“水輪機原理”探究式教學研究與實踐

劉忠 鄒淑云

摘 要 文章針對傳統教學模式存在的問題，提出采用探究式教學方法組織水輪機原理課程教學。從教師的教與學生的學兩個方面提出了探究式教學的構想與措施，并運用到教學實踐中，對提高學生的學習興趣和學習效果起到了積極的促進作用。

關鍵詞 探究式教學 水輪機原理 學習興趣

中圖分類號：G424文獻標識碼：A

Study and Practice on Inquiry Teaching of

Principles of Hydraulic Turbine

LIU Zhong， ZOU Shuyun

（School of Energy and Power Engineering， Changsha University

of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract In view of the existing problems in traditional teaching mode， the inquiry teaching method was used in teaching Principles of Hydraulic Turbine. The idea and measure of inquiry teaching were proposed from the two aspects of teachers' teaching and students' learning， and applied to the teaching practice. These study and practice are helpful to improve the students' learning interest and effects.

Key words Inquiry teaching; principles of Hydraulic Turbine; learning interest

教學過程是教師和學生的雙邊活動，是矛盾對立的統一體。教和學兩者互為依存，教師的教是教學過程的主要方面，它決定著教學的方向，進程和效果。傳統教學方法以教師講授為主，學生通常只能被動地接受知識，未能參與課程的討論過程。①“水輪機原理”課程是熱能與動力工程水動方向的主干專業課，具備較強的專業性、實踐性和系統性，傳統教學方法容易讓學生產生枯燥難懂的感覺。②

探究式教學，是指學生在學習概念和原理時，教師只是給他們一些事例和問題，讓學生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究。探究式教學效果與傳統教學模式相比，具有明顯的優勢，尤其適用于應用性強的課程。由于學生被引導進行深層學習，其對很多知識點的掌握程度大為加深，對知識意義的理解也更為自然。比如在條件允許的范圍內，滿足學生的興趣選擇，也使學生能夠快樂學習，這樣其創新能力和實踐能力在潛移默化中就得到了很大的提高。

因此，為了更好地增強“水輪機原理”課程教學效果，有必要研究采用探究式教學方法組織教學，鼓勵學生提問和質疑，活躍課堂氣氛。

1 探究式教學中教師的“教”

探究式教學對于教師是一項極富挑戰的工作。該挑戰一方面來自課堂教學，另一方面來自老師對于整個教學過程的掌控能力。在探究式教學過程中，學生不再需要老師把問題的答案分析和解釋給他們，而是自己獨立思考找出答案。正因為學生們能獨立思考，所以全班幾十名學生中總會出現各種問題。如果老師不具備一定的專業能力和執教素養，那么就很難應對學生的問題。

因此教師除了從事課堂教學外，還必須進行試驗研究、科學研究及教學研究等活動。通過基礎理論研究和試驗研究提高基礎理論水平，通過試驗研究和工程項目豐富經驗和技能，通過科研和教學研究項目以求創新與改革，最終提高“水輪機原理”教學效果，如圖1所示。

圖1 提高“水輪機原理”教學效果的途徑

“水輪機原理”探究式教學中，教師的“教”具體體現以下幾個方面。

（1）備課時應對教材中的每一個公式進行詳細的理論推導。如水輪機蝸殼水力計算公式，各類教材中鮮有推導過程，只給出一個結果，每次上課必有學生問如何推導。該公式推導較復雜，用到繁瑣的積分代換或復變函數的知識。而且，有幾種不同形式的蝸殼：基本理論式，帶碟形邊蝸殼的實用計算式，鑄造蝸殼的實用計算式，與箱式座環聯接的蝸殼的實用計算式，每種公式的推導都不簡單。通過推導，才能在“水輪機原理”探究式教學中對學生的各種疑問進行恰當的引導和解答。

（2）對教材的核心知識必須了如指掌。每一門課程都有它的核心知識與一般知識，主講教師必須對此有清楚的認識。有兩種觀念是錯誤的。一種是認為教材中的東西都同等重要，分不出主次，認為教材中的內容都必須掌握，這樣認識的教師必然犯重點不突出的毛病;另一種是提不出需要掌握的核心內容，這樣認識的教師自然不能讓學生學到課程的核心知識與核心技術。筆者按照三基本（基本概念、基本理論、基本計算）明確每一章的重點與核心，教學中確保這些核心知識的掌握。

（3）必須了解課程知識領域的最新發展動向。水輪機作為水電站的“心臟”，看似簡單，其實非常復雜。它的復雜不在于結構，而在于其內部流動、材料和設計方法。這些都依賴于復雜的流體計算、現代的材料科學和先進的設計理念。因此，水輪機是一種與當代科技水平密切相關的設備。教師必須時刻關注新的動向，不斷更新教學內容，保持課程教學的先進性，才能更好地引導學生的探究活動。

