風(fēng)沙物理學(xué)課程教學(xué)改革的探索

張寧寧 嚴(yán)加坤

摘要：本文針對《風(fēng)沙物理學(xué)》課程學(xué)習(xí)中存在的困難，從學(xué)科思想認(rèn)識(shí)、理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)三方面對該課程的教學(xué)方法進(jìn)行研究探索，提出在明確“風(fēng)沙物理學(xué)”的基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，從優(yōu)化課程內(nèi)容，完善課程體系、改進(jìn)教學(xué)方式和手段、引入科研內(nèi)容，以科研促進(jìn)教學(xué)三方面進(jìn)行理論教學(xué)改革，并結(jié)合本校特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)改革，以此達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：風(fēng)沙物理學(xué);教學(xué)改革;探索

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2019）18-0148-02

《風(fēng)沙物理學(xué)》是水土保持與荒漠化防治專業(yè)本科生教學(xué)中的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是以流體力學(xué)的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用力學(xué)和物理學(xué)系統(tǒng)研究風(fēng)和各種沙質(zhì)地表的相互作用機(jī)理及其風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)[1]。本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生擁有較好的數(shù)理知識(shí)，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握風(fēng)和沙物質(zhì)的基本性質(zhì)、風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律、風(fēng)沙地貌的形式和發(fā)展、土壤風(fēng)蝕的觀測和計(jì)算、沙塵暴運(yùn)動(dòng)以及風(fēng)沙物理學(xué)研究的方法，為風(fēng)沙物理學(xué)的研究奠定基礎(chǔ)，進(jìn)一步指導(dǎo)沙漠化防治工作，對學(xué)生本科階段專業(yè)知識(shí)的掌握、未來繼續(xù)學(xué)習(xí)深造以及工作都有深遠(yuǎn)的影響[2-3]。然而大多數(shù)學(xué)生在本課程學(xué)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，因其對良好數(shù)學(xué)和物理功底的基礎(chǔ)要求，該課程的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)存在一定的困難。另外，由于該課程基本以課堂教學(xué)為主，因此在風(fēng)沙物理學(xué)研究方法的學(xué)習(xí)上存在對實(shí)踐能力的訓(xùn)練不足的問題。然而本校在該課程的培養(yǎng)方案中并未開展實(shí)驗(yàn)和課程實(shí)習(xí)內(nèi)容，這也直接造成實(shí)踐教學(xué)方面的嚴(yán)重欠缺。針對這些問題，本人對《風(fēng)沙物理學(xué)》從學(xué)科思想認(rèn)識(shí)、理論實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)三方面的教學(xué)方法進(jìn)行研究探索，以增強(qiáng)教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到高效教學(xué)的目的。

一、明確“風(fēng)沙物理學(xué)”的基本性質(zhì)

了解一個(gè)學(xué)科，首先要明確一個(gè)學(xué)科的及基本性質(zhì)。風(fēng)沙物理學(xué)是流體力學(xué)理論和沙漠學(xué)研究與實(shí)踐融合發(fā)展的產(chǎn)物[4]。以各種風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)為研究對象，通過風(fēng)、沙兩相流相互作用，研究有關(guān)地表的風(fēng)蝕、沙物質(zhì)的風(fēng)力搬運(yùn)、沉積和因之形成的各種地貌形態(tài)之物理機(jī)制，以及風(fēng)沙危害防治工程設(shè)計(jì)的物理學(xué)原理等內(nèi)容[5]，它既是沙漠地貌學(xué)研究的一部分，又是多相流研究的一個(gè)重要分支，是一門介于風(fēng)沙地貌學(xué)與流體學(xué)之間的邊緣科學(xué)[6]。它融物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、氣象學(xué)、地質(zhì)地貌學(xué)與工程學(xué)等于一體。因此，該學(xué)科要求授課教師時(shí)刻關(guān)注相關(guān)學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)，與時(shí)俱進(jìn)，時(shí)刻更新自己的課堂理論教學(xué)內(nèi)容，緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐。

