啟發式教學在《流體力學》課程教學中的應用探索

韓洪興

摘? 要：《流體力學》作為解決各類實際流體及工程問題不可或缺的知識，已成為理工類專業人才培養過程中非常重要的一門專業課程。為了促進大中專院校理工科學生對《流體力學》內容的掌握，激發學生的學習興趣，提高人才培養質量和教學效率，充分發揮教學技能和教學改革的優勢，將啟發式教學法適時適景地融入《流體力學》的課程教學中。具體實施方案為：（1）調動學生的積極性，強調學習主體的積極參與;（2）啟發學生獨立思考和發散思維，開發學生的邏輯思維和創新能力;（3）啟發學生掌握具有活力的知識體系，將系統知識的學習與智力相融合，養成獨立解決問題的能力;（4）體現多角色課堂，發揚民主教學，引導師生雙向交流，營造和諧友善的課堂環境。

關鍵詞：啟發式教學法;流體力學;課程教學;理工專業

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）27-0084-04

Abstract： As an indispensable knowledge to solve all kinds of practical fluid and engineering problems， fluid mechanics has become a very important professional course in the training process of science and engineering professionals. In order to promote the students of science and engineering in colleges and universities to master the content of fluid mechanics， stimulate their interest in learning， improve the quality of personnel training and teaching efficiency， give full play to the advantages of teaching skills and teaching reform， the heuristic teaching method integrated into the course teaching of fluid mechanics become very important in a timely and appropriate way. The specific implementation programme is： （1）Mobilize the enthusiasm of students and emphasize the active participation of learning subjects; （2）Inspire students to think independently and divergent，

develop students' logical thinking and innovation ability; （3）Inspire students to master a dynamic knowledge system， integrate

systematic knowledge learning with intelligence， and develop the ability to solve problems independently; （4）Reflect multi role

classroom， carry forward democratic teaching， guide two-way communication between teachers and students， and create a harmonious and friendly classroom environment.

Keywords： heuristic teaching method; Fluid Mechanics; curriculum teaching; science and engineering in higher education

一、啟發式教學

啟發式教學指教師在教學過程中根據教學任務、教學大綱、教學環境以及學生群體的年齡、心理、學習的客觀規律等因素，從學生的實際情況出發，采用靈活多變的方式，以啟發學生的創新思維為主導，調動學生的學習主動性和積極性，有效地參加教學活動，促使他們生動活潑地、高效率地進行學習活動的一種教學指導思想[1-3]。啟發式教學的核心問題在于正確有效地處理教與學的相互關系[4-5]。這不僅反應了教學規律，也反應了心理因素以及師生文化知識水平的靈活應用程度[6-9]。近年來，隨著我國現代電子科技水平的不斷提高，以及教育技術水平的改善，啟發式教學得到了長足發展[10-11]。現代教育教學研究在辯證唯物主義的理論指導下，啟發式教學理念批判地繼承了傳統教學優點，結合自身教學特點，使現代教育學和心理學不斷完善[12-13]。新課標和國家教學法改革中的許多創造性見解多源于啟發式教學的啟示。啟發式教學目的明確，教學效果優良，實施方式簡單，教學成本經濟，在教學活動中具有廣泛的應用。啟發式教學是現代教育研究中的一個重要研究方向。在高等教育全面改革的大環境下，采用啟發式教學能夠積極引導學生自主學習，敢于創新，充分發揮學生各自特長，調動學習的熱情，對促進師生身心的健康發展具有較大的研究價值。

在啟發式教學中，教師圍繞確定的主題，尋找對教學內容和目標有用的資源，給予學生一定的情景，啟發學生主動聯想，自主構建和解決問題的方案。學生在構建解決問題的方案中，要充分體現自主性和能動性，自主地探索答案，提出新的學習方式。教師的任務不僅是傳播真理，授業解惑，更重要的是授人以漁，讓學生帶著好奇和疑問去尋找學習新知識和開拓新領域的方法。通過教師引導，團隊合作，學生成為自主學習的主體。啟發式教學強調知識的鋪墊和自主學習的能動性。通過教師的引導，充分發揮主觀能動性，從而取得理想的教學效果。

