针对理工科专业基础课程教学的“四有”方法

黄光勤，左梅梅，戴通涌

摘要：针对理工科教学中问题讲解的复杂性、遗忘性、枯燥性等问题，本文从“有目标的背景认识”、“有针对性的基础知识复习”、“有方法的问题分析”、“有用途的前沿发散”这四个方面较为详细地分析了如何削弱上述存在的问题。

关键词：问题；教学；理工科；方法

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）46-0155-02

理科或工科中通常涉及很多实际的问题，而此类问题往往非常重要，但是又比较复杂。例如深秋季节的清晨，我们经常看到植物叶片上表面出现露珠，这在我们生活中是个常见的自然现象。这涉及自然现象中的传热问题，没有专业知识或经验的同学是很难解释上述现象的。类似现象在我们生活中是常见的，那么我们如何给学生讲清楚这些属于理工科的问题？

在理工科教学中，我们时常需要讲解一些典型的理论问题，如对流换热理论、辐射换热理论等。但是，对于理论性较强的教学问题，时常会让教师们感到困惑，具有一种讲解不清楚的恐惧感。有些教师这时就会选择“照本宣科”，按照课本上已有的文字介绍及理论分析过程进行讲解。往往这种讲解都缺少生动性及趣味性，学生听起来感觉很枯燥，对教师所分析的问题理解不够深刻，学习效果较差。那么，如何简明扼要地讲清楚一个理工科问题，是当前理工科教师应该思考的一个问题。本文将从以下几个方面阐述上述问题。

一、有目标的背景认识

理工科的问题，多数都直接或间接地来源于实际工程问题，此类问题的实际意义也较为突出，但是相应问题涉及的理论知识也常常较为复杂，如果选择“照本宣科”的方式讲解，学生就会感到枯燥、困惑。就算教师的理论水平非常高，可能也不会把这个问题讲解得非常清楚，因为这种讲解方式不接“地气”，所讲述的理论知识不能与实际工程或生活相贴近。

笔者认为，对于一个较为复杂的理工科问题，首先应该给出这个问题的工程背景，要让学生知道我们解决这个问题是非常有意义的，对某些方面是具有积极作用的。比如，“供暖、通风及空气调节”专业经常涉及传热方面的知识。当教师讲解“热量传递”的知识时，首先应该让学生知道“热量传递”知识对本专业学习的重要性及实用性，可以联系工程实例，如工程建设中，建筑墙体的厚度需要综合分析墙体材料的“热量传递”性质通过热工计算才能确定，同样的，只有理解“热流传递”原理之后才能解释深秋季节植物表面结露的现象，这时，学员就能带着问题去学习，带着问题去思考，从而大大提高学习的积极性。再如，当学习“辐射换热”知识时，可以以当今比较火热的供暖方式——“地暖”（地板辐射采暖）为案例，提问学生为什么“地暖”这么受欢迎，然后分析其优缺点，与“辐射换热”内容联系起来，让学生觉得“辐射换热”的内容具有工程实际价值，从而激发学生学习的积极性。

二、有针对性的基础知识复习

在讲解理工科问题时，往往遇到这样的问题：本门课程涉及的内容需要在掌握已学习过的课程知识基础之上，而涉及的这门基础知识课程已经是一年或者几年前学习的内容，此时学员们很可能已经忘记了。但是，部分教师忽视了这个特点，在给学员讲授专业课程时，没有考虑学员对已有基础知识的忘却或不熟悉，直接切入所讲授的课程内容，导致学员在课堂上有“云里霧里”、似懂非懂的感觉，学习效果较差。

针对这样的现象，在我们学习专业课程时，笔者认为需要对本门专业课程涉及的知识内容进行温习，在确保学员已经对相关知识点掌握或熟悉的基础上，再进行本门课程的讲解，这样，学员才会更好地掌握相关理论知识，对专业问题的掌握更加得心应手。

比如，当我们学习“传热学”中的“对流换热”时，涉及大量关于“流体力学”的知识，而“流体力学”相关的课程可能在前一学期已学过，在这种情况下，大部分学生对相关的基础知识已忘记，此时，应该在课前对涉及的知识有针对性地进行复习，以便提高课堂学习效率，减少学生学习中的障碍。再比如，当学习“建筑环境学”课程时，因这门课程涉及许多“流体力学”、“热力学”及“传热学”的相关知识点，如果不在课前对此进行复习巩固，其学习效果可能较差，学生可能存在一种“雾里看花，水中望月”的感觉。

三、有方法的问题分析

理工科教学中，很多课程涉及复杂的推理过程，推导出来的公式较为复杂。作为一名教师，如果仅仅将复杂的理论推导结果展现在学员面前，那么学员将存在较多的疑惑。在学员心中，没有一个定量的指标，对以后工作中所面临的工程实践问题，没有一个具体的解决方案，不利于以后的日常工作。此时，对于复杂的理论问题求解时，教师可以在课前通过计算机编程或其他渠道，得出一个直观的、与工程实践接近的理论答案，在解决这个理论问题时，可以增加一定的趣味性，例如，通过程序编写一个界面，界面中有文本框、计算按钮等操作对象，当在文本框中输入相应参数，并点击相应计算按钮时，得出与实际工程接近的计算结果，这样增加了学员学习的好奇心，让学员不由自主地去学习，让学员的思路紧随教师的课堂讲解。

再如，在学习“热力学”中关于湿空气性质的内容时，涉及许多公式及由公式绘制出来的曲线，此时，为了增强学生学习的趣味性、积极性与探索性，教师可以在备课时编制相应的程序，将涉及的公式通过程序自动转换为曲线，同时，布置课后小作业，让学生也利用所学的程序设计语言，编写相关的程序，实现相应的功能，这样，既能定量地掌握相关湿空气的参数指标，也能定性地掌握各个参数指标的相互关系。

四、有用途的前沿发散

理工科涉及的问题一般较为复杂，结合一定假设条件之后，得出的数学模型的理论性较深。通过对理论问题的认识与分析后，所建立的数学或物理模型的理论程度依然较深，在讲解过程中学员也会觉得枯燥乏味。

当讲解某个理工科问题时，可以将与其相关的前沿性研究甚至不成熟的观点加入其中，引起学员学习的好奇心与积极性，从而对学员进行启发式教育，让他们有自我探索的空间与方向，开阔他们的视野。这样，可以从一定程度上降低他们学习理论问题的枯燥性。比如，当学习“传热学”中的“相变换热”时，介绍一种可以应用于大型计算机散热的新型技术——“热管换热”技术，结合“热管换热器”的结构及其与计算机发热部件的连接关系，清楚地介绍热管传热的基本原理。再比如，学习“辐射换热”时，可以将“夜空辐射换热器”作为发散案例，介绍“夜空辐射换热器”如何将宇宙空间的冷量通过辐射换热的方式实现制冷效果。

五、总结

笔者认为，通过上述四个方面的努力，可以从一定程度上让教师讲解得更加清楚，让学员学得更加明白，更具有积极性。同时，也要求教师具有一定的科学研究能力，经常查阅当前学科的研究热点及相关研究成果，对当前学科研究热点及前沿内容具有一定的了解。只有具备一定的科学研究能力及对科研教学的执着追求，才会积极关注当前领域的前沿情况，所以也要求教师具有对科研教学事业较高的激情，以及具有对教学科研无私奉献的精神。