針對境外生特點的《工程流體力學(xué)》教學(xué)方法改進(jìn)

針對境外生特點的《工程流體力學(xué)》教學(xué)方法改進(jìn)

摘要：針對在國內(nèi)高校就讀的境外生特點，對《工程流體力學(xué)》課程從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改進(jìn)。簡化知識鏈結(jié)構(gòu)，把教學(xué)思路從建立分布規(guī)律再帶入流動條件調(diào)整為從流體受力條件分析得出分布規(guī)律，采用逆向教學(xué)方式，將講述方法從▽調(diào)整為△，并借助思維導(dǎo)圖明確知識結(jié)構(gòu)，提高了境外生教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成質(zhì)量。Keys：境外生教學(xué)工程流體力學(xué)

教學(xué)方法改進(jìn)

思維導(dǎo)圖應(yīng)用多元背景和基礎(chǔ)的境外生是華僑大學(xué)生源的一個特色，隨著國際交流的增進(jìn)和中國高等教育的進(jìn)步，境外生在國內(nèi)高校的就讀人數(shù)在逐年提高。以華僑大學(xué)為例，2020年入學(xué)新生中，境外生比例高達(dá)31.3%[1]，2020年底學(xué)校在讀的境外生人數(shù)超過6100人[2]。境外生來源地分布范圍廣，基礎(chǔ)知識和文化背景明顯不同，學(xué)習(xí)習(xí)慣和思考問題的方式也存在著鮮明的差異。針對境外生學(xué)習(xí)方式和基礎(chǔ)知識特點的教學(xué)方法改革是改善其學(xué)習(xí)效果的必須任務(wù)?！豆こ塘黧w力學(xué)》是工科各專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容涉及大量的公式推導(dǎo)、數(shù)學(xué)計算和力學(xué)模型的建立。對各種程度的學(xué)生來說，都不是一門能夠容易掌握的課程。華僑大學(xué)機(jī)電學(xué)院在工程流體力學(xué)的教學(xué)中，對境外生采取單獨授課的方式，針對境外生的特點重新確立教學(xué)目標(biāo)、規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計教學(xué)方法，明顯提高了教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度，改進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量。首先是教學(xué)目標(biāo)的調(diào)整，把培養(yǎng)解決工程實踐問題能力的培養(yǎng)和分析解決工程實踐問題方法科學(xué)思想的養(yǎng)成作為教學(xué)的首要目標(biāo)，同時把“全面認(rèn)識中國技術(shù)和培養(yǎng)專業(yè)自豪感”添加進(jìn)教學(xué)目標(biāo)。然后是教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)，增加課堂案例分析和習(xí)題講解課時，用大量的案例和習(xí)題講解代替課程中復(fù)雜的公式推導(dǎo)，把任務(wù)重點引向?qū)A(chǔ)知識的應(yīng)用。對數(shù)學(xué)模型和公式，更多的是解釋其原理和物理意義，而不再占用較多課時展示公式的完整推導(dǎo)過程。同時，盡可能與專業(yè)國際習(xí)慣接軌。國內(nèi)使用的教材中，有些參數(shù)及變量常用漢語拼音的開頭字母表示，還有些采用中國習(xí)慣的表示方法和取值。在針對境外生的教學(xué)中，均采用國外普遍應(yīng)用的符號、表示方法和數(shù)值，避免學(xué)生后續(xù)在境外工作學(xué)習(xí)時產(chǎn)生困擾和誤會。教學(xué)方法的改革是核心，也是課程團(tuán)隊提升的重點，主要改進(jìn)工作從以下幾個方面進(jìn)行。一．簡化知識鏈境內(nèi)生教學(xué)中，教師會盡可能增加知識的廣度，使學(xué)生學(xué)習(xí)一門專業(yè)課或基礎(chǔ)課的同時，獲得盡量多的知識理論和信息，依賴深厚的基礎(chǔ)知識和理論、方法導(dǎo)出教學(xué)內(nèi)容。