“工程流體力學(xué)”的課堂教學(xué)模式思考*

朱兵 孫曉晶 黃典貴

（上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200093）

“工程流體力學(xué)”的課堂教學(xué)模式思考*

朱兵 孫曉晶 黃典貴

（上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200093）

根據(jù)“工程流體力學(xué)”的課程特點(diǎn)，分析了以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式和以學(xué)生為主體的創(chuàng)新教學(xué)模式的特點(diǎn)，指出教師應(yīng)處理好“如何教”和“如何學(xué)”之間的關(guān)系，不應(yīng)采用單一的教學(xué)模式，而應(yīng)根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容和目標(biāo)，靈活運(yùn)用合適的教學(xué)模式，以著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)。

工程流體力學(xué)；教學(xué)模式；教與學(xué)

一、概述

“工程流體力學(xué)”是研究流體平衡與運(yùn)動(dòng)規(guī)律及流體與周圍邊界相互作用的科學(xué)，其教學(xué)目標(biāo)是：學(xué)生在學(xué)完本課程后，可掌握流體力學(xué)的基本概念、方法、原理和工程知識(shí)，能運(yùn)用學(xué)到的流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋流體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的現(xiàn)象，并初步具備分析和研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的能力。學(xué)生可為今后學(xué)習(xí)專業(yè)課程，從事相關(guān)的工程技術(shù)和科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“工程流體力學(xué)”課程作為一門理論性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的專業(yè)基礎(chǔ)課，是高等學(xué)校多個(gè)工程類專業(yè)必修課程，其在普通高校的教學(xué)中占有重要地位［1］。因此，為了提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才，研究探討“工程流體力學(xué)”的新型教學(xué)模式將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、課程特點(diǎn)

“工程流體力學(xué)”課程具有知識(shí)面寬、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、概念抽象、數(shù)學(xué)公式繁瑣等特點(diǎn)。在教與學(xué)的過程中，一方面要求學(xué)生具備較好的前期課程基礎(chǔ)，熟練掌握高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和基礎(chǔ)力學(xué)等知識(shí)；另一方面，要求教師具備寬廣的知識(shí)面，能緊密聯(lián)系后續(xù)專業(yè)課和工程實(shí)際，將抽象深?yuàn)W的概念具體形象化，能充分激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生在理解基本概念和重要知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，熟練掌握流體力學(xué)的一般分析方法，最終能應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)和方法來分析和解決問題。因此，一直以來“工程流體力學(xué)”被認(rèn)為是一門“教師難教、學(xué)生難學(xué)”的課程［2］。

三、傳統(tǒng)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的“傳遞-接受式”教學(xué)模式以傳授系統(tǒng)知識(shí)、培養(yǎng)基本技能為目標(biāo)，目前很多教師在教學(xué)“工程流體力學(xué)”課程時(shí)，會(huì)自覺或不自覺地采用這種教學(xué)模式。該模式具有一定的行為心理學(xué)理論基礎(chǔ)，著眼于充分挖掘人的記憶力、推理能力和間接經(jīng)驗(yàn)在掌握知識(shí)方面的作用，強(qiáng)調(diào)控制學(xué)習(xí)者的行為達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，其基本的教學(xué)過程是：復(fù)習(xí)-激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)-講授新課-鞏固練習(xí)-檢查評(píng)價(jià)-階段性復(fù)習(xí)，通過反復(fù)的循環(huán)過程來實(shí)現(xiàn)預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。

雖然這種教學(xué)模式會(huì)使得學(xué)生能在較短時(shí)間內(nèi)接受到大量的信息，也便于教師有效控制課堂教學(xué)秩序和保持知識(shí)點(diǎn)的完整性。但是該“滿堂灌”的教學(xué)模式過分強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)和權(quán)威作用，認(rèn)為知識(shí)是由教師向?qū)W生單向傳遞的，它忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的正確深入理解，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問題的能力。

四、創(chuàng)新型教學(xué)模式

近年來，針對(duì)“工程流體力學(xué)”課程，一些教師已在教學(xué)方法和新技術(shù)應(yīng)用上進(jìn)行了不斷嘗試，如充分應(yīng)用板書與多媒體相結(jié)合、理論講解與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合、根據(jù)專業(yè)或者對(duì)象特點(diǎn)的內(nèi)容模塊化分區(qū)教學(xué)、考核方式的靈活多樣性等。雖然采用的新的方法和技術(shù)在一定程度上提高了教學(xué)效果，但是這種沿襲的以“教”為主體的教學(xué)模式不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，使得學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)效果欠佳。

