開放性問題在流體力學教學中的應用

趙偉力

摘 要 為進一步加大課堂互動深度，更好地提高學生的思維品質，本文通過對開放性問題及其類型的闡述，分析了不同類型的開放性問題在思維品質培養(yǎng)方面所起的的不同作用。并結合流體力學課程的特點，探討了在流體力學課堂教學中利用開放性問題培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維的可行性及做法。

關鍵詞 開放性問題 流體力學 互動

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.08.067

Abstract In order to enhance interaction in classroom and improve the thinking quality of students， the open-ended problem and its types have been explained in this paper. And the different functions to train thinking quality have been analyzed about various types of open-ended problem. In view of characteristics of fluid mechanics course， the feasibility and practices have been discussed to train creative thinking of students in classroom teaching.

Key words open-ended problem； fluid mechanics； interaction

所謂開放性問題，就是沒有確定答案的問題，通常是指那些解決問題的方法和策略以及結論不唯一、不確定的問題，其最大特點就是“不確定性”。這類問題不能輕易地像封閉性問題那樣只用簡單的肯定或否定來回答，而是給出問題的條件，讓學生根據(jù)條件探索相應的結論，而且符合條件的結論往往呈現(xiàn)多樣性，即便是同樣的條件和同樣的結論，也有多種不同解決問題的路徑，因此相比封閉性問題更具有刺激性和挑戰(zhàn)性。在課堂教學中多引入這類問題可以使課堂互動更加深層化，激發(fā)學生的學習熱情，有效培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維。

流體力學是研究流體的平衡和宏觀運動規(guī)律以及流體與周圍物體之間相互作用的學科，①流體力學不僅具有基礎學科的性質，同時又具有鮮明的技術學科特點。在流體力學課堂教學中恰當?shù)匾腴_放性問題，激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，變“教材上怎么講我怎么做”為“你提問題我去思考和解決”，引導學生探究、質疑、求異，既營造了和諧的師生關系和互動的學習氛圍，又有利于培養(yǎng)學生的思維品質和創(chuàng)新能力。

1 開放性問題的類型

開放性問題是探究性較強的“不確定性”問題，這類問題的解決途徑具有多樣性特點，其思維特征體現(xiàn)出多向性和指向不確定性，因此對于培養(yǎng)學生的獨立解決問題能力及創(chuàng)造力具有重要的作用。常見的開放性問題主要類型有：條件開放型、策略開放型、結論開放型、綜合性開放型等。②其中，條件開放問題是指給出的條件或多、或少、或模糊、或不確定的問題，需要學生自己去發(fā)現(xiàn)、取舍、判斷。策略開放問題是指由條件獲得結論的過程具體方法形式不唯一，可以同時有多種方法和策略，這種問題自由度比較大，常和實際應用聯(lián)系緊密，一般可以讓學生自選策略，得出自認為正確的結論。結論開放問題是指那些有多種不同答案或不確定性結論的問題，學生需要經過思考、推理或猜想來找出自認為合理的結論。綜合性開放問題則是一種非常復雜的問題，兼有條件開放、策略開放以及結論開放等類型的開放性問題。

2 開放性問題對培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的作用

作為直接或間接地影響學習和工作效率的個體智力特征，人的思維品質主要包括思維的深刻性、靈活性、批判性、敏捷性以及創(chuàng)造性，這些特征正是創(chuàng)造性思維方式的主要特點。③不同類型的開放性問題對于學生思維品質不同方面的提高有著各自不同的功效，而這些作用無疑均有益于學生創(chuàng)新思維能力的提高。

條件開放型問題所給條件有多有少，更有模糊的、不確定的條件，這就使得學生在尋找解決問題的條件過程中，必須擺脫所給條件的干擾，進行獨立思考和判斷，不能盲從附和，要明辨是非，善于質疑，努力克服思維的僵化性。因此，條件開放類型的問題對于發(fā)展學生思維的創(chuàng)新性和批判性具有積極的作用。策略開放型的問題由于具體方法形式不唯一，就促使學生在解決問題的過程中必須從不同方面、不同角度去思考問題，根據(jù)實際情況的變化及時調整應對策略，抓住問題本質，應用不同的知識和方法，去合理地、靈活地、多樣性地解決問題，這對于學生深入理解掌握和靈活運用相關知識很有益處，可以培養(yǎng)學生思維的靈活性和敏感性。結論開放類型的問題可以促使學生從特定問題出發(fā)，通過歸納、總結、演繹、推理等各種邏輯方法，從深度和廣度上多層次、多角度去分析和解決問題，不斷提高其思維的抽象程度和邏輯思維水平，進一步解決更加復雜的問題，培養(yǎng)學生思維的深刻性。綜合性開放問題綜合了前面各種問題，使學生在思維的批判性、靈活性、深刻性和敏捷性方面可以得到全面鍛煉，不僅善于觀察和發(fā)現(xiàn)問題，而且不拘泥于課本原有的知識和方法，善于采用新的方法和思路解決問題，可以有效地培養(yǎng)學生思維的創(chuàng)造性。

