張凌新 余釗圣 鄧 見(jiàn) 林建忠

(浙江大學(xué)工程力學(xué)系，杭州 310027)

教育的目的不是為了灌輸知識(shí)，而是為了培養(yǎng)學(xué)生利用知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。如何在知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的能力，是教育工作者始終需要思考的問(wèn)題。為了提升教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)，需要不斷探索課程教學(xué)的整體設(shè)計(jì)?；?dòng)式教學(xué)方法具有增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)性和參與度的作用[1-2]，已經(jīng)受到許多教育工作者的關(guān)注，在不同類型的課程教學(xué)中也有一些嘗試和應(yīng)用[3-6]。本文將圍繞流體力學(xué)的教學(xué)，談一談對(duì)互動(dòng)式教學(xué)方法的思考與實(shí)踐。

1 互動(dòng)式教學(xué)的條件

互動(dòng)式教學(xué)的核心是提高學(xué)生的主動(dòng)性，在此基礎(chǔ)上，形成教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)，從而加深知識(shí)的理解，增強(qiáng)能力素質(zhì)的培養(yǎng)。要實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式教學(xué)，需要考慮一些基本的要素和條件，包括師生關(guān)系、課程特點(diǎn)以及課程的設(shè)計(jì)等。

1.1 構(gòu)建平衡的師生關(guān)系

平衡融洽的師生關(guān)系是開(kāi)展互動(dòng)式教學(xué)的基本條件。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師是講授主體，學(xué)生處于被動(dòng)地位，學(xué)生缺乏“動(dòng)”起來(lái)的空間，這方面可以通過(guò)互動(dòng)式教學(xué)的平臺(tái)設(shè)計(jì)來(lái)改進(jìn)。其次，教師在專業(yè)知識(shí)上具有優(yōu)勢(shì)，而學(xué)生尚處于學(xué)習(xí)過(guò)程中，知識(shí)理解上處于劣勢(shì)，學(xué)生缺乏“動(dòng)”起來(lái)的能力，這方面可以根據(jù)課程的特點(diǎn)來(lái)梳理學(xué)生能夠參與的主題。當(dāng)然最重要的是，教師要關(guān)心學(xué)生的成長(zhǎng)，營(yíng)造平等的師生關(guān)系，讓學(xué)生感受到自己是學(xué)習(xí)的主體，有“動(dòng)”起來(lái)的意愿。

1.2 貼合課程的特點(diǎn)

互動(dòng)式教學(xué)與課程的特點(diǎn)緊密相關(guān)，有的課程比較容易實(shí)施，有的課程則難一些。像流體力學(xué)課程，一方面它具有理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，另一方面它也具有應(yīng)用性廣、可演示可驗(yàn)證的特點(diǎn)。在自然界中，有許多常見(jiàn)的流動(dòng)現(xiàn)象，如臺(tái)風(fēng)、水流等，在工業(yè)領(lǐng)域中，也有許多廣為人知的流動(dòng)現(xiàn)象，如激波、空化等，這些現(xiàn)象背后都蘊(yùn)藏著相關(guān)的流體力學(xué)知識(shí)。在流體力學(xué)發(fā)展史中，也有一些經(jīng)典的原理性實(shí)驗(yàn)，如雷諾實(shí)驗(yàn)等，它們演示性好、啟發(fā)性強(qiáng)。這些特點(diǎn)是流體力學(xué)課程可以充分發(fā)掘的方面，是開(kāi)展互動(dòng)式教學(xué)的有利條件。

1.3 設(shè)計(jì)課程的體系

課程體系的設(shè)計(jì)是互動(dòng)式教學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題。在課程設(shè)計(jì)中，有一些框架性的問(wèn)題需要考慮：（1）關(guān)于課時(shí)的分配，在教師講授的課時(shí)之外，需要拿出一定比例的課時(shí)來(lái)進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)，同時(shí)考慮配置相應(yīng)的學(xué)生評(píng)價(jià)規(guī)則；（2）關(guān)于互動(dòng)的主題，主題應(yīng)難易適中，即能讓學(xué)生參與進(jìn)去，又能帶動(dòng)知識(shí)的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)；（3）關(guān)于實(shí)施的步驟，互動(dòng)式教學(xué)一般包含三個(gè)基本步驟，即教師啟動(dòng)、學(xué)生行動(dòng)、師生互動(dòng)，教師需要把握好實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)，必要的時(shí)候還需提供額外的空間場(chǎng)地和一定的經(jīng)費(fèi)支持。

