1、引言
流體力學(xué)是力學(xué)的一個分支，是許多工科專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，既有常見的力學(xué)特點——理論性強(qiáng)，也有工科課程的特色——實踐性強(qiáng)。在教授課程理論知識的同時，通過實驗提高學(xué)生的動手能力、分析和解決問題的能力以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識是該課程的課程目標(biāo)。
傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式堅持演示實驗與量測實驗相結(jié)合。演示實驗主要采取老師講、學(xué)生聽的教學(xué)形式，只能簡單實現(xiàn)課堂理論的延伸；在量測實驗中，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書“按部就班"地完成實驗任務(wù)，學(xué)生對實驗現(xiàn)象往往“知其然而不知其所以然"，實驗過程流于形式。如何在現(xiàn)有的實驗條件下改變實驗教學(xué)思想和模式，適應(yīng)教育部關(guān)于新工科人才培養(yǎng)的要求，是當(dāng)前開放實驗教學(xué)改革研究的關(guān)注重點。
2、實驗教學(xué)模式的多元化改革
2.1實現(xiàn)實驗教學(xué)的課外延伸
實驗教學(xué)要求學(xué)生在掌握理論知識的前提下，通過實驗來驗證所學(xué)理論知識，并能進(jìn)一步探索生活和工程中的應(yīng)用問題。這樣的實驗?zāi)繕?biāo)并不囿于在實驗室中得以實現(xiàn)，如流體力學(xué)課程中伯努利方程這個知識點可應(yīng)用于畢托管實驗、文丘里實驗、能量方程實驗等多個教學(xué)實驗中，這些實驗的實驗?zāi)康木▽幽芘c勢能之間能量轉(zhuǎn)換特性的觀察學(xué)習(xí)以及對測壓排的排氣調(diào)平、運用體積法量測流量等技能的掌握。多次重復(fù)技巧性不強(qiáng)的動手練習(xí)，對于實驗學(xué)時少的流體力學(xué)課程而言是種浪費，解決方法是：學(xué)生在量測型實驗中最多選擇一個此類相關(guān)實驗進(jìn)行操作，同時結(jié)合課堂理論知識，在課后要求學(xué)生自行組成小組，根據(jù)教師提供的方程應(yīng)用案例（見表1），利用生活中的日常用品動手做實驗以驗證伯努利方程，并通過拍攝視頻清晰展示實驗過程，將原理闡述清楚。

表1 驗證伯努利方程的課外實驗
課外實驗的優(yōu)勢在于，學(xué)生可以自己動手設(shè)計實驗，裝置簡單易做，不需要集中時間進(jìn)行，若實驗失敗或效果不佳，學(xué)生可咨詢教師進(jìn)行重復(fù)操作，這樣明顯比在實驗室中進(jìn)行實驗更能提高學(xué)生的動手操作能力，反復(fù)實驗也強(qiáng)化了學(xué)生的知識體系，促使學(xué)生將理論知識運用于實踐。
2.2貫徹啟發(fā)式實驗教學(xué)法
演示型實驗的特點是，每種實驗儀器個數(shù)少，不具備每位學(xué)生對所有實驗都進(jìn)行量測和動手操作的條件，且其屬于綜合型設(shè)備，一個實驗蘊含多種重要原理，單純依靠教師講解容易流于表面。建議采用啟發(fā)式教學(xué)模式，改變學(xué)生被動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，要求每個實驗小組依據(jù)實驗?zāi)康难芯繉嶒炑b置的實驗原理及裝置特點^[4]。在開放型實驗室中，學(xué)生可向教師預(yù)約，在實驗室反復(fù)進(jìn)行實驗操作及探討交流，隨后在正式的實驗課上總結(jié)自己的實驗收獲。流體力學(xué)演示型實驗中比較典型的用于啟發(fā)式教學(xué)的實驗裝置包括虹吸管實驗（重點是如何實現(xiàn)虹吸管內(nèi)負(fù)壓的形成、如何進(jìn)行不同型式的測壓排的負(fù)壓值測量）、水擊實驗（重點是如何形成間接水擊、如何實現(xiàn)水擊壓強(qiáng)的揚水）、流動現(xiàn)象演示儀的操作實驗（可至少分為三個實驗小組進(jìn)行，如流量計及閥門種類對比組、局部損失大小對比組、繞流運動形狀阻力大小對比組等）。
在量測型實驗中，同樣可有效進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。如流體靜力學(xué)實驗測負(fù)壓時，有一組實驗明確要求實現(xiàn)容器中某點為負(fù)壓。這是一個非常簡單的理論應(yīng)用，但或許是儀器的復(fù)雜型式擾亂了學(xué)生的“正常思維"，不少學(xué)生選擇從容器底部持續(xù)放水，意圖使容器內(nèi)液面降至該點以下，使該處形成負(fù)壓，可是在放水的過程中，學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)這種做法不合理，從而求助于老師。這時可建議學(xué)生自繪加裝簡單測壓管的密閉盛水容器，反問學(xué)生測壓管中液位在何處時該點為負(fù)壓。不用更多地解釋，甚至還在繪制過程中，學(xué)生已恍然大悟。
課堂所學(xué)理論知識掌握得好，不一定實踐應(yīng)用得好。對有的學(xué)生來說，二者之間似乎隔著“一座山"，但其實只隔著“一層膜"。啟發(fā)式實驗教學(xué)就是挑破這層膜，引導(dǎo)學(xué)生從被動接受轉(zhuǎn)為獨立思考和分析知識，同時這也是自我鞏固和更新知識的過程。
