基于实验教学启发的水力学教学模式探究

摘要：本文从培养学生动手能力入手，根据水力学课程的特点，在土木工程实验中心既有的实验设备的前提下，结合近几年对给排水专业学生的教学实践经验，合理优化教学资源和教学内容。将水力学实验分为教学演示型和综合性实验两大类内容，并综合采用以板书教学与多媒体教学相结合的教学方式，其中加入水力学相关知识的视频作为辅助教学内容，并按照教学大纲要求分章节定期进行课堂测试，取得了比较满意的教学效果。

关键词：水力学；实验教学；教学模式

一、引言

水力学是建筑、土木工程、水利水电、机械、电子、化工、能源环境、消防等各个学科的一门主要的技术基础课程，同时更是市政给排水工程、水利水电工程的一门重要的专业基础，是一门有着传统发展历程并富有强劲生命力的古老学科。如怎样把这门古老的、实践性很强的学科与21世纪人才培养的需要很好地结合起来，目前全国高校都在进行着积极的探索，可喜的是目前已积累了许多教学经验和科研资料，完成了许多有价值的教学成果，并在此基础之上，根据现有的师资、设备，资金投入及教学条件，积极探索以课堂教学为主，联合运用多种教学手段并存的教育教学模式，力争取得水力学课程的最佳教学效果。

二、实验教学资源的配置与实验教学内容优化

水力学实验室一直是土木工程给排水工程专业本科教学的基础之一。由于进行实验的学生比较多，包括一本和三本的学生，再加给排水工程专业在土木工程学院还属于比较年轻的专业，与其配套的相应教学设施和实验设备均不能满足目前学科发展的要求。实验室堆积了大量的以往土木工程专业建筑工程方向学生用过的陈旧的试验设备，无法满足给排水专业学生对水力学课程学习的需要。因此，学院结合学校与地方共建项目，筹集了试验室建设资金，对实验室进行了教学资源的合理化配置与优化。将原来的陈旧试验设备全部替换为很多新购置的仪器设备，从河北工业大学南院结构实验室搬迁至北辰校区土木工程结构试验中心四楼单独的试验室，为合理进行水力学试验提供了可能。构建新的水力学试验教学内容，主要从水力学试验内容的应用广泛性和工程实用性入手，对一些试验方法陈旧，内容重复的试验进行合并和删除，对于体现水力学理论精髓的和前沿的必要试验项目保留或拓宽，将试验体系进一步整合、优化，适当开设演示型试验与个人操作型试验相结合的试验方法。编写完成适合给排水专业本科生需要的专门水力学试验指导书与任务书，配合相关教材和多媒体课件，在实验内容安排上，尽量使各个试验内容之间找到联系，能够使学生在实验的过程中了解试验的结果的适用范围和用途等等。比如，在进行伯努利方程试验的同时，可以让学生认识到水力学中连续性方程的应用和验证，同时在实验过程中还可以让同学测量得到在水中一点处存在的全压强和静压强的区别和测量方法，让学生在试验的过程中，不仅仅可以学到能量方程在水力学中的应用，还可以验证其他的方程和毕托管测速原理以及水头损失的相关理论和知识。亲自动手记录结果，了解试验过程中出现的课本上不能形象呈现的理论知识。根据教学大纲的基本要求，水力学课程要求的试验学时只有8个学时，而课堂授课学时从原来的38个学时增加到了48个学时，对于试验学时却没有做任何的变化，因此，为了更好的达到水力学试验教学内容的基本要求，对水力学试验内容进行了相应的调整和优化。水力学实验内容主要包括测试类，及演示类两大系列16个实验种类。其中测试类的内容有：局部水头损失实验、沿程水头损失实验、雷诺实验、管道流量实验、毕托管、流速仪测速实验。演示类的内容有：流线演示、水击实验、虹吸管试验、水面曲线演示实验、水跃演示实验、孔口与管嘴实验、空化空蚀演示实验、水泵气蚀实验、明渠和堰流演示实验。

三、运用多种教学方式，不断提高教学质量

课堂教学仍是教学的基本形式，高校教学自然也不例外，但除了课堂教学之外，实践教学同样是对大学生教育教学的重要环节，因为大学生最终是要面向社会，走向适合自己的工作岗位，如何顺利的实现中学到社会阶段的过渡，大学阶段的学习显然是非常重要的。

