宮偉力　彭巖巖

摘要：流體力學是工程力學專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，也是一門理論性與應(yīng)用性都很強的課程。教學改革要求教師必須注意改革傳統(tǒng)的教學方式，從灌輸式教學方式向互動啟發(fā)式教學方式轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變不僅有助于提高教師的教學技巧，而且也有利于調(diào)動學生的學習積極性，提高他們自主學習能力，為他們終生學習打下牢固的基礎(chǔ)。從流體力學教學實際出發(fā)，闡述互動啟發(fā)式教學方式運用的方法和成果。教學改革后提高了教學效率，學生最終能夠?qū)W以致用。

關(guān)鍵詞：流體力學；教學改革；互動啟發(fā)式教學

中圖分類號：G424； 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

近年來，作為在新的歷史時期全面推進我國高校人才培養(yǎng)模式改革的重要舉措，中國礦業(yè)大學（北京）大力開展全面建設(shè)研究型本科教育教學體系，加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，落實“創(chuàng)新教學環(huán)節(jié)”的教學改革研究?！皠?chuàng)新教學環(huán)節(jié)”由創(chuàng)新方法類課程、創(chuàng)新實踐活動組成。包括科研導論課、科研技能實踐、以及大學生創(chuàng)新訓練項目等等。然而，大學本科生在校的大多數(shù)學習時間還是以課堂為主，如何對課堂教學進行改革，以適應(yīng)研究型本科教育教學體系的需要，是本文探討的問題。

一、流體力學課程的指導思想及定位

流體力學是工程力學專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，為后續(xù)課程提供必要的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用工具。因此，牢固掌握流體力學課程的基本內(nèi)容，熟練運用該課程的基本方法，透徹理解其基本思想，是打開力學專業(yè)階段學習的關(guān)鍵。對于流體力學這門課的普遍認識是，老師們難教，學生們難學。究其原因，是因為學生在中學沒有接觸過流體方面的知識，是“懵懂無知”的狀態(tài)；而到了大學，一開始就要接觸流體的性質(zhì)、模型、運動學和動力學的概念，是“被動接受”的狀態(tài)。這對于大學生來說勢必會感覺很難，從上課聽不懂，習題不會做到上課不想聽，習題抄答案，形成惡性循環(huán)，而教師的灌輸式教學更使得這門課預期達到的教學目標難以實現(xiàn)。學生的基礎(chǔ)沒有打好，對于后續(xù)課程的學習勢必產(chǎn)生不良影響。如何使學生在學習過程中既能獨立思考，又能積極響應(yīng)教師的互動提示，進行有效的互動，這是提高教學效果的關(guān)鍵所在。

以學生為主體、教師為主導的互動式教學思想[ ]在教學工作中逐步得到鞏固和落實，在教學方法的改革上取得了可喜成績。但是，要真正實現(xiàn)“教以學為本”[ ]，還需要不斷在教學思想、教學方法、課堂結(jié)構(gòu)等諸多方面進行創(chuàng)新性的探索與研究。作者近年來一直從事流體力學課程的教學工作，對如何讓學生學好這門課進行了一定的研究。作者認為，啟發(fā)式教學[ ]對于流體力學難教、難學這一問題是一有益的解決方案。通過在課堂上與學生互動以及在適當?shù)臅r候?qū)W生進行啟發(fā)，能夠改變流體力學課堂沉悶，學生不想聽講的氛圍，同時對培養(yǎng)學生的力學修養(yǎng)與力學能力大有裨益。教師在教學過程中切實重視、真正確立學生在學習過程中的主體地位，通過學生自悟、質(zhì)疑、寫練的同時，加強學生主體之間的信息交流，以及教師的適時點撥啟導，構(gòu)建“互動啟發(fā)式”這一課堂教學結(jié)構(gòu)體系，能更好地讓學生學會學習，逐步提高學習修養(yǎng)。

