鄭 強(qiáng)

1 概述

流體力學(xué)是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程,概念抽象、方程繁瑣,對(duì)學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識(shí)及綜合分析和處理問題的能力要求較高。在教學(xué)過程中,筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍缺乏對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的感性認(rèn)識(shí),不清楚流體力學(xué)有什么用,缺乏學(xué)好流體力學(xué)的動(dòng)力。如不及時(shí)加以引導(dǎo),提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的認(rèn)同感,很可能導(dǎo)致其在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生畏難或厭學(xué)情緒,影響教學(xué)進(jìn)程和專業(yè)培養(yǎng)的質(zhì)量。在全面推進(jìn)素質(zhì)教育,加強(qiáng)創(chuàng)新教育的教學(xué)改革進(jìn)程中,如何針對(duì)流體力學(xué)課程特點(diǎn),從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面對(duì)流體力學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行深入探析,構(gòu)建一套新的流體力學(xué)教學(xué)模式具有非常重要的意義。

2 重組教學(xué)內(nèi)容,優(yōu)化教材結(jié)構(gòu)

流體力學(xué)課程體系可分為基本理論和試驗(yàn)知識(shí)、基本應(yīng)用、與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的發(fā)展歷史與前沿、與其他學(xué)科的交叉內(nèi)容、與工程實(shí)際的滲透和應(yīng)用等等模塊。模塊式教材結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于:有利于根據(jù)各學(xué)科專業(yè)的不同需求選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容;每個(gè)模塊的學(xué)時(shí)數(shù)較少,教學(xué)目標(biāo)明確,容易實(shí)現(xiàn),可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)習(xí)效率;模塊之間既具有相對(duì)的獨(dú)立性,又存在有機(jī)聯(lián)系,在滿足各科專業(yè)不同教學(xué)層次需要的情況下,可保證該課程的系統(tǒng)性和完整性;有利于學(xué)分制的實(shí)施[1]。

目前國內(nèi)流體力學(xué)課程體系貫穿靜止流體→理想運(yùn)動(dòng)流體→實(shí)際運(yùn)動(dòng)流體;一元流體→二元流體→三元流體這兩條主線。各部分先從建立微分方程入手,然后在特定條件下進(jìn)行積分得到相應(yīng)的能量方程。這種體系的特點(diǎn)是由簡到繁、由易到難,學(xué)生易于接受,但交叉重復(fù)內(nèi)容較多,章節(jié)跨度較大,學(xué)時(shí)要求相對(duì)過多?；谀K式教材結(jié)構(gòu),可以構(gòu)建新的更易于教和學(xué)的課程體系:即在講授流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)、動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)時(shí),先從三元不可壓縮粘性流體流動(dòng)的基本方程入手,使學(xué)生在本門課程開始就接觸到流體動(dòng)力學(xué)的總的輪廓和最基本的理論方程,后面的理想流體動(dòng)力學(xué)及一元流體動(dòng)力學(xué)問題作為其特殊情況處理,將理想流體、一元流動(dòng)的條件代入有關(guān)方程,即可得到理想流體、一元流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。這種體系的特點(diǎn)是由一般到特殊,條理清楚。教師在講完一般形式的方程組后再來講具體一元流體動(dòng)力學(xué)及理想流體動(dòng)力學(xué)問題,就可略去大量的公式推導(dǎo)過程,教材篇幅相對(duì)較少,所需學(xué)時(shí)較少,內(nèi)容組織層次感較強(qiáng),講起來更加引人入勝和重點(diǎn)突出,教學(xué)過程相對(duì)簡化[2]。

