流體力學(xué)多媒體教學(xué)的探討

劉宏升　孫文策　張　博

【摘 要】本文通過對流體力學(xué)多媒體教學(xué)課件的分析研究,結(jié)合自己實際教學(xué)效果,指出多媒體教學(xué)方式在流體力學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢及其弊端。提出流體力學(xué)的教學(xué)應(yīng)該以實際教學(xué)效果為目標(biāo),不拘泥于教學(xué)形式,遵從教學(xué)模式與教學(xué)內(nèi)容相匹配的原則設(shè)計教學(xué)方案,建立多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機結(jié)合的組合式教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】多媒體教學(xué) 流體力學(xué) 教學(xué)效果 教學(xué)模式

一、前言

流體力學(xué)是機械動力類學(xué)科的主干專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程,是力學(xué)的一個重要分支。由于其具有很強的理論性,且概念抽象、方程繁瑣,學(xué)生普遍缺乏對流體運動的感性認(rèn)識,一直被認(rèn)為是教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程之一。

在流體力學(xué)教學(xué)中,由于流體流動性強、極易變形,要正確模擬流體運動的宏觀規(guī)律和特點、展現(xiàn)流動現(xiàn)象,僅憑教師的講解是很難做到的,需要一些圖片、錄像等輔助手段。近年來,隨著計算機多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展,多媒體教學(xué)為教學(xué)手段的改革與提高帶來了新的可能與方向,也為流體力學(xué)教學(xué)提供了一種新的方式。

作為教學(xué)改革的需要,采用新型教學(xué)方式是符合時代發(fā)展需要的。但任何一種教學(xué)手段都有其各自的優(yōu)點和弊端,沒有哪種媒體是全能媒體,多媒體教學(xué)也一樣。傳統(tǒng)教學(xué)中教師書寫板書所特有的親和力、形體語言所特有的感染力是多媒體教學(xué)所無法替代的,尤其是對于像流體力學(xué)這樣的具有較強理論性的課程,傳統(tǒng)教學(xué)模式仍有其自身優(yōu)勢,不能全盤否決。科學(xué)的教學(xué)活動應(yīng)以教學(xué)效果為目標(biāo),根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要,不拘泥于教學(xué)形式,采用適于師生交流的最佳的教學(xué)模式。

二、流體力學(xué)中多媒體的優(yōu)勢

作為一種全新的教學(xué)方式,多媒體教學(xué)憑借其信息量大、交互性強、覆蓋面廣等數(shù)字化優(yōu)勢,成為提高學(xué)習(xí)效率、增加教學(xué)信息量的有效手段,在流體力學(xué)教學(xué)中起到很好的效果。

1.豐富緒論課內(nèi)容,引發(fā)學(xué)習(xí)興趣

緒論課在流體力學(xué)的教學(xué)中具有重要地位。本科學(xué)生由于缺乏對工程的感性認(rèn)識,對抽象的理論難于理解,容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。上好緒論課,增強學(xué)生對流體力學(xué)的認(rèn)同感,提高學(xué)習(xí)興趣是流體力學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容之一。

在緒論課上采用多媒體形式可以通過大量圖片、錄像信息,豐富教學(xué)內(nèi)容,展現(xiàn)流體力學(xué)的魅力及其在科學(xué)和工程中的地位、作用,進(jìn)而可以增強學(xué)生對流體運動的感性認(rèn)識,引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。實踐教學(xué)已經(jīng)證明了這一點:上海交大在流體力學(xué)緒論課上,展示了大量流體力學(xué)的輝煌成就、再現(xiàn)了本來用肉眼觀察不到的流動現(xiàn)象,還提供了多所高校的大型流體力學(xué)實驗設(shè)備的錄像和照片,激發(fā)了學(xué)生的思維能力和想象力。如:浙江大學(xué)在流體力學(xué)緒論中加入都江堰水利工程的錄像,介紹了古今中外許多著名的流體力學(xué)專家及他們的成就,豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識,給學(xué)生開了眼界,取得了很好的效果。

2.形象的演示功能,增強感性認(rèn)識

多媒體教學(xué)最大的優(yōu)點是形象生動、具體直觀、容易理解。流體力學(xué)教學(xué)中讓學(xué)生認(rèn)識流動的物理本質(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動中的動態(tài)過程,但憑教師的講解是很難建立清晰的物理概念的,若在此時就介紹抽象的概念、復(fù)雜的流動方程,學(xué)生是無法接受的。利用多媒體手段,首先,難以用語言描述的動態(tài)物理現(xiàn)象,采用多媒體演示的效果就非常生動了。如:管內(nèi)層流、湍流兩種流態(tài),流體繞圓柱繞流動流線,邊界層繞流等現(xiàn)象的多媒體演示,給出清晰的物理概念,縮短了認(rèn)知過程,讓學(xué)生很容易接受。其次,教師可以制作許多需占用大量時間寫板書卻不易表達(dá)清楚的圖、曲線。如有關(guān)水靜壓強分布圖、水頭線、莫迪圖、尼古拉斯曲線等,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,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。

