淺談水力學實驗在教學中的重要作用

張璇

[摘 要] 從水力學實驗在教學中所起的作用出發，探討實驗教學的重要性，以及如何和理論教學相結合，培養學生的思考思維能力、動手實踐能力和嚴謹的實驗態度。

[關 鍵 詞] 水力學；實驗；教學

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

水力學是水利工程、農田水利、給水排水專業的基礎課程之一，在整個課程體系中占據著重要的位置。而水力學實驗教學是實踐教學體系中的重要環節，主要研究水流在靜止和運動的狀態下在工程中的應用。在大學學習階段，實驗教學的目的是使學生通過親自操作實驗設備，鞏固理論知識的學習，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。和理論教學一樣，實驗教學同樣要“授人之漁”，不是簡單的重復勞動。因此，師生在教學中的角色只是對學生起點撥啟發的指引者，更多的是要靠學生通過認真思考刻苦鉆研自己去理解去掌握，發揮學生的潛能。學生通過驗證水流靜止和運動的規律，觀察壓強、水流流態、流速、學習水位、流量等水力要素的基本測量方法，將理論和實踐有效地結合起來，更好地掌握水力學的理論知識和實踐技能，為今后專業課的學習打下良好基礎。

實驗中，學生能否正確操作和如何將知識合理、巧妙地運用到實驗中，離不開教師的細心引導。這就首先要求教師本身對實驗儀器和實驗過程熟練掌握。能將儀器的特點及作用向學生講解清楚，對試驗中可能出現的問題要做到心中有數，實驗儀器設備方面的漏洞要及時發現。每個學生都是獨立的個體，從每個個體的視角出發，教師耐心解答他們的疑惑，引導他們不斷探索，那么實驗課得到的將不只是枯燥的結果，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，專業課有些枯燥，很多學生興趣不大，但是到了實驗室，很多學生表現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，使學生理論與實驗相結合，既可以掌握理論知識又能動手做實驗，一舉兩得。有些學生的課堂學習效果比較差，不愛聽講，但是做實驗的時候很愛問問題，實驗數據得出后他們很有成就感。這使教師明白了課堂教學與實驗相結合的重要性與必要性，如何結合得更完美也是在教學過程中要考慮的問題，但毋庸置疑的是實驗教學在理論教學中所起的作用越來越重要了。目前很多學校都加大了實驗室的投入，提高了實驗教學的比例，使學生在掌握理論知識的同時可以掌握動手操作。學生畢業之后就學會了一項技能。這也是職業院校的辦學理念。

基于我校的實際條件，對于水力學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、局部阻力系數實驗、靜水壓強實驗。這些實驗在教學中對學生產生了很大影響。首先，目前的教學形式仍然是以講授為主，而作為專業性較強的理論課，學生難以很快地理解吸收，但和實驗相結合，從直觀上對知識點進行剖析，有助于理解和掌握。老師通過生動的講解和演示，讓學生切身體會水流運動場景，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動學生對知識更深層次的探索欲望，使學生的思維更活躍，思路更開闊。不但加深了學生對所學知識的理解和掌握，糾正了原來不正確的觀點或認識不清楚的地方，并且學生能體會到親自動手后的成功與快樂。其次，學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以致用。

在做實驗的過程中，會出現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生不僅加深對基本理論、基本方程的理解；而且在增強學生動手能力的同時，也提高了學生主動分析、解決問題的意愿。再次，相對于課堂教學而言實驗教學的形式更加靈活，內容更加豐富，更具體，學生理解實驗現象容易于理解理論知識。一個實驗可以做成功，學生會很有成就感，同時對學習理論知識有很大的促進作用。

現就具體的雷諾實驗來舉例。雷諾實驗是水力學實驗中最重要的，因其設備簡單、操作容易，實驗現象清晰，所以作為教學實驗很有代表性。實驗的過程也是傳統教學，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。在記錄數據結果時要等到數據穩定了再來讀數，改變實驗條件，多記錄幾組數據，找到幾組數據之間的聯系和區別，總結實驗規律，完成實驗報告。在此過程中需要所有的學生團結協作、相互配合，鍛煉了他們的整體意識。雷諾實驗裝置如下圖。

1.自循環供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調速器 4.恒壓水箱；5.有色水水管；6.穩水孔板；7.溢流板；8.實驗管道；9.實驗流量調節閥。

供水流量由流量器調控，使恒壓水箱4始終保持溢流的狀態，此時水流具有的總能量是一個定值。本恒壓水箱還設有多道隔板。紅色水經紅色水水管5注入實驗管道8，可根據紅色水的水流狀態來判別流態。為防止自循環水污染，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是層流還是紊流，測定流態改變時的臨界雷諾數。學生在從書本中學習了基本知識，腦子中已經形成了概念，現在到實驗室來驗證理論。在實驗室里，學生表現的充滿好奇并躍躍欲試，教學就可以趁熱打鐵。首先，由教師對當天所要講的實驗內容進行操作，在操作過程中講解實驗現象以及可能會遇到的問題應如何解決。在此過程中，結合課堂上所講的內容，學生有恍然大悟的感覺。在實驗操作中，有的學生不知道緩沖裝置是何用，有的學生無論如何操作也無法使紅色的液體成為一條細線。其實做實驗最重要的是要細心，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線是因為在實驗開始時管道當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生在實驗實際操作過程中規范準確、勤動手、多動腦。通過實驗發現自己在平時學習過程中遺漏的知識，發現自己操作過程中的問題，使學生將原理轉化為實際的能力有了很大的提高。

水力學是一門實際經驗占比很重的專業基礎課，如何實際應用尤為重要。通過將實驗引進課堂的教學手法，使這種實踐性極強的教學手段不斷融入學生的學習中。使學生不僅加深對基本理論、基本方程的理解，同時增強動手和實際操作能力。即使在以后的工作中，學生時期在實驗中體會到的細節也會對工作內容的理解和實施起到很大的幫助。

通過實驗，學生學到了書本上講不到的知識，還可以提高他們學習理論的興趣，調動學習的積極性和主觀能動性，在操作實驗的過程中，又可以培養學生的動手能力、創新思維、解決問題的能力。實驗教學和理論教學相互配合、相輔相成、相互促進。總之，實驗教學在教學過程中是重要的一環，對教學起到了不可忽視的作用。水力學實驗教學也是個不斷完善和探索的領域，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：

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