以學生為主體的計算流體力學課程教學思考

章大海 周昌靜

教育模式在從應試教育向素質教育轉換的過程中，如何去把握課堂上教師的“教”與學生的“學”之間的關系，己成為教育界同仁們共同關注的問題。教育的最終目的是讓學生在掌握前人積累的豐富知識及經驗的基礎上，不斷發展和創新。前蘇聯著名教育家蘇霍姆林斯基說：“只有能夠去激發學生進行自我教育能力的教育才是真正的教育”[1]。現代社會信息瞬息萬變，教育者除教授知識外，更重要的是教給學生獲取知識的方法和激發學生的學習興趣，由學生主動去學習適合自己特點的課程。因此，學校的任務是研究如何向學生提供最好的服務，提供可以自由探索、自主學習的學習環境，改變“以教師為主體”的傳統教學模式，在先進的教育科學理念的指引下，充分發揮現代化教育技術手段的作用，管理教學，組織教學，實施“以學生為主體”的教學模式。

一 “以學生為主體”教學方式的內涵

“以學生為主體”的教學理論，目的是讓學生親身經歷知識的獲得過程，體驗成功的喜悅，培養學生的獨立性、自主性、創造性。教師應該注重培養學生的參與意識，為學生探究知識創設物理情境，激發學生的創造潛能。在傳統的教學中，教師是知識的擁有者、傳授者，是教學過程中的絕對“權威”，學生則是“容器”，教師講課的主要教學手段和方法是如何將知識輸送到所謂的“容器”中去[2]。整個課堂上教師是主導者，是核心人物，而學生則是服從者;課堂是教師講，學生聽;教師寫，學生記。教學中，學生完全處于被動狀態，主要依靠教師在進行消極地學習。該方法嚴重影響了學生創造力和想象力的發揮，不利于提高學生學習知識的興趣和運用所學知識的能力，這是與培養學生的創造性、自主性、獨立性教育目標背道而馳的。教師應是整個教學活動的設計者、組織者，應該扮演引導者和參與者的角色，學生才是教學活動的主體。因此，教師應該在把握住“以學生為主體”的教育模式的內涵的基礎上，努力為學生創造一種探究學習的氣氛或情境，讓學生根據探究的目標進行探索、甚至猜測，由學生通過自己的努力去獲得最后的結論，讓學生真正成為整個教學活動中的主體。當然了，“以學生為主體”的教學理論并不意味著教師的指導沒有必要，教師不僅要幫助學生營造一個良好的學習氣氛，更重要的是，教師在教學中應起引導和導向的作用。讓學生獨立自主地進行探究和學習當然重要，但是，為保證學生的探究和學習活動順利進行下去，教師的有效引導也是非常必要的。

二計算流體力學課程的特點

計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，以下簡稱為CFD）是通過計算機數值計算和圖像顯示的方法，在時間和空間上通過數值解來定量的描述流場，從而達到對物理問題研究的目的的一門課程。CFD 可以作為一種研究工具去形象的展示流場的內部結構，從機理的角度解釋相應流動的特點;也可以作為一種設計工具對產品的性能進行預測，從而達到節省研發成本的目的。總之，CFD 在現代生活和工業生產中的很多方面已表現出了巨大的作用[3]。

計算流體力學是流體力學的一個分支，它不僅是一種有效的關于流動和傳熱問題的研究手段，而且在幾十年的發展中，又自成體系而成為一門獨立的學科。CFD是建立在流體力學的基礎之上的，它的主要目的是求解微分方程，所以要學好這門課程，就要很好的掌握計算方法、偏微分方程的數值求解等課程的基本知識，同時，還要有很好的物理問題抽像簡化能力及對結果的各種處理分析能力，正是由于CFD課程的這種多學科交叉基礎的特點，所以將其設置為研究生課程，也正因為如此，大部分學生在學習該課程時，常感到該課程的理論性強、概念抽象、公式推導復雜等諸多難點。

三 碩士研究生階段的教學特點

碩士研究生階段專業課與本科專業課相比有深、廣、新、專等特點，同時還要更高層次地體現素質教育的特點。所謂深，是指研究生課程應對該課程所涉及到的領域具有更深的論證、探討與描述，以使學生對本學科有更深層次的理解。所謂廣，是指研究生課程所涉及的內容應比相應的本科生課程涉及更廣泛的領域，特別是與本學科的交叉領域。所謂新，是指研究生課程的內容應主要反應該領域科學技術的最新成果、最新的理論、觀點與研究方法。所謂專， 是指與本科生相比，研究生教育具有更強的專業性，是為科研、教育、企業、政府、社會等各個部門培養實用的高級專業人才。研究生專業課的內容除了應具有上述特點之外還必須在更高層次上體現素質教育的特點，研究生的專業課教學必須在所有細節上都滲入素質教育的思想，使學生能夠在自我培養、知識創新、思想表述、學術交流、協作精神、競爭意識等方面都有所提高。碩士研究生專業課程的教學內容不應該全部都是完全成熟了的經典的理論與方法， 而是要讓學生了解本領域正在發展著的、有爭議的、探索性的觀點、假說、設計思想、研究思路、實驗方法，等等。這就要求學生具有自主的、批判與選擇的能動性;具有能夠發現問題，研究問題和解決問題的能力;具有將所學內容進行能動比較，融匯貫通和總結提高的能力;具有將所選定的研究方向和現有條件相結合并歸納與提煉出研究課題的能力。

