基于实践能力培养的流体力学实验教学改革

梁延鹏，曾鸿鹄，李艳红

(桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林541004)

流体力学课程是高校多数工科工程类专业的一门必修专业基础课，与各专业课程有着密切的关系，其理论知识抽象复杂，而流体力学实验是对抽象复杂的理论知识的验证和演示。通过实验可以引导学生从中发现问题、提出问题，并学会运用所掌握的理论和实践知识来分析、解决问题，同时培养学生严谨求实的科学态度，从而激发学生对新事物、新现象的探索和实现新的创造。因此，实验教学过程是实施素质教育和创新教育的过程，是培养学生实践能力和科研能力的重要环节［1］;加强基础、加强实验研究能力的培养、面向国家知识创新的需要是各高校教学改革的共同课题［2］，也是高校教师的一项艰巨任务。

一 流体力学实验教学现状及存在的问题

流体力学课程是高校工科工程类专业的基础课之一，其实验教学主要为演示、验证型。长期以来，在课程体系上实验教学从属于理论教学，仅作为课堂理论教学的辅助性教学，实验教学地位不高，管理上不受重视，严重制约了实验室的建设和发展，导致实验设备陈旧落后、台套数较少、实验教学质量不高。同时实验教学方法也较单一，缺乏灵活性，通常采用“教师讲，学生做”的灌输式教学模式，无法激发学生的实验兴趣、开拓思维、培养创新意识和实践能力，学生消极被动、机械地实验，养成了很强依赖心理，对实验内容和过程也不甚了解乃至于“水过鸭背”。此外在实验考核上，过于强调实验操作与实验报告的重要性，忽略了学生在理解实验本质、发现问题、分析问题和解决问题等环节的表现。这样的实验教学明显削弱了学生实验操作能力培养和训练，抑制了学生主观能动性的发挥和创新能力的培养，导致学生只知道要这样做，不知道为什么要这样做，对做实验缺乏主动性、积极性，把做实验认为是任务和负担，而不是当作提高自己实践能力的手段。可见，传统的流体力学实验观念及教学模式显然已无法达到新时期创新型人才的培养目标，因此，为了激发学生实验的主观能动性，提高实验教学质量，培养学生的创新和实践能力，进行流体力学实验教学改革是十分必要的，也是势在必行的。

二 流体力学实验教学改革与探索

(一)确立实验教学重要地位，推行实验课程化

传统的流体力学实验教学依附于理论教学，在整个教学计划中缺乏独立的教学地位，实验内容和开课时间完全受制于理论课的授课内容和进度。这种以理论教学为主、实验教学为辅的教学理念已远不能满足新时期、新形势下创新人才的综合素质培养要求。为了把握现代科技脉搏，使学生具有较强的实践能力、创新意识和分工合作能力，实验教学改革已不能仅停留在对课程实验内容、实验方法和手段等方面的改革;而应以课程体系改革为切入点，打破单纯的为验证理论而开设实验课的实验教学模式，修订教学计划、重组专业实验教学体系、优化专业实验课程结构，尽可能将实验教学环节独立设课，提升实验教学地位;把实验课设为一门独立课程列入专业教学计划，建立“实验与理论并重”的新型教学观念。因此，为了提升理论、提高实践能力、为后期专业实践学习打基础，2008年我们将流体力学实验单独设课。

以前实验课不独立设课时，主要以实验报告的综合成绩作为实验教学考核成绩，约占理论课程总成绩的10%。由于实验成绩对课程的最终成绩影响不大，导致学生对实验课普遍不够重视，缺乏积极性和主动性，影响实验的教学质量。流体水力学实验独立设课后，实验教学从理论教学中分离出来，形成了独立的教学目的、教学大纲、教材和进程，单独进行成绩考核和独立学分。通过独立设课，使学生充分认识到实验教学的重要地位，端正了学生的实验观念，从而有效地调动学生积极性、提高实验教学质量。

