流体力学新型实验教学体系的研究与探索

流体力学新型实验教学体系的研究与探索

邓　辉　王　冲

（海军工程大学理学院力学系，湖北武汉430033）

摘　要：本文以流体力学实验课为研究对象，阐述实验教学体系改革的思路，即改善教学环境、创新实验内容，改革教学模式，规范实验流程，革新教学理念，创建“教员主导、学员主体、师生互动、问题驱动、能力为主”的新型实验教学体系。

关键词：流体力学　实验教学体系　研讨课模式　实验流程

未来战场风云突变，战机稍瞬即逝，打赢高技术战争迫切需要培养高素质新型军事人才。流体力学作为一门普通基础课程，也是我校学员必修的主要课程。该课程的教学对海军军官的职业生涯起到重要的支撑作用，而实验教学是培养学员创新精神和实践能力的重要途径。随着时代的发展，传统的实验内容和教学方式已不再满足新时代的教学需求，改变单一的以教员为主体的传统实验教学体系，创建“教员主导、学员主体、师生互动、问题驱动、能力为主”的新型教学体系才是实验教学改革的新出路。本文具体从教学环境、实验内容、教学模式、实验流程四个方面阐述了新型实验教学体系的改革。

1　改善教学环境

创建新型的实验教学体系，首先必须完善硬件设施，改善教学环境。我们通过自行研制与购置相结合，增加每个实验项目的台套数和虚拟实验的数目，新增综合设计实验和创新性实验项目，重新构建了水动力学实验室、气动力学实验室和虚拟实验室，彻底改变了以前少数人动手，多数人围观的局面，为学员动手能力、创新能力的培养提供了一个全新的舞台。

制作数十块精美的具有专业特色的展板摆挂在实验室内，可以营造浓厚的人文气息和文化氛围。学员可以在实验之余了解流体力学的发展历史、理论知识，观察流体力学的一些自然现象并思索其缘由，认识科学家们在流体力学领域所作出的突出贡献，学习他们锲而不舍的科学精神，从而达到启发学员思维、激发学员热情、提高学员科学素养的目的。

2　创新实验内容

流体力学实验室是我校较早的专业基础实验室，承担着海军职业核心课程《流体力学》的实验教学工作。目前，针对我校实验人数多、专业种类多的情况，我们特将实验室具体化分为水动力学实验室、气动力学实验室、虚拟实验室和创新实验室四部分，满足各层次的教学需求，同时根据学员的专业不同、接受能力差异，并结合现有的设备仪器，制定了三种学时的实验课程标准，编制了由浅入深的实验教材，将实验内容细分为演示实验、验证性实验、综合设计性实验、自主创新性实验、研发性实验等，教员可以根据学员的专业情况和自身特点引导学员参加不同层次的实验。

3　改革教学模式

由于不同实验内容的教学目的不一样，为了达到更好的教学效果，我校教员针对不同层次的实验内容采取对应的教学模式，如研讨课模式、开放模式、竞赛模式等。

1.研讨课模式

为了改变以教员为主体的传统演示教学模式以及几十个人围着一台仪器看教员演示的情况，我校教员将新型的研讨课模式引入演示实验教学，教员不再按传统实验教学模式仅仅对着实验仪器讲解其目的、内容及原理，而是根据实验内容将学员分组，由学员自己演示讲解实验，同时教员针对每组讨论的实验内容提出研讨题目，且教员给出的研讨题目不局限于实验目的、操作方法及原理，而着重于引导学员思考实验原理的实际应用，并激发学员的创新思维，鼓励学员根据实验原理自主修改或设计实验仪器。

针对学员讨论出的问题结果，教员一般不指明哪个答案为最佳的，而主要针对他们在分析思考问题时表现出的对概念和原理不清楚的部分，简要指出他们的错误，要求他们通过讨论或课后查阅资料分析清楚问题的实质。在课程结束前，教员根据学员的研讨情况布置实验报告，实验报告形式不同于传统形式，而类似于一个总结报告，即学员将本次实验的讨论过程、观点及想法等写成报告形式，并鼓励有能力的学员可根据原理修改或设计出新的实验仪器。