3 通過直觀工程實(shí)例,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

流體力學(xué)課程的授課階段,任課教師在完成教學(xué)內(nèi)容的同時(shí),應(yīng)結(jié)合專業(yè)目標(biāo)盡可能多地介紹流體力學(xué)廣泛的工程應(yīng)用背景,引導(dǎo)學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣和積極性。在流體力學(xué)教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎逯v述一些發(fā)生在我們身邊的重大事故、重大災(zāi)害和重大建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)例,對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)流體力學(xué)對(duì)于工程建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)的重要性、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)很有幫助。在講述空氣動(dòng)力學(xué)中機(jī)翼升力隨攻角的變化時(shí)可以介紹1998年華航空難事件;在講述流體靜力學(xué)理論時(shí)可以穿插1979年“渤海二號(hào)”鉆井船翻沉事件,使學(xué)生得以深刻理解浮體在流體中的穩(wěn)定性條件;在講述流體中渦旋的產(chǎn)生和發(fā)展變化時(shí)可以介紹9711號(hào)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)實(shí)例;在講述流體靜力學(xué)中液體作用在曲面的總壓力計(jì)算時(shí)可以介紹1993年青海溝后水庫垮壩事件等[4]。

4 多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相結(jié)合

4.1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的特點(diǎn)

傳統(tǒng)教學(xué)模式是使用傳統(tǒng)的教學(xué)手段(語言、文字、圖表、表格、掛圖、標(biāo)本、模型等),完成特定教學(xué)內(nèi)容的一種課堂教學(xué)形式。其特點(diǎn)是教師口授、板書,學(xué)生耳聽、筆記。傳統(tǒng)教學(xué)模式有一整套相對(duì)成熟的教育理論,積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在傳統(tǒng)教學(xué)中,通過教師形象、生動(dòng)的講述,學(xué)生易于接受,教師能根據(jù)學(xué)生及時(shí)的信息反饋,了解學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解程度,并據(jù)此調(diào)整教學(xué)策略以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。這種教學(xué)模式有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮,教師可以根據(jù)學(xué)生的具體情況提問,因人而異,突出重點(diǎn)與難點(diǎn),靈活講解;有利于教師的組織管理和教學(xué)過程的調(diào)控;對(duì)教學(xué)環(huán)境的要求比較低。傳統(tǒng)式教學(xué)以教師為主體,在整個(gè)教學(xué)過程中,學(xué)生都始終處于被動(dòng)的知識(shí)接受者的地位,學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性被忽視,甚至被壓抑,從而大大降低了教學(xué)效率。它片面注重現(xiàn)成知識(shí)的傳授功能,忽視了探索和創(chuàng)新知識(shí)的功能。與此同時(shí),由于教學(xué)學(xué)時(shí)縮短,如何在有限的時(shí)間內(nèi),讓學(xué)生學(xué)到更多更豐富的知識(shí),這是傳統(tǒng)式教育在當(dāng)今教學(xué)中所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[5]。

4.2 多媒體教學(xué)模式的特點(diǎn)

多媒體教學(xué)是指在課堂教學(xué)過程中,引入以多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心的,集圖、文、聲、像全方位信息處理功能的智能化教學(xué)系統(tǒng),根據(jù)信息傳播理論和教學(xué)過程的規(guī)律而設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)價(jià)的,通過形聲媒體和軟件的運(yùn)用,調(diào)控著教學(xué)的全過程的新型教學(xué)方式。多媒體教學(xué)具有傳統(tǒng)教學(xué)方式無法替代的優(yōu)勢(shì):采用多媒體教學(xué)技術(shù),增強(qiáng)了教師與學(xué)生交流,可以充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;用信息的多維化來滿足思維的多維化;多媒體教學(xué)使教學(xué)方式形象生動(dòng),有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、想象能力和創(chuàng)造能力;多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使教學(xué)信息雙向化;多媒體教學(xué)信息量大,有效提高了教學(xué)效率,解決了課程設(shè)置與學(xué)時(shí)的矛盾;多媒體教學(xué)對(duì)教學(xué)資源的傳播和再利用起到了積極作用[6]。

4.3 注重傳統(tǒng)教學(xué)模式與多媒體教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合

