基于西南大學網絡教學平臺的互動式流體力學教學模式構建

黃 磊

（1.西南大學資源環境學院，重慶 400715；2.農村清潔工程重慶市工程研究中心，重慶 400716）

1 當前流體力學教學的發展現狀

流體力學屬于技術學科，研究的內容為流體的平衡、運動的實質及具體應用。流體力學具有較強的理論性質，需要多種學科之間的相互支持，如高等數學等，強調培養學生解決工程問題的能力[1]。對流體力學的學習建立在理論、運算和實驗3 個突出領域，體現的是基礎學科的功能，對環境工程專業課程的學習至關重要，為水、大氣污染治理和生態研究提供理論知識[2]。因此，要重視流體力學教學改革，提升教學質量，增強學生的綜合分析問題和解決問題的能力。早在20 世紀90 年代，就流體力學的理論和實踐教學方式已開展了一系列改革，取得了一定的成績。在傳統的教學方式中，理論知識得到強化記憶，動手實踐能力也得到了訓練，但是在思維創新上效果不佳，學生的熱情沒有被調動，無法實現創造力的培養。

2 對互動式流體力學教學模式的研究和探索

2.1 理論教學過程中的互動式實現

互動式教學以學生感興趣的領域為出發點，通過尊重學生的主體意識和創新潛力，循循善誘、因勢利導進行指引。流體力學中關于流體質點與流體微團、連續介質假設、伯努利方程等重要知識點對首次接觸流體力學的學生來說存在抽象難懂的問題。從日常生活中的香蕉球、河水流動、降雨過程等作為教學引入，可以增強學生的求知欲望，活躍課堂氣氛，讓每個學生享受系統的思維訓練和探究學習的興趣。將單向的老師對學生的教學模式，通過教學導入的優化，變成動態的雙向教學模式，提升流體力學的教學質量。

2.2 互動式實驗教學模式的分析和摸索

在流體力學教學方式中，實驗是重要手段之一。通過實驗，能夠驗證力學運算數值的精確性。在針對實驗的互動教學中，可以將實驗劃分為課程必做實驗、選擇性實驗以及自我設計的實驗[3]。在具體的實驗進行中，通過進行有針對性的設計和互動探討，提升學生主動性，增強自主創造的能力。在整個過程中，教師發揮引導和協助的作用，適時進行指導，將學生作為實驗的主體，切實提升學生的實踐動手能力。

2.3 積極推進互動式網絡平臺的構建

借助網絡平臺，教師可以提出問題，學生積極參與，進行討論，教師進行最終的系統總結，這樣教師可以明確每位學生對知識的掌握程度，提高學習效率[4]。目前，西南大學在門戶網站設置有網絡教學支持平臺，通過平臺可以構建課程的教學體系，實現教學大綱、教學內容、課后習題講解的雙向互動，學生不僅能夠及時通過平臺提前獲得流體力學課程的相關內容，課后還能通過平臺向教師詢問知識點，提出自己的觀點和建議，師生在相互探討的教學過程中，使學生成為學習的主體，提高學生的能動性。

3 基于西南大學網絡教學平臺的流體力學課程模塊組建

在互動式的教學模式中，師生處于平等的地位，二者呈現聯動的關系。“以生為本，以學為中心”的培養模式需要教師積極發揮組織協調作用，調動學生的學習積極性。為此，重視學生和教師的地位，區分主體和主導的區別，才能實現真正意義上的互聯互動。

3.1 平臺構成及功能

網絡教學平臺主要由3 個模塊組成，包括課程資源模塊、討論模塊和學生作業模塊。示意圖如圖1 所示。

圖1 平臺構成

課程資源模塊支持如電子文檔、圖片、音頻、視頻等電子資源，這些資源易于管理，全部資源均被整合進入資源庫，被授課教師和學生共享。課程引申的教學資源可以方便學生提前預習和按時復習，啟發科研思維，對創新型主動教學具有一定促進作用。討論模塊支持在線解疑答問，通過在線交流，及時準確地幫助學生，打通了師生之間和學生之間討論的壁壘和障礙。在學生作業模塊，教師可以通過布置課后作業，供個人或者小組學習。平臺給每個參與討論的學生均設置有個人空間，可以展示學生對習題、課程知識和選題的個人看法等。

3.2 流體力學課程互動式教學平臺的應用

以流體力學課程的第四章“流動阻力和能量損失”為例，展示互動式教學平臺構建過程。

第一，需要課程指導老師進入西南大學校內門戶網站，通過賬號登錄網絡教學支撐平臺，并在個人空間中建立流體力學課程。按照網頁提示，添加學生姓名和學號、教學資源、教學任務等相關信息，構建包括課程大綱、課程空間、資源、作業、討論區、花名冊等。學生學號和姓名添加后，可以通過校內門戶直接進入網絡教學支撐平臺中的相關課程界面，不需另行注冊、審核等相關程序。本案例在課程開始之前通過西南大學教務平臺提取選課學生的學號后直接添加進入平臺。學生通過學號登錄門戶網站后會自動提醒加入教學平臺，教師可以通過平臺的花名冊核實添加情況。

