PBL 教学模式在水力学综合性实验教学中的应用探讨

张新燕，吕宏兴

(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌 712100)

水力学是研究液体平衡和机械运动规律及其实际应用的一门学科，是力学的一个重要分支，也是许多工程技术领域重要的技术基础学科。当前，如何更有效地培养具有较强实践和科研能力的应用型人才，是社会发展的需要。教育部文件指出:综合性实验的内容涉及本课程综合知识或与本课程相关的课程知识，是对学生进行实验技能和方法的综合训练。综合性实验的开设适应了培养高层次应用型人才的目标。因此水力学作为一门技术基础学科，尤其是水利类各专业的一门重要的技术基础课，如何通过综合性实验的开设和训练，提高学生的实践能力，创新能力，综合运用学科知识，独立分析问题、解决问题的能力，培养出适应社会发展需求的实践创新型人才，是急需人们进行研究和探讨的重要课题。但是目前在各高校水力学实验教学中，人们对于如何更有效地发挥综合性实验在培养社会需求人才中的作用，还缺乏有效的教学模式和方法，因此探讨综合性实验新型教学模式，发挥其在教学中的作用，具有一定的实践意义。

一、PBL教学模式

PBL(Problem Based Learning)教学模式是以问题为导向，学生为中心的教学方法，符合建构主义学习理论及其教学原则，对培养学生自主学习和协作学习的能力，发展学生高级认知思维能力和解决问题的能力具有积极作用。该方法最早应用于医学教育，由美国的神经病学教授 Barrows首创［1］，定义PBL既是一种课程又是一种学习方式。即围绕某一问题，在教师的协助下，学习者通过查阅文献资料、自主学习、相互讨论的形式，应用所学相关理论知识，设计出解决方案，独立自主解决问题，并从中获取知识。此方法强调学生的主观能动性，充分调动学生的学习主动性和独立解决问题的能力，并通过问题的解决来获取知识，有利于激发学生的学习兴趣和积极性［2－6］，将其运用于水力学综合性实验教学中，将会最大程度发挥综合性实验的培养目标，是工程教育有效的教学手段。目前，国内将PBL教学模式已成功应用于医学、电学、计算机、网络课程教学［3－7］，但应用于水力学综合性实验教学的还未见报道。因此，针对PBL教学模式应用于水力学综合性实验教学进行了探讨，以期为水力学综合性实验教学研究提供参考。

二、PBL教学模式应用探讨

PBL教学模式应用于水力学综合性实验教学中，具体实施过程如下:

1.设计问题

根据PBL教学模式特点，围绕水力学课程内容选择某一知识点，首先设计提出问题，明确问题的目的和要求，需要解决的内容等。所提问题应是围绕某一学习知识点，通过学生自己努力可以得到解决的。具体实施时，围绕明渠水流的内容设计了水面曲线综合性实验项目。明渠水流是工程水力学的两大内容之一，水面曲线研究是明渠水流中的重要部分，针对该内容提出问题，“明渠水流中的水面曲线形式和特征有哪些?是在什么条件下产生的?”该问题综合了明渠水流相关的渠道断面形式、底坡类型、流态、水跃和水跌现象等重要概念和内容。围绕该问题的解决，学生将掌握明渠水流水深沿程变化基本规律。

2.学生分组

问题提出后，将实验学生分成若干个实验小组，每个小组由4—5人组成，推选一人为组长，负责对小组内各成员进行任务分派和工作协调，对组员意见和资料进行整理汇总。

3.分析解决问题，制定实验方案

各组成员根据问题，围绕明渠水流的水面曲线内容，分工协作，通过网络、图书馆、各类参考书等查阅相关资料，结合课堂学习知识和小组讨论方式寻找解决问题的方案。在这个过程中学生逐渐掌握了水面曲线的概念、变化规律及其影响因素。在此基础上，制定出实验方案，包括实验设备、装置、材料和测试内容等。

4.确定实验方案

将制定的解决方案汇总后，在教师协助下进行讨论，分析其可行性和可操作性，确立最终的实验方案。在讨论过程中，以学生为中心，教师引导辅助，保证问题解决方法正确，不出现较大偏离，确保学生设计方案的可行性和可操作性。

5.进行实验，得出结论

各小组根据自己设计的实验方案在实验室内进行具体操作。实施过程以学生为主体，学生有问题可以咨询教师，自己动手，团结协作按照设计方案进行实验，观察水流现象，测定相关数据，并进行分析整理，得出结论。

6.总结、评价

各小组将实验结果汇总，完成实验报告，上交给教师。由教师对各实验小组的实验报告进行批阅，并将评阅意见反馈给各小组。各小组成员根据批阅内容进行修改、补充、完善。最后由教师根据学生表现和成果评定成绩。

至此，明渠水流水面曲线综合性实验完成。在整个实验过程中，教师通过提出问题使实验内容具体化、条理化，学生根据问题通过查阅文献资料、自主学习、分工协作、分析讨论等手段制定出解决问题的实验方案，然后根据设计方案在实验室内进行操作，测定数据，对数据进行分析整理，得出结论(问题答案)。在整个实验过程中，都以学生为主导，充分发挥了学生的主观能动性和自主学习能力以及实际操作的动手能力和创新科研能力，充分利用所学知识，掌握了明渠水流的水流特征、水力分析方法和水力计算技能，从而有效地提高了学生的实践能力、综合应用能力和研究创新能力。

