時間：2022-09-28 08:35:00
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇水力學實驗報告，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
1、提高思想認識,把科學發展與水利事業緊密聯系起來。水利工作在保障社會經濟發展中發揮著舉足輕重的作用，是否把握科學發展觀、思路是否正確、眼界是否寬廣、工作是否創新，決定了我們能否把科學發展與水利事業聯系起來。開展學習實踐活動，就是調整治水思路，把握水的自然規律，推進傳統水利向現代水利轉變，確立人水和諧的治水理念，不斷提升水利服務發展能力。我們要充分認清新時期、新形勢、新特點，準確把握新任務，在查找差距中更新思維，克服自滿情緒，克服固步自封，克服因循守舊，努力改變不符合科學發展的思想觀念，增強憂患意識、危機意識、創新意識、進取意識，弘揚創業創新創優精神，真正把科學發展觀的要求轉化為謀劃發展的正確思路上來，進一步弘揚“獻身、負責、求實”的水利行業精神，團結拼搏，開拓創新，埋頭苦干，扎實工作，努力成為貫徹落實科學發展觀的模范，在實踐中創新管理理念和領導方法，扎實推進我處工程管理的和諧發展、科學發展。
2、堅持以人為本，努力營造單位的和諧氛圍。堅持以人為本，是科學發展觀的核心。對于基層水管單位來說，堅持以人為本的理念，可以營造和諧的發展氛圍，為水利事業的健康可持續發展奠定堅實基礎。我們江都閘管理所職工較多，職工業務素質相差大，職工業務的專業又多，平時矛盾和沖突時有發生。要實現單位的和諧發展，核心是以人為本。為此，我們認為應該著重從以下幾方面入手。
首先是倡導文明新風，不斷提高職工綜合素質。人才是一個單位健康可持續發展的重要保證。我處是“全國文明單位”，又獲得了全國五一勞動獎狀，就更應該重視對職工的文明教育和培養。因此，我們應當在全所范圍內大力倡導男女平等、尊老愛幼、互愛互助、見義勇為的社會風尚；在單位內部形成人人學文化、學業務的氛圍，不斷促進職工綜合素質的提高，從而促進單位內部的和諧氛圍。
二是關心職工生活，為職工解決實際困難。貫徹落實科學發展觀就是要堅持群眾路線，真誠傾聽群眾呼聲，真實反映群眾愿望，真情關心群眾疾苦，多為群眾辦好事、辦實事。我們要做到想職工所想、急職工所急，時時處處想到職工、關心職工，特別是要及時解決在外施工的職工生產、生活中遇到的困難，讓每一個職工都能安心、積極努力地為單位的發展作出自己的貢獻。
關鍵詞：水力學;教學改革;水文氣象
水文氣象學是研究水圈與大氣圈界面上發生的物理規律、過程及其演變規律的一門學科。它既是應用氣象學的一個分支，又是水文學的重要組成部分。目前大氣、陸地和海洋水分循環系統綜合模型的研究，使水文氣象學的發展受到了廣泛重視[1]。2011年6月南京信息工程大學率先成立水文氣象學院（以下簡稱“我院”），并于同年進行大氣科學（水文氣象方向）本科專業招生，為解決洪澇、干旱、臺風、山洪、泥石流等極端水文氣象事件培養復合型人才。水力學是高等工科院校不少專業特別是水利類專業的一門重要技術基礎課。筆者借鑒已有的教學手段，結合水力學課程特點，積極探索理論學習和動手實驗相結合、多種教學手段并存的教學模式，力爭取得水力學課程的最佳教學效果。
一、根據課程特點，確定教學主線
1.水力學課程特點
水力學課程具有概念多、公式多、推導多、計算難的特點。其研究內容包括“水靜力學”和“水動力學”;研究方法主要是利用物理學和理論力學中相關的運動規律和原理，運用高等數學中的積分、求導等計算方法，推導水力學公式，用于擋水、輸水及泄水建筑物的計算和設計，具有較強的工程實踐性。
作為一門應用范圍相當廣泛的技術基礎課，水力學教材種類繁多。但目前不同機構或部門組織編寫的教材基本上是采用20世紀50年代前蘇聯洛強斯基的課程體系框架[2]，在很大程度上能夠滿足目前水力學教學的需要。對于水文氣象學這個新興的專業，沒有經驗可以借鑒。為了較好地保證教學工作的順利進行，分別以吳持恭主編，高等教育出版社出版的《水力學》（第4版）教材（國家級精品教材）和趙振興等主編的《水力學實驗》作為課堂教學和實驗用書。
2.確定教學主線，探索“教―學―做一體化”模式
水力學基本原理、工程應用和水力學實驗是該課程的三大組成部分。基本原理和理論是課程的基礎，工程應用是基礎的應用和體現，水力學實驗可以驗證、加深和鞏固理論課所學知識，三者相輔相成，是一個不可分割的整體。
教學方法或手段是教師向學生表達教學內容、傳授課程知識的途徑。在理論性和實踐性較強的水力學課程教學過程中，堅持啟發式教學，重點講清基本的概念、原理和方法。根據教學內容，分階段進行課堂總結，將相關內容連貫起來，變零散知識為整體知識，提高學生綜合分析問題的能力。
由于水力學涉及高等數學、大學物理、理論力學等知識，理論推導復雜、概念和方法多且易混淆，學生普遍反映這是一門難學的課程。為了充分調動學生的積極性、主動性和創造性，我院成立了水力學興趣小組。按照教學進度，安排小組成員參與實際工程設計，使學生變被動為主動，極大地提高了其學習興趣和解決問題的能力。
水力學試驗是揭示水流運動規律的一種重要手段。通過觀察水流的靜止和機械運動現象，了解水流運動的一般規律，學會量測水力要素和使用基本儀器的方法，掌握基本的實驗技能;培養學生分析實驗數據、整理實驗成果和編寫實驗報告等方面的能力以及良好的實驗室工作習慣和科學素質，為今后的工程設計和科學研究打下必要的基礎。
二、水力學課程建設與實踐
1.教學內容靈活化
基于“教―學―做一體化”教學模式，應針對不同內容，采取不同的教學方法。如三大方程是重點，應詳細講解。另外，我院購進了全套的水力學實驗設備，每套設備有2臺儀器可供使用，一次實驗安排2～3個實驗內容，保證每個同學均有機會動手操作。課余時間，實驗室對學生開放，鼓勵其進行創新性實驗研究。
2.教學手段多樣化
多媒體可將水力學中很多難以用語言表達清楚或學生很難理解的水力現象展示給大家，把抽象、難懂的問題變得直觀、易懂，因此其成為水力學課堂教學中的重要手段。但由于該課程自身的特點，全部使用多媒體并不能達到較好的教學效果，因此，采用多媒體和板書相結合的授課方式，可大大提高教學質量，達到事半功倍的教學效果。同時在教學中鼓勵學生參與教學，在課堂上采用學生講課、討論、提問等方式，從而增強學生的參與意識，活躍學習氛圍。
參考文獻：
[1]尹義星.普通水文氣象學課程探究式教學模式探討[J].安徽農業科學，2013（27）.
