“水轮机原理”探究式教学研究与实践
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摘 要 文章针对传统教学模式存在的问题，提出采用探究式教学方法组织水轮机原理课程教学。从教师的教与学生的学两个方面提出了探究式教学的构想与措施，并运用到教学实践中，对提高学生的学习兴趣和学习效果起到了积极的促进作用。
关键词 探究式教学 水轮机原理 学习兴趣
中图分类号：G424 文献标识码：A
Study and Practice on Inquiry Teaching of
Principles of Hydraulic Turbine
LIU Zhong， ZOU Shuyun
（School of Energy and Power Engineering， Changsha University
of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）
Abstract In view of the existing problems in traditional teaching mode， the inquiry teaching method was used in teaching Principles of Hydraulic Turbine. The idea and measure of inquiry teaching were proposed from the two aspects of teachers' teaching and students' learning， and applied to the teaching practice. These study and practice are helpful to improve the students' learning interest and effects.
Key words Inquiry teaching; principles of Hydraulic Turbine; learning interest
教学过程是教师和学生的双边活动，是矛盾对立的统一体。教和学两者互为依存，教师的教是教学过程的主要方面，它决定着教学的方向，进程和效果。传统教学方法以教师讲授为主，学生通常只能被动地接受知识，未能参与课程的讨论过程。①“水轮机原理”课程是热能与动力工程水动方向的主干专业课，具备较强的专业性、实践性和系统性，传统教学方法容易让学生产生枯燥难懂的感觉。②
探究式教学，是指学生在学习概念和原理时，教师只是给他们一些事例和问题，让学生自己通过阅读、观察、实验、思考、讨论、听讲等途径去独立探究。探究式教学效果与传统教学模式相比，具有明显的优势，尤其适用于应用性强的课程。由于学生被引导进行深层学习，其对很多知识点的掌握程度大为加深，对知识意义的理解也更为自然。比如在条件允许的范围内，满足学生的兴趣选择，也使学生能够快乐学习，这样其创新能力和实践能力在潜移默化中就得到了很大的提高。
因此，为了更好地增强“水轮机原理”课程教学效果，有必要研究采用探究式教学方法组织教学，鼓励学生提问和质疑，活跃课堂气氛。
1 探究式教学中教师的“教”
探究式教学对于教师是一项极富挑战的工作。该挑战一方面来自课堂教学，另一方面来自老师对于整个教学过程的掌控能力。在探究式教学过程中，学生不再需要老师把问题的答案分析和解释给他们，而是自己独立思考找出答案。正因为学生们能独立思考，所以全班几十名学生中总会出现各种问题。如果老师不具备一定的专业能力和执教素养，那么就很难应对学生的问题。
因此教师除了从事课堂教学外，还必须进行试验研究、科学研究及教学研究等活动。通过基础理论研究和试验研究提高基础理论水平，通过试验研究和工程项目丰富经验和技能，通过科研和教学研究项目以求创新与改革，最终提高“水轮机原理”教学效果，如图1所示。
图1 提高“水轮机原理”教学效果的途径
“水轮机原理”探究式教学中，教师的“教”具体体现以下几个方面。
（1）备课时应对教材中的每一个公式进行详细的理论推导。如水轮机蜗壳水力计算公式，各类教材中鲜有推导过程，只给出一个结果，每次上课必有学生问如何推导。该公式推导较复杂，用到繁琐的积分代换或复变函数的知识。而且，有几种不同形式的蜗壳：基本理论式，带碟形边蜗壳的实用计算式，铸造蜗壳的实用计算式，与箱式座环联接的蜗壳的实用计算式，每种公式的推导都不简单。通过推导，才能在“水轮机原理”探究式教学中对学生的各种疑问进行恰当的引导和解答。
