启发引导式教学方法在流体力学教学中的应用

段慧玲 吴新

摘 要 针对流体力学的课程特点，以及教学过程中遇到的一些问题，建议教学过程中采用启发引导式教学方法，发挥学生的主观能动性，增强学生在课程中的参与程度，达到增强教学效果的目的。

关键词 流体力学；启发引导式教学方法；多媒体；实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）10-0083-03

Application of Heuristic and Guided Teaching Methods in Fluid Mechanics//DUAN Huiling， WU Xin

Abstract According to the characteristics of fluid mechanics， and the

problems encountered in teaching， heuristic teaching method are pro-

posed. The students can play the subjective initiative， so as to improve

teaching effect.

Key words fluid mechanics； heuristic and guided teaching method； multimedia； experiment teaching

1 前言

流体力学研究流体在静止和运动时的力学规律及流体与固体壁面间的相互作用力，包括空气和水在内的流体，与基础力学有紧密的联系。流体力学是能源与动力工程专业的专业基础课程，涉及数学、物理、力学等内容，概念多，公式复杂，理论抽象，实际应用广，对学生综合利用知识的要求较高，是普遍公认的教师难教、学生难学的课程之一。在教学过程中，如何提高学生的积极性，深入浅出，加深学生的理解，增强教学效果，是流体力学教学工作者需要考虑的问题。笔者根据自身教学经历，并结合其他同行的教学经验，在流体力学教学过程中，建议采用启发引导式教学方法，充分发挥学生的主观能动性，增强学生在课程中的参与程度。

2 激发学生学习兴趣

在教学过程中，应该明确学生学习的主体地位，教师扮演配合学生完成学习任务的辅助角色，不可颠倒。在教学过程中发现，学生往往对理论性强、看似枯燥的学习内容兴趣不高，或者开始还比较有兴趣，随着课程难度加大，一些学生跟不上，慢慢产生放弃和厌恶心理。要提高教学质量，首先需要从激发学生的学习兴趣入手。流体力学难度较大，但也要避免把学生吓到，使学生产生畏懼心理。在课堂教学中，教师应该贴合实际，多举一些生活中的事例，使学生有切身感受，增加他们的认识[1]。

可以在课程的绪论部分列举一些具体的事例，利用流体力学知识解释一些有趣的现象；也可以设置一些问题，使学生带着好奇心学习后续内容[2]。如表面光滑的球飞得远，还是粗糙的飞得远？多数学生会认为，表面光滑的球在飞行过程中受到的摩擦力小，应该飞得远。此时，可以向学生简要解释下边界层和尾流区，解释为什么高尔夫球设置为有凹坑的形状：

光滑球体绕流时，紊流转捩发生得晚，与紊流对应的规则流动称为层流。而层流边界层较易发生流动分离现象（即流线离开球的表面），球体迎面形成高压区，背面形成较大的低压区，产生很大的阻力（压差阻力），因此，光滑球体飞行的距离小。球体表面有凹痕时，凹痕促使紊流转捩发生，紊流边界层不易发生流动分离现象，从而使球体背后的低压区小，减少了阻力，因此，高尔夫球飞行的距离增大。

车辆是生活中最常见的交通工具，每个人都有或多或少的认识。紧接着，更贴近生活实际地提出，请学生思考汽车行驶过程中的阻力主要来自前面的挡风玻璃，还是汽车的尾流？有了前面高尔夫球的例子，学生应该可以很快做出判断，这时可以向学生解释流线型汽车的由来。学生可以从生活中找到流体力学的影子，生活中的一些现象，通过流体力学知识得到的解释，激发学习流体力学的兴趣，促进学习流体力学的好奇心，带着这样的兴趣和好奇心，完成流体力学的学习。

教师是课堂教学的组织者，在教学中要引导学生独立思考，发挥学生的主观能动性，避免自己成为课堂的主角。而教师讲得多，学生思考得少，学生被动接受教师的灌输，缺乏自己的理解，往往知其然而不知其所以然，是目前教学过程中普遍存在的问题。在课堂教学中，教师应变学生被动为主动，增强学生的参与感，使学生在参与过程中慢慢找到学习的乐趣，由愿学到爱学再到乐学，形成学习的良性循环。

3 有效运用多媒体教学手段

流体力学的很多内容较为抽象，很多流动过程很难通过语言清晰地表达出来，学生理解得也很吃力。近年来，多媒体技术由于其形象、直观、生动、具体，对于复杂的概念或者流动过程，可以通过软件制作成动画，形象地展示给学生，加深学生的理解。

如描述流体运动的两种方式——拉格朗日法和欧拉法，光靠语言描述，效果不好。欧拉方法是学生之前没有接触过的研究方法，很多学生刚开始难以在头脑中建立欧拉方法的研究体系。通过图片、动画的方式呈现给学生，可以使学生对这两种方法有更深刻的认识，理解欧拉方法在流体力学研究中的重要性。

迹线、流线的概念也容易混淆，采用动画的方式，迹线和流线产生的本质、迹线和流线的画法以及从迹线和流线上可以说明的问题等，都可以清楚地表示出来。还有系统、控制体，层流、湍流、边界层等不易理解的概念，都可以通过多媒体技术直观地呈现出来，使学生建立清晰的物理概念，帮助学生理解和消化所学知识。

在流体力学中有大量的公式和图表，将一些图表通过多媒体表示出来，可以节省课堂时间，使一些需要重点理解的内容有充足的时间在课堂板书。

采用多媒体技术，可以利用多方面的教学资源，使传统教学方法不易呈现的部分在课堂呈现，课堂教学内容丰富化。生动的图片、直观的动画，可以吸引学生的注意力，调动学生学习积极性，有助于营造轻松的课堂学习氛围，避免单一化的教学方法给学生带来的疲惫感[3]。

