引導自學式《流體力學》教學方法研究

周沙溆

摘 要： 針對傳統教學方法中“重教輕學”現象在《流體力學》課程教學中的局限性，作者提出新的以引導自學為主的課程教學方法。通過上好第一課和強調“前車之鑒”讓學生具有主動學習的意識。安排自學內容由淺到難，保證學生課前預習，課后復習及教授學生正確的分析問題方法教會學生自學，并讓學生養成自學習慣。這種新型教學方法使得大部分學生學習和分析問題的能力得到有效提高，并取得較好的教學成果。

關鍵詞： 流體力學 教學方法 教學改革 自學方法

教育是一個國家的立國之本，我國自春秋戰國時期就有先賢孔子開始教書育人。然而在我國傳統教學中往往以教師作為主體，重教而輕學，教師在課堂上使出各種方法強化教學效果，而對學生的“學”重視不足，甚至視而不見。對于很多學科而言，這種教學方式對于學生掌握知識情況的改善確實有顯著的效果，但是對于《流體力學》課程，這種教學方式影響十分有限。究其原因主要有：1.課程對數學基礎要求高；2.概念理解困難，費時；3.公式多且難，學生容易失去學習興趣。當學生處在課后不學、課上不聽或聽也聽不懂的狀態時，教師的諸多課堂教學手段在實施時就像沒有觀眾的表演一樣是達不到良好教學效果的。正是由于《流體力學》課程的這種特性，使得教學中的“學”在該課程的教授過程中顯得越來越重要。這里的“學”，不應僅僅是傳統教學方式中，學生在課堂上被動接受，而應包含課外自主學習。通過對過往學生學習情況的了解，有良好自學習慣和自學方法得當的學生往往《流體力學》課程成績優于沒有自學習慣的學生。正因如此，引導學生養成良好自學習慣和教會學生學會選擇恰當的自學方法在《流體力學》的教學中顯得尤為重要。為了達到以上教學目的，需對傳統教學方法進行如下調整。

一、讓學生具有主動自學的意愿

要引導學生主動學習，首先要讓學生有自學的意愿，較常用的有以下兩種方法。

1.上好第一堂課。

“第一印象效應”是婦孺皆知的一種心理效應，在日常生活中經常用到，如面試者注意儀表，為官者的“下馬威”等。這個道理在流體力學教學中同樣適用。聰明的教師通常特別注意教授第一堂課，這樣更容易引起學生的興趣，調動學生的積極性。針對工程流體力學的第一堂課，教師最好避免采用過于生硬的公式或太理論化的概念進行教授，可將現實中的一些有趣現象與課程進行聯系或提及一些與課程有關且同學們感興趣的問題。這一點得到很多教師的共識，如上海交通大學的丁祖榮教授在其《流體力學》公開課中就以高爾夫球為什么不采用光滑表面、汽車的形狀怎樣最優等幾個有趣的例子將看不見、摸不著的力與現實生活聯系在一起，使得學生對學習流體力學充滿期待。“興趣是最好的老師”，有了興趣之后學生自然愿意投入精力學習。

2.重點強調“前車之鑒”。

這里的“前車之鑒”當然可以指流體力學考試的一次通過率較低和流體力學成績普遍偏低的現實，但是事實證明，這種“前車之鑒”對調動學生學習的主動性效果并不顯著，反而容易引起部分學生的畏懼心理，不利于學生自學積極性的提高。通常來講最好的辦法就是對比平時喜歡學習和善于自學的同學與平時沒有自學習慣且學習態度不端正的同學進行對比，通過兩類同學在這門課程上取得的不同學習效果使得學生意識到自學對于流體力學課程的重要性。

當然以上兩種方法在增強學生自學意識上第一種效果更佳，但過于依賴學生興趣會使學生對后續課程的趣味性要求提高，反而不利于理論部分的教學，所以教師在課程上應盡可能將兩種方法結合，以期達到最佳效果。

