教學錄像，讓學生知道所謂的明渠水流和堰流其實在我們的日常生活中經常會遇到，只不過我們當時并沒有用科學的眼光去認識他們，多媒體中的視頻教學環節會吸引大家的眼球，為理論知識的學習和煩瑣的明渠流計算奠定基礎。

2.課堂討論、定期測試與課后作業有機結合。大學期間要求學生不僅要掌握基礎理論知識，還需要鍛煉自己學習獲取知識的方法和技巧。比如在課堂教學的同時，穿插定期的課堂測試與討論，定期與學生面對面的交流，這樣可以多方面的深入了解學生對知識的掌握程度與學習方法上存在的誤區。長此以往，對以后學生形成獨立思考、勤于思考、多角度思考問題提供幫助。但是根據水力學課程的特點和學時所限，討論課僅能占總學時的一少部分，習題測試課程也只能是幾個章節過后才能進行一次，目前已經在給排水2010級學生中進行了初步的嘗試，學生每次在測試的時候會自如的結合成幾個小組，通過閱讀教材、整理課件和筆記，對剛剛學過的知識進行討論，加深印象的同時也會提出各種各樣的問題。測試結果還可以作為學生的平時成績，這樣為最終的考核提供了一定的參考。課堂討論主要是以教師提問的方式進行，教師提出問題留給學生時間去思考，然后當堂提問記錄平時的成績。這樣學生會集中精力跟著老師的講課思路走，不會輕易的走神。例如，孔口、管嘴恒定流水力計算這一章，恰好是水力學三大方程理論后應用的第一章，從研究內容和范圍來看，這類問題與我們日常生活密切相關，在課前由教師給出學習提綱和思考題，擬定課堂討論題目，例如：房屋的檐口位置為在孔口外伸一段管嘴，這樣會不會增加水頭損失，減小了水流流量？在討論課上，教師自始至終引導學生圍繞重點內容展開討論，首先會根據自己所學知識產生疑問，然后按照問題的出現去主動尋找答案，這樣建立在自學基礎上由教師引導的課堂討論式教學，經過四年的教學實踐和不斷完善，應該可以取得理想的教學效果。同時，可以采用課堂提問，回答對與錯都可以使學生即興發揮，對這一類問題的印象會更加的深刻。同時，每一堂課后基本上都有作業，除了課后習題之外還要布置幾道思考題，留做下節課上課前提問，這樣保證了學生學習一門課程的連續性。

四、結語

以上是在水力學教學過程中結合試驗教學內容，為了迎合現代社會對人才的需求，通過合理的教學方法，為了提高教學質量，從提高學生接受知識的能力和綜合素質方面入手，以加強大學生實踐能力為指導思想，通過對目前水力學教學過程中存在的問題，并結合水力學試驗教學方法進行了概括的分析與討論。通過分析可以看出，現代化教學應以多媒體教學為主，形象逼真的傳遞知識，同時適當的板書教學不僅可以很好地與學生互動，而且可以傳遞教師的道德和情操；其次，合理配置實驗室教學資源，使每個在校學生在課堂學習的同時，多參加課下動手能力，為以后走向社會打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]于布.水力學[M].北京：華北水利水電出版社，1996.

[2]裴國霞.水力學課程教學模式的改革與實踐[J].內蒙古農業大學學報，2000，2（3）.

基金項目：國家自然科學基金青年基金項目（51008110）