作者針對上述問題，參考了國內(nèi)外教學資料，結(jié)合多年教學經(jīng)驗，并以工程力學08級的“流體力學”教學為研究對象，成立了“巖爆研究大學生創(chuàng)新小組”。小組成員利用課余時間，參加重點實驗室的科研活動，在北京市學會第17屆學術(shù)年會上了表了三篇論文[ - ]。小組成員的學習熱情、學習成績、研究水平得到了很大的提高。由此可見“互動啟發(fā)式”教學適應(yīng)教學改革的需要。“互動啟發(fā)式”教學方式改變了過去那種學生被動接受的狀況，它要求教師的教學必須以調(diào)動學生的積極性為主，學生是主動的參與教學，而不是被動的去記憶。作者在教學中發(fā)現(xiàn)，互動啟發(fā)式教學方式是教師學生“雙贏”的教學方式，它促進了師生間的情感交流，調(diào)節(jié)了課堂氣氛，是符合大學教學大綱的新選擇。

二、流體力學的基礎(chǔ)性、前沿性和時代性

《流體力學》課程是計算流體力學、多相流動、非牛頓流體力學的基礎(chǔ)性理論。同時，本門課程對于許多理論性較強的學科，如工程熱力學、傳熱學、應(yīng)用數(shù)學、應(yīng)用物理學、流固耦合、滲流力學等，都是必不可少的基礎(chǔ)理論課?！读黧w力學》課程中的許多專題：如邊界層理論、湍流、渦動力學、水波動力學、氣體動力學等都是發(fā)展迅速的前沿學科。當前，隨著環(huán)境和資源探測要求的增長與技術(shù)進步，出現(xiàn)了許多或以流體力學為基礎(chǔ)、或與流體力學相交叉的新學科，如CCS（碳固存）、煤巖中的瓦斯流動、多場耦合、多相流及非牛頓流體力學；特別是隨著高超音速飛行器和運載工具、超靜音潛艇、以及現(xiàn)代武器系統(tǒng)的發(fā)展，為流體力學學科提出了更多的新問題，也為學習《流體力學》的學生提供了廣闊的發(fā)展空間。

三、流體力學教學改革的嘗試和成效

在教學中努力踐行“研究型學習”[ ]與“創(chuàng)新型人才”[ ]的培養(yǎng)。開展“互動啟發(fā)式”教學法改革，培養(yǎng)學生積極思考、研究型學習、創(chuàng)新型思維的能力。在平時成績考核中，增加了“研究報告”一項，指導并鼓勵學生針對書中的重點、難點問題進行深入研究，在創(chuàng)新教育理念與研究性教學相融合上作出了有益的實踐。

（一）教學方式的改革

《流體力學》課程的特點是：理論性很強，對學生的數(shù)學基礎(chǔ)要求較高。例如，除了需要了解一般張量變換和指標運算的規(guī)則外，還需要了解張量場論、曲線坐標系下的張量微分學、微分幾何中關(guān)于點、線、面間的拓撲關(guān)系；以及由Gaussian定理、Stokes定理、標量勢、矢量勢、Helmholtz張量分解定理、向量場的梯度來表示流體力學的求解域，需要了解它們的幾何意義以及在流場幾何描述中的應(yīng)用。另外，在對不同流動現(xiàn)象的偏微分方程定解問題的求解中，需要講解有關(guān)的數(shù)學物理方法的背景知識，如解波動方程的行波法、求解渦旋場中的格林函數(shù)法等。僅采用PPT教學，難以表達在定理推導或偏微方程求解中的思辨、引證與推理過程。

因此，將傳統(tǒng)“板書式”教學與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合，各種方法互為補充，探索啟發(fā)式教學法的創(chuàng)新，采用了以下的教學方法與教學手段：

1、對于建立流體力學基本方程組或偏微分程求解過程中的數(shù)學推導，采用板書講解為主，PPT為輔的教學方法。由于多數(shù)學生的張量場論與張量微分學的基礎(chǔ)較薄弱，在從這些定理出發(fā)建立流體力學基本方程的教學中，需要進行較長時間的數(shù)學推導，很容易造成學生的疲勞。采用傳統(tǒng)的“問-答”為主的“啟發(fā)式”教學法，往往得到“啟發(fā)”的只是部分基礎(chǔ)較好的同學，多數(shù)學生很少能主動響應(yīng)，容易形成流體力學“難以學懂”的印象。

