基于發(fā)散式思維的全英文高等流體力學(xué)課程建設(shè)探討

倪寶玉 薛彥卓 魯陽(yáng) 戴紹仕 王慶

[摘 要]隨著國(guó)際化進(jìn)程的發(fā)展，研究生對(duì)全英文授課的需求越來(lái)越高。對(duì)高等流體力學(xué)課程進(jìn)行全英文授課將有利于研究生閱讀英文文獻(xiàn)和了解國(guó)際科研前沿進(jìn)展。為此，在調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程的基礎(chǔ)上，文章圍繞教學(xué)理念、參考教材和實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)等內(nèi)容，探討基于發(fā)散式思維的研究生全英文高等流體力學(xué)課程建設(shè)，旨在為相關(guān)人員提供一定的參考。

[關(guān)鍵詞]全英文;流體力學(xué);發(fā)散式思維;教學(xué)方法;教材

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2021）12-0031-04

學(xué)術(shù)國(guó)際化交流與融合的快速發(fā)展，對(duì)研究生的英語(yǔ)水平和國(guó)際交流能力提出了更高的要求。一方面，其不僅要求研究生具有較強(qiáng)的英文教材、英文文獻(xiàn)的閱讀能力和較強(qiáng)的寫(xiě)作能力，從而能夠獨(dú)立獲取國(guó)際上相關(guān)學(xué)科經(jīng)典知識(shí)、了解最新的研究進(jìn)展，并將個(gè)人研究成果撰寫(xiě)成學(xué)術(shù)論文;另一方面，還要求研究生具備較好的英文聽(tīng)力和口語(yǔ)能力，能夠與國(guó)際學(xué)術(shù)大師進(jìn)行交流和討論、參與國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議、表達(dá)個(gè)人觀點(diǎn)等。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)學(xué)生英文能力培養(yǎng)力度的加大，大部分研究生在英文讀寫(xiě)能力上有了較大的提升，然而受到我國(guó)傳統(tǒng)文化因素的影響，大部分研究生的英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)能力仍有所欠缺，難以自由地表達(dá)個(gè)人學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。這在研究生參與國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議時(shí)表現(xiàn)得尤其突出，相對(duì)于日本、韓國(guó)等英文非母語(yǔ)國(guó)家的研究生，我國(guó)研究生在英文聽(tīng)說(shuō)能力方面亟待提高。

提升英文聽(tīng)說(shuō)能力不是一朝一夕的事，這不僅與基礎(chǔ)英語(yǔ)的教學(xué)有關(guān)，而且與專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)，尤其是基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程的英語(yǔ)教學(xué)相關(guān)。為了提升研究生專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)的能力，選擇一門(mén)基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行全英文教學(xué)顯得尤其重要。高等流體力學(xué)課程可謂是經(jīng)典力學(xué)課程之一[1]，是諸多專(zhuān)業(yè)研究生的核心課程。尤其是對(duì)于哈爾濱工程大學(xué)的A+學(xué)科船舶與海洋工程來(lái)說(shuō)，高等流體力學(xué)更是十分重要的一門(mén)基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程。與通用領(lǐng)域或其他領(lǐng)域（如航空航天領(lǐng)域）的流體力學(xué)有所區(qū)別，船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)高等流體力學(xué)既需要關(guān)注流體力學(xué)理論知識(shí)在船舶與海洋工程學(xué)科中的應(yīng)用，又需要時(shí)刻關(guān)注國(guó)際上最新的相關(guān)研究進(jìn)展，從而保證研究生能夠接觸到最前沿的知識(shí)?？紤]到船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)高等流體力學(xué)的基礎(chǔ)性和國(guó)際性[2-4]，選擇該課程作為全英文教學(xué)的試點(diǎn)是極其合適的。這對(duì)于提升研究生全面掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)的英文表達(dá)，同時(shí)豐富研究生對(duì)于國(guó)際前沿的英文認(rèn)知具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。