關鍵詞：給排水科學與工程；水力學；實驗教學；教學效果
中圖分類號：TV13；G6423文獻標志碼：A文章編號：10052909（2016）03009904一、水力學課程特點
水力學主要研究液體的宏觀機械運動規律及其在工程實際中的運用。水力學課程為后續相關專業課程，如水泵與水泵站、給水排水管網系統、建筑給水排水工程、給水水質工程學、排水水質工程學的深入學習打下牢靠基礎。因此，學好水力學課程尤為重要。
水力學是一門理論性質較強的專業基礎課，如何讓學生對單調枯燥、抽象繁雜的教學內容產生濃厚興趣并加以充分吸收，如何調動學生的熱情和積極性，如何更進一步提升水力學的教學質量，是一直以來高校水力學教學研究的重點，也是土建學科教師共同面臨的教研問題。
（一） 培養目標定位
通過課程的學習，學生需要了解和掌握水力學的基本原理與實際運用，最終形成扎實的理論知識和應用能力。結合工程實際問題簡化分析水力學問題，并具備常規實驗動手能力，主要包括水靜力學分析計算與水動力學三大典型方程的靈活運用、水流形態的判斷及其沿程和局部水體損失的確定計算，注重學生面對實際水力問題的分析計算能力和基本實驗動手能力培養，為后續相關專業課程的學習奠定良好基礎。
（二） 理論教學部分
水力學的理論教學用時占到本課程總學時的70%，主要是傳統“粉筆+黑板”板書教學和多媒體講解及展示教學相結合，并輔以一定的討論和檢測習題來鞏固完善水力學教學。剛開始，必須掌握靜水壓強、靜水總壓力計算分析和水動力學三大基本方程，只有精通水靜力學和水動力學的基本知識，才能在后續水頭損失、有壓管道、明渠恒定流、堰流、滲流等內容學習過程中游刃有余，水到渠成地完全掌握各種典型實際水力分析工程運用。水力學教學本身抽象性和理論性很強，有較多的計算方程及其附屬的方程運用條件，再加之實際環境類型的差異及水質條件參數的變化，使水力學講解授課和學習掌握存在相當難度，對工程力學、大學物理、高等數學微積分等基礎知識儲備有一定要求，這就需要學生在平時掌握過程中清楚各個方程的詳細推導過程，包括等式方程的等效替換、適度變形和方程使用前提及在該條件下的參數確定，遇到與之對應的具體水力學問題，可以按照等式方程形成原理，寫出適合實際問題的水力學方程。
此外，水力學教學課時相對緊張，在理論教學部分要針對給排水科學與工程培養計劃量體裁衣，有別于土木工程、水利水電工程等專業的水力學教學，重點突出水動力學中的“水頭損失”、“有壓管道”和“明渠”相關分析計算，讓學生掌握與管道、明渠相關的水頭損失及水流形態判斷確定及分析計算，而堰流部分多是水利水電工程為主要教學內容，滲流多是巖土工程巖土水力學的主要研究內容或是地質工程、地下水科學等專業的教學重點。鑒于此，課堂授課的例題講解，要多以市政管道、室內管道、水泵站、大壩修筑、自來水廠、污水處理廠等為主，讓學生更關注本專業領域所涵蓋內容，培養學生結合實際問題的分析能力。
（三） 實驗教學部分
實驗教學是水力學授課的重要環節。水力學的實驗教學用時占到本課程總學時的30%，主要在實驗室通過水力模型模擬實際工程中的現象，基于化學試劑在水中呈現的不同顏色，來清晰地觀察不同外部因素驅動下的水流形態及所形成的水力現象，對課堂理論教學起到補充作用。學生通過動手實驗和觀察實驗，并結合課堂理論知識，使整個水力學的學習變得輕松。實驗教學能讓學生動手參與并思考問題，積極性顯著提高。
值得重視的是，指導教師的水力學實驗選擇和教學安排對水力學教學效果影響較大。水力學實驗的典型性是實驗選擇的一個重要方面，而水力學實驗的全面性更值得思考，要選擇能反映多個水力學知識點的綜合性實驗，特別重視涉及核心知識點的實驗。例如，雷諾實驗中層流和紊流形態的觀察區分，阻力實驗中水損的形成，及阻力存在下對水流形態的作用影響。教學中可以讓學生觀察具體的實驗裝置和器具，回憶并講解理論知識，查漏補缺、強化理解，也可以讓學生結合生活實際工程中的水力現象，來分析其涉及的水力學知識，如泵站水泵的吸水管路、壓水管路設置安裝、室內用水器具的管道銜接及其水力成因，將抽象空洞的理論知識與生活生產實際緊密結合，讓學生意識到水力學知識對社會發展的巨大貢獻。
二、提升教學質量探索
（一） 強化基礎課程教學
學好水力學需要掌握好工程力學、大學物理、高等數學等基礎知識，否則在水力學學習過程中容易發生概念模糊，公式記憶不清晰等現象。例如，研究液體黏滯性、牛頓內摩擦定律、真空度等知識會涉及大學物理的相關知識，講解靜水壓力、液體平衡微分方程、靜水總壓力的分析計算會涉及高等數學中的微積分原理，水靜力學中具體水工構筑物受力分析會涉及工程力學的力學分析內容。如果高等數學、工程力學、大學物理等基礎知識掌握不到位，在分析具體水力問題時就會力不從心，感覺找出解題思路卻難以繼續計算下去而不了了之，更多的時候甚至會對整個題目無從下手，這樣發展下去會極大地消弱思考熱情，教學成果大打折扣。因此，授課教師在課堂應根據學生的知識接受情況，決定是否需要溫習回顧以前的基礎課程內容。在合理控制教學進度的同時，讓學生理解知識點。
（二） 激發學生學習興趣
興趣是最好的老師。在學生剛剛接觸水力學課程的時候，就要突出水力學課程在整個專業領域的核心地位，要讓學生明白學好水力學的重要性和必要性。事實表明：（1）水力學是后續專業課的重要基礎，不學好水力學，后續的相關專業課（給水排水管網系統、水質工程學等）和課程設計（水泵站設計、自來水廠和污水處理廠設計等），甚至包括畢業設計都很難順利通過，即使在后續學習過程中，通過一定途徑彌補以前水力學的弱勢，也會消耗大量的寶貴時間，因此，在初期學習過程中，掌握好水力學知識顯得尤為重要。（2）相當數量的高校在本專業研究生初試時就考查水力學，基于考取研究生的高難度要求，如果想在本專業繼續深造學習，就應該不遺余力地學好水力學。（3）畢業后如果直接參加工作，施工單位、設計單位、自來水廠、污水處理廠等都不可避免涉及水力學知識。換言之，只要從事“水”相關的工作，水力學內容就必不可少。另外，水力學教學中知識本身的豐富性及其與工程實踐的聯系性將促使初學者高度關注，極大地增加了初學者的學習興趣，引導并不斷培養學習興趣對水力學講授至關重要。
（三） 創新課堂教學方法
水力學課程理論性較強，概念理解困難，公式計算較為復雜，單一選擇“粉筆+黑板”傳統教學模式勢必會降低教學效率，教學內容易受限制。與此同時，僅僅采用傳統的多媒體教學，學生可能跟不上教學進度，課堂學習難度加大。板書教學與多媒體教學結合，教學效果顯著[1-2]。在公式推導與理論分析方面，板書教學具有無可替代的教學優勢，其講解速度較慢，推導過程清晰，使學生緊跟教師思路而不落后，較為容易掌握。在水力學作用效果及實驗現象描述方面，多媒體教學更加直觀、深刻、形象，使學生迅速洞察其中奧秘，明白變化流程，加深對知識的理解。課堂上例題分析與小組討論結合有助于進一步提升教學質量，例題與習題講解是強化理論知識掌握的重要方法，小組討論便于發現知識體系中的新問題并進行探討歸納。如在水靜力學和水動力學知識掌握中，可讓學生總結比較“靜”與“動”分析中的異同點，鞏固基本理論。
創新教學模式助力教學效果提升。有學者提出“三合一”分層教學模式[3]。第一，結合具體工程實踐實例、生產實際講授知識點，將課堂抽象的水力學理論分析結合具體工程實踐，如水體動靜結合的水力作用下大壩的建設施工。第二，自主學習課堂教學模式下的水力學教學探討，教師定期設置教學內容，讓學生自主探討完成，并及時對疑難問題答疑和詳細講解，增強學生自主學習意識。第三，構建師生互動的啟發式課堂教學，教師提出問題，或是給出部分引導條件，激發學生自主探索思考。
利用多媒體平臺優化教學方法，通過動畫視頻展示讓復雜的問題通俗易懂，尤其是在講解復雜水力學現象的動態成因和靜力分析、“動”與“靜”耦合體系在復雜水力條件下的形成過程及水力分析時，通過多媒體演示，使學生豁然開朗。此外，針對個別基礎薄弱的學生，可結合學生個體實際制定有效的學習計劃，幫助學生鞏固掌握水力學知識。