2 流體力學(xué)互動(dòng)式教學(xué)方法

2.1 流體力學(xué)課程體系設(shè)計(jì)

筆者所處本科專業(yè)為工程力學(xué)專業(yè)，流體力學(xué)是專業(yè)核心課，總課時(shí)為96 學(xué)時(shí)，共16 周。為了實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)，將課時(shí)進(jìn)行了分配，其中課堂講授占2/3 學(xué)時(shí)，互動(dòng)式教學(xué)占1/3 學(xué)時(shí)，如圖1 所示?？紤]到學(xué)生有一個(gè)準(zhǔn)備的過(guò)程，學(xué)生的活動(dòng)分配在第3～16 周進(jìn)行。課程評(píng)價(jià)體系上，互動(dòng)式教學(xué)的學(xué)生成績(jī)占總成績(jī)30%。根據(jù)流體力學(xué)課程的特點(diǎn)，在互動(dòng)式教學(xué)中考慮了兩類互動(dòng)，一類是調(diào)研分析互動(dòng)，一類是探究性實(shí)驗(yàn)互動(dòng)，各占16 個(gè)學(xué)時(shí)。下面就兩類互動(dòng)式教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1 流體力學(xué)課程的體系設(shè)計(jì)

2.2 調(diào)研分析互動(dòng)

鑒于自然界和工程領(lǐng)域中有著豐富的流體力學(xué)現(xiàn)象，并且當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)搜索和文獻(xiàn)搜索比較便捷，因此設(shè)置了以課外閱讀及調(diào)研分析為內(nèi)容的互動(dòng)。

燕麥品種為青燕1號(hào)(Avena sativa cv．Qingyan No.1),光葉紫花苕(Vicia villosa var.glabrescens)來(lái)源于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的種子，青貯玉米品種選用勝玉5號(hào)(富源縣勝玉種業(yè)有限公司生產(chǎn))。用于輪作的面積2 hm2，選用西雜架子牛為試驗(yàn)動(dòng)物。

（1）任務(wù)設(shè)計(jì)

調(diào)研的主題由學(xué)生自行確定，教師僅給出建議范圍，一般包括自然界、航空航天、船舶海洋、河口水利、機(jī)械能源、日常生活等。圍繞同一或相似主題，每位學(xué)生完成兩次調(diào)研分析，第一階段調(diào)研以公共網(wǎng)絡(luò)知識(shí)為主，第二階段調(diào)研以專業(yè)期刊文獻(xiàn)為主，第二次調(diào)研是對(duì)第一次調(diào)研的深化。主要任務(wù)是，理解調(diào)研主題中涉及的流動(dòng)現(xiàn)象、背后的流體力學(xué)知識(shí)以及原理規(guī)律等，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行課堂展示匯報(bào)，并最終提交文字總結(jié)報(bào)告。調(diào)研分析互動(dòng)的任務(wù)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 調(diào)研分析互動(dòng)的任務(wù)設(shè)計(jì)

（2）互動(dòng)形式

調(diào)研過(guò)程主要利用課外時(shí)間進(jìn)行，調(diào)研分析的結(jié)果利用課堂時(shí)間進(jìn)行展示匯報(bào)和討論，考慮到課時(shí)安排，一般每次展示的時(shí)長(zhǎng)在15 分鐘左右。由于有兩次調(diào)研分析，因此每位學(xué)生在課程周期內(nèi)有兩次個(gè)人展示的機(jī)會(huì)。在課堂互動(dòng)中，既要有師生之間的互動(dòng)，也要引導(dǎo)學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)，課堂互動(dòng)其實(shí)與學(xué)術(shù)會(huì)議中的交流與討論類似。一般而言，學(xué)生在課堂匯報(bào)方面經(jīng)驗(yàn)不足，需要教師靈活把握節(jié)奏。

（3）教師任務(wù)

教師的工作主要涉及任務(wù)發(fā)動(dòng)、課堂互動(dòng)以及成績(jī)?cè)u(píng)定等。在課程的第1 周，教師對(duì)調(diào)研分析任務(wù)進(jìn)行說(shuō)明，給出課堂匯報(bào)的時(shí)間安排。進(jìn)行任務(wù)說(shuō)明時(shí)，明確調(diào)研手段、調(diào)研主題、匯報(bào)要求、成績(jī)占比等。關(guān)于調(diào)研的手段，教師應(yīng)適當(dāng)講解如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)研和期刊調(diào)研。在課堂互動(dòng)中，教師需要調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心和興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極參與互動(dòng)，也要對(duì)學(xué)生講解的知識(shí)進(jìn)行評(píng)述，聯(lián)系課本知識(shí)加深學(xué)生認(rèn)識(shí)，指出前沿?zé)狳c(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)等。

