引導(dǎo)自學(xué)式《流體力學(xué)》教學(xué)方法研究

周沙溆

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法中“重教輕學(xué)”現(xiàn)象在《流體力學(xué)》課程教學(xué)中的局限性，作者提出新的以引導(dǎo)自學(xué)為主的課程教學(xué)方法。通過上好第一課和強(qiáng)調(diào)“前車之鑒”讓學(xué)生具有主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)。安排自學(xué)內(nèi)容由淺到難，保證學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)及教授學(xué)生正確的分析問題方法教會(huì)學(xué)生自學(xué)，并讓學(xué)生養(yǎng)成自學(xué)習(xí)慣。這種新型教學(xué)方法使得大部分學(xué)生學(xué)習(xí)和分析問題的能力得到有效提高，并取得較好的教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞： 流體力學(xué) 教學(xué)方法 教學(xué)改革 自學(xué)方法

教育是一個(gè)國(guó)家的立國(guó)之本，我國(guó)自春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有先賢孔子開始教書育人。然而在我國(guó)傳統(tǒng)教學(xué)中往往以教師作為主體，重教而輕學(xué)，教師在課堂上使出各種方法強(qiáng)化教學(xué)效果，而對(duì)學(xué)生的“學(xué)”重視不足，甚至視而不見。對(duì)于很多學(xué)科而言，這種教學(xué)方式對(duì)于學(xué)生掌握知識(shí)情況的改善確實(shí)有顯著的效果，但是對(duì)于《流體力學(xué)》課程，這種教學(xué)方式影響十分有限。究其原因主要有：1.課程對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高；2.概念理解困難，費(fèi)時(shí)；3.公式多且難，學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)學(xué)生處在課后不學(xué)、課上不聽或聽也聽不懂的狀態(tài)時(shí)，教師的諸多課堂教學(xué)手段在實(shí)施時(shí)就像沒有觀眾的表演一樣是達(dá)不到良好教學(xué)效果的。正是由于《流體力學(xué)》課程的這種特性，使得教學(xué)中的“學(xué)”在該課程的教授過程中顯得越來越重要。這里的“學(xué)”，不應(yīng)僅僅是傳統(tǒng)教學(xué)方式中，學(xué)生在課堂上被動(dòng)接受，而應(yīng)包含課外自主學(xué)習(xí)。通過對(duì)過往學(xué)生學(xué)習(xí)情況的了解，有良好自學(xué)習(xí)慣和自學(xué)方法得當(dāng)?shù)膶W(xué)生往往《流體力學(xué)》課程成績(jī)優(yōu)于沒有自學(xué)習(xí)慣的學(xué)生。正因如此，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好自學(xué)習(xí)慣和教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)選擇恰當(dāng)?shù)淖詫W(xué)方法在《流體力學(xué)》的教學(xué)中顯得尤為重要。為了達(dá)到以上教學(xué)目的，需對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行如下調(diào)整。

一、讓學(xué)生具有主動(dòng)自學(xué)的意愿

要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，首先要讓學(xué)生有自學(xué)的意愿，較常用的有以下兩種方法。

1.上好第一堂課。

“第一印象效應(yīng)”是婦孺皆知的一種心理效應(yīng)，在日常生活中經(jīng)常用到，如面試者注意儀表，為官者的“下馬威”等。這個(gè)道理在流體力學(xué)教學(xué)中同樣適用。聰明的教師通常特別注意教授第一堂課，這樣更容易引起學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。針對(duì)工程流體力學(xué)的第一堂課，教師最好避免采用過于生硬的公式或太理論化的概念進(jìn)行教授，可將現(xiàn)實(shí)中的一些有趣現(xiàn)象與課程進(jìn)行聯(lián)系或提及一些與課程有關(guān)且同學(xué)們感興趣的問題。這一點(diǎn)得到很多教師的共識(shí)，如上海交通大學(xué)的丁祖榮教授在其《流體力學(xué)》公開課中就以高爾夫球?yàn)槭裁床徊捎霉饣砻?、汽車的形狀怎樣最?yōu)等幾個(gè)有趣的例子將看不見、摸不著的力與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系在一起，使得學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)流體力學(xué)充滿期待。“興趣是最好的老師”，有了興趣之后學(xué)生自然愿意投入精力學(xué)習(xí)。