當前混合學習和移動學習日益快速發展， “微課”教學模式已成為當前我國教育信息化資源建設的重點和研究熱點[4]，涵蓋了從中學到大學的整個教育歷程[5]。“微課”的優點表現在：教學時間較短，教學內容較少，資源容量較小，資源組成/結構/構成情景化，主題突出等[6-9]。“微課”不同于一般單純知識性的傳統視頻演示，而是模擬一對一的教學情景，針對一個很小的知識點，進行講解。講解具有“啟惑”作用，既注重教師的教，更注重學生學習，區別于一對多課堂教學。“微課”教學模式可幫助教師拓寬教學技能，深化教學實踐[10]。“微課”是一種很好的輔助教學模式，對教學重點或難點，可采用錄制“微課”的模式進行講解。“微課”應用于給排水專業水力學課程是一種新的教學模式。
（四） 提高學生動手實驗能力
為促使學生更好理解理論知識，加強實驗教學顯得尤為重要。盡管學生在課堂上已經掌握了水力學理論知識，但是在學習初期學生可能產生許多疑慮，即并不確定這些理論知識是怎樣運用于實際生活生產，甚至會懷疑這樣復雜的理論知識在實際情況下是否有效。水力學實驗正是將理論與實踐工程結合的實驗探索，而實驗參數的調整和不確定性正是實際水力現象的可能變化途徑。直觀的動手操作實驗能讓學生很快明白實驗方法步驟及其與實驗相關的理論知識分析，實驗所引發的新問題必然引起學生的積極思考，以期運用所掌握的相關理論知識解決實際水力學問題，動手實踐可顯著提升學生自主思考的能力。
不同于一般的物理化學實驗，不同的水力學實驗需要相對獨立的實驗儀器。“先教師示范、后學生模擬”是水力學實驗的通用流程。一般情況下，在進入水力學實驗中心后，教師先講授實驗背景、實驗核心理論、實驗流程，緊接著教師會示范模擬并講解，其次是學生動手實驗并觀察記錄，而后是教師指導實驗并解析實驗中的問題，最后歸納總結、整理儀器、離開實驗中心。實際教學中，可分小組實驗，但各組進行的試驗一般相同，而實驗最終結果差異較大，甚至部分小組實驗難以完成，針對這些差異的講解也是實驗教學的重要組成部分，會讓學生直觀地認識到外部因素對實驗的偶然性影響和理論知識對實驗指導的必然性作用。實驗完成后，教師要督促學生及時完成實驗報告書并批閱反饋，不僅讓學生明白實驗報告所涵蓋內容，而且培養學生對實驗現象、實驗數據處理的能力。
（五） 引導大學生自主創新
隨著社會和科技的發展，知識創新已成為各行各業不斷發展的動力。當前大學生的能力評估已經不單純依賴于考試成績，大學生知識創新活動是另外一種展示大學生風貌和知識水平的方法[11]，也能一定程度反映高校的人才培養質量。在水力學的教學過程中，激發學生以水力學知識進行自主創新是課堂教育與實驗室教學的升華。因此，應當積極引導學生參與各項競賽活動或一些社會團體舉辦的具有開發大學生自主創新能力性質的活動，如“全國大學生挑戰杯”“中國給水排水杯”“力諾瑞特杯”“大學生節能減排社會實踐與科技競賽”等。大學生參與這些競賽將有助于提高大學生專業知識水平、動手能力、自信心與自主創新能力。大學生自主創新的方法不局限于各種競賽，由于各方面條件限制，大學生也可以通過撰寫論文、申請發明專利或實用新型專利等形式體現自身的自主創新能力。當前，大學生在自主創新過程中可能遇到諸多問題，例如，普遍缺少科學精神，教育體制存在缺陷，創新平臺有待搭建，缺少自主創新能力等級評價體系等[12]。因此，在創新的過程中，學校和教師需要加強科學精神的宣傳工作，積極為學生搭建各項創新平臺，不斷提高學生自主創新能力。應以學生為主，教師為輔，積極開發學生的創新能力，只有這樣，學生的自主創新能力才能提高。
三、結語
水力學是一門理論性較強的專業性基礎課，對本科生后期學習相關專業知識影響很大。在傳統的教學基礎之上，在教學過程中激發學生學習興趣與提高學生專業知識水平是一項重要課題。充分利用當前信息化技術優勢，采用多元教學模式，如自主互動、“粉筆+黑板”教學方式、視頻動畫等多媒體，甚至新型的“微課”教學模式。教學規律與專業化人才培養需求相結合，傳統教法與新形勢下現代教法并軌，將學生能力素質培養放在首位，有針對性地設計教學內容，積極推動和引導學生參與社會實踐，提升學生自主創新能力和專業知識水平。
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關鍵詞：伯努利方程；虛擬實驗；創新
由于流體運動的復雜性，使得流體力學研究離不開科學實驗，伯努利方程實驗是高等院校航天工程、能源動力工程、水利工程、建筑工程、土木工程等專業必須學習的一個重要實驗之一。傳統的伯努利方程實驗，存在著一定的弊端：在教師講解后學生直接做實驗，對實驗操作、實驗過程的示范教學及描述缺乏認識，實驗過程中出現的問題得不到充分的探索和討論，無法體現學生的思考過程、實驗興趣及創造性思維。而基于虛擬實驗的伯努利方程實驗，調動了學生參與實驗的積極性，充分啟發學生的創造性思維，實現了學生自主學習、師生交流互動，能夠充分利用虛擬仿真實驗教學中心的虛擬實驗平臺，提高了實驗的效率，有利于培養具有創新精神和創新能力的高素質人才。
1.實驗原理
如圖1所示，在實驗管路中沿管內水流方向取n個過流斷面。
可以列出進口斷面（1）至另一斷面（i）的能量方程式
z1+p1r+a1v212g=zi+pir+aiv2i2g+hwi，（i=2，3，…，n）（1）
zi為位置水頭，表示單位質量流體所具有的位能；pir稱為壓強水頭，表示單位質量流體所具有的壓強勢能；Hpi=zi+pir為測壓管水頭，是單位質量流體所具有的總勢能；hwi代表由元斷面（1）到斷面（i）所消耗的能；取動能系數a1=a2=a3=…=an=1，選好基準面，從已設置的各斷面的測壓管中讀出Hpi=zi+pir的值，測出通過管路的流量，即可計算出各斷面平均流速vi及速度水頭aiv2i2g，從而得到各斷面測壓管水頭值和總水頭值。
在同一過流斷面上：均勻流或漸變流斷面流體動壓強符合靜壓強的分布規律，測壓管水頭值為常數。z+pρg=C（2）
在不同過流斷面上：測壓管水頭不同，z1+p1ρg≠zi+piρg（3）
故z+pρg≠C。
2.特色和創新
2.1添加虛擬實驗環節
在傳統的伯努利方程實驗中引入新的實驗元素和活力，即在實驗過程中添加伯努利方程虛擬實驗環節。目前虛擬實驗在實驗教學中的應用有很多[1-3]，也有一些伯努利方程實驗在仿真方面的研究[4]。由于虛擬實驗具有操作界面直觀、方便快捷、重復性強、不受時間或場所的限制，學生可以按個人需求，不受時間、地點約束，反復進行虛擬實驗，完成實驗學習過程，還可以設計出新穎的虛擬實驗項目。教師鼓勵學生參與虛擬實驗的操作和完善，通過網上練習虛擬實驗，找出有待完善的地方，提出優化方案，再指導學生逐步修改和完善，充分發揮學生參與實驗的主觀能動性，有效拓展學生的想象空間。本實驗為綜合性實驗項目，通過對學生多方位的引導，可以培養學生對理論知識的應用能力、對實驗操作的動手能力、對實驗項目的創新能力以及團隊的寫作能力，從而實現對學生的綜合能力的培養。采用虛擬實驗和真實實驗相結合的方法，充分利用虛擬仿真實驗教學中心的虛擬實驗平臺，使學生從多角度，以多種方式參與實驗訓練，充分鍛煉學生對實驗操作的動手能力。
2.2實驗流程圖，如圖2所示
（1）虛擬實驗。做實驗之前，學生可以先在力學實驗教學示范中心的網站上對伯努利方程實驗的虛擬實驗進行操作、預覽實驗過程、掌握實驗原理、鞏固理論知識，并且可以直觀地體會做實驗的操作過程、觀察動態的實驗現象等，更重要的是學生還可以隨時隨地驗證和探索學習過程中遇到的疑難問題，對實際操作實驗進行預習。虛擬實驗的整個過程與真實的實驗相差無幾，通過適時觀察到實驗現象及測壓管液面高度的變化規律，方便模擬出真實實驗的過程。伯努利方程實驗的虛擬實驗為學生創造良好的仿真實驗條件，實現了學生自主學習、師生交流互動，激發了學生的求知欲和主動性，調動了學生參與實驗的積極性，為真實實驗操作打下堅實的基礎，提高了實驗的效率。
（2）真實實驗。學生進入實驗室進行動手操作的真實實驗，教師指導學生熟悉操作實驗裝置，例如測量流速與流量的儀表（畢托管、文丘里流量計、電磁流量計等）；啟發學生將所學理論知識結合工程實踐，采用已有的流體力學實驗教具，自主設計實驗項目，（比如利用流量計測試一下實驗室水管的流量、流速等）；引導學生利用實驗解決實際問題的能力，進行實驗驗證并進行實驗設計和創新，以及完成綜合實驗報告的撰寫。