第二，在課程教學活動開始前，將課程講義、教學flash等資源上傳至平臺，同時建立課前討論模塊，便于學生在課前預習過程中提問。本案例中由于流體流動阻力涉及高等數學、大學物理等相關課程[5]，為了使學生能夠準確理解流體力學中的流動過程，抓住問題的本質，將流動阻力實驗過程拍攝成視頻文件，同步上傳，幫助學生通過實際過程明白流體力學中的知識點。

第三，依托教學平臺的輔助作用，將課堂教學的難點和關鍵點在課后及時上傳至平臺討論區。學生也可以通過討論區與教師和同學之間互助，將自己不清楚不明白的知識點，通過平臺討論獲得解決。討論區可以通過設置權限，將疑問較多的知識點置頂操作等。

第四，在課程空間，教師提供選題后，讓學生以個人或小組的形式參加，對選題進行辨析、研討和調研等，形成成果并在空間進行展示。課程空間可以調動學生的主動性和團隊合作精神，激發學生的科研興趣，有助于教師因材施教，實現差異化教學。通過學生展示的相關成果，挖掘學生的研究潛力，提升學生的創新實踐能力。

4 基于網絡平臺的“流體力學”差異化教學

“流體力學”是西南大學環境科學與工程專業的核心課程，經過多年的教學積累，形成了大量的教學資源和特色資料，通過平臺上傳，可以幫助學生充分利用課余時間認識、了解基礎知識，并歸納總結關鍵知識點，從本質上推進差異性教學。

平臺討論是實現差異性教學的有效手段。通過討論板塊，學生能夠回答教師提出的問題并自由提問，避免課堂上回答問題的尷尬，同時保留學生的隱私，能夠調動學生的參與興趣。教師還可以通過匯總學生疑問，并針對某個問題進行回答，不斷拓展和延伸，引起學生的關注。同時，教師可以提出與課程相關的前沿性科學問題，引導學生進行創新性或驗證性試驗研究，通過師生聯動和溝通，增強學生對課程知識的理解。

網絡教學平臺可以幫助教師全面了解學生對知識的了解情況。在傳統的課堂教學過程中，講解過程和層次受限于學生的差異性接受能力和理解能力，使一部分學生的課堂學習受到限制[6]。通過平臺討論中學生的提問及回答情況，教師可以明確學生對知識點的接受程度，結合差異性情況進行教學反思，調整教學方法和教學重點，有效利用課堂教學時間。

5 網絡教學平臺使用的反饋調查

以西南大學環境工程專業2017 級本科生為調研對象，在結課后，圍繞“流體力學網絡教學平臺設置的合理性”和“流體力學課程單元網絡教學的必要性”兩個方面開展調查。共計發放75 份調查問卷，回收72 份，有效回收率達96%。

調查結果表明，學生對流體力學網絡教學平臺設置的合理性持認可態度，對平臺界面設計、實驗環節模擬和師生互動模式的合理性認可程度最高（達到85%以上），其余幾項均有80%以上的學生認為合理。在流體力學課程單元網絡教學設置中，認為“流體力學基礎”“恒定總流伯努利方程及應用”“沿程及局部阻力損失”“管網水力計算”和“復式明渠水力計算”有必要開設的學生較少（分別只占總調查人數的56%、66%、45%、60%和55%），其余課程單元的開設均有75%以上的學生認為必要。從單元調查結果來看，涉及復雜計算的章節學生普遍認為課堂教學更加必要，而偏重于實踐內容的章節則對網絡平臺教學表現出更高的興趣。

通過教學環節融入網絡平臺，在調動學生積極主動性的同時，拓寬了學生的視野，增強了學生的創新實踐能力，獲得了學生的正面反饋。學生對教師教學的綜合評分為93 分（百分制），評價了“知識點講解清楚明白”，“反饋的問題在師生互動環節得到解決”等。

6 結論

互動教學模式的優勢是能夠實現教與學的合理結合，突破流體力學在內容上的枯燥性，將教學變得更加形象、生動和活潑。學生樂于參與，積極配合，以飽滿的熱情參與課程互動。西南大學網絡教學平臺作為一種新的互動教學平臺，可以在教學過程中實現互動，既加深學生對流體力學理論知識掌握，也激發了學生的創造力，師生關系被改善，有效提高了流體力學的教學效果。“流體力學”作為專業基礎課，課程內容與日常生活關系緊密，課程的設計和課堂講授方式等變得非常重要，網絡教學平臺可以作為課程教學的有益補充，但不能完全取代傳統教學。