應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法在“流體力學(xué)”課程中的應(yīng)用

陳洪杰，王斌武，吳國(guó)珊，莊光亮

(桂林航天工業(yè)學(xué)院建筑環(huán)境與能源工程系，廣西桂林，541004)

“流體力學(xué)”是高等教育中許多工科專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。流體力學(xué)知識(shí)應(yīng)用廣泛，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的良好掌握，不但有助于更好地理解生活中常見的問題，而且能為專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，為專業(yè)工作的實(shí)踐提供指導(dǎo)，為專業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)造條件。然而，“流體力學(xué)”課程理論性較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來較吃力，且由于尚未進(jìn)入專業(yè)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生并沒能體會(huì)到這些理論學(xué)習(xí)的用處。知識(shí)具有難度及學(xué)生缺乏動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致當(dāng)前各高校出現(xiàn)了學(xué)生對(duì)流體力學(xué)知識(shí)掌握不理想、“流體力學(xué)”課程掛科率較高的現(xiàn)象。[1]

要改善學(xué)生對(duì)“流體力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，不能一味地順應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況把復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，更重要的是通過改變教學(xué)方法，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。研究性學(xué)習(xí)法在教育領(lǐng)域是被較多提倡的可培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)及學(xué)習(xí)興趣的方法。[2-3]對(duì)很多高校來說，并沒有培養(yǎng)研究型人才的客觀條件，即大部分學(xué)生并不能適應(yīng)研究性學(xué)習(xí)的強(qiáng)度。在以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的學(xué)校，教師沿襲研究型大學(xué)的做法，改傳統(tǒng)講授為學(xué)生自行研究學(xué)習(xí)，這導(dǎo)致少部分自覺、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生學(xué)習(xí)效果較傳統(tǒng)講授方法好，但大部分學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)及一些不自覺的學(xué)生的學(xué)習(xí)效果反比傳統(tǒng)講授方法差。[4]

結(jié)合傳統(tǒng)講授和研究性學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，將研究性學(xué)習(xí)的理論深度降低，可將各問題聯(lián)結(jié)在一起，形成一個(gè)具有明顯工程實(shí)踐意義的課題，用于指導(dǎo)學(xué)生的預(yù)習(xí)及復(fù)習(xí)，而教師在上課時(shí)則有針對(duì)性地為學(xué)生講解知識(shí)點(diǎn)。我們把這樣的教學(xué)方式定義為應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法。

一、應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)的過程設(shè)置

應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法的核心是為學(xué)生建立學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，在增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和教師授課之間建立平衡點(diǎn)。知識(shí)的主要來源依然是教師講授，但學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣則來自各人對(duì)課題的發(fā)掘。

圖1 應(yīng)用性學(xué)習(xí)中教師的備課流程

學(xué)生應(yīng)用性學(xué)習(xí)的進(jìn)行必須由教師來引導(dǎo)，該過程對(duì)教師備課的要求見圖1。在備課時(shí)，教師必須全面熟悉課本知識(shí)，詳細(xì)列出所有知識(shí)點(diǎn)；對(duì)照知識(shí)點(diǎn)列表，針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的小問題，然后邊修改邊將這些小問題結(jié)合到一起，形成一個(gè)具有工程實(shí)踐意義的課題；將初始條件的某個(gè)參數(shù)做成某個(gè)與學(xué)生學(xué)號(hào)相關(guān)的函數(shù)，使得各學(xué)生的課題參數(shù)稍有差異，但解題步驟保持一致；從學(xué)生的角度將課題拆解，按課題解決步驟先后去審查各個(gè)拆解出的小問題是否滿足由淺入深的規(guī)律，若不滿足，應(yīng)加以調(diào)整；沿著課題解決的步驟編制課題攻略，攻略應(yīng)提及如何將課題分解，分解出來的小問題應(yīng)往書本的哪個(gè)章節(jié)找答案，在解決問題時(shí)可能存在哪些疏忽點(diǎn)；對(duì)課題進(jìn)行一次試算，并將其編制成可輸出每一步計(jì)算結(jié)果的計(jì)算機(jī)程序，應(yīng)用該計(jì)算機(jī)程序時(shí)只需學(xué)生輸入學(xué)號(hào)即可檢驗(yàn)其課題計(jì)算步驟是否正確；最后，教師還需按著課題及攻略再次備課，知識(shí)點(diǎn)講授跟學(xué)生解決課題在順序上保持統(tǒng)一的前提下編寫教案、講義。