3 開放性問題在流體力學教學中的應用

流體力學是一門理論性和工程實際意義都較強的課程，既與理論力學、大學物理、高等數(shù)學等基礎課程聯(lián)系緊密，同時又是一些相關專業(yè)課程的基礎，在培養(yǎng)學生思維方式、科學素養(yǎng)以及能力素質等方面都具有十分重要的作用。在流體力學課堂教學中恰當?shù)匾腴_放性問題，通過開放性問題的探究過程，激發(fā)學生的好奇心，增強他們的自信心，培養(yǎng)學習熱情和興趣，感知和體會知識的價值和意義，使學生在學習過程中既掌握了相關知識，又提高了思維能力和水平。這不僅是培養(yǎng)學生創(chuàng)新和思維能力的需要，同時也有助于教師的專業(yè)發(fā)展和教學能力提升。

在課堂提問時選擇條件冗余的開放性問題，讓學生在其他條件干擾下尋找問題答案，如：船舶的螺旋槳推進問題，在應用動量定理計算螺旋槳對流體的推力進而獲得螺旋槳的推進效率時，只需用到入口和出口截面的速度大小，根本不需要知道流體的密度、流量以及槳盤面積等條件，學生必須根據(jù)自己掌握的知識從中篩選出適宜的有用條件，進而解決問題獲得答案。這類問題的訓練有助于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，使其養(yǎng)成獨立思考習慣，在克服思維惰性和僵化性的同時，培養(yǎng)其批判性思維。

流體力學習題中常有一道題多種解法的情況，例如：能夠自動開啟的擋水閘門問題，可以分別利用解析法和圖解法來求解，這就屬于策略開放類型的問題，針對策略開放問題，在課程教學中啟發(fā)和鼓勵學生開動腦筋，采用不同的思路和方法去解決問題，并通過小組討論等方式從中選擇最佳方法。通過不同方法間的比較和討論，不僅可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，還可以有效地培養(yǎng)其思維的靈活性、敏捷性以及批判性。

在航空航天、交通運輸、造船航運、海洋氣象、環(huán)境保護、土木建筑、醫(yī)學工程、武器裝備等各個領域無不涉及流體力學相關問題，其中有許多技術問題或科研領域正在研究探索的問題，都沒有唯一的答案和明確的結論，從不同的層次和不同的角度出發(fā)，運用不同的方法，會得出不同的結果。在課堂教學中選擇其中一些不過分復雜的問題開展研討式學習，讓學生通過親自探究，尋找自認為合理的答案。這樣可以激發(fā)他們的學習動機，使學生在查閱和分析利用文獻資料、實際操作探尋答案的過程中，培養(yǎng)其思維的深度和廣度。

除了采用上述單一形式的開放性問題培養(yǎng)學生思維能力外，在流體力學課堂教學中還可以運用兼有條件開放、策略開放和結論開放的多元化綜合開放性問題來培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。如：給學員提供一段兩船高速并行最后相撞的視頻錄像，讓學員通過仔細觀察和思考，自己提出與課程知識內容相關的問題，并試著給出解決問題的辦法。這就是一個綜合性開放問題。學生在觀看過視頻后會提出許許多多與流體力學課程相關的問題，如：有學生提出了船舶航行時的平衡及穩(wěn)定性問題，船舶前進的動力問題，高速并行船只為何易于相撞問題，海水的粘性帶來的阻力問題，船舶外型設計減阻問題，等等。針對不同問題啟發(fā)學生從流體力學不同的知識點出發(fā)，從不同角度進行思考，如：浮力定律、船舶的定傾中心、螺旋槳的推進效率、流線及總流的伯努利方程、普朗特的邊界層理論、壓差阻力等等，問題自然會迎刃而解。在問題研討的過程中，還可以把這些知識拓展應用到岸吸及艦船下坐現(xiàn)象，噴霧器，艦船水壓場，流體測速方法，空化現(xiàn)象以及超空泡水中兵器等許多實際問題上面來，既鞏固完善了學過的知識，還可以通過知識點的有機融合和正向及逆向、聚集及發(fā)散等不同思維方式的運用，全面培養(yǎng)和提升學生的思維品質。

4 結束語

在流體力學教學中引入開放性問題，有助于活躍課堂互動氛圍，調動學生學習的積極性，在對問題不斷的探究和研討中培養(yǎng)學生具有深刻性、靈活性、批判性、敏捷性和創(chuàng)造性的思維品質，進而培養(yǎng)其同中求異，異中求新的創(chuàng)新意識、開拓精神和創(chuàng)造性思維能力。而開放性問題的設計、研討、解決的過程，也有助于教師的專業(yè)發(fā)展和能力提升。

注釋

① 張志宏.流體力學基礎[M].北京：海潮出版社，2006：1.

② 張馳，蔡霄.開放性問題[J].數(shù)理化學習，2005（6）：8-10.

③ 遼寧省普通高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育指導委員會. 創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新方法[M].北京：高等教育出版社，2013：19-24.