啟發(fā)式教學在《流體力學》課程教學中的應用探索

韓洪興

摘? 要：《流體力學》作為解決各類實際流體及工程問題不可或缺的知識，已成為理工類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中非常重要的一門專業(yè)課程。為了促進大中專院校理工科學生對《流體力學》內(nèi)容的掌握，激發(fā)學生的學習興趣，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學效率，充分發(fā)揮教學技能和教學改革的優(yōu)勢，將啟發(fā)式教學法適時適景地融入《流體力學》的課程教學中。具體實施方案為：（1）調(diào)動學生的積極性，強調(diào)學習主體的積極參與;（2）啟發(fā)學生獨立思考和發(fā)散思維，開發(fā)學生的邏輯思維和創(chuàng)新能力;（3）啟發(fā)學生掌握具有活力的知識體系，將系統(tǒng)知識的學習與智力相融合，養(yǎng)成獨立解決問題的能力;（4）體現(xiàn)多角色課堂，發(fā)揚民主教學，引導師生雙向交流，營造和諧友善的課堂環(huán)境。

關鍵詞：啟發(fā)式教學法;流體力學;課程教學;理工專業(yè)

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）27-0084-04

Abstract： As an indispensable knowledge to solve all kinds of practical fluid and engineering problems， fluid mechanics has become a very important professional course in the training process of science and engineering professionals. In order to promote the students of science and engineering in colleges and universities to master the content of fluid mechanics， stimulate their interest in learning， improve the quality of personnel training and teaching efficiency， give full play to the advantages of teaching skills and teaching reform， the heuristic teaching method integrated into the course teaching of fluid mechanics become very important in a timely and appropriate way. The specific implementation programme is： （1）Mobilize the enthusiasm of students and emphasize the active participation of learning subjects; （2）Inspire students to think independently and divergent，

develop students' logical thinking and innovation ability; （3）Inspire students to master a dynamic knowledge system， integrate

systematic knowledge learning with intelligence， and develop the ability to solve problems independently; （4）Reflect multi role

classroom， carry forward democratic teaching， guide two-way communication between teachers and students， and create a harmonious and friendly classroom environment.

Keywords： heuristic teaching method; Fluid Mechanics; curriculum teaching; science and engineering in higher education

一、啟發(fā)式教學

啟發(fā)式教學指教師在教學過程中根據(jù)教學任務、教學大綱、教學環(huán)境以及學生群體的年齡、心理、學習的客觀規(guī)律等因素，從學生的實際情況出發(fā)，采用靈活多變的方式，以啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維為主導，調(diào)動學生的學習主動性和積極性，有效地參加教學活動，促使他們生動活潑地、高效率地進行學習活動的一種教學指導思想[1-3]。啟發(fā)式教學的核心問題在于正確有效地處理教與學的相互關系[4-5]。這不僅反應了教學規(guī)律，也反應了心理因素以及師生文化知識水平的靈活應用程度[6-9]。近年來，隨著我國現(xiàn)代電子科技水平的不斷提高，以及教育技術水平的改善，啟發(fā)式教學得到了長足發(fā)展[10-11]。現(xiàn)代教育教學研究在辯證唯物主義的理論指導下，啟發(fā)式教學理念批判地繼承了傳統(tǒng)教學優(yōu)點，結合自身教學特點，使現(xiàn)代教育學和心理學不斷完善[12-13]。新課標和國家教學法改革中的許多創(chuàng)造性見解多源于啟發(fā)式教學的啟示。啟發(fā)式教學目的明確，教學效果優(yōu)良，實施方式簡單，教學成本經(jīng)濟，在教學活動中具有廣泛的應用。啟發(fā)式教學是現(xiàn)代教育研究中的一個重要研究方向。在高等教育全面改革的大環(huán)境下，采用啟發(fā)式教學能夠積極引導學生自主學習，敢于創(chuàng)新，充分發(fā)揮學生各自特長，調(diào)動學習的熱情，對促進師生身心的健康發(fā)展具有較大的研究價值。