2.重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“前車之鑒”。

這里的“前車之鑒”當(dāng)然可以指流體力學(xué)考試的一次通過率較低和流體力學(xué)成績(jī)普遍偏低的現(xiàn)實(shí)，但是事實(shí)證明，這種“前車之鑒”對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性效果并不顯著，反而容易引起部分學(xué)生的畏懼心理，不利于學(xué)生自學(xué)積極性的提高。通常來講最好的辦法就是對(duì)比平時(shí)喜歡學(xué)習(xí)和善于自學(xué)的同學(xué)與平時(shí)沒有自學(xué)習(xí)慣且學(xué)習(xí)態(tài)度不端正的同學(xué)進(jìn)行對(duì)比，通過兩類同學(xué)在這門課程上取得的不同學(xué)習(xí)效果使得學(xué)生意識(shí)到自學(xué)對(duì)于流體力學(xué)課程的重要性。

當(dāng)然以上兩種方法在增強(qiáng)學(xué)生自學(xué)意識(shí)上第一種效果更佳，但過于依賴學(xué)生興趣會(huì)使學(xué)生對(duì)后續(xù)課程的趣味性要求提高，反而不利于理論部分的教學(xué)，所以教師在課程上應(yīng)盡可能將兩種方法結(jié)合，以期達(dá)到最佳效果。

二、讓學(xué)生學(xué)會(huì)流體力學(xué)課程的自學(xué)方法

僅有自學(xué)意識(shí)和自學(xué)動(dòng)力對(duì)于流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，受制于中國(guó)基礎(chǔ)教育，我國(guó)進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)生多半擅長(zhǎng)記憶，而不是對(duì)公式概念的理解和運(yùn)用。記憶固然重要，但是僅擅長(zhǎng)記憶對(duì)于流體力學(xué)課程自學(xué)而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。于是很多高校教師面臨的問題除了專業(yè)知識(shí)的教授外，還多了本應(yīng)在中小學(xué)教育中教授的自學(xué)方法。為了使學(xué)生學(xué)會(huì)力學(xué)課程的自學(xué)方法，在教學(xué)中要注意以下幾點(diǎn)。

1.由淺到難。

所謂的由淺到難即留給學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容難度應(yīng)由淺到難。有的老師為了提高學(xué)生自學(xué)能力，只要是自己不感興趣的章節(jié)或自認(rèn)為不重要的章節(jié)統(tǒng)統(tǒng)不講解，完全留給學(xué)生自我消化。這樣的方法固然能夠極大地促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力的提高，然而僅對(duì)本身自學(xué)能力較強(qiáng)的學(xué)生有效。這種教學(xué)方式對(duì)于重點(diǎn)院校的本科生，其差異性表現(xiàn)不明顯，但對(duì)于大多數(shù)普通院校的學(xué)生而言，只有少數(shù)學(xué)生適應(yīng)這種教學(xué)方式，大多數(shù)學(xué)生則會(huì)因?yàn)殡y度過大而過早喪失學(xué)習(xí)興趣。因此教師在教授過程中，可先留一些較簡(jiǎn)單的問題讓學(xué)生自學(xué)，等學(xué)生習(xí)慣自學(xué)且達(dá)到一定自學(xué)能力后再將部分較復(fù)雜的理論推導(dǎo)留給學(xué)生。

2.保證課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)。

自學(xué)能力不是一蹴而就，掌握方法就能立即提高的，需要不斷地練習(xí)。對(duì)于流體力學(xué)這門課程而言，其學(xué)習(xí)過程也需要循序漸進(jìn)，因?yàn)榱黧w力學(xué)的課程內(nèi)容包含大量模型簡(jiǎn)化、理論推導(dǎo)、概念理解、公式運(yùn)用等需要大腦復(fù)雜加工的過程，一次的內(nèi)容接觸不足以使大腦完成所有的任務(wù)。因此要保證課程學(xué)習(xí)質(zhì)量，對(duì)課程內(nèi)容的反復(fù)斟酌是必不可少的過程。通常要使得該課程學(xué)習(xí)效果最佳，除了上課聽教師的講解外，課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)對(duì)于學(xué)生而言也是必不可少的。學(xué)生課前預(yù)習(xí)的主要目的是貫穿課堂知識(shí)點(diǎn)，整體把握課程內(nèi)容的難點(diǎn)和自己不容易理解的。為促使學(xué)生養(yǎng)成課前預(yù)習(xí)習(xí)慣，教師除了在第一堂課調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣外，還可在前一次課堂上布置少量預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生下一次課進(jìn)行回答，但主要還是依靠學(xué)生的自覺性。而課后復(fù)習(xí)的主要目的是加深學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和提高知識(shí)運(yùn)用能力。通常教師可以通過布置練習(xí)題的形式達(dá)到目的，偶爾可采用小測(cè)驗(yàn)的形式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行測(cè)試，通過測(cè)試可增強(qiáng)學(xué)生課后學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