3、實驗教學(xué)資源的有效利用與合理配置
流體力學(xué)實驗設(shè)備輕便、細(xì)小，塑料軟管易老化、玻璃制品易破碎、水泵易燒壞，導(dǎo)致其總體使用年限較短。一旦需要更換或報廢，實驗室會考慮留下部分未損壞材料或簡易設(shè)備以備用，如測壓管、可拆卸密閉容器、管道及閥門等，可用于再組裝或改裝利用，為創(chuàng)新和開放實驗提供素材。
實驗室根據(jù)實驗操作和處理數(shù)據(jù)的需要，配備了幕布、投影儀、電腦及數(shù)據(jù)處理軟件。當(dāng)因?qū)嶒瀮x器意外故障等原因?qū)е聦W(xué)生實驗計劃被打亂時，允許學(xué)生另找實驗項目代替。此時學(xué)生若不熟悉實驗設(shè)備、無法及時抓住實驗重點，會造成實驗進(jìn)程的延緩。利用投影儀不間斷播放實驗課件或顯示虛擬仿真實驗平臺的操作流程，可使學(xué)生快速領(lǐng)會各實驗項目的實驗?zāi)康模プ≈攸c，盡快投入到實驗中。以往學(xué)生在實驗課后處理實驗數(shù)據(jù)、完成實驗報告，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不合理或結(jié)論錯誤時已為時已晚，甚至可能為確保實驗報告的正確率，抄襲或偽造數(shù)據(jù)。現(xiàn)在實驗教師要求每組學(xué)生在實驗室將記錄的實驗數(shù)據(jù)輸入電腦，利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件完成計算，獲得最終的計算結(jié)果或規(guī)律圖，待教師檢查結(jié)論正確后方算結(jié)束實驗，如出現(xiàn)實驗誤差太大或?qū)嶒炓?guī)律錯誤的問題則要求重做。利用軟件處理數(shù)據(jù)旨在節(jié)省學(xué)生的數(shù)據(jù)計算時間（大多是簡單重復(fù)的加減乘除），教師經(jīng)過檢查可告知學(xué)生問題所在，正確引導(dǎo)學(xué)生完成實驗。
多媒體課件和虛擬仿真實驗平臺的應(yīng)用促使實驗教學(xué)手段靈活多樣，對開放實驗也起到一定的啟發(fā)作用。合理配置并開放共享流體力學(xué)實驗教學(xué)資源，能夠有效提高實驗教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生迅速掌握實驗?zāi)康暮蛯嶒炓?guī)律，同時推動流體力學(xué)實驗室的建設(shè)與管理。
4、實驗教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化改革
得益于實驗教學(xué)模式的多元化以及實驗教學(xué)資源的有效利用，可對流體力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合、優(yōu)化，增加綜合性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容，建立新的實驗教學(xué)體系。新型實驗教學(xué)體系主要由以下四大實驗項目組成：
（1）基本量測型實驗。精簡傳統(tǒng)實驗項目，減少簡單重復(fù)的驗證性實驗，目的是通過基礎(chǔ)的實驗操作使學(xué)生掌握實驗方法和操作方法。對象為所有學(xué)生。
（2）創(chuàng)新設(shè)計型實驗。如針對某個知識點的課外延伸實驗，學(xué)生可根據(jù)教師提供的思路或建議自行設(shè)計，或自行選擇實驗器材組裝或改裝實驗裝置，不要求*創(chuàng)新，目的是鼓勵學(xué)生自主設(shè)計、獨立思考及創(chuàng)新，訓(xùn)練學(xué)生靈活運用知識的能力及動手能力。分小組進(jìn)行，每組至少設(shè)計一個實驗。對象為所有學(xué)生。
（3）綜合應(yīng)用型實驗。主要針對演示型實驗，學(xué)生不僅要在實驗課上操作演示型實驗裝置、介紹實驗原理和結(jié)論，還要結(jié)合該原理自制簡易模型、模擬相關(guān)工程現(xiàn)象，展現(xiàn)該原理的實際應(yīng)用。實驗?zāi)康氖茄由鞂W(xué)生的專業(yè)知識，讓理論更貼近實踐。對象為不同專業(yè)的學(xué)生，如土木專業(yè)的學(xué)生利用有色煙氣觀察繞流運動。
（4）預(yù)約開放型實驗。以學(xué)生為主體，不限定實驗內(nèi)容，可與上述三項實驗相結(jié)合，甚至與課外競賽活動、科研項目相結(jié)合，確保實驗的*開放。
實驗成果的提交有多種選擇，但注意內(nèi)容不要重復(fù)。預(yù)約開放型實驗不作特定要求，建議實行加分制。對象為有興趣的學(xué)生。
5、結(jié)語
隨著實驗教學(xué)理念的變革，采用創(chuàng)新、開放的實驗教學(xué)模式已成為當(dāng)前實驗教學(xué)改革的潮流之一。中南大學(xué)土木工程學(xué)院流體力學(xué)團(tuán)隊依據(jù)課程實驗?zāi)繕?biāo)，在實驗教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容方面積極探索和改革，建立并逐步完善新的實驗教學(xué)體系，使傳統(tǒng)式實驗和開放式實驗并重，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作能力方面取得了一定的成效，也進(jìn)一步提高了新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。