面向“00后”的氣體動(dòng)力學(xué)教學(xué)方法研究

李怡慶 徐義華

[摘 要] “00后”作為新時(shí)代大學(xué)生的主體是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的環(huán)境下成長(zhǎng)的?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)給人類的生產(chǎn)生活帶來(lái)了翻天覆地的變化。信息獲取的便捷化使新一代大學(xué)生對(duì)新興事物興趣濃厚，且習(xí)慣于碎片化的信息汲取，存在對(duì)于需要潛心學(xué)習(xí)與探索的課程無(wú)法堅(jiān)持的問(wèn)題。氣體動(dòng)力學(xué)是航空航天領(lǐng)域的重要理論基礎(chǔ)，新時(shí)代大學(xué)生對(duì)于氣體動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)與認(rèn)知極大程度上影響著我國(guó)航空航天事業(yè)的發(fā)展與壯大。然而，“氣體動(dòng)力學(xué)”是一門理論性極強(qiáng)，公式繁雜的課程，針對(duì)以上問(wèn)題，著重探索了適合“00后”大學(xué)生的氣體動(dòng)力學(xué)教學(xué)方式，并通過(guò)教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證了教學(xué)內(nèi)容的有效性與實(shí)用性，最后對(duì)氣體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了課程思政的探索。

[關(guān)鍵詞] “00后”大學(xué)生;氣體動(dòng)力學(xué);教學(xué)實(shí)踐;教學(xué)效果;課程思政

[基金項(xiàng)目] 2020年度南昌航空大學(xué)校級(jí)教改課題“多維度構(gòu)建‘材料力學(xué)教學(xué)的探索與實(shí)踐”（JY2027）;2020年度江西省教育廳科技項(xiàng)目“超聲速公務(wù)機(jī)方案設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)論證”（GJJ190523）

[作者簡(jiǎn)介] 李怡慶（1989—），男，福建南平人，博士，南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院講師（通信作者），主要從事高超聲速氣體動(dòng)力學(xué)研究;徐義華（1971—），男，江西東鄉(xiāng)人，博士，南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院教授，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流動(dòng)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）21-0157-04? ?[收稿日期] 2020-12-20

一、引言

在高校教育改革不斷深入的大環(huán)境下，傳統(tǒng)的力學(xué)類課程在教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面均難以滿足對(duì)“00后”大學(xué)生的培養(yǎng)需求，因此對(duì)于高校課程改革勢(shì)在必行[1-3]。力學(xué)類課程是眾多學(xué)科的起點(diǎn)與基礎(chǔ)，其中的氣體動(dòng)力學(xué)大量運(yùn)用于航空航天學(xué)科中，是我國(guó)航空航天事業(yè)取得突破進(jìn)展的重要理論基石與技術(shù)儲(chǔ)備。此外，“氣體動(dòng)力學(xué)”課程也是新一代大學(xué)生認(rèn)識(shí)世界、理解世界，將自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)由固體拓寬至氣體的重要引導(dǎo)課程[4]。學(xué)生對(duì)固體的理解遠(yuǎn)高于氣體，這主要是由于固體是形象的，可以隨處看到。我們從小學(xué)開(kāi)始便在接觸各種各樣與固體相關(guān)的力學(xué)問(wèn)題，然而對(duì)于流體，尤其是氣體相對(duì)固體更加抽象的特征，通常表現(xiàn)為“看不見(jiàn)”“摸不著”的物理本質(zhì)，且在大學(xué)學(xué)習(xí)之前極少開(kāi)展系統(tǒng)學(xué)習(xí)，這對(duì)于習(xí)慣于固體思維的當(dāng)代大學(xué)生而言具有一定的理解障礙。此外，由于氣體的復(fù)雜性，在“氣體動(dòng)力學(xué)”的授課過(guò)程中，通常充斥著各種樣式的全微分方程與偏微分方程，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)之前就不可避免地產(chǎn)生了排斥心理。因此，探索新的適用于“00后”大學(xué)生的氣體動(dòng)力學(xué)教學(xué)方式已成為亟待解決的問(wèn)題。