2.开放型模式

针对验证性实验、综合设计性实验以及创新性实验实行开放型模式，学员可以根据自己的知识水平、动手能力以及时间安排自由地选择实验时间和实验项目。一般对于一些接受能力较差、基础弱的学员应多花时间选做验证性实验，如伯努力能量方程验证实验，训练自己的动手能力和掌握基本的实验技能；而对领悟能力好、动手能力强的学员，则引导他们在了解实验仪器性能、操作方法和实验目的的基础上选作创新性实验，自己设计实验方案进行实验，比如改变管道高程和作用水头研究喉管段真空度情况等。

3.竞赛模式

为了引导学员参与创新思维活动，提高学员创新能力，我们针对研发性实验采取竞赛模式，即面向全校定期开展力学创新设计竞赛，对参加申请并择优遴选后的学员实行竞赛模式，他们可以在教员指导下，借助实验室的条件自由完成研发设计。对于研发的内容，学员可以选择教员指定的题目，如气垫船模型设计等，也可以自由选择自己感兴趣的流体力学问题开展研究。同时学校对于评审优秀的项目实行经费支持。

4　规范实验流程

为了确保实验教学的顺利开展，我们针对部分实验的开放型教学模式制定流体力学实验流程，具体如图1所示。

图1　流体力学实验流程

（1）实验预习。实验预习要求学员变被动为主动，自主学习、自我管理，预约实验前主动预习相关实验内容、了解实验的基本操作方法和明确实验的最终目的。

（2）实验预约。根据理论课程的教学进度与学员的课程安排，我们在某段时间内充分利用正课时间、自习时间和休息日开放相关实验项目。学员可以在这段时间内登入流体力学实验网上选课系统自由预约实验，一旦预约成功，学员即可按所预约时间进行实验。

（3）实行刷卡登记制度。学员预约实验后应在规定时间内刷卡进入实验室，并按所预约设备对号入座进行实验，如实填写设备使用登记本，且实验完成后将实验记录数据交教员审阅签字后方可刷卡离开。

（4）实验报告。学员实验完成后一周内提交实验报告，并在实验报告后附上经教员审阅签字的实验记录数据，确保实验过程和报告的真实性。

（5）公布实验成绩。实验报告批改评分后，教员会将学员每次实验的操作成绩和实验报告成绩输入网上选课系统中，学员可以随时登入系统查询。

5　存在的问题与对策

新型实验教学体系的实施虽然取得了一定成效，但也遇到了一些问题，如学员预约实验不够主动，参加开放模式的实验积极性不高，不善于主动参与研讨实验，选作创新性实验的人数偏少等。我们针对这些问题进行了探讨，并提出了一些对策。

（1）加强学员与教员之间的沟通，传达新型的教学理念。学员习惯于传统教学模式，不善于主动发起讨论或参与讨论，还有些学员过于胆怯不敢说出自己的想法，针对这一情况，教员应在平时的教学过程中，加强与学员之间的沟通，把以学员为主体的新型实验教学理念传达给学员，打破他们的传统观念，让学员真正了解自己在实验教学中的主体地位，成为最大受益人。

（2）重新编写实验教材，满足新型实验教学体系的需要。实验教材应由浅入深、难易结合，既能指导基础差的学员顺利完成实验，又能引导学有余力的学员进行思考和自主创新。

（3）加大实验项目的趣味性、实用性和挑战性，如利用流体力学原理设计仿生机器鱼等与工程实际问题相结合的实验项目，激发学员参与热情，提高他们学习的积极性和主动性，引导他们运用理论知识解决实际问题。

（4）加入实验预习测试系统，提升实验预约的门槛，减少或尽量避免学员由于没预习而导致的操作失误和实验效率低，确保最佳的实验教学效果。

6　结　语

新型的实验教学体系具有“教员主导、学员主体、师生互动、问题驱动、能力为主”的特点，是对传统实验教学体系的根本转变，既提高了学员的学习兴趣，又扩展了思维空间，激发出创新思维，同时还增进了师生感情，可见这种新型的实验教学体系备受学员的喜爱。虽然在实践过程中仍存在一些问题，但其关注学员参与、重研究能力而不是知识传授的实验教学理念应积极推广到其他实验课程中，发挥更大的成效。

参考文献

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