水力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及教學(xué)改革初探

靳娟娟

摘要：水力學(xué)作為水利、水電、給排水等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)基本知識(shí)和工程運(yùn)用的掌握要求較高。然而水力學(xué)的教學(xué)在轉(zhuǎn)變思維方式、強(qiáng)化動(dòng)手能力等方面并不到位。結(jié)合水力學(xué)課程特點(diǎn)，提出多種教學(xué)手段相結(jié)合、任務(wù)型分組教學(xué)、不同考核方式等教學(xué)初步改革探討，落實(shí)創(chuàng)新性教學(xué)。

關(guān)鍵詞：水力學(xué)；教學(xué)改革；任務(wù)型；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）26-0115-02

一、水力學(xué)課程性質(zhì)

《水力學(xué)》是研究液體在靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下機(jī)械規(guī)律及其工程應(yīng)用的一門學(xué)科，是水利、水電及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是聯(lián)系公共基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁，對(duì)后期專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)思維模式的鍛煉起到不可忽視的作用。目前水利、土木、給排水、環(huán)保、化工等許多專業(yè)均要求掌握水力學(xué)或者流體力學(xué)的基本知識(shí)和工程運(yùn)用[1]，同時(shí)對(duì)從事這些行業(yè)的工程技術(shù)人員提出了基本要求。

二、水力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前《水力學(xué)》課程教學(xué)中具有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)：

1.思維方式轉(zhuǎn)變不及時(shí)。水力學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)等為基礎(chǔ)，同時(shí)又在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于涉水建筑物的基本水力計(jì)算方法和工程思維模式，這種從邏輯推導(dǎo)到工程類型劃分的學(xué)習(xí)方法在很大程度上不能及時(shí)轉(zhuǎn)換，需要在水力學(xué)授課過(guò)程中不斷加深加強(qiáng)。

2.動(dòng)手實(shí)驗(yàn)安排不到位。如果說(shuō)水力學(xué)課程的基礎(chǔ)一半是經(jīng)典力學(xué)，那么它的另一半就是實(shí)驗(yàn)。水力學(xué)中許多公式、方程、定律都是在不斷的實(shí)驗(yàn)探索中結(jié)合數(shù)學(xué)、力學(xué)知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)分析的，因此在實(shí)驗(yàn)上應(yīng)注重分組綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，甚至在實(shí)驗(yàn)中對(duì)未知領(lǐng)域做出探索，鼓勵(lì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

3.理論與實(shí)踐聯(lián)系不密切。水力學(xué)是專業(yè)理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程。要使學(xué)生具備理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，必須經(jīng)過(guò)具體的理論聯(lián)系實(shí)際的系統(tǒng)訓(xùn)練。因此，在進(jìn)行水力教學(xué)中必須將水流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和實(shí)際工程及相關(guān)學(xué)科有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，真正做到將所學(xué)知識(shí)準(zhǔn)確地運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中去[2]。

綜上所述，要搞好水力學(xué)教學(xué)，除了充分吃透水力學(xué)在專業(yè)中的基本定位，水力學(xué)對(duì)不同專業(yè)的不同要求，水力學(xué)中的實(shí)驗(yàn)的重要性，水力學(xué)在內(nèi)容上的邏輯安排以及水力學(xué)今后的發(fā)展方向等等，在水力學(xué)的教學(xué)方法也應(yīng)更加注重。

三、水力學(xué)教學(xué)改革建議

為更好提升水力學(xué)教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)水平，針對(duì)水力學(xué)教學(xué)提出以下幾點(diǎn)改革意見(jiàn)：

1.理論教學(xué)重點(diǎn)分明?；趹?yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)等重點(diǎn)內(nèi)容要溫故知新，鞏固提高，又不能簡(jiǎn)單重復(fù)，占用大量課時(shí)。授課有輕有重，輕重結(jié)合，明確章節(jié)重點(diǎn)，使學(xué)生有的放矢，引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題，分析問(wèn)題，例如水動(dòng)力學(xué)的三大方程是水力學(xué)的基礎(chǔ)核心，其推導(dǎo)和運(yùn)用作為重點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)詳細(xì)講解，從物理學(xué)的基本定理和定律入手推導(dǎo)[3]：從質(zhì)量守恒原理推導(dǎo)連續(xù)性方程；從動(dòng)能定理推導(dǎo)能量方程；從動(dòng)量定律推導(dǎo)動(dòng)量方程；深入淺出，甚至讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行推導(dǎo)，便于掌握。

2.多重教學(xué)手段結(jié)合，提高教學(xué)質(zhì)量?，F(xiàn)代教學(xué)過(guò)程中，多媒體作為非常友好的教學(xué)手段之一，有不可忽略的優(yōu)點(diǎn)。然而在力學(xué)教學(xué)中，應(yīng)把多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，而不是把大屏幕變?yōu)榻虒W(xué)主角。在課堂上把握使用多媒體的時(shí)機(jī)會(huì)在教學(xué)中起到畫龍點(diǎn)睛的作用。例如一些公式推導(dǎo)需要邏輯性，因此就需要板書進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)講解；而一些抽象概念學(xué)生難以理解時(shí)，多媒體則可以化抽象為直觀，幫助學(xué)生理解、消化。雷諾實(shí)驗(yàn)就是明顯的例子。在講解雷諾實(shí)驗(yàn)時(shí)流速較小為層流，流速大時(shí)各層流會(huì)形成渦體，流動(dòng)中產(chǎn)生紊流，這個(gè)由層流到紊流的演化過(guò)程可采用多媒體演示，化靜態(tài)授課為動(dòng)態(tài)教學(xué)，不僅讓學(xué)生印象深刻，還可以直觀上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！笆挂恍╇y以用單一語(yǔ)言、文字、圖像來(lái)講解的概念能夠被清晰、透徹地理解”，見(jiàn)圖1。（a）圖是實(shí)驗(yàn)裝置演示，可以從左到右講解儀器組成，各儀器的作用就可以提問(wèn)學(xué)生來(lái)加深印象，（b）圖是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的層流、過(guò)渡流、紊流的指示液現(xiàn)象，直觀明了，學(xué)生只要看到馬上就可以分清楚層流、紊流的概念。

