《粘性流体力学》教学设计与实践: 学生为本 因材施教
记者 宋超 郭晓瑄
能源与动力工程学院《粘性流体力学》课程是北航研究生教育改革探索的一个突出典型。作为第一批5门教学“研究性”示范研究生课程之一,并且是北航唯一连续四年获得“研究生课程卓越教学奖”的课程,该课程的研究型教学建设已经有五年的时间了,以其独具个人特色的教学风格,风靡北航校园内外。该课程的突出特点在于始终把学生的收获当作唯一的判断准则,以学生为本,并且通过创造性的课程架构去建立研究型教学的新模式,对我校研究生课程整体教学质量的提高具有示范作用。
《粘性流体力学》是一门面向航空动力、热能工程等相关专业硕士研究生的核心专业应用基础课程,要求硕士研究生掌握粘性流体(尤其是湍流)的基本理论,了解前沿知识,为其从事流动相关的工程计算和实验研究打好基础。该课程每届听课人数接近200人,涉及专业面广,影响力强。对于一门涉及大量理论公式及数值计算的课程,讲起来一般是会比较枯燥的,可是据课程督导组老师的反馈,在《粘性流体力学》的课堂上同学们总是注意力集中,几乎没有人玩手机,吸引他们的究竟是课程本身的魔力还是教师个人的魅力?
学生为本 点燃兴趣的火焰
苏格拉底说,教育的本质是点燃火焰。这句话被写在王洪伟亲手编纂的教材《我所理解的流体力学》的前言。其中有句话发人深省:“事实上,好奇是人类的本能,而学习则是生活的本质,专门进行学习活动的教学怎么会成了磨灭学习兴趣的凶手了呢?”似乎人人都知道,调动学生学习兴趣的重要性,但如何真正实现,却成为了令人困扰的难题。关于这一点,王洪伟着实有不少心得:学科发展史、生活实例、恰当的比喻以及教师科研中的感悟等都能增加兴趣。但是仅仅如此或许忽略了大学教学的本质出发点,知识本身最重要,过于注重上课形式和技巧必然影响课程的研究性与深度。
原来,提高学生学习的自主性才是最重要的。学习的权利,始终在学生自己的手中。正如“你永远叫不醒一个装睡的人”,也是同样的道理。教师需要做好的是一个引导的工作,要真诚,不套路学生;要以身作则,注重身教和示范作用。在教学过程中不仅要帮助学生认清自己,发现自己的兴趣,更要帮助学生认清专业和行业,指明未来发展的方向。不过给予自主和施加引导,又像是两根互相纠缠牵制的绳索,如何把握其收与放的力度,还得看教师自身的功力。
“下落的雨滴,在你印象中,形状是不是球形的?”学生点点头。
“其实并不是,受到空气阻力,应该更像馒头,越大的水滴还可能是趋向于雨伞形状的,在气动力作用下太大的雨滴会被撕碎,而这就是航空发动机燃烧室中的燃油雾化原理……”课堂上,王洪伟常常从一个简单的生活小例子开始,引申到具体的理论知识,严谨和通俗相结合,既保持了论述的科学性,又简单易懂方便了听者。即使不学相关专业知识,想必也能听懂个大概。
王洪伟说:“真正的互动是头脑的互动,而不是表现形式的讨论。”在他的课堂上坐一会儿,你会有更深刻的体验。台上,他讲得行云流水;台下,大家听得聚精会神。特别的是,老师明明不怎么提问,学生们却在台下“抢答”。他在课上很少有当场讨论,也“从不说题外话”,但学生们爱听,不但紧跟他的节奏去思考,还能顺着他的思路“往下说”。看似是无心插柳,其实投入了大量的备课心血。
“在我还是一个学生的时候,在课堂上学习知识之余,还有个爱好就是研究老师的讲解方式。”王洪伟这样说道,“通过对比我和老师对知识的理解,分析为什么老师这样讲就能听懂,那样讲就听不懂。”在他成为一名教师以后,他也时常站在学生的角度上研究,怎样讲学生才更容易理解。所谓教学相长,在十多年的教学工作中,从一开始的注重备课和教学方法,到后来的注重知识的理解和学生的反应,王洪伟完成了从教育者到学习者的一个反向转化过程。
在教学中他尤其强调对知识 “再加工”的重要性,对一个问题会花大量的时间去理解,从数学公式、实验现象和基本力学原理的多个角度去分析和推导,反复推敲,自然能做到不疾不徐、胸有成竹。对知识深入理解后再以更易懂的语言表达出来,应该是科学工作者,尤其是教师们的责任和义务。实际上我们所学的知识都是或多或少地被“再加工”后写出来的,这其实也是个创造的过程。原创的发现和发明固然重要,对知识的“再加工”和传播才是让其发挥作用的关键。《粘性流体力学》的课程组织和内容安排,正是多年探索“再加工”的突出成果。
目前课程有两位授课老师,王洪伟在课程方面负责基础理论教学和实验部分,柳阳威主要负责课程的湍流模型和数值计算部分。两位授课老师长期从事流体力学实验和计算研究工作,立足学术前沿,有厚实的知识功底和独特的思路见解。他们二人相辅相成,优势互补,为高质量授课提供了全方位的保障,共同打造了 “研究性”示范研究生课程的典范。
因材施教 知识的薪火相传
《粘性流体力学》课上的学生大多来自不同的院系和专业,学习背景、基础和目的相差较大,加上课程内容基础知识多,涉及面广,进一步深入开展因材施教和研究性教学有较大难度。所谓“众口难调”,如何才能够让