以学生为主体的计算流体力学课程教学思考

章大海 周昌静

教育模式在从应试教育向素质教育转换的过程中，如何去把握课堂上教师的“教”与学生的“学”之间的关系，己成为教育界同仁们共同关注的问题。教育的最终目的是让学生在掌握前人积累的丰富知识及经验的基础上，不断发展和创新。前苏联著名教育家苏霍姆林斯基说：“只有能够去激发学生进行自我教育能力的教育才是真正的教育”[1]。现代社会信息瞬息万变，教育者除教授知识外，更重要的是教给学生获取知识的方法和激发学生的学习兴趣，由学生主动去学习适合自己特点的课程。因此，学校的任务是研究如何向学生提供最好的服务，提供可以自由探索、自主学习的学习环境，改变“以教师为主体”的传统教学模式，在先进的教育科学理念的指引下，充分发挥现代化教育技术手段的作用，管理教学，组织教学，实施“以学生为主体”的教学模式。

一 “以学生为主体”教学方式的内涵

“以学生为主体”的教学理论，目的是让学生亲身经历知识的获得过程，体验成功的喜悦，培养学生的独立性、自主性、创造性。教师应该注重培养学生的参与意识，为学生探究知识创设物理情境，激发学生的创造潜能。在传统的教学中，教师是知识的拥有者、传授者，是教学过程中的绝对“权威”，学生则是“容器”，教师讲课的主要教学手段和方法是如何将知识输送到所谓的“容器”中去[2]。整个课堂上教师是主导者，是核心人物，而学生则是服从者;课堂是教师讲，学生听;教师写，学生记。教学中，学生完全处于被动状态，主要依靠教师在进行消极地学习。该方法严重影响了学生创造力和想象力的发挥，不利于提高学生学习知识的兴趣和运用所学知识的能力，这是与培养学生的创造性、自主性、独立性教育目标背道而驰的。教师应是整个教学活动的设计者、组织者，应该扮演引导者和参与者的角色，学生才是教学活动的主体。因此，教师应该在把握住“以学生为主体”的教育模式的内涵的基础上，努力为学生创造一种探究学习的气氛或情境，让学生根据探究的目标进行探索、甚至猜测，由学生通过自己的努力去获得最后的结论，让学生真正成为整个教学活动中的主体。当然了，“以学生为主体”的教学理论并不意味着教师的指导没有必要，教师不仅要帮助学生营造一个良好的学习气氛，更重要的是，教师在教学中应起引导和导向的作用。让学生独立自主地进行探究和学习当然重要，但是，为保证学生的探究和学习活动顺利进行下去，教师的有效引导也是非常必要的。

二计算流体力学课程的特点

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，以下简称为CFD）是通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上通过数值解来定量的描述流场，从而达到对物理问题研究的目的的一门课程。CFD 可以作为一种研究工具去形象的展示流场的内部结构，从机理的角度解释相应流动的特点;也可以作为一种设计工具对产品的性能进行预测，从而达到节省研发成本的目的。总之，CFD 在现代生活和工业生产中的很多方面已表现出了巨大的作用[3]。

计算流体力学是流体力学的一个分支，它不仅是一种有效的关于流动和传热问题的研究手段，而且在几十年的发展中，又自成体系而成为一门独立的学科。CFD是建立在流体力学的基础之上的，它的主要目的是求解微分方程，所以要学好这门课程，就要很好的掌握计算方法、偏微分方程的数值求解等课程的基本知识，同时，还要有很好的物理问题抽像简化能力及对结果的各种处理分析能力，正是由于CFD课程的这种多学科交叉基础的特点，所以将其设置为研究生课程，也正因为如此，大部分学生在学习该课程时，常感到该课程的理论性强、概念抽象、公式推导复杂等诸多难点。

三 硕士研究生阶段的教学特点

硕士研究生阶段专业课与本科专业课相比有深、广、新、专等特点，同时还要更高层次地体现素质教育的特点。所谓深，是指研究生课程应对该课程所涉及到的领域具有更深的论证、探讨与描述，以使学生对本学科有更深层次的理解。所谓广，是指研究生课程所涉及的内容应比相应的本科生课程涉及更广泛的领域，特别是与本学科的交叉领域。所谓新，是指研究生课程的内容应主要反应该领域科学技术的最新成果、最新的理论、观点与研究方法。所谓专， 是指与本科生相比，研究生教育具有更强的专业性，是为科研、教育、企业、政府、社会等各个部门培养实用的高级专业人才。研究生专业课的内容除了应具有上述特点之外还必须在更高层次上体现素质教育的特点，研究生的专业课教学必须在所有细节上都渗入素质教育的思想，使学生能够在自我培养、知识创新、思想表述、学术交流、协作精神、竞争意识等方面都有所提高。硕士研究生专业课程的教学内容不应该全部都是完全成熟了的经典的理论与方法， 而是要让学生了解本领域正在发展着的、有争议的、探索性的观点、假说、设计思想、研究思路、实验方法，等等。这就要求学生具有自主的、批判与选择的能动性;具有能够发现问题，研究问题和解决问题的能力;具有将所学内容进行能动比较，融汇贯通和总结提高的能力;具有将所选定的研究方向和现有条件相结合并归纳与提炼出研究课题的能力。

