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面向“零零后”的气体动力学教学方法研究
发布时间:2022-04-20 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
 
面向“零零后”的气体动力学教学方法研究
                        李怡庆,徐义华  
(南昌航空大学 飞行器工程学院,江西 南昌 330063)
[摘  要]“零零后”作为新时代大学生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,由于信息获取的便捷化,使得新一代大学生对于新兴事物兴趣浓厚,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决定着我国航空航天事业的发展与壮大。然而,气体动力学正是一门理论性极强,公式繁杂的课程,针对以上问题,本文着重探索了适合新时代“零零后”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,最后针对气体动力学引入了课程思政的探索。
[关键词]“零零后”大学生;气体动力学;教学实践;教学效果;课程思政
[作者简介]李怡庆、1989.08、男、福建南平、博士、南昌航空大学飞行器工程学院、讲师、高超声速气体动力学。徐义华、1971.10、男、江西东乡、博士,南昌航空大学飞行器工程学院、教授、发动机燃烧流动。
[基金项目]2020年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。
 
[中图分类号]C42   [文献标识码]A  [文章编号]  
Research and Exploration on teaching methods of aerodynamics for post 2000 College Students
Li Yiqing, Xu Yihua
(School of aircraft engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063)
Abstract: College students born after 2000 as the main body of college education. And they are growing in the environment of Internet technology. Internet technology has brought earth shaking changes to human production and life. Because of the convenience of information acquisition, the new generation of college students are interested in new things and are accustomed to fragmented information acquisition. There is a problem that they can not adhere to the courses that need to be studied and explored. Aerodynamics is an important theoretical basis in the field of aerospace. In the new era, college students' learning and cognition of aerodynamics largely determines the development and growth of China's aerospace industry. However, gas dynamics is a course with strong theory and complicated formula. In view of the above problems, this paper focuses on exploring the teaching method of gas dynamics suitable for the college students born after 2000. In addition the effectiveness and practicability of the teaching content were verified by teaching practice. Finally, The ideological and political exploration of the course for gas dynamics were introduced.
Key words: college students born after; aerodynamics; teaching practice; teaching effect; ideological and political courses

0  引  言

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已较难满足当代“零零后”大学生的培养需求,因此对于高校力学类课程的改革势在必行[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]。学生们对固体的理解远高于气体,这主要是由于固体是形象的随处可见的,我们从小学自然开始便在接触着各种各样的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而言存在更加抽象的特征,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存在着天然的理解障碍。此外,由于气体的复杂性,在气体动力学的授课过程中,通常充斥着各式各样的全微分方程与偏微分方程,导致当代大学生在学习之前就不可避免的产生排斥心理。因此,探索新的适用于新一代“零零后”大学生的气体动力学教学方式已成为亟需解决的关键问题。
“零零后”大学生已逐渐成为新时代大学教育的教育主体。作为在互联网、移动终端环境下成长起来的新时代学生,存在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,“零零后”大学生很难长时间的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,学生的学习耐性与兴趣将进一步受到影响,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,从而提起观看者的兴趣。作者认为,企图从根源杜绝该现象较为困难。我们虽然可以强制限制学生的手机使用时间,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,不能简单的断言为缺点或优点,应该辩证的看待。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升级,充分研究当代大学生的学习特点,从而提高自己改变自己,让教师来更好的适应学生而不是企图让学生适应教师。
基于以上分析,作者与学生充分交流,了解当代“零零后”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,首先在短时间内提起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,任何其他因素主导的学习与科学研究都是无法长久坚持的。
教学案例研究
1.1 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。对于授课教师来说三种方式的不同了然于心,然而对于“初识”气体的大学生而言,“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不同。课本中对三种方式的解释可以概括为: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“零零后”大学生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,作者在与学生交谈时发现,“零零后”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,在学生即将陷入听不明白时提出问题“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(图1)”。
 
