黃莉

摘 要：文章針對工程流體力學傳統(tǒng)課堂教學中學生對難點接受度較差，面對工程問題時分析解決能力不足等問題，利用當前MOOCs、微課等新型教學模式提供的大量優(yōu)質(zhì)教學視頻的便利，探討以“問題”引導學生學習和思考、檢驗學習效果的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在工程流體力學課程中的應用，結(jié)合教學實踐，對問題的設置、視頻知識點的選取提出了建議。

工程流體力學是土建、水利、動力等多個工科專業(yè)的專業(yè)基礎課，課程理論性較強，同時也注重工程應用；在教學中，傳授理論知識和培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力并重。多年授課實踐表明：在傳統(tǒng)教學模式中，以教師課堂講授為主導，學生課后通過作業(yè)、復習等過程實現(xiàn)知識的內(nèi)化，學生課前預習較少，一旦課堂上接觸到較難或應用靈活的知識點時接受度較差，而課后的復習和練習都是獨立完成，遇到問題難以及時得到解答，容易造成問題的積滯，進而有損學生學習的積極性和主動性，不利于培養(yǎng)工程實踐能力，影響學習效果。

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

一、翻轉(zhuǎn)課堂的教學安排

1.問題的設計

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

課前：觀看教學視頻，回答初級問題。

課上：

（1）知識點提要。

（2）解答學生問題。

（3）提出深化問題，快速測評。

（4）解決深化問題，知識內(nèi)化。

根據(jù)工程流體力學的課程特點，整個教學過程設置了三類問題：①針對教學視頻的初級問題。這類問題以理論知識為主，呈現(xiàn)視頻教學的主要知識點，比較簡單，易于回答，是對視頻教學效果的一個初步檢驗。學生可根據(jù)這些問題進行自查，調(diào)動學習主動性。②由學生向教師提出的問題。學生完成視頻學習后，可能會對某些知識點或其延伸產(chǎn)生疑惑，在課堂上，教師應鼓勵學生積極提出問題，并有針對性地解答，完成個性化理論知識傳授，同時還可以帶動其他同學積極思考。③深化問題。這類問題是針對知識應用層面擬定的探究性、趣味性問題，以工程實例為主，旨在啟發(fā)學生主動思考，培養(yǎng)工程實踐能力。問題應有一定難度，學生解決這些問題后還可體會到學習的成就感，更進一步激發(fā)其學習積極性。

2.教學實例

下面以流體運動原理中的“恒定元流伯努利方程”為例說明問題的設計。

教學視頻后的初級問題可以設置為：方程成立的條件是什么？方程各項的物理意義和幾何意義是什么？這兩個問題都是針對該知識點的重點部分提問。第一個問題比較簡單，主要是提醒學生注意，易于回答；第二個問題對方程的理解更進一步，需要學生自主思考才能充分理解，勢必會有學生會產(chǎn)生疑問，留待課堂解決。

在課堂上，首先花費3分鐘左右時間對這部分內(nèi)容的主要知識點進行提取，包括方程推導的原理、方程的應用條件以及各項的含義，再請學生提問，有針對性地為學生答疑解惑。

在方程的理解和應用方面，分別提出深化問題。在方程的理解方面可提問：與流體靜力學基本方程相比較，兩者的異同點在哪里，有何意義？該問題有助于學生進一步理解方程的推導，加深對方程物理意義的認識，并將流體靜力學與運動學相統(tǒng)一，讓學生體會力學知識的整體性，做到融會貫通。針對方程應用方面可結(jié)合一些小實驗現(xiàn)象提問，比如吹紙實驗：將兩張紙平行放置，向中間吹氣，紙不是分開而是靠在一起；或者漏斗吹乒乓球?qū)嶒灒郝┒反罂谙蛏希瑑?nèi)部放置乒乓球，用力向小口吹氣，無法將乒乓球吹起?；蚋臑槁┒反罂诔麓禋猓古仪虿粫袈?，請學生用“恒定元流伯努利方程”解釋這些現(xiàn)象。上述實驗現(xiàn)象有悖于日常生活經(jīng)驗，而學生對體育活動有著的親身體驗，這些問題趣味性強，學生會產(chǎn)生解答問題的強烈的好奇心和積極性，有助于培養(yǎng)學生分析解決實際工程問題的能力。

二、翻轉(zhuǎn)課堂的教學內(nèi)容

1.教學內(nèi)容的重新整合和選取

當前國內(nèi)高校采用的工程流體力學教材基本都是為傳統(tǒng)教學模式而設計，教材在知識體系的構(gòu)架和內(nèi)容采編上注重知識的系統(tǒng)性和邏輯的嚴密性，其主要知識點由教師花費大量課堂時間講授。然而在翻轉(zhuǎn)課堂中，理論知識的傳授主要依靠視頻教學和自學，課堂上主要進行答疑、探討、啟發(fā)式的互動，機械的知識傳統(tǒng)方式少了，主動的思考討論方式多了，必然要求教師對總體教學內(nèi)容重新整合。

每一次的課堂教學可設置主題，課堂討論圍繞這個主題發(fā)散開來。比如在上述教學實例中，課堂討論圍繞伯努利方程展開，包括方程各項的物理意義、幾何意義、方程與靜力學基本方程的對比，以及方程在生活現(xiàn)象中的體現(xiàn)而展開，還可以進一步引申到工程應用中，對學生知識掌握的深度和廣度都有保障。

2.教學視頻知識點的選取

現(xiàn)有實踐和研究表明，教學視頻控制在10分鐘左右更符合人類學習認知以及精力集中的特點，而且知識點不能太多，也不宜太難。因此，教學視頻的知識點需要在傳統(tǒng)教材的基礎上重新選取，做到重點突出、生動有趣，充分調(diào)動學生的學習熱情，為課堂的進一步討論提供條件。

同樣以“恒定元流伯努利方程”為例說明在制作教學視頻時教學內(nèi)容的選取方法。該方程的推導有多種方法，目前國內(nèi)大部分教材是從理想流體運動微分方程出發(fā)，在五個特殊條件下，依據(jù)嚴格的數(shù)學知識推導。這種方法表達嚴謹，思路清晰，但面對復雜的微分公式，學生難免會感覺艱深枯燥。因此，在教學視頻中可以采用另一種推導方法，即從功能原理出發(fā)，針對滿足五個條件的特殊流動建立功能關系式，就能得到伯努利方程。

三、視頻制作

教學視頻時間短、內(nèi)容精，在設計制作的時候，還應充分利用現(xiàn)有的信息技術手段，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，必要時可以加入背景音樂或音效，改變原有節(jié)奏，提醒學生注意；畫面可以是公式的推演、實驗現(xiàn)象的展示，可以全屏，也可分屏對比。比如分屏演示和對比水、油、蜂蜜幾種不同黏性液體流動狀態(tài)的差別，使得視頻更加直觀、立體、豐富多樣，學生們不會對本身相對枯燥的理論知識感到厭煩和疲倦；還可以利用超星等提供的學習平臺實現(xiàn)與學生的問答互動，及時獲取學生的學習進度和學習質(zhì)量等數(shù)據(jù)，教師可據(jù)此及時補充和調(diào)整教學內(nèi)容，使教學質(zhì)量得到提高。

參考文獻：

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

[2]朱常龍.流體力學教學思考[J].力學與實踐，2011（33）：94-96.