風沙物理學課程教學改革的探索

張寧寧 嚴加坤

摘要：本文針對《風沙物理學》課程學習中存在的困難，從學科思想認識、理論教學和實驗與實踐教學三方面對該課程的教學方法進行研究探索，提出在明確“風沙物理學”的基本性質的基礎上，從優(yōu)化課程內容，完善課程體系、改進教學方式和手段、引入科研內容，以科研促進教學三方面進行理論教學改革，并結合本校特點進行實驗與實踐教學改革，以此達到提高教學效果的目的。

關鍵詞：風沙物理學;教學改革;探索

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）18-0148-02

《風沙物理學》是水土保持與荒漠化防治專業(yè)本科生教學中的專業(yè)基礎課程，是以流體力學的基本原理為出發(fā)點，運用力學和物理學系統(tǒng)研究風和各種沙質地表的相互作用機理及其風沙運動規(guī)律的科學[1]。本課程的學習，要求學生擁有較好的數(shù)理知識，通過本課程的學習，使學生掌握風和沙物質的基本性質、風沙運動規(guī)律、風沙地貌的形式和發(fā)展、土壤風蝕的觀測和計算、沙塵暴運動以及風沙物理學研究的方法，為風沙物理學的研究奠定基礎，進一步指導沙漠化防治工作，對學生本科階段專業(yè)知識的掌握、未來繼續(xù)學習深造以及工作都有深遠的影響[2-3]。然而大多數(shù)學生在本課程學習時發(fā)現(xiàn)，因其對良好數(shù)學和物理功底的基礎要求，該課程的理論知識的學習存在一定的困難。另外，由于該課程基本以課堂教學為主，因此在風沙物理學研究方法的學習上存在對實踐能力的訓練不足的問題。然而本校在該課程的培養(yǎng)方案中并未開展實驗和課程實習內容，這也直接造成實踐教學方面的嚴重欠缺。針對這些問題，本人對《風沙物理學》從學科思想認識、理論實踐教學和實驗與實踐教學三方面的教學方法進行研究探索，以增強教學效果，調動學生的學習積極性，達到高效教學的目的。

一、明確“風沙物理學”的基本性質

了解一個學科，首先要明確一個學科的及基本性質。風沙物理學是流體力學理論和沙漠學研究與實踐融合發(fā)展的產(chǎn)物[4]。以各種風沙運動為研究對象，通過風、沙兩相流相互作用，研究有關地表的風蝕、沙物質的風力搬運、沉積和因之形成的各種地貌形態(tài)之物理機制，以及風沙危害防治工程設計的物理學原理等內容[5]，它既是沙漠地貌學研究的一部分，又是多相流研究的一個重要分支，是一門介于風沙地貌學與流體學之間的邊緣科學[6]。它融物理學、應用數(shù)學、力學、氣象學、地質地貌學與工程學等于一體。因此，該學科要求授課教師時刻關注相關學科的發(fā)展動態(tài)，與時俱進，時刻更新自己的課堂理論教學內容，緊跟學科發(fā)展的步伐。

二、理論教學改革的探索

在明確了《風沙物理學》這門學科是多學科交叉的性質基礎上，本人在課堂理論教學上進行了設計。

（一）優(yōu)化課程內容，完善課程體系

“風沙物理學”開設在第五學期，此時學生已經(jīng)具備高等數(shù)學、流體力學、沙漠學概論等知識基礎，但因該課程融物理學、應用數(shù)學、力學、氣象學、工程學和地質地貌學等為一體，因此在教學中會涉及到許多以前已經(jīng)學習過的知識點，或以已經(jīng)學習過的知識點為基礎進一步深入學習，因此在課程設計過程中，發(fā)揮我們學校設置教研室的優(yōu)勢，與開設相關基礎課程的教師進行交流討論，以優(yōu)化課程內容，選擇性的弱化課程中的部分內容，以增加重要知識點的教學課時。同時，針對物理學和力學學習基礎不扎實的問題，適當增加了流體力學方面的教學課時，以幫助學生回顧已學的知識，進一步理解該課程中的專業(yè)知識點。

另外，每本教材的編著都會結合自身的教學和科學研究情況以及考慮本校學生的特點，而風沙物理學的專業(yè)教材目前僅有一本。因此，在教學過程中，為學生篩選推薦了其他相關性較強的教材，以幫助學生學會采眾家之長以融會貫通。