图1 铁板鱿鱼(热传导)与烤羊肉串(热辐射)
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,很好的把课本内容与实际生活相结合。作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中,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,作者会附上一句“以后可以询问舍友今天想吃热传导呢还是热辐射?”从而进一步加深学生对该问题的理解与兴趣。
1.2 绝热流动与等熵流动
绝热流动与等熵流动是气体流动过程中极其重要的流动模型。课本中对两类流动模型的解释为:在许多流动中都伴随有传热的现象,热量的来源既可以是该部分流体与其外界之间的热交换,也可以是流体内部,由物理与化学作用而产生的。对于没有这类热量的输入或生成,且流体内部的导热系数为零的流动,称为绝能流动。如果绝能流动过程中,不存在机械能耗散,则称其为可逆的绝热流动,即等熵流动[5]
由于在工程热力学中,已经对等熵过程有了深入的讲解,将其定义为可逆的绝热过程,因此在气体动力学的授课过程中常常会忽视对绝热、等熵等问题解释,认为学生们已经理解了其中的相同与异同。然而作者发现,在授课过程中大量学生仅仅只是知道这两个名词,对于其中的含义基本处于未知状态,甚至于对熵这个概念的理解都存在很大的问题。究其本质仍然是学生们认为熵离自己的实际生活太远,我们可以理解受力、压强和温度是因为能够切身的感觉到,但是对于熵同样存在着“摸不着”,“看不见”的特点。因此,作者认为有必要在课堂中让学生“看见”什么是熵,从而更好的开展后续复杂内容的学习。  
基于以上需求,作者在与“零零后”大学生交谈中发现大部分学生热衷于动漫,对各类动漫中表现的事物兴趣较高。因此,在一些具有代表性的作品中搜寻发现,动漫中的画面之所于吸引人正是因为他们违反了人类社会最基本的熵增定律。同学们不是看不见熵,而是看不见熵减,我们长期的生活于熵增的世界里。图3所示画面中的人物在不借助任何外部能量的情况下将大量的能量聚集到自己的手上,或在不借助任何外部能量的情况下将周围的物质燃烧,这些过程均为平白无故的增加了能量,整个过程不存在熵增,是一个熵减的过程,因此违反了自然规律,也正是由于其违反了自然规律所以能够快速的吸引人们的注意。根据课程反馈情况可以发现,在课程中引入了类似的讲授后,学生能够将课本知识与自己喜爱的东西相结合,逐渐养成用科学的眼光分析周边接触的事物的习惯,让动漫、游戏都能成为加深学习基础、提高认知能力的有用工具,这也是“育学于乐”的集中体现。
 
图2 火影忍者与海贼王(熵减)
课程思政探索
前文通过三个教学案例,阐述了作者通过分析“零零后”大学生具有的学习特点开展的教育实践研究,研究结果表明,学生的学习兴趣、课堂氛围以及课后理解均有显著提高。然而对于新时代的高校教师,绝不能让学生的思想停留在游戏、动漫、电影的层次。因此,随着课程的深入,任课教师应将学生的思维逐渐向正确的方向引导。气体动力学是一门直接服务于祖国航空航天事业的课程,在课堂上作者多次强调我们应该“为中华之崛起而读书”,不可否认,这句话在“零零后”大学生中的认同感已经十分薄弱。根本原因在于学生对自己所学知识,所处环境知之甚少,因此,在后续的讲授中,作者会适时引入与本课程相关的航空航天知识,让学生们深切体会到自身所学与国家重大需求与发展方向近在咫尺,从而让学生们深切认同并真正了解“为中华之崛起而读书”这句话。
 
图4 超/高超声速飞行器
基于以上原因,在讲授有关气体动力学中的激波章节时,作者每堂课的结尾都给学生介绍了相应的超声速飞行器知识(图4),这些知识与课本内容密切相连。课堂上学生们兴致勃勃,课后私信询问“老师,我们真的有机会参与这么先进的飞行器的研究吗?”以上授课结果可以说明“零零后”大学生并非不愿意以“为中华之崛起而读书”为目标,而是他们始终认为自己离“中华崛起”这个激动人心的学习目标相距太远。因此,作为“零零后”大学生的任课教师,在课堂开展思政教育的探索,将学生们引上正确的人生道路,并在潜移默化中使“零零后”大学生建立起正确的人生观,世界观是极有必要也是刻不容缓的。
结语
通过分析“零零后”大学生具有的学习特点,作者开展了教学方式的改革研究,将传统的授课方式与学生们日常接触的事物相结合,从而达到较好的引入复杂概念的目的。教学实践结果表明,学生能够在短时间内被自己喜爱的事物吸引,随后深入思考课堂所学与生活所遇之间的内在联系,有效的提高了教学效果与质量。
引入课程后,任课教师应借助课程前期帮助学生建立起的学习兴趣,引导学生树立正确的人生观,世界观。只会说教与空谈的任课教师显然无法帮助学生正确的认识学习的意义,只有从学生的角度出发,不断加深自我对新事物的学习,让自己与学生切实的站在同一平台,并以此为起点才能有效的引导学生向正确的方向发展。
参考文献
[1] 刘玉斌. 物理学类专业课程思政的思考与实践—以理论力学课程为例[J]. 中国大学教学, 2020(8):55-58.
[2] 史宝成, 张兴凯, 张引弟,等. MOOC和翻转课堂教学模式在工程流体力学教学中的实践研究[J]. 教育教学论坛, 2020, 000(010):262-263.
[3] 叶学民, 李春曦. 高等工程流体力学课程的教学改革与实践[J]. 教育教学论坛, 2020.
[4] 余晓京, 施永强, 杨青真,等. 气体动力学基础课程教学反思与实践[J]. 高等工程教育研究, 2019(S1).
[5] 王新月.气体动力学基础[M]. 西北工业大学出版社, 2006.