以學(xué)生為主體的計(jì)算流體力學(xué)課程教學(xué)思考

章大海 周昌靜

教育模式在從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)換的過程中，如何去把握課堂上教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”之間的關(guān)系，己成為教育界同仁們共同關(guān)注的問題。教育的最終目的是讓學(xué)生在掌握前人積累的豐富知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展和創(chuàng)新。前蘇聯(lián)著名教育家蘇霍姆林斯基說：“只有能夠去激發(fā)學(xué)生進(jìn)行自我教育能力的教育才是真正的教育”[1]。現(xiàn)代社會(huì)信息瞬息萬變，教育者除教授知識(shí)外，更重要的是教給學(xué)生獲取知識(shí)的方法和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，由學(xué)生主動(dòng)去學(xué)習(xí)適合自己特點(diǎn)的課程。因此，學(xué)校的任務(wù)是研究如何向?qū)W生提供最好的服務(wù)，提供可以自由探索、自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，改變“以教師為主體”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，在先進(jìn)的教育科學(xué)理念的指引下，充分發(fā)揮現(xiàn)代化教育技術(shù)手段的作用，管理教學(xué)，組織教學(xué)，實(shí)施“以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式。

一 “以學(xué)生為主體”教學(xué)方式的內(nèi)涵

“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理論，目的是讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識(shí)的獲得過程，體驗(yàn)成功的喜悅，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性、自主性、創(chuàng)造性。教師應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的參與意識(shí)，為學(xué)生探究知識(shí)創(chuàng)設(shè)物理情境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師是知識(shí)的擁有者、傳授者，是教學(xué)過程中的絕對(duì)“權(quán)威”，學(xué)生則是“容器”，教師講課的主要教學(xué)手段和方法是如何將知識(shí)輸送到所謂的“容器”中去[2]。整個(gè)課堂上教師是主導(dǎo)者，是核心人物，而學(xué)生則是服從者;課堂是教師講，學(xué)生聽;教師寫，學(xué)生記。教學(xué)中，學(xué)生完全處于被動(dòng)狀態(tài)，主要依靠教師在進(jìn)行消極地學(xué)習(xí)。該方法嚴(yán)重影響了學(xué)生創(chuàng)造力和想象力的發(fā)揮，不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，這是與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性、自主性、獨(dú)立性教育目標(biāo)背道而馳的。教師應(yīng)是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者、組織者，應(yīng)該扮演引導(dǎo)者和參與者的角色，學(xué)生才是教學(xué)活動(dòng)的主體。因此，教師應(yīng)該在把握住“以學(xué)生為主體”的教育模式的內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，努力為學(xué)生創(chuàng)造一種探究學(xué)習(xí)的氣氛或情境，讓學(xué)生根據(jù)探究的目標(biāo)進(jìn)行探索、甚至猜測，由學(xué)生通過自己的努力去獲得最后的結(jié)論，讓學(xué)生真正成為整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中的主體。當(dāng)然了，“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理論并不意味著教師的指導(dǎo)沒有必要，教師不僅要幫助學(xué)生營造一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氣氛，更重要的是，教師在教學(xué)中應(yīng)起引導(dǎo)和導(dǎo)向的作用。讓學(xué)生獨(dú)立自主地進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)當(dāng)然重要，但是，為保證學(xué)生的探究和學(xué)習(xí)活動(dòng)順利進(jìn)行下去，教師的有效引導(dǎo)也是非常必要的。

二計(jì)算流體力學(xué)課程的特點(diǎn)

計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，以下簡稱為CFD）是通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，在時(shí)間和空間上通過數(shù)值解來定量的描述流場，從而達(dá)到對(duì)物理問題研究的目的的一門課程。CFD 可以作為一種研究工具去形象的展示流場的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從機(jī)理的角度解釋相應(yīng)流動(dòng)的特點(diǎn);也可以作為一種設(shè)計(jì)工具對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行預(yù)測，從而達(dá)到節(jié)省研發(fā)成本的目的?？傊?，CFD 在現(xiàn)代生活和工業(yè)生產(chǎn)中的很多方面已表現(xiàn)出了巨大的作用[3]。

計(jì)算流體力學(xué)是流體力學(xué)的一個(gè)分支，它不僅是一種有效的關(guān)于流動(dòng)和傳熱問題的研究手段，而且在幾十年的發(fā)展中，又自成體系而成為一門獨(dú)立的學(xué)科。CFD是建立在流體力學(xué)的基礎(chǔ)之上的，它的主要目的是求解微分方程，所以要學(xué)好這門課程，就要很好的掌握計(jì)算方法、偏微分方程的數(shù)值求解等課程的基本知識(shí)，同時(shí)，還要有很好的物理問題抽像簡化能力及對(duì)結(jié)果的各種處理分析能力，正是由于CFD課程的這種多學(xué)科交叉基礎(chǔ)的特點(diǎn)，所以將其設(shè)置為研究生課程，也正因?yàn)槿绱?，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，常感到該課程的理論性強(qiáng)、概念抽象、公式推導(dǎo)復(fù)雜等諸多難點(diǎn)。

