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《粘性流体力学》课程“导学式”教学模式初探

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  [摘 要] 针对教学内容不断增加、教学时数相对减少的情况,我们对现有《粘性流体力学》课程教学进行了改革,实行“导学式”教学模式。即,贯彻“学生为主体、教师为主导”的教学理念,在教学中实行启发式教学,充分发挥现代教育技术在提高教学效率和教学质量方面的重要作用,取得了令人满意的教学效果。
  [关键词] 导学式 教学模式 粘性流体力学
  
  一、研究意义
  
  1. 培养航空类优秀人才的必然需求
  粘性流体力学是流体力学的一个重要分支,广泛应用于动力、机械、化工、水利、航空航天、海洋、环保等部门。《粘性流体力学》是北京航空航天大学航空科学与工程学院(以下简称“我院”)飞行器设计与工程专业的一门专业基础课。为应对国家航空业发展新形势的需求,在当前教学内容增加、教学时数减少的情况下,如何确保在短时间内培养出国家和社会需要的大量不仅合格而且精良的航空类对口人才,是改革《粘性流体力学》课程的最根本出发点。为回应这一时代发展的召唤,本研究将立足于学校的人才培养目标,遵循流体力学学科自身的发展规律和学生知识基础及个性心理特征,为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础,在现行《粘性流体力学》一课中实行“导学式”教学模式,将教学过程定位于搭建基础科学理论与工程实践之间的桥梁,着重培养学生应用基础知识解决工程实践问题的能力,从而达到夯实基础理论、突出专业应用特色、激发学生学习兴趣、强化学生创新能力的目的。
  2. 应对《粘性流体力学》一课教学现状的必然需求
  流体力学是一门宏观力学,是研究流体的力与运动的学科。作为一门严密的科学,流体力学以数学、物理学为基础,在课堂教学中往往会涉及到很多数学公式。作为流体力学的一个重要分支,《粘性流体力学》的教学目标是:传授给学生有关粘性流体力学的知识和基本理论,培养学生分析问题的能力,为他们进一步学习空气动力学或流体力学知识,分析实际流动问题打下基础。
  当前,粘性流体力学的一个重要发展趋势是广泛深入地向边缘交叉学科渗透,这使得许多粘性流体力学问题不再能从现成的书本中寻求答案,而要求流体力学工作者具备更强的主动进取精神和创新思维能力,需要更善于从错综复杂的工程实践中独立地提出问题和解决问题。而在《粘性流体力学》课程中实行“以学生为主体、教师为主导”的导学式教学模式,鼓励学生自觉地探索创新,能够极大地激发他们学习的积极性。由此,学习者在教师的帮助下,依靠现代教育技术和网络技术,充分利用多种媒体教学资源,通过自主学习和小组协作学习获得知识,并进一步通过教师的精讲和梳理加以巩固。
  