二、理論教學(xué)改革的探索

在明確了《風(fēng)沙物理學(xué)》這門學(xué)科是多學(xué)科交叉的性質(zhì)基礎(chǔ)上，本人在課堂理論教學(xué)上進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

（一）優(yōu)化課程內(nèi)容，完善課程體系

“風(fēng)沙物理學(xué)”開設(shè)在第五學(xué)期，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)具備高等數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、沙漠學(xué)概論等知識(shí)基礎(chǔ)，但因該課程融物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、氣象學(xué)、工程學(xué)和地質(zhì)地貌學(xué)等為一體，因此在教學(xué)中會(huì)涉及到許多以前已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)點(diǎn)，或以已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，因此在課程設(shè)計(jì)過程中，發(fā)揮我們學(xué)校設(shè)置教研室的優(yōu)勢，與開設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)課程的教師進(jìn)行交流討論，以優(yōu)化課程內(nèi)容，選擇性的弱化課程中的部分內(nèi)容，以增加重要知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)課時(shí)。同時(shí)，針對物理學(xué)和力學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不扎實(shí)的問題，適當(dāng)增加了流體力學(xué)方面的教學(xué)課時(shí)，以幫助學(xué)生回顧已學(xué)的知識(shí)，進(jìn)一步理解該課程中的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)。

另外，每本教材的編著都會(huì)結(jié)合自身的教學(xué)和科學(xué)研究情況以及考慮本校學(xué)生的特點(diǎn)，而風(fēng)沙物理學(xué)的專業(yè)教材目前僅有一本。因此，在教學(xué)過程中，為學(xué)生篩選推薦了其他相關(guān)性較強(qiáng)的教材，以幫助學(xué)生學(xué)會(huì)采眾家之長以融會(huì)貫通。

（二）改進(jìn)教學(xué)方式和手段

傳統(tǒng)的教學(xué)過程，以教師講授為主，尤其是專業(yè)性較強(qiáng)的課程。而越是難度較大的課程，教師講授的內(nèi)容越多，反而學(xué)生學(xué)習(xí)起來越困難，學(xué)習(xí)興趣也會(huì)逐漸降低。因此本課程嘗試增加師生互動(dòng)式教學(xué)方法，以喚起學(xué)生對課程內(nèi)容的興趣，效果良好。在教學(xué)中，運(yùn)用講授、提問、討論、專題講座等形式進(jìn)行教學(xué)開展。每節(jié)課開始會(huì)利用5分鐘的時(shí)間，給學(xué)生提出一個(gè)本節(jié)課的核心問題，讓學(xué)生們討論，查閱（利用現(xiàn)代學(xué)生均帶手機(jī)上課的習(xí)慣），然后帶著這個(gè)問題開始課程，以吸引學(xué)生的注意力，這對于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣有很重要的作用。

此外，利用多媒體等現(xiàn)代教學(xué)設(shè)施教學(xué)，注重動(dòng)態(tài)影像資料的使用，對風(fēng)沙起動(dòng)、風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)，渦流的形成等多媒體動(dòng)畫的制作和風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)的影像資料進(jìn)行講解，同時(shí)在黑板上進(jìn)行傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)圖的板書設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)板書+多媒體的同步式教學(xué)，這可以增加學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解和系統(tǒng)梳理，提高每節(jié)課的教學(xué)質(zhì)量。

（三）引入科研內(nèi)容，以科研促進(jìn)教學(xué)

本課程開設(shè)于第五學(xué)期，在這個(gè)階段，大部分的學(xué)生們已經(jīng)開始規(guī)劃自己的未來，對于我們這種普通本科院校，大部分的學(xué)生還是把考研作為首要的選擇，因此，課堂教學(xué)引入科研就變的順理成章，也是學(xué)生們最感興趣的內(nèi)容。推行研討式教學(xué)成為該課程學(xué)習(xí)的一個(gè)重要手段，例如對于風(fēng)沙物理學(xué)的研究方法的學(xué)習(xí)時(shí)，有選擇地介紹一些最新研究進(jìn)展，并將學(xué)生分小組進(jìn)行資料查閱、討論和匯報(bào)，這樣激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，更有助于學(xué)生深入領(lǐng)會(huì)風(fēng)沙物理學(xué)的基本原理，培養(yǎng)了學(xué)生未來開展科學(xué)研究的興趣。

