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提升高校水力学实验教学质量的思考


水力学是水利工程、土木工程、给排水科学与工程、暖通工程等专业的专业基础课程之一,在学科专业课程体系中占据着重要的地位,是完成专业培养目标的重要基础课程。水力学属于力学范畴,课程教学具有抽象性且理论性较强,涉及很多计算和推导过程,另一方面,水力学又具有很强的工程应用性,作为工科专业的基础课程,水力学与工程实际又紧密联系,因此,水力学的课程教学就要求学生具有扎实的理论基础,具有在实际工程中发现问题、分析问题和解决问题的工程应用能力。水力学实验正是由抽象知识到感官认识、由理论到实际转化的关键。水力学中许多理论和概念较为抽象,很多流动和流态难以用语言清晰的描述,水力学实验在这些抽象的理论概念或复杂流动的讲授、理解和演示方面具有无法替代的作用。在本科学习阶段,水力学实验主要包括流体静力学实验、雷诺实验、伯努利方程实验、沿程阻力和局部阻力实验、文丘里管和孔板流量计实验等。实验目的是使学生在动手参与实验过程中巩固和加深对理论知识的理解和认识,在思考过程中培养分析问题、解决问题的能力,在整个实验过程中提升科研技能和科研素养。但目前的水力学实验教学过程中,存在着一些问题,直接影响实验教学质量,进而影响专业能力的培养和专业培养目标的实现,更不能满足新时代对创新型人才的素质培养要求。如何用科学的方法改变水力学实验教学中存在的问题,提升实验教学质量,做好理论与实践相结合这一重要环节,就显得极为重要和迫切。
一、全面转变思想观念,重视实验教学
在我国教育的发展过程中,形成了重理论教学、轻实验教学的观念,实验课一直处于辅助地位,老师将实验课看作理论课程的辅助与补充,学生将实验课当作课外活动,在老师和学生的观念中均把理论课放在重要的位置,而将实验课轻视化,比如很多专业没有针对性的安排实验课程,有些学生在实验前没有认真阅读实验指导书,做实验时签到后象征性的开动一下实验设备,而没有用心去看实验的内容,敷衍完成实验报告,整个过程中对实验课程没有足够的重视。所以,只有全面转变思想观念,注重实验教学,让老师和学生都重视实验教学,才能提高实验课教学质量,起到实验课的作用,达到实验教学目标,这也是实验教学改革的先导,只有从思想上将实验教学置于理论教学的同等地位,才能从根本上改变实验教学的现状,提升实验教学质量。当然,要将思想观念的转变落到实处,比如在制订培养方案、课程体系和教学大纲时要将实验课同理论课同等对待,思想上的注重实验教学也要体现在备课、教学的全过程。因此,要从思想上转变观念,也要将注重实验教学落到实处。
二、确立学生在实验中的主体地位,提高学生参与度
在实验教学中,由于主观或客观条件的限制,学生仍然没有处于主体地位。实验教学过程中,演示实验居多,或者是老师讲解和演示一遍后,学生重复实验过程,没有发挥出学生的主观能动性和创造性,特别是在实验室大量实验设备完成更新和补充之后,实验教学过程依然没有体现学生的主体地位,学生有效参与度较低,造成部分实验教学资源的浪费。要确立学生在实验中的主体地位,就要让学生在实验教学全过程作为主导者,教师作为引导者。教师要创造条件和运行教学策略,激发学生的学习动机和兴趣,调动学生参与实验的积极性,充分发挥学生的能动性和创造性,避免应付式的实验操作,提高学生的实验过程有效参与度。在实验准备过程中,可以根据培养目标,让学生去构思实验操作和过程,教师在讲解原理或实验过程时设定不同层次的问题,让学生在实验过程中寻找问题的答案。比如流体静力学实验中基准面的选择,很简单的一个问题激发学生的大量思考,在实验中也可以记录不同基准面时的数据,分析数据时就会发现基准面的选择在实验中的意义。实验讲解过程中,还可以举出实际工程中的案例,比如局部阻力实验时,用水泵进出水口的渐缩和渐扩管以及阀门的开启度控制作为工程实例,通过实验让学生更形象的认识实际工程中的部件造成的水头损失,激发学生实验的兴趣。实验准备时,教师也可以让学生做好数据处理的软件或程序,实验过程中直接输入数据可以获得实验效果,实验效果不够理想时可以主动的去寻找实验过程中的问题,并想办法解决这些问题,以获得理想的实验数据。提高学生的参与度,激发学生兴趣,使学生积极主动地参与到整个实验过程中。
三、加强过程管理,提高教学效率
水力学实验课大都属于水力学课程的附属教学内容,要提高水力学实验教学质量,可以将水力学实验课单独作为一门课程,编制独立的考核方式,提高学生对实验课程的思想认识水平。尽管实验课程单独成课,实验课程与理论课程也是密切联系的,实验课程的开课时间要与理论课程的学习时间相协调,实验课与理论课的时间间隔太长,实验课巩固理论知识、增强感官认识的作用会减弱,实验课程的安排可以根据学生理论课程的学习情况和学习效果灵活安排,如水力学中流体静力学学习时间较早,流体静力学实验可以安排在流体静力学理论课程内容刚教授完后,以巩固流体静力学理论,加深压强传递、压力体等知识的感官认识,流体静力学实验也可以安排在流体动力学教授完之后,学生对流体有更深入的理解后再进行静力学实验会有更深入的认识和思考。实验过程中,要根据不同的实验和专业选择合适的教学方式和方法,有的实验可以进行部分演示,有的实验教学采用视频动画,比如流体静力学实验中可以选择一种工况进行演示,然后设定问题,让学生带着问题去做另外两种平行工况下的实验。充分发挥实验课堂教学效率,让学生在实验课堂教学中完成大部分的课程任务。编制合理的考核方式,对学生实验成绩进行考评,能够提高学生对实验课程的重视程度,促进实验过程的管理,考核方式要全面,应包括实验报告、实验参与度、实验过程表现等多个方面。
四、实验室开放管理
现在的课程体系中,水力学实验课时相对比较紧,只有实验的基础内容可以在规定的课时内完成,而创新性实验和创新性思维的启发需要更多的时间,结合目前大多数水力学实验室利用率相对较低的状况,水力学实验室可以全部或部分分时段开放,增加学生接触实验设备的机会,提高设备利用率。在实验课程开课前,学生可以根据理论知识在实验室内自己设计实验,并与课程教学实验进行对比,充分发挥学生的创造性思维。学生在课余时间也能够根据实际观察到的水力学现象和所学的理论,组成兴趣小组进行实验设计和探索,增强学生的学习兴趣,提高学习的主动性。实验室的开放相应的需要增加实验室的管理和设备的维护,就需要有一支专业的实验教学管理师资队伍,保障实验室的正常运行和实验教学活动的顺利开展。
五、结语
水力学实验是使学生实现知识向能力转化的重要纽带,是理论与实践结合的关键环节。提升实验教学质量,实现专业能力培养和专业培养目标,培养创新型人才综合能力,需要全面转换思想观念,突出学生的主体地位,提高学生有效参与度,加强过程管理。在实践中改革,持续改进,为国家培养更多符合时代需求的高素质人才。

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