多元化实验教学模式研究

1、多元化实验教学模式研究摘要：探索多元化实验教学模式旨在改善实验教学效果，提升学生理论联系实际的能力以及创新意识。该文以流体力 学实验为例，通过拓展教学方法，增设研究性和自主设计创新实验，注重对实验过程的考核，建立虚拟仿真、远程实验云 平台，探索教学与科研结合的培养模式，实现多元化实验教学。实践表明，多元化实验教学能有效激发学生实验兴趣和动 力，提升学生利用理论知识解决实际问题的能力，实现了教与学的良性循环。关 键 词：多元化实验教学；流体力学；实验教学改革；实践创新能力Research of Diversified Experimental Teaching ModelAbstract: Th

2、e purpose of exploring the diversified experimental teaching model is to improve the experimental teaching effect, enhance students capability of connecting theory with practice and innovative consciousness. Taking fluid mechanics experiment as an example, this paper establishes cloud platforms for

3、virtual simulation and remote experiment, explores the training model of combining teaching and scientific research, and realizes diversified experimental teaching by expanding teaching methods, adding experiments of research and independent innovation design, emphasizing the evaluation of experimen

4、tal processes. The practice indicates that diversified experimental teaching can effectively stimulate students experimental interest and motivation, improve their ability to solve practical problems with theoretical knowledge, and realize a virtuous circle of teaching and learning.Key words: divers

5、ified experimental teaching; fluid mechanics; experimental teaching reform; practice and innovation abilities实验教学是学生探索未知知识的重要途径， 开展实践教学，是培养学生实践创新能力的最佳 方法1o通过实验，学生对理论知识进行验证，深 入掌握理论知识，实现知识与能力、理论与实践 相结合2-3，从实验中发现、分析问题，依靠所学 理论解决问题，激发对未知事物的求知本能，实 现新的创造4o因此，实验教学是非常重要的实践 环节。我国高等教育长期存在重书本、轻实践的问 题，实验教学效果低于预期

6、，难以实现学生的知 识、能力和素质协调发展5-6o 一方面，长期以来 实验从属于理论课导致实验教学地位不高，学生 认为实验课是辅助理论教学的，学生关心实验成 绩却不注重锻炼动手能力；另一方面，实验教学 常采用教师讲、学生做的灌输式模式，学生被 动地、机械地开展实验，对实验原理和过程一 知半解，遇到难题未经探索就找教师解决，形 成了依赖心理。导致实验教学效果难以达到教学 目标7-11o实验教学的宗旨在于培养学生的实践和创新 能力。实验教学体系应具备多样化的教学方法、 系统性的培养过程、客观公平的成绩考核方法， 才能获得理想的教学效果12-13o而传统单一的实 验教学模式难以实现教学培养目标和满足

7、学生自 身发展需求，因此构建多元化实验教学模式，完 善教学体系至关重要。为此，本文以浙江大学海 洋学院流体力学实验教学为例，就多元化实验教 学模式的探索与实践展开论述。1多元化实验教学模式本课题组在突出以实践创新能力培养为中心 的教学思想指导下，坚持学以致用的教学理念， 建立科学有效的多元化实验教学模式，重点围绕 “教什么、如何教及怎样实现学生能力再提高” 等问题进行了深入研究。通过对国内流体力学专 业领域的知名高校调研，以教学方法、教学内 容、实验方式、培养模式以及成绩考核为切入点 进行探索与改革，在教学方法与内容上进行创 新，开展线上线下混合式实验教学，依靠科研实 验设施开展科研训练，通过

8、完善成绩考核方法引 导学生实验态度和目的。对学生融会贯通理论知 识，将理论与实践紧密结合，提升创新意识起到 了积极作用。多元化实验教学模式框架图如图1 所示。多元化实验教学模式掌握知识，将理论知识融入实验；案例式教学结 合理论在不同专业领域的实际应用案例，使学生 了解学习理论知识的实际意义，带着目的去学习。提问式、体验式、案例式教学应结合流体力 学理论应用案例展开，如静脉输液，先让学生分 析匀速输液用到的原理，再结合静脉输液示意图 进行讲解。如图2(a)所示，随着药液减少，伴随 瓶内气压降低，针头口处压强降低，输液速度越 来越慢；图2(b)所示，虽保持瓶内气压不变，但 药液减少使针头口处压强降