3.提高課堂教學(xué)效率,擴大學(xué)生視野

在教學(xué)活動中,引用多媒體教學(xué)手段,教學(xué)信息傳遞速度明顯加快,可以節(jié)省大量的教學(xué)時間,在相同的學(xué)時內(nèi),學(xué)生可以學(xué)到更多知識,從而大大地提高課堂教學(xué)效率。多媒體教學(xué)在內(nèi)容上可以充分結(jié)合最新的流體力學(xué)科研成果及專業(yè)課題的具體內(nèi)容,使課堂教學(xué)與科研緊密結(jié)合,讓學(xué)生不但學(xué)到流體力學(xué)專業(yè)知識,而且了解國際上最新科研動態(tài)和研究成果,拓展視野,豐富工程實踐知識,擴大學(xué)習(xí)知識面。例如:可以用多媒體演示計算流體力學(xué)(CFD)軟件模擬的船在水中運動的速度常分布、機翼表面的壓強分布、圓柱繞流邊界層隨雷諾數(shù)變化規(guī)律等,在演示流體力學(xué)基本原理的同時,也可以簡述一下CFD軟件的使用,開拓學(xué)生的視野,使其對科研產(chǎn)生濃厚的興趣。

此外,多媒體教學(xué)形式在改革實驗教學(xué)、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)、實現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)法等方面都發(fā)揮了重要作用。

三、多媒體教學(xué)的弊端及對策

多媒體教學(xué)的優(yōu)勢,是不容置疑的,這已為很多課堂實踐所證明。但在流體力學(xué)課程的實際教學(xué)過程中,完全的多媒體教學(xué)也存在不少弊端。

1.利用電子教案,教師照本宣科

在多媒體課堂教學(xué)中,一般是使用ppt文件制作的演示型課件。有些教師在制作課件時,只是把以往的板書內(nèi)容全部搬到了電腦屏幕上,用大屏幕上來代替黑板,其他的內(nèi)容、方法卻沒有變化。上課時,不用教材、不用講義,兩手空空,只要按照課件的內(nèi)容往下念就可以了;教師人不離座位,眼不離顯示器,手不離鼠標(biāo),整個教學(xué)過程就如同在會議上作報告一樣,使多媒體教學(xué)變成了電子板書,這樣形式的多媒體教學(xué)效果,是可想而知的。

對流體力學(xué)而言,很多基本的概念都包括其公式形式,而公式的得出往往需要一定的演變推導(dǎo)過程,如果給出概念后,直接列出公式,學(xué)生不易接受。這就對多媒體課件的制作提出了更高的要求,需要課件能夠采用動態(tài)演示的形式,將公式的推導(dǎo)過程按步驟給出。同時,教師在使用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)時,既要做到知其然,又要做到知其所以然,也就是說教師要對自己所使用的課件非常熟悉,不僅深知課件中每一個知識點的詳細(xì)內(nèi)容、講解重點,還要熟悉各個知識點之間的邏輯關(guān)系,思路清晰。在授課過程中,不能調(diào)出課件后再講解,而是應(yīng)該通過邏輯關(guān)系先做好鋪墊,然后再適時恰當(dāng)?shù)卣{(diào)出課件的有關(guān)頁面。同時要根據(jù)課程內(nèi)容的教學(xué)需要,兼顧學(xué)生的理解程度與反應(yīng)狀況,當(dāng)學(xué)生有疑問時,能夠及時調(diào)出相關(guān)的課件內(nèi)容,必要時要補充一定的板書,給學(xué)生圓滿的解釋。

2.內(nèi)容過多,學(xué)生無法接受

運用多媒體呈現(xiàn)信息量的速度快,教師容易不自覺地加快課堂教學(xué)速度,在這種快速的教學(xué)中,學(xué)生容易產(chǎn)生思維跟不上教師的思路、無法及時記筆記、無法完全理解所學(xué)內(nèi)容等現(xiàn)象,從而對課程的疑問不斷增加,最終導(dǎo)致喪失學(xué)習(xí)興趣。對于流體力學(xué)這種理論性和邏輯性都很強的課程,很多內(nèi)容需要深刻的理解之后,才能清楚彼此間的聯(lián)系,如果課件一閃而過,學(xué)生還來不及理解就到下一頁面了,何談接受呢?