1.板书与多媒体教学相结合。在课堂教学中，教师始终处于主导地位，学生是教学目的的体现者，是课堂教学的主体。教与学是一个有机的整体，教师在讲课的过程中，如果没有学生学习的积极性与兴趣，教师则讲的异常乏味，不能收到良好的学习效果。传统的板书式教学虽然显得比较落后，但是在每一次授课时，这种经典的方式往往会达到一种最佳的交流模式，并使得师生之间传递信息的方式变得轻松自然，而这一效果则是多媒体教学所无法做到的。教师在讲课的同时可以随时用眼神观察到听课同学的神态和表情，从而第一时间判断学生对所讲授知识的熟悉和接纳程度。此外，教师在书写板书过程中所表现吹来的言行举止、精神风貌以及道德风尚等均对学生产生很大的影响，而这种影响力则是任何一种教育教学方式所不能代替的。此外，板书教学过程同样可以很好地控制教师讲课的节奏和速度，在传授知识的同时可以随时控制教学进度，调整不好的讲课方法，重点难点处可灵活加以处理。诚然，多媒体教学也有其不可比拟的优越性，心理学早已证明，人在学习时多种感觉器官的协同工作可大大提高学习效率，如果给学习者以复述的机会，即以交互方式进行学习，其效果会更加明显主要体现在以下几个方面：首先，多媒体课件通常可以将课本抽象的内容通过简单的形式展现出来，通过幻灯片、图片、影像、录音、录像以及记录片的方式提供给大家一种更加直接的学习方式，学生在学习的过程中不仅乐于学习，而且有时会更加的激发学生的学习兴趣，这种效果是极其微妙的。都说教学是一门艺术，而这门艺术如何的体现，可能每个教学方式都能体现其价值。其次，多媒体教学可以辅助板书教学，因为多媒体课件通常是以投影的方式反映在屏幕上，这样就有更多的黑板空间提供部分需要板书的内容，这便是板书结合多媒体教学方式的独到之处，现在这种方式已经被大多数的教师所采纳和接受。水力学中有很多的名词和概念是很抽象的，比如描述液体流动形态的雷诺数，如果一上来就告诉学生雷诺数的定义和计算方法，即使背下了定义，正确的计算出了数值，也无法从本质上掌握雷诺数的真实物理意义。要弄清楚这个概念，首先必须给学生介绍水流的基本特点，水流的流动受什么因素影响，从雷诺试验入手，让学生每次在遇到雷诺数这个概念的时候就会联想到雷诺试验，这样不仅可以使学生学会计算雷诺数，还可以从本质上掌握雷诺数的基本概念。另外，水力学中的明渠水流和堰流等概念，也可以先给学生播放教学版的教学录像，让学生知道所谓的明渠水流和堰流其实在我们的日常生活中经常会遇到，只不过我们当时并没有用科学的眼光去认识他们，多媒体中的视频教学环节会吸引大家的眼球，为理论知识的学习和烦琐的明渠流计算奠定基础。

2.课堂讨论、定期测试与课后作业有机结合。大学期间要求学生不仅要掌握基础理论知识，还需要锻炼自己学习获取知识的方法和技巧。比如在课堂教学的同时，穿插定期的课堂测试与讨论，定期与学生面对面的交流，这样可以多方面的深入了解学生对知识的掌握程度与学习方法上存在的误区。长此以往，对以后学生形成独立思考、勤于思考、多角度思考问题提供帮助。但是根据水力学课程的特点和学时所限，讨论课仅能占总学时的一少部分，习题测试课程也只能是几个章节过后才能进行一次，目前已经在给排水2010级学生中进行了初步的尝试，学生每次在测试的时候会自如的结合成几个小组，通过阅读教材、整理课件和笔记，对刚刚学过的知识进行讨论，加深印象的同时也会提出各种各样的问题。测试结果还可以作为学生的平时成绩，这样为最终的考核提供了一定的参考。课堂讨论主要是以教师提问的方式进行，教师提出问题留给学生时间去思考，然后当堂提问记录平时的成绩。这样学生会集中精力跟着老师的讲课思路走，不会轻易的走神。例如，孔口、管嘴恒定流水力计算这一章，恰好是水力学三大方程理论后应用的第一章，从研究内容和范围来看，这类问题与我们日常生活密切相关，在课前由教师给出学习提纲和思考题，拟定课堂讨论题目，例如：房屋的檐口位置为在孔口外伸一段管嘴，这样会不会增加水头损失，减小了水流流量？在讨论课上，教师自始至终引导学生围绕重点内容展开讨论，首先会根据自己所学知识产生疑问，然后按照问题的出现去主动寻找答案，这样建立在自学基础上由教师引导的课堂讨论式教学，经过四年的教学实践和不断完善，应该可以取得理想的教学效果。同时，可以采用课堂提问，回答对与错都可以使学生即兴发挥，对这一类问题的印象会更加的深刻。同时，每一堂课后基本上都有作业，除了课后习题之外还要布置几道思考题，留做下节课上课前提问，这样保证了学生学习一门课程的连续性。

四、结语

以上是在水力学教学过程中结合试验教学内容，为了迎合现代社会对人才的需求，通过合理的教学方法，为了提高教学质量，从提高学生接受知识的能力和综合素质方面入手，以加强大学生实践能力为指导思想，通过对目前水力学教学过程中存在的问题，并结合水力学试验教学方法进行了概括的分析与讨论。通过分析可以看出，现代化教学应以多媒体教学为主，形象逼真的传递知识，同时适当的板书教学不仅可以很好地与学生互动，而且可以传递教师的道德和情操；其次，合理配置实验室教学资源，使每个在校学生在课堂学习的同时，多参加课下动手能力，为以后走向社会打下坚实的基础。

参考文献：

[1]于布.水力学[M].北京：华北水利水电出版社，1996.

[2]裴国霞.水力学课程教学模式的改革与实践[J].内蒙古农业大学学报，2000，2（3）.

基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（51008110）