從教育哲學角度探討水力學課程的教學改革與創新

王碩+楊倩倩+李激+成小英

摘要：教學改革創新一直是被廣泛討論的熱點問題。本文結合教授環境工程專業水力學課程的心得體會，從教育哲學角度分析教學中存在的問題，嘗試提出較為科學的解決途徑，主要包括注重培養新型友好的師生關系，呈現直觀性、整體性、社會性的知識體系，為學生創造動手實踐的情境，提高學生主動思維的可能性。

關鍵詞：教學改革;水力學;教育哲學;師生關系;主動思維

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0098-03

哲學是研究世界觀和方法論的學科，是研究人怎樣生活得更有智慧的科學;哲學是智慧之學，其英文釋義“philosophy”的詞源之義即“愛智慧”。一直以來，哲學和學習有著密不可分的聯系，教學和學習是一對息息相關的共生體。教育哲學是幫助教師研究教學中的方法論及其背后的哲學原理。所以，教師理應充分認識到運用教育哲學進行教學改革創新的必要性，重視依據哲學原理解釋教學過程問題的重要性。這對系統科學地、循序漸進地改進教學方法尤為重要。學習的直接目的是掌握知識，而掌握一項知識的標志是在知識理解的基礎上運用這項知識，并根據這項知識進行拓展分析。環境工程是一門工程學科，水力學是其專業基礎課程，能夠將水力學的知識技能遷移應用于工程設計中尤其重要。本文以環境工程專業水力學教學為例，針對筆者在教學過程中的心得體會，從教育哲學的角度來探討如何進行教學創新，以達到利于學生理解記憶并遷移運用水力學知識技能的目的。

一、教育哲學觀點簡介

教育哲學是綜合教育學、教育史、心理學及其他教育學科的知識，對教育中的基本問題，用哲學觀點予以理論上的闡明。教育哲學可以以哲學的體系為框架論述教育問題，也可以教育基本問題為出發點進行哲學分析。本文側重應用后者，即從水力學教學中遇到的問題出發，思考其哲學本質，遷移運用到教學方法中?；谡軐W思維的教育哲學是溯本式沉思，從而使原理與實踐因果呼應，相得益彰。

以研究教育基本問題為主的教育哲學體系，主要以杜威的《民主主義與教育》為代表，提出“教育即生長”、“教育即生活”、“學校即社會”和“教育即經驗的改組和改造”等主要觀點，全面剖析教育、社會與受教育個體發展三者之間的內在聯系，提出“從做中學”的教學原則，并根據科學思維方式提出教學五步驟，探討道德教育問題，從而構建起龐大的教育理論體系。當然，杜威的觀點存在時代的局限，本文則以其被高度認可的主要哲學觀點分析一些教學問題案例，嘗試提出解決方法。

二、水力學教學改革創新途徑舉例

（一）注重培養新型友好的師生關系

杜威認為，教育是通過個人參與人類的社會意識進行的。人是社會性動物，具有賴以相互維系的精神因素，而教育是有效聯系和溝通的渠道。他把教育看作社會的功能，看作社會生活延續的工具，而一切教育都是通過個人參與人類的社會意識而進行的。教師和學生的關系有其社會關系的一般屬性，即師生關系需要交往、聯系，建立心理安全距離，并且互相交流、信息互換。同時，師生關系也有社會關系的特殊性，一直以來傳統師生關系強調“唯師獨尊”、講臺界限分明等，難以實質性地突破束縛，因此，建立和諧友好的師生關系必將對教學產生意義深遠的影響。

筆者在課程教學一開始就考慮到課余時間的師生互動問題，于是在第一堂課時就說明將會安排固定的答疑時間，解答學生課下理解課堂內容時產生的新問題，更多地了解學生，與學生建立良好的溝通關系。但隨著時間的推移，筆者發現結果并不理想。探究原因，通過與學生的溝通了解到，大家的課程較為充實，學習活動占據他們的大部分時間，但在時間與精力上可能存在沖突。同時，隨著多媒體技術的發展，學生交流的主場早已轉移至相對便捷省時的網絡。因此，要做出調整，基于建立良好溝通師生關系的目標，結合面對面交互式與網絡交互式的優缺點，同時為充分發揮學生的自主性，最后擬定以網絡—實地結合的沙龍方式，建立拉近師生距離的溝通渠道。

