实验案例水力学能量方程实验.doc

实验案例水力学能量方程实验

实验教学目的:“自主、探究”型实验模式的建立
实验教学的方法：在明确实验要求的前提下，学生自主实验，辅以教师的指导
实验教学设计：无须教师集中讲解、有CAI或资料代替，学生自主选用
实验仪器及配置：
（1）、自循环能量方程仪及相应的量测用具若干。
（2）、实验仪器的技术使用说明书、实验指导书和实验室装备简介等资料。
（3）、计算机数台，并与学校局域网相连接
（4）、计算机仿真实验辅助软件，实验指导或问题讨论的有关录像，以及实验数据分析软件等
实验教学评定：有学生提交的实验报告和两种实验模式比较进行评判
佐证材料：⑴新高职实验报告。
⑵3+2高职实验报告。
案例设置说明：
（1）、能量方程实验在整个《水力学》课程中,占有举足轻重的地位。它虽是一个独立的实验，但在整个实验过程中，涉及到的很多知识点都与其它章节中的实验相联系；
（2）、实验的过程和结果最贴近生产应用，如水利工程中的河道、渠道等；
（3）、该实验仪器的技术参数都是在制作时定型的，已成不变的，在分析问题上，对发散学生的思维方面有局限性。
一、 传统的实验教学存在的问题：
（一） 学生缺乏自主权。
传统的实验教学是以教师为主的教与学的基本格局，学生只是知识的传承者。实验开始，老师详细讲解实验内容和方法并做示范操作，实验过程中帮助学生解决遇到的各种问题。这种实验模式造成教师“包办”过多，学生自主学习受限的结果，学生没有猜想和假设，没有疑惑。比如：在“能量方程”实验仪的喉管6、7点断面处（如图一~三）

