流体力学多媒体教学的探讨

刘宏升　孙文策　张　博

【摘 要】本文通过对流体力学多媒体教学课件的分析研究,结合自己实际教学效果,指出多媒体教学方式在流体力学教学中的优势及其弊端。提出流体力学的教学应该以实际教学效果为目标,不拘泥于教学形式,遵从教学模式与教学内容相匹配的原则设计教学方案,建立多媒体教学与传统教学有机结合的组合式教学模式。

【关键词】多媒体教学 流体力学 教学效果 教学模式

一、前言

流体力学是机械动力类学科的主干专业的基础理论课程,是力学的一个重要分支。由于其具有很强的理论性,且概念抽象、方程繁琐,学生普遍缺乏对流体运动的感性认识,一直被认为是教师难教、学生难学的课程之一。

在流体力学教学中,由于流体流动性强、极易变形,要正确模拟流体运动的宏观规律和特点、展现流动现象,仅凭教师的讲解是很难做到的,需要一些图片、录像等辅助手段。近年来,随着计算机多媒体技术的迅速发展,多媒体教学为教学手段的改革与提高带来了新的可能与方向,也为流体力学教学提供了一种新的方式。

作为教学改革的需要,采用新型教学方式是符合时代发展需要的。但任何一种教学手段都有其各自的优点和弊端,没有哪种媒体是全能媒体,多媒体教学也一样。传统教学中教师书写板书所特有的亲和力、形体语言所特有的感染力是多媒体教学所无法替代的,尤其是对于像流体力学这样的具有较强理论性的课程,传统教学模式仍有其自身优势,不能全盘否决。科学的教学活动应以教学效果为目标,根据教学内容的需要,不拘泥于教学形式,采用适于师生交流的最佳的教学模式。

二、流体力学中多媒体的优势

作为一种全新的教学方式,多媒体教学凭借其信息量大、交互性强、覆盖面广等数字化优势,成为提高学习效率、增加教学信息量的有效手段,在流体力学教学中起到很好的效果。

1.丰富绪论课内容,引发学习兴趣

绪论课在流体力学的教学中具有重要地位。本科学生由于缺乏对工程的感性认识,对抽象的理论难于理解,容易产生厌学情绪。上好绪论课,增强学生对流体力学的认同感,提高学习兴趣是流体力学教学的重要内容之一。

在绪论课上采用多媒体形式可以通过大量图片、录像信息,丰富教学内容,展现流体力学的魅力及其在科学和工程中的地位、作用,进而可以增强学生对流体运动的感性认识,引发学习兴趣。实践教学已经证明了这一点:上海交大在流体力学绪论课上,展示了大量流体力学的辉煌成就、再现了本来用肉眼观察不到的流动现象,还提供了多所高校的大型流体力学实验设备的录像和照片,激发了学生的思维能力和想象力。如:浙江大学在流体力学绪论中加入都江堰水利工程的录像,介绍了古今中外许多著名的流体力学专家及他们的成就,丰富了学生的感性认识,给学生开了眼界,取得了很好的效果。

2.形象的演示功能,增强感性认识

多媒体教学最大的优点是形象生动、具体直观、容易理解。流体力学教学中让学生认识流动的物理本质,是一件首要的、基础性的任务。学生如果没有亲眼见到流体运动中的动态过程,但凭教师的讲解是很难建立清晰的物理概念的,若在此时就介绍抽象的概念、复杂的流动方程,学生是无法接受的。利用多媒体手段,首先,难以用语言描述的动态物理现象,采用多媒体演示的效果就非常生动了。如:管内层流、湍流两种流态,流体绕圆柱绕流动流线,边界层绕流等现象的多媒体演示,给出清晰的物理概念,缩短了认知过程,让学生很容易接受。其次,教师可以制作许多需占用大量时间写板书却不易表达清楚的图、曲线。如有关水静压强分布图、水头线、莫迪图、尼古拉斯曲线等,采用多媒体手段表达后,不但可以提高教学效率,帮助学生很好地理解课程的难点,还可激发学生学习的积极性,从而为教学质量的稳定与提高提供了保障。

3.提高课堂教学效率,扩大学生视野

在教学活动中,引用多媒体教学手段,教学信息传递速度明显加快,可以节省大量的教学时间,在相同的学时内,学生可以学到更多知识,从而大大地提高课堂教学效率。多媒体教学在内容上可以充分结合最新的流体力学科研成果及专业课题的具体内容,使课堂教学与科研紧密结合,让学生不但学到流体力学专业知识,而且了解国际上最新科研动态和研究成果,拓展视野,丰富工程实践知识,扩大学习知识面。例如:可以用多媒体演示计算流体力学(CFD)软件模拟的船在水中运动的速度常分布、机翼表面的压强分布、圆柱绕流边界层随雷诺数变化规律等,在演示流体力学基本原理的同时,也可以简述一下CFD软件的使用,开拓学生的视野,使其对科研产生浓厚的兴趣。

此外,多媒体教学形式在改革实验教学、促进自主学习、实现启发式教学法等方面都发挥了重要作用。

三、多媒体教学的弊端及对策

多媒体教学的优势,是不容置疑的,这已为很多课堂实践所证明。但在流体力学课程的实际教学过程中,完全的多媒体教学也存在不少弊端。

1.利用电子教案,教师照本宣科

在多媒体课堂教学中,一般是使用ppt文件制作的演示型课件。有些教师在制作课件时,只是把以往的板书内容全部搬到了电脑屏幕上,用大屏幕上来代替黑板,其他的内容、方法却没有变化。上课时,不用教材、不用讲义,两手空空,只要按照课件的内容往下念就可以了;教师人不离座位,眼不离显示器,手不离鼠标,整个教学过程就如同在会议上作报告一样,使多媒体教学变成了电子板书,这样形式的多媒体教学效果,是可想而知的。