在流體力學(xué)教學(xué)過程中,多媒體是否能真正體現(xiàn)其獨特優(yōu)勢,取決于教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式是否相匹配:對于現(xiàn)象的描述,如雷諾實驗演示,采用多媒體自然形象的多,又可以節(jié)省時間,提高效率;而對于概念的解釋、方程的推導(dǎo)等邏輯性較強的內(nèi)容,多媒體在節(jié)省時間的同時也縮短了學(xué)生思考的時間,加大了聽課難度;同時,這些復(fù)雜的理論常常需要前后文相互照應(yīng),而多媒體課件因受幻燈片頁面的限制,本來一個完整的推導(dǎo)要分為多個頁面,無法前后銜接,教師講解時不得不在幾個頁面之間不斷切換,這樣使學(xué)生眼花繚亂,導(dǎo)致推導(dǎo)過程缺乏連貫性,令本來就很難理解的內(nèi)容變得更難接受了。

所以運用多媒體教學(xué)一定要做到內(nèi)容適量,教師要及時把握教學(xué)進(jìn)度,使學(xué)生在課堂上有足夠的思考余地,對所學(xué)內(nèi)容能夠充分理解、并加以吸收。

3.形式單一,教學(xué)缺乏靈活性

目前,國內(nèi)高校選用的流體力學(xué)教材大多都不相同,學(xué)習(xí)側(cè)重點及對學(xué)生的要求是不一樣的。各種多媒體課件也是針對具體的某一教材,編纂而成,缺乏通用性。同時,由于課件已經(jīng)預(yù)先做好,教師在講課前看一遍課件就算是備課了。教師的授課容易被電子教案所限制,課堂上的靈感無法即時反映在課件中的,這必然限制了教師在課堂上的即興發(fā)揮。教師經(jīng)過多年的教學(xué)積累,對授課內(nèi)容都有自己深入的理解,在教學(xué)過程中會根據(jù)學(xué)生的理解程度,進(jìn)度的快慢,甚至是課堂氣氛,及時對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整,正是這些臨場經(jīng)驗才豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容。如果教學(xué)成了電子教案對教師的支配過程,教師的教學(xué)設(shè)計能力就被扼殺了。例如,作者在介紹旋渦速度壓強的分布特點時,嘗試將旋渦理論和宇宙黑洞理論進(jìn)行對比,并簡單介紹了提出黑洞理論的斯蒂芬?霍金,課堂氣氛立刻活躍起來,而這些內(nèi)容在教學(xué)課件中是很難體現(xiàn)出來的。

對流體力學(xué)教學(xué)來講,若想達(dá)到最佳的教學(xué)效果,多媒體課件就不該代表全部的教學(xué)過程,多媒體教學(xué)模式也不應(yīng)是唯一的教學(xué)模式。對于難于用語言描述清楚的復(fù)雜流動現(xiàn)象,采用多媒體較好;對于較難理解,需要較多師生交流的內(nèi)容,還是用板書教學(xué)比較好,更適合學(xué)生理解和接受的節(jié)奏。

四、討論

對于流體力學(xué)這樣的專業(yè)基礎(chǔ)課,作者認(rèn)為“先進(jìn)的技術(shù)手段就一定會產(chǎn)生好的教學(xué)效果”這一觀念是值得商榷的。是否采用多媒體教學(xué)應(yīng)取決于教學(xué)內(nèi)容,針對不同的教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)方式,以達(dá)到最佳的教學(xué)效果,這才是教學(xué)的最終目的。至于具體哪部分內(nèi)容更適用于多媒體教學(xué),就需要教師在教學(xué)過程中,根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗及實際教學(xué)效果不斷總結(jié)、改進(jìn),進(jìn)而設(shè)計出適應(yīng)不同教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方案,也就是必須重視多媒體技術(shù)與課程內(nèi)容的相容性。

作者實際的教學(xué)經(jīng)驗表明,對于序論課、現(xiàn)象演示、曲線圖的解釋、試驗裝置及過程的介紹等適用于多媒體教學(xué);而對于基本理論的推導(dǎo),基本概念的引入,以及復(fù)雜例題的講解,采用板書教學(xué)的效果更好一些。同時,在使用多媒體教學(xué)過程中應(yīng)注意以下幾點:首先,盡量使多媒體演示播放盡量集中,在一節(jié)課內(nèi)不要一會兒用板書一會兒用多媒體,那樣失去了教學(xué)過程的連貫性,學(xué)生就無法跟上教師的思路。其次,對于采用多媒體教學(xué)的內(nèi)容,一定要精心設(shè)計多媒體教案,既形象給出教學(xué)知識點,又給學(xué)生以足夠的思考時間,加以吸收,不能像看電影一樣走馬觀燈,這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。作者認(rèn)為,多媒體教學(xué)方式作為傳統(tǒng)教學(xué)的一種補充,不應(yīng)該也不能夠完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)方式,只有使傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)二者取長補短,相輔相成,才是教學(xué)改革的正確方向。

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