9、低，输液速度也变 慢；如图2(c)所示，在瓶塞处设置软管连通大 气，当药液减少，瓶内压力降低，外部空气因压 差作用进入药瓶，进气管上端管口和针头口高度 相等，在同一等压面上，且压强始终等于大气 压，保证针头口的压强不变，能匀速输液。通过 学生亲历应用案例可以高效地解释流体力学等压 面的概念，对比传统概念阐述式教学更容易理解 和记忆。教学 方法教学 内容实验 方式教研 结合多维 考核二提问式十体验式丁教学I 程 n实验:实验报告: 彳考核k!过程化考! T核与管理; 成绩认定I：科研设施H:免费使用；材料存档|；1加深理解和1 记忆理论 知识1培养学生实1 践能力和1创新意识11提升线上1 线下

10、实验 教学能力培养学生 科研视角 1和创新精神11改善学生实验1 态度、激发 主观能动性4增加创新NH实验匕H仿真；案例式图1多元化实验教学模式框架图图2静脉输液示意图(b)瓶内恒压减速2教学方法改革传统单一的灌输式实验教学方法已难以满足 学生对知识的渴望和实现学生的全面发展。教学 方法的改革应根据学生的认知特点和规律，因材 施教。提问式、体验式和案例式讲授方式可加深 学生记忆和理解知识，丰富学生知识储备。提问 式教学是促进学生思考的有效途径，如流体力学 中流谱流线、边界层分离等演示实验的教学，让 学生利用所学理论描述观察到的实验现象并分析 其中机理，教师对学生的回答做出评释，学生通 过思考构

11、建知识体系，有效巩固了所学知识；体 验式教学通过制造实际或重复的情境，将教学内 容融入生活，使学生在犹如亲历的过程中理解和3实验内容设计学生被动实验，大量抄报告，成为实验教学 中普遍存在的问题14，在一定程度上限制学生思 考和创造。以往流体力学实验内容有演示实验、 验证实验和综合实验，实验理论成熟、难度不 大，过程相对机械，难以启发学生充分思考，不 利于学生知识面的扩展及实践能力的提高。因 此，在遵循学生认知规律基础上，设置层次化、 多样化的实验内容，由简入繁，先从定性分析实 验着手，再开展定量研究实验，对学生构建知识 体系，提高知识储备，强化学生解决实际问题的 能力非常关键。课题组在原有实验

12、内容基础上增加学生利用 理论知识探索、分析和研究，得出结果的研究性 实验，包括文丘里综合实验和典型物体绕流问题 综合实验。文丘里实验研究不同实验工况对喉管 处真空度的影响，以及喉管在极限真空度下的最 大过流能力和最大管嘴作用水头；绕流实验研究 平板、圆柱和机翼形物体绕流时周围流速和压力 的分布规律以及影响绕流阻力与升力的要素。绕 流实验还进行数值模拟，利用流体力学仿真模拟 软件建立物体绕流模型求解，让学生知晓解决流 体力学复杂问题可借助软件模拟，帮助学生掌握 流体力学专业计算软件的使用，提高理论联系实 际的能力。为培养学生创新能力，课题组增设了自主设 计创新实验。学生根据流体力学教材中理论知识

13、 选定内容，也可在现有实验仪器基础上进行优化 设计新的实验，利用课上或课后时间完成实验， 最终提交包含实验目的、实验原理、实验方案、 仪器工作原理等内容的实验项目书。考虑实验课 学时的限制，合理压缩验证和综合实验内容，确 保研究性实验和自主设计创新实验的完成质量。实验内容的扩展达到了预期效果，学生在开 展文丘里综合实验时就喉管处真空度的测量方法 与实验室教师展开讨论，积极开展自主设计创新 实验，在实验室条件下设计完成了利用水中加入 淀粉来研究非牛顿流体力学特性的实验，从中收 获宝贵经验。学生从验证和综合实验中培养了基 本实践能力，又通过研究性、自主设计创新实验 强化了利用理论解决实际问题的能力

