段慧玲 吳新

摘 要 針對(duì)流體力學(xué)的課程特點(diǎn)，以及教學(xué)過程中遇到的一些問題，建議教學(xué)過程中采用啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生在課程中的參與程度，達(dá)到增強(qiáng)教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞 流體力學(xué)；啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)方法；多媒體；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

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

文章編號(hào)：1671-489X（2018）10-0083-03

Application of Heuristic and Guided Teaching Methods in Fluid Mechanics//DUAN Huiling， WU Xin

Abstract According to the characteristics of fluid mechanics， and the

problems encountered in teaching， heuristic teaching method are pro-

posed. The students can play the subjective initiative， so as to improve

teaching effect.

Key words fluid mechanics； heuristic and guided teaching method； multimedia； experiment teaching

1 前言

流體力學(xué)研究流體在靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)的力學(xué)規(guī)律及流體與固體壁面間的相互作用力，包括空氣和水在內(nèi)的流體，與基礎(chǔ)力學(xué)有緊密的聯(lián)系。流體力學(xué)是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)等內(nèi)容，概念多，公式復(fù)雜，理論抽象，實(shí)際應(yīng)用廣，對(duì)學(xué)生綜合利用知識(shí)的要求較高，是普遍公認(rèn)的教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程之一。在教學(xué)過程中，如何提高學(xué)生的積極性，深入淺出，加深學(xué)生的理解，增強(qiáng)教學(xué)效果，是流體力學(xué)教學(xué)工作者需要考慮的問題。筆者根據(jù)自身教學(xué)經(jīng)歷，并結(jié)合其他同行的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在流體力學(xué)教學(xué)過程中，建議采用啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生在課程中的參與程度。

2 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在教學(xué)過程中，應(yīng)該明確學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，教師扮演配合學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)的輔助角色，不可顛倒。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往對(duì)理論性強(qiáng)、看似枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容興趣不高，或者開始還比較有興趣，隨著課程難度加大，一些學(xué)生跟不上，慢慢產(chǎn)生放棄和厭惡心理。要提高教學(xué)質(zhì)量，首先需要從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣入手。流體力學(xué)難度較大，但也要避免把學(xué)生嚇到，使學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該貼合實(shí)際，多舉一些生活中的事例，使學(xué)生有切身感受，增加他們的認(rèn)識(shí)[1]。

可以在課程的緒論部分列舉一些具體的事例，利用流體力學(xué)知識(shí)解釋一些有趣的現(xiàn)象；也可以設(shè)置一些問題，使學(xué)生帶著好奇心學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容[2]。如表面光滑的球飛得遠(yuǎn)，還是粗糙的飛得遠(yuǎn)？多數(shù)學(xué)生會(huì)認(rèn)為，表面光滑的球在飛行過程中受到的摩擦力小，應(yīng)該飛得遠(yuǎn)。此時(shí)，可以向?qū)W生簡(jiǎn)要解釋下邊界層和尾流區(qū)，解釋為什么高爾夫球設(shè)置為有凹坑的形狀：

光滑球體繞流時(shí)，紊流轉(zhuǎn)捩發(fā)生得晚，與紊流對(duì)應(yīng)的規(guī)則流動(dòng)稱為層流。而層流邊界層較易發(fā)生流動(dòng)分離現(xiàn)象（即流線離開球的表面），球體迎面形成高壓區(qū)，背面形成較大的低壓區(qū)，產(chǎn)生很大的阻力（壓差阻力），因此，光滑球體飛行的距離小。球體表面有凹痕時(shí)，凹痕促使紊流轉(zhuǎn)捩發(fā)生，紊流邊界層不易發(fā)生流動(dòng)分離現(xiàn)象，從而使球體背后的低壓區(qū)小，減少了阻力，因此，高爾夫球飛行的距離增大。

車輛是生活中最常見的交通工具，每個(gè)人都有或多或少的認(rèn)識(shí)。緊接著，更貼近生活實(shí)際地提出，請(qǐng)學(xué)生思考汽車行駛過程中的阻力主要來自前面的擋風(fēng)玻璃，還是汽車的尾流？有了前面高爾夫球的例子，學(xué)生應(yīng)該可以很快做出判斷，這時(shí)可以向?qū)W生解釋流線型汽車的由來。學(xué)生可以從生活中找到流體力學(xué)的影子，生活中的一些現(xiàn)象，通過流體力學(xué)知識(shí)得到的解釋，激發(fā)學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)流體力學(xué)的好奇心，帶著這樣的興趣和好奇心，完成流體力學(xué)的學(xué)習(xí)。