雷諾實(shí)驗(yàn)作為水力學(xué)中一個(gè)舉足輕重的實(shí)驗(yàn)，奠定了水流流態(tài)劃分的基礎(chǔ)，也為后期尼古拉茲實(shí)驗(yàn)提供了思路。因此在進(jìn)行講解時(shí)一定要讓學(xué)生弄清楚實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的思路和處理方法。如果只是針對(duì)課本概念和原理進(jìn)行講解，學(xué)生沒(méi)有直觀概念很難把握到位，此時(shí)可以將圖進(jìn)行g(shù)if動(dòng)態(tài)處理，讓學(xué)生理解流態(tài)的直觀劃分，也可以針對(duì)學(xué)生分組帶入實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象講解，事半功倍。

3.任務(wù)型分組教學(xué)提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性。競(jìng)爭(zhēng)是進(jìn)步的最好方式。對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，針對(duì)水力學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題小組討論，提出講解方法和解決方式。例如水面線的定性分析，對(duì)于學(xué)生而言12種水面線的判別和繪制是個(gè)大問(wèn)題，讓學(xué)生結(jié)合成興趣小組，針對(duì)不同情況討論講解，得到最終結(jié)論，作為考核的依據(jù)之一，這樣既提升課題氣氛又增強(qiáng)學(xué)生整體競(jìng)爭(zhēng)力。

4.注重實(shí)踐教學(xué)改革。水力學(xué)實(shí)驗(yàn)有著理論教學(xué)無(wú)法替代的作用，也是《水力學(xué)》課程必不可少的組成部分，如雷諾實(shí)驗(yàn)直觀演示層流和紊流；局部阻力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證水頭損失大?。粍?dòng)量方程實(shí)驗(yàn)再一次從客觀角度證明的動(dòng)量守恒定律的不可動(dòng)搖。這些可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而不斷產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。隨著現(xiàn)代教學(xué)手段和數(shù)學(xué)、力學(xué)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也應(yīng)擺脫過(guò)去笨重、呆板的教學(xué)方法，以小型自循環(huán)系列實(shí)驗(yàn)儀器為例，進(jìn)行傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，給學(xué)生留一些思考余地，提出問(wèn)題，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一些綜合實(shí)驗(yàn)，側(cè)重學(xué)生動(dòng)手能力和協(xié)作能力。

圖2是學(xué)生結(jié)合局部水頭損失和沿程水頭損失的原理設(shè)計(jì)出來(lái)的量測(cè)不同局部損失系數(shù)的儀器。按照水力學(xué)知識(shí)，局部損失系數(shù)一般按照包打經(jīng)驗(yàn)公式取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，這樣在很大程度上不準(zhǔn)確。學(xué)生經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)自己學(xué)習(xí)、向指導(dǎo)教師請(qǐng)教、查閱文獻(xiàn)資料等得出結(jié)論：局部損失系數(shù)的取值與邊界條件的具體變化情況有關(guān)，可概括為進(jìn)口、出口、突擴(kuò)、突縮、漸擴(kuò)、漸縮、彎管、叉管、折管、閥門等，各個(gè)邊界變化不同、流速不同、粗糙度不同、溫度不同等都會(huì)導(dǎo)致局部損失系數(shù)的變化。于是采用人工砂模擬不同粗糙度的儀器測(cè)出了突擴(kuò)、突縮狀態(tài)下的局部損失系數(shù)取值方法。測(cè)量過(guò)程中充分考慮沿程損失和局部損失的影響，利用擴(kuò)前和擴(kuò)后增加測(cè)壓管方式減小沿程損失的影響。

6.考核方式不拘一格。以實(shí)際工程為基礎(chǔ)，讓學(xué)生自己選題，自己解決問(wèn)題，同時(shí)進(jìn)行匯報(bào)答辯。既鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考的能力又增強(qiáng)了理論應(yīng)用能力，也可針對(duì)重難點(diǎn)分成任務(wù)型小組進(jìn)行考核。同時(shí)還可以結(jié)合水力學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)比重增加考核方式多樣性。

嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，“教學(xué)有法，但無(wú)定法，貴在得法”。落實(shí)創(chuàng)新性教學(xué)、深化教改還有很長(zhǎng)的路要走。全面提高教師自身素質(zhì)，在教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”的關(guān)系中樹立“教為學(xué)服務(wù)”的思想，這樣我們才能面對(duì)人才需要的挑戰(zhàn)，從容地交上一份滿意的答卷。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳持恭.水力學(xué)（上）[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.

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[3]余武周.水力學(xué)課程的特點(diǎn)及教學(xué)改革的思考[J].水利天地，2010，（2）：14-15.