根據(jù)深化高等教育的教學(xué)改革的基本要求，必須強(qiáng)化人才的基本素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這對(duì)“工程流體力學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)模式提出了新的挑戰(zhàn)，迫切要求一批以“學(xué)”為主體的創(chuàng)新型教學(xué)模式在實(shí)際教學(xué)過程中應(yīng)盡快加以綜合應(yīng)用。

（一）啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，因此學(xué)生的興趣和態(tài)度決定了教師傳遞的知識(shí)能否被真正的接受、理解和反饋［3］。由于“工程流體力學(xué)”本身比較枯燥和抽象，教師必須采用多種手段（如身邊的事例、多媒體、工程案例、學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)等）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在第一節(jié)課講緒論時(shí)，應(yīng)先列舉出身邊多個(gè)與流體相關(guān)的案例（如汽車外形的演化、高爾夫球外形的凹坑、香蕉球、鯊魚皮泳衣等），并在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用多媒體技術(shù)盡量多展示各行業(yè)流體典型應(yīng)用案例，讓學(xué)生不但對(duì)“工程流體力學(xué)”充滿好奇心和求知欲，同時(shí)也要讓學(xué)生知道學(xué)好“工程流體力學(xué)”對(duì)今后從事專業(yè)相關(guān)工作的重要意義。

在講解具體知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師不應(yīng)總是直接告訴學(xué)生結(jié)果或者結(jié)論，而是應(yīng)該盡量設(shè)定好知識(shí)點(diǎn)生效的情境，然后充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，給予學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間，讓他們通過自身的感知、經(jīng)驗(yàn)和推理得出結(jié)論。比如在講牛頓內(nèi)摩擦定律時(shí)，教師可以先復(fù)述牛頓當(dāng)年做實(shí)驗(yàn)的過程和條件，再向?qū)W生進(jìn)行引導(dǎo)式提問（上表面的驅(qū)動(dòng)平板受力到底與哪些因素有關(guān)呢？）

可見，啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)模式能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的能力。

（二）歸納與演繹式教學(xué)

人類的認(rèn)識(shí)活動(dòng)，總是先接觸到個(gè)別事物，爾后推及歸納出一般，又從一般演繹出個(gè)別，如此循環(huán)往復(fù)，使認(rèn)識(shí)不斷深化。因此，歸納和演繹是人類認(rèn)識(shí)事物和從事科學(xué)活動(dòng)必須掌握的一種邏輯思維方法。

在傳統(tǒng)教師主導(dǎo)的教學(xué)過程中，其自身總是在不經(jīng)意間使用了歸納和演繹法，但往往忽視了對(duì)學(xué)生這種思維方式的訓(xùn)練。在創(chuàng)新型教學(xué)模式下，教師應(yīng)該主動(dòng)完成從單純的授之以“魚”到授之以“漁”的觀念轉(zhuǎn)變，應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生實(shí)際參與到歸納和演繹的過程中去。這樣不但使得學(xué)生積極參與了教學(xué)的過程，主動(dòng)掌握了知識(shí)，而且鍛煉了學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新能力。比如在講解流體的性質(zhì)時(shí)，可以讓學(xué)生先來一次頭腦風(fēng)暴，教師中途適時(shí)給予一些提示，最后和學(xué)生一起歸納出流體的性質(zhì)。比如在講解流體滿足的控制方程時(shí)，可以先讓學(xué)生回顧前期課程已經(jīng)學(xué)會(huì)的一般守恒定律，然后引導(dǎo)學(xué)生考慮當(dāng)作用于流體微團(tuán)或控制體如何？此時(shí)可側(cè)重講解推導(dǎo)的思路和方法，并直接給出最終一般形式的控制方程，而具體的推導(dǎo)過程可讓學(xué)生作為課后作業(yè)加以演繹訓(xùn)練。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)訓(xùn)練學(xué)生掌握如何從一般到特殊的過程，在什么條件下可推演出簡(jiǎn)化的方程。

（三）應(yīng)用導(dǎo)向式教學(xué)

理工科學(xué)生的培養(yǎng)關(guān)鍵應(yīng)注重實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)［4］。因此“工程流體力學(xué)”的教學(xué)必須與工程實(shí)踐相結(jié)合，這樣一方面可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面促進(jìn)學(xué)生能將學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程問題中，真正做到學(xué)以致用。

