面向“00后”的气体动力学教学方法研究

李怡庆 徐义华

[摘 要] “00后”作为新时代大学生的主体是在互联网技术飞速发展的环境下成长的。互联网技术给人类的生产生活带来了翻天覆地的变化。信息获取的便捷化使新一代大学生对新兴事物兴趣浓厚，且习惯于碎片化的信息汲取，存在对于需要潜心学习与探索的课程无法坚持的问题。气体动力学是航空航天领域的重要理论基础，新时代大学生对于气体动力学的学习与认知极大程度上影响着我国航空航天事业的发展与壮大。然而，“气体动力学”是一门理论性极强，公式繁杂的课程，针对以上问题，着重探索了适合“00后”大学生的气体动力学教学方式，并通过教学实践验证了教学内容的有效性与实用性，最后对气体动力学进行了课程思政的探索。

[关键词] “00后”大学生;气体动力学;教学实践;教学效果;课程思政

[基金项目] 2020年度南昌航空大学校级教改课题“多维度构建‘材料力学教学的探索与实践”（JY2027）;2020年度江西省教育厅科技项目“超声速公务机方案设计与关键技术论证”（GJJ190523）

[作者简介] 李怡庆（1989—），男，福建南平人，博士，南昌航空大学飞行器工程学院讲师（通信作者），主要从事高超声速气体动力学研究;徐义华（1971—），男，江西东乡人，博士，南昌航空大学飞行器工程学院教授，主要从事发动机燃烧流动研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）21-0157-04   [收稿日期] 2020-12-20

一、引言

在高校教育改革不断深入的大环境下，传统的力学类课程在教学体系、教学内容和教学手段等方面均难以满足对“00后”大学生的培养需求，因此对于高校课程改革势在必行[1-3]。力学类课程是众多学科的起点与基础，其中的气体动力学大量运用于航空航天学科中，是我国航空航天事业取得突破进展的重要理论基石与技术储备。此外，“气体动力学”课程也是新一代大学生认识世界、理解世界，将自身的知识结构由固体拓宽至气体的重要引导课程[4]。学生对固体的理解远高于气体，这主要是由于固体是形象的，可以随处看到。我们从小学开始便在接触各种各样与固体相关的力学问题，然而对于流体，尤其是气体相对固体更加抽象的特征，通常表现为“看不见”“摸不着”的物理本质，且在大学学习之前极少开展系统学习，这对于习惯于固体思维的当代大学生而言具有一定的理解障碍。此外，由于气体的复杂性，在“气体动力学”的授课过程中，通常充斥着各种样式的全微分方程与偏微分方程，导致学生在学习之前就不可避免地产生了排斥心理。因此，探索新的适用于“00后”大学生的气体动力学教学方式已成为亟待解决的问题。

“00后”大学生已逐渐成为新时代大学教育的主体。作为在互联网、移动终端环境下成长起来的新时代大学生，他们有着与以往大学生截然不同的学习特点。由于游戏、动漫、电影的易得性，“00后”大学生很难长时间地沉浸于生僻理论与公式的学习与研究中，这恰恰是以“气体动力学”为代表的强理论性课程所必须具备的基本特质。此外，受微博、朋友圈、抖音等“短媒体”平台的影响，学生的学习耐心与兴趣进一步受到影响，更加习惯于汲取碎片化信息。究其本质在于“短媒体”在极短的时间内给予观看者一个强烈的视觉信号，从而激发观看者的兴趣。笔者认为，企图从根源杜绝该现象较为困难。我们虽然可以限制学生的手机使用时间和上网时间，然而该现象是时代发展、科技进步导致的附带结果，不能简单地断言为缺点或优点，应该辩证地看待。作为当代高校教师，既然无法从根源上改变该现象，就应该思考如何利用该现象来促进教学质量的提升，充分研究当代大学生的学习特点，从而提高自己、改变自己，让教师更好地适应学生，而不是企图让学生适应教师。

基于以上分析，笔者与学生充分交流，了解“00后”大学生的所思所想，玩其所玩，看其所看，将动漫、电影等学生感兴趣的内容与“气体动力学”课程结合，在短时间内激发学生的兴趣，随后提出其中的气体动力学概念与观点，从而使学生能够从兴趣出发最终走向科学。实践证明，兴趣是引领一切学习与科学研究的基础，任何其他因素主導的学习与科学研究都是无法长久坚持的。

二、教学案例研究

（一）流体的导热性

气体动力学中有许多繁杂且区分度较低的基础知识，其中“流体的导热性”这一章节中就同时出现了热传导、热对流与热辐射三种热量传递方式。授课教师对三种方式的不同了然于心，然而“初识”气体的大学生，“摸不着”的气体配上“看不见”的热往往会无法分析与理解其中的不同。课本中对三种方式的解释概括为：热传导的物理本质和黏性类似是由不同温度的物体和流体之间、流体不同温度之间的分子动能相互传递而产生的热量传递。热对流是由于不同部分的分子相对位移，把热量从一处带到另一处传递的结果。热辐射是流体放射出辐射粒子时，转化本身的内能而辐射出能量的现象[5]。虽然概念并不复杂，但是对于习惯碎片化汲取信息的“00后”大学生来说，基本无法从中得到有用的信息，从而出现“读了也白读”的学习误区。

基于以上问题，笔者在与学生交谈时发现，“00后”大学生组织聚餐时会商量是“铁板烧”还是“烧烤”，于是课堂中介绍完基本概念之后，在学生即将陷入疑惑状态时提出问题，“你们觉得铁板鱿鱼和烤羊肉串分别对应哪一种热量传递方式”（见图1）。

从课堂表现可以发现，全班学生立刻提起了兴趣并重新审视课本概念，开始主动思考这个问题，并给出了正确的答案，从而很好地把课本内容与实际生活相结合。笔者在教学过程中发现，课本知识固然深奥，然而真正阻碍学生理解其中内容的关键因素是学生无法将其运用于实际生活，从而出现“学无可用”的负面思想，若能引导学生将课本知识用于解释实际生活，那么他们的学习兴趣、认知程度都将实现质的提升。在讲解流体的导热性章节内容后，笔者会附上一句：“以后可以询问舍友今天想吃热传导还是热辐射？”从而进一步加深学生对该问题的理解。