一、國(guó)內(nèi)外知名高校流體力學(xué)相關(guān)課程調(diào)研

為保證船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)高等流體力學(xué)全英文教學(xué)的先進(jìn)性和可實(shí)現(xiàn)性，本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)高校的本課程教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研分析。本文以國(guó)內(nèi)外知名工科院校為例，對(duì)美國(guó)的麻省理工學(xué)院（MIT）、英國(guó)的倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）、中國(guó)的清華大學(xué)和上海交通大學(xué)等四所高校船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)課程體系中的流體力學(xué)或相似課程進(jìn)行對(duì)比與分析，為哈爾濱工程大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)我校）的船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)的高等流體力學(xué)課程教學(xué)改革和建設(shè)提供參考，如圖1所示。

從國(guó)內(nèi)外著名工科院校高等流體力學(xué)課程的設(shè)置來(lái)看，其均將該課程作為船舶與海洋工程類(lèi)或機(jī)械類(lèi)、力學(xué)類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，這表明本課程在相關(guān)專(zhuān)業(yè)中的地位以及對(duì)其主修專(zhuān)業(yè)的支撐作用。從國(guó)內(nèi)外的研究形勢(shì)看，其呈現(xiàn)如下趨勢(shì)。

1.課程一般在開(kāi)課專(zhuān)業(yè)的第二學(xué)年或第三學(xué)年開(kāi)設(shè)，在學(xué)生已學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理等相關(guān)先修課程的基礎(chǔ)上開(kāi)展授課，課程涵蓋內(nèi)容均涉及流體力學(xué)的基本知識(shí)，例如流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、理想流體力學(xué)、粘性流體力學(xué)等。

2.目前來(lái)看，大多數(shù)院校以PPT課件講授為主，推薦相關(guān)的參考教材;相關(guān)PPT除了提供基礎(chǔ)知識(shí)，會(huì)不斷更新最新的科研進(jìn)展;慕課開(kāi)始在高等流體力學(xué)課程中運(yùn)用，例如上海交通大學(xué)萬(wàn)德成教授團(tuán)隊(duì)推出了船舶流體力學(xué)的慕課[5]等。

3.以上海交通大學(xué)為例，目前該校該課程為4學(xué)分，68學(xué)時(shí)，其中60學(xué)時(shí)理論課，4學(xué)時(shí)習(xí)題課和4學(xué)時(shí)課程設(shè)計(jì)課（含2次課程設(shè)計(jì)），考試成績(jī)中作業(yè)和課程設(shè)計(jì)占30%，期末考試占70%。我校之前的教學(xué)大綱規(guī)定該課程為4.5學(xué)分，72學(xué)時(shí)，其中68學(xué)時(shí)理論課，4學(xué)時(shí)習(xí)題課。我校2019年新版教學(xué)大綱也已經(jīng)將該課程學(xué)分降為4學(xué)分，學(xué)時(shí)降為64學(xué)時(shí)，與上海交通大學(xué)基本保持一致。

4.國(guó)際相關(guān)專(zhuān)業(yè)中，選用最多的參考教材是麻省理工學(xué)院Newman教授的Marine Hydrodynamics（船舶水動(dòng)力學(xué)）[6]（劍橋大學(xué)出版社出版），該教材和船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)聯(lián)系緊密，涵蓋的知識(shí)點(diǎn)全面、豐富而深入，又不乏特點(diǎn)鮮明的案例和圖片，可謂船舶與海洋工程領(lǐng)域最經(jīng)典的教材之一。

5.國(guó)外知名大學(xué)會(huì)增加許多實(shí)際案例，將最新的科研進(jìn)展和科研案例融入教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，提供開(kāi)放式答案，讓學(xué)生通過(guò)小組討論等模式將流體力學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活和科技創(chuàng)新中。

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的調(diào)研，本文擬選擇Newman教授的Marine Hydrodynamics（船舶水動(dòng)力學(xué)）[6]作為主要參考教材，同時(shí)參考國(guó)內(nèi)外經(jīng)典教材和文獻(xiàn)，例如Batchelor教授的An Introduction to Fluid Dynamics（流體動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論，劍橋大學(xué)出版社出版）、吳望一教授的《流體力學(xué)》（上、下，北京大學(xué)出版社出版）、張兆順和崔桂香教授編著的《流體力學(xué)》（清華大學(xué)出版社出版）等，取各家之精華。最后，引進(jìn)國(guó)際上流體力學(xué)最新研究進(jìn)展作為輔助參考資料，為研究生全英文高等流體力學(xué)課程建設(shè)提供有力抓手。