教師在應(yīng)用導(dǎo)向式思維的指導(dǎo)下，必須充分地準(zhǔn)備關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的典型工程應(yīng)用案例。然后在教學(xué)過程中，教師應(yīng)有意識(shí)引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生如何根據(jù)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，將復(fù)雜的工程問題通過合理的簡(jiǎn)化，建立合適的力學(xué)模型并加以解決。比如在講授伯努利方程之前，可以先提示學(xué)生思考火車站臺(tái)為什么設(shè)置安全線的日常應(yīng)用問題，風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)如何測(cè)流量的實(shí)際工程問題等？這樣可讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)和思考，在講完知識(shí)點(diǎn)后，再引導(dǎo)學(xué)生一起分析解決起初提出的疑問。

在應(yīng)用導(dǎo)向式教學(xué)過程中，還應(yīng)注重加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的訓(xùn)練，因此一個(gè)好的改革目標(biāo)是應(yīng)同步開展適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)易實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬，并合理編排與課程相適應(yīng)的訓(xùn)練內(nèi)容。這能讓學(xué)生將剛學(xué)到的知識(shí)馬上通過自己的動(dòng)手實(shí)踐加以檢驗(yàn)，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)問題認(rèn)識(shí)的深度，同時(shí)也讓學(xué)生有了相當(dāng)?shù)某删透?，從而進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)好該課程的自信心。

（四）探究式教學(xué)

探究式教學(xué)方法是指在教師的引導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺地、主動(dòng)地探索，掌握認(rèn)識(shí)和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，并從中找出規(guī)律［5］。顯然，這種方法更多地強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，對(duì)學(xué)生本身的綜合素質(zhì)和自學(xué)能力要求較高，教師起到組織和適時(shí)引導(dǎo)幫助的作用。在“工程流體力學(xué)”的教學(xué)過程中，也可以針對(duì)特定的專題和特定的學(xué)生群體嘗試采用探究式教學(xué)方法，著力培育一批具有創(chuàng)新能力的研究型人才。比如老師可以在教學(xué)中間階段設(shè)定幾個(gè)經(jīng)典的或者學(xué)科領(lǐng)域前沿的專題，讓一部分學(xué)有余力的學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)的調(diào)研和閱讀、定期的交流和指導(dǎo)，對(duì)設(shè)定的專題有較為深入的理解和認(rèn)識(shí)，掌握從事科研活動(dòng)基本的方法，激發(fā)學(xué)生可能從事科研活動(dòng)樂趣。

五、結(jié)束語

為了提高“工程流體力學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，教師在教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容、目標(biāo)和教學(xué)模式的特點(diǎn)，深入考量“如何教”和“如何學(xué)”之間的關(guān)系，靈活運(yùn)用合適的教學(xué)模式，引領(lǐng)并充分發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)性，從而努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新思維訓(xùn)練和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

［1］杜敏，耿江，張歡，等.面向熱能工程專業(yè)的“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)探討［J］.大學(xué)教育，2015（6）：125-126.

［2］劉宏升，孫文策，張博，等.流體力學(xué)研究型教學(xué)法的研究與實(shí)踐［J］.中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（31）：86-87.

［3］李現(xiàn)平.高效能教學(xué)過程分析［J］.高等教育研究學(xué)報(bào)，2015，38（1）：5-12.

［4］施建華，馬浩統(tǒng)，江文杰，等.“理論-實(shí)踐-創(chuàng)新”三位一體網(wǎng)絡(luò)課程改革探索［J］.高等教育研究學(xué)報(bào)，2014（4）：84-88.

［5］王珍，穆崔君，王少珍.“自主、合作、探究”教學(xué)模式在大學(xué)教育中的應(yīng)用［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014（12）：180-181.

Based on the characteristics of the engineering fluid mechanics，the paper，analyzes the features of traditional teaching mode taking teachers as the center and theinnovative one taking students as the center.Meanwhile，this paper points out that teachers should balance the relation of how to learn and how to teach，adopt various teaching methods according to different teaching contents and objectives to cultivate the innovative thinking and comprehensive quality.

engineering fluid mechanics；teaching modes；teaching and learning

G642

A

2096-000X（2016）21-0086-02

上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃（編號(hào)：ZZslg15009），上海理工大學(xué)流動(dòng)控制與仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助（編號(hào)：D15013）。

朱兵（1979，01-），男，漢族，江蘇鹽城人，上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院講師，博士，研究方向：流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)及流動(dòng)控制。孫曉晶（1976，07-），女，漢族，上海理工大學(xué)副教授，博士，研究方向：風(fēng)力機(jī)流動(dòng)與控制。黃典貴（1963，11-），男，漢族，上海理工大學(xué)教授，博士，研究方向：流體機(jī)械。