啟發引導式教學方法在流體力學教學中的應用

段慧玲 吳新

摘 要 針對流體力學的課程特點，以及教學過程中遇到的一些問題，建議教學過程中采用啟發引導式教學方法，發揮學生的主觀能動性，增強學生在課程中的參與程度，達到增強教學效果的目的。

關鍵詞 流體力學；啟發引導式教學方法；多媒體；實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：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

流體力學研究流體在靜止和運動時的力學規律及流體與固體壁面間的相互作用力，包括空氣和水在內的流體，與基礎力學有緊密的聯系。流體力學是能源與動力工程專業的專業基礎課程，涉及數學、物理、力學等內容，概念多，公式復雜，理論抽象，實際應用廣，對學生綜合利用知識的要求較高，是普遍公認的教師難教、學生難學的課程之一。在教學過程中，如何提高學生的積極性，深入淺出，加深學生的理解，增強教學效果，是流體力學教學工作者需要考慮的問題。筆者根據自身教學經歷，并結合其他同行的教學經驗，在流體力學教學過程中，建議采用啟發引導式教學方法，充分發揮學生的主觀能動性，增強學生在課程中的參與程度。

2 激發學生學習興趣

在教學過程中，應該明確學生學習的主體地位，教師扮演配合學生完成學習任務的輔助角色，不可顛倒。在教學過程中發現，學生往往對理論性強、看似枯燥的學習內容興趣不高，或者開始還比較有興趣，隨著課程難度加大，一些學生跟不上，慢慢產生放棄和厭惡心理。要提高教學質量，首先需要從激發學生的學習興趣入手。流體力學難度較大，但也要避免把學生嚇到，使學生產生畏懼心理。在課堂教學中，教師應該貼合實際，多舉一些生活中的事例，使學生有切身感受，增加他們的認識[1]。

可以在課程的緒論部分列舉一些具體的事例，利用流體力學知識解釋一些有趣的現象；也可以設置一些問題，使學生帶著好奇心學習后續內容[2]。如表面光滑的球飛得遠，還是粗糙的飛得遠？多數學生會認為，表面光滑的球在飛行過程中受到的摩擦力小，應該飛得遠。此時，可以向學生簡要解釋下邊界層和尾流區，解釋為什么高爾夫球設置為有凹坑的形狀：

光滑球體繞流時，紊流轉捩發生得晚，與紊流對應的規則流動稱為層流。而層流邊界層較易發生流動分離現象（即流線離開球的表面），球體迎面形成高壓區，背面形成較大的低壓區，產生很大的阻力（壓差阻力），因此，光滑球體飛行的距離小。球體表面有凹痕時，凹痕促使紊流轉捩發生，紊流邊界層不易發生流動分離現象，從而使球體背后的低壓區小，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，每個人都有或多或少的認識。緊接著，更貼近生活實際地提出，請學生思考汽車行駛過程中的阻力主要來自前面的擋風玻璃，還是汽車的尾流？有了前面高爾夫球的例子，學生應該可以很快做出判斷，這時可以向學生解釋流線型汽車的由來。學生可以從生活中找到流體力學的影子，生活中的一些現象，通過流體力學知識得到的解釋，激發學習流體力學的興趣，促進學習流體力學的好奇心，帶著這樣的興趣和好奇心，完成流體力學的學習。

教師是課堂教學的組織者，在教學中要引導學生獨立思考，發揮學生的主觀能動性，避免自己成為課堂的主角。而教師講得多，學生思考得少，學生被動接受教師的灌輸，缺乏自己的理解，往往知其然而不知其所以然，是目前教學過程中普遍存在的問題。在課堂教學中，教師應變學生被動為主動，增強學生的參與感，使學生在參與過程中慢慢找到學習的樂趣，由愿學到愛學再到樂學，形成學習的良性循環。

3 有效運用多媒體教學手段

流體力學的很多內容較為抽象，很多流動過程很難通過語言清晰地表達出來，學生理解得也很吃力。近年來，多媒體技術由于其形象、直觀、生動、具體，對于復雜的概念或者流動過程，可以通過軟件制作成動畫，形象地展示給學生，加深學生的理解。

如描述流體運動的兩種方式——拉格朗日法和歐拉法，光靠語言描述，效果不好。歐拉方法是學生之前沒有接觸過的研究方法，很多學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、動畫的方式呈現給學生，可以使學生對這兩種方法有更深刻的認識，理解歐拉方法在流體力學研究中的重要性。

跡線、流線的概念也容易混淆，采用動畫的方式，跡線和流線產生的本質、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、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直觀地呈現出來，使學生建立清晰的物理概念，幫助學生理解和消化所學知識。

在流體力學中有大量的公式和圖表，將一些圖表通過多媒體表示出來，可以節省課堂時間，使一些需要重點理解的內容有充足的時間在課堂板書。

采用多媒體技術，可以利用多方面的教學資源，使傳統教學方法不易呈現的部分在課堂呈現，課堂教學內容豐富化。生動的圖片、直觀的動畫，可以吸引學生的注意力，調動學生學習積極性，有助于營造輕松的課堂學習氛圍，避免單一化的教學方法給學生帶來的疲憊感[3]。