圖2 應(yīng)用性學(xué)習(xí)中學(xué)生的解題步驟

課程開始時(shí)，第一節(jié)課除了對(duì)課程進(jìn)行概述，最主要的任務(wù)是將課題下發(fā)給學(xué)生，給學(xué)生詳細(xì)描述課題，教學(xué)生怎么由課題出發(fā)，通過攻略分解出問題并到課本相關(guān)章節(jié)中去尋找具體的解決方法。由圖2和圖1的對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，學(xué)生應(yīng)用性學(xué)習(xí)的步驟與教師備課的步驟可以說剛好相反。教師每節(jié)課要布置好學(xué)生在下節(jié)課前完成的任務(wù)，并要求學(xué)生將計(jì)算的過程做成PPT，該布置是超前的(即教師要求學(xué)生下節(jié)課前完成的計(jì)算就是教師下節(jié)課要講解的內(nèi)容)。除第一節(jié)課外，隨后的每節(jié)課上課前，教師均留出課前十分鐘讓學(xué)生上講臺(tái)匯報(bào)他們對(duì)上一節(jié)課布置任務(wù)的完成情況。教師應(yīng)認(rèn)真聽取學(xué)生的匯報(bào)，對(duì)學(xué)生理解得比較充分、理解不夠充分、理解錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)都要記錄，并總結(jié)出在學(xué)生眼里的難點(diǎn)。學(xué)生報(bào)告完畢后即進(jìn)入教師授課環(huán)節(jié)。教師在授課時(shí)，對(duì)學(xué)生自學(xué)已理解得比較透徹的知識(shí)點(diǎn)少講，對(duì)理解得不夠充分的知識(shí)點(diǎn)多講，對(duì)學(xué)生理解錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)重點(diǎn)講。教師在講課的過程中，要不時(shí)聯(lián)系到之前所設(shè)置的課題，告訴學(xué)生哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以解決哪個(gè)問題。課堂教學(xué)結(jié)束前，要敦促學(xué)生按照本節(jié)課講授的內(nèi)容完善上一次課布置的任務(wù)以得出正確的計(jì)算結(jié)果，并給學(xué)生布置下一個(gè)任務(wù)。每個(gè)學(xué)生課題的初始條件的差異性導(dǎo)致了課題計(jì)算階段性結(jié)果的正誤很難跟蹤，教師在設(shè)計(jì)課題時(shí)編制的計(jì)算機(jī)軟件能有效解決這個(gè)問題。學(xué)生只需輸入自己的學(xué)號(hào)，軟件即可自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)課題的每一計(jì)算階段的答案(不顯示計(jì)算過程)。教師將軟件上傳到網(wǎng)站，讓學(xué)生自行下載核實(shí)自己的各步驟計(jì)算結(jié)果是否正確，這使得某些學(xué)生即使一時(shí)沒能完善上一節(jié)課講授部分對(duì)應(yīng)的計(jì)算，也不影響教師下一次課所要講解內(nèi)容的自習(xí)進(jìn)程。當(dāng)然，教師也應(yīng)通過各種途徑給學(xué)生答疑。應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法的操作步驟如圖3所示。

圖3 應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法流程

二、 應(yīng)用性學(xué)習(xí)課題設(shè)置原則

在應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)中，正是課題將學(xué)生自學(xué)和教師講授聯(lián)系在了一起。課題的設(shè)置極具重要性。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，課題的設(shè)置也應(yīng)有相應(yīng)原則。

(一)要求課題難度低，條理清晰

應(yīng)用性學(xué)習(xí)的課題整體來說有點(diǎn)像課程設(shè)計(jì)題目，課題分解后又有點(diǎn)像研究性學(xué)習(xí)的問題。課程設(shè)計(jì)往往是安排在教師授課結(jié)束以后，是學(xué)習(xí)在先的過程，要考查的是學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的由淺入深及順序性沒有要求。應(yīng)用性學(xué)習(xí)課題安排在教師講授知識(shí)之前進(jìn)行，是學(xué)習(xí)在后的過程，主要是引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，將教師授課與學(xué)生自習(xí)聯(lián)系起來。與課程設(shè)計(jì)相比，應(yīng)用性學(xué)習(xí)課題應(yīng)有較低的難度要求。此外，由于課題聯(lián)系著教師的教與學(xué)生的學(xué)，所以課題涉及的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)體現(xiàn)明顯的由淺入深性及順序性。

(二)貫穿所有知識(shí)點(diǎn)，體現(xiàn)重點(diǎn)

實(shí)際工程中，涉及某一門課所有知識(shí)點(diǎn)的實(shí)例可能并不存在，但在應(yīng)用性學(xué)習(xí)中，又要求將學(xué)生導(dǎo)向每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。因此，需要對(duì)一定工程背景下的課題作進(jìn)一步的修飾，增加要求，以產(chǎn)生涉及書本中每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的“實(shí)際”課題。此外，在知識(shí)重點(diǎn)上，可通過一些重復(fù)計(jì)算來讓學(xué)生良好掌握。

(三)知識(shí)點(diǎn)交互性弱，可以剝離

如果說課程設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)是結(jié)合在一起的，應(yīng)用性學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該說只是堆積在一起。課程設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)點(diǎn)往往交織性很強(qiáng)，對(duì)學(xué)生來說不能或者很難將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)獨(dú)立開。應(yīng)用性學(xué)習(xí)課題具體落實(shí)時(shí)要求學(xué)生能自己將知識(shí)點(diǎn)從課題中分離，教師也要能將某步計(jì)算涉及的知識(shí)點(diǎn)單獨(dú)拿出來講，所以此時(shí)的知識(shí)點(diǎn)交互性要較弱，不應(yīng)存在不能單獨(dú)剝離的情況。