硕士研究生一般都经过了完整的本科四年教育，大多数为本专业或相关专业的优秀毕业生。他们大都较好地掌握了学习方法，特别是自学方法，并已养成了刻苦钻研的习惯。这一群体不但已初步掌握了本专业的最基本的理论基础、基本概念，还掌握了在这一领域工作的基本方法与基本原则。具有了在本领域进行科学技术研究或工程设计的基本素质。同时，这一群体的成员都经历过严格的毕业论文或毕业设计的工作与答辩过程，具有一定的独立分析问题、解决问题的能力。因此，硕士研究生到了专业课学习阶段，已具备了“学生主体”模式的教学条件。

四 在教学和考试中应体现“以学生为主体”

研究生阶段的教学不同于本科阶段及其之前阶段的教学方式，前者以“研”为主，后者则以“学”为主，所以研究生教学应以研究为导向，以创新或者说研究成果的数量和质量为评判优劣的标准。

1 教学方法的改变

培养研究生检索文献和自主学习的能力是实施“以学生为主体”教学方式的第一步。文献检索是研究生从事科学研究的最重要环节。科学研究是具有连续性和继承性的，尤其是对刚从事研究性学习的学生，查找文献资料，掌握某一研究领域的发展现状及动态是进行研究性学习的第一步，这一步进行得好坏直接关系到以后一系列的研究活动。因此，在计算流体力学课程的学习中，教师可通过布置“文献检索”作业，让学生根据自己的兴趣爱好或课题方向查阅最新的中文或外文文献，写出此方向的文献综述;并鼓励学生整理成科技论文向国内外相关科技刊物投稿，并争取发表。研究生通过这样的学习锻炼，能提高他们的文献检索和总结提炼的能力，可为他们将来进行科研和撰写毕业论文奠定一定的基础。

开展课题研讨活动，培养研究生解决问题的实际能力及口头汇报能力是实施“以学生为主体”教学方式的关键。为达到此目的，教师在教学中可以将3～4 名研究生分为一个讨论小组，为每个小组布置不同的研究课题，让学生们在认真研究和理解文献的基础上，找出具体的切入点深入研究，并在课堂上分批次的汇报各自小组的研究内容，包括物理问题的简化，数学模型的建立，具体的求解过程及参数设置，以及结果的详细分析及讨论。在课堂上，每个研究生还可有选择性地汇报各自文献检索结果的综述，把自己感兴趣的和有深刻理解的专题进行讲解，其他的学生也可以现场提问，这样，研究生在汇报和回答提问的过程中，他们的理解能力和表达能力也都同时得到了锻炼.

2 考核方式的改变

在选修课的学习中，如果仍然采取传统的闭卷考试作为课程考评方式的话，就很难看到创新的教学改革手段体现在研究生身上的效果，因此，在课程的考核方法上应大胆改革，比如考核内容和成绩可如此规定：在100分的总成绩中，报告占50分。其中，对理论和方法的理解是否全面、准确和深刻占30分;讲述是否清晰和是否引人入胜占 10 分;讲解过程是否结合现代化媒体手段（如 POWERPOINT，FLASH）占10分，同时对积极提问和踊跃发言者适当加分;文献检索作业占 10分，对检索较多外文文献的学生，如文献内容新颖，且紧跟科技发展的，可给予加分，而少交或迟交作业者则酌情扣分;FLUENT 软件实例计算作业占 20 分，要求有详细的前处理网络模型和详细的结果处理分析，并且对总结成科技论文在优秀刊物上发表者给予加分;期末论文投稿占20分，要求按标准科技论文格式书写，内容要详实、全面和观点独到，并以优秀论文发表篇数和刊物水平作为加分依据[4]。以上课程考核措施的制定，都是以调动研究生学习计算流体力学课程的积极性为首要前提，旨在提高他们的科技论文写作能力和解决流动传热实际问题的能力。

总之，“以学生为主体”的教学模式的实施是一个长期的、循序渐进的过程。在此过程中，势必会出现诸如教学内容更新、教学进度和学时调整等一系列新问题，这就要求任课教师要具有坚定不移的决心和高度负责的责任心，要以提高研究生的竞争力和生命力为己任，要不断创新、开拓和探索更加有效的教学手段和方法。另一方面，各级领导应该鼓励和支持对研究生课程的改革，研究生教学管理部门应承认并奖励教师在实施教学改革中增加的学时数量，在政策和经济上给予支持，创造有利于实施教学改革的环境和氛围，从而使之得到不断的深入和完善。

参考文献

[1]杨梅. 关于“以学生为主体”教学方法的探讨[J].铜仁师范高等专科学校学报， 2005， 7（3）：67-68.

[2]陈德平， 倪文. 硕士研究生专业课教学中的“学生主体”模式认识与实践[J].中国冶金教育，200（5）：65-68.

[3]章大海， 王建军， 王宗明， 等. 关于计算流体力学教学的若干思考[J]. 教书育人（高教论坛）. 2011（5）：94-95.

[4]郑平.研究生《多相流体力学》课程教学改革的探索与实践[J].海南大学学报自然科学版， 2012，30（3）：285-287.