流體力學(xué)類課程多元化教學(xué)方法探索

金光遠(yuǎn) 宋春芳 袁方洋 王東祥

摘 ?要 就高校本科工程教育中機(jī)械工程專業(yè)的主要專業(yè)課程流體力學(xué)類課程在傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端，對(duì)多元化教學(xué)理念和教學(xué)方法進(jìn)行探討，分析流體力學(xué)類課程多元化教學(xué)形式及策略。

關(guān)鍵詞 工程教育;流體力學(xué);多元化教學(xué);思維教育

中圖分類號(hào)：G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）13-0104-02

1 流體力學(xué)類課程教學(xué)現(xiàn)狀

在機(jī)械工程專業(yè)主干專業(yè)課程中，流體力學(xué)類課程是主干課程之一，主要包括流體力學(xué)、化工原理和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析等課程。該類課程是聯(lián)系前期高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁和紐帶，在學(xué)生能力培養(yǎng)和知識(shí)體系構(gòu)建過程中起著承上啟下的作用[1]。隨著近幾年我國(guó)高校本科工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的開展，為了應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化帶來的工程人才國(guó)際流動(dòng)的需求，對(duì)提高高校本科工程教育教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)創(chuàng)新人才提出更高要求，然而目前工程教育教學(xué)模式中傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在諸多弊端。

1）課堂教學(xué)仍是學(xué)生獲得知識(shí)的主要途徑，而課堂教學(xué)方法普遍較單一，以課堂講授為主，大部分教師注重的是傳道、授業(yè)、解惑，過于強(qiáng)調(diào)課堂教學(xué)的信息量，還沒有充分挖掘教學(xué)內(nèi)容中的活動(dòng)因素，師生課堂中雙向互動(dòng)還不夠，尚不能充分引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地思考問題、解決問題，課后欠缺及時(shí)的溝通。

2）現(xiàn)有教學(xué)方法與課程深度存在一定的矛盾。流體力學(xué)類課程內(nèi)容多且抽象，涉及的物理知識(shí)概念性強(qiáng)。如流體力學(xué)課程中的動(dòng)量和能量守恒定律等公式推導(dǎo)繁雜，基本概念的講解和方程各種變形應(yīng)用闡述受學(xué)時(shí)影響，學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)接受并靈活應(yīng)用，教師在有限的課時(shí)內(nèi)對(duì)課程內(nèi)容較難做太多延伸，學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)加重，學(xué)習(xí)興趣降低。

3）教學(xué)方法與創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在矛盾。目前以教師、教材和課堂為中心的模式，其優(yōu)勢(shì)在于能夠突出理論傳授的系統(tǒng)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授與灌輸，但不利于發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、積極性和創(chuàng)造性，沒有發(fā)揮學(xué)生的認(rèn)知主體作用，不利于培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獨(dú)立思考、發(fā)表獨(dú)創(chuàng)性見解及培養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

4）現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)難以滿足學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)工程應(yīng)用的需要。教學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)課程講授內(nèi)容的掌握，而缺乏對(duì)知識(shí)應(yīng)用的拓展，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)不足，學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)拓展應(yīng)用的掌握不足，難以有效支持其畢業(yè)后應(yīng)對(duì)工作中分析問題和解決專業(yè)問題的需要。

2 多元化教學(xué)教育理念及作用

隨著智能化時(shí)代即工業(yè)4.0時(shí)代的到來，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人及智能工廠逐步進(jìn)入教育領(lǐng)域，一方面給教育的繁榮提供了技術(shù)支持，另一方面提出新的挑戰(zhàn)。為了迎接挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)跨越，響應(yīng)智能化時(shí)代的教育變革，需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育理念，樹立以學(xué)生為中心、跨學(xué)科及終身教育等理念，喚醒學(xué)生的創(chuàng)造激情[2-4]。愛因斯坦曾經(jīng)指出：“提出一個(gè)問題，往往比解決一個(gè)問題更重要，因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問題也許僅是一個(gè)數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技能而已;而提出問題卻需要有創(chuàng)造性的想象力?！盵5]歐美高校在教學(xué)中注重激發(fā)學(xué)生的問題意識(shí)，倡導(dǎo)多元化、發(fā)散性思維[3]。教師首要任務(wù)是在課堂上引導(dǎo)學(xué)生思考，引發(fā)問題討論，不是一味地灌輸陳述性、事實(shí)性的知識(shí)，角色由過去的“傳道—授業(yè)—解惑”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔虻馈髽I(yè)—生惑”。