两测压管的差距很大，而8、9点断面的差值小，并且两断面相距很近，但很少有学生提问“为什么”？更不要说去主动思考了，学生只是完成实验任务而已。
（二） 实验仪器方面：
仪器规格统一，技术参数一致。我校的《水力学》实验仪器全部是从浙江大学购置而来，其能量方程实验仪更是配置一样，整齐划一。无论哪个小组的实验，如果选择相等的流速，其测出的流量是相等的，总水头线Ｅ－Ｅ的曲线图是一样的。因此，在实验过程中，对学生进行的仅仅是严格的实验操作训练，这种模式在很大程度上，遏制了学生的个性发展。
（三） 在实验安排方面：
传统的《水力学》实验，由于受实验台数和各班教学进度的限制，每学期什么时间，哪个班级做什么实验都是预先安排好的，到实验室后，按照老师划分的小组，在同一时间内同步进行，不再另外安排课时，因此，每个小组的所有同学的实验数据和成果都是一样。另一方面，对基础差或动手能力差的学生而言亲自动手操作的机会少，忽视了每个同学的个体差异和个性发展，不能做到因人而异，自主选择。这种模式以结论的形式呈现教学内容，过分注重对知识的验证，学生掌握的只是能量方程的物理意义和仪器的操作使用。忽视了培养学生的探究和创新能力的提高。
（四） 在学生的能力提高方面：
由于在“能量方程实验”中，需要掌握的概念比较多，像总水头、测压管水头、总水头线、测压管水头线、渐变流、急变流等贯穿于实验始终，且它又涉及到前面的静水力学知识，联系到后面的毕托管测流速，流量计测流量，以及重力离心惯性力等概念，仅仅简单的实验操作，学生不易从中发现问题，缺乏探究的困惑、挫折、失败，更没有成功的喜悦。
二、 实验教学整合的思路：
鉴于上述传统实验教学中存在的问题，我们本次能量方程的实验教学，在应用现代化教学手段进行整合时，主要采取了以下措施和方法进行了处理，以期解决上述问题，争取取得较好的实验教学结果。
（一） 突出以学生为主体，实验程序与方法由学生自主选择。
由于现在实验室内配置了计算机和与能量方程相对应的实验应用软件和录像等，故在整合时我们注重利用多媒体网络技术对内容进行新颖的编排，和力求实效的调整，学生来到实验室后，可以选择多种方式来完成实验，如：是先在多媒体计算机上模拟实验，先看实验指导和实验录像；还是先看书面资料，在实验仪器工作台上实际操作，可根据自己的兴趣、爱好、各自的理解程度，自主选择。而教师则是学生的服务者。学习基础较差的学生可选择：录像——多媒体演示——实操——录像——再实操，反反复复，一直到自己真正掌握，并有升华；学习功底较好的学生，可选择：实操——多媒体演示——数据验证——成果分析——问题质疑；学有余力，或善于钻研的学生，可选择独立构思实验方案，在计算机上随意设计，之后付诸实操的方式。
（二） 在实验仪器方面：
解决了实验仪器规格统一，过水管径完全一致的状况。通过给学生提供实验ＣＡＩ课件，学生除在实验仪器上实际操作外，还可以通过计算机多媒体技术随意更改仪器设备的技术参数。如：我们的能量方程实验仪的过水管径共有三个不同直径的过水断面，分别为d1=1.37cm、d2=1cm、d3=2cm，这些都是固定不变的，而同学们在通过实验ＣＡＩ进行摸拟操作时，可在允许值0.4<d1<2.0、0.55<d2<1.4、0.8<d3<8、d2<d1<d3范围内随意设置，以获得不同的实验结果，并进行分析比较，从中探究水流运动时其能量变化与尺寸不同时的奥秘。
（三） 在实验安排方面：
（１） 仪器设备。同时提供计算机、实验仪器等数台，实验ＣＡＩ课件，实验原理录像以及相关资料。
（２） 时间安排。正常上课安排两学时，其它课外活动时间随时对学生开放。
（３） 实验组织。不再统一划分小组，让学生自由组合，独立完成。
（４） 实验项目顺序。完全由学生自主掌握，可以先运用计算机多媒体模拟，可以先仪器实际操作，也可以避开实验指导书，另立蹊径，自己设计程序去完成实验。
（四） 在学生的能力提高方面：
运用多媒体资源创设问题情境，引发学生探究欲望，培养学生的分析探索能力。
　　通过上述不同形式的实验后，让学生通过多媒体计算机和校园网络提供的实验成果分析程序、问题讨论解答，及水利工程中水流通过电站、管道、闸墩等建筑物的能量损失，水流形态、过水能力等图片和视频，让学生感知，以引发兴趣，丰富头脑，然后再回过头来分析比较自己的实验成果，探究问题。从中找出成功的喜悦，失败的原因；之后，还可以再进行实验，如此反复，从而发挥和调动学生的学习主动性，提高学生的动手能力，培养学生创新精神，便每一位学生的学习兴趣和潜能得到充分的展现和发展，从而实现自主探究、自主学习、自主提高的目的。
三、 两种实验模式的比较：
此次实验我们选择的实验班级是高职高专２００３届水工班，（参照班级是平行班农水班，）利用多媒体网络教学系统，配置实验ＣＡＩ、采用“自主、探究”型实验模式，在实验教学中取得了较明显的效果，其实验效果明显强于参照班。(见附表1)
四、 对实验教学改革的感想
通过这次《水力学》教学的改革，我校建立了新的实验教学模式。经过两轮的使用，从对学生的实验报告分析后可以看到，新的实验方式虽然较传统的实验模式有长足的发展，但本人认为，今后还要从以下几点加以完善。
（一） 每学期开课伊始就把有关实验的内容发给学生。如：实验任务与要求，实验指导书与实验报告书，实验室可用资源等，同时通知学生，在校园网内，可查阅相关知识点，让学生早了解、早熟悉。
（二） 在运用多媒体计算机实验教学中，应注意观察区别对待，对不同层次的学生要作适当的调整，既给予自主，同时又不能太放任自流，对一些自我约束能力差，爱玩和喜欢上网的学生，要防止走弯路，要强化教师的约束和引导作用。
（三） 在校园网上面，再增加些当前河南的水利形势和任务，本省范围内的大、中、小型水利工程视频系列，以坚定学生的专业思想。
（四） 在第二轮应用于“3+2”高职生时，由于学生基础有些差，自控能力也较差。故完全采用与新高职相同的实验方式，有一定的困难，尚需调整实验方式的针对性，以期保证个体的适应性，提高实验效果。

附表1：
“自主、探究”型实验模式与传统
比较表
传统型实验教学模式
自主、探究型实验教学模式
教师为主体
学生为主动体
内涵式
外延式
验证式
创新式
实验内容群体统一
个人选择、同人而异
实验室定时、计划实验，时间有限定
实验室课外活动时间随时开放、时间不限制
先教师讲解、示范，后学生做实验
利用多媒体技术、由实验ＣＡＩ或资料代替、学生自己选用
固定小组形式、动手的人少，看的人多
自由结合、自主实操，人人动手
同步实验、不易互动
异步实验、生生互动、师生互动
实验室仅具实验功能
即是实验室，又是试验室
没有压力和动力
既有探究的困惑、又有成功的喜悦