在啟發(fā)式教學中，教師圍繞確定的主題，尋找對教學內(nèi)容和目標有用的資源，給予學生一定的情景，啟發(fā)學生主動聯(lián)想，自主構建和解決問題的方案。學生在構建解決問題的方案中，要充分體現(xiàn)自主性和能動性，自主地探索答案，提出新的學習方式。教師的任務不僅是傳播真理，授業(yè)解惑，更重要的是授人以漁，讓學生帶著好奇和疑問去尋找學習新知識和開拓新領域的方法。通過教師引導，團隊合作，學生成為自主學習的主體。啟發(fā)式教學強調(diào)知識的鋪墊和自主學習的能動性。通過教師的引導，充分發(fā)揮主觀能動性，從而取得理想的教學效果。

在實施方式多樣化上，啟發(fā)式教學法可根據(jù)不同的課程及教學內(nèi)容做相應的調(diào)整。啟發(fā)式教學的目的是使學生真正融入課堂，提高學習興趣和動力。在具體教學活動中，可綜合多媒體教學手段，采用圖形啟發(fā)、案例啟發(fā)、問題啟發(fā)、目的啟發(fā)等教學策略來實施啟發(fā)式教學。在教學手段上，可引入動畫演示、教學模擬、情景對話、環(huán)境還原等方式，激發(fā)學生的求知欲，調(diào)動學生積極性，有效地開展課堂教學活動。啟發(fā)式教學法可分為討論式啟發(fā)教學法、實踐式啟發(fā)教學法、角色互換式啟發(fā)教學法和問題式啟發(fā)教學法等。在討論啟發(fā)式教學法中，表現(xiàn)形式多樣，可在課堂設置問題，讓學生積極思考，然后展開討論。在整個討論過程中，教師要扮演好自己的角色做好點評;在實踐式啟發(fā)教學法中，更加側重情景引入，讓學生有身臨其境的感受，將自己所學知識應用到實際問題的需求;在角色互換式啟發(fā)教學法中，鼓勵學生走上講臺開展知識交流，理解相互換位思考;在問題式啟發(fā)教學法中，更加注重問題引入，在授課過程中，問題啟發(fā)主要以兩種形式進行，一種是教師提問，主要是在課堂上提出問題，激發(fā)學生積極思考，提高學生對課程內(nèi)容的理解和識記。另一種是學生提問，在課前提出問題讓學生帶著疑問走進課堂，激發(fā)求知欲。啟發(fā)式教學適用于課堂教學的始終，激發(fā)學生的學習興趣和學習潛能，以學生為主體進行教學，在理工科高等教育課程教學實施過程中，能夠落實學生的主體地位，具有非常積極的教學效果。

二、理工專業(yè)《流體力學》的課程特點

《流體力學》是理工科專業(yè)力學的一個重要分支，重點研究流體在各種外力作用下，流體本身處于靜止狀態(tài)或運動狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動規(guī)律的一門科學，是高等教育理工專業(yè)必修的一門專業(yè)課程。在《流體力學》課程中，主要涉及到流體靜力學、流體運動學、流體動力學基礎、平面無旋流動、量綱分析和相似原理、流體阻力和水頭損失、孔口出流和有壓管流、明渠流動、堰流、滲流以及一維氣體動力學基礎等內(nèi)容[14-17]。在國內(nèi)高校土木工程專業(yè)中，《流體力學》的理論教學課時主要集中在30-60學時，所涉及的研究方法有現(xiàn)場觀測、實驗室模擬、理論分析和數(shù)值計算等。《流體力學》作為解決各類實際工程問題不可或缺的知識，已成為理工類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中非常重要的一門專業(yè)課程。為了促進大中專院校理工科學生對《流體力學》內(nèi)容的掌握，激發(fā)學生的學習興趣，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學效率，充分發(fā)揮教學技能和教學改革的優(yōu)勢，將啟發(fā)式教學法適時適景地融入《流體力學》課程教學中，具有非常重要的意義。