多元化教學(xué)中以學(xué)生為中心的教育理念，把思維教育納入高校本科教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生從做中學(xué)，并應(yīng)用彈性化為特征的教學(xué)管理，是高等教育改革的啟明燈。思維教育的核心就是學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)知識(shí)，還要學(xué)會(huì)如何獲取知識(shí)，更要掌握如何有效運(yùn)用知識(shí)，它具有問題性、獨(dú)立性、參與性、合作性等基本特征。在多元化教學(xué)中，教師以理論、實(shí)踐、應(yīng)用、現(xiàn)代和信息化的教育形式，把思維教育貫穿整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，使之成為一種動(dòng)態(tài)的教學(xué)模式。

現(xiàn)代教育學(xué)研究表明，學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷自我構(gòu)建的結(jié)果，而不是外塑的結(jié)果。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教學(xué)是知識(shí)復(fù)制的過程，在幫助學(xué)生快速構(gòu)建知識(shí)框架的同時(shí)，也將教師的思維和知識(shí)復(fù)制給了學(xué)生，較少給予學(xué)生獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)和權(quán)利，以致不足以培養(yǎng)具有發(fā)散性、批判性和創(chuàng)新性的能力。在工程教育中，構(gòu)建“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，教師由“關(guān)注知識(shí)”轉(zhuǎn)向“關(guān)注學(xué)生”，由知識(shí)的傳授者變?yōu)橹R(shí)構(gòu)建的引導(dǎo)者，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)悟道、求業(yè)，獨(dú)立思考并提出問題，由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)構(gòu)建知識(shí)。

以“從做中學(xué)”為特色的教學(xué)方法是美國(guó)著名教育學(xué)家杜威首先提出的，在西方國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。從“知行合一”思想出發(fā)，教師在課堂教學(xué)中只講授課程最基本、最核心的知識(shí)和技術(shù)，其他應(yīng)用性內(nèi)容則以實(shí)驗(yàn)性作業(yè)、課程作業(yè)等形式，把一系列不同難度和規(guī)模的課題布置給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生“從做中學(xué)”，同時(shí)為學(xué)生提供若干具有實(shí)際工程背景的研究課[3]?，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)展已表明，知識(shí)是在生命的維持與進(jìn)化中不斷發(fā)展的，因此，知識(shí)的獲得不是個(gè)體“旁觀”的過程，而是一個(gè)“探究”的過程，這種“探究”過程既可以是科學(xué)家的科學(xué)研究模式，也可以是高等教育中的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)模式。

以彈性化為特征的教學(xué)管理，是尊重學(xué)生個(gè)性、自主性的又一措施。歐美課堂上的教學(xué)往往隨意、寬松、和諧和有序，教師認(rèn)為學(xué)生有自主選擇學(xué)習(xí)方式和時(shí)間的權(quán)利，不應(yīng)過多干涉，課堂適度彈性管理，在培養(yǎng)學(xué)生能夠全面發(fā)展的同時(shí)，可以更注重學(xué)生個(gè)性的發(fā)揮。這樣的彈性管理可以給學(xué)生提供多樣化的教育方式、更多的自主選擇性、更大的學(xué)習(xí)自由度，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力與創(chuàng)新能力，使學(xué)生成長(zhǎng)為富有個(gè)性和自主性的終身學(xué)習(xí)者。

3 多元化教學(xué)方法應(yīng)用策略

根據(jù)流體力學(xué)類課程教學(xué)實(shí)踐，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式上進(jìn)行創(chuàng)新、整合和優(yōu)化，運(yùn)用“啟發(fā)式”“對(duì)比分析式”和“多視角”等多元化課堂教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生悟道、求業(yè)和生惑，并利用小組討論、多媒體教學(xué)、應(yīng)用訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)操作、軟件應(yīng)用和創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽等作為輔助教學(xué)手段，改善教學(xué)效果，注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程和思維能力培養(yǎng)。

