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风沙物理学课程教学改革的探索

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  摘要:本文针对《风沙物理学》课程学习中存在的困难,从学科思想认识、理论教学和实验与实践教学三方面对该课程的教学方法进行研究探索,提出在明确“风沙物理学”的基本性质的基础上,从优化课程内容,完善课程体系、改进教学方式和手段、引入科研内容,以科研促进教学三方面进行理论教学改革,并结合本校特点进行实验与实践教学改革,以此达到提高教学效果的目的。
  关键词:风沙物理学;教学改革;探索
  中图分类号:G642.0     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)18-0148-02
   《风沙物理学》是水土保持与荒漠化防治专业本科生教学中的专业基础课程,是以流体力学的基本原理为出发点,运用力学和物理学系统研究风和各种沙质地表的相互作用机理及其风沙运动规律的科学[1]。本课程的学习,要求学生拥有较好的数理知识,通过本课程的学习,使学生掌握风和沙物质的基本性质、风沙运动规律、风沙地貌的形式和发展、土壤风蚀的观测和计算、沙尘暴运动以及风沙物理学研究的方法,为风沙物理学的研究奠定基础,进一步指导沙漠化防治工作,对学生本科阶段专业知识的掌握、未来继续学习深造以及工作都有深远的影响[2-3]。然而大多数学生在本课程学习时发现,因其对良好数学和物理功底的基础要求,该课程的理论知识的学习存在一定的困难。另外,由于该课程基本以课堂教学为主,因此在风沙物理学研究方法的学习上存在对实践能力的训练不足的问题。然而本校在该课程的培养方案中并未开展实验和课程实习内容,这也直接造成实践教学方面的严重欠缺。针对这些问题,本人对《风沙物理学》从学科思想认识、理论实践教学和实验与实践教学三方面的教学方法进行研究探索,以增强教学效果,调动学生的学习积极性,达到高效教学的目的。
  一、明确“风沙物理学”的基本性质
  了解一个学科,首先要明确一个学科的及基本性质。风沙物理学是流体力学理论和沙漠学研究与实践融合发展的产物[4]。以各种风沙运动为研究对象,通过风、沙两相流相互作用,研究有关地表的风蚀、沙物质的风力搬运、沉积和因之形成的各种地貌形态之物理机制,以及风沙危害防治工程设计的物理学原理等内容[5],它既是沙漠地貌学研究的一部分,又是多相流研究的一个重要分支,是一门介于风沙地貌学与流体学之间的边缘科学[6]。它融物理学、应用数学、力学、气象学、地质地貌学与工程学等于一体。因此,该学科要求授课教师时刻关注相关学科的发展动态,与时俱进,时刻更新自己的课堂理论教学内容,紧跟学科发展的步伐。
  二、理论教学改革的探索
  在明确了《风沙物理学》这门学科是多学科交叉的性质基础上,本人在课堂理论教学上进行了设计。
  (一)优化课程内容,完善课程体系
  “风沙物理学”开设在第五学期,此时学生已经具备高等数学、流体力学、沙漠学概论等知识基础,但因该课程融物理学、应用数学、力学、气象学、工程学和地质地貌学等为一体,因此在教学中会涉及到许多以前已经学习过的知识点,或以已经学习过的知识点为基础进一步深入学习,因此在课程设计过程中,发挥我们学校设置教研室的优势,与开设相关基础课程的教师进行交流讨论,以优化课程内容,选择性的弱化课程中的部分内容,以增加重要知识点的教学课时。同时,针对物理学和力学学习基础不扎实的问题,适当增加了流体力学方面的教学课时,以帮助学生回顾已学的知识,进一步理解该课程中的专业知识点。
  另外,每本教材的編著都会结合自身的教学和科学研究情况以及考虑本校学生的特点,而风沙物理学的专业教材目前仅有一本。因此,在教学过程中,为学生筛选推荐了其他相关性较强的教材,以帮助学生学会采众家之长以融会贯通。
  (二)改进教学方式和手段
  传统的教学过程,以教师讲授为主,尤其是专业性较强的课程。而越是难度较大的课程,教师讲授的内容越多,反而学生学习起来越困难,学习兴趣也会逐渐降低。因此本课程尝试增加师生互动式教学方法,以唤起学生对课程内容的兴趣,效果良好。在教学中,运用讲授、提问、讨论、专题讲座等形式进行教学开展。每节课开始会利用5分钟的时间,给学生提出一个本节课的核心问题,让学生们讨论,查阅(利用现代学生均带手机上课的习惯),然后带着这个问题开始课程,以吸引学生的注意力,这对于学生主动学习,提高学习兴趣有很重要的作用。
  此外,利用多媒体等现代教学设施教学,注重动态影像资料的使用,对风沙起动、风沙流结构,涡流的形成等多媒体动画的制作和风洞模拟实验的影像资料进行讲解,同时在黑板上进行传统的框架结构图的板书设计,实现板书+多媒体的同步式教学,这可以增加学生对知识点的理解和系统梳理,提高每节课的教学质量。
