应用性学习教学法在“流体力学”课程中的应用

陈洪杰，王斌武，吴国珊，庄光亮

(桂林航天工业学院建筑环境与能源工程系，广西桂林，541004)

“流体力学”是高等教育中许多工科专业重要的专业基础课之一。流体力学知识应用广泛，学生对相关知识的良好掌握，不但有助于更好地理解生活中常见的问题，而且能为专业知识的学习打下基础，为专业工作的实践提供指导，为专业技术的创新创造条件。然而，“流体力学”课程理论性较强，学生学习起来较吃力，且由于尚未进入专业课的学习，学生并没能体会到这些理论学习的用处。知识具有难度及学生缺乏动机，导致当前各高校出现了学生对流体力学知识掌握不理想、“流体力学”课程挂科率较高的现象。[1]

要改善学生对“流体力学”课程的学习现状，不能一味地顺应学生的学习情况把复杂问题简单化，更重要的是通过改变教学方法，帮助学生明确学习动机、培养学习兴趣。研究性学习法在教育领域是被较多提倡的可培养学生学习动机及学习兴趣的方法。[2-3]对很多高校来说，并没有培养研究型人才的客观条件，即大部分学生并不能适应研究性学习的强度。在以培养应用型人才为目标的学校，教师沿袭研究型大学的做法，改传统讲授为学生自行研究学习，这导致少部分自觉、学习能力强的学生学习效果较传统讲授方法好，但大部分学习能力不强及一些不自觉的学生的学习效果反比传统讲授方法差。[4]

结合传统讲授和研究性学习的优点，将研究性学习的理论深度降低，可将各问题联结在一起，形成一个具有明显工程实践意义的课题，用于指导学生的预习及复习，而教师在上课时则有针对性地为学生讲解知识点。我们把这样的教学方式定义为应用性学习教学法。

一、应用性学习教学的过程设置

应用性学习教学法的核心是为学生建立学习动机，在增强学习兴趣和教师授课之间建立平衡点。知识的主要来源依然是教师讲授，但学生的学习动机和兴趣则来自各人对课题的发掘。

图1 应用性学习中教师的备课流程

学生应用性学习的进行必须由教师来引导，该过程对教师备课的要求见图1。在备课时，教师必须全面熟悉课本知识，详细列出所有知识点；对照知识点列表，针对每个知识点设置一个简单的小问题，然后边修改边将这些小问题结合到一起，形成一个具有工程实践意义的课题；将初始条件的某个参数做成某个与学生学号相关的函数，使得各学生的课题参数稍有差异，但解题步骤保持一致；从学生的角度将课题拆解，按课题解决步骤先后去审查各个拆解出的小问题是否满足由浅入深的规律，若不满足，应加以调整；沿着课题解决的步骤编制课题攻略，攻略应提及如何将课题分解，分解出来的小问题应往书本的哪个章节找答案，在解决问题时可能存在哪些疏忽点；对课题进行一次试算，并将其编制成可输出每一步计算结果的计算机程序，应用该计算机程序时只需学生输入学号即可检验其课题计算步骤是否正确；最后，教师还需按着课题及攻略再次备课，知识点讲授跟学生解决课题在顺序上保持统一的前提下编写教案、讲义。

图2 应用性学习中学生的解题步骤

课程开始时，第一节课除了对课程进行概述，最主要的任务是将课题下发给学生，给学生详细描述课题，教学生怎么由课题出发，通过攻略分解出问题并到课本相关章节中去寻找具体的解决方法。由图2和图1的对比可发现，学生应用性学习的步骤与教师备课的步骤可以说刚好相反。教师每节课要布置好学生在下节课前完成的任务，并要求学生将计算的过程做成PPT，该布置是超前的(即教师要求学生下节课前完成的计算就是教师下节课要讲解的内容)。除第一节课外，随后的每节课上课前，教师均留出课前十分钟让学生上讲台汇报他们对上一节课布置任务的完成情况。教师应认真听取学生的汇报，对学生理解得比较充分、理解不够充分、理解错误的知识点都要记录，并总结出在学生眼里的难点。学生报告完毕后即进入教师授课环节。教师在授课时，对学生自学已理解得比较透彻的知识点少讲，对理解得不够充分的知识点多讲，对学生理解错误的知识点重点讲。教师在讲课的过程中，要不时联系到之前所设置的课题，告诉学生哪个知识点可以解决哪个问题。课堂教学结束前，要敦促学生按照本节课讲授的内容完善上一次课布置的任务以得出正确的计算结果，并给学生布置下一个任务。每个学生课题的初始条件的差异性导致了课题计算阶段性结果的正误很难跟踪，教师在设计课题时编制的计算机软件能有效解决这个问题。学生只需输入自己的学号，软件即可自动计算出对应课题的每一计算阶段的答案(不显示计算过程)。教师将软件上传到网站，让学生自行下载核实自己的各步骤计算结果是否正确，这使得某些学生即使一时没能完善上一节课讲授部分对应的计算，也不影响教师下一次课所要讲解内容的自习进程。当然，教师也应通过各种途径给学生答疑。应用性学习教学法的操作步骤如图3所示。