（4）學(xué)生任務(wù)

學(xué)生的任務(wù)主要涉及課外閱讀與分析、課堂展示與討論、報(bào)告總結(jié)等。在確定調(diào)研主題之后，課外閱讀分兩步走。第一階段，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，搜集各種相關(guān)的流動(dòng)現(xiàn)象，理解現(xiàn)象背后的流體力學(xué)知識(shí)。第二階段，進(jìn)行專業(yè)期刊文獻(xiàn)調(diào)研，文獻(xiàn)包括中文文獻(xiàn)和外文文獻(xiàn)，形成比較專業(yè)的認(rèn)知，并了解發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的基本方法。這些調(diào)研成果以課堂匯報(bào)的形式進(jìn)行展示，需要學(xué)生完成ppt 制作，并進(jìn)行口頭表達(dá)。最后，基于前面兩次調(diào)研的結(jié)果，參照學(xué)術(shù)論文的格式完成總結(jié)報(bào)告。

2.3 探究性實(shí)驗(yàn)互動(dòng)

以探究性實(shí)驗(yàn)作為實(shí)踐互動(dòng)的內(nèi)容。探究性實(shí)驗(yàn)與一般實(shí)驗(yàn)不同，它需要學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，是一個(gè)從零開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程。

（1）任務(wù)設(shè)計(jì)

明確探究性實(shí)驗(yàn)的主題與形式。根據(jù)流體力學(xué)課程的特點(diǎn)，設(shè)置了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)主題，一個(gè)是雷諾實(shí)驗(yàn)，一個(gè)是沿程阻力實(shí)驗(yàn)。全班學(xué)生分為四個(gè)小組，每個(gè)小組設(shè)置一名組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)小組實(shí)踐活動(dòng)的組織與實(shí)施。第1 和第2 小組各自去完成雷諾實(shí)驗(yàn)，第3 和第4 小組各自去完成沿程阻力實(shí)驗(yàn)。任務(wù)分為兩個(gè)階段，第一階段，完成原理認(rèn)識(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和預(yù)算編制，這些進(jìn)展在課堂內(nèi)進(jìn)行展示匯報(bào)。第二階段，進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室，完成實(shí)驗(yàn)裝置搭建、實(shí)驗(yàn)測(cè)量、結(jié)果分析等工作。探究性實(shí)驗(yàn)互動(dòng)的任務(wù)設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 探究性實(shí)驗(yàn)互動(dòng)的任務(wù)設(shè)計(jì)

（2）互動(dòng)形式

原理認(rèn)識(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和預(yù)算編制等工作主要利用課外時(shí)間進(jìn)行，這些工作需要各小組成員進(jìn)行討論和分工完成。課堂展示由小組推薦一名組員來(lái)匯報(bào)，其互動(dòng)過(guò)程與調(diào)研討論類似，師生、學(xué)生–學(xué)生之間均有相互問(wèn)答等環(huán)節(jié)。進(jìn)入動(dòng)手階段，相互的交流頻次會(huì)進(jìn)一步增加，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建中會(huì)出現(xiàn)各類問(wèn)題，包括材料購(gòu)買(mǎi)、材料裝配、裝置密封、流體進(jìn)出等環(huán)節(jié)，小組成員之間會(huì)進(jìn)行各類問(wèn)題討論，教師也會(huì)隨時(shí)介入指導(dǎo)。

（3）教師任務(wù)

教師的工作主要涉及任務(wù)發(fā)動(dòng)、互動(dòng)討論以及成績(jī)?cè)u(píng)定等。在課程的第1 周，教師對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐分析任務(wù)進(jìn)行說(shuō)明，給出時(shí)間安排，并進(jìn)行分組。進(jìn)行任務(wù)說(shuō)明時(shí)，明確實(shí)踐的要求、保障條件以及成績(jī)占比等。由于實(shí)踐過(guò)程在實(shí)驗(yàn)室完成，與課堂不同，實(shí)驗(yàn)室是相對(duì)比較開(kāi)放的空間，教師需要及時(shí)追蹤各個(gè)小組的動(dòng)態(tài)，指導(dǎo)學(xué)生解決出現(xiàn)的各類問(wèn)題。此外，教師還要解決實(shí)驗(yàn)的條件和經(jīng)費(fèi)問(wèn)題。