在實施方式多樣化上，啟發式教學法可根據不同的課程及教學內容做相應的調整。啟發式教學的目的是使學生真正融入課堂，提高學習興趣和動力。在具體教學活動中，可綜合多媒體教學手段，采用圖形啟發、案例啟發、問題啟發、目的啟發等教學策略來實施啟發式教學。在教學手段上，可引入動畫演示、教學模擬、情景對話、環境還原等方式，激發學生的求知欲，調動學生積極性，有效地開展課堂教學活動。啟發式教學法可分為討論式啟發教學法、實踐式啟發教學法、角色互換式啟發教學法和問題式啟發教學法等。在討論啟發式教學法中，表現形式多樣，可在課堂設置問題，讓學生積極思考，然后展開討論。在整個討論過程中，教師要扮演好自己的角色做好點評;在實踐式啟發教學法中，更加側重情景引入，讓學生有身臨其境的感受，將自己所學知識應用到實際問題的需求;在角色互換式啟發教學法中，鼓勵學生走上講臺開展知識交流，理解相互換位思考;在問題式啟發教學法中，更加注重問題引入，在授課過程中，問題啟發主要以兩種形式進行，一種是教師提問，主要是在課堂上提出問題，激發學生積極思考，提高學生對課程內容的理解和識記。另一種是學生提問，在課前提出問題讓學生帶著疑問走進課堂，激發求知欲。啟發式教學適用于課堂教學的始終，激發學生的學習興趣和學習潛能，以學生為主體進行教學，在理工科高等教育課程教學實施過程中，能夠落實學生的主體地位，具有非常積極的教學效果。

二、理工專業《流體力學》的課程特點

《流體力學》是理工科專業力學的一個重要分支，重點研究流體在各種外力作用下，流體本身處于靜止狀態或運動狀態，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動規律的一門科學，是高等教育理工專業必修的一門專業課程。在《流體力學》課程中，主要涉及到流體靜力學、流體運動學、流體動力學基礎、平面無旋流動、量綱分析和相似原理、流體阻力和水頭損失、孔口出流和有壓管流、明渠流動、堰流、滲流以及一維氣體動力學基礎等內容[14-17]。在國內高校土木工程專業中，《流體力學》的理論教學課時主要集中在30-60學時，所涉及的研究方法有現場觀測、實驗室模擬、理論分析和數值計算等?！读黧w力學》作為解決各類實際工程問題不可或缺的知識，已成為理工類專業人才培養過程中非常重要的一門專業課程。為了促進大中專院校理工科學生對《流體力學》內容的掌握，激發學生的學習興趣，提高人才培養質量和教學效率，充分發揮教學技能和教學改革的優勢，將啟發式教學法適時適景地融入《流體力學》課程教學中，具有非常重要的意義。

若想獲得優良的教學效果，《流體力學》的教與學存在諸多可以完善的環節。比如強調數學知識在《流體力學》教學中的引導作用，構筑基礎數學知識與《流體力學》課程的有機結合;強化學生對《流體力學》概念、過程的掌握和理解，加深對《流體力學》中基本規律的認知和把握;引入有關《流體力學》的工程案例分析，強化學生對基礎知識的理解和應用等。由于《流體力學》的課程內容稍顯枯燥，研究方法過于專業，相關工程案例分析形式單一，教師多是任務型教學，學生大多是被動學習，啟發式教學法在該課程中具有非凡的教學意義。