图3 应用性学习教学法流程

二、 应用性学习课题设置原则

在应用性学习教学中，正是课题将学生自学和教师讲授联系在了一起。课题的设置极具重要性。实践发现，课题的设置也应有相应原则。

(一)要求课题难度低，条理清晰

应用性学习的课题整体来说有点像课程设计题目，课题分解后又有点像研究性学习的问题。课程设计往往是安排在教师授课结束以后，是学习在先的过程，要考查的是学生综合应用知识的能力，对知识点的由浅入深及顺序性没有要求。应用性学习课题安排在教师讲授知识之前进行，是学习在后的过程，主要是引导学生预习，将教师授课与学生自习联系起来。与课程设计相比，应用性学习课题应有较低的难度要求。此外，由于课题联系着教师的教与学生的学，所以课题涉及的知识点应体现明显的由浅入深性及顺序性。

(二)贯穿所有知识点，体现重点

实际工程中，涉及某一门课所有知识点的实例可能并不存在，但在应用性学习中，又要求将学生导向每一个知识点。因此，需要对一定工程背景下的课题作进一步的修饰，增加要求，以产生涉及书本中每一个知识点的“实际”课题。此外，在知识重点上，可通过一些重复计算来让学生良好掌握。

(三)知识点交互性弱，可以剥离

如果说课程设计的知识点是结合在一起的，应用性学习的知识点应该说只是堆积在一起。课程设计涉及的知识点往往交织性很强，对学生来说不能或者很难将各个知识点独立开。应用性学习课题具体落实时要求学生能自己将知识点从课题中分离，教师也要能将某步计算涉及的知识点单独拿出来讲，所以此时的知识点交互性要较弱，不应存在不能单独剥离的情况。

(四)解题步骤应一致，条件稍异

不少教师在进行与此类似的研究性学习教学时，采用的是每次课全班同一问题、分组报告的做法，但往往发现很多小组几乎每次都是同一个同学做汇报，组内其他成员的学习情况不得而知，而确实也有不少学生依赖别人、不去学习。采用每人不同问题的做法貌似可行但执行起来却不大实际，因为每一次课教师都需要布置几十甚至上百个不同的问题。[5]而对于应用性学习，由于整门课只有一个课题，教师只要建立某个函数使得每个学生课题的初始条件稍有不同，即可使得各学生的计算结果有所差异而不能相互依赖。而又由于计算步骤大体相同，学生之间有不懂的可以相互讨论。

三、应用性学习的课程实践效果

在流体力学教学实践时，对建筑设备技术专业2011级学生(52人)采用的是传统教学方法，而对2012级学生(48人)采用的是应用性学习教学方法。2011级学生平均每节课只有1个学生提问题，提问题率为1.92%；2012级平均每节课有7人提问题，提问题率为14%。采用应用性学习教学法后，学生的提问题率增加了6.29倍。学生期末考试成绩的分布见图4，分析发现采用了应用性学习教学法后，期末考试不及格率较传统教学方法减少了54.9%，60～69分人数的比率较原来减少了22.6%，70～79分人数的比率较原先增加了2.0%，80～89分人数的比率较原来增加了89.6%，90～100分人数的比率较原先增加了225%。采用应用性学习教学法后，学生不及格率大大下降，80分以上人数的比率增加较多。

图4 传统讲授教学法及应用性学习教学法下学生考试成绩分布

四、结论

在专业基础课中采用应用性学习方法，能让学生自主发掘课程意义，建立学习动机，提高学习兴趣。应用性学习需要教师积极引导，教师设置课题时需兼顾课题的难易性及顺序性、知识点全面性及交互性、计算的异同性等。通过将应用性学习引入“流体力学”课程，本校建筑设备技术专业的课堂气氛得到较大改善，学生提问题率由原来的1.92%提高到14%；面对难易程度相当的试卷，学生考试的不及格率降低了54.9%，60～69分人数的比率降低了22.6%，70～79分人数的比率增加了2.0%，80～89分人数的比率增加了89.6%，90～100分人数的比率增加了225%。采用以课题为主导的应用性学习教学法可大大提升学生的学习效果。

应用性学习的平时成绩包括学生的课题完成情况、学生的报告情况及学生的到课情况等。应用性学习对学生平时的学习要求较高，传统考核中平时成绩所占比例较小(30%～40%)，会打击学生学习的积极性。希望以后可将平时成绩提高到50%～60%。此外，仍有少数学生不听从教师的安排，甚至逃课，这需要授课教师和辅导员、班主任沟通，进一步做好工作。

[1] 吴益华，谢洪勇.流体力学教学方法与教学手段初探[J].陕西教育：高教版，2009(8)：65-65.

[2] 王素文.大学教学中的研究性学习：特点与模式[J].教育发展研究，2007(24)：29-32.

[3] 丁一，荣亚军，朱雅琴，等.地方高等师范院校“教育学”课程研究性学习的教学实践及研究[J].科教文汇：上旬刊，2013(5)：54-55.

[4] 刘颖.基于课程资源的研究性学习效果评价研究[J].现代教育技术，2010(6)：48-49.

[5] 李阳.现阶段研究性学习中存在的问题[EB/OL].http://chem.cersp.com/HXJX/YJXX/200511/251.html，2005-11-30.