針對境外生的教學(xué)中，教學(xué)團(tuán)隊重新梳理教學(xué)內(nèi)容，力求以最簡單的思路和最少的理論、概念達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，大大減少了對學(xué)生基礎(chǔ)知識深度的要求，盡量簡潔地得出指導(dǎo)工程應(yīng)用的原理和方法。以流體靜力學(xué)基礎(chǔ)中流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律為例。原有教學(xué)方案涉及知識點及思維導(dǎo)圖如圖1所示?；A(chǔ)概念部分需要提前介紹作用在流體上的力的種類，包括質(zhì)量力和表面力以及單位質(zhì)量力的概念。靜壓強(qiáng)公式推導(dǎo)過程中，介紹歐拉平衡方程、壓強(qiáng)差公式、等壓面公式和等壓面的定義，以及有勢力和勢函數(shù)的概念。針對境外生設(shè)計的流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律教學(xué)思路如圖2所示，無需引入單位質(zhì)量力等概念，從牛頓第二定律出發(fā)，建立流體微元壓力和重力與外力平衡的模型，對重力場中的流體微元加以簡化，得出微分方程并積分得到靜壓強(qiáng)分布式[3,4]。二．調(diào)整思維方式分析流體受力和運動規(guī)律有兩種思考方式，一種是微元法，跟隨受力的流體微元進(jìn)行分析；另一種是控制體法，針對流體流動的空間區(qū)域建立物理量的分布規(guī)律[5]。國內(nèi)的教材中多采用第二種方式，通過基本定理引出某物理量在流場空間的分布規(guī)律，再根據(jù)流場特點進(jìn)行簡化并運用微積分運算得出講述方程。其優(yōu)點是建立的模型簡單易于表達(dá)，但是對基礎(chǔ)知識尤其是數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識要求較高，思路長涉及概念和知識點多，某些學(xué)生不易接受和理解。由于本課程中分析的都是流體力學(xué)的基礎(chǔ)問題，所以采用基于受力微元的分析方式，建立流體微元受力平衡模型，對平衡方程進(jìn)行推導(dǎo)，所有模型都從牛頓第二定律導(dǎo)出，學(xué)生更容易理解和接受。以絕對靜止和相對靜止流體的靜壓強(qiáng)分布規(guī)律推導(dǎo)為例，按照原有教學(xué)方式的思路是，介紹歐拉平衡方程，推導(dǎo)和證明歐拉平衡方程，得到壓強(qiáng)差分布公式，引出等壓面的概念和勢函數(shù)概念，把靜止流體各方向單位質(zhì)量力帶入歐拉平衡方程，對歐拉平衡方程進(jìn)行積分得到流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律[6,7]。另外，還需要在前面的章節(jié)中介紹質(zhì)量力和單位質(zhì)量力的概念。改進(jìn)教學(xué)方法后的教學(xué)思路是，把流體微元受壓力和運動加速度帶入牛頓第二定律，化簡得出壓強(qiáng)差公式，積分得到流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律。三．應(yīng)用思維導(dǎo)圖輔助建立知識體系對各章節(jié)內(nèi)容用思維導(dǎo)圖明確各原理和知識點間的關(guān)系，幫助學(xué)生建立知識結(jié)構(gòu)，理解各層次理論和方法間的關(guān)聯(lián)。如圖1和圖2所示，即為對應(yīng)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖。四．將課程講述方式從▽調(diào)整為△方式國內(nèi)習(xí)慣采用的教學(xué)方式往往是▽型的，即首先提出一系列相關(guān)概念并詳細(xì)解釋、嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)定，大量基礎(chǔ)知識介紹完成后，再用前述的概念構(gòu)成某一原理。往往在解釋原理前，敘述了大量概念和定義。這樣先嚴(yán)謹(jǐn)、大量鋪墊，然后才進(jìn)入正題的方式常常會給學(xué)生帶來較多困擾，尤其是對中文理解能力不足、不能長時間接受大量信息的境外生更是困難重重，甚至還沒有進(jìn)行到核心內(nèi)容，學(xué)生已經(jīng)疲勞而失去了學(xué)習(xí)的耐心和興趣。對此，教學(xué)團(tuán)隊借助思維導(dǎo)圖，把教學(xué)方式調(diào)整為△型，即首先提出主要原理，然后逐漸收斂，把各個相關(guān)條件加以限制和細(xì)化，圍繞核心內(nèi)容引出相關(guān)概念。