三、啟發式教學在《流體力學》課程中的應用

啟發式教學強調主體的積極參與，學生是學習的主體，教師要充分調動學生的學習積極性，提高學生的主體認識，將教師引導和學生積極性相結合，保障啟發式教學課堂的有效開展。在《流體力學》課堂教學環節中，教師要改變傳統的輸灌式教學模式。輸灌式教學模式往往會導致“教師臺上一站，下面睡倒一片”的局面。由于《流體力學》課程內容過于專業，教師若不在教學方法和教學技能上深入研究和實時改革，必將走入傳統的教學模式，接受教學效果和教學效率的嚴峻考驗。在調動學生積極性方面，《流體力學》授課教師要首先考慮學生的基礎知識掌握程度，全面考慮是否具備了學習這門課的必要基礎知識，要給學生一種“聽得懂、學得會、能掌握、會應用”的上課理念。如果學生不具備上這門課的必要基礎知識，授課教師要做到“由繁至簡”，且在授課之余，補充必要的基礎知識，讓學生充分感受到該課程難度適宜，授課教師為其“量身打造”，樹立主體意識，有效地參與到教學活動中。

啟發式教學除了強調學習主體的積極參與，還強調系統知識的學習與智力的融合。如果課本知識僅停留在書本層面，則認為該知識是無活力的知識，無生命力的知識。在培養系統知識的學習與智力融合這一技能時，《流體力學》授課教師在保護學生學習積極性的前提下，要對學生的智力情況有一個初步掌握。根據課堂講授情況、學生互動情況和課下反饋等情況，進行綜合分析，樹立“先掌握系統知識，后發展融合”的教育理念。

在啟發式教學的開展過程中，要激發學生內在的學習動力，授課教師也要從《流體力學》課程的知識體系、方法原理和教學方式等進行規劃設計，實現內在動力與學習的責任感相結合。授課教師要從多角度、多層面培養學生發現、分析和解決實際流體問題的能力，進而實現理論知識和實踐經驗融合。

四、啟發式教學在《流體力學》課程中的應用舉例

《流體力學》涉及較多物理量，對物理量的分析和識記是課程學習非常重要的一部分。以《量綱分析和相似原理》章節為例，介紹各個教學環節的啟發式教學技術的引入和操作技巧。

在《流體力學》課程中，建立流體運動基本方程，求解工程中的實際問題。但是，對于較為復雜的工程問題，需要結合理論方法、數值方法和試驗方法進行分析，解決實際工程問題。量綱分析和相似原理借助量綱分析和相似原理建立了各物理量之間的聯系，為進一步解決工程實際問題提供了有用的指導，那么什么是量綱？量綱又是如何定義的？

學生帶著這些疑問，教師帶領學生回顧了物理量的基本概念。在《流體力學》中，涉及很多物理量，如時間、質量、長度、速度、壓強和力等。這些物理量主要有兩種因素構成，一種因素是某個物理量的物理屬性或類別;另一種因素是度量某個物理量的屬性而規定的度量標準。例如長度，物理屬性是線性幾何量，度量單位分別為，微米（um）、毫米（mm）、厘米（cm）、分米（dm）、米（m）和光年等不同標準。長度本質屬性是什么呢？我們將物理量的屬性稱為量綱，不因人為因素而變化。常用的量綱有：質量（M）、長度（L）和時間（T），若以dimq代表物理量q的量綱，則速度V的量綱為：dimV=LT-1。同理，加速度？琢的量綱為：dim？琢=LT-2。什么稱為基本量綱那？我們將無任何聯系且相互獨立的量綱稱為基本量綱。在國際標準的量綱中，包括7個基本量綱，分別為時間、長度、質量、電流、熱力學溫度、發光強度和物質的量。在實際應用中，為了應用方便，普遍采用M-L-T-Θ基本量綱系，即選取質量M、長度L、時間T、溫度Θ為基本量綱。何為導出量綱？由基本量綱導出的量綱稱為導出量綱，如面積S的量綱，dimS=L2，力F的量綱dimF=MLT-2，黏度？滋的量綱為：dim？滋=ML-1T-1等。在物理量q的量綱中，可采用3個基本量綱的指數乘積形式表示：dimq=M？琢LβTγ。物理量q的性質取決于量綱指數。當α=0，β≠0，γ=0時，q為幾何量;當α=0，β≠0，γ≠0時，q為運動學量;當α≠0，β≠0，γ=0時，q為動力學量。上述公式稱為量綱公示。除了基本量綱和導出量綱，還有一種不具量綱的量。不具量綱的量稱為無量綱量。