（4）學(xué)生任務(wù)

在此任務(wù)中，學(xué)生需要完成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)原理認(rèn)識(shí)中，由于這些知識(shí)還沒(méi)有講授，學(xué)生需要去自學(xué)一部分后面的知識(shí)。經(jīng)過(guò)小組討論，形成初步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。進(jìn)入到預(yù)算環(huán)節(jié)，學(xué)生需要預(yù)先去網(wǎng)上查找實(shí)驗(yàn)所需的材料和儀器，在結(jié)合預(yù)算的基礎(chǔ)上重新完成一輪實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室階段，學(xué)生需要完成實(shí)驗(yàn)材料購(gòu)買(mǎi)、實(shí)驗(yàn)裝置搭建、實(shí)驗(yàn)測(cè)量、結(jié)果分析等工作。

2.4 課程評(píng)價(jià)方法

為了匹配互動(dòng)式教學(xué)的實(shí)施，課程在評(píng)價(jià)體系上也進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。總成績(jī)100 分，其中期末考試成績(jī)占50%，平時(shí)作業(yè)成績(jī)占20%，互動(dòng)教學(xué)過(guò)程成績(jī)占30%。互動(dòng)式教學(xué)中，調(diào)研分析占總成績(jī)的15%，探究性實(shí)驗(yàn)占總成績(jī)的15%。課程制定了細(xì)致的打分規(guī)則，以反映學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的效果和各類能力的表現(xiàn)。具體的打分規(guī)則如圖4 和表1 所示。

表1 互動(dòng)式教學(xué)的評(píng)價(jià)規(guī)則

圖4 各成績(jī)占比

3 互動(dòng)式教學(xué)效果分析

3.1 課程整體狀態(tài)

互動(dòng)式教學(xué)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生課外學(xué)習(xí)的時(shí)間大大增加，教師考慮的內(nèi)容更加復(fù)雜，包括課堂互動(dòng)、課時(shí)把握、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、過(guò)程評(píng)價(jià)等，可以說(shuō)互動(dòng)式教學(xué)把課堂延伸到了課外。同時(shí)，學(xué)生有大量的課堂展示機(jī)會(huì)，達(dá)到了翻轉(zhuǎn)課堂的效果。通過(guò)課堂展示和討論，教師有了一對(duì)一的視角來(lái)認(rèn)識(shí)學(xué)生，在學(xué)生講解過(guò)程中，他們有些內(nèi)容講的比較自信，有些內(nèi)容講的缺乏信心，教師可以更加了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、知識(shí)掌握水平、性格脾氣等等。學(xué)生積極性顯著提高，從課堂展示過(guò)程看，學(xué)生普遍比較在意自己在講臺(tái)上的表現(xiàn)，他們會(huì)從多個(gè)渠道來(lái)搜集素材，準(zhǔn)備的匯報(bào)內(nèi)容也非常豐富。同時(shí)，形成了多種形式的互動(dòng)效果，既有課堂內(nèi)的互動(dòng)，也有課堂外的互動(dòng)，既有師生間的互動(dòng)，也有學(xué)生間的互動(dòng)。以某學(xué)生調(diào)研的機(jī)翼升力原理為例，該學(xué)生對(duì)升力產(chǎn)生的多種解釋存在疑問(wèn)，課堂展示前先找老師交流，課堂展示中就幾種解釋與同學(xué)進(jìn)行了深入的討論。互動(dòng)的頻次也有顯著提高，如果課程人數(shù)為m，實(shí)踐小組分為n組，則課程內(nèi)共有2m+4n次匯報(bào)展示，以20 名學(xué)生為例，分為4 組，共計(jì)56 次匯報(bào)展示。