对流体力学而言,很多基本的概念都包括其公式形式,而公式的得出往往需要一定的演变推导过程,如果给出概念后,直接列出公式,学生不易接受。这就对多媒体课件的制作提出了更高的要求,需要课件能够采用动态演示的形式,将公式的推导过程按步骤给出。同时,教师在使用多媒体课件进行教学时,既要做到知其然,又要做到知其所以然,也就是说教师要对自己所使用的课件非常熟悉,不仅深知课件中每一个知识点的详细内容、讲解重点,还要熟悉各个知识点之间的逻辑关系,思路清晰。在授课过程中,不能调出课件后再讲解,而是应该通过逻辑关系先做好铺垫,然后再适时恰当地调出课件的有关页面。同时要根据课程内容的教学需要,兼顾学生的理解程度与反应状况,当学生有疑问时,能够及时调出相关的课件内容,必要时要补充一定的板书,给学生圆满的解释。

2.内容过多,学生无法接受

运用多媒体呈现信息量的速度快,教师容易不自觉地加快课堂教学速度,在这种快速的教学中,学生容易产生思维跟不上教师的思路、无法及时记笔记、无法完全理解所学内容等现象,从而对课程的疑问不断增加,最终导致丧失学习兴趣。对于流体力学这种理论性和逻辑性都很强的课程,很多内容需要深刻的理解之后,才能清楚彼此间的联系,如果课件一闪而过,学生还来不及理解就到下一页面了,何谈接受呢?

在流体力学教学过程中,多媒体是否能真正体现其独特优势,取决于教学内容与教学方式是否相匹配:对于现象的描述,如雷诺实验演示,采用多媒体自然形象的多,又可以节省时间,提高效率;而对于概念的解释、方程的推导等逻辑性较强的内容,多媒体在节省时间的同时也缩短了学生思考的时间,加大了听课难度;同时,这些复杂的理论常常需要前后文相互照应,而多媒体课件因受幻灯片页面的限制,本来一个完整的推导要分为多个页面,无法前后衔接,教师讲解时不得不在几个页面之间不断切换,这样使学生眼花缭乱,导致推导过程缺乏连贯性,令本来就很难理解的内容变得更难接受了。

所以运用多媒体教学一定要做到内容适量,教师要及时把握教学进度,使学生在课堂上有足够的思考余地,对所学内容能够充分理解、并加以吸收。

3.形式单一,教学缺乏灵活性

目前,国内高校选用的流体力学教材大多都不相同,学习侧重点及对学生的要求是不一样的。各种多媒体课件也是针对具体的某一教材,编纂而成,缺乏通用性。同时,由于课件已经预先做好,教师在讲课前看一遍课件就算是备课了。教师的授课容易被电子教案所限制,课堂上的灵感无法即时反映在课件中的,这必然限制了教师在课堂上的即兴发挥。教师经过多年的教学积累,对授课内容都有自己深入的理解,在教学过程中会根据学生的理解程度,进度的快慢,甚至是课堂气氛,及时对教学内容进行调整,正是这些临场经验才丰富了课堂教学内容。如果教学成了电子教案对教师的支配过程,教师的教学设计能力就被扼杀了。例如,作者在介绍旋涡速度压强的分布特点时,尝试将旋涡理论和宇宙黑洞理论进行对比,并简单介绍了提出黑洞理论的斯蒂芬?霍金,课堂气氛立刻活跃起来,而这些内容在教学课件中是很难体现出来的。

对流体力学教学来讲,若想达到最佳的教学效果,多媒体课件就不该代表全部的教学过程,多媒体教学模式也不应是唯一的教学模式。对于难于用语言描述清楚的复杂流动现象,采用多媒体较好;对于较难理解,需要较多师生交流的内容,还是用板书教学比较好,更适合学生理解和接受的节奏。

四、讨论

对于流体力学这样的专业基础课,作者认为“先进的技术手段就一定会产生好的教学效果”这一观念是值得商榷的。是否采用多媒体教学应取决于教学内容,针对不同的教学内容选择不同的教学方式,以达到最佳的教学效果,这才是教学的最终目的。至于具体哪部分内容更适用于多媒体教学,就需要教师在教学过程中,根据自己的教学经验及实际教学效果不断总结、改进,进而设计出适应不同教学内容的教学方案,也就是必须重视多媒体技术与课程内容的相容性。

作者实际的教学经验表明,对于序论课、现象演示、曲线图的解释、试验装置及过程的介绍等适用于多媒体教学;而对于基本理论的推导,基本概念的引入,以及复杂例题的讲解,采用板书教学的效果更好一些。同时,在使用多媒体教学过程中应注意以下几点:首先,尽量使多媒体演示播放尽量集中,在一节课内不要一会儿用板书一会儿用多媒体,那样失去了教学过程的连贯性,学生就无法跟上教师的思路。其次,对于采用多媒体教学的内容,一定要精心设计多媒体教案,既形象给出教学知识点,又给学生以足够的思考时间,加以吸收,不能像看电影一样走马观灯,这样才能激发学生的学习热情。作者认为,多媒体教学方式作为传统教学的一种补充,不应该也不能够完全代替传统教学方式,只有使传统教学与多媒体教学二者取长补短,相辅相成,才是教学改革的正确方向。

参考文献:

[1]孙文策.工程流体力学(第二版).大连理工大学出版社,2004.

[2] 陈丽萍.流体力学教学改革设想.南京建筑科学学院学报,2001.

[3] 辛军哲.在流体力学课程中实践启发式教学的几点体会.高等建筑教育,2004,13(2).

[4]程光均.流体力学教学中的传统教学与网络多媒体教学.高等建筑教育,2003,12(1).