流体力学类课程多元化教学方法探索

    金光远 宋春芳 袁方洋 王东祥

    摘 ?要 就高校本科工程教育中机械工程专业的主要专业课程流体力学类课程在传统教学中存在的弊端，对多元化教学理念和教学方法进行探讨，分析流体力学类课程多元化教学形式及策略。

    关键词 工程教育;流体力学;多元化教学;思维教育

    中图分类号：G642 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）13-0104-02

    1 流体力学类课程教学现状

    在机械工程专业主干专业课程中，流体力学类课程是主干课程之一，主要包括流体力学、化工原理和计算流体动力学分析等课程。该类课程是联系前期高等数学、理论力学等基础课程和后续专业课程的桥梁和纽带，在学生能力培养和知识体系构建过程中起着承上启下的作用[1]。随着近几年我国高校本科工程教育专业认证工作的開展，为了应对经济全球化带来的工程人才国际流动的需求，对提高高校本科工程教育教学质量和培养创新人才提出更高要求，然而目前工程教育教学模式中传统的教学方法存在诸多弊端。

    1）课堂教学仍是学生获得知识的主要途径，而课堂教学方法普遍较单一，以课堂讲授为主，大部分教师注重的是传道、授业、解惑，过于强调课堂教学的信息量，还没有充分挖掘教学内容中的活动因素，师生课堂中双向互动还不够，尚不能充分引导学生积极主动地思考问题、解决问题，课后欠缺及时的沟通。

    2）现有教学方法与课程深度存在一定的矛盾。流体力学类课程内容多且抽象，涉及的物理知识概念性强。如流体力学课程中的动量和能量守恒定律等公式推导繁杂，基本概念的讲解和方程各种变形应用阐述受学时影响，学生难以在短时间内接受并灵活应用，教师在有限的课时内对课程内容较难做太多延伸，学生的学习负担加重，学习兴趣降低。

    3）教学方法与创新能力培养存在矛盾。目前以教师、教材和课堂为中心的模式，其优势在于能够突出理论传授的系统性和严谨性，强调知识的传授与灌输，但不利于发挥学生的学习自主性、积极性和创造性，没有发挥学生的认知主体作用，不利于培养学生在学习过程中独立思考、发表独创性见解及培养竞争意识。

    4）现有实验和实践环节难以满足学生对专业知识工程应用的需要。教学强调对课程讲授内容的掌握，而缺乏对知识应用的拓展，对学生实践能力培养不足，学生对专业知识拓展应用的掌握不足，难以有效支持其毕业后应对工作中分析问题和解决专业问题的需要。

    2 多元化教学教育理念及作用

    随着智能化时代即工业4.0时代的到来，物联网、云计算、大数据、机器人及智能工厂逐步进入教育领域，一方面给教育的繁荣提供了技术支持，另一方面提出新的挑战。为了迎接挑战、实现跨越，响应智能化时代的教育变革，需要转变传统教育理念，树立以学生为中心、跨学科及终身教育等理念，唤醒学生的创造激情[2-4]。爱因斯坦曾经指出：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已;而提出问题却需要有创造性的想象力。”[5]欧美高校在教学中注重激发学生的问题意识，倡导多元化、发散性思维[3]。教师首要任务是在课堂上引导学生思考，引发问题讨论，不是一味地灌输陈述性、事实性的知识，角色由过去的“传道—授业—解惑”转变为“悟道—求业—生惑”。

    多元化教学中以学生为中心的教育理念，把思维教育纳入高校本科教学，鼓励学生从做中学，并应用弹性化为特征的教学管理，是高等教育改革的启明灯。思维教育的核心就是学生不仅要学习知识，还要学会如何获取知识，更要掌握如何有效运用知识，它具有问题性、独立性、参与性、合作性等基本特征。在多元化教学中，教师以理论、实践、应用、现代和信息化的教育形式，把思维教育贯穿整个教学环节，使之成为一种动态的教学模式。

    现代教育学研究表明，学习是一个不断自我构建的结果，而不是外塑的结果。在传统教学模式下，教学是知识复制的过程，在帮助学生快速构建知识框架的同时，也将教师的思维和知识复制给了学生，较少给予学生独立思考的机会和权利，以致不足以培养具有发散性、批判性和创新性的能力。在工程教育中，构建“以学生为中心”的教学模式，教师由“关注知识”转向“关注学生”，由知识的传授者变为知识构建的引导者，使学生在学习过程中主动悟道、求业，独立思考并提出问题，由被动接受知识转变为主动构建知识。

    以“从做中学”为特色的教学方法是美国著名教育学家杜威首先提出的，在西方国家得到广泛应用。从“知行合一”思想出发，教师在课堂教学中只讲授课程最基本、最核心的知识和技术，其他应用性内容则以实验性作业、课程作业等形式，把一系列不同难度和规模的课题布置给学生，引导学生“从做中学”，同时为学生提供若干具有实际工程背景的研究课[3]。现代科学发展已表明，知识是在生命的维持与进化中不断发展的，因此，知识的获得不是个体“旁观”的过程，而是一个“探究”的过程，这种“探究”过程既可以是科学家的科学研究模式，也可以是高等教育中的教学模式和学习模式。