教師是課堂教學(xué)的組織者，在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，避免自己成為課堂的主角。而教師講得多，學(xué)生思考得少，學(xué)生被動(dòng)接受教師的灌輸，缺乏自己的理解，往往知其然而不知其所以然，是目前教學(xué)過程中普遍存在的問題。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)變學(xué)生被動(dòng)為主動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的參與感，使學(xué)生在參與過程中慢慢找到學(xué)習(xí)的樂趣，由愿學(xué)到愛學(xué)再到樂學(xué)，形成學(xué)習(xí)的良性循環(huán)。

3 有效運(yùn)用多媒體教學(xué)手段

流體力學(xué)的很多內(nèi)容較為抽象，很多流動(dòng)過程很難通過語言清晰地表達(dá)出來，學(xué)生理解得也很吃力。近年來，多媒體技術(shù)由于其形象、直觀、生動(dòng)、具體，對(duì)于復(fù)雜的概念或者流動(dòng)過程，可以通過軟件制作成動(dòng)畫，形象地展示給學(xué)生，加深學(xué)生的理解。

如描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方式——拉格朗日法和歐拉法，光靠語言描述，效果不好。歐拉方法是學(xué)生之前沒有接觸過的研究方法，很多學(xué)生剛開始難以在頭腦中建立歐拉方法的研究體系。通過圖片、動(dòng)畫的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，可以使學(xué)生對(duì)這兩種方法有更深刻的認(rèn)識(shí)，理解歐拉方法在流體力學(xué)研究中的重要性。

跡線、流線的概念也容易混淆，采用動(dòng)畫的方式，跡線和流線產(chǎn)生的本質(zhì)、跡線和流線的畫法以及從跡線和流線上可以說明的問題等，都可以清楚地表示出來。還有系統(tǒng)、控制體，層流、湍流、邊界層等不易理解的概念，都可以通過多媒體技術(shù)直觀地呈現(xiàn)出來，使學(xué)生建立清晰的物理概念，幫助學(xué)生理解和消化所學(xué)知識(shí)。

在流體力學(xué)中有大量的公式和圖表，將一些圖表通過多媒體表示出來，可以節(jié)省課堂時(shí)間，使一些需要重點(diǎn)理解的內(nèi)容有充足的時(shí)間在課堂板書。

采用多媒體技術(shù)，可以利用多方面的教學(xué)資源，使傳統(tǒng)教學(xué)方法不易呈現(xiàn)的部分在課堂呈現(xiàn)，課堂教學(xué)內(nèi)容豐富化。生動(dòng)的圖片、直觀的動(dòng)畫，可以吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，有助于營造輕松的課堂學(xué)習(xí)氛圍，避免單一化的教學(xué)方法給學(xué)生帶來的疲憊感[3]。

多媒體教學(xué)手段有很多傳統(tǒng)教學(xué)方法沒有的優(yōu)點(diǎn)，但是也有一些弊端，如多媒體技術(shù)容易使教學(xué)進(jìn)度加快，一些公式的推導(dǎo)過程不易凸顯。在實(shí)際教學(xué)過程中，應(yīng)將多媒體技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，更好地發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，為教學(xué)工作服務(wù)。對(duì)一些不易理解的概念，采用多媒體方式呈現(xiàn)；對(duì)一些基本方程和重要的公式，板書推導(dǎo)過程，使學(xué)生有更多時(shí)間理解，收到良好的教學(xué)效果。

4 注重課堂提問

在課堂上，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容多設(shè)置一些問題，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，改變以往的講授方式。在多年的填鴨式教育中，學(xué)生養(yǎng)成懶惰的學(xué)習(xí)習(xí)慣，過度依賴教師的講解，不愿意動(dòng)腦思考，學(xué)到的知識(shí)片面化，不夠系統(tǒng)。由于缺乏自己的理解，知識(shí)點(diǎn)記憶不牢，容易淡忘。降低教師在課堂上的講授比例，設(shè)置一些提問和討論，增加學(xué)生的思考時(shí)間，凸顯學(xué)生的主體地位。