碩士研究生一般都經過了完整的本科四年教育，大多數為本專業或相關專業的優秀畢業生。他們大都較好地掌握了學習方法，特別是自學方法，并已養成了刻苦鉆研的習慣。這一群體不但已初步掌握了本專業的最基本的理論基礎、基本概念，還掌握了在這一領域工作的基本方法與基本原則。具有了在本領域進行科學技術研究或工程設計的基本素質。同時，這一群體的成員都經歷過嚴格的畢業論文或畢業設計的工作與答辯過程，具有一定的獨立分析問題、解決問題的能力。因此，碩士研究生到了專業課學習階段，已具備了“學生主體”模式的教學條件。

四 在教學和考試中應體現“以學生為主體”

研究生階段的教學不同于本科階段及其之前階段的教學方式，前者以“研”為主，后者則以“學”為主，所以研究生教學應以研究為導向，以創新或者說研究成果的數量和質量為評判優劣的標準。

1 教學方法的改變

培養研究生檢索文獻和自主學習的能力是實施“以學生為主體”教學方式的第一步。文獻檢索是研究生從事科學研究的最重要環節。科學研究是具有連續性和繼承性的，尤其是對剛從事研究性學習的學生，查找文獻資料，掌握某一研究領域的發展現狀及動態是進行研究性學習的第一步，這一步進行得好壞直接關系到以后一系列的研究活動。因此，在計算流體力學課程的學習中，教師可通過布置“文獻檢索”作業，讓學生根據自己的興趣愛好或課題方向查閱最新的中文或外文文獻，寫出此方向的文獻綜述;并鼓勵學生整理成科技論文向國內外相關科技刊物投稿，并爭取發表。研究生通過這樣的學習鍛煉，能提高他們的文獻檢索和總結提煉的能力，可為他們將來進行科研和撰寫畢業論文奠定一定的基礎。

開展課題研討活動，培養研究生解決問題的實際能力及口頭匯報能力是實施“以學生為主體”教學方式的關鍵。為達到此目的，教師在教學中可以將3～4 名研究生分為一個討論小組，為每個小組布置不同的研究課題，讓學生們在認真研究和理解文獻的基礎上，找出具體的切入點深入研究，并在課堂上分批次的匯報各自小組的研究內容，包括物理問題的簡化，數學模型的建立，具體的求解過程及參數設置，以及結果的詳細分析及討論。在課堂上，每個研究生還可有選擇性地匯報各自文獻檢索結果的綜述，把自己感興趣的和有深刻理解的專題進行講解，其他的學生也可以現場提問，這樣，研究生在匯報和回答提問的過程中，他們的理解能力和表達能力也都同時得到了鍛煉.

2 考核方式的改變

在選修課的學習中，如果仍然采取傳統的閉卷考試作為課程考評方式的話，就很難看到創新的教學改革手段體現在研究生身上的效果，因此，在課程的考核方法上應大膽改革，比如考核內容和成績可如此規定：在100分的總成績中，報告占50分。其中，對理論和方法的理解是否全面、準確和深刻占30分;講述是否清晰和是否引人入勝占 10 分;講解過程是否結合現代化媒體手段（如 POWERPOINT，FLASH）占10分，同時對積極提問和踴躍發言者適當加分;文獻檢索作業占 10分，對檢索較多外文文獻的學生，如文獻內容新穎，且緊跟科技發展的，可給予加分，而少交或遲交作業者則酌情扣分;FLUENT 軟件實例計算作業占 20 分，要求有詳細的前處理網絡模型和詳細的結果處理分析，并且對總結成科技論文在優秀刊物上發表者給予加分;期末論文投稿占20分，要求按標準科技論文格式書寫，內容要詳實、全面和觀點獨到，并以優秀論文發表篇數和刊物水平作為加分依據[4]。以上課程考核措施的制定，都是以調動研究生學習計算流體力學課程的積極性為首要前提，旨在提高他們的科技論文寫作能力和解決流動傳熱實際問題的能力。

總之，“以學生為主體”的教學模式的實施是一個長期的、循序漸進的過程。在此過程中，勢必會出現諸如教學內容更新、教學進度和學時調整等一系列新問題，這就要求任課教師要具有堅定不移的決心和高度負責的責任心，要以提高研究生的競爭力和生命力為己任，要不斷創新、開拓和探索更加有效的教學手段和方法。另一方面，各級領導應該鼓勵和支持對研究生課程的改革，研究生教學管理部門應承認并獎勵教師在實施教學改革中增加的學時數量，在政策和經濟上給予支持，創造有利于實施教學改革的環境和氛圍，從而使之得到不斷的深入和完善。

參考文獻

[1]楊梅. 關于“以學生為主體”教學方法的探討[J].銅仁師范高等專科學校學報， 2005， 7（3）：67-68.

[2]陳德平， 倪文. 碩士研究生專業課教學中的“學生主體”模式認識與實踐[J].中國冶金教育，200（5）：65-68.

[3]章大海， 王建軍， 王宗明， 等. 關于計算流體力學教學的若干思考[J]. 教書育人（高教論壇）. 2011（5）：94-95.

[4]鄭平.研究生《多相流體力學》課程教學改革的探索與實踐[J].海南大學學報自然科學版， 2012，30（3）：285-287.