面向“00后”的氣體動力學教學方法研究

李怡慶 徐義華

[摘 要] “00后”作為新時代大學生的主體是在互聯網技術飛速發展的環境下成長的。互聯網技術給人類的生產生活帶來了翻天覆地的變化。信息獲取的便捷化使新一代大學生對新興事物興趣濃厚，且習慣于碎片化的信息汲取，存在對于需要潛心學習與探索的課程無法堅持的問題。氣體動力學是航空航天領域的重要理論基礎，新時代大學生對于氣體動力學的學習與認知極大程度上影響著我國航空航天事業的發展與壯大。然而，“氣體動力學”是一門理論性極強，公式繁雜的課程，針對以上問題，著重探索了適合“00后”大學生的氣體動力學教學方式，并通過教學實踐驗證了教學內容的有效性與實用性，最后對氣體動力學進行了課程思政的探索。

[關鍵詞] “00后”大學生;氣體動力學;教學實踐;教學效果;課程思政

[基金項目] 2020年度南昌航空大學校級教改課題“多維度構建‘材料力學教學的探索與實踐”（JY2027）;2020年度江西省教育廳科技項目“超聲速公務機方案設計與關鍵技術論證”（GJJ190523）

[作者簡介] 李怡慶（1989—），男，福建南平人，博士，南昌航空大學飛行器工程學院講師（通信作者），主要從事高超聲速氣體動力學研究;徐義華（1971—），男，江西東鄉人，博士，南昌航空大學飛行器工程學院教授，主要從事發動機燃燒流動研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）21-0157-04? ?[收稿日期] 2020-12-20

一、引言

在高校教育改革不斷深入的大環境下，傳統的力學類課程在教學體系、教學內容和教學手段等方面均難以滿足對“00后”大學生的培養需求，因此對于高校課程改革勢在必行[1-3]。力學類課程是眾多學科的起點與基礎，其中的氣體動力學大量運用于航空航天學科中，是我國航空航天事業取得突破進展的重要理論基石與技術儲備。此外，“氣體動力學”課程也是新一代大學生認識世界、理解世界，將自身的知識結構由固體拓寬至氣體的重要引導課程[4]。學生對固體的理解遠高于氣體，這主要是由于固體是形象的，可以隨處看到。我們從小學開始便在接觸各種各樣與固體相關的力學問題，然而對于流體，尤其是氣體相對固體更加抽象的特征，通常表現為“看不見”“摸不著”的物理本質，且在大學學習之前極少開展系統學習，這對于習慣于固體思維的當代大學生而言具有一定的理解障礙。此外，由于氣體的復雜性，在“氣體動力學”的授課過程中，通常充斥著各種樣式的全微分方程與偏微分方程，導致學生在學習之前就不可避免地產生了排斥心理。因此，探索新的適用于“00后”大學生的氣體動力學教學方式已成為亟待解決的問題。

“00后”大學生已逐漸成為新時代大學教育的主體。作為在互聯網、移動終端環境下成長起來的新時代大學生，他們有著與以往大學生截然不同的學習特點。由于游戲、動漫、電影的易得性，“00后”大學生很難長時間地沉浸于生僻理論與公式的學習與研究中，這恰恰是以“氣體動力學”為代表的強理論性課程所必須具備的基本特質。此外，受微博、朋友圈、抖音等“短媒體”平臺的影響，學生的學習耐心與興趣進一步受到影響，更加習慣于汲取碎片化信息。究其本質在于“短媒體”在極短的時間內給予觀看者一個強烈的視覺信號，從而激發觀看者的興趣。筆者認為，企圖從根源杜絕該現象較為困難。我們雖然可以限制學生的手機使用時間和上網時間，然而該現象是時代發展、科技進步導致的附帶結果，不能簡單地斷言為缺點或優點，應該辯證地看待。作為當代高校教師，既然無法從根源上改變該現象，就應該思考如何利用該現象來促進教學質量的提升，充分研究當代大學生的學習特點，從而提高自己、改變自己，讓教師更好地適應學生，而不是企圖讓學生適應教師。

基于以上分析，筆者與學生充分交流，了解“00后”大學生的所思所想，玩其所玩，看其所看，將動漫、電影等學生感興趣的內容與“氣體動力學”課程結合，在短時間內激發學生的興趣，隨后提出其中的氣體動力學概念與觀點，從而使學生能夠從興趣出發最終走向科學。實踐證明，興趣是引領一切學習與科學研究的基礎，任何其他因素主導的學習與科學研究都是無法長久堅持的。

二、教學案例研究

（一）流體的導熱性

氣體動力學中有許多繁雜且區分度較低的基礎知識，其中“流體的導熱性”這一章節中就同時出現了熱傳導、熱對流與熱輻射三種熱量傳遞方式。授課教師對三種方式的不同了然于心，然而“初識”氣體的大學生，“摸不著”的氣體配上“看不見”的熱往往會無法分析與理解其中的不同。課本中對三種方式的解釋概括為：熱傳導的物理本質和黏性類似是由不同溫度的物體和流體之間、流體不同溫度之間的分子動能相互傳遞而產生的熱量傳遞。熱對流是由于不同部分的分子相對位移，把熱量從一處帶到另一處傳遞的結果。熱輻射是流體放射出輻射粒子時，轉化本身的內能而輻射出能量的現象[5]。雖然概念并不復雜，但是對于習慣碎片化汲取信息的“00后”大學生來說，基本無法從中得到有用的信息，從而出現“讀了也白讀”的學習誤區。

基于以上問題，筆者在與學生交談時發現，“00后”大學生組織聚餐時會商量是“鐵板燒”還是“燒烤”，于是課堂中介紹完基本概念之后，在學生即將陷入疑惑狀態時提出問題，“你們覺得鐵板魷魚和烤羊肉串分別對應哪一種熱量傳遞方式”（見圖1）。

從課堂表現可以發現，全班學生立刻提起了興趣并重新審視課本概念，開始主動思考這個問題，并給出了正確的答案，從而很好地把課本內容與實際生活相結合。筆者在教學過程中發現，課本知識固然深奧，然而真正阻礙學生理解其中內容的關鍵因素是學生無法將其運用于實際生活，從而出現“學無可用”的負面思想，若能引導學生將課本知識用于解釋實際生活，那么他們的學習興趣、認知程度都將實現質的提升。在講解流體的導熱性章節內容后，筆者會附上一句：“以后可以詢問舍友今天想吃熱傳導還是熱輻射？”從而進一步加深學生對該問題的理解。