  二、导学式教学模式的具体实施
  
  1. 教学实施环节
  在具体实施过程中,导学式教学模式包括教师引导、学生自主学习及小组合作学习、教学效果评价、教师精讲和学生报告五个部分。
  (1)教师引导
  所谓“教师引导”,是指教师以激发学生的自主性学习和小组合作学习为目的,引导学生学习多种媒体教材以获取丰富的学习资源,并进行一定程度的学习方法指导和小组活动指导等。在具体教学中,教师引导主要体现在以下三个方面。
  第一,教师应在开课前编写教学辅导计划,并在集中授课和辅导答疑时,充分了解学生的学习情况和存在的问题,督促学习滞后的学生加快学习进度。
  第二,教师应在授课期间统计学生学习中存在的各种疑难点,并对于较集中的问题给予及时地辅导或课堂讲解。
  第三,教师应充分利用授课时间,指导学生充分、有效地运用多种媒体教材,比如影像媒体、印刷媒体、网络媒体,使其互相补充,从而强化学生对课程知识的学习和理解。
  (2)学生自主学习及小组合作学习
  第一,自主学习引导课。在教师引导的基础上,本课程安排5次共10课时的学生自主学习引导课,其中每次1课时安排学生自学及讨论,另1课时安排学生讲解前一次课的自学情况及讨论结果。自主学习是学生独立思考、主动求知的学习过程,其关键是要转变学生的学习观念,使他们从知识的被动接受者变为知识的主动构建者。在实施过程中,通过之前的教师引导,首先使学生了解自主学习的方法和自主学习的目的,然后在此基础上,根据自身特点,并利用多媒体进行自主学习。必须指出的是,教师需提前指出该节课的重点问题、主要内容和容易混淆的概念,并可通过E-mail、BBS、网上答疑等方式对学生自学中的困难进行实时和非实时的帮助。
  在自主学习引导课中,对于一些尽管内容相对繁杂,但理解起来比较容易的部分,比如粘性流体运动的精确解部分,可以作为学生自学的内容,交代其需要掌握的方面和线索,然后以文字报告、提问、讨论等方式检查学习内容,同时鼓励同学们在自学过程中发现问题、提出问题,最后根据同学们的报告或答题内容进行概括和总结。这样不但可以达到“学时虽减、内容不减、重点突出、主次分明”的教学效果,而且还便于同学们的理解和把握。通过10课时的学习,学生从对自主学习不了解和对本课程知识感性、零散的认识到基本能结合本课程特点进行自主学习。
  第二,小组合作学习。小组合作学习是指学习者为达到共同的学习目标,在教师指导下组成学习小组以促进知识构建的过程,主要采取讨论、交流、实践等活动形式。学生通过小组合作学习,交互式地实现知识的建构,以更好地培养协作精神等学习品质。对于小组合作学习,授课教师同样需要给予指导,重点在于拓展学生的知识面,引导他们对于相关技法的理解和运用。主要表现为:学生应认真阅读《粘性流体力学》课程的参考书及课件,对课程的学习方式有全面的了解,合理安排自学的时间和进度;学生要认真、独立、按时完成作业,对疑难问题做好记录,利用多种方式与教师联系,以取得帮助和指导。
  (3)教学效果评价
  教学效果评价是导学式教学模式的一个重要组成部分,是检查学生对本课程掌握、理解程度的重要手段,主要包括形成性评价和终结性评价两种方式。
  所谓形成性评价,是指通过学生平时作业、自检自测、小组活动等对学习过程进行测评。学生通过完成平时作业,从而加深对粘性流体力学基本概念和公式的理解,同时也培养其应用粘性流体力学相关知识解决实际问题的能力。教师通过对作业的认真批改,能随时掌握学生学习的基本情况。自检自测是学生通过自检自测题对掌握知识的程度进行了解和评价的过程,并在教师的指导下,解决学习中遇到的难点问题。而终结性评价则是对学生学习活动的总体评价,由此老师可以检查学生对粘性流体力学基本知识的掌握程度,并考核学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力。
  (4)教师精讲
  通过上述对教学效果的各种评价,教师可以了解学生学习动态,并对涉及到重难点部分的教学内容适当安排六次教学精讲。在展示教学内容上,重视对粘性流体力学应用成果的介绍,通过多媒体展示现代流动显示技术和CFD数值模拟技术的图像成果,从而将一些粘性流体力学中复杂流动现象清晰地呈现给学生,使学生在学习过程中,不仅能够充分利用现有理论分析物理过程,而且能够获得新知识;力求将教学中抽象的问题具体化、枯燥的问题趣味化、静止的问题动态化、复杂的问题简单化,加速和改善学生对学习内容的理解。
