孙斌，杨磊
郑州大学水利科学与工程学院，郑州，450001
摘要：在新工科建设和“双一流”学科建设的大背景背景下，本文针对水力学实验教学内容，采用多样化的教学方法加深学生对理论知识的理解和掌握。新形势下国家对创新型人才的需求，使高等学校教学改革势在必行，文章围绕高等学校水力学的实验教学方法进行研究，旨在培养工科专业本科生的实验能力和创新能力，以郑州大学水利科学与工程学院水力学课程的多层次实验教学模式的探索为例，对工科背景下水力学实验教学方法进行了探讨和思考。
关键词：高等学校；水力学；实验教学；教学方法
一、引言
水力学是研究以水为代表的液体的运动规律以及在工程中的应用，既具有较系统的理论体系，又与实际紧密相连，旨在应用水力学原理来解决工程技术问题[1]。实验教学是水力学课程重要的实践环节，实验教学对培养学生的工程实践能力和创新思维起着很重要的作用[2]。实验环节目的是通过实验加深学生对水力现象的理解，使学生掌握测量压力、流速、流量、流程阻力系数和局部阻力系数等的方法，培养学生的分析和整理实验数据的能力。传统教学更加注重理论而轻视实验教学，在实验教学中，又缺少探索性实验，缺少与实际工程直接相关的实验，没有与时俱进，大多是传统落后的实验设备，这导致学生不能真正地通过实验加深对水力学原理的理解。近年来数值模拟被广泛应用于水力学相关领域，应用计算流体力学(CFD)的方法能够较为精准便利地得到水流运动特性参数数据，并使结果实现可视化[3]，把计算流体力学方法引入教学中与实验教学结合将能使学生深入理解水力学原理。
二、传统实验教学中存在的问题
（一）重视理论教学轻视实验环节
水力学涉及领域广，概念多，公式繁，传统教学更加注重理论教学，例如方程的推导，概念的讲解，多以课堂书本为基础，在课堂上以教师的讲为主，学生在掌握的过程无法深入的理解和思考，且实验环节如同走形式得不到学生重视，课堂上为了学习而学习，实验教学中为了实验而实验，教学效果不佳，一般很难达到开设这门课程的要求和目的。
（二）实验类型单一，实验设备老旧
水力学实验课程中缺乏设计型实验和创新型实验，验证型实验约占 60 % ，综合性实验约占 40% ，在水力学实验教学的过程中，学生一般按照既定的步骤和操作完成实验，无法调动学生主动积极的学习和思考，没有达到实验教学的目的。除此之外，目前水力学实验教学中实验设备多为已使用数十年的老旧设备，已经无法满足当今时代发展对课程的要求，与时代脱节严重，仅仅是演示了水力学中最基本的原理，而没有结合具体的工程实践案例，对学生而言无法理解实验和本专业工程实践的直接关联，不利于学生学以致用将水力学相关知识运用到本专业的工行才能技术问题中。
（三）教学方法不能与时俱进
传统教学方法多为教师按课本内容通过课堂讲解，学生已听为主，而水力学课程概念多、公式繁，晦涩难懂，而课程又限于课时的要求，学生想要完全掌握这门课程有一定的难度，为解决这一矛盾线上教学势在必行。通过线上教学平台，将每节课录播为教学视频上传到线上教学平台，可以供给学生不限次数不限地域地观看，与此同时教师也可以通过学生的反馈对自己教学方法进行调整和更改，除此之外，还可以通过线上教学平台实时掌握每个学生的疑惑和学习深度，极大地提高教学效率。
三、水力学实验教学的新思路
师生都必须充分认识到水力学实验教学的重要性，这是水力学实验教学改革根本前提[4]。
针对传统实验教学中存在的问题，结合新时期国家对创新性人才的需求和开设这门课程的根本目的，通过实践，探索出有利于提升教学效率和质量的新方法：
（一）开展研究型和设计型实验
通过学院或学校举办的创新实验项目、水利创新大赛、挑战杯比赛等相关比赛，积极鼓励广大学生参与水力学创新实验，并选拔优秀学生参加级别更高的水力学创新大赛。与此同时，在本科水力学实验室设置设计型实验专区，为学生提供水力学相关实验的试验设施。除此之外，可以将研究生的水力学相关项目和实验让本科生参与，在掌握水力学基本理论知识的基础上进行更加深入的研究。总而言之，通过采用多种方式为学生提供需要的平台和空间，还可以抽调部分实验室教师为学生提供技术指导，培养学生的创新能力、合作能力、科研能力和工程意识，激发学生的创新思维[5]。