多媒體教學手段有很多傳統教學方法沒有的優點，但是也有一些弊端，如多媒體技術容易使教學進度加快，一些公式的推導過程不易凸顯。在實際教學過程中，應將多媒體技術和傳統教學方法相結合，揚長避短，更好地發揮各自優勢，為教學工作服務。對一些不易理解的概念，采用多媒體方式呈現；對一些基本方程和重要的公式，板書推導過程，使學生有更多時間理解，收到良好的教學效果。

4 注重課堂提問

在課堂上，根據教學內容多設置一些問題，引導學生獨立思考，改變以往的講授方式。在多年的填鴨式教育中，學生養成懶惰的學習習慣，過度依賴教師的講解，不愿意動腦思考，學到的知識片面化，不夠系統。由于缺乏自己的理解，知識點記憶不牢，容易淡忘。降低教師在課堂上的講授比例，設置一些提問和討論，增加學生的思考時間，凸顯學生的主體地位。

問題的設置不必很難，避免學生回答不出而產生挫敗感。由于以往形成的惰性思維習慣，不是一時可以轉變過來的，在課堂上營造輕松的氛圍，鼓勵學生積極思考、回答問題，對錯沒有關系，將課堂表現計入平時成績，慢慢引導學生參與課堂教學環節。對表現積極的學生，給予一定獎勵，通過一步步引導學生思考，使學生逐漸建立自信，在學習中找到樂趣，獲得成就感。

將提問穿插在課堂教學中，不僅可以反饋學生的掌握情況，還可以鍛煉學生養成獨立思考的習慣，提高學生分析問題、解決問題的能力，對調節課堂氣氛也有幫助。

5 增設習題討論課

以往的教學經歷發現，學生往往容易聽懂內容，但是不會應用，面對具體的問題束手無策。流體力學實際問題的解決，關鍵是要能夠透過現象看到本質，建立正確的力學模型。流體力學中有很多基本概念，是對實際流動的一種簡化，如理想流體、不可壓縮流體、定常流動等，實際流動過程往往不具備這樣的條件，但是為了解決問題的方便，常常會忽略一些次要因素，如密度隨壓力變化不大時，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用，讓學生寫出伯努利方程，多數學生都會寫，但是涉及具體的問題，特別是一些綜合問題，如能量方程、動量方程的綜合運用，很多學生不記得使用連續性方程，看到題目往往會覺得條件不全，或是無從下手，缺乏分析實際問題的能力。

結合課程內容增設一些習題課，可以幫助學生鞏固所學內容。習題課是培養學生靈活運用所學知識、對概念加深理解的重要環節。通過典型例題的剖析，啟發學生舉一反三，促使學生明白“學課程首先要學思路”“要把習題當作學習不可分割的一部分”的道理[4]。習題課提供了課堂討論的機會，對學生思維的鍛煉是單純講課無法代替的，這是從多年教學中獲得的經驗[5]。

6 重視實驗教學

流體力學是一門建立在實驗研究基礎上的科學，實驗環節是流體力學課程的重要組成部分，其目的不僅在于驗證理論，幫助學生掌握流體力學基本原理，而且要培養學生進行科學研究，提高獨立工作和創新能力[4]。通過實驗教學，可以增強學生的感性認識，鞏固理論知識，通過觀察液流現象，培養學生分析問題的能力。如雷諾實驗，通過觀察層流、紊流的流態及其轉換特征，要求測定臨界雷諾數，掌握流態判別準則。在液體中滴加一滴染料作為標記物，通過閥門開啟大小來控制流速，學生通過觀察顏色水在流動中的變化過程，這一具體的、有趣的液流現象，增強對粘性液體流動的感性認識，理解層流和紊流的本質特征，認識到為什么把臨界雷諾數作為流態判別準則[6]。

在實驗教學中，可以增設一些綜合實驗或設計性實驗，將學生分成若干小組，討論確定實驗方案。一些動手操作實踐類的環節更能引起學生的興趣，發揮學生的積極主動性，更好地培養學生的創新能力[7]。

7 結語

流體力學是一門抽象的理論課程，概念多，公式復雜，教師難教，學生難懂，因此在流體力學教學中更應注重教學方法和教學技巧。筆者建議采用啟發引導式教學方法，從調動學生積極性入手，有效利用多媒體教學手段，在課堂上多設置一些提問，注意營造課堂氣氛；注重基本概念和基本原理的講解，通過習題課鞏固所學內容，鍛煉學生分析實際問題的能力；重視實驗教學，增設一些設計類實驗，發揮學生的積極主動性，培養學生的創新能力，從而取得理想的教學效果。

參考文獻

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[3]程光均，向文英.流體力學教學中的傳統教學與網絡多媒體教學[J].高等建筑教育，2003（1）：40-41.

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