針對上述問題，創(chuàng)造性地設(shè)計了“互動啟發(fā)式”教學法。所謂“互動啟發(fā)式”教學，就是在設(shè)置啟發(fā)問題過程中，對被啟發(fā)對象的思維過程施加以強烈的影響，激發(fā)學生深入思考的方法。具體是，在理論學習、定理推導、或典型例題講解過程中，由老師首先進行提綱式講解，針對教材中的重點且難點問題，要求學生進行一定時間（5-7分鐘）的課堂練習作業(yè)，啟發(fā)學生提出問題。最后，再由老師進行板書講解的“講解—學生練習-提問—再講解”的課堂教學過程。

“互動啟發(fā)式”教學法實施的關(guān)鍵，是由教師對講解的問題進行綱要式分析，給出主要思路并交待相關(guān)背景知識，對其中的關(guān)鍵問題設(shè)置疑問點；在學生進行5-7分鐘的課堂練習過程中進行巡查，發(fā)現(xiàn)學生遇到的難點并適時提問，最后，有重點地進行分析與講解。在這一過程中，給學生提供了一個獨立思考的機會、創(chuàng)造了一個平等、自由的提問環(huán)境，使學生可以毫無顧慮地與老師交流，也便于老師及時發(fā)現(xiàn)問題。老師在學生達到思維臨界點時的講解，學生的印象深刻，可以達到事半功倍的效果。

2、對于流體力課程中應(yīng)用型專題和涉及實際物理現(xiàn)象較多的章節(jié)，采用PPT或錄像為主的現(xiàn)代化教學方法。這樣，可以在有限的課時內(nèi)，在使學生充分掌握書中的理論知識的同時，對相關(guān)的物理現(xiàn)象有感性認識，加深對理論知識理解，以激發(fā)學生的科學探索精神，提高學生的學習興趣。為此，通過課程建設(shè)，編制了實驗錄像。實驗錄像介紹流體力學理論的背景知識，如有關(guān)流體粘性、壓縮性、靜力學實驗、伯努利方程實驗、雷諾實驗、邊界層流動等，利用PPT等現(xiàn)代化教學方法在課堂教學中加以運用。

3、耐心、細致的課后輔導。對于在課堂上提出問題的學生，無論問題對錯、難易，在回答問題前，首先用“這是一個很好的問題，…”，“你的問題很重要，…”等加以鼓勵，然后再回答問題；對勤于思考的同學加以表揚。

4、改革考試的形式和內(nèi)容，促進教學質(zhì)量的提高。教學實踐中，對期末考試進行改革：平時成績定量化計分制；要求每位同學選擇教科書中的一個專門問題進行研究，提交一份專題研究報告；在期末考試卷面成績出題中與評分中，強調(diào)解題的分析過程。通過上述方法，在考試內(nèi)容上，將知識測識與創(chuàng)新能力測試相結(jié)合。

（二）教學改革效果

自我校工程力學專業(yè)開設(shè)《流體力學》課程以來，作者一直致力于以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、研究型學習方法建立為目標的教學改革，在不斷提高自身理論水平的同時，提出了“互動啟發(fā)式”教學方法并在教學實踐中加以運用。學校教學督導組的資深老師多次聽課，都給予了很高的評價。在授課中注重板書推演、思辨清晰、嚴謹、通俗易懂，在課后熱情輔導同學們的學習與創(chuàng)新研究活動。作者的授課及輔導受到同學們的廣泛歡迎。

四、課程特色

力學專業(yè)《流體力學》課程理論性強、對張量分析、場論、數(shù)學物理方法與特殊函數(shù)等數(shù)學基礎(chǔ)知識要求高。作者在不斷提高自身的理論水平、積極開展教學研究與改革的基礎(chǔ)上，形成了下述課程特色：