二、基于發(fā)散式思維的研究生全英文高等流體力學(xué)課程建設(shè)具體手段

（一）更新船舶與海洋工程高等流體力學(xué)教學(xué)理念

教學(xué)理念是人們對(duì)教學(xué)活動(dòng)的看法和持有的基本態(tài)度與觀念，是教師從事教學(xué)活動(dòng)的信念。明確的教學(xué)理念對(duì)教學(xué)活動(dòng)有著極其重要的指導(dǎo)意義[7]。船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)研究生高等流體力學(xué)全英文課程教學(xué)改革，不僅要改革教學(xué)方法，而且要不斷地探索、明確、更新教學(xué)理念，使其更符合當(dāng)前創(chuàng)新型、復(fù)合型、實(shí)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。筆者在英國(guó)留學(xué)期間，選修過(guò)倫敦大學(xué)學(xué)院船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)的研究生高等流體力學(xué)課程，直觀感受是對(duì)方的教學(xué)并不深，大體與國(guó)內(nèi)本科生的流體力學(xué)知識(shí)深度持平，但是旨在開(kāi)發(fā)學(xué)生的開(kāi)放式、發(fā)散式思維。幾乎每節(jié)課課后，教師都會(huì)布置相關(guān)任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)延伸發(fā)散思維，討論對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)如何應(yīng)用于日常生活或工程實(shí)際中。為此，筆者也擬推薦培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維的方法，從傳統(tǒng)注重知識(shí)輸出的傳道型教師向點(diǎn)化智慧的合作型導(dǎo)師轉(zhuǎn)化[7-8]，建立一種能引導(dǎo)研究生自主學(xué)習(xí)、發(fā)散思維、相互討論、團(tuán)隊(duì)合作的船舶與海洋工程高等流體力學(xué)課程教學(xué)新模式。項(xiàng)目組改革教學(xué)模式的目的是激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，使其從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)積極主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的整個(gè)過(guò)程，養(yǎng)成不斷學(xué)習(xí)、思考、探索的習(xí)慣，為我國(guó)培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的新一代研究型工程師打下基礎(chǔ)。

（二）設(shè)立經(jīng)典英文教材與最新研究進(jìn)展相結(jié)合的參考教材模式

毋庸置疑，建設(shè)好一門(mén)全英文研究生課程，選擇一本好的英文教材是前提。好的英文教材不僅能增強(qiáng)學(xué)生的英文閱讀理解能力，更重要的是能夠提升學(xué)生對(duì)英文知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解甚至比很多母語(yǔ)教材更容易。例如，Marine Hydrodynamics（船舶水動(dòng)力學(xué)）[6]在講述水波理論的“相速度”和“群速度”時(shí)，引入了水池造波機(jī)的波形圖片并配以相關(guān)曲線進(jìn)行講解，從而使得二者的概念和區(qū)別一目了然。盡管該知識(shí)點(diǎn)采用英文撰寫(xiě)，但是其講解的清晰度遠(yuǎn)勝于許多中文教材。

另外，流體力學(xué)的知識(shí)是隨著時(shí)間不斷向前推進(jìn)的，尤其對(duì)于研究生而言，其需要對(duì)國(guó)際最前沿的流體力學(xué)研究進(jìn)展有所了解，這樣才能與時(shí)俱進(jìn)，而不僅僅局限于書(shū)上知識(shí)點(diǎn)的描述。基于此，本文在選擇主參考教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目組每年參與的國(guó)際會(huì)議、閱讀的相關(guān)文獻(xiàn)、獲得的最新科研成果等，不斷更新高等流體力學(xué)PPT的前沿進(jìn)展部分，與經(jīng)典教材相輔相成，形成經(jīng)典英文教材與最新研究進(jìn)展相結(jié)合的參考教材模式，力圖給學(xué)生經(jīng)典與前沿并舉的全新學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（三）將科研案例融入高等流體力學(xué)教學(xué)