“00后”大學(xué)生已逐漸成為新時(shí)代大學(xué)教育的主體。作為在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端環(huán)境下成長(zhǎng)起來(lái)的新時(shí)代大學(xué)生，他們有著與以往大學(xué)生截然不同的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。由于游戲、動(dòng)漫、電影的易得性，“00后”大學(xué)生很難長(zhǎng)時(shí)間地沉浸于生僻理論與公式的學(xué)習(xí)與研究中，這恰恰是以“氣體動(dòng)力學(xué)”為代表的強(qiáng)理論性課程所必須具備的基本特質(zhì)。此外，受微博、朋友圈、抖音等“短媒體”平臺(tái)的影響，學(xué)生的學(xué)習(xí)耐心與興趣進(jìn)一步受到影響，更加習(xí)慣于汲取碎片化信息。究其本質(zhì)在于“短媒體”在極短的時(shí)間內(nèi)給予觀看者一個(gè)強(qiáng)烈的視覺(jué)信號(hào)，從而激發(fā)觀看者的興趣。筆者認(rèn)為，企圖從根源杜絕該現(xiàn)象較為困難。我們雖然可以限制學(xué)生的手機(jī)使用時(shí)間和上網(wǎng)時(shí)間，然而該現(xiàn)象是時(shí)代發(fā)展、科技進(jìn)步導(dǎo)致的附帶結(jié)果，不能簡(jiǎn)單地?cái)嘌詾槿秉c(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該辯證地看待。作為當(dāng)代高校教師，既然無(wú)法從根源上改變?cè)摤F(xiàn)象，就應(yīng)該思考如何利用該現(xiàn)象來(lái)促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升，充分研究當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，從而提高自己、改變自己，讓教師更好地適應(yīng)學(xué)生，而不是企圖讓學(xué)生適應(yīng)教師。

基于以上分析，筆者與學(xué)生充分交流，了解“00后”大學(xué)生的所思所想，玩其所玩，看其所看，將動(dòng)漫、電影等學(xué)生感興趣的內(nèi)容與“氣體動(dòng)力學(xué)”課程結(jié)合，在短時(shí)間內(nèi)激發(fā)學(xué)生的興趣，隨后提出其中的氣體動(dòng)力學(xué)概念與觀點(diǎn)，從而使學(xué)生能夠從興趣出發(fā)最終走向科學(xué)。實(shí)踐證明，興趣是引領(lǐng)一切學(xué)習(xí)與科學(xué)研究的基礎(chǔ)，任何其他因素主導(dǎo)的學(xué)習(xí)與科學(xué)研究都是無(wú)法長(zhǎng)久堅(jiān)持的。

二、教學(xué)案例研究

（一）流體的導(dǎo)熱性

氣體動(dòng)力學(xué)中有許多繁雜且區(qū)分度較低的基礎(chǔ)知識(shí)，其中“流體的導(dǎo)熱性”這一章節(jié)中就同時(shí)出現(xiàn)了熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流與熱輻射三種熱量傳遞方式。授課教師對(duì)三種方式的不同了然于心，然而“初識(shí)”氣體的大學(xué)生，“摸不著”的氣體配上“看不見(jiàn)”的熱往往會(huì)無(wú)法分析與理解其中的不同。課本中對(duì)三種方式的解釋概括為：熱傳導(dǎo)的物理本質(zhì)和黏性類似是由不同溫度的物體和流體之間、流體不同溫度之間的分子動(dòng)能相互傳遞而產(chǎn)生的熱量傳遞。熱對(duì)流是由于不同部分的分子相對(duì)位移，把熱量從一處帶到另一處傳遞的結(jié)果。熱輻射是流體放射出輻射粒子時(shí)，轉(zhuǎn)化本身的內(nèi)能而輻射出能量的現(xiàn)象[5]。雖然概念并不復(fù)雜，但是對(duì)于習(xí)慣碎片化汲取信息的“00后”大學(xué)生來(lái)說(shuō)，基本無(wú)法從中得到有用的信息，從而出現(xiàn)“讀了也白讀”的學(xué)習(xí)誤區(qū)。

基于以上問(wèn)題，筆者在與學(xué)生交談時(shí)發(fā)現(xiàn)，“00后”大學(xué)生組織聚餐時(shí)會(huì)商量是“鐵板燒”還是“燒烤”，于是課堂中介紹完基本概念之后，在學(xué)生即將陷入疑惑狀態(tài)時(shí)提出問(wèn)題，“你們覺(jué)得鐵板魷魚(yú)和烤羊肉串分別對(duì)應(yīng)哪一種熱量傳遞方式”（見(jiàn)圖1）。

從課堂表現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，全班學(xué)生立刻提起了興趣并重新審視課本概念，開(kāi)始主動(dòng)思考這個(gè)問(wèn)題，并給出了正確的答案，從而很好地把課本內(nèi)容與實(shí)際生活相結(jié)合。筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，課本知識(shí)固然深?yuàn)W，然而真正阻礙學(xué)生理解其中內(nèi)容的關(guān)鍵因素是學(xué)生無(wú)法將其運(yùn)用于實(shí)際生活，從而出現(xiàn)“學(xué)無(wú)可用”的負(fù)面思想，若能引導(dǎo)學(xué)生將課本知識(shí)用于解釋實(shí)際生活，那么他們的學(xué)習(xí)興趣、認(rèn)知程度都將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升。在講解流體的導(dǎo)熱性章節(jié)內(nèi)容后，筆者會(huì)附上一句：“以后可以詢問(wèn)舍友今天想吃熱傳導(dǎo)還是熱輻射？”從而進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)該問(wèn)題的理解。