  (5)学生报告
  要求学生学期末完成一篇读书报告,其内容可限定为关于附面层的形成过程,附面层对流动、传热的影响等。报告内容也可由学生自定,题材不限,可以是阶段学习心得、综述、专题和值得注意的问题等。
  综上所述,教师引导、学生自主学习及小组合作学习、教学效果评价、教师精讲和学生报告这五个部分前后联系、相辅相成,是《粘性流体力学》课程实施导学式教学模式的有机组成部分,在具体实施过程中,其成功实施还需要辅之以多种教学方法与手段。
  2. 教学方法与手段
  (1)灵活使用多种教学方法
  课堂教学方法的选择,要以提高学生的能力和学习兴趣为目的,以师生互动为原则,以教学效率为目标。在采取“导学式”教学模式的情况下,《粘性流体力学》一课主要采取了三种教学方法,即教师精讲课的重点内容解析、学生自主学习引导课的讨论与讲演,以及课后训练有效途径的探索和具体要求。具体说来,教师应从教学实际出发,适当地采用启发式、对话式等多种教学方法,以丰富教学活动。
  其中,启发式教学法“由问题串成,由引入到结论皆由问题做铺垫”,强调通过让学生从事类似于科学家发现真理的学习活动,以调动其学习主动性和积极性。另外,结合思维导图进行教学,不仅显示知识,而且把知识之间的相关链接也很好地表达出来,能自动地激发学生对学习的兴趣,使得课堂教学更有创造性。教学中,通过不断将各种直观设备教学如幻灯片、挂图、CAI课件等投入课堂教学中,缩短了学生从掌握理论到实践的感知过程,有助于学生对新知识的深入理解和实际应用能力的提高。
  而对话式教学法的运用有助于学生创新性思维和师生间良性互动关系的形成,也有利于学生理解、深化、拓宽所学内容。创新性思维人才的培养,不在于学生学会了多少已经成熟的理论,而在于学生对已有理论的质疑和对现有学习、工作方法的改进和完善。该教学法的第一步就是引导学生学会质疑,学会提问。另外,该教学法还提高了学生在公开场合的应对能力和心理素质,有利于培养学生组织“讲稿”的能力。这也促进了学生从知识的接受者向学习的研究者的角色转变。
  (2)有效运用现代教育技术
  在教学过程中,传统的教学方法和现代教育技术相结合有助于提高教学质量,后者集文字、图片、动画、录像于一体,可使抽象的流体力学概念与理论形象化、具体化,有利于教学体系的改革,弥补了传统教学在时间、空间等方面的不足,特别是在调整教学计划,压缩教学学时的改革浪潮中,它更是解决教学内容多与教学时数少这一现实性矛盾的有效途径之一。比如,在展示教学内容上,多媒体教学具有生动、形象等特点,有利于增强学生形象思维能力和对知识的理解,而且能够通过三维动画模仿理论过程或动态形成过程,将教学内容与多媒体的形象化处理相结合。总之,现代教育技术的有效应用充分激发了学生的学习兴趣,并通过强调理论与实践并重,增加粘性流体力学中的工程或实践案例,极大地提高了学生对于粘性流体问题的认识。如通过组织大家讨论飞行器大攻角下分离流动的增升控制与巡航时的减阻控制机理研究,让学生了解国家航空业发展的需求,从而极大地促进了学习的兴趣。
  
  三、结语
  
  经过一个学期的教学实践,《粘性流体力学》一课应用导学式教学模式取得了预期效果。学生普遍反映自学能力得到较大的提高,且通过教与学的互动,在学习知识的同时培养了发现、分析和解决问题的能力。在读书报告中,有的同学已经能够很清晰地就粘性流体力学的复杂问题展开分析,并通过建模、尝试解析或数值求解来展开讨论。结合学生的反馈,反观导学式教学模式在《粘性流体力学》一课中的运用,我们认为要使其发挥最大功效,应注意以下三点:第一,教师首先要编好自学指导书;第二,注重学生及教师在教学环节中互动方式的开发;第三,及时根据教学反馈调整教学内容,改进教学方法。
  
  参考文献:
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  [3] 聂建峰,杨金观,林光彬.以社会需求为导向的创新型人才培养路径研究[J].国家教育行政学院学报,2010(2).
  (作者单位:北京航空航天大学航空科学与工程学院)
  编辑:陈 敏

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