三、實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)改革的探索

風(fēng)沙物理學(xué)屬于應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，并且大部分的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)都需要借助風(fēng)洞，而由于風(fēng)洞設(shè)備價(jià)格昂貴，對實(shí)驗(yàn)室各種要求較高，所以大部分學(xué)校并不具備風(fēng)洞試驗(yàn)的設(shè)備，這也直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)階段受到極大的限制。本課程教學(xué)中，也遇到了同樣的問題，并且我們學(xué)校因各方面的限制，直接沒有安排實(shí)驗(yàn)和課程實(shí)踐教學(xué)，這也給本課程的教學(xué)工作帶來了更大的挑戰(zhàn)。針對這個(gè)問題，在教學(xué)環(huán)節(jié)中，我利用學(xué)校地處毛烏素沙地南緣的地域優(yōu)勢，運(yùn)用學(xué)生可以經(jīng)常看到的自然現(xiàn)象為例進(jìn)行講解，并適當(dāng)添加一些小型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生課下自己動(dòng)手，課上進(jìn)行演示，以加深對課程的理解，并同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

同時(shí)，運(yùn)用一些風(fēng)信資料，讓學(xué)生們自己整理，在此過程中讓學(xué)生們深入理解風(fēng)沙物理學(xué)的理論知識(shí)，并學(xué)會(huì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的修改和自主設(shè)計(jì)，以獲得更好的觀測數(shù)據(jù)資料。同時(shí)在專業(yè)實(shí)習(xí)階段，與相關(guān)學(xué)科的教師交流，共同設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，盡可能的讓學(xué)生進(jìn)行多學(xué)科同時(shí)學(xué)習(xí)，以融會(huì)貫通，促進(jìn)本課程的學(xué)習(xí)。

總之，風(fēng)沙物理學(xué)是一門難講難學(xué)的課程，并具有研究范圍不斷擴(kuò)大和研究新成果多的特點(diǎn)，作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)生后續(xù)進(jìn)行專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有深遠(yuǎn)的影響。本文從本校學(xué)生學(xué)習(xí)遇到的問題入手，針對該學(xué)科的不同教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了思考，以此達(dá)到提高教學(xué)效果的目的，完成好“風(fēng)沙物理學(xué)”課程的教學(xué)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁國棟.風(fēng)沙物理學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2010.

[2]馬瑞，趙錦梅.《風(fēng)沙物理學(xué)》課程教學(xué)探索[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，31（8）：213-215.

[3]趙媛媛，丁國棟，高廣磊.梁希實(shí)驗(yàn)班“風(fēng)沙物理學(xué)”課程教學(xué)改革的探索[J].中國林業(yè)教育，2014，32（5）：45-47.

[4]董治寶，董光榮.風(fēng)沙物理學(xué)研究進(jìn)展與展望[J].大自然探索，1995，14（3）：30-38.

[5]劉世增，徐先英，詹科杰.風(fēng)沙物理學(xué)進(jìn)展及其在沙漠化防治中的應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào)，2017，35（3）：29-36.

[6]董治寶.中國風(fēng)沙物理研究五十年（Ⅰ）[J].中國沙漠.2005，25（3）：293-305.

Abstract：In view of the difficulties in the study of wind-sand physicsy，this study researchedand explored the teaching methods of this course from three aspects which was the subject ideological understanding，theoretical teaching and experimental and practical teaching.We put forward that we could carryout theoretical teaching reform from three aspects.They are optimizing the course content and improvig the course system，improving teaching methods and means and introducing scientific research content to promote teaching.In addition，we could carry out experimental and practical teaching reform combined with the characteristics of our universities.So we could achieve the goal of improving the teaching effects.

Key words：blown sand physics;teaching reform;exploring