這種沙龍方式主要是在網絡上建立群組，討論普通性的問題，安排負責人整理未解決或在網絡上不便解決的問題，協調大家的時間，不定期地進行沙龍座談，或就某一前沿問題組織free talk，甚至鼓勵學生用英語表達，煅煉其表達能力和專業英語運用能力。例如，其中的一期沙龍是關于管嘴出流問題的討論，一部分學生難以理解流體在管嘴中會出現c-c收縮斷面，即在此處主流與壁面脫離，形成旋渦區的問題。還有部分學生提到，孔口變水頭出流章節中，變水頭出流容器的放空時間等于在起始水頭H作用下，流出同體積水所需時間的兩倍，這個結論推導會用到微積分的知識，雖嚴謹但步驟煩瑣，難以記憶。于是，師生在群組展開熱烈討論，但采用文字和貼圖等手段效果均不明顯?？紤]到運用教學手段中的形象直觀法可以幫助學生理解記憶，于是筆者組織了圍繞上述兩個主題的水力學沙龍，讓學生分為演示組、推導組、道具組，分工協作，采用墨水標記，借助攝影等手段，清晰地觀察到收縮斷面。此外，對變水頭和等水頭出流情境進行計時，把現象和結論生動簡明地演示出來。在沙龍中，學生不僅饒有興趣地展示自己的杰作，而且就日常生活中的一些水力學現象展開熱烈的討論。教師不僅是指導者和評價者，更是參與者，既能幫助學生解決課程難題，又可以增進與學生的友好關系。因而，嚴肅的科學問題在這一輕松愉快的氛圍中得到生動詮釋。師生之間的互動不再限于課堂點名提問的方式，師生關系日益融洽，進一步增強教學成效。由此可見，注重新型師生關系的培養，在協助教學的過程中發揮了重要的促進作用。

（二）呈現直觀性、整體性和社會性的知識體系

杜威曾說，課程與教材的內容往往缺乏整體性和社會性，以這個觀點衡量現在教學也不失為一個明智的選擇。因為大多數教材存在局限性和滯后性的問題，從水力學課程體系來看，目前使用的各種版本的水力學教材基本上采用蘇聯20世紀50年代的水力學課程體系，盡管做出修正補充，但仍無法跳出洛強斯基的課程體系框架。由于教材的局限和滯后，水力學的教學與學習難以實現理論聯系實際，不利于了解當今學科進展，不便于形成完整的知識框架，不明確學科在哪些產業中發揮作用等。例如，在課堂上講述閘門靜水壓力、水流銜接及消能、寬頂堰溢流水力計算時，學生往往會因缺乏對實際工程的感性認識而難以吸收知識，更難以理解基礎理論的分析推導。所以，如何為學生呈現直觀性、整體性和社會性的知識體系，將成為幫助學生建立科學與生產、公理與假設之間關系的重要環節。

筆者針對上述教學過程中產生的問題，部分章節采用實例教學法。工程實例教學法是將工程實例應用于教學，通過教師講授與演示相結合，激發學生的學習興趣，改善學習效果，提高解決實際問題能力的新型教學方法。具體教學過程如下：首先，由教師提前選取目標知識點，將其分配學生查找工程資料，途徑可以多樣化，如咨詢相關企業、往屆在職畢業生、文獻專著等。其次，組織學生分組講解，提出問題，做出結論。再次，由教師匯總各組問題，重新分配到不同組別繼續查閱資料解決問題。最后，由教師演示講解備課教案的工程案例，統一對學生的案例講解情況進行評價和總結，選取有代表性的案例輸入教學資料數據庫。

通過工程案例的教授分析，不但可以將水力學上下游的知識進行延伸串聯，促進體系的完整性;同時又將知識在工程中的運用充分展現，增強知識的社會性。研究表明，人類通過語言形式從聽覺獲取的知識能記憶15%，通過視覺獲取的知識則能記憶25%，將各種形式結合起來，記憶的知識則可高達65%。由于案例教學中使用大量的視覺直觀手段，能夠幫助學生更完整地構建知識體系，幫助學生形成清晰的記憶。通過對學生的階段測評，可以看出案例教學在很大程度上會增強學生的學習效果。

（三）為學生創造動手實踐的情境

杜威的教育思想是以實用主義哲學為基礎的，人類應當“從做事里面求學問”，強調以學生的現實生活為依附，即從現實生活出發。杜威指出，“學校相互聯系的樞紐不是科學，不是文學，而是學生本身的社會活動”，這樣的社會活動是“從做中學”。“從做中學”充分體現學與做的結合，也就是知與行的結合?；谏鲜隼碚?，我們可以發現，水力學是服務于工程的專業基礎學科，就應該注重學生動手實踐能力的培養，以利于學生進入社會工作，充分發揮本學科的優勢。

傳統的水力學教學在動手實踐方面主要集中在實驗課程中，實驗裝置和條件相對固定，學生所提交的實驗報告相對單一，缺乏對實驗現象背后原理的挖掘。水力學的實驗條件應適當地開放，讓學生可以進行綜合性實驗。在實驗類別的分配上，逐漸將驗證性實驗改為設計性實驗。經過設計性實驗的鍛煉，學生不是被動地接受知識，而是主動地尋求知識。而且，教師應突破傳統的灌輸式教學，注重啟發式和開放式的教學方式，充分發揮學生設計實驗和完成實驗的能力，在實踐的過程中靈活運用知識，使學生通過思考與實踐的結合對水力學知識和實驗設備展開良好的掌握和運用，從而實現“從做中學”的哲學思想的外化。另外，學生應該走出校門，到真正應用水力學學科的單位參觀實習，將在實際工程中觀察的水力學現象還原到對課堂知識喚醒，經過吸收、觀察、反思的途徑，完成知行合一的教學過程。如果實習經費不充足，到實地考察有一定困難，教師可以組織收集制作相關的工程圖片、視頻及多種直觀化的教具模型，使學生在課堂上仍能最大程度地體會理論與實踐的聯系。