14、以及培养创 新思维。4开展线上实验为拓展新的实验方式，课题组加强互联网信 息技术与教育教学的融合，开展“互联网+教 学”，建立了网上教育教学平台和流体力学虚拟 仿真实验云平台。流体力学课程的教学资料上 传至平台，学生可随时随地进行资料下载与在线 学习，还可在线完成流体力学虚拟仿真实验。如 图3所示，虚拟仿真实验云平台正在进行动量定 理综合实验。学生利用虚拟仿真实验云平台可以 提前预演实验，在理论课后及时验证理论知识， 丰富了学习方式，利于学生快速理解和掌握所学 知识。关闭实验动量定律实验V=50.0问题讨论时间:0 s体积:0 mLd (204； 1.2 I cm 20 | 国工作原理D (2

15、0 2动量定律实验V=50.0问题讨论时间:0 s体积:0 mLd (204； 1.2 I cm 20 | 国工作原理D (20 2 cm(D1.2 d)V=32.23分流阀门调节0%100%图3虚拟仿真实验云平台一动量定理实验图4远-近程一体化动量定理实验5教研结合培养模式实验教学不宜固守以教学实验室为中心的培 养模式，应延伸到科研实验室对学生进行科研训 练，培养学生的专业实践能力与自主创新精神15o 由于科研实验室在人才培养方面发挥着重要作 用，高校应将本科生的科研训练融入实验教学体 系，明确科研训练的教学目标和内容，鼓励本科 生走进科研实验室。学生在实验教师指导下开展 研究性实验，通过科

16、研训练提高自身依靠理论分 析和解决复杂问题的能力。一直以来，课题组教师十分注重本科生的 科研训练，制定了科研实验设施面向本科生实验 无偿使用的政策。目前科研实验室在服务教学方 面已取得一定效果，如图5(a)所示，学生在教师 指导下利用“地球流体旋转试验台”开展了泰勒 柱实验，更加直观高效地认识地球流体的旋转 效应，学习效果事半功倍；如图5(b)所示，利用 “精密实验玻璃水槽”开展了圆柱绕流、涡激 振动实验，有效提高了学生科研兴趣和实践动手 能力。(a)地球流体旋转试验台(b)精密实验玻璃水槽 图5部分科研实验室由港口航道与海岸工程专业学生设计、教师 指导的“潮流能驱动的海上漂浮式垃圾回收装 置

17、”在波流水池完成试验如图6所示，该设计授 权了发明专利，并获得“浙江省大学生互联 网+创新创意大赛银奖”和“浙江省挑战杯课外 学术作品竞赛二等奖”。展现了科研实验室在 培养学生创新精神上的价值，将科研训练纳入 教学体系是对本科实验教学的重要补充。此 外，课题组正探索依靠科研实验设施开展更多 实验内容，将教学与科研实验室有机结合，使 二者尽其所长，更好地发挥出培养学生实践创 新能力的作用。图6潮流能驱动的海上漂浮式垃圾回收装置试验6实验成绩多维考核实验成绩的考核方法对学生学习活动有重要 影响。以往实验成绩主要依据学生出勤率和报 告完成情况来评定，不能客观反映学生的能力 以及教学的效果16o过于侧

18、重结果的考核方法导 致学生只注重实验数据和结果，忽视实验的宗 旨。科学客观的考核方法应体现出实验教学目 标和人才培养目标，有利于培养学生动手实践 能力，激发创新潜力。因此，课题组教师将学 生在实验过程中的表现同样作为评定成绩的重 要依据，同时通过研究性、自主设计创新实验 考察学生的实践能力和创新意识是否通过实验 教学得到改善。课题组教师经过教学经验总结、研讨调研， 结合学生在实验过程中的表现与各类实验报告 完成情况，在原考核方法基础上，补充完善了 考核细则，加强了对学生实验预习情况、实验 原理掌握情况、实验技能等方面的考核。实验 预习情况以笔试方式考核学生对实验目的、原 理、仪器构造等内容的掌握；实验技能考核以 学生在实验课上的表现，即是否能熟练操作仪 器作为依据。为确保学生实验成绩的客观性和 真实性，实验教师将学生出勤率和各项成绩的认定材料与实验报告一并存档。实验成绩考核方法的改革取得了显著效果， 学生