若想獲得優(yōu)良的教學效果，《流體力學》的教與學存在諸多可以完善的環(huán)節(jié)。比如強調(diào)數(shù)學知識在《流體力學》教學中的引導作用，構筑基礎數(shù)學知識與《流體力學》課程的有機結合;強化學生對《流體力學》概念、過程的掌握和理解，加深對《流體力學》中基本規(guī)律的認知和把握;引入有關《流體力學》的工程案例分析，強化學生對基礎知識的理解和應用等。由于《流體力學》的課程內(nèi)容稍顯枯燥，研究方法過于專業(yè)，相關工程案例分析形式單一，教師多是任務型教學，學生大多是被動學習，啟發(fā)式教學法在該課程中具有非凡的教學意義。

三、啟發(fā)式教學在《流體力學》課程中的應用

啟發(fā)式教學強調(diào)主體的積極參與，學生是學習的主體，教師要充分調(diào)動學生的學習積極性，提高學生的主體認識，將教師引導和學生積極性相結合，保障啟發(fā)式教學課堂的有效開展。在《流體力學》課堂教學環(huán)節(jié)中，教師要改變傳統(tǒng)的輸灌式教學模式。輸灌式教學模式往往會導致“教師臺上一站，下面睡倒一片”的局面。由于《流體力學》課程內(nèi)容過于專業(yè)，教師若不在教學方法和教學技能上深入研究和實時改革，必將走入傳統(tǒng)的教學模式，接受教學效果和教學效率的嚴峻考驗。在調(diào)動學生積極性方面，《流體力學》授課教師要首先考慮學生的基礎知識掌握程度，全面考慮是否具備了學習這門課的必要基礎知識，要給學生一種“聽得懂、學得會、能掌握、會應用”的上課理念。如果學生不具備上這門課的必要基礎知識，授課教師要做到“由繁至簡”，且在授課之余，補充必要的基礎知識，讓學生充分感受到該課程難度適宜，授課教師為其“量身打造”，樹立主體意識，有效地參與到教學活動中。

啟發(fā)式教學除了強調(diào)學習主體的積極參與，還強調(diào)系統(tǒng)知識的學習與智力的融合。如果課本知識僅停留在書本層面，則認為該知識是無活力的知識，無生命力的知識。在培養(yǎng)系統(tǒng)知識的學習與智力融合這一技能時，《流體力學》授課教師在保護學生學習積極性的前提下，要對學生的智力情況有一個初步掌握。根據(jù)課堂講授情況、學生互動情況和課下反饋等情況，進行綜合分析，樹立“先掌握系統(tǒng)知識，后發(fā)展融合”的教育理念。

在啟發(fā)式教學的開展過程中，要激發(fā)學生內(nèi)在的學習動力，授課教師也要從《流體力學》課程的知識體系、方法原理和教學方式等進行規(guī)劃設計，實現(xiàn)內(nèi)在動力與學習的責任感相結合。授課教師要從多角度、多層面培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際流體問題的能力，進而實現(xiàn)理論知識和實踐經(jīng)驗融合。

四、啟發(fā)式教學在《流體力學》課程中的應用舉例

《流體力學》涉及較多物理量，對物理量的分析和識記是課程學習非常重要的一部分。以《量綱分析和相似原理》章節(jié)為例，介紹各個教學環(huán)節(jié)的啟發(fā)式教學技術的引入和操作技巧。

在《流體力學》課程中，建立流體運動基本方程，求解工程中的實際問題。但是，對于較為復雜的工程問題，需要結合理論方法、數(shù)值方法和試驗方法進行分析，解決實際工程問題。量綱分析和相似原理借助量綱分析和相似原理建立了各物理量之間的聯(lián)系，為進一步解決工程實際問題提供了有用的指導，那么什么是量綱？量綱又是如何定義的？