（二）引入与工程直接相关的案例
传统的水力学实验教学环节中缺乏引入与学生本专业直接相关的内容，水力学作为一门为工程解决实际问题的学科，需要让学生理解所学理论知识和实验可以运用在工程中的哪些环节。以郑州大学水利科学与工程学院为例，对于工程安全与防护相关领域可以增设管道过流荷载和损毁原理的实验，对于水力学及河流动力学相关领域可以增设输水渠道和管道沿程水头损失或者水锤实验，对于工程水文学专业可以增设与水文相关的水力学实验，总之，只有将水力学实验教学与本专业直接相关的专业相结合才能充分发挥水力学实验教学的作用，达到实验这一环节的要求和目的，也使学生学会学以致用，深刻理解这门课程在现实生活中发挥的重要作用。
（三）实验与数值模拟相结合
计算流体力学CFD是一种使用计算机进行计算的研究方法，在现代水力学研究中，理论分析、科学试验和数值模拟是最主要的研究手段，这三种方法取长补短极大地推进着水力学的发展。在目前的水力学实验教学中，缺乏数值模拟这一手段，通过水力学试验和与之对应的数值模拟相结合[6]，既可以使学生掌握现代水力学的研究手段，又可以使结果可视化，加深学生对试验原理的理解。数值模拟的结果可以来验证试验是否真实可靠，实验的数据也可以反过来验证数值模拟的参数设置是否合理。将实验与数值模拟相结合，让学生深入的理解水力学这门课程，使实验教学这一环节不再是走形式走过场，还有利于学生以后再水力学相关领域的继续进修。
四、结论
水力学课程作为水利相关专业教学体系中的重要组成部分以及很多专业课程的基础课，在专业型人才培养中发挥着不可替代的作用。在新工科和“双一流”建设的大背景下，根据郑州大学水利工程专业培养计划探索了新的实验教学方法，充分发挥每种方法的优势，与时俱进，在实践中不断探索和推进水力学实验教学的优化，形成一套具高效率、高质量的水力学课程教学方法，为培养基础扎实、能力突出的水利专业的高级人才做出贡献。
针对创新型人才的培养目标，本文介绍了水力学实验教学的新方法，今后将根据教学实践进一步优化水力学实验的教学模式，将知识综合化、工程化和科研化，贯通本研培养，提高学生思维能力、创新能力、科研能力[7]。
参考文献
[1] 孙杰,张寅,王俊.在“水力学”教学中培养学生的工程意识[J].科教文汇(下旬刊),2018(09):73-74.
[2] 吴湘. 近年来我国高校课程建设研究[D].苏州大学,2010.
[3] 潘小强,袁王景.CFD软件在工程流体数值模拟中的应用[J].南京工程学院学报(自然科学版),2004(01):62-66.
[4] 裴国霞.水力学课程教学模式的改革与实践[J].内蒙古农业大学学报(社会科学版),2000(03):39-41.
[5] 彭文利. 学科竞赛结合实践教学促进学生创新能力的培养[C]. Information Engineering Research Institute,USA.Proceedings of 2013 International Conference on Education and Teaching(ICET 2013) Volume 23.Information Engineering Research Institute,USA:Information Engineering Research Institute,2013:319-323.
[6] 鄂君良.水力学课程结构改革思考[J].杨凌职业技术学院学报,2003(02):68-69.
[7] 倪勇. 在科学教学中培养学生创造能力的几点体会[C]. .第五届中国教育技术装备论坛获奖论文集（下）.:《中国教育技术装备》杂志社,2014:993-995.