（四）提高學生主動思維的可能性

“好的教學必須喚起思維”是杜威關于教學法的又一個根本性指導思想。持久地改進教學方法和學習方法的唯一直接途徑，在于把注意力集中在嚴格要求思維、促進思維和檢驗思維的條件上。凡是可能阻礙學生思維的因素都具有改革創新的空間。例如，教師的教授內容、教學時間、教學地點以及教學順序安排等。主動思維是創造力的核心，特指積極而具有創造性的思維，通過思維不僅能揭示客觀事物的本質和內在聯系，而且能夠指引學生獲得新知或未知問題的新解釋，從而產生新穎的、前所未有的思維成果。只有學生對課程產生主動思維的意愿和動作，這時才是傳授一切知識和技能，甚至是教學相長的最佳時機。

杜威認為，思維的過程分為五個步驟：疑難的境地、指出疑難點所在的位置、提出解決問題的假設、推斷哪種假設能解決問題及在行動中檢驗假設[4]。下面以水力學中關于流動阻力和能量損失的教學為例，說明如何幫助學生完成主動思維的五個步驟。

“為學患無疑，疑則有進。”“疑”在最大限度地發揮學習者學習的主動性和積極性，啟迪學習者積極思維，以使學習者萌發積極主動探索新知的欲望，起到至關重要的作用。第一步，教師應注重對知識導入進行教學設計，思考如何展示知識能引發學生處于疑問的情境，也就是激發學生內部的學習動機。筆者采用極限思路導引的方法，在上課開始向學生提出問題：假設一根水平管很長，中間又有很多閥門和變徑，但沒有支管接出，在水管的始端有固定流量的水（非連續），請大家思考水管末端的流量可能是多少？對于這個問題，學生的答案大致有兩種：一種是與起始狀態一樣，因為沒有水從中間流出;另一種是比起始的流量小，因為過程中會有蒸發。這兩種答案都是基于物質守恒的角度，大家思考得都有道理，不過根據這節課所涉及的新知識來解釋的話，末端流量有可能是零！課堂中會出現些許驚訝的聲音，此時引發好奇及疑問的目的已經達成。

第二步，確定疑難所在，也就是將產生疑難涉及的知識盲點定位。為什么流量是零？這個答案從感觀上很難理解，因為這畢竟是一個極限問題?，F實生活中很難用一根幾乎無限長的水管來驗證，但如果找到理論依據，這件問題就會演變成一個生動有趣的現象，需要學生更多地從物質守恒來直觀地考慮這個問題。此時，教師可以建議學生從能量守恒的角度再次思考，對今天所學課程就會有一個比較合理的解釋。至此，可以定位疑難背后存在的主要原因。

第三步，提出解決問題的假設，即嘗試尋找解決問題的方法。心理學把問題解決的途徑分為：嘗試錯誤、探試搜索、爬山法、手段目的分析法和反推法[11]。這一過程對應于水力學的教學中就體現在教師課件的準備，應結合學生認知順序合理地呈現課件，運用多種手段，不同途徑地演繹講解方案，包括知識架構的梳理、公式推導、動畫演示等，重點將流動阻力產生的原因和能量損失產生的不同情境做出充分合理的解釋和說明，留有提問的時間。

第四步，推斷哪種假設能解決問題，優化解決疑難的方法。通過對學生的課堂回應，以及課后與學生的溝通，進一步了解教學中哪種方式更加使學生受益，從而對本章知識的教授方式進行擇優深化。對于流動阻力和能量損失的學習，學生反應動畫演示和例題講解的方式更加利于理解，教師則可針對學生的反饋進一步優化這兩種教學方法。

第五步，在行動中檢驗假設，檢驗學生的學習效果。通過隨堂測驗效果、課堂上對學生和課堂中思維活躍程度的觀察，以及期末考試結果，在采用深度優化后的動畫演示和例題講解方式后，將學生在涉及流動阻力和能量損失部分的錯答率由25%降至8%。由此發現，動畫演示和例題講解的教學模式在流動阻力和能量損失的教學中會發揮積極的作用。

三、結論

在水力學的教學改革中，教師應重視從教育哲學的視角出發，不斷反思自身教學的創新途徑。首先，注重培養新型友好的師生關系，與學生進行有效的溝通。其次，在課堂上呈現直觀性、整體性和社會性的知識體系，在課下為學生創造動手實踐的情境。最后，在備課中通過各種方式提高學生主動思維的可能性，基于思維過程的本質幫助學生掌握水力學的知識體系。

參考文獻：

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[2]伊萬·A·斯諾克.終身教育：杜威的觀點[J].開放教育研究，2013，19（04）.

[3]李娜.隨“網”潛入夜，潤“心”細無聲[J].內蒙古教育，2015，（02）.

[4]裴國霞.水力學課程教學模式的改革與實踐[J].內蒙古農業大學學報（社會科學版），2000，2（3）.

[5]張西平，吳金華，梁素韜.工程實例教學法在水力學課程教學中的應用與實踐[J].河北農業大學學報（農林教育版），2014，16（2）.