通過虛擬實驗和實際操作實驗兩個環節的操作訓練，有利于學生更加深刻地理解和掌握課本上的理論知識。
2.3實驗成績考核
伯努利方程實驗的成績考核由實驗項目設計、虛擬實驗操作、真實實驗操作和實驗報告四部分組成。實驗操作部分由指導教師現場打分，最終通過實驗報告：實驗方法的確定、實驗儀器的選擇、實驗步驟的制定、實驗數據的處理、實驗結果的對比分析及研究總結等，可以有效地反映出學生的綜合創新能力（包括實驗項目設計、實驗技能、團隊協作能力、操作動手能力和自主創新能力）。
3.實驗成果
置身于多媒體世界中，虛擬實驗使學生能看到、聽到、感覺到實驗對象、實驗過程、實驗結果，大大增加了仿真的形象性與直觀性，從而能夠激發學生實驗的興趣和主觀能動性，提升學生進行實驗的積極性。由于虛擬實驗不受時間、場地的限制，學生可根據自己的需要安排學習時間，提高學習效率。而且虛擬與真實實驗兩者相結合，優勢互補，切實保證了實驗教學的質量。伯努利方程實驗是一個綜合性實驗，其系統的經驗成果可以為其他流體力學實驗項目提供借鑒，引領實驗項目建設方向、探索人才培養模式。一些典型教學案例的積累，豐富了實驗教學的積淀。成功的案例可以啟發下屆學生在此基礎上發展創新，避免低水平的重復實驗；失敗的案例可以供學生借鑒，盡可能避免失敗，少走彎路。
4.結束語
虛擬實驗與真實實驗相結合豐富了流體力學實驗教學內容，綜合利用了多種教學手段，提升了整個實驗教學水平。注重實驗過程設計，實驗方法科學、合理、新穎；實驗手段適當、高效先進。能充分調動學生學習的主動性與積極性，培養學生對實驗的興趣。此外，虛擬實驗促進了流體力學實驗網絡化教學的步伐，建立了流體力學虛擬實驗平臺和教學資料庫。（作者單位：南昌理工學院）
參考文獻：
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關鍵詞：雙語教學；SPOC；教學模式；流體力學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0249-02
一、引言
隨著全球經濟一體化的不斷發展，對復合型人才的需求越來越大，高等教育的國際化也逐漸成為發展趨勢。國內高校如何實現人才的國際化提高教育的國際競爭力，引起廣泛的思考。雙語教學被認為是高等教育國際化的重要內容。流體力學課程是能源動力類專業及機械類部分專業的專業基礎課，具有較強的工程性、技術性和實踐性，課程基礎知識與生產生活實際密切相關，除流體力學的基本理論和方法講解外，還需注重實驗測試、工程應用等實踐教學。雙語教學可以使學生具備一定的專業英語技能，采用原版教材接觸國外最新的專業知識，使在人才培養上與國際接軌成為可能。但是流體力學雙語教學存在一些問題，實踐教學部分如何體現雙語授課及其意義與價值，還需進一步思考，流體力學雙語教學模式仍處于探索階段。
二、流體力學課程雙語教學現狀
1.教學目標不夠清晰。流體力學課程本身概念多、專有名詞多、流動原理復雜，用中文教學時部分學生尚且不能很好地完成該課程的學習，雙語教學時通常引進原版的英語教材，學生英語水平參差不齊，對于英語水平不佳的學生來說，學習難度將進一步提高，流體力學雙語教學往往變成了專業外語課，專業詞匯及專業術語的解釋占據了課堂大部分的時間，忽視專業知識的講授，與雙語教學實施的初衷大相徑庭。
2.缺乏專職的雙語教學師資。雙語教師既要精通專業知識，又要有較高的外語水平，能流利地應用外語講授課程。目前，擔任雙語教學的教師主要是外語水平相對好的專業課教師，沒有受過系統的語言教學方面的訓練，遇到突發事件時，很難用英語準確、充分地表達自己的想法。另外，承擔雙語課程的教師一般比較年輕，教學經驗不足，教學手段、教學方法和教學能力還需進一步完善。
3.學生接受度不佳。雙語授課時，通常是教師用英文向學生傳授知識，學生始終是被動地聽講、被動地接受英語和專業知識，師生之間幾乎沒有互動，學生的英語聽說能力、英語應用能力依然得不到鍛煉。雙語教學過程中必然會涉及大量生僻的專業詞匯，學生很容易由于一些句子沒聽懂，產生畏難情緒，影響課程雙語教學效果。
三、MOOC模式與SPOC模式
MOOC（Massive Open Online Course，大規模開放式在線課程）模式將多種形式的數字化資源放在網上，學習者反復觀看教學視頻，理解課程講授的知識。將MOOC模式應用到流體力學雙語教學中，可以有效解決學習者由于英語水平不高而引起的學習困難的問題。然而，MOOC模式下的教學活動主要是以知識為中心的理解類活動，個性化學習和學習體驗缺失，虛擬實驗無法替代真實實驗。流體力學課程除了要求學習者掌握基本知識點外，還要求學習者學會知識點的應用。MOOC模式下單一的線上教學不足以激發學生的熱情，課程完成率不高的缺點亦廣為詬病。流體力學課程雙語教學的目的在于在講授流體力學知識的同時，培養學生具有較強的英語應用能力，學生若不能有效地完成課程學習，則新教學模式的探索就顯得毫無意義。SPOC（Small Private Online Course）是小規模限制式在線課程，其受眾可以限制為在校大學生，設計和利用優秀的MOOC資源，克服MOOC單一的線上學習的缺點，實施混合式教學，將MOOC之所長與面對面教學融為一體，增加師生互動，激發學生的學習熱情，提高課程完成率和學習成績。因此，SPOC模式將更加適合流體力學雙語教學，幫助教師與學生突破英語水平不高的限制，高效地完成流體力學知識的講解與學習，同時提高教師與學生的英語聽說能力及英語應用能力，實現教學相長的良性循環。
四、流體力學SPOC雙語教學資源
1.流體力學SPOC雙語課程教學視頻。眾所周知，看電影學英語是提高英語水平的一個好方法，通過視頻看情節，重復聽取單詞，更加容易了解單詞的發音及其用法，當然還能學到更加地道的生活化語言。受這一方法的啟發，引進國外優秀的流體力學MOOC資源，根據國內大學生思維方式、知識結構的特點進行優化，編寫雙語教材，精心制作流體力學SPOC雙語課程教學視頻，讓學生聽英語學流體力學知識。
2.流體力學SPOC雙語實踐教學視頻。流體力學SPOC雙語教學開展3～4周后，學生對流體力學課程及專有詞匯有了一定了解，此時可以開展流體力學SPOC雙語實踐教學。雙語實踐教學視頻僅提供流體力學專有詞匯的中文意思，要求學生逐漸適應全英語教學。在視頻頁面顯示實驗名稱，提供英文版實驗目的、實驗原理及實驗步驟、實驗數據處理方法說明、實驗報告撰寫要求及思考題回答要求，這部分文本依然提供鼠標取詞功能，幫助學生理解實驗要求。流體力學SPOC雙語實踐教學視頻可以不局限在本校流體力學實驗室能開設的實驗，可以是國外的實驗裝置、先進測量方法等的解說，讓學生了解學科的前沿知識。
五、教學過程
1.課堂教學。流體力學雙語課開課前，教師將每次課的授課內容、相應的教材章節、相關的雙語課程教學視頻列表發放給學生，讓學生明確SPOC雙語教學模式下教與學雙方所需要的改變與努力，以期獲得良好的教學效果，同時師生共同提高英語應用能力。課堂教學采用翻轉課堂的講學模式，要求學生課前觀看SPOC雙語課程教學視頻，理解視頻中的主要內容，思考教師前一次課布置的討論主題。在課堂上，教師講評教學視頻中的重難點，不再講解課程的全部內容，課前備課的精力不再集中在背熟講稿，而是更專注于主題的設置、問題的解答及流體力學知識的應用方法，預估學生可能的回答內容并準備合理有度的評論。組織學生學習小組，一個自然班通常為30名學生，分成6組，每組5人，設小組長1人。每次課教師針對重點與難點準備30個問題，基本從易到難設置，分成五輪問答。每輪小組抽簽得到問題，各小組派一名學生回答，若用英語回答正確得25分，用中文回答正確得20分，回答不完全正確，由教師酌情給分。每組各成員得分之和即是該學習小組的得分，多次平均后作為平時成績。