多媒体教学手段有很多传统教学方法没有的优点，但是也有一些弊端，如多媒体技术容易使教学进度加快，一些公式的推导过程不易凸显。在实际教学过程中，应将多媒体技术和传统教学方法相结合，扬长避短，更好地发挥各自优势，为教学工作服务。对一些不易理解的概念，采用多媒体方式呈现；对一些基本方程和重要的公式，板书推导过程，使学生有更多时间理解，收到良好的教学效果。

4 注重课堂提问

在课堂上，根据教学内容多设置一些问题，引导学生独立思考，改变以往的讲授方式。在多年的填鸭式教育中，学生养成懒惰的学习习惯，过度依赖教师的讲解，不愿意动脑思考，学到的知识片面化，不够系统。由于缺乏自己的理解，知识点记忆不牢，容易淡忘。降低教师在课堂上的讲授比例，设置一些提问和讨论，增加学生的思考时间，凸显学生的主体地位。

问题的设置不必很难，避免学生回答不出而产生挫败感。由于以往形成的惰性思维习惯，不是一时可以转变过来的，在课堂上营造轻松的氛围，鼓励学生积极思考、回答问题，对错没有关系，将课堂表现计入平时成绩，慢慢引导学生参与课堂教学环节。对表现积极的学生，给予一定奖励，通过一步步引导学生思考，使学生逐渐建立自信，在学习中找到乐趣，获得成就感。

将提问穿插在课堂教学中，不仅可以反馈学生的掌握情况，还可以锻炼学生养成独立思考的习惯，提高学生分析问题、解决问题的能力，对调节课堂气氛也有帮助。

5 增设习题讨论课

以往的教学经历发现，学生往往容易听懂内容，但是不会应用，面对具体的问题束手无策。流体力学实际问题的解决，关键是要能够透过现象看到本质，建立正确的力学模型。流体力学中有很多基本概念，是对实际流动的一种简化，如理想流体、不可压缩流体、定常流动等，实际流动过程往往不具备这样的条件，但是为了解决问题的方便，常常会忽略一些次要因素，如密度随压力变化不大时，可以视作不可压缩流体，再建立正确的模型。再如伯努利方程的应用，让学生写出伯努利方程，多数学生都会写，但是涉及具体的问题，特别是一些综合问题，如能量方程、动量方程的综合运用，很多学生不记得使用连续性方程，看到题目往往会觉得条件不全，或是无从下手，缺乏分析实际问题的能力。

结合课程内容增设一些习题课，可以帮助学生巩固所学内容。习题课是培养学生灵活运用所学知识、对概念加深理解的重要环节。通过典型例题的剖析，启发学生举一反三，促使学生明白“学课程首先要学思路”“要把习题当作学习不可分割的一部分”的道理[4]。习题课提供了课堂讨论的机会，对学生思维的锻炼是单纯讲课无法代替的，这是从多年教学中获得的经验[5]。

6 重视实验教学

流体力学是一门建立在实验研究基础上的科学，实验环节是流体力学课程的重要组成部分，其目的不仅在于验证理论，帮助学生掌握流体力学基本原理，而且要培养学生进行科学研究，提高独立工作和创新能力[4]。通过实验教学，可以增强学生的感性认识，巩固理论知识，通过观察液流现象，培养学生分析问题的能力。如雷诺实验，通过观察层流、紊流的流态及其转换特征，要求测定临界雷诺数，掌握流态判别准则。在液体中滴加一滴染料作为标记物，通过阀门开启大小来控制流速，学生通过观察颜色水在流动中的变化过程，这一具体的、有趣的液流现象，增强对粘性液体流动的感性认识，理解层流和紊流的本质特征，认识到为什么把临界雷诺数作为流态判别准则[6]。

在实验教学中，可以增设一些综合实验或设计性实验，将学生分成若干小组，讨论确定实验方案。一些动手操作实践类的环节更能引起学生的兴趣，发挥学生的积极主动性，更好地培养学生的创新能力[7]。

7 结语

流体力学是一门抽象的理论课程，概念多，公式复杂，教师难教，学生难懂，因此在流体力学教学中更应注重教学方法和教学技巧。笔者建议采用启发引导式教学方法，从调动学生积极性入手，有效利用多媒体教学手段，在课堂上多设置一些提问，注意营造课堂气氛；注重基本概念和基本原理的讲解，通过习题课巩固所学内容，锻炼学生分析实际问题的能力；重视实验教学，增设一些设计类实验，发挥学生的积极主动性，培养学生的创新能力，从而取得理想的教学效果。

参考文献

[1]严宗毅，苏卫东.在流体力学教学中调动学生学习主动性，培养创新精神[J].力学与实践，2001（3）：53-55.

[2]尹雪梅，張文慧.制冷与低温工程专业“流体力学”教学改革探索[J].中国电力教育，2012（10）：98-99.

[3]程光均，向文英.流体力学教学中的传统教学与网络多媒体教学[J].高等建筑教育，2003（1）：40-41.

[4]尤占平，韩鹏，焦永刚.流体力学教学技巧探讨[J].科教文汇，2011（6）：28-29.

[5]苏卫东，严宗毅.在流体力学教学中加强习题课与作业环节的体会[J].力学与实践，2001（2）：56-58.

[6]林广凤，周秋淑.流体力学实验教学探讨[J].中国教育技术装备，2011（24）：122-123.

[7]续彦芳，苏铁熊，崔俊杰.促进教学能力素质培养的流体力学教学浅谈[J].教育理论与实践，2014（30）：52-53.

[8]肖东，唐海，陈小榆，等.启发联想式教学方法研究：以流体力学教学为例[J].教育现代化，2016（27）：116-117，120.