    以弹性化为特征的教学管理，是尊重学生个性、自主性的又一措施。欧美课堂上的教学往往随意、宽松、和谐和有序，教师认为学生有自主选择学习方式和时间的权利，不应过多干涉，课堂适度弹性管理，在培养学生能够全面发展的同时，可以更注重学生个性的发挥。这样的弹性管理可以给学生提供多样化的教育方式、更多的自主选择性、更大的学习自由度，有利于培养学生的独立思考能力与创新能力，使学生成长为富有个性和自主性的终身学习者。

    3 多元化教学方法应用策略

    根据流体力学类课程教学实践，在传统的教学模式上进行创新、整合和优化，运用“启发式”“对比分析式”和“多视角”等多元化课堂教学方法，引导学生悟道、求业和生惑，并利用小组讨论、多媒体教学、应用训练、实验操作、软件应用和创新实践竞赛等作为辅助教学手段，改善教学效果，注重学生自主学习过程和思维能力培养。

    1）提倡以学生为中心的教育理念，采用启发式教学，将引导学生思考、引发问题讨论作为首要任务，不过分强调课堂教学的信息量，让学生充分运用自己拥有的知识和能力去正确比较、分析、综合、判断、概括、归纳和解决问题，探索结论[1]。一方面可以使学生开动脑筋，积极思维;另一方面能开发学生的智力，培养学生的思考能力，注重学生独立意识和原创精神的熏陶。流体力学类课程涉及材料力学、大学物理、线性代数、工程热力学、高等数学等多学科的知识，理解和应用有一定困难。多采用案例对比分析，引导学生通过思考与对比增强所学各学科知识的连贯性，改善学习效果。

    运用小组讨论、观摩影像资料、创设应用情景等教学手段，利用相关软件并考虑学生的素质、才能、知识和个性等的差异性，从多视角出发，因材施教，采取不同的教学方法和策略，培养学生的表达能力、独立思考意识和创新思维。

    2）运用以“从做中学”为特色的教学方法，引导学生通过动口、动手、动脑参与教学全过程。正如教育学家波兹曼所指出的，“一旦你学会了如何问问题，你就学会了如何学习”，它能造就“一种迥然不同的、更为大胆和更富有潜力的智慧”。教学中注重引导学生合作，注重学生表达能力和协作精神的培养。结合课程实验或课程作业，每位学生向教师口头陈述，汇报实验或作业进展、遇到的问题及解决措施，并归纳出结论和体会，给出自我评价，同组学生再适当补充。这样做可以锻炼学生的语言组织能力和总结归纳能力，逐步形成有独立见解的个性品质。引导学生运用COMSOL等软件对流体工程问题进行模拟与仿真并撰写研究报告，增强学习兴趣和知识运用，锻炼动手能力和表达能力。在“做中学”的过程中，将理论研究、实验研究和仿真研究方法有机结合起来，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。

    引导学生参与实践创新活动，通过教师教学和科研创新促进学生学习创新，实现流体力学等课程课堂内外有机结合，鼓励学生积极参与大学生实践创新活动、各类竞赛。在大创项目中，课题组教师可组织相关的学生开发与设计相关的流体工程类设备，并在此期间每周进行课题进展讨论，分配每阶段的任务并进行指导。教学与科研被誉为高校的两个中心，鼓励学生参与教师科研项目，使学生可以从高水平的科学研究中和教师的教学改革中受益，使得科技创新、科学研究和实验教学改革成果融入课程教学之中，进一步培养学生的探究和创新意识。

    4 结语

    流体力学类课程是机械工程专业的专业主干课程，对这一类课程进行有效改革，不但有助于教学质量的提高和后续专业课程的教学，而且有助于机械工程专业工程教育认证与国际接轨，满足机械工程人才国际流动的需求。流体力学类课程课堂教学方式改革，注重教师角色转变，由“传道—授业—解惑”转变为“悟道—求业—生惑”，课堂教学以多元化为导向，注重学生的综合能力培养和发散思维训练，鼓励个性发展和独立见解，牢牢抓住以学生为中心的教育理念，把思维教育引入课堂教学，引入以“从做中学”为特色的教学方法，实施以弹性化为特征的教学管理，最终培养出新世纪的创新型人才，为我国社会主义建设培养高質量的人才。

    参考文献

    [1]张明辉，陈庆光.“流体力学”多元化课堂教学模式构建[J].中国电力教育，2013（1）：64-65.

    [2]林静.高校新型课堂教学模式的选择及实现方法[J].中国大学教学，2011（9）：74-77.

    [3]陈岱云，任晓敏.学分制背景下高校多元化教学方法的优化研究[J].山东工会论坛，2015（2）：130-132.

    [4]尹海国，朱陆莉，叶磊.陕西某高校课堂教学中多元化教学方法应用模式探究[J].新课程研究，2017（12）：58-60.

    [5]江捷.感悟英国高校多元化的教学方法[J].实验技术与管理，2009（2）：175-177.