學生帶著這些疑問，教師帶領學生回顧了物理量的基本概念。在《流體力學》中，涉及很多物理量，如時間、質(zhì)量、長度、速度、壓強和力等。這些物理量主要有兩種因素構成，一種因素是某個物理量的物理屬性或類別;另一種因素是度量某個物理量的屬性而規(guī)定的度量標準。例如長度，物理屬性是線性幾何量，度量單位分別為，微米（um）、毫米（mm）、厘米（cm）、分米（dm）、米（m）和光年等不同標準。長度本質(zhì)屬性是什么呢？我們將物理量的屬性稱為量綱，不因人為因素而變化。常用的量綱有：質(zhì)量（M）、長度（L）和時間（T），若以dimq代表物理量q的量綱，則速度V的量綱為：dimV=LT-1。同理，加速度？琢的量綱為：dim？琢=LT-2。什么稱為基本量綱那？我們將無任何聯(lián)系且相互獨立的量綱稱為基本量綱。在國際標準的量綱中，包括7個基本量綱，分別為時間、長度、質(zhì)量、電流、熱力學溫度、發(fā)光強度和物質(zhì)的量。在實際應用中，為了應用方便，普遍采用M-L-T-Θ基本量綱系，即選取質(zhì)量M、長度L、時間T、溫度Θ為基本量綱。何為導出量綱？由基本量綱導出的量綱稱為導出量綱，如面積S的量綱，dimS=L2，力F的量綱dimF=MLT-2，黏度？滋的量綱為：dim？滋=ML-1T-1等。在物理量q的量綱中，可采用3個基本量綱的指數(shù)乘積形式表示：dimq=M？琢LβTγ。物理量q的性質(zhì)取決于量綱指數(shù)。當α=0，β≠0，γ=0時，q為幾何量;當α=0，β≠0，γ≠0時，q為運動學量;當α≠0，β≠0，γ=0時，q為動力學量。上述公式稱為量綱公示。除了基本量綱和導出量綱，還有一種不具量綱的量。不具量綱的量稱為無量綱量。

無量綱量和與量綱有聯(lián)系嗎？又有什么聯(lián)系呢？在量綱公式中dimq=M？琢LβTγ，當α=0，β=0，γ=0時，dimq=1，此時物理量q的量綱為無量綱量，純數(shù)1表示。無量綱由幾個有量綱物理量相乘除使組合量的量綱指數(shù)為零得到，或兩個相同量綱的物理量相比得到。以壓管流為例，由斷面平均流速v、管道直徑d、流體運動黏度λ組合的管壓流的量綱為：dimRe=dim■=■=1。Re是由3個有量綱量乘除得到的無量綱量。依據(jù)無量綱量的定義，可看出無量綱量具有以下特點：

1. 客觀性

有量綱的物理量均有單位，度量單位選取不同，數(shù)值也不同。若將有量量綱作為過程的自變量，計算出的因變量數(shù)值隨著自變量選取單位的不同而不同。因此，要消除主觀因素對運動方程計算結果的影響，需要將各項物理量組合為無量量綱。

2. 不受規(guī)模和運動數(shù)量的影響

無量量綱是常數(shù)，其數(shù)值大小與度量單位無關，不受運動規(guī)模和數(shù)量的影響。在模型試驗中，需要同時滿足各自獨立的相似準則，幾何尺寸，常采用無量量綱作為模型和原型處理的判據(jù)。

3. 無量量綱可進行超越函數(shù)運算

有量量綱僅能做些簡單的代數(shù)運算，如指數(shù)、雙曲線、三角函數(shù)、對數(shù)和反對數(shù)等函數(shù)運算，而無量量綱化后才能進行超函數(shù)運算。

五、結束語

在《流體力學》課堂講授環(huán)節(jié)，改變傳統(tǒng)的教學模式，充分融入啟發(fā)式教學法，取得優(yōu)良的教學效果，需要從以下幾個方面入手實施：1. 調(diào)動學生的積極性，強調(diào)學習主體的積極參與;2. 啟發(fā)學生獨立思考和發(fā)散思維，開發(fā)學生的邏輯思維和創(chuàng)新能力;3. 啟發(fā)學生掌握具有活力的知識體系，將系統(tǒng)知識的學習與智力相融合，養(yǎng)成獨立解決問題的能力;4. 體現(xiàn)多角色課堂，發(fā)揚民主教學，引導師生雙向交流，營造和諧友善的課堂環(huán)境。

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