（4）恰當運用類比，幫助學生理解。教學中的難點，學生即使經過探究，可能還是難以理解。對于這些難點，適當運用類比，可以把復雜的理論以淺顯的道理進行說明，非常有利于學生的理解與記憶。如“水輪機原理”中難以理解的水輪機空化，可以用生活中的感冒進行類比，如表1所示。

表1 關于水輪機空化的類比

（5）以問題驅動激發學生的學習熱情。問題是興趣的源泉，也是促使學生思考的動力。為了探究式教學的順利實施，教師在上課之前要將上課內容設計為幾十個相關的問題，提前發給學生，同時也要求學生自己提出一些問題;制造應有的懸念和氣氛來激發學生的積極性和學習興趣。

（6）在組織課堂討論中，要注意扣住“選、定、引、評”四個環節，即選題恰當，定中心發言人，引導啟發、評述小結。選題要難易適度，由淺入深，討論才能順利開展;事先定中心發言人作重點準備，使討論不出現冷場;教師恰如其分地給予引導啟發，使討論緊湊;當意見充分發表后，適時地評述、小結，使學生掌握要領。

2 探究式教學中學生的“學”

在探究式學習過程中，學生是學習的主體，積極主動地參與教學活動，主動獲取知識。

（1）學生應深入開展討論研究。討論是學生學習中獲取信息、加深認識、拓寬知識面的重要渠道。通過討論，可以消除學生學習過程中的一些模糊認識，糾正一些理解上的偏差，從而達到探究式學習的目的;可以調動學生的學習主動性、啟發思維，促使學生積極思考、互相學習，以提高學生分析問題的能力。

（2）學生應有競爭意識，大膽質疑。學生分為若干個小組，各組學生之間互相評分，互相質疑。學起于思，思源于疑。因此，通過質疑，可以使教學有的放矢，可以促進學生主動探究，激發學生的思維。因此，在教學中教師要鼓勵學生“敢于”提問和“樂于”提問，引導學生自己解疑，充分發揮學生的主觀能動性。例如，在介紹水輪機飛逸的概念時，某些教材上說“當水輪機突然丟棄全部負荷時，如果導水機構故障而不能關閉，水輪機轉速會迅速升高。當輸入的水流能量與轉速升高時的機械摩擦損失能量平衡時，水輪機達到某最大轉速，即飛逸轉速”。有的同學就提出疑問：像三峽這樣的機組，單機容量700MW，如果發生飛逸，700 MW的水流能量全部用于水輪機的軸承等處的摩擦損失，那么，這些摩擦損失會變為熱量，700 MW的能量變為熱量，能否把整個機組融化？問題出在哪里？于是學生們就開始思考并踴躍討論。經過教師提示，結合之前學習的水輪機工作原理和水輪機能量損失，最后學生們確定是教材上關于水輪機飛逸的觀念錯了。正確的概念應該是：當水輪機發生飛逸時，由于水輪機轉速的不斷升高，使水輪機的內部流動遠遠脫離了最優的無撞擊進口和法向出口狀態，輸入的大量的水流能量成為轉輪的進口脫流損失，而且大量的水流能量以出口環量的形式從水輪機出口流向下游，此時的水輪機效率極低，僅有少量的水能轉換為旋轉機械能，這部分能量使水輪機升速，并與水輪機的機械摩擦相平衡。在課堂探究活動中，學生也需要運用證據對科學現象做出解釋。學生也可以從教師、教材、網絡或其他地方獲取證據對他們的探究進行補充。

（3）學生的學習方式主要體現在學生是否真正參與了教學活動當中，學生是否合作學習和主動探索知識。在探究式教學過程中，學生應積極參加創新競賽或加入教師的科研項目，進行科學研究和工程實踐，從而在提高學生人文素質和科學素質的同時，將理論和實踐緊密結合，進一步增強自身的創新能力。

3 結語

教無定法。在教學過程中，應該根據教學內容、教學對象、教學環境選擇恰當的教學方法。在強調探究式教學的同時，更要注意多種教學方法的運用。事實上，靈活多樣的教學方法更有助于提高學習效率。而且講授法也有其一定的優勢，因此，在教學過程中應該將探究式教學方法與傳統的講授法相結合。

基金項目：2013年湖南省專業綜合改革項目“熱能與動力工程”，2013年湖南省普通高等學校教學改革研究項目暨長沙理工大學教學研究重點項目（JG1307）

注釋

① 安黔江.高等數學探究式教學模式及其評價分析[J].蘭州教育學院學報，2014.30（1）：100-101.

② 潘虹，鄭源.水輪機課程教學改革的研究與探索[J].中國電力教育，2012（8）：66-67.