(四)解題步驟應(yīng)一致，條件稍異

不少教師在進(jìn)行與此類似的研究性學(xué)習(xí)教學(xué)時(shí)，采用的是每次課全班同一問題、分組報(bào)告的做法，但往往發(fā)現(xiàn)很多小組幾乎每次都是同一個(gè)同學(xué)做匯報(bào)，組內(nèi)其他成員的學(xué)習(xí)情況不得而知，而確實(shí)也有不少學(xué)生依賴別人、不去學(xué)習(xí)。采用每人不同問題的做法貌似可行但執(zhí)行起來卻不大實(shí)際，因?yàn)槊恳淮握n教師都需要布置幾十甚至上百個(gè)不同的問題。[5]而對(duì)于應(yīng)用性學(xué)習(xí)，由于整門課只有一個(gè)課題，教師只要建立某個(gè)函數(shù)使得每個(gè)學(xué)生課題的初始條件稍有不同，即可使得各學(xué)生的計(jì)算結(jié)果有所差異而不能相互依賴。而又由于計(jì)算步驟大體相同，學(xué)生之間有不懂的可以相互討論。

三、應(yīng)用性學(xué)習(xí)的課程實(shí)踐效果

在流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐時(shí)，對(duì)建筑設(shè)備技術(shù)專業(yè)2011級(jí)學(xué)生(52人)采用的是傳統(tǒng)教學(xué)方法，而對(duì)2012級(jí)學(xué)生(48人)采用的是應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)方法。2011級(jí)學(xué)生平均每節(jié)課只有1個(gè)學(xué)生提問題，提問題率為1.92%；2012級(jí)平均每節(jié)課有7人提問題，提問題率為14%。采用應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法后，學(xué)生的提問題率增加了6.29倍。學(xué)生期末考試成績(jī)的分布見圖4，分析發(fā)現(xiàn)采用了應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法后，期末考試不及格率較傳統(tǒng)教學(xué)方法減少了54.9%，60～69分人數(shù)的比率較原來減少了22.6%，70～79分人數(shù)的比率較原先增加了2.0%，80～89分人數(shù)的比率較原來增加了89.6%，90～100分人數(shù)的比率較原先增加了225%。采用應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法后，學(xué)生不及格率大大下降，80分以上人數(shù)的比率增加較多。

圖4 傳統(tǒng)講授教學(xué)法及應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法下學(xué)生考試成績(jī)分布

四、結(jié)論

在專業(yè)基礎(chǔ)課中采用應(yīng)用性學(xué)習(xí)方法，能讓學(xué)生自主發(fā)掘課程意義，建立學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高學(xué)習(xí)興趣。應(yīng)用性學(xué)習(xí)需要教師積極引導(dǎo)，教師設(shè)置課題時(shí)需兼顧課題的難易性及順序性、知識(shí)點(diǎn)全面性及交互性、計(jì)算的異同性等。通過將應(yīng)用性學(xué)習(xí)引入“流體力學(xué)”課程，本校建筑設(shè)備技術(shù)專業(yè)的課堂氣氛得到較大改善，學(xué)生提問題率由原來的1.92%提高到14%；面對(duì)難易程度相當(dāng)?shù)脑嚲?，學(xué)生考試的不及格率降低了54.9%，60～69分人數(shù)的比率降低了22.6%，70～79分人數(shù)的比率增加了2.0%，80～89分人數(shù)的比率增加了89.6%，90～100分人數(shù)的比率增加了225%。采用以課題為主導(dǎo)的應(yīng)用性學(xué)習(xí)教學(xué)法可大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

應(yīng)用性學(xué)習(xí)的平時(shí)成績(jī)包括學(xué)生的課題完成情況、學(xué)生的報(bào)告情況及學(xué)生的到課情況等。應(yīng)用性學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)要求較高，傳統(tǒng)考核中平時(shí)成績(jī)所占比例較小(30%～40%)，會(huì)打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。希望以后可將平時(shí)成績(jī)提高到50%～60%。此外，仍有少數(shù)學(xué)生不聽從教師的安排，甚至逃課，這需要授課教師和輔導(dǎo)員、班主任溝通，進(jìn)一步做好工作。

[1] 吳益華，謝洪勇.流體力學(xué)教學(xué)方法與教學(xué)手段初探[J].陜西教育：高教版，2009(8)：65-65.

[2] 王素文.大學(xué)教學(xué)中的研究性學(xué)習(xí)：特點(diǎn)與模式[J].教育發(fā)展研究，2007(24)：29-32.

[3] 丁一，榮亞軍，朱雅琴，等.地方高等師范院?！敖逃龑W(xué)”課程研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐及研究[J].科教文匯：上旬刊，2013(5)：54-55.

[4] 劉穎.基于課程資源的研究性學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2010(6)：48-49.

[5] 李陽(yáng).現(xiàn)階段研究性學(xué)習(xí)中存在的問題[EB/OL].http://chem.cersp.com/HXJX/YJXX/200511/251.html，2005-11-30.