項(xiàng)目組擬根據(jù)船舶與海洋工程流體力學(xué)的基本知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合經(jīng)典的科研應(yīng)用或最新的科研進(jìn)展，選擇10個(gè)左右教學(xué)案例，采用案例教學(xué)法。以教學(xué)案例為切入點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的興趣，再講述與之對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)和流體力學(xué)原理，此后再解決此案例對(duì)應(yīng)的科研問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。教師通過(guò)講授案例中對(duì)應(yīng)的各種流動(dòng)原理或流體效應(yīng)，使學(xué)生掌握各流體原理的本質(zhì)、應(yīng)用范圍和作用等知識(shí)。對(duì)實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行分析可使學(xué)生掌握海洋浮體與流體相互作用的內(nèi)在特征，了解流動(dòng)原理對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)物性能分析的影響，明確當(dāng)前船舶與海洋工程流體力學(xué)方向關(guān)注的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

針對(duì)我校新版研究生人才培養(yǎng)方案以及新的學(xué)時(shí)和學(xué)分設(shè)置，擬選擇的教學(xué)案例將會(huì)突出以下特色。

1.內(nèi)容的先進(jìn)性。緊密結(jié)合科研的最新發(fā)展，尤其是近年來(lái)在粘性流體動(dòng)力學(xué)方面的研究進(jìn)展，選擇案例時(shí)要盡可能結(jié)合當(dāng)前船舶與海洋工程流體力學(xué)方向關(guān)注的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

2.內(nèi)容的實(shí)用性。緊密結(jié)合船舶與海洋工程流體力學(xué)的學(xué)科特色，選擇的案例要盡可能在科研中已經(jīng)有較多的應(yīng)用或應(yīng)用前景巨大，以引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，加深其對(duì)理論指導(dǎo)實(shí)際的理解。

3.內(nèi)容的國(guó)際性。緊密結(jié)合國(guó)際經(jīng)典教材中某些知識(shí)點(diǎn)的精華，要在熟讀和參照船舶與海洋學(xué)科的國(guó)際經(jīng)典教材的基礎(chǔ)上選擇案例，例如MIT的Newman教授撰寫(xiě)的Marine Hydrodynamics（船舶水動(dòng)力學(xué)，劍橋大學(xué)出版社出版）等。

4.內(nèi)容的趣味性。緊密結(jié)合學(xué)生對(duì)于趣味性問(wèn)題的探索欲和求知欲，選擇的案例要盡可能通俗易懂，又趣味盎然，要配合圖片或者是背景故事等來(lái)講授，最好采用動(dòng)畫(huà)演示的方式，避免選擇的案例晦澀難懂，或者難度過(guò)大。

在典型科研案例選取方面，選取與知識(shí)點(diǎn)結(jié)合緊密，在工程實(shí)踐中應(yīng)用最新的案例。例如當(dāng)講到水波理論時(shí)，可以選擇講授最新的波浪能捕獲裝置“海蛇號(hào)”。先以“海蛇號(hào)”的真實(shí)應(yīng)用為例，啟發(fā)學(xué)生思考：為什么“海蛇號(hào)”隨著自由表面波上下運(yùn)動(dòng)就能發(fā)電呢？它的能量來(lái)自于哪里？是動(dòng)能還是勢(shì)能？能量大小是多少？“海蛇”質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是什么？這樣可以幫助學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型，建立基本方程和定解條件，然后求解，獲得對(duì)應(yīng)的速度勢(shì)和壓力、能量、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。這些問(wèn)題都講解完之后，再返回到“海蛇號(hào)”，提問(wèn)學(xué)生：“海蛇號(hào)”波形傳播的速度和能量傳播的速度分別是多少？如何改進(jìn)才能提升“海蛇號(hào)”捕獲的能量？這樣可以讓學(xué)生深入理解群速度和相速度的差別等，從而達(dá)到科研融入教學(xué)、教學(xué)促進(jìn)科研的目標(biāo)。

（四）基于小組合作和會(huì)議模擬的全英文、發(fā)散式教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)

有了明確的教學(xué)理念和經(jīng)典的參考教材作為支撐后，需要通過(guò)開(kāi)展課程教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)才能檢驗(yàn)教學(xué)方法是否有效。為此，本文推薦采用人數(shù)較少、基礎(chǔ)較好的博士研究生作為試驗(yàn)對(duì)象，檢驗(yàn)效果后，再向碩士研究生進(jìn)行教學(xué)推廣。教學(xué)可采用混合式教學(xué)模式，包括課堂授課、科研案例教學(xué)、網(wǎng)上MOOC課程輔助教學(xué)、實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)觀摩、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。