2.實踐教學。基于流體力學SPOC雙語實踐教學視頻，實踐教學改變了傳統實驗教學模式。按照原有的教學方式，學生進入實驗室，教師針對實驗臺講解后，學生立刻開始做實驗采集數據，沒有時間深入思考實驗相關流體力學知識，很難將理論與實踐聯系起來。在SPOC雙語教學模式下，學生在實驗前先觀看相關視頻，進入實驗室后，實驗指導教師拿出測試卡要求學生答題，全部正確后，學生才進入實驗室采集數據。學生仍以課堂學習時的學習小組為單位進入實驗室，采集并整理數據，形成全英文的實驗報告。流體力學SPOC雙語實踐教學視頻要求每位學生均觀看，測試卡答題可由學習小組派代表完成測試，實驗操作、實驗數據處理以及實驗報告撰寫等任務由學習小組自行安排分工，小組成員協同合作，培養學生的團隊合作精神。在SPOC雙語教學模式下，要求學生觀看雙語實踐教學視頻8個，學生學習小組根據各自的興趣愛好選擇2個，完成實驗數據采集，整理分析形成英文實驗報告。教師根據實驗數據及思考題準確程度給分，兩項實驗平均分為各學習小組的實驗成績。
六、課程考核
流體力學SPOC雙語教學采用多樣化的考核形式，最終成績由課堂平時成績（40%）、實驗成績（20%）、學習小組組長打分（10%），學生自評分（10%）及期末考試成績（20%）組成。其中課堂平時成績及實驗成績占60%，大幅降低了期末考試成績的所占百分比，鼓勵學生在平時認真準備雙語課程的學習，真正做到學以致用。其次，課堂平時成績、實驗成績均是以學習小組為單位給出的團體得分，要想獲得好分數，各成員必須共同努力。學習小組組長對各成員打分，占最終成績的10%。學生自評分是學生對自己的評價，在學期結束時總結自己的學習成效，占最終成績的10%。期末考試試卷設置50%的英語題量，占最終成績的20%。
七、結語
流體力學SPOC雙語教學新模式的關鍵在于優質的SPOC視頻教學資源和師生之間的互動配合，學習世界一流大學的教學視頻優化SPOC教學資源，可以快速縮小與世界一流大學教育水平的差距，教師備課的重點由知識傳授轉變為知識的深入理解與應用，學生從被動地接受知識轉變為主動學習知識并嘗試應用。并且，教師與學生的英語聽說能力、英語應用能力都能得到鍛煉。在流體力學SPOC雙語教學模式下，教師有更多的時間準備創新性的教學設計與教學內容，學生以團隊形式組隊學習，在課堂上與教師互動，培養學生靈活應用知識的能力與創新能力。基于流體力學SPOC雙語教學模式，可以形成優質的雙語教學師資隊伍，培養學生具備創新精神、雙語溝通能力和團隊合作能力，滿足教育國際化的需要。
參考文獻：
關鍵詞：土木工程專業；實驗教學；創新訓練
中圖分類號：G642423 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0114-04
伴隨著知識經濟時代的到來，在綜合國力競爭中，創新性人才被越來越多的國家視為戰略性資源和決定性因素。創新性人才是在先天稟賦、后天環境、教育影響和個人努力中成長起來的，其中教育的作用集中體現在促進學生的創造性發展上。創造性發展，在掌握大量理論知識的基礎上，通過實踐才能真正實現[1]。
高校實驗教學在創新性人才培養中的作用，主要是促進大學生創造性的發展，形成大學生創新能力。實驗教學在激發學生創新意識，拓展學生創新思維，增長學生創新技能，涵養學生創新品格等方面的作用，是其他任何教學形式所不能替代的[1]。
東南大學土木工程實驗教學中心現有專職人員34人，實驗用房面積12 000 m2，面向全校18個專業，每年為3 000余名在校生開設10門實驗課程，并于2008年底被評為國家級實驗教學示范中心建設單位。
一、實驗教學改革與體系建設
（一）實驗教學改革思路及方案
土木工程實驗教學平臺屬于校級大類學科基礎實驗平臺，主要面向全校的工程建設類本科專業。改革思路是：根據土木工程領域創新性人才的整體培養目標確定了實驗教學體系在培養過程中的總體功能要求；通過功能分析確立了系統內部的層次結構和組成要素；由總體功能目標對各層次結構和組成環節提出子功能要求；根據子功能要求確定外部環境（理論知識基礎和實驗條件），進而制訂各實驗環節的教學大綱。
（二）實驗教學體系建設
以創新意識激發為先導，以創新思維拓展為重點，以創新技能培養為主線，以創新品格形成為目的，緊密結合土木工程實際和卓越工程師培養的要求，東南大學土木工程實驗教學中心構建了課內外一體的實驗教學體系：（1）課程教學體系。按照公共基礎實驗、專業基礎實驗、專業實驗三個模塊構建實驗教學課程體系。（2）課外創新訓練平臺。通過大學生創新實驗計劃、教師科研項目、學科競賽等多種渠道開展學生的創新性訓練，構建開放、創新的大學生科研訓練平臺。（3） 實驗項目層次。按照基礎型實驗提高型（綜合型、設計型）實驗研究型、創新型實驗三個層次建設實驗內容。
1. 三個模塊的課程教學體系
根據專業教學的整體培養目標，確定土建類專業的實驗課程體系由三個模塊組成。第一模塊（基礎實驗模塊）包括工程力學和水力學課程實驗，面向土建類專業和其他工程建設類專業實驗教學。該模塊側重訓練學生專業素質所必須的力學類核心基礎課程的相關知識、基本方法、基本技能，為專業學習和專業實踐訓練奠定堅實基礎。同時，該模塊教學內容也是機械動力、材料化工、交通類相關專業基礎實驗課程體系的重要組成部分。第二模塊（專業基礎實驗模塊）包括土力學實驗、土木工程材料實驗、工程結構設計原理實驗，面向土建類專業和其他工程建設類專業實驗教學。該模塊通過規范、系統的基礎課程實驗訓練，讓學生養成嚴謹、細致的科學工作作風和科研動手能力；通過進一步掌握實驗設計、裝置準備、數據采集、結果分析等方法，了解科學創新的基本過程，增強工程創新意識。第三模塊（專業實驗模塊）包括土木工程結構試驗與檢測、路基路面試驗檢測、地下結構工程試驗檢測、現代施工技術與預應力技術實驗、土木工程拓展實驗及工程信息管理實驗等，面向土建類專業實驗教學。該模塊通過專業課程實驗、大型綜合實驗、課程設計等綜合實踐環節，注重培養學生發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，從而增強綜合判斷意識與能力，增強工程與技術素養 [2]。
2.課外創新訓練平臺
課外科研訓練環節的設立主要是為了培養學生主動發現問題并運用所學知識自主解決問題的能力。這些實驗或實踐沒有特定的對應理論課程，但是在實際操作過程中可能運用到學生所有學過和沒有學過的課內、課外知識。實驗中心不為學生完成課外科研訓練設定具體的實驗項目和大綱，允許學生充分發揮其主觀能動性，自主提出實驗項目，制定實驗方案和目標，利用實驗中心的實驗設備和師資力量開展實驗研究。
課外科研訓練環節，強調學生是主體，是研究課題的實踐者。實驗中心在其中的主要作用是為學生提供開放的實驗環境、實驗設備，在學生的實踐過程中提供相應的技能指導和理論引導。
3. 三個層次的實驗項目
每一門課程的實驗教學項目按照基本型、提高型（綜合設計型）和創新型的三個層次進行分類與建設。其中，基本型實驗是實驗課程的基礎，所有學生必須完成；提高型（綜合設計型）實驗的內容適當超出大綱的要求，學生應在教材基礎上參考其他資料，可以在開設的范圍內限定選擇完成部分項目；創新型實驗項目中，學生的自由度和知識綜合程度更高，學生可以某一主題為背景，自主設計實驗方案和實驗目標，并進行實驗，這一類實驗多為自由選做實驗，適合學有余力的學生進一步研究和探索。
二、 實驗教學方法與手段
中心提出了“以創新意識激發為先導，以創新思維拓展為重點，以創新技能培養為主線，以創新品格形成為目的，緊密結合土木工程實際和卓越工程師培養要求，構建課內外一體的實驗教學體系”的建設目標。為實現這一目標，主要采取了以下實驗教學方法和手段。
（一） 實驗教學體系漸進化
每一個實驗科目，要求學生完成必做基礎實驗內容外，結合理論課程的教學內容，利用實驗中心開設的選做實驗項目，由學生按照自己的興趣和能力選做一部分難度較大的實驗來提高學習能力和實驗動手能力。在此基礎上鼓勵學生將實驗室內所學基本技能應用到實際工程中，解決實際問題。例如：斜拉索是斜拉橋一個十分重要的組成部分，其受力狀況和承載能力直接影響整橋的安全儲備。對于斜拉索索力的測量現在最常用的是頻率法――基于索力和索振動頻率之間存在的對應關系進行測量。首先在本科階段第一層次工程力學基礎實驗中開設振動基本參數的測量原理實驗，使學生掌握基本的振動參數測量技能；然后在第二層次綜合設計型實驗中，讓學生采用前面所學的基本振動參數測量技能測試拉索中的拉力與其頻率之間的關系，讓學生自己通過分析找出索力與索的振動頻率之間的關系；最后，在第三層次創新研究型實驗中，讓學生在實際工程中，采用前面已分析總結的索力與索自振頻率之間的關系來分析斜拉橋斜拉索的索力，從而掌握斜拉橋健康評估的基本方法。在整個實驗教學體系的建立中，均按照基礎型實驗、提高型（綜合設計性）實驗和創新型實驗的模式組織實驗項目，而整個實驗教學過程也體現由基礎到提高再到綜合創新的訓練過程，最終目的是讓學生掌握如何應用課堂所學方法來解決工程中的實際問題。