1）提倡以學(xué)生為中心的教育理念，采用啟發(fā)式教學(xué)，將引導(dǎo)學(xué)生思考、引發(fā)問題討論作為首要任務(wù)，不過分強(qiáng)調(diào)課堂教學(xué)的信息量，讓學(xué)生充分運(yùn)用自己擁有的知識(shí)和能力去正確比較、分析、綜合、判斷、概括、歸納和解決問題，探索結(jié)論[1]。一方面可以使學(xué)生開動(dòng)腦筋，積極思維;另一方面能開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生的思考能力，注重學(xué)生獨(dú)立意識(shí)和原創(chuàng)精神的熏陶。流體力學(xué)類課程涉及材料力學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、工程熱力學(xué)、高等數(shù)學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)，理解和應(yīng)用有一定困難。多采用案例對(duì)比分析，引導(dǎo)學(xué)生通過思考與對(duì)比增強(qiáng)所學(xué)各學(xué)科知識(shí)的連貫性，改善學(xué)習(xí)效果。

運(yùn)用小組討論、觀摩影像資料、創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情景等教學(xué)手段，利用相關(guān)軟件并考慮學(xué)生的素質(zhì)、才能、知識(shí)和個(gè)性等的差異性，從多視角出發(fā)，因材施教，采取不同的教學(xué)方法和策略，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力、獨(dú)立思考意識(shí)和創(chuàng)新思維。

2）運(yùn)用以“從做中學(xué)”為特色的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生通過動(dòng)口、動(dòng)手、動(dòng)腦參與教學(xué)全過程。正如教育學(xué)家波茲曼所指出的，“一旦你學(xué)會(huì)了如何問問題，你就學(xué)會(huì)了如何學(xué)習(xí)”，它能造就“一種迥然不同的、更為大膽和更富有潛力的智慧”。教學(xué)中注重引導(dǎo)學(xué)生合作，注重學(xué)生表達(dá)能力和協(xié)作精神的培養(yǎng)。結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)或課程作業(yè)，每位學(xué)生向教師口頭陳述，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)或作業(yè)進(jìn)展、遇到的問題及解決措施，并歸納出結(jié)論和體會(huì)，給出自我評(píng)價(jià)，同組學(xué)生再適當(dāng)補(bǔ)充。這樣做可以鍛煉學(xué)生的語言組織能力和總結(jié)歸納能力，逐步形成有獨(dú)立見解的個(gè)性品質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用COMSOL等軟件對(duì)流體工程問題進(jìn)行模擬與仿真并撰寫研究報(bào)告，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和知識(shí)運(yùn)用，鍛煉動(dòng)手能力和表達(dá)能力。在“做中學(xué)”的過程中，將理論研究、實(shí)驗(yàn)研究和仿真研究方法有機(jī)結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。

引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，通過教師教學(xué)和科研創(chuàng)新促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)流體力學(xué)等課程課堂內(nèi)外有機(jī)結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)、各類競(jìng)賽。在大創(chuàng)項(xiàng)目中，課題組教師可組織相關(guān)的學(xué)生開發(fā)與設(shè)計(jì)相關(guān)的流體工程類設(shè)備，并在此期間每周進(jìn)行課題進(jìn)展討論，分配每階段的任務(wù)并進(jìn)行指導(dǎo)。教學(xué)與科研被譽(yù)為高校的兩個(gè)中心，鼓勵(lì)學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目，使學(xué)生可以從高水平的科學(xué)研究中和教師的教學(xué)改革中受益，使得科技創(chuàng)新、科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果融入課程教學(xué)之中，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的探究和創(chuàng)新意識(shí)。

4 結(jié)語

流體力學(xué)類課程是機(jī)械工程專業(yè)的專業(yè)主干課程，對(duì)這一類課程進(jìn)行有效改革，不但有助于教學(xué)質(zhì)量的提高和后續(xù)專業(yè)課程的教學(xué)，而且有助于機(jī)械工程專業(yè)工程教育認(rèn)證與國(guó)際接軌，滿足機(jī)械工程人才國(guó)際流動(dòng)的需求。流體力學(xué)類課程課堂教學(xué)方式改革，注重教師角色轉(zhuǎn)變，由“傳道—授業(yè)—解惑”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔虻馈髽I(yè)—生惑”，課堂教學(xué)以多元化為導(dǎo)向，注重學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)和發(fā)散思維訓(xùn)練，鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展和獨(dú)立見解，牢牢抓住以學(xué)生為中心的教育理念，把思維教育引入課堂教學(xué)，引入以“從做中學(xué)”為特色的教學(xué)方法，實(shí)施以彈性化為特征的教學(xué)管理，最終培養(yǎng)出新世紀(jì)的創(chuàng)新型人才，為我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)培養(yǎng)高質(zhì)量的人才。

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