(二)以夯实基础、培养能力为目标，优化实验教学内容

传统的流体力学实验教学内容以演示型、验证型实验为主，缺少综合能力训练的内容，学生在指导老师和实验指导书预先设定的情景中被动地实验，会造成学生不必过多思考和分析，形成依赖心理，无法启迪学生的求异思维和激活其主观能动性，难以体现夯实基础、培养能力的实验教学目标。为此，我们从实验项目的设置和实验教材修编进行优化实验内容。

丰富实验内涵，创设开放式学习空间。屏弃了单一的实验教学模式，在流体力学实验课中采取分层次设置实验教学，即分为必做和选做两个层次。必做实验项目主要为验证型实验如流体静水力学实验、能量方程实验、动量方程实验和雷诺实验等，而选做实验为设计型、综合型的实验项目如管路沿程和局部阻力测定、流体动力学综合实验、明渠流中水面曲线实验等。在实验教学过程中，指导教师提出实验任务与要求，只参与讨论、启发引导，不具体指导实验过程，让学生根据实验室的条件自行设计实验方案，完成基本数据采集和整理，独立判断和分析实验现象与结果的正确性，让学生在实验的各个环节中得到相应的训练和培养。这样既可加深基础技能的训练，又能驱使学生勤于思考、肯于动手，激发他们的创新思维，培养他们分析问题、解决问题的能力。

科学修编实验教材，避免学生形成“惰性心理”。实验教材的具体实验内容按层次进行了调整和修改:对于验证型实验，其实验原理及实验步骤可比较具体、详尽，也可设计些拓展性实验内容，提供必要数据图表记录格式及成果整理方法，有利于学生借鉴学习、夯实基础;而对于设计型、综合型实验，其实验原理力求简明扼要，只提出具体实验目标与任务，不提供具体实验步骤、不规定实验数据记录格式以及成果整理方法，为学生提供自主探索空间，增加实验的挑战性，提高设计和调控能力，在实验中获得实践经验，为将来的专业实践奠定良好的基础。

(三)转变实验指导思想，建立符合学生认知规律的层进式实验教学模式

在长期的实验教学中，我们发现，学生在做实验时，对实验指导书的核心内容和关键步骤不十分理解、操作不规范、盲目地记录实验数据而对实验现象缺乏必要的分析与研究。因此，对于专业基础课程实验教学，应转变实验教学观念，可通过“授人以鱼”逐步地实现“授人以渔”，建立符合学生认知规律的三个层次的“层进式”实验教学模式。

第一层次:解读示范式教学。紧抓住学生不能真正的理解实验要求、内容和操作时不知如何动手这一弱点，选择1～2个实验项目，课前通过板书或多媒体课件等方式诠释实验设备的剖面图，然后再结合实物进一步讲解，使学生真正理解实验内涵和操作步骤。例如在能量方程实验中首先讲解实验管道的构成:渐缩段、渐扩段和直管段，让学生观察设备的构成和形状。然后再详细讲解水流在通过不同实验管段时，动能和势能转换情况，测压管的液柱高度便是各断面的势能等。在讲解实验的同时，重点讲解仪器的规范操作和实验数据的整理、制表绘图以及实验注意事项。通过解读示范将实验的具体思路和环节清晰地展现给学生，为出色完成实验奠定了良好的基础。

第二层次:质疑讨论式教学。为了检验和强化学生对实验内容及操作步骤的理解领会，在第二阶段，可选择2～3个实验项目，实验前设置3～5分钟让学生自习和讨论实验内容、领会实验要点、提出问题，并诱导他们自己通过实验给出问题的答案，不直接正面回答。如果学生认为没问题，指导老师可向学生提出问题进行质疑，以了解学生是否已吃透实验原理及内容。然后，让学生按2～3人组成一个小组，让学生独立动手操作，并要求每个学生都记录全部测试数据及实验现象;对实验中所碰到的困难和挫折，先让各小组学生自行讨论并寻找解决问题的办法，再反馈给指导老师，教师有针对性地清楚讲解，将他们的实验引回到正确的程序上。实验结束后，指导老师将各小组的问题和结果进行总结、点评。最后要求学生整理分析实验结果，并根据实验结果分析与讨论思考题，写出完整的实验报告。这样突出了学生主体地位和老师的引导作用，引领学生自行吃透实验内涵、抓住实验的重点和本质，逐步培养学生独立思考和分工协作能力。