（二）課外創新訓練途徑的多樣化
實驗中心為學生進行課外創新訓練提供了很多途徑。
（1）在實驗中心參加自主立項的國家級、省級、校級及院（系）四級大學生創新性實驗計劃項目。近兩年，通過學校及學院專項經費資助，學生自主立項課外科研項目130項，年均60項以上。這些項目包括院級和校級101項，國家級大學生創新性實驗計劃項目20項，參加自主立項課外科研項目的研究人員約500人次。實驗中心通過安排教師進行指導，開放實驗場所、設備，為這些課題的研究提供了平臺。
（2）利用實驗中心的實驗條件參加國家級、省級、校級結構設計、力學等學科競賽。學校開展一年一度的力學競賽、材料力學實驗競賽、結構設計競賽、結構創新競賽等學科競賽活動。其中，材料力學實驗競賽、結構設計競賽、結構創新競賽由學生自由組隊并提出設計方案，實驗中心組成專家委員會，面向所有參賽者對所有方案進行評選，選擇創新性較強的方案進行重點資助，對完成情況較好的命題推薦參加省、地區和全國比賽。通過點評，所有參賽學生了解自己與他人方案的優點、缺點和改進方向，不僅有利于提高學生的方案設計水平，而且很大程度上激勵了他們的學習興趣。
5年來，獲得省部級以上各類競賽獎勵的150人次，其中國家級的力學、結構設計大賽一等獎10余人次。
（3）鼓勵學生在實驗中心參與研究生實驗和教師的科研項目。土木工程學院教師每年完成國家、省部級科研項目數十項，同時很多教師參加了國內重點工程的科技攻關。每年約有80名以上的研究生在實驗中心開展科研實驗項目。實驗中心鼓勵本科生參加實驗中心的研究生實驗項目，實驗中心在開放式管理平臺中每周公布下周將要進行的研究生實驗項目名稱、目的、方案和本科生參與需求，學生自由報名參加。由于這些實驗研究本身具有創新性，開拓了學生的視野，提高了學生解決實際工程問題的能力。
（三） 實驗教學手段的多樣化
針對不同層次的實驗內容采用不同的教學組織形式、教師指導方式和不同的考核辦法。
基本型實驗，學生通過課程網絡平臺選擇實驗時間，分組，并預習實驗指導書內容。學生在預習基礎上獨立操作，完成實驗報告。教師完成實驗準備工作，實驗過程中不講解，僅答疑。根據實驗報告的完整性、數據的準確性和結論的合理性評定學生成績。
提高型實驗，學生首先根據選定的實驗項目提交相應的實驗方案，包括試件（樣）設計、測試參數、測試方法和測試手段；經指導小組審查通過后預約實驗時間，自行進行實驗準備和實驗操作，并完成分析報告，教師提供試驗設計指導。根據理論分析的正確性、實驗方法的先進性和實驗數據的可靠性評定學生成績。
創新型實驗，學生提交申請報告，通過答辯確定是否立項。同意立項后實驗室根據項目要求提供實驗條件及安排指導教師，學生自主完成實驗后撰寫研究報告。根據研究成果的創新性、科學性和實用性評定學生成績。
（四） 實驗課程管理的開放化
實驗中心實現以學生為本的開放管理制度。每一門實驗課程均安排必做實驗項目和選做實驗項目，便于學生按照自己能力、興趣和目標自我調整。實驗室全天向學生開放，學生可以在允許的時間范圍內通過網絡系統向實驗室提出預約和申請，自由選擇時間進行課內實驗和自主實驗。同時，制定完善的校內和校外開放制度，承接跨專業、跨學科和跨學校學生提出的實驗申請。
三、 平臺發展規劃
（一）國際化土木工程本科實驗教學創新平臺的建設
堅持開放辦學戰略，不斷加強國際合作與交流，努力提高國際化辦學水平是東南大學十二五期間的重要發展戰略。在十二五期間，將努力推進國際化土木工程本科實驗教學改革。
在條件相對成熟的材料力學、結構力學、水力學、結構設計原理實驗等實驗課程或實驗項目中有選擇地編寫雙語實驗教學大綱、雙語實驗指導書、雙語實驗教材等，爭取開設10～15個雙語實驗教學項目。
與國外知名大學合作，有計劃選聘國外大學教師參與本科實驗教學，同時選派具有博士學位的年輕教師去國外大學進行短期培訓和進修。
（二）堅持課堂教學與工程實際緊密結合
目前，教育部要求“面向工業界、面向世界、面向未來，培養卓越工程師后備人才”，并于今年啟動了“卓越工程師教育培養計劃”。該計劃具有三個特點：一是行業企業深度參與培養過程；二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才；三是強化培養學生的工程能力和創新能力。因此有必要拓寬視野，尋求合作，深化與科研、工程、社會應用的聯系，完善工程實踐國際化人才培養環境。
（三）創新實驗課程開放管理模式
實現實驗教學日志、實驗時間、實驗項目的遠程登記，采取現場刷卡（校園一卡通）的開放實驗室管理模式。加強資源共享，建立開放的實驗中心設備動態管理系統，讓學生實時掌握實驗室設備的使用情況，方便實驗設備的開放。網上提供實驗中心主要設備的性能指標、使用說明書、操作手冊等，方便學生使用。提供現場答疑、網上答疑、電話答疑等多種渠道，及時、準確地回答試驗中學生遇到的各種問題。
平臺建設的目標是：通過對現有實驗教學體系的改革和創新，以創新意識培養為先導，以學生能力培養為主線，以加強學生設計能力培養和工程實踐訓練為重點，構建課內外一體的創新型國際化土木工程本科實驗教學平臺，滿足學生自主研學和創新實踐的需求。
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Construction of experimental teaching innovation platform of civil engineering for undergraduate
XU Ming， ZONG Zhouhong， XIAO Shizhe， QIU Hongxing， WU Jing
（College of Civil Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， P. R. China）
關鍵詞：覆蓋工程、彎道數值水槽、數學模型、行洪Abstract:This research project in Shenzhen city of Buji River HTC building coverage engineering a two-dimensional numerical model for the case of curve model, evaluation of bend coverage on the channel status of flood discharge capacity (100 years) and the influence of the local flow engineering area to improve the problem, provide the scientific basis for the engineering design. Considering that there is no hydrological station on the Buji River, the lack of hydrological data, so the curve numerical boundary condition by the one-dimensional mathematical model provides technology complement each other, form by two-dimensional mathematic model and one dimension mathematical model, a comprehensive study of the problem.