3.教會(huì)思考，舉一反三。

上述兩點(diǎn)都是教師使學(xué)生了解怎樣有效自學(xué)的引導(dǎo)手段，而流體力學(xué)不同于其他學(xué)科自學(xué)的真正關(guān)鍵之處則在于教會(huì)學(xué)生如何思考。

不同于諸多學(xué)科，流體力學(xué)的學(xué)習(xí)不僅僅依賴對(duì)公式和知識(shí)點(diǎn)的記憶，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用更重要。因此往往有些學(xué)生學(xué)習(xí)很用功，但是遇見問題總是無法自己解決，只能通過背題目的方式應(yīng)付考試。這種學(xué)生就是典型的學(xué)習(xí)方法不得當(dāng)，沒有學(xué)會(huì)思考。實(shí)際上，學(xué)習(xí)流體力學(xué)知識(shí)和其他力學(xué)課程類似，大部分知識(shí)點(diǎn)都不脫離假設(shè)、建模、公式推導(dǎo)和公式運(yùn)用的流程，學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)時(shí)只要能夠回答出“3W1H”，那么這個(gè)知識(shí)點(diǎn)就已經(jīng)掌握了。

那么這“3W1H”到底是什么呢？第一個(gè)“W”就是“When could I use it？”什么時(shí)候可以用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)？這就意味著學(xué)生在學(xué)習(xí)中一定要先弄清楚運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)的前提，力學(xué)當(dāng)中的很多概念都是在一定先決條件下得到的推理，因此對(duì)于這些知識(shí)點(diǎn)而言，其使用不得違背這些先決條件。第二個(gè)“W”就是“What problems could I solve？”我能夠解決什么問題，所有的知識(shí)都不是萬能的，它僅僅只是研究或解決某一類問題的方法或手段，流體力學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)很多體現(xiàn)的是各種物理量之間的關(guān)系，而這些關(guān)系決定了我們可以解決什么樣的問題。第三個(gè)“W”是“What situation should I use it？”什么情況下我應(yīng)該用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)？在運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)解決問題的時(shí)候，一個(gè)問題往往有很多種解決思路，不同的物理量之間有多種表示關(guān)系的公式，選用公式的時(shí)候一定要找準(zhǔn)問題的關(guān)鍵點(diǎn)，最終選擇合適的公式或運(yùn)用正確的知識(shí)點(diǎn)解決問題。最后一個(gè)“H”，指的是“How should I use it？”我怎么用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。選擇了正確的知識(shí)點(diǎn)并不意味著你就會(huì)用了，什么地方我們?cè)摵雎缘?，什么地方要補(bǔ)充其他知識(shí)點(diǎn)，都是需要考慮的問題。通過將各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行組合，分析他們的邏輯、數(shù)學(xué)或物理等關(guān)系，最終才能解決要求的問題。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：假設(shè)現(xiàn)要求某處的靜水壓力，這個(gè)題目只涉及單一的知識(shí)點(diǎn)。我們首先要分析，靜水壓力是什么？什么情況下才有？靜水壓力的求救問題屬于水靜力學(xué)部分的知識(shí)點(diǎn)，也就是當(dāng)液體處于靜止?fàn)顟B(tài)或相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，靜水壓力才存在。第二步，則要分析靜水壓力這個(gè)知識(shí)點(diǎn)能解決什么問題或與其他的物理量之間有什么關(guān)系。顯然和靜水壓力相關(guān)的有靜水壓強(qiáng)和作用面積，壓強(qiáng)乘以面積即壓力，那么我們現(xiàn)在的思路出來了，要解決靜水壓力的問題首先要了解靜水壓強(qiáng)和液體作用面積的情況，現(xiàn)在問題變?yōu)榱丝检o水壓強(qiáng)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。第三步，什么情況下我應(yīng)該運(yùn)用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)？由于這個(gè)問題較簡(jiǎn)單，解題思路清晰，因此對(duì)于該題這一步可以跳過。最后就是怎樣用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)靜水壓強(qiáng)的特性，其方向都是垂直于作用面，任一點(diǎn)處各方向上的靜水壓強(qiáng)大小相等，各點(diǎn)處?kù)o水壓強(qiáng)大小不同。因此我們知道對(duì)于該物體的靜水壓力不能直接用某一點(diǎn)的壓力乘以物體的面積而應(yīng)該將物體上每一微面積上的靜水壓強(qiáng)與面積乘積計(jì)算得出各微面積上的靜水壓力再進(jìn)行矢量加和。這樣這個(gè)問題的思路就完整了。當(dāng)然對(duì)于這個(gè)思路來講只能保證將所有問題都分析清楚。在實(shí)際解題過程中，學(xué)生還要在不違背以上各物理量關(guān)系的前提下，想想能不能找到簡(jiǎn)化的方法，如果有，思考為什么可以這樣簡(jiǎn)化，該簡(jiǎn)化方法有沒有局限性。

