互动启发式教学在流体力学中的应用.doc

互动启发式教学法在《工程流体力学》教学中的应用 宫伟力1 王渊源 常斌2 （1、中国矿业大学（北京）力建学院 2、中国矿业大学（北京）资源学院） 1.引言 教学方法是完成教学任务的有效手段，是教学过程中重要的组成部分，也是我国高等学校教育中教学方法改革的重点。启发式教学是目前得到了广泛运用的一种教学方法，在教学改革中占有重要地位。所谓启发式教学，就是在教学过程中，将学生作为学习的主体，调动他们的学习主动性，引导他们独立思考、积极探索，从而达到启迪思维、发展智力、提高分析能力和解决问题的能力。 在课堂教学中，开发学生潜力，使学生思维活跃起来，并向纵深发展，是启发式教学的关键。教育工作者对启发式教学的方法进行了大量的研究，如：教师注意提问技巧、创造良好的问题环境；设计出让学生渴望知道的悬念，引出矛盾，诱导学生由疑问到思考；课常上的提问、反问、自问式启发教学；创造民主和谐的教学气氛，鼓励学生发表不同见解等等。然而，采用启发式教学方法，对于不同的课程有不同的规律，教师应明确其教学原则，深刻体会启发教学的内涵，根据课程特点并结合学生实际情况，选择合适的方法开展启发式教学活动。 工程力学专业《流体力学》课程的核心内容是由Navier-Stokes（N-S）方程组出发，建立流场的数学模型，根据不同问题的定解条件，求出流场的精确解或近似解。《流体力学》的特点是：理论性很强，对学生的数学基础要求较高。例如，除了需要了解一般张量变换和指标运算的规则外，还需要了解张量场论、曲线坐标系下的张量微分学、微分几何中关于点、线、面间的拓扑关系；以及由Gaussian定理、Stokes定理、标量势、矢量势、Helmholtz张量分解定理、向量场的梯度等等来表示流体力学的求解域及其特性。因此，需要理解这些定理的数学与物理意义的同时，更需要了解它们的几何意义以及与流场几何空间的关系。 由于目前大学本科教学设置的课程门类较多、相对每一门课程的课时较少。上述张量场论与张量微分学的内容，学生或者是没有学过，或者是没有专门地学习过；对于曲线坐标系下的微分单元表示、向量的梯度（并矢运算）的几何意义，大多数学生从未接触过。在从这些定理出发建立流体力学基本理论的课堂教学中，需要进行较长时间的数学推导，很容易造成学生的疲劳。采用传统的启发式教学法，往往得到“启发”的只是较少一部分基础较好的同学。对于在大一期间由于某种原因高等数学课没有学好的学生、基础较差的学生，很少能主动响应；加之文化及中学教育体制等原因，即使没有听懂，大多数学生也没有在课堂主动提问的习惯；而课下的提问与解答无法代替课堂上的学习。长期下去，由于课堂上没有兴奋点，容易造成相当一部分基础课程一般或较差的学生提不起精神，最终知难而退。 针对这些问题，成果完成人针结对《流体力学》课程的要求及特点，在教学方法、教学内容、教学管理进行研究与改革，提出了所谓的“互动启发式”教学法，以及与之相配套的教学与管理措施，并在《流体力学》教学中加以实践，取得了如下主要成果。 2.互动式教学法原理 所谓“互动启发式”教学，就是在教学过程中，承认学生在学习过程中的主体地位，同时也强调教师在教学中的主导地位。在设置启发问题过程中，对被启发的对象（学生）的思维过程，施加以强烈的影响，以激发学生深入思考的方法。 具体方法是，在理论学习、定理推导、或典型例题讲解过程中，由老师首先进行提纲式讲解，针对教材中的重点且难点问题，要求学生进行一定时间（5－7分钟）的课堂练习作业，启发学生提出问题，最后，再由老师进行板书讲解的“提纲式讲解—学生练习与提问—再讲解”的课堂教学过程。 上述过程的具体实施方法是：由教师对要讲解的理论问题进行纲要式的解析，指出其分析与推导的主要思路并交待相关背景知识，对其中的关键问题设置疑问点；然后要求学生进行5－7分钟的课堂练习，并在练习过程中进行巡查，发现学生遇到的难点；最后，有重点地进行分析与讲解。在这一过程中，提供给学生一个宝贵的独立思考的机会、体现了学生真正作为“学习主体”的地位；又创造了一个平等、自由的提问环境，使学生可以毫无顾虑地与老师交流，也便于老师及时发现问题；而老师提供的最后的讲解，往往可以达到事半功倍的效果。 启发式教学不仅使学生获得新的知识，掌握基本知识、基本理论和基本技能，还能让学生学会发现新知识的过程，体验因发现新知识而产生的兴奋，从而引发学生的好奇心、求知欲。在掌握知识的过程中也培养和锻炼了学生的注意力、观察力、记忆力、思维能力和想象力，更是良好的动机、兴趣、情感、意志和性格的培养过程，使学生的智力因素和非智力因素都得到发展，有助于创新精神和实践能力的培养。 3. 互动式教学法的应用实例 3.1牛顿内摩擦定律 在讲牛顿内摩擦定律之前同学们肯定会有一个疑问“为什么会有牛顿内摩擦力？牛顿内摩擦发生在