無量綱量和與量綱有聯系嗎？又有什么聯系呢？在量綱公式中dimq=M？琢LβTγ，當α=0，β=0，γ=0時，dimq=1，此時物理量q的量綱為無量綱量，純數1表示。無量綱由幾個有量綱物理量相乘除使組合量的量綱指數為零得到，或兩個相同量綱的物理量相比得到。以壓管流為例，由斷面平均流速v、管道直徑d、流體運動黏度λ組合的管壓流的量綱為：dimRe=dim■=■=1。Re是由3個有量綱量乘除得到的無量綱量。依據無量綱量的定義，可看出無量綱量具有以下特點：

1. 客觀性

有量綱的物理量均有單位，度量單位選取不同，數值也不同。若將有量量綱作為過程的自變量，計算出的因變量數值隨著自變量選取單位的不同而不同。因此，要消除主觀因素對運動方程計算結果的影響，需要將各項物理量組合為無量量綱。

2. 不受規模和運動數量的影響

無量量綱是常數，其數值大小與度量單位無關，不受運動規模和數量的影響。在模型試驗中，需要同時滿足各自獨立的相似準則，幾何尺寸，常采用無量量綱作為模型和原型處理的判據。

3. 無量量綱可進行超越函數運算

有量量綱僅能做些簡單的代數運算，如指數、雙曲線、三角函數、對數和反對數等函數運算，而無量量綱化后才能進行超函數運算。

五、結束語

在《流體力學》課堂講授環節，改變傳統的教學模式，充分融入啟發式教學法，取得優良的教學效果，需要從以下幾個方面入手實施：1. 調動學生的積極性，強調學習主體的積極參與;2. 啟發學生獨立思考和發散思維，開發學生的邏輯思維和創新能力;3. 啟發學生掌握具有活力的知識體系，將系統知識的學習與智力相融合，養成獨立解決問題的能力;4. 體現多角色課堂，發揚民主教學，引導師生雙向交流，營造和諧友善的課堂環境。

參考文獻：

[1]羅海敏.論法學教育中的啟發式教學[J].高教學刊，2019（14）：93-95.

[2]徐潔，仵慧寧，權紅梅，等.討論啟發式教學在地質學基礎課課堂教學中的運用[J].甘肅高師學報，2016，21（12）：75-77.

[3]呂太鋒，王樂.啟發式課堂教學中師生角色定位探索[J].大學教育，2016（11）：55-56.

[4]龍國存.高校思想政治理論課啟發式教學的運用——以“中國近現代史綱要”課為例[J].黑龍江教育學院學報，2019，38

（12）：38-40.

[5]張英.啟發式教學在小學中高年級數學教學中的應用探討[J].課程教育研究，2019（49）：152-153.

[6]賈兵，郝永勝，李甜竹，等.啟發式教學模式在節水灌溉技術課程中的應用[J].現代農業科技，2020（01）：257-258.

[7]胡正秀.高中生物課堂啟用啟發式教學的組織與教學實踐[J].學周刊，2020（02）：74.

[8]尤娜，熊露，趙思林.數學啟發式教學的幾個原則[J].中學數學，2019（24）：75-77.

[9]周苗強.論啟發式教學在高校思想政治理論課中的運用[J].學理論，2019（11）：160-161+164.

[10]楊小龍.高中生物教學中啟發式教學方法的巧用[J].課程教育研究，2019（42）：200.

[11]楊希，趙媛，王歡.啟發式教學在大學生物課程中的應用[J].教育教學論壇，2019（02）：177-178.

[12]陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京師范大學出版社，2007.

[13]張金霞.啟發式教學在《工程流體力學》課程教學中的運用[J].赤峰學院學報（漢文哲學社會科學版），2015，36（03）：274-275.

[14]劉鶴年，劉京.流體力學[M].中國建筑工業出版社，2016.

[15]張兆順，崔桂香.流體力學[M].清華大學出版社，2015.

[16]周光垌，嚴宗毅，許世雄，等.流體力學[M].高等教育出版社，2011.

[17]龍天渝，蔡增基.流體力學[M].中國建筑工業出版社，2019.