基于問(wèn)題的工程流體力學(xué)課程翻轉(zhuǎn)課堂探討

黃莉

摘 要：文章針對(duì)工程流體力學(xué)傳統(tǒng)課堂教學(xué)中學(xué)生對(duì)難點(diǎn)接受度較差，面對(duì)工程問(wèn)題時(shí)分析解決能力不足等問(wèn)題，利用當(dāng)前MOOCs、微課等新型教學(xué)模式提供的大量?jī)?yōu)質(zhì)教學(xué)視頻的便利，探討以“問(wèn)題”引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考、檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在工程流體力學(xué)課程中的應(yīng)用，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)問(wèn)題的設(shè)置、視頻知識(shí)點(diǎn)的選取提出了建議。

工程流體力學(xué)是土建、水利、動(dòng)力等多個(gè)工科專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程理論性較強(qiáng)，同時(shí)也注重工程應(yīng)用；在教學(xué)中，傳授理論知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力并重。多年授課實(shí)踐表明：在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，以教師課堂講授為主導(dǎo)，學(xué)生課后通過(guò)作業(yè)、復(fù)習(xí)等過(guò)程實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化，學(xué)生課前預(yù)習(xí)較少，一旦課堂上接觸到較難或應(yīng)用靈活的知識(shí)點(diǎn)時(shí)接受度較差，而課后的復(fù)習(xí)和練習(xí)都是獨(dú)立完成，遇到問(wèn)題難以及時(shí)得到解答，容易造成問(wèn)題的積滯，進(jìn)而有損學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，不利于培養(yǎng)工程實(shí)踐能力，影響學(xué)習(xí)效果。

2007年出現(xiàn)的翻轉(zhuǎn)課堂能夠很好地解決上述問(wèn)題。它起源于美國(guó)科羅拉多州落基山“林地公園”高中。在課前，通過(guò)信息技術(shù)的輔助，以學(xué)生自主觀看教學(xué)視頻的方式完成知識(shí)的傳授；在課上，教師引導(dǎo)并幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化?！胺D(zhuǎn)課堂”翻轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高了學(xué)生參與度，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。同時(shí)，隨著2008年以來(lái)國(guó)內(nèi)MOOC、微課等新型教學(xué)模式的快速發(fā)展，可以在線上獲取世界頂級(jí)高校以及國(guó)內(nèi)一流高校的優(yōu)質(zhì)教學(xué)視頻，為翻轉(zhuǎn)課堂的開(kāi)展提供了便利。但是如何檢驗(yàn)視頻教學(xué)效果？如何啟發(fā)學(xué)生思考呢？本文提出用“問(wèn)題”作為貫穿翻轉(zhuǎn)課堂全過(guò)程的指引線，引導(dǎo)學(xué)生理解和思考，并探討了在實(shí)現(xiàn)工程流體力學(xué)課程翻轉(zhuǎn)課堂過(guò)程中可能遇到的主要問(wèn)題，希望為該課程的教學(xué)改革提供一些參考。

一、翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)安排

1.問(wèn)題的設(shè)計(jì)

基于問(wèn)題的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)安排與傳統(tǒng)教學(xué)完全相反，主要安排如下：

課前：觀看教學(xué)視頻，回答初級(jí)問(wèn)題。

課上：

（1）知識(shí)點(diǎn)提要。

（2）解答學(xué)生問(wèn)題。

（3）提出深化問(wèn)題，快速測(cè)評(píng)。

（4）解決深化問(wèn)題，知識(shí)內(nèi)化。

根據(jù)工程流體力學(xué)的課程特點(diǎn)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程設(shè)置了三類(lèi)問(wèn)題：①針對(duì)教學(xué)視頻的初級(jí)問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題以理論知識(shí)為主，呈現(xiàn)視頻教學(xué)的主要知識(shí)點(diǎn)，比較簡(jiǎn)單，易于回答，是對(duì)視頻教學(xué)效果的一個(gè)初步檢驗(yàn)。學(xué)生可根據(jù)這些問(wèn)題進(jìn)行自查，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。②由學(xué)生向教師提出的問(wèn)題。學(xué)生完成視頻學(xué)習(xí)后，可能會(huì)對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)或其延伸產(chǎn)生疑惑，在課堂上，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生積極提出問(wèn)題，并有針對(duì)性地解答，完成個(gè)性化理論知識(shí)傳授，同時(shí)還可以帶動(dòng)其他同學(xué)積極思考。③深化問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題是針對(duì)知識(shí)應(yīng)用層面擬定的探究性、趣味性問(wèn)題，以工程實(shí)例為主，旨在啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力。問(wèn)題應(yīng)有一定難度，學(xué)生解決這些問(wèn)題后還可體會(huì)到學(xué)習(xí)的成就感，更進(jìn)一步激發(fā)其學(xué)習(xí)積極性。

2.教學(xué)實(shí)例

下面以流體運(yùn)動(dòng)原理中的“恒定元流伯努利方程”為例說(shuō)明問(wèn)題的設(shè)計(jì)。

教學(xué)視頻后的初級(jí)問(wèn)題可以設(shè)置為：方程成立的條件是什么？方程各項(xiàng)的物理意義和幾何意義是什么？這兩個(gè)問(wèn)題都是針對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)部分提問(wèn)。第一個(gè)問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，主要是提醒學(xué)生注意，易于回答；第二個(gè)問(wèn)題對(duì)方程的理解更進(jìn)一步，需要學(xué)生自主思考才能充分理解，勢(shì)必會(huì)有學(xué)生會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)，留待課堂解決。

在課堂上，首先花費(fèi)3分鐘左右時(shí)間對(duì)這部分內(nèi)容的主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提取，包括方程推導(dǎo)的原理、方程的應(yīng)用條件以及各項(xiàng)的含義，再請(qǐng)學(xué)生提問(wèn)，有針對(duì)性地為學(xué)生答疑解惑。