（一）在建立流體力學基本方程組與求解流場數(shù)學模型過程中，板書推演思辨清晰、嚴謹、通俗易懂，對所需的張量、場論、數(shù)學物理方法背景知識可進行詳細分析或精講。為使理論分析連續(xù)、易于啟發(fā)學生的思維，撰寫了近60萬字的背課筆記/授課講義，在板書推導中，多數(shù)情況下可以脫稿講解。

（二）采用“互動啟發(fā)式”教學方法，在課堂上形成與學生間的良好互動，啟發(fā)學生的自主思維、深入思考，以達到深入理解復雜數(shù)學、力學理論的目標?！盎訂l(fā)式”教學方法不斷充實完善，形成了包括課堂的即時啟發(fā)教學、平時的考察輔導與期末考試互相支持的系統(tǒng)方法。為研究型學習與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了有力保障。該方法得到了越來越多的認同。工程力學系的同仁，如黎立云教授、祝捷副教授等老師都采用了“互動啟發(fā)式”教學法，并形成了自已的特色，取得了很好的教學效果。

（三）強調(diào)“研究型”學習方法。在平時的作業(yè)中，要求學生將每一道習題當作一個“模型科學問題”，以論證與推演過程是否合理來評價學生作業(yè)的優(yōu)良等級。對學生的作業(yè)認真評分并計入平時成績。允許作業(yè)成績不理想的同學可以重作，重新評分。另外，要求學生在課程結(jié)束前，選擇書中的問題提交一個研究報告，老師給予輔導、評分，并計入平時成績。以上措施在培養(yǎng)學生的研究型學習方法上起到了十分重要的作用。

（四）積極引導、支持學生開展創(chuàng)新科研活動。指導學生針對教學中的重點和難點開展解題方法、教學方法的研究，并將結(jié)果撰寫成研究報告或教改論文。在授課期間，對有學生要求給予科研的學術(shù)指導，總是熱情響應(yīng)。

五、流體力學教學工作的展望

（一）繼續(xù)充實、完善習題庫、多媒體課件、實驗錄像等教學資源，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源共享。

（二）以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、研究型學習方法為目標，繼續(xù)開展教學方法的研究，不斷完善“互動啟發(fā)式”教學方法的內(nèi)涵。

（三）現(xiàn)有的力學專業(yè)《流體力學》教材或深度不夠、或難于自學。準備在多年流體力學教學積淀與撰寫的講義的基礎(chǔ)上，出版一部通俗易懂、學術(shù)水平高、具有礦業(yè)特色的流體力學教材。

（四）目前的張量分析、場論的教材大都比較抽像，受眾較少。準備集自已多年在微分幾何、張量與場論理論的學習心得，在撰寫的講義基礎(chǔ)上，出版一部側(cè)重于講解張量、場論主要定理幾何意義及其在流場描述應(yīng)用的學術(shù)論著，作為力學專業(yè)《流體力學》課程的參考教材。

（五）跟蹤國際上最新研究成果、發(fā)表高水平科研與教改論文，提高自身素質(zhì)，促進教學水平的提高。

六、結(jié)語

用“互動啟發(fā)式教學”法進行教學，不但能使學生順利地接受新知識，而且教給學生利用已有的知識通過歸納總結(jié)去認識新知識的一種有效的學習方法，這就給了學生一雙點石成金的手。同時，由于采用對比、比喻等方法，引進一些生動活潑、通俗易懂、典型直觀的事例，不僅使教學雙邊活動有聲有色，而且在重溫舊課時輕松愉快的認識和掌握深奧、抽象、復雜的概念和規(guī)律，起到事半功倍的效果?！盎訂l(fā)式教學”是傳授知識、啟迪思維提高教學質(zhì)量的重要手段，是一種行之有效的、科學的教學方法。

總而言之，作為大學教師，為了改革傳統(tǒng)的教學模式，必須在了解自己學生的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的教學策略和教學方式?；訂l(fā)式教學方式克服了傳統(tǒng)教學方式的不足，調(diào)動了學生的積極性和主動參與性，它是大學教學改革的必然要求，應(yīng)該堅持并努力完善這種教學方式，使教學真正做到學以致用。

參考文獻