問題的設(shè)置不必很難，避免學(xué)生回答不出而產(chǎn)生挫敗感。由于以往形成的惰性思維習(xí)慣，不是一時(shí)可以轉(zhuǎn)變過來的，在課堂上營造輕松的氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、回答問題，對(duì)錯(cuò)沒有關(guān)系，將課堂表現(xiàn)計(jì)入平時(shí)成績(jī)，慢慢引導(dǎo)學(xué)生參與課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。對(duì)表現(xiàn)積極的學(xué)生，給予一定獎(jiǎng)勵(lì)，通過一步步引導(dǎo)學(xué)生思考，使學(xué)生逐漸建立自信，在學(xué)習(xí)中找到樂趣，獲得成就感。

將提問穿插在課堂教學(xué)中，不僅可以反饋學(xué)生的掌握情況，還可以鍛煉學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，對(duì)調(diào)節(jié)課堂氣氛也有幫助。

5 增設(shè)習(xí)題討論課

以往的教學(xué)經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往容易聽懂內(nèi)容，但是不會(huì)應(yīng)用，面對(duì)具體的問題束手無策。流體力學(xué)實(shí)際問題的解決，關(guān)鍵是要能夠透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，建立正確的力學(xué)模型。流體力學(xué)中有很多基本概念，是對(duì)實(shí)際流動(dòng)的一種簡(jiǎn)化，如理想流體、不可壓縮流體、定常流動(dòng)等，實(shí)際流動(dòng)過程往往不具備這樣的條件，但是為了解決問題的方便，常常會(huì)忽略一些次要因素，如密度隨壓力變化不大時(shí)，可以視作不可壓縮流體，再建立正確的模型。再如伯努利方程的應(yīng)用，讓學(xué)生寫出伯努利方程，多數(shù)學(xué)生都會(huì)寫，但是涉及具體的問題，特別是一些綜合問題，如能量方程、動(dòng)量方程的綜合運(yùn)用，很多學(xué)生不記得使用連續(xù)性方程，看到題目往往會(huì)覺得條件不全，或是無從下手，缺乏分析實(shí)際問題的能力。

結(jié)合課程內(nèi)容增設(shè)一些習(xí)題課，可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)內(nèi)容。習(xí)題課是培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、對(duì)概念加深理解的重要環(huán)節(jié)。通過典型例題的剖析，啟發(fā)學(xué)生舉一反三，促使學(xué)生明白“學(xué)課程首先要學(xué)思路”“要把習(xí)題當(dāng)作學(xué)習(xí)不可分割的一部分”的道理[4]。習(xí)題課提供了課堂討論的機(jī)會(huì)，對(duì)學(xué)生思維的鍛煉是單純講課無法代替的，這是從多年教學(xué)中獲得的經(jīng)驗(yàn)[5]。

6 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

流體力學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是流體力學(xué)課程的重要組成部分，其目的不僅在于驗(yàn)證理論，幫助學(xué)生掌握流體力學(xué)基本原理，而且要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究，提高獨(dú)立工作和創(chuàng)新能力[4]。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，鞏固理論知識(shí)，通過觀察液流現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。如雷諾實(shí)驗(yàn)，通過觀察層流、紊流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換特征，要求測(cè)定臨界雷諾數(shù)，掌握流態(tài)判別準(zhǔn)則。在液體中滴加一滴染料作為標(biāo)記物，通過閥門開啟大小來控制流速，學(xué)生通過觀察顏色水在流動(dòng)中的變化過程，這一具體的、有趣的液流現(xiàn)象，增強(qiáng)對(duì)粘性液體流動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)，理解層流和紊流的本質(zhì)特征，認(rèn)識(shí)到為什么把臨界雷諾數(shù)作為流態(tài)判別準(zhǔn)則[6]。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以增設(shè)一些綜合實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，將學(xué)生分成若干小組，討論確定實(shí)驗(yàn)方案。一些動(dòng)手操作實(shí)踐類的環(huán)節(jié)更能引起學(xué)生的興趣，發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[7]。

7 結(jié)語

流體力學(xué)是一門抽象的理論課程，概念多，公式復(fù)雜，教師難教，學(xué)生難懂，因此在流體力學(xué)教學(xué)中更應(yīng)注重教學(xué)方法和教學(xué)技巧。筆者建議采用啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)方法，從調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性入手，有效利用多媒體教學(xué)手段，在課堂上多設(shè)置一些提問，注意營造課堂氣氛；注重基本概念和基本原理的講解，通過習(xí)題課鞏固所學(xué)內(nèi)容，鍛煉學(xué)生分析實(shí)際問題的能力；重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增設(shè)一些設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而取得理想的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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