第三层次:任务考核式教学。通过第一、第二两个层次的训练，学生已基本具备了正确理解和分析实验内容、独立操作能力。为了进一步巩固和提高学生分析、理解和解决问题的综合能力，可让学生随机挑选1～2个选做实验项目作为实验任务，并要求学生通过自行设计实验解答思考题，指导老师不做具体指导，以增加实验的挑战性。但指导老师需全程跟踪并记录学生动手表现，在实验结束后，结合学生实验结果，进行合理点拨。经过这一层次的训练充分调动学生的学习兴趣、探索兴趣，锻炼学生对实际问题的分析、解决能力，培养学生的创新能力。

三层次的“层进式”实验教学模式按照从易到难、从知识到能力逐步过渡，既培养了学生掌握知识，应用知识的实践能力，又激发了学生的团队合作和创新意识，达到了实验教学的目的。

(四)改革实验考核方式，实行全程分层次、多元化综合评价

实验考核是整个实验教学中不可缺少的重要环节，在以往的实验考核中，实验成绩多以实验报告的质量进行评定，很难反映出学生的综合实验能力;因此，流体力学实验的考核应该贯穿于整个实验教学的的始终，结合层进式教学模式，注重实验过程的开放性，实行全程分层次、多元化综合评价。第一、第二层次的实验列入平时实验能力考核范畴，第三层次的实验则列为期末测试综合能力考核内容。对学生实验综合成绩的考核，应从平时实验能力和期末测试技能综合两层次来评定;每个层次又可分为多个环节，每个环节也可采用不同的评分标准。

一是平时实验能力考核。平时实验能力可分为基本操作能力、分析问题能力、解决问题及撰写实验报告能力。这一层次的考核以平时基本技能的掌握和素质的提高为主，主要考核学生的实验态度、实验操作规范性、实验结果可靠性、实验报告撰写水平、发现问题和分析讨论问题的能力，并按照一定的权重进行评定打分。在对学生考核的同时也要鼓励学生多问“为什么”，并引导学生善于发现问题、分析讨论问题和解决问题，问错了或答错了不扣分，有独到见解和有所创新的可给予适当加分。

二是技能综合考核主要安排在期末进行，考核内容以第三层次的实验为主，侧重考核学生的实验探究能力、创新能力和团队协作精神。考核时，学生随机抽取选做实验项目，稍做准备后，根据实验要求，回答指导老师的提问及相应问题，教师根据现场回答问题质量及动手能力、分析问题能力以及合作能力综合评分。

在完成以上两个层次的考核后，按平时实验能力占60%及期末测试技能综合占40%的比例综合评定实验总成绩。在实验教学中，屏弃了灌输模式，更注重过程的开放性，实行全程分层次、多元化考核后，学生从一开始学习流体力学实验课程就十分重视，始终不放松，有效地提高了实验教学效果。

三 结语

流体力学实验教学是理论与实践相结合的重要环节。针对当前实验教学中存在的普遍问题，通过对实验观念、实验内容、教学模式、考核方式等方面的改革，确立实验教学重要地位，建立符合学生认知规律的实验教学体系，激发学生的求知欲望和创新意识，逐步培养学生的实践动手能力、创新精神、科学严谨的作风和过硬的综合素质。为了进一步提高流体力学实验的教学质量和效果，我们需要不断优化实验教学的各个环节，实行全程互动教学，充分调动师生的积极性，为学生创造更多更高质量的实验条件和机会，努力把学生培养成既有扎实的理论基础，又有很强的实践能力的创新型人才。

［1］乔 威.浅谈实验教学改革与创新型人才培养［J］.高校实验室工作研究，2009(3):24-25.

［2］李洪生，张小鹏，刘增利.加强实验教学以培养学生的工程素质［J］.力学与实践，2004，26(6):76-77.