參照倫敦大學(xué)學(xué)院船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)研究生流體力學(xué)的教學(xué)方式，選擇部分知識(shí)點(diǎn)（例如水波理論）作為課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要學(xué)生“腦洞大開(kāi)”，采用發(fā)散式思維考慮該知識(shí)點(diǎn)如何在未來(lái)的日常生活或工程實(shí)際（例如波浪能發(fā)電）中被應(yīng)用。課程設(shè)計(jì)采用合作學(xué)習(xí)的方式展開(kāi)，每個(gè)小組由2～6名學(xué)生組成，采用考慮個(gè)體差異的合作型目標(biāo)結(jié)構(gòu)。團(tuán)體成員有著共同的目標(biāo)，只有當(dāng)所有成員都達(dá)到目標(biāo)時(shí)，個(gè)體自身才能達(dá)到目標(biāo)。在團(tuán)隊(duì)整體達(dá)標(biāo)的情況下，個(gè)體的最終成績(jī)可以有所不同，其中要體現(xiàn)個(gè)體貢獻(xiàn)的差異。在這種條件下，團(tuán)體成員之間就會(huì)形成積極的相互促進(jìn)關(guān)系，以一種既有利于自己成功又有利于同伴成功的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，而個(gè)體貢獻(xiàn)的差異體現(xiàn)又會(huì)避免“大鍋飯”現(xiàn)象。然后，采用模擬國(guó)際會(huì)議的方式，每小組選擇一名代表用英文將本小組的課程設(shè)計(jì)方案展示出來(lái)。匯報(bào)結(jié)束后，臺(tái)下其他小組對(duì)該小組的方案進(jìn)行提問(wèn)和討論，這樣可以最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)引導(dǎo)研究生將自己參與的科研活動(dòng)與流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。

三、結(jié)束語(yǔ)

船舶與海洋工程高等流體力學(xué)是船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)研究生一門(mén)十分重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，選用該課程作為全英文課程對(duì)于提升研究生的科研能力和國(guó)際交流能力具有重要作用。基于發(fā)散式思維，本文提出研究生全英文高等流體力學(xué)課程建設(shè)的幾點(diǎn)探討，一方面，這將極大提升研究生對(duì)于流體力學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的英文聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)能力，至少達(dá)到讓研究生可以較流暢地參與國(guó)際會(huì)議、獲取有效信息、表達(dá)個(gè)人觀點(diǎn)、形成團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的目的;另一方面，這將有效提升研究生的發(fā)散思維能力，為我國(guó)培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)研究型、復(fù)合型人才，同時(shí)對(duì)促進(jìn)船舶與海洋工程高等流體力學(xué)課程教學(xué)起到一定作用。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 倪寶玉，戴紹仕，王詩(shī)平.基于“興趣—科研—探索”的船舶與海洋工程流體力學(xué)啟發(fā)式教學(xué)模式初探[J].力學(xué)與實(shí)踐，2020（1）：103-107.

[2] 張莉，劉江，付在國(guó).高等流體力學(xué)教學(xué)方法探討[J].教育教學(xué)論壇，2019（41）：183-184.

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]

[收稿時(shí)間]2020-07-28

[基金項(xiàng)目]黑龍江省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于發(fā)散式思維的研究生全英文高等流體力學(xué)課程建設(shè)與實(shí)踐”（編號(hào)：SJGY20190157）、“隱形動(dòng)態(tài)的思政教育在船海專(zhuān)業(yè)研究生培養(yǎng)中的構(gòu)建方式探索（編號(hào)：SJGY20190158）”、哈爾濱工程大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于科研-教學(xué)相融合的《船舶與海洋工程流體力學(xué)》課程改革與實(shí)踐”（編號(hào)：JG2019B62）。

[作者簡(jiǎn)介]倪寶玉（1986-），男，黑龍江哈爾濱人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：船舶與海洋工程流體力學(xué)。