二、讓學生學會流體力學課程的自學方法

僅有自學意識和自學動力對于流體力學課程的學習是遠遠不夠的，受制于中國基礎教育，我國進入大學學習的學生多半擅長記憶，而不是對公式概念的理解和運用。記憶固然重要，但是僅擅長記憶對于流體力學課程自學而言是遠遠不夠的。于是很多高校教師面臨的問題除了專業知識的教授外，還多了本應在中小學教育中教授的自學方法。為了使學生學會力學課程的自學方法，在教學中要注意以下幾點。

1.由淺到難。

所謂的由淺到難即留給學生自學的內容難度應由淺到難。有的老師為了提高學生自學能力，只要是自己不感興趣的章節或自認為不重要的章節統統不講解，完全留給學生自我消化。這樣的方法固然能夠極大地促進學生自學能力的提高，然而僅對本身自學能力較強的學生有效。這種教學方式對于重點院校的本科生，其差異性表現不明顯，但對于大多數普通院校的學生而言，只有少數學生適應這種教學方式，大多數學生則會因為難度過大而過早喪失學習興趣。因此教師在教授過程中，可先留一些較簡單的問題讓學生自學，等學生習慣自學且達到一定自學能力后再將部分較復雜的理論推導留給學生。

2.保證課前預習，課后復習。

自學能力不是一蹴而就，掌握方法就能立即提高的，需要不斷地練習。對于流體力學這門課程而言，其學習過程也需要循序漸進，因為流體力學的課程內容包含大量模型簡化、理論推導、概念理解、公式運用等需要大腦復雜加工的過程，一次的內容接觸不足以使大腦完成所有的任務。因此要保證課程學習質量，對課程內容的反復斟酌是必不可少的過程。通常要使得該課程學習效果最佳，除了上課聽教師的講解外，課前預習和課后復習對于學生而言也是必不可少的。學生課前預習的主要目的是貫穿課堂知識點，整體把握課程內容的難點和自己不容易理解的。為促使學生養成課前預習習慣，教師除了在第一堂課調動學生興趣外，還可在前一次課堂上布置少量預習任務，要求學生下一次課進行回答，但主要還是依靠學生的自覺性。而課后復習的主要目的是加深學生對課堂教學內容的理解和提高知識運用能力。通常教師可以通過布置練習題的形式達到目的，偶爾可采用小測驗的形式對學生學習情況進行測試，通過測試可增強學生課后學習的動力。

3.教會思考，舉一反三。

上述兩點都是教師使學生了解怎樣有效自學的引導手段，而流體力學不同于其他學科自學的真正關鍵之處則在于教會學生如何思考。

不同于諸多學科，流體力學的學習不僅僅依賴對公式和知識點的記憶，學生對知識點的理解和運用更重要。因此往往有些學生學習很用功，但是遇見問題總是無法自己解決，只能通過背題目的方式應付考試。這種學生就是典型的學習方法不得當，沒有學會思考。實際上，學習流體力學知識和其他力學課程類似，大部分知識點都不脫離假設、建模、公式推導和公式運用的流程，學生在學習知識點時只要能夠回答出“3W1H”，那么這個知識點就已經掌握了。