以上就是我們學(xué)習(xí)和分析流體力學(xué)問題的基本思路。該思路貌似復(fù)雜，但當(dāng)學(xué)生按照該過程接受了一定量的練習(xí)之后，便可以快速分析出某一流體力學(xué)問題的關(guān)鍵。同時(shí)，這個(gè)過程對(duì)于學(xué)生的自學(xué)也是至關(guān)重要的。只有真正學(xué)會(huì)這樣思考的同學(xué)，才可能避免題海戰(zhàn)術(shù)，對(duì)任一知識(shí)點(diǎn)都可以做到舉一反三。這樣的自學(xué)過程不僅是對(duì)學(xué)生自學(xué)能力的鍛煉，而且是對(duì)學(xué)生分析問題能力的鍛煉。而這種綜合邏輯分析問題的思路不僅在流體力學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)需要，對(duì)于其他的如數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等很多理工科課程也是必不可少的。然而在現(xiàn)有的基礎(chǔ)教育和高等教育中往往缺少的就是分析問題方法的教育，更多的是讓學(xué)生通過數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)無意識(shí)地培養(yǎng)邏輯分析能力。

三、讓學(xué)生養(yǎng)成自學(xué)習(xí)慣

自學(xué)動(dòng)力有了，學(xué)習(xí)方法也掌握之后，要使學(xué)習(xí)效果得到充分體現(xiàn)就需要學(xué)生持之以恒，真正將自學(xué)變?yōu)樽约毫?xí)慣的一部分。對(duì)于這一點(diǎn)而言，主要靠學(xué)生本身的自覺性，但是老師也可以給其少量外部刺激，促使學(xué)生養(yǎng)成這種習(xí)慣，如課后布置作業(yè)，定期小測(cè)驗(yàn)，甚至可以通過舉行類似于結(jié)構(gòu)大賽的流體力學(xué)興趣大賽等形式提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促使其自學(xué)。

通過如上教學(xué)方法改革，我所帶班級(jí)的學(xué)生對(duì)流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)熱情普遍提高，同時(shí)分析解決問題能力得到增強(qiáng)。但是這種教學(xué)方法也存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即過分依賴學(xué)生自覺性，對(duì)于少部分沒有自學(xué)習(xí)慣且學(xué)習(xí)態(tài)度不好的學(xué)生不僅沒有促進(jìn)其學(xué)習(xí)而且使得個(gè)別學(xué)生為自己的缺勤找到了充分理由。學(xué)生的兩極分化現(xiàn)象更加明顯，雖然良好率提高了，但課程總淘汰率有小幅提高。

總體而言，該課程的教學(xué)方法改革是有意義且有成效的，但其中遇到的某些問題還需進(jìn)一步深化研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國(guó)正.培養(yǎng)自學(xué)能力引導(dǎo)學(xué)生成長(zhǎng)——淺談自學(xué)方法在學(xué)習(xí)過程中的滲透[J].新課程·上旬，2011，09：144-145.

[2]鄧克.機(jī)械類專業(yè)工程流體力學(xué)課程教學(xué)方法探討[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，06（26）：146-147.

[3]畢金杰.試論學(xué)習(xí)過程中心理障礙產(chǎn)生的原因與對(duì)策[J].教學(xué)與管理，2012，10：19-20.

[4]楊艷清.學(xué)習(xí)過程中愉悅心理機(jī)制的構(gòu)建[J].職業(yè)技術(shù)教育（教學(xué)版），2006，17（27）：128-129.