Keywords: covering engineering, Curve Numerical flume, mathematical model, Hang Hong
中圖分類號：TV143+.3 文獻標識碼：A 文章編碼
1模型案例概況
深圳市布吉河宏達大廈已經完成相應河道的覆蓋工程，其位于布吉河上游段，南門墩橋下游，參考圖1-1。本河段進口處轉彎半徑較小，又有大芬支流從凹岸匯入，水流條件比較復雜，通過模型實驗和專題計算對其進行了防洪影響評估，
本次研究建立平面二維彎道數值水槽，進行數學模型研究。通過建立二維彎道數值水槽研究覆蓋工程對河道現狀行洪能力的影響以及工程區局部流態改善問題，為工程設計提供科學依據。彎道數值水槽的邊界條件由一維河道恒定流計算模型提供，即充分發揮一維模型的快速方便的特點，同時又能獲得局部平面范圍的細部信息，為優化河道覆蓋工程方案提供科學依據。
圖1-1工程“現狀研究覆蓋段”位置
2研究基礎資料
根據《布吉河上游整治工程可行性研究報告》[3]，本覆蓋工程布吉河河段流量QP=1%=456m3/s，大芬支流流量QP=1%=158m3/s，相應的下游水位HP=1%=4.38m。根據深圳河辦公室1996年在布吉河的水文測驗資料[4][5]，布吉河最大含沙量13kg/m3，平均2.51kg/m3。
3數學模型研究
本次研究的彎道數值水槽的邊界條件由一維河道恒定流計算模型提供：即根據一維圣維南方程組，建立一維河道數值模型，先進行大范圍的一維河道模擬，獲得工程區的水位流量關系，再建立平面二維彎道數值水槽研究工程局部水流問題。這樣做的好處是充分發揮一維模型的快速方便的特點，同時又能獲得局部平面范圍的細部信息。
3.1一維數學模型的方程及算法
3.1.1基本方程
連續性方程： (3-1)
運動方程： (3-2)
以上圣維南方程組主要針對非恒定漸變流水流計算，如果是恒定流，可將圣維南方程組簡化，其連續性方程自動滿足，運動方程第2項為0，簡化后的非均勻漸變流的水位沿流程變化微分方程式為：
(3-3)
3.1.2數值計算方法
式（3-3）一般按有限差分離散，即將河道劃分成若干計算段，每段分別采用離散后的方程計算，式（3-3）離散后的方程其實就是不可壓縮流體恒定流能量方程（伯努利方程）。
3.1.3一維模型為二維彎道數值水槽提供的邊界條件
文獻[3]中已經利用該一維河道模型進行了一些工程區不同設計流量下的河道水位計算，根據其計算成果取彎道數值水槽上游布吉河流量QP=1%=456m3/s、大芬支流流量QP=1%=158m3/s，相應的下游水位HP=1%=4.38m，工程區底板平均高程17.9m。
3.2二維數學模型的方程及算法
3.2.1基本方程
連續方程：
（3-5）
動量方程：
（3-6）
（3-7）
3.2.2定解條件
（1） 初始條件
（2） 邊界條件
開邊界采用流速邊界：；或采用水位邊界：。式中，、、均為根據現場觀測資料確定的已知量，分別用流速過程或水位過程控制。閉邊界采用不可入條件，即，法向流速為0，n為邊界的外法向。
3.3數學模型建立
3.3.1計算范圍確定及網格剖分
彎道數值水槽模型計算域示意見圖3-1，模型采用三角形無結構網格剖分，網格節點數6666，
三角形單元11574，最大網格步長約14.5m，最小步長＜0.2m，工程區外網格較疏，工程區附近網格較密（見圖3-2）。
圖3-1彎道數值水槽主要尺寸（單位：m） 圖3-2 計算網格示意圖
3.3.2模型驗證
彎道數值水槽能否復演出與天然相似的流場，關鍵取決于數值水槽驗證結果與實測資料的吻合程度。本驗證實測資料引自文獻[7]中的閘前90°彎道水流實驗，借用其實驗結果對二維數值水槽建立方法進行驗證。
根據工程實際參數計算得到整個計算區域流速與水深的數值解。第5～7斷面上水深、流速的計算值與實測值比較可知：彎道水流入彎后，凸岸流速稍增而凹岸流速稍減，過了彎頂之后又出現相反的調整。計算結果與實測資料符合較好，表明該模型能夠有效地模擬流線彎曲的復雜水流的水力特性。
圖3-3計算網格示意圖
3.4優化方案比選
通過彎道數值水槽模擬不同的工程方案，將其與現狀條件下的水流特征、包括彎道內的測點水位和測點流速、各涵孔的單寬流量等相比較，以找出對現狀河道行洪影響最小的方案。邊界條件上游布吉河流量QP=1%=456m3/s、大芬支流流量QP=1%=158m3/s，相應的下游水位HP=1%=4.38m。
3.4.1方案介紹
工程區布置方案考慮以下幾個：現狀方案、設計方案、設計方案+導流墩方案、設計方案+導流墻方案，如圖3-4～7所示。
3.4.2方案對比
（1）設計方案實施后，各涵孔的單寬流量均有不同程度的變化，其中5號涵孔增加較大，最大單寬流量增幅達到現狀方案條件下的22%，對防止彎道凸岸泥沙淤積有利。
（2）設計方案實施后，各涵孔的水位也有不同程度的變化，但總體變化很小，最大不超過2.2%，對現狀河道行洪能力影響甚微。
（3）“設計方案+導流墩”對局部流態改善較好，其流態平順，無明顯回流和死水區（圖3-9），且各涵孔流速較大，有利于彎道內泥沙向下游輸移。
4主要結論
本文通過數學模型研究布吉宏達大廈河段覆蓋工程對河道行洪的影響及局部工程區流態改善問題，得出的結論主要包括：
（1）本文建立的彎道數值水槽計算結果與實測資料符合較好，表明該模型能夠有效地模擬流線彎曲的復雜水流的水力特性。
（2）按照河道現狀100年的行洪能力，本文進行了工程后的河道行洪能力分析，發現采取設計方案后，有助于歸順彎道水流，各涵孔的水位相對于工程前變化很小，最大不超過2.2%，對現狀河道行洪能力影響甚微。另外，設計方案實施后，5號涵孔流量增加較大，最大流量增幅達到工程前條件下的22%，對防止彎道凸岸泥沙淤積有利。
（3）本文利用導流墩改善局部水流流態，發現“設計方案+導流墩”較優：①其流態平順，無明顯回流和死水區（圖3-9）；②采用導流墩后，可進一步增大5號涵孔流量，增幅達到現狀條件下的31%。
參考文獻
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深圳市水務規劃設計院，《布吉河宏達大廈覆蓋工程專題報告》，2003年。
深圳市水務規劃設計院，《布吉河上游整治工程可行性研究報告》，2008年2月。
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我校給水排水工程專業實驗教學主要是《普通化學》、《水分析化學》和《水處理微生物學》配套的基礎實驗以及為《水質工程學》配套設置的32學時的水處理實驗技術，同時4學時的《建筑給水排水工程》演示實驗，使學生通過實驗教學加深對水處理基本原理的理解，培養學生實驗方案設計的初步能力、一般實驗技能、實驗儀器、設備的基本應用及進行科學研究的初步能力，但在多年教學中發現實驗教學存在一定的問題。
1.1實驗教學得不到重視，實習環節不系統作為新升本不久的地方院校，教學中多注重工程設計環節教學實踐及能力培養，忽略了實驗教學的重要性。水質工程學實驗教學從屬相應的理論課程，是水處理理論結果的驗證和演示，是理論教學有效補充，對但實驗教學內容陳舊，多為演示及驗證性實驗，導致教師對實驗重視不夠。在有限的時間內，學生按照事先給定的實驗指導書中的方法和步驟進行操作，得到相應的實驗數據，填入實驗報告單，得到實驗之前就已經知道的結論。這種實驗教學方式導致學生在實驗過程中處于被動地位，學生主觀能動性和積極性得不到發揮，對實驗教學環節不夠重視，更談不上創新意識、獨立分析問題和解決問題能力的培養。
1.2專職實驗教師缺少，教師積極性不高課程授課教師一般重視課程理論教學與工程實踐項目，不愿意將精力放在實驗教學上，實驗室缺少專職實驗教學指導教師，目前本校給水排水工程水處理實驗室僅有專職教師一人，既要進行實驗室儀器設備的日常維護和文件管理，還要兼顧部分理論課教學，且實驗室管理人員沒有得到應有重視，工作積極性不高，尤其是對待實驗教學方面，多以匆匆按照指導書的內容完成了事，最終導致學生實驗小組人數盡可能多，實驗內容盡可能少，實驗過程盡可能簡化，實驗報告書批閱不仔細。