  (三)引入科研内容,以科研促进教学
  本课程开设于第五学期,在这个阶段,大部分的学生们已经开始规划自己的未来,对于我们这种普通本科院校,大部分的学生还是把考研作为首要的选择,因此,课堂教学引入科研就变的顺理成章,也是学生们最感兴趣的内容。推行研讨式教学成为该课程学习的一个重要手段,例如对于风沙物理学的研究方法的学习时,有选择地介绍一些最新研究进展,并将学生分小组进行资料查阅、讨论和汇报,这样激发学生学习的积极性和主动性,更有助于学生深入领会风沙物理学的基本原理,培养了学生未来开展科学研究的兴趣。
  三、实验与实践教学改革的探索
  风沙物理学属于应用性和实践性较强的课程,并且大部分的实验和实践教学都需要借助风洞,而由于风洞设备价格昂贵,对实验室各种要求较高,所以大部分学校并不具备风洞试验的设备,这也直接导致实验与实践教学阶段受到极大的限制。本课程教学中,也遇到了同样的问题,并且我们学校因各方面的限制,直接没有安排实验和课程实践教学,这也给本课程的教学工作带来了更大的挑战。针对这个问题,在教学环节中,我利用学校地处毛乌素沙地南缘的地域优势,运用学生可以经常看到的自然现象为例进行讲解,并适当添加一些小型实验,让学生课下自己动手,课上进行演示,以加深对课程的理解,并同时增强学生的动手能力。   同时,运用一些风信资料,让学生们自己整理,在此过程中让学生们深入理解风沙物理学的理论知识,并学会试验设计的修改和自主设计,以获得更好的观测数据资料。同时在专业实习阶段,与相关学科的教师交流,共同设计实习环节,尽可能的让学生进行多学科同时学习,以融会贯通,促进本课程的学习。
  总之,风沙物理学是一门难讲难学的课程,并具有研究范围不断扩大和研究新成果多的特点,作为重要的专业基础课,对学生后续进行专业课程的学习具有深远的影响。本文从本校学生学习遇到的问题入手,针对该学科的不同教学环节进行了思考,以此达到提高教学效果的目的,完成好“风沙物理学”课程的教学工作。
  参考文献:
  [1]丁国栋.風沙物理学[M].北京:中国林业出版社,2010.
  [2]马瑞,赵锦梅.《风沙物理学》课程教学探索[J].赤峰学院学报(自然科学版),2015,31(8):213-215.
  [3]赵媛媛,丁国栋,高广磊.梁希实验班“风沙物理学”课程教学改革的探索[J].中国林业教育,2014,32(5):45-47.
  [4]董治宝,董光荣.风沙物理学研究进展与展望[J].大自然探索,1995,14(3):30-38.
  [5]刘世增,徐先英,詹科杰.风沙物理学进展及其在沙漠化防治中的应用[J].科技导报,2017,35(3):29-36.
  [6]董治宝.中国风沙物理研究五十年(Ⅰ)[J].中国沙漠.2005,25(3):293-305.
  Abstract:In view of the difficulties in the study of wind-sand physicsy,this study researchedand explored the teaching methods of this course from three aspects which was the subject ideological understanding,theoretical teaching and experimental and practical teaching.We put forward that we could carryout theoretical teaching reform from three aspects.They are optimizing the course content and improvig the course system,improving teaching methods and means and introducing scientific research content to promote teaching.In addition,we could carry out experimental and practical teaching reform combined with the characteristics of our universities.So we could achieve the goal of improving the teaching effects.
  Key words:blown sand physics;teaching reform;exploring
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