三、PBL教学模式应用于水力学综合性实验的效果

PBL教学法围绕提出的问题，通过学生自主学习、独立设计方案来解决问题，整个过程以学生为主体，教师协助辅导，对调动学生的主动性和积极性、提高学生独立创新能力、综合应用能力等效果显著，是用于综合性实验教学的有效手段和方法。

(一)改革传统的实验教学方法，顺应时代发展要求

在传统的实验教学中，学生仅是被动的接受，处于被动学习的状况，教师占主导地位，学生按照教师的指导进行操作，只知其然，而不知其所以然，经常不能把学习的理论和实践相联系，学生学习的积极性也受到极大限制，综合性实验没有起到应有的作用，效果差，不利于人才的培养。而教学应遵循的正确原则是:知识不应当由教师简单地灌输给学生，而应当由学生自己积极地探索而获得。PBL教学法是以学生为主体，通过依靠学生自己来寻找解决问题的途径，打破了过去在实验课中，由教师详细讲解实验内容和操作步骤，学生只是按照老师说的一步一步做就行了，不需要动脑筋思考，大多时候对其实验原理是一知半解，至于为什么这么做?如果不这么做又会出现什么结果等都不十分明白，更谈不上对知识的综合运用了。而通过PBL教学模式的应用，革新了传统的教学方法，由教师主导转变为以学生为主导，围绕某一问题依靠学生自己查资料，设计方案，解决问题，整个过程都是独立完成，教师仅起辅助指导作用。学生在寻求解决问题的过程中，不仅锻炼了自学能力，独立工作能力，团结协作能力，综合运用知识能力，以及理论联系实践的能力，而且有效地开发了学生的潜力和创造力，适应了当今社会对高层次创新应用型人才的需要，效果明显。

(二)调动学生的主动性和积极性，提高学生的综合素质

PBL教学中学生变被动学习为主动探讨，整个过程均以学生为主体，围绕提出的问题，几个人组成实验小组，小组成员相互合作，通过自主学习，综合运用所学课程理论知识，找到解决问题的方法，设计实验，发挥了学生的潜能和创造力，提高了学习的兴趣，调动了学习积极性，提高了学生独立解决实际工程问题的能力和综合运用知识的能力，有利于提高学生的综合素质。

(三)提高学生自主学习能力和团结协作能力

在教学过程中，PBL教学模式强调基于某一设定问题进行，该问题所涉及的知识范围和内容都比较繁复，一个学生很难完成，需要自行根据问题难度和深度组成实验小组进行，小组成员需要分工合作，团结协作，共同努力才能顺利完成。同时，小组成员需要根据组长分配去搜集查阅相关的信息、资料，并将收集到资料与组内其他成员分享，进行交流、讨论，积极主动进行问题探讨，同时能够接受教师指导，协助其他成员的工作，共同努力去找出解决问题的对策和方案。在实验准备和操作过程中，要积极主动合作、协作完成实验内容，取得好的实验结果。通过训练，极大地提高学生的自主学习能力、动手操作能力和团结协作能力。

结合《水力学》课程，于2011年上学期对09级水利水电工程专业的学生实施了水力学综合性实验的PBL教学实践。教学任务完成后，对学生进行了调查，以了解学生对此教学模式的评价及其教学效果。调查结果显示:130名学生中有105名赞成(占80%)，表示PBL教学模式发挥了个人的主动性，能产生浓厚的学习兴趣，并且对个人实践能力的锻炼和团队协作能力的提高都有一定的作用。

四、存在问题

综合性实验项目综合了水力学课程的多方面知识，并是对学生实验技能和方法的综合训练，对于培养高级工程应用创新型人才是一种效果显著的方式。PBL教学模式的应用激发了学生学习的主动性和积极性，提高了学习的兴趣，有助于创新能力的培养和知识综合应用能力的培养，适用于综合性实验教学。但在教学过程中也出现了一些问题:(1)由于PBL教学模式强调以问题为前提，学生围绕问题分组、查资料、找方案，最后通过实验完成，需要较长时间，不像传统的实验教学方式教师介绍20—30分钟，学生在两个学时内就可完成实验。在目前学时数缩短的情况下，PBL教学模式如何顺利开展实施还需要进一步探讨;(2)一个本科实验班为30人，4—5人一个小组，将有6—8组，一组配一名教师，需要较多的实验教师，目前师资力量明显不足;(3)教师接受并能较好掌握新的教学模式，改变原来的以其为主导，手把手教的模式为以学生为主导，教师引导辅助，明显感觉经验不足，还需要加强学习、培训，积累经验。

五、结语

通过这次PBL教学模式应用于水力学综合性实验教学的尝试，可以看到该教学法应用于水力学综合性实验教学具有可行性和一定的优势，不论是对学生还是对课程本身来说都能够发挥综合性实验在水力学课程学习中的作用。但还存在一些问题需要进一步解决、完善。预计不久的将来，PBL教学模式作为应用于工程教育中的一种新型教学模式，将会得到越来越广泛的推广应用。

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［2］李妍缘，张秀丽.“机械设计基础”课程理论与课程设计相结合的教学体会与探究［J］.中国电力教育，2009(8):138－139.

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