學(xué)生在第一時間進(jìn)入課堂的主要內(nèi)容，然后帶著明確的目標(biāo)和對知識結(jié)構(gòu)的了解進(jìn)一步細(xì)化，同時避免了疲勞和失去興趣。以流體動力學(xué)基本概念部分內(nèi)容為例，境內(nèi)生教學(xué)采用▽型結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖3所示。這一節(jié)的教學(xué)重點一是講述流線的概念、特點及流線方程，另一個重點是講述平均流速的概念。在引出平均流速概念前，解釋了流管、流束、總流、有效截面、體積流量等五個概念，直到解釋平均流速時，才把這五個概念的收斂在一起，這會導(dǎo)致學(xué)生在前段敘述過程中不明確內(nèi)容的目標(biāo)而產(chǎn)生疲勞和困惑。圖3描述流體運動的參數(shù)-平均流速（改進(jìn)前）圖4為改進(jìn)后的△教學(xué)結(jié)構(gòu)，先解釋平均流速的概念，再逐層說明涉及的概念和內(nèi)容。這樣先明確教學(xué)目標(biāo)，再分層次展開相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生在第一時間明確重點內(nèi)容和其它內(nèi)容間的關(guān)系。五．教學(xué)方法改進(jìn)的基本原則教學(xué)目標(biāo)一致《工程流體力學(xué)》最主要的一項教學(xué)目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生解決與流體運動相關(guān)的工程問題，針對境內(nèi)生和境外生的教學(xué)效果，使學(xué)生能夠解決的工程實踐問題是一致的，不能夠由于教學(xué)內(nèi)容的簡化而降低學(xué)生解決問題的能力。思路可貫穿教學(xué)內(nèi)容所采用的教學(xué)方法和思路一定是可貫穿于完整教學(xué)內(nèi)容的，不會在某個部分產(chǎn)生不可調(diào)和的沖突進(jìn)而發(fā)生教學(xué)內(nèi)容無法連續(xù)進(jìn)行的情況。保證知識鏈的完整性針對境外生教學(xué)的改革簡化了部分內(nèi)容和方法，但是不會由于內(nèi)容的簡化或教學(xué)方法的改進(jìn)而缺失必要的知識環(huán)，或在某一部分內(nèi)容的講述中發(fā)現(xiàn)之前省略的內(nèi)容造成這部分內(nèi)容無法清楚講述的情況。針對境外生教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和方法改革后，建設(shè)了針對境外生使用的課件（視頻、PPT）和案例分析、習(xí)題，與境內(nèi)生的課件一同供學(xué)生使用。該資源不僅可用于境外生，其他學(xué)生也可以選擇使用這一系列教學(xué)資源，教學(xué)實現(xiàn)的目標(biāo)和對目標(biāo)達(dá)成度的要求與境內(nèi)生一致，即能夠應(yīng)用基礎(chǔ)知識分析和解決的工程實踐問題，無論從實踐問題的難度和復(fù)雜程度來說，都是一致的。雙重資源共同應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)行了二個學(xué)年，境外生班的課程及格率達(dá)到88.2%，平均成績從37分提高到78分。國際化的學(xué)校和教學(xué)需要更多元的思考、探索和嘗試。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和習(xí)慣及思維模式都會隨社會生活與環(huán)境的影響不斷變化，同時學(xué)生就業(yè)和深入學(xué)習(xí)的范圍也在不斷擴(kuò)展，本科階段的學(xué)習(xí)也是未來與更廣闊世界連接的橋梁。希望在今后的教學(xué)實踐中，結(jié)合學(xué)生特點和需求探索出更多、更有效的教學(xué)方法。Reference：[1]/info/1070/89093.htm[2]/info/1067/89506.htm[3]YunusA.Cengel,JohnM.Cimbala.Fluidmechanics:fundamentalsandapplications.McGraw-HillEducation,Inc.2010[4]E.JohnFinnemore,JosephB.Franzini.Fluidmechanicswithengineeringapplications.McGraw-HillEducation,I