在方程的理解和應(yīng)用方面，分別提出深化問(wèn)題。在方程的理解方面可提問(wèn)：與流體靜力學(xué)基本方程相比較，兩者的異同點(diǎn)在哪里，有何意義？該問(wèn)題有助于學(xué)生進(jìn)一步理解方程的推導(dǎo)，加深對(duì)方程物理意義的認(rèn)識(shí)，并將流體靜力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)相統(tǒng)一，讓學(xué)生體會(huì)力學(xué)知識(shí)的整體性，做到融會(huì)貫通。針對(duì)方程應(yīng)用方面可結(jié)合一些小實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提問(wèn)，比如吹紙實(shí)驗(yàn)：將兩張紙平行放置，向中間吹氣，紙不是分開(kāi)而是靠在一起；或者漏斗吹乒乓球?qū)嶒?yàn)：漏斗大口向上，內(nèi)部放置乒乓球，用力向小口吹氣，無(wú)法將乒乓球吹起?；蚋臑槁┒反罂诔麓禋猓古仪虿粫?huì)掉落，請(qǐng)學(xué)生用“恒定元流伯努利方程”解釋這些現(xiàn)象。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有悖于日常生活經(jīng)驗(yàn)，而學(xué)生對(duì)體育活動(dòng)有著的親身體驗(yàn)，這些問(wèn)題趣味性強(qiáng)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生解答問(wèn)題的強(qiáng)烈的好奇心和積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

二、翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容

1.教學(xué)內(nèi)容的重新整合和選取

當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校采用的工程流體力學(xué)教材基本都是為傳統(tǒng)教學(xué)模式而設(shè)計(jì)，教材在知識(shí)體系的構(gòu)架和內(nèi)容采編上注重知識(shí)的系統(tǒng)性和邏輯的嚴(yán)密性，其主要知識(shí)點(diǎn)由教師花費(fèi)大量課堂時(shí)間講授。然而在翻轉(zhuǎn)課堂中，理論知識(shí)的傳授主要依靠視頻教學(xué)和自學(xué)，課堂上主要進(jìn)行答疑、探討、啟發(fā)式的互動(dòng)，機(jī)械的知識(shí)傳統(tǒng)方式少了，主動(dòng)的思考討論方式多了，必然要求教師對(duì)總體教學(xué)內(nèi)容重新整合。

每一次的課堂教學(xué)可設(shè)置主題，課堂討論圍繞這個(gè)主題發(fā)散開(kāi)來(lái)。比如在上述教學(xué)實(shí)例中，課堂討論圍繞伯努利方程展開(kāi)，包括方程各項(xiàng)的物理意義、幾何意義、方程與靜力學(xué)基本方程的對(duì)比，以及方程在生活現(xiàn)象中的體現(xiàn)而展開(kāi)，還可以進(jìn)一步引申到工程應(yīng)用中，對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握的深度和廣度都有保障。

2.教學(xué)視頻知識(shí)點(diǎn)的選取

現(xiàn)有實(shí)踐和研究表明，教學(xué)視頻控制在10分鐘左右更符合人類(lèi)學(xué)習(xí)認(rèn)知以及精力集中的特點(diǎn)，而且知識(shí)點(diǎn)不能太多，也不宜太難。因此，教學(xué)視頻的知識(shí)點(diǎn)需要在傳統(tǒng)教材的基礎(chǔ)上重新選取，做到重點(diǎn)突出、生動(dòng)有趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為課堂的進(jìn)一步討論提供條件。

同樣以“恒定元流伯努利方程”為例說(shuō)明在制作教學(xué)視頻時(shí)教學(xué)內(nèi)容的選取方法。該方程的推導(dǎo)有多種方法，目前國(guó)內(nèi)大部分教材是從理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程出發(fā)，在五個(gè)特殊條件下，依據(jù)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)。這種方法表達(dá)嚴(yán)謹(jǐn)，思路清晰，但面對(duì)復(fù)雜的微分公式，學(xué)生難免會(huì)感覺(jué)艱深枯燥。因此，在教學(xué)視頻中可以采用另一種推導(dǎo)方法，即從功能原理出發(fā)，針對(duì)滿足五個(gè)條件的特殊流動(dòng)建立功能關(guān)系式，就能得到伯努利方程。

三、視頻制作

教學(xué)視頻時(shí)間短、內(nèi)容精，在設(shè)計(jì)制作的時(shí)候，還應(yīng)充分利用現(xiàn)有的信息技術(shù)手段，使視頻表現(xiàn)形式豐富精美。聲音方面除了講授者的聲音外，必要時(shí)可以加入背景音樂(lè)或音效，改變?cè)泄?jié)奏，提醒學(xué)生注意；畫(huà)面可以是公式的推演、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的展示，可以全屏，也可分屏對(duì)比。比如分屏演示和對(duì)比水、油、蜂蜜幾種不同黏性液體流動(dòng)狀態(tài)的差別，使得視頻更加直觀、立體、豐富多樣，學(xué)生們不會(huì)對(duì)本身相對(duì)枯燥的理論知識(shí)感到厭煩和疲倦；還可以利用超星等提供的學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與學(xué)生的問(wèn)答互動(dòng)，及時(shí)獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)質(zhì)量等數(shù)據(jù)，教師可據(jù)此及時(shí)補(bǔ)充和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)質(zhì)量得到提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊云川，廖麗萍.《流體力學(xué)》課程教學(xué)的多元模式[J].高教學(xué)刊， 2015（3）：28-30.

[2]朱常龍.流體力學(xué)教學(xué)思考[J].力學(xué)與實(shí)踐，2011（33）：94-96.