（二）改進教學方式和手段

傳統(tǒng)的教學過程，以教師講授為主，尤其是專業(yè)性較強的課程。而越是難度較大的課程，教師講授的內容越多，反而學生學習起來越困難，學習興趣也會逐漸降低。因此本課程嘗試增加師生互動式教學方法，以喚起學生對課程內容的興趣，效果良好。在教學中，運用講授、提問、討論、專題講座等形式進行教學開展。每節(jié)課開始會利用5分鐘的時間，給學生提出一個本節(jié)課的核心問題，讓學生們討論，查閱（利用現(xiàn)代學生均帶手機上課的習慣），然后帶著這個問題開始課程，以吸引學生的注意力，這對于學生主動學習，提高學習興趣有很重要的作用。

此外，利用多媒體等現(xiàn)代教學設施教學，注重動態(tài)影像資料的使用，對風沙起動、風沙流結構，渦流的形成等多媒體動畫的制作和風洞模擬實驗的影像資料進行講解，同時在黑板上進行傳統(tǒng)的框架結構圖的板書設計，實現(xiàn)板書+多媒體的同步式教學，這可以增加學生對知識點的理解和系統(tǒng)梳理，提高每節(jié)課的教學質量。

（三）引入科研內容，以科研促進教學

本課程開設于第五學期，在這個階段，大部分的學生們已經(jīng)開始規(guī)劃自己的未來，對于我們這種普通本科院校，大部分的學生還是把考研作為首要的選擇，因此，課堂教學引入科研就變的順理成章，也是學生們最感興趣的內容。推行研討式教學成為該課程學習的一個重要手段，例如對于風沙物理學的研究方法的學習時，有選擇地介紹一些最新研究進展，并將學生分小組進行資料查閱、討論和匯報，這樣激發(fā)學生學習的積極性和主動性，更有助于學生深入領會風沙物理學的基本原理，培養(yǎng)了學生未來開展科學研究的興趣。

三、實驗與實踐教學改革的探索

風沙物理學屬于應用性和實踐性較強的課程，并且大部分的實驗和實踐教學都需要借助風洞，而由于風洞設備價格昂貴，對實驗室各種要求較高，所以大部分學校并不具備風洞試驗的設備，這也直接導致實驗與實踐教學階段受到極大的限制。本課程教學中，也遇到了同樣的問題，并且我們學校因各方面的限制，直接沒有安排實驗和課程實踐教學，這也給本課程的教學工作帶來了更大的挑戰(zhàn)。針對這個問題，在教學環(huán)節(jié)中，我利用學校地處毛烏素沙地南緣的地域優(yōu)勢，運用學生可以經(jīng)常看到的自然現(xiàn)象為例進行講解，并適當添加一些小型實驗，讓學生課下自己動手，課上進行演示，以加深對課程的理解，并同時增強學生的動手能力。

同時，運用一些風信資料，讓學生們自己整理，在此過程中讓學生們深入理解風沙物理學的理論知識，并學會試驗設計的修改和自主設計，以獲得更好的觀測數(shù)據(jù)資料。同時在專業(yè)實習階段，與相關學科的教師交流，共同設計實習環(huán)節(jié)，盡可能的讓學生進行多學科同時學習，以融會貫通，促進本課程的學習。

總之，風沙物理學是一門難講難學的課程，并具有研究范圍不斷擴大和研究新成果多的特點，作為重要的專業(yè)基礎課，對學生后續(xù)進行專業(yè)課程的學習具有深遠的影響。本文從本校學生學習遇到的問題入手，針對該學科的不同教學環(huán)節(jié)進行了思考，以此達到提高教學效果的目的，完成好“風沙物理學”課程的教學工作。

參考文獻：

[1]丁國棟.風沙物理學[M].北京：中國林業(yè)出版社，2010.

[2]馬瑞，趙錦梅.《風沙物理學》課程教學探索[J].赤峰學院學報（自然科學版），2015，31（8）：213-215.

[3]趙媛媛，丁國棟，高廣磊.梁希實驗班“風沙物理學”課程教學改革的探索[J].中國林業(yè)教育，2014，32（5）：45-47.

[4]董治寶，董光榮.風沙物理學研究進展與展望[J].大自然探索，1995，14（3）：30-38.

[5]劉世增，徐先英，詹科杰.風沙物理學進展及其在沙漠化防治中的應用[J].科技導報，2017，35（3）：29-36.

[6]董治寶.中國風沙物理研究五十年（Ⅰ）[J].中國沙漠.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