那么這“3W1H”到底是什么呢？第一個“W”就是“When could I use it？”什么時候可以用這個知識點？這就意味著學生在學習中一定要先弄清楚運用知識點的前提，力學當中的很多概念都是在一定先決條件下得到的推理，因此對于這些知識點而言，其使用不得違背這些先決條件。第二個“W”就是“What problems could I solve？”我能夠解決什么問題，所有的知識都不是萬能的，它僅僅只是研究或解決某一類問題的方法或手段，流體力學中的知識點很多體現的是各種物理量之間的關系，而這些關系決定了我們可以解決什么樣的問題。第三個“W”是“What situation should I use it？”什么情況下我應該用這個知識點？在運用知識點解決問題的時候，一個問題往往有很多種解決思路，不同的物理量之間有多種表示關系的公式，選用公式的時候一定要找準問題的關鍵點，最終選擇合適的公式或運用正確的知識點解決問題。最后一個“H”，指的是“How should I use it？”我怎么用這個知識點。選擇了正確的知識點并不意味著你就會用了，什么地方我們該忽略掉，什么地方要補充其他知識點，都是需要考慮的問題。通過將各知識點進行組合，分析他們的邏輯、數學或物理等關系，最終才能解決要求的問題。舉一個簡單的例子：假設現要求某處的靜水壓力，這個題目只涉及單一的知識點。我們首先要分析，靜水壓力是什么？什么情況下才有？靜水壓力的求救問題屬于水靜力學部分的知識點，也就是當液體處于靜止狀態或相對靜止狀態時，靜水壓力才存在。第二步，則要分析靜水壓力這個知識點能解決什么問題或與其他的物理量之間有什么關系。顯然和靜水壓力相關的有靜水壓強和作用面積，壓強乘以面積即壓力，那么我們現在的思路出來了，要解決靜水壓力的問題首先要了解靜水壓強和液體作用面積的情況，現在問題變為了考靜水壓強這個知識點。第三步，什么情況下我應該運用這個知識點？由于這個問題較簡單，解題思路清晰，因此對于該題這一步可以跳過。最后就是怎樣用這個知識點，根據靜水壓強的特性，其方向都是垂直于作用面，任一點處各方向上的靜水壓強大小相等，各點處靜水壓強大小不同。因此我們知道對于該物體的靜水壓力不能直接用某一點的壓力乘以物體的面積而應該將物體上每一微面積上的靜水壓強與面積乘積計算得出各微面積上的靜水壓力再進行矢量加和。這樣這個問題的思路就完整了。當然對于這個思路來講只能保證將所有問題都分析清楚。在實際解題過程中，學生還要在不違背以上各物理量關系的前提下，想想能不能找到簡化的方法，如果有，思考為什么可以這樣簡化，該簡化方法有沒有局限性。

以上就是我們學習和分析流體力學問題的基本思路。該思路貌似復雜，但當學生按照該過程接受了一定量的練習之后，便可以快速分析出某一流體力學問題的關鍵。同時，這個過程對于學生的自學也是至關重要的。只有真正學會這樣思考的同學，才可能避免題海戰術，對任一知識點都可以做到舉一反三。這樣的自學過程不僅是對學生自學能力的鍛煉，而且是對學生分析問題能力的鍛煉。而這種綜合邏輯分析問題的思路不僅在流體力學學習時需要，對于其他的如數學、大學物理等很多理工科課程也是必不可少的。然而在現有的基礎教育和高等教育中往往缺少的就是分析問題方法的教育，更多的是讓學生通過數學學習無意識地培養邏輯分析能力。

三、讓學生養成自學習慣

自學動力有了，學習方法也掌握之后，要使學習效果得到充分體現就需要學生持之以恒，真正將自學變為自己習慣的一部分。對于這一點而言，主要靠學生本身的自覺性，但是老師也可以給其少量外部刺激，促使學生養成這種習慣，如課后布置作業，定期小測驗，甚至可以通過舉行類似于結構大賽的流體力學興趣大賽等形式提高學生學習興趣，促使其自學。

通過如上教學方法改革，我所帶班級的學生對流體力學課程的學習熱情普遍提高，同時分析解決問題能力得到增強。但是這種教學方法也存在一個明顯的缺點，即過分依賴學生自覺性，對于少部分沒有自學習慣且學習態度不好的學生不僅沒有促進其學習而且使得個別學生為自己的缺勤找到了充分理由。學生的兩極分化現象更加明顯，雖然良好率提高了，但課程總淘汰率有小幅提高。

總體而言，該課程的教學方法改革是有意義且有成效的，但其中遇到的某些問題還需進一步深化研究。

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