3.2 知識(shí)掌握程度

互動(dòng)式教學(xué)有利于知識(shí)的掌握，除了它能提高學(xué)生的積極性外，它還提高了學(xué)生的參與度，學(xué)生和教師有機(jī)會(huì)放慢節(jié)奏，對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行深入討論?；?dòng)研討的內(nèi)容一般包括自然和工業(yè)領(lǐng)域中的重要現(xiàn)象、重要原理和公式、學(xué)生的興趣點(diǎn)等等。從知識(shí)覆蓋范圍上看，有些知識(shí)是與課本知識(shí)重合的，有利于學(xué)生加深理解，有些知識(shí)是課本之外的，有利于學(xué)生融會(huì)貫通解決問(wèn)題的方法。以某學(xué)生調(diào)研的交通流為例，其中涉及到物質(zhì)的守恒，需要表達(dá)出連續(xù)性方程，這與課本知識(shí)高度重合，而為了反映交通流的實(shí)際狀況，即交通流量是有上限的，這是具體問(wèn)題中獨(dú)特的物理現(xiàn)象，需要補(bǔ)充相應(yīng)的流量理論模型，這是課本之外的知識(shí)。從知識(shí)理解的程度上看，同樣的一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，教師講解一遍與學(xué)生講解一遍，效果往往差別很大。例如，介紹“渦”的概念，學(xué)生為了準(zhǔn)備素材，他們往往需要對(duì)渦流現(xiàn)象進(jìn)行大量檢索，留下一些有用的，排除掉一些不相關(guān)的。渦定義上的爭(zhēng)議、為什么進(jìn)行這樣的數(shù)學(xué)描述，都是他們?cè)谶@一過(guò)程中需要思考的問(wèn)題。在學(xué)生深度參與的情況下，可以達(dá)到深化知識(shí)理解的效果。

3.3 學(xué)生能力培養(yǎng)

互動(dòng)式教學(xué)中涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，如課外調(diào)研、課堂匯報(bào)、分組合作、動(dòng)手實(shí)踐等，學(xué)生的各方面能力得到了展示和鍛煉，這是傳統(tǒng)課堂所沒(méi)有的。課外調(diào)研鍛煉了學(xué)生的資料搜索、文獻(xiàn)閱讀能力，調(diào)研中要求第二階段需要閱讀至少五篇期刊文獻(xiàn)，其中至少兩篇英文文獻(xiàn)，對(duì)于學(xué)生熟悉專業(yè)英語(yǔ)和學(xué)術(shù)論文也有一定的好處。課堂匯報(bào)鍛煉了學(xué)生的ppt 制作、演講能力，演講匯報(bào)是很多工作中都需要鍛煉的一種能力，在學(xué)生的畢業(yè)論文階段、研究生階段或今后工作中都會(huì)涉及到，通過(guò)課堂的訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)于如何在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)清晰的表達(dá)有了一定的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。探究性實(shí)驗(yàn)以小組的形式完成，需要小組成員間分工合作，不斷溝通協(xié)調(diào)。實(shí)驗(yàn)中，需要解決設(shè)計(jì)、預(yù)算、裝配、測(cè)試、分析等問(wèn)題，對(duì)各方面的能力都是一個(gè)鍛煉，在力學(xué)學(xué)科，學(xué)生動(dòng)手能力普遍偏弱，本課程邀請(qǐng)了經(jīng)驗(yàn)豐富的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員來(lái)協(xié)助指導(dǎo)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練完成后樹(shù)立了自信，也在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體會(huì)到了動(dòng)手的要義。總的來(lái)說(shuō)，互動(dòng)式教學(xué)對(duì)于學(xué)生能力的培養(yǎng)是多方面的，起到了很好的帶動(dòng)作用。

4 結(jié)論

本文對(duì)流體力學(xué)互動(dòng)式教學(xué)進(jìn)行了思考，分析了互動(dòng)式教學(xué)的要素和條件，設(shè)計(jì)了貼合流體力學(xué)特點(diǎn)的互動(dòng)式教學(xué)方法，結(jié)合課程實(shí)踐，對(duì)互動(dòng)式教學(xué)效果進(jìn)行了探討?？傮w來(lái)講，互動(dòng)式教學(xué)是要提高學(xué)生的主動(dòng)性，進(jìn)而開(kāi)展高質(zhì)量的師生互動(dòng)，最終達(dá)到加深知識(shí)理解、增強(qiáng)能力培養(yǎng)的目的。從本課程的教學(xué)效果上看，學(xué)生積極性和參與度提高，師生關(guān)系更為融洽，師生互動(dòng)頻繁，討論的深度和廣度得到拓展，學(xué)生知識(shí)掌握程度和各方面能力均有顯著提升。本課程的互動(dòng)式教學(xué)方法，是結(jié)合了流體力學(xué)課程的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，但其模式具有借鑒意義，可以在其他類似課程中推廣應(yīng)用。