三 碩士研究生階段的教學(xué)特點(diǎn)

碩士研究生階段專業(yè)課與本科專業(yè)課相比有深、廣、新、專等特點(diǎn)，同時(shí)還要更高層次地體現(xiàn)素質(zhì)教育的特點(diǎn)。所謂深，是指研究生課程應(yīng)對(duì)該課程所涉及到的領(lǐng)域具有更深的論證、探討與描述，以使學(xué)生對(duì)本學(xué)科有更深層次的理解。所謂廣，是指研究生課程所涉及的內(nèi)容應(yīng)比相應(yīng)的本科生課程涉及更廣泛的領(lǐng)域，特別是與本學(xué)科的交叉領(lǐng)域。所謂新，是指研究生課程的內(nèi)容應(yīng)主要反應(yīng)該領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的最新成果、最新的理論、觀點(diǎn)與研究方法。所謂專， 是指與本科生相比，研究生教育具有更強(qiáng)的專業(yè)性，是為科研、教育、企業(yè)、政府、社會(huì)等各個(gè)部門培養(yǎng)實(shí)用的高級(jí)專業(yè)人才。研究生專業(yè)課的內(nèi)容除了應(yīng)具有上述特點(diǎn)之外還必須在更高層次上體現(xiàn)素質(zhì)教育的特點(diǎn)，研究生的專業(yè)課教學(xué)必須在所有細(xì)節(jié)上都滲入素質(zhì)教育的思想，使學(xué)生能夠在自我培養(yǎng)、知識(shí)創(chuàng)新、思想表述、學(xué)術(shù)交流、協(xié)作精神、競爭意識(shí)等方面都有所提高。碩士研究生專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容不應(yīng)該全部都是完全成熟了的經(jīng)典的理論與方法， 而是要讓學(xué)生了解本領(lǐng)域正在發(fā)展著的、有爭議的、探索性的觀點(diǎn)、假說、設(shè)計(jì)思想、研究思路、實(shí)驗(yàn)方法，等等。這就要求學(xué)生具有自主的、批判與選擇的能動(dòng)性;具有能夠發(fā)現(xiàn)問題，研究問題和解決問題的能力;具有將所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行能動(dòng)比較，融匯貫通和總結(jié)提高的能力;具有將所選定的研究方向和現(xiàn)有條件相結(jié)合并歸納與提煉出研究課題的能力。

碩士研究生一般都經(jīng)過了完整的本科四年教育，大多數(shù)為本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的優(yōu)秀畢業(yè)生。他們大都較好地掌握了學(xué)習(xí)方法，特別是自學(xué)方法，并已養(yǎng)成了刻苦鉆研的習(xí)慣。這一群體不但已初步掌握了本專業(yè)的最基本的理論基礎(chǔ)、基本概念，還掌握了在這一領(lǐng)域工作的基本方法與基本原則。具有了在本領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)技術(shù)研究或工程設(shè)計(jì)的基本素質(zhì)。同時(shí)，這一群體的成員都經(jīng)歷過嚴(yán)格的畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作與答辯過程，具有一定的獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。因此，碩士研究生到了專業(yè)課學(xué)習(xí)階段，已具備了“學(xué)生主體”模式的教學(xué)條件。

四 在教學(xué)和考試中應(yīng)體現(xiàn)“以學(xué)生為主體”

研究生階段的教學(xué)不同于本科階段及其之前階段的教學(xué)方式，前者以“研”為主，后者則以“學(xué)”為主，所以研究生教學(xué)應(yīng)以研究為導(dǎo)向，以創(chuàng)新或者說研究成果的數(shù)量和質(zhì)量為評(píng)判優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

1 教學(xué)方法的改變

培養(yǎng)研究生檢索文獻(xiàn)和自主學(xué)習(xí)的能力是實(shí)施“以學(xué)生為主體”教學(xué)方式的第一步。文獻(xiàn)檢索是研究生從事科學(xué)研究的最重要環(huán)節(jié)?？茖W(xué)研究是具有連續(xù)性和繼承性的，尤其是對(duì)剛從事研究性學(xué)習(xí)的學(xué)生，查找文獻(xiàn)資料，掌握某一研究領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)是進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的第一步，這一步進(jìn)行得好壞直接關(guān)系到以后一系列的研究活動(dòng)。因此，在計(jì)算流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，教師可通過布置“文獻(xiàn)檢索”作業(yè)，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好或課題方向查閱最新的中文或外文文獻(xiàn)，寫出此方向的文獻(xiàn)綜述;并鼓勵(lì)學(xué)生整理成科技論文向國內(nèi)外相關(guān)科技刊物投稿，并爭取發(fā)表。研究生通過這樣的學(xué)習(xí)鍛煉，能提高他們的文獻(xiàn)檢索和總結(jié)提煉的能力，可為他們將來進(jìn)行科研和撰寫畢業(yè)論文奠定一定的基礎(chǔ)。