（2）对教材的核心知识必须了如指掌。每一门课程都有它的核心知识与一般知识，主讲教师必须对此有清楚的认识。有两种观念是错误的。一种是认为教材中的东西都同等重要，分不出主次，认为教材中的内容都必须掌握，这样认识的教师必然犯重点不突出的毛病;另一种是提不出需要掌握的核心内容，这样认识的教师自然不能让学生学到课程的核心知识与核心技术。笔者按照三基本（基本概念、基本理论、基本计算）明确每一章的重点与核心，教学中确保这些核心知识的掌握。
（3）必须了解课程知识领域的最新发展动向。水轮机作为水电站的“心脏”，看似简单，其实非常复杂。它的复杂不在于结构，而在于其内部流动、材料和设计方法。这些都依赖于复杂的流体计算、现代的材料科学和先进的设计理念。因此，水轮机是一种与当代科技水平密切相关的设备。教师必须时刻关注新的动向，不断更新教学内容，保持课程教学的先进性，才能更好地引导学生的探究活动。
（4）恰当运用类比，帮助学生理解。教学中的难点，学生即使经过探究，可能还是难以理解。对于这些难点，适当运用类比，可以把复杂的理论以浅显的道理进行说明，非常有利于学生的理解与记忆。如“水轮机原理”中难以理解的水轮机空化，可以用生活中的感冒进行类比，如表1所示。
表1 关于水轮机空化的类比
（5）以问题驱动激发学生的学习热情。问题是兴趣的源泉，也是促使学生思考的动力。为了探究式教学的顺利实施，教师在上课之前要将上课内容设计为几十个相关的问题，提前发给学生，同时也要求学生自己提出一些问题;制造应有的悬念和气氛来激发学生的积极性和学习兴趣。
（6）在组织课堂讨论中，要注意扣住“选、定、引、评”四个环节，即选题恰当，定中心发言人，引导启发、评述小结。选题要难易适度，由浅入深，讨论才能顺利开展;事先定中心发言人作重点准备，使讨论不出现冷场;教师恰如其分地给予引导启发，使讨论紧凑;当意见充分发表后，适时地评述、小结，使学生掌握要领。
2 探究式教学中学生的“学”
在探究式学习过程中，学生是学习的主体，积极主动地参与教学活动，主动获取知识。
（1）学生应深入开展讨论研究。讨论是学生学习中获取信息、加深认识、拓宽知识面的重要渠道。通过讨论，可以消除学生学习过程中的一些模糊认识，纠正一些理解上的偏差，从而达到探究式学习的目的;可以调动学生的学习主动性、启发思维，促使学生积极思考、互相学习，以提高学生分析问题的能力。
（2）学生应有竞争意识，大胆质疑。学生分为若干个小组，各组学生之间互相评分，互相质疑。学起于思，思源于疑。因此，通过质疑，可以使教学有的放矢，可以促进学生主动探究，激发学生的思维。因此，在教学中教师要鼓励学生“敢于”提问和“乐于”提问，引导学生自己解疑，充分发挥学生的主观能动性。例如，在介绍水轮机飞逸的概念时，某些教材上说“当水轮机突然丢弃全部负荷时，如果导水机构故障而不能关闭，水轮机转速会迅速升高。当输入的水流能量与转速升高时的机械摩擦损失能量平衡时，水轮机达到某最大转速，即飞逸转速”。有的同学就提出疑问：像三峡这样的机组，单机容量700MW，如果发生飞逸，700 MW的水流能量全部用于水轮机的轴承等处的摩擦损失，那么，这些摩擦损失会变为热量，700 MW的能量变为热量，能否把整个机组融化？问题出在哪里？于是学生们就开始思考并踊跃讨论。经过教师提示，结合之前学习的水轮机工作原理和水轮机能量损失，最后学生们确定是教材上关于水轮机飞逸的观念错了。正确的概念应该是：当水轮机发生飞逸时，由于水轮机转速的不断升高，使水轮机的内部流动远远脱离了最优的无撞击进口和法向出口状态，输入的大量的水流能量成为转轮的进口脱流损失，而且大量的水流能量以出口环量的形式从水轮机出口流向下游，此时的水轮机效率极低，仅有少量的水能转换为旋转机械能，这部分能量使水轮机升速，并与水轮机的机械摩擦相平衡。在课堂探究活动中，学生也需要运用证据对科学现象做出解释。学生也可以从教师、教材、网络或其他地方获取证据对他们的探究进行补充。
（3）学生的学习方式主要体现在学生是否真正参与了教学活动当中，学生是否合作学习和主动探索知识。在探究式教学过程中，学生应积极参加创新竞赛或加入教师的科研项目，进行科学研究和工程实践，从而在提高学生人文素质和科学素质的同时，将理论和实践紧密结合，进一步增强自身的创新能力。
3 结语
教无定法。在教学过程中，应该根据教学内容、教学对象、教学环境选择恰当的教学方法。在强调探究式教学的同时，更要注意多种教学方法的运用。事实上，灵活多样的教学方法更有助于提高学习效率。而且讲授法也有其一定的优势，因此，在教学过程中应该将探究式教学方法与传统的讲授法相结合。
基金项目：2013年湖南省专业综合改革项目“热能与动力工程”，2013年湖南省普通高等学校教学改革研究项目暨长沙理工大学教学研究重点项目（JG1307）
注释
① 安黔江.高等数学探究式教学模式及其评价分析[J].兰州教育学院学报，2014.30（1）：100-101.
② 潘虹，郑源.水轮机课程教学改革的研究与探索[J].中国电力教育，2012（8）：66-67.