考慮到多媒體技術(shù)授課和傳統(tǒng)的授課方法各自的優(yōu)缺點(diǎn),在流體力學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)將兩種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合起來,取長補(bǔ)短,相輔相成。

流體力學(xué)教學(xué)中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)流動(dòng)的物理本質(zhì),是一件首要的、基礎(chǔ)性的任務(wù)。學(xué)生如果沒有親眼見到流體運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)過程,單憑教師的講解是很難建立清晰的物理概念的,若在此時(shí)就介紹抽象的概念、復(fù)雜的流動(dòng)方程,學(xué)生是無法接受的。利用多媒體手段,可以將流體力學(xué)里面那些很難用語言描述的流動(dòng)圖像,如流體繞流、流體由層流向紊流的轉(zhuǎn)化、勢(shì)流、流場(chǎng)、波的傳播、流線的概念、跡線的概念、拉格朗日描述和歐拉描述形象生動(dòng)地顯現(xiàn)出來,可以幫助學(xué)生建立清晰的物理概念,縮短認(rèn)識(shí)過程。其次,對(duì)于水靜壓強(qiáng)分布圖、水頭線、莫迪圖、射流流場(chǎng)等相關(guān)內(nèi)容,教師需占用大量時(shí)間寫板書表述,有些甚至不易通過寫板書表述,采用多媒體手段表達(dá)后,不但可以提高教學(xué)效率,幫助學(xué)生很好地理解課程的難點(diǎn),還可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,從而為教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)定與提高提供了保障[2]。

傳統(tǒng)的授課方法在公式推導(dǎo)、例題講解過程中占有優(yōu)勢(shì)。重要公式推導(dǎo),重點(diǎn)、難點(diǎn)、概念的闡釋,用板書的形式來講授更加符合人們的邏輯思維習(xí)慣。教師通過在黑板上的推導(dǎo)過程,介紹思路和方法,留給學(xué)生足夠的時(shí)間思考、琢磨和消化,能夠促進(jìn)學(xué)生思維的開拓與參與意識(shí),并使其牢固地掌握做題的方法和步驟。如果單一采用多媒體手段進(jìn)行教學(xué),可能導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)思考不足、理解不透、學(xué)習(xí)困難、興趣下降等現(xiàn)象[7]。

5 結(jié)語

深入的教育體制改革為課程教學(xué)改革提供了廣闊的天地。作為一門古老而又新興的學(xué)科,面對(duì)機(jī)遇和挑戰(zhàn),流體力學(xué)課程教學(xué)工作的改革勢(shì)在必行。為了有效地實(shí)施素質(zhì)教育,培養(yǎng)知識(shí)型高技能人才,激發(fā)學(xué)生的思維與創(chuàng)造力,我們應(yīng)以教學(xué)效果為目標(biāo),根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要,從教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面著手,對(duì)流體力學(xué)的教學(xué)進(jìn)行一些初步的探索和有益的嘗試。

[1] 杜廣生.高校工科流體力學(xué)教學(xué)改革探析[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),1998,45(2):80-81.

[2] 辛軍哲.在流體力學(xué)課程中實(shí)踐啟發(fā)式教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].高等建筑教育,2004,13(2):51-53.

[3] 李建強(qiáng).流體力學(xué)在工程建設(shè)中的應(yīng)用[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001,18(3):66-67.

[4] 嚴(yán)宗毅,鄭桂珍.在流體力學(xué)教學(xué)中通過重大事件實(shí)例教書育人[J].力學(xué)與實(shí)踐,2002,24(4):68-69.

[5] 張春玲.利用多媒體技術(shù)提高整體教學(xué)效率與效果的研究[D].南昌:南昌大學(xué),2007.

[6] 韓 芳.高等院校多媒體教學(xué)質(zhì)量保障研究[D].重慶:重慶大學(xué),2007.

[7] 楊小林,楊開明,嚴(yán) 敬,等.流體力學(xué)課程教學(xué)改革探析[J].高等教育研究,2006,22(2):47-48.