開展課題研討活動(dòng)，培養(yǎng)研究生解決問題的實(shí)際能力及口頭匯報(bào)能力是實(shí)施“以學(xué)生為主體”教學(xué)方式的關(guān)鍵。為達(dá)到此目的，教師在教學(xué)中可以將3～4 名研究生分為一個(gè)討論小組，為每個(gè)小組布置不同的研究課題，讓學(xué)生們?cè)谡J(rèn)真研究和理解文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，找出具體的切入點(diǎn)深入研究，并在課堂上分批次的匯報(bào)各自小組的研究內(nèi)容，包括物理問題的簡化，數(shù)學(xué)模型的建立，具體的求解過程及參數(shù)設(shè)置，以及結(jié)果的詳細(xì)分析及討論。在課堂上，每個(gè)研究生還可有選擇性地匯報(bào)各自文獻(xiàn)檢索結(jié)果的綜述，把自己感興趣的和有深刻理解的專題進(jìn)行講解，其他的學(xué)生也可以現(xiàn)場提問，這樣，研究生在匯報(bào)和回答提問的過程中，他們的理解能力和表達(dá)能力也都同時(shí)得到了鍛煉.

2 考核方式的改變

在選修課的學(xué)習(xí)中，如果仍然采取傳統(tǒng)的閉卷考試作為課程考評(píng)方式的話，就很難看到創(chuàng)新的教學(xué)改革手段體現(xiàn)在研究生身上的效果，因此，在課程的考核方法上應(yīng)大膽改革，比如考核內(nèi)容和成績可如此規(guī)定：在100分的總成績中，報(bào)告占50分。其中，對(duì)理論和方法的理解是否全面、準(zhǔn)確和深刻占30分;講述是否清晰和是否引人入勝占 10 分;講解過程是否結(jié)合現(xiàn)代化媒體手段（如 POWERPOINT，F(xiàn)LASH）占10分，同時(shí)對(duì)積極提問和踴躍發(fā)言者適當(dāng)加分;文獻(xiàn)檢索作業(yè)占 10分，對(duì)檢索較多外文文獻(xiàn)的學(xué)生，如文獻(xiàn)內(nèi)容新穎，且緊跟科技發(fā)展的，可給予加分，而少交或遲交作業(yè)者則酌情扣分;FLUENT 軟件實(shí)例計(jì)算作業(yè)占 20 分，要求有詳細(xì)的前處理網(wǎng)絡(luò)模型和詳細(xì)的結(jié)果處理分析，并且對(duì)總結(jié)成科技論文在優(yōu)秀刊物上發(fā)表者給予加分;期末論文投稿占20分，要求按標(biāo)準(zhǔn)科技論文格式書寫，內(nèi)容要詳實(shí)、全面和觀點(diǎn)獨(dú)到，并以優(yōu)秀論文發(fā)表篇數(shù)和刊物水平作為加分依據(jù)[4]。以上課程考核措施的制定，都是以調(diào)動(dòng)研究生學(xué)習(xí)計(jì)算流體力學(xué)課程的積極性為首要前提，旨在提高他們的科技論文寫作能力和解決流動(dòng)傳熱實(shí)際問題的能力。

總之，“以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式的實(shí)施是一個(gè)長期的、循序漸進(jìn)的過程。在此過程中，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)諸如教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)進(jìn)度和學(xué)時(shí)調(diào)整等一系列新問題，這就要求任課教師要具有堅(jiān)定不移的決心和高度負(fù)責(zé)的責(zé)任心，要以提高研究生的競爭力和生命力為己任，要不斷創(chuàng)新、開拓和探索更加有效的教學(xué)手段和方法。另一方面，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該鼓勵(lì)和支持對(duì)研究生課程的改革，研究生教學(xué)管理部門應(yīng)承認(rèn)并獎(jiǎng)勵(lì)教師在實(shí)施教學(xué)改革中增加的學(xué)時(shí)數(shù)量，在政策和經(jīng)濟(jì)上給予支持，創(chuàng)造有利于實(shí)施教學(xué)改革的環(huán)境和氛圍，從而使之得到不斷的深入和完善。

參考文獻(xiàn)

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