1.3實驗設備利用率低，先進檢測設備少由于學校辦學條件限制及實驗室面積和實驗經費原因，實驗儀器設備臺套數較少；另外，實驗室設備管理體制不夠完善，設備共享性差，致使設備利用率低。同時實驗室管理手段還比較落后，管理水平低，實驗室實行的依然是比較落后的、傳統的封閉式管理方式。實驗室設備服務對象單一，各項管理制度依然不健全，實行封閉式管理，嚴重影響設備利用率。由于資金問題，實驗室大型的實驗儀器設備基本沒有，實驗室綜合性人才普遍比較缺乏，同時具有較強專業背景的授課老師忙于理論教學及橫向工程項目，疏于對專業儀器設備的掌握和實驗課程教學，導致實驗室現有設備作用不能充分發揮，造成設備利用率低。
2開放性實驗教學體系的建立
2.1開放性實驗教學內容組成體系憑借學校應用型人才培養的戰略實施和湖南省省級特色專業建設契機，根據“弱化驗證性實驗，強化綜合、設計性實驗”新的教育發展趨勢，以及“驗證型實驗鞏固理論知識，綜合實驗提高綜合素質”的教學思想，利用現有資源，對原實驗教學內容進行重組，選擇一些綜合性強、設計性強、工程背景較強的實驗進行重新設計，構建“基礎實驗—綜合實驗—開放性實驗”多層次實驗教學體系，加大綜合、設計型實驗力度，并以開放性實驗適應不同層次的學生要求，形成新的實驗教學體系，著力培養學生自主學習和動手能力，使學生學習本課程后能夠到水處理廠經過短暫培訓后直接上手操作。基礎實驗主要包括普通化學實驗、水分析化學實驗、水處理微生物學實驗及水力學實驗，實驗過程主要由學生預習實驗報告，教師利用PPT講解實驗基本要求、分析儀器和相關設備原理、實驗流程及操作過程、數據處理要求等，學生在教師指導下完成。根據實驗室教學條件采用以一個或者半個班為單位，一般按4~6人一組，分工協力完成本組實驗，理論課主講教師與實驗指導教師共同指導，保證每個學生親自動手完成實驗。綜合性實驗是指實驗內容涉及專業課程綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗。綜合實驗要求指導教師給定實驗目的要求、實驗條件及所學理論知識和基礎實驗操作技能，由學生自行設計實驗方案并加以實現；實驗過程中，學生自行根據實驗基本要求及目的制定實驗計劃，經老師同意后完成實驗。實驗指導教師根據學生實驗的需要，在實驗器材與藥品上配合完成學生完成綜合性實驗。開放性實驗主要針對學有能力、學有興趣的學生設置的針對性實驗項目。實驗主要依靠學生自主設計，在掌握基礎實驗、部分綜合實驗操作技能的前提下，進行自選項目的實驗，采取4~6人小組預約方式，實驗在指導教師的輔助下由學生自主完成。學院根據實驗項目需要給予不同程度的經費資助，實驗完成后由指導教師組織相關教師進行項目答辯，通過答辯后相關資料交由院部整理備案。
2.2開放性實驗教學管理體系開放性實驗單獨設課，指導教師單獨計算教學工作量，實驗課程由教學及科研經驗豐富的教師擔任，專職實驗教學人員輔助教學與指導，實現實驗室的全面開放或階段性開放。實驗前實驗小組人員必須掌握給排水專業實驗儀器的使用和操作技能，熟悉掌握實驗任務書、指導書及操作步驟，學生進行網上預約前，需由實驗指導教師核準實驗小組對實驗的準備工作后可進入預約系統，預約成功后按預約時間進入實驗室按實驗目的和要求完成實驗項目，實驗指導教師負責答疑和考查，實驗室專職教學人員負責監督實驗儀器設備的使用和操作指導。實驗完成后，實驗儀器設備需提交給實驗專職教師進行核查。實驗完成后將實驗報告提交給實驗指導教師審查，由實驗指導教師組織進行答辯，進行實驗成績評定，并將考核結果及存在的問題及時在實驗教學平臺網上公布。對實驗資料交由院部歸檔管理，學生隨時可以查閱實驗完成和考核結果。
2.3開放性實驗教學保障體系開放性實驗教學的順利進行，需要完善的保障體系支持。首先，教研室教師對本專業開放性實驗教學的順利開展大力支持，開放性實驗教學選擇科研經驗豐富、專業知識全面的的老師擔任，實驗室專職教師進行輔助，教研室教師集體進行開放性實驗教學評估，形成比較完善的開放性實驗教學指導和監督體系。其次。學院對于開放性實驗均給予經費支持，支持力度也在逐年增大；此外，本專業為湖南省特色建設專業，對實驗耗材有專用經費進行支持，可確保開放性實驗的順利完成。學校給水排水特色專業建設網站上建立了實驗教學網絡平臺，形成給排水開放性實驗室教學網絡輔助教學。再次，針對給排水開放性實驗教學的特點與需要，建立了靈活的實驗室教學管理制度，方便實驗的順利開展。針對教師重視理論課教學、忽視實驗教學的情況，經學院批準，制定了教師參與開放性實驗教學的工作量計算方法，規定理論課教師必須參與實驗課的教學與實驗室管理。
3學生工程設計能力的培養
給水排水工程專業具有實踐性強、工程應用背景濃厚的學科特點，學生除應掌握扎實的專業理論知識外，還需培養動手能力、團隊協作精神、工程實踐能力和專業理論知識應用能力，實現復合應用型人才的培養目標。鑒于CAD課程在給排水工程規劃設計中的重要性，在專業課教學中，調整了給排水CAD的教學大綱，在工程實踐性極強的《泵與泵站》、《給水排水管網系統》等課程的課程設計之前完成給排水CAD的教學，相關課程設計要求學生運用CAD設計軟件完成，初步鍛煉學生運用CAD軟件進行工程初步設計的能力。吸收專業知識掌握好、CAD軟件運用熟練的學生進入教研室老師組建的市政工程設計室參與老師橫向社會服務項目的完成。近年來，學生在教師負責的橫向課題如水資源規劃、給水工程專項規劃、排水工程專項規劃、給排水管道施工圖設計及給水廠初步設計等領域發揮重要作用。此外，每年教研室均組織給排水設計大賽，吸收設計能力強的學生進入設計室學習與工作，做到設計室向學生的開放。從實際結果看，進入設計室的學生在教師指導下，工作熱情積極，服從設計室管理與調配，工作中不計報酬，以鍛煉自身的工程設計能力為目的，其自身工程設計能力均有較大提高。
4開放性實驗教學存在的問題
本校給排水開放性實驗教學由于組織實施時間較短，實際運行中存在較多問題。由于開放性實驗具有獨立性、設計性及創造性等特點，在實驗過程中，指導教師只負責實驗方案的審查，實驗過程的指導。實踐證明，開放性實驗教學有助于地方高校應用型人才的培養。結合本校給排水工程開放性實驗室的運行，開放性實驗教學存在以下問題：
4.1重設計、輕實驗開放性實驗教學對提高給排水專業實驗教學及理論知識的提高具有重大意義。但多年形成的教學傳統短時間內仍難以改變。重社會服務項目、輕縱向科研的教學風格也使得學生更加注重自身工程設計的能力培養，學生對實驗項目不夠重視，認為實驗對其將來要從事的工作幫助不大，心理上的不重視也導致了開放性實驗實施的困難性。對此，學科帶頭人向學生強調了實驗的重要性和必要性，統一思想認識，調動學生的積極性。因此，開放性實驗教學的實施仍然需要較長一段時間的認知過程。
4.2經費投耗大開放性實驗教學勢必增加實驗器材及藥材的耗用量，加上原來實驗室器材基礎薄弱，先進的實驗設備少，這都給給排水開放性實驗的順利開展增加了難度。學院以“湖南省給水排水工程特色專業”和學校“應用型人才培養”的目標為契機，加速了給排水實驗室實驗儀器的更新，自行設計制作了部分實驗器材，并對實驗耗材進行統一管理，從各方面盡量做到節約。雖然目前有特色專業專項經費支持，但從長遠發展來看，仍面臨經費短缺現象，需要多方面拓展經費來源。
4.3實驗內容及組織難度大開放性實驗的目的在于提高給排水實驗教學的內容和層次，實驗內容注重學生理論知識的應用和綜合專業能力的培養，提高學生獨立解決問題和團結協作的能力。由于各種條件限制，開放性實驗的選題遇到較多困難。指導教師根據實驗室條件、專業研究熱點以及縱向科研項目在給水處理、污水處理及生態環境等方面給予選題指導，最大限度地豐富學生的選題范圍。同時，鼓勵學生結合自己的興趣，踴躍參加校級、省級大學生科技創新項目的申報和研究工作。由于開放性實驗的特殊屬性，實驗過程中耗材的增加、實驗儀器的損壞以及實驗時間的安排等因素均給開放性實驗的組織帶了了難度。
5結束語
