王 英 朱志輝 羅建陽 謝曉晴 李海英 蔡儒雅

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，長沙410075)

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)離不開創(chuàng)新性教學(xué)，實驗既動手又動腦，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的極好途徑。由于流體運動的復(fù)雜性，使得流體力學(xué)研究離不開科學(xué)實驗，現(xiàn)代流體力學(xué)就是在純理論的經(jīng)典流體力學(xué)與偏重實驗的經(jīng)典水力學(xué)結(jié)合后才發(fā)展起來的，理論分析、實驗研究和數(shù)值計算是其三大支柱。但因?qū)嶒瀸W(xué)時少、學(xué)生人數(shù)多，還有儀器設(shè)備臺套數(shù)的限制，僅僅通過很少學(xué)時的實驗室教學(xué)很難達(dá)到培育創(chuàng)新人才的要求。根據(jù)我校的現(xiàn)有條件，我們在課堂演示實驗上進(jìn)行了一些探索和創(chuàng)新。

1 將簡單易行靈活多樣的演示實驗帶入課堂，提高學(xué)生興趣，啟發(fā)創(chuàng)新思維

課程講到伯努利方程的時候，我們用一個盛水的水槽，里面漂浮著兩個用泡沫做成的船模，兩個船模之間相隔有一定的距離(如圖1)，實驗前請同學(xué)們想一想：往兩個船模之間沖水，這兩個船模會如何運動？當(dāng)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)兩船模不但不會被水沖往兩邊，反而還會互相靠近直至撞到一起時(掃描圖1 中二維碼觀看船吸小實驗視頻)，都表示了強烈的好奇，這時教師給同學(xué)們講述船吸現(xiàn)象和原理，講講歷史上“奧林匹克” 號與“豪克” 號相撞的重大海難，這極大地調(diào)動了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。教師及時啟示同學(xué)們，伯努利原理可以解釋生活中大量的類似現(xiàn)象，布置他們課后用自己的眼睛去尋找生活中伯努利方程的應(yīng)用，用自己的腦袋去思考為什么。因此，同學(xué)們學(xué)習(xí)和探索的積極性變得高漲，提交的小作業(yè)質(zhì)量也很高。比如：有的同學(xué)在老師實驗的基礎(chǔ)上繼續(xù)實驗，研究是在多大距離開始產(chǎn)生船吸？船吸時是小船撞向大船還是大船撞向小船？是齊頭并進(jìn)時容易產(chǎn)生船吸還是一前一后有些距離更容易產(chǎn)生船吸？

圖1 船吸小實驗

這個實驗因為要放在桌面上做，坐在下面的同學(xué)不易觀察水槽內(nèi)的實驗現(xiàn)象，因此我們改用圖2的實驗：將兩根吸管粘在硬紙板上做成軌道，相隔一定距離放置兩個乒乓球，通過卷紙筒往兩個乒乓球之間吹氣，兩球不但不會被吹開，還會都往中間來直至互相靠在一起(掃描圖2 中二維碼觀看乒乓球吹氣小實驗視頻)。通過這些生動有趣、貼近生活、靈活多變、簡單易行的課堂演示實驗，極大地調(diào)動了同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，探索和創(chuàng)新意識不斷開啟。

圖2 乒乓球吹氣小實驗

2 在實驗中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

學(xué)習(xí)了文丘里管之后，提問同學(xué)們能不能開發(fā)出文丘里管的一個新功能？有的同學(xué)提出可利用文丘里喉管處的負(fù)壓，做成一個負(fù)壓抽水機，無需用電即可抽水；有的同學(xué)提出可做成花式雞尾酒拌合器等等，年輕學(xué)生的頭腦中沒有固有概念的約束，當(dāng)他們打開腦洞展開幻想時，出現(xiàn)了很多新奇古怪的想法，盡管幼稚，盡管有些可能是已有的現(xiàn)成東西，但他們確實是自己想出來的，這就是創(chuàng)新！這種訓(xùn)練，無疑對創(chuàng)新意識的激發(fā)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是大有好處的。

創(chuàng)新能力訓(xùn)練貫穿在課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，比如同學(xué)們學(xué)習(xí)了如何計算平面上的流體靜壓力，有一個習(xí)題是計算某平板的轉(zhuǎn)動軸安裝位置，類似于圖3 的中間部分，教師在講評作業(yè)時告訴同學(xué)們，這平板就是很有實用價值的水力翻板門。學(xué)完這一章，布置一個開放性的思考作業(yè)：能不能設(shè)計一個不用電的自動沖洗廁所裝置？很多同學(xué)立刻想到了水力翻板門，設(shè)計如圖3：隨著水箱水位的逐漸增高，水壓力的作用點也增高，當(dāng)作用點在轉(zhuǎn)動軸之上時，形成開門力矩，水力翻板門自動開啟，放水沖洗廁所，放水后在自重作用下平板自動回位，進(jìn)入下一個循環(huán)。還有一個同學(xué)利用所學(xué)流體力學(xué)知識設(shè)計制作了一個花盆自動虹吸澆水裝置，在家中無人給花澆水的情況下，能夠自動不間斷地給花盆澆水。

圖3 自動放水水箱

這種實驗引導(dǎo)式、討論式、互動式的教學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生許多創(chuàng)新聯(lián)想，進(jìn)而主動學(xué)習(xí)探索流體力學(xué)基本原理，從而取得了很好的教學(xué)效果。

3 教學(xué)體會

在結(jié)合實驗開展創(chuàng)新性教學(xué)的實踐中，靈活有趣的課堂演示實驗，在提高學(xué)生興趣、啟發(fā)創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面確實很有效果，關(guān)鍵要有一支熱愛教育，具有開放性、創(chuàng)造性思維和能力，以教書育人為初心和使命的教師隊伍，教師必須做有心人，時時處處留心收集各種各樣有趣、實用、簡單易行的小實驗，同時科學(xué)組織、靈活協(xié)調(diào)教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，開展創(chuàng)新性教學(xué)。良好的實驗條件可以將課堂演示小實驗與實驗室的量測大實驗結(jié)合，讓學(xué)生們親手驗證自己百花齊放、異彩紛呈的想法，還可以與學(xué)生科技活動及社會實踐相結(jié)合，這樣就能保證創(chuàng)新教學(xué)的實施，創(chuàng)造型人才才能層出不窮，教育的最終目的才能實現(xiàn)。