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【在线教学优秀案例】国家级精品课程空气动力学远程教学实践探索

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问题牵引 启发思考 加强自学 提高认识

——国家级精品课程空气动力学远程教学实践探索

根据学校防疫期间的教学工作部署,为切实做好疫情防控期间对学生学习的管理与指导,落实好开学期间“停课不停学,停课不停教”的工作方针,最大限度减少疫情对教育教学的影响,国家级精品课程空气动力学教学团队对理论教学环节进行了大胆的改革和实践,旨在提高教学质量,实践和创新疫期网络教学的模式。

国家级精品课程空气动力学介绍

作为新萄京最早成立的“空气动力学”专业的核心课程,新萄京空气动力学课程始建于1952年,其创始人是哥廷根学派的代表人物、近代流体力学之父普朗特的女弟子陆士嘉先生(1911~1986年),由陆士嘉、徐华舫、吴礼义等老一辈科学家亲自授课。第二代主讲教授由张炳喧、陆志芳、钱翼稷(精品教材编著者)、沈遐龄(新萄京优秀主讲教师)等教授组成。现在的课程组成员属于第三代,其中刘沛清教授(课程负责人)和张华教授分别为澳门市教学名师。在教学团队共同努力下,该课程于2005年获学校和澳门市精品课程,2010年获国家级精品课(全国唯一的一门空气动力学)。课程实验实践教学平台依托的航空航天实验教学中心于2009年通过澳门市和教育部两次评审,获国家级航空航天实验教学中心。2017年,课程团队“面向现代工程的空气动力学课程体系建设与实践”获澳门市教学成果奖二等奖。2019年,中国空气动力学学会设立了全国《空气动力学》教学指导组,刘沛清教授任组长。2020年初申报了教育部金课。

从1952年起,空气动力学学科发展迅猛,知识更新快,知识体系综合性强。空气动力学长期以理论与工程实践紧密结合著称,既要求学生抓握坚实的理论基础,又要求具有很强的动手实践能力。因此,在正常的教学环节中,本课程教学坚持理论教学、实验教学和实践教学紧密结合,形成层次化、实践性的进阶型教学体系。在教学过程种,坚持“由问题而来(发端于问题),到问题而去(终结于问题),实现在思考解决问题的过程中激发学习兴趣、传授新知识、提高新认识,在探讨问题中学会发现规律、提出理论并指导实践和应用”的创新教学理念,并得到实践检验。

新冠病毒疫情期间空气动力学的教学改革与实践

在疫情的影响下,学生无法入校,致使常规教学终断,只能按照学校的部署进行网络化远程教学。因此,课程的理论、实验和实践教学为一体的常态教学模式急需改革,特别是如何有效地利用网络资源组织开展教学活动,以确保正常的教学秩序、保障教学质量,这也是疫情期间教学改革的重点所在。在课程组长刘沛清教授的带领下,课程组全体老师开展多次教学研讨,围绕线上线下的教学活动,群策群力,认真落实和积极推进线上教学的各项工作。具体措施如下。

1、积极推进直播加插播的线上教学模式 确保课堂教学质量

为了使学生在网络教学环境中,不断激发学习兴趣、提高自学能力,结合空气动力学课程数学推导多、理论难度大的特点,在线上教学过程中,无法像常态教学中那样,能够在课堂教学中,在黑板上进行必要的理论推导,以便使学生在推导过程中加强思考和理解理论的要点,为此在线上教学中反复比较录播、直播、插播等多种形式,广泛听取学生的反馈意见,通过课程组的深入讨论,最后形成了以直播+插播的线上教学模型,探索和实践“问题牵引、启发思考”的教学理念。在学院和学校教务处电教中心的支持下,课程组负责人刘沛清教授,每周在学校主M304教室提前录制理论教学内容,然后将录播资料直接发放给其他主讲教师。各主讲教师在直播的过程中,结合课程教学内容,对理论难点和重点进行插播。刘沛清老师推送的录播材料,概念清晰、推导严谨、板书规整、推演详细,让学生又找回了往日习惯的学习节奏,得到学生的推崇。并在教学过程中,贯彻问题引领的启发式教学理念,引导和启发学生善于思考。

图1 刘沛清老师录播现场

2、开展空气动力学发展与应用的专题讲座 激发学生的学习兴趣

空气动力学是一门理论与联系紧密结合的课程,既与自然界中鸟的飞行密切关联,又是各飞行器设计的先导性理论。因此,为了激发学生的学习兴趣,课程组组长刘沛清精心准备了开课第一讲的视频录播资料——“飞行奥妙与空气动力学原理”。人类虽然没有翅膀,但有一个无限创造力的大脑,通过对鸟的飞行奥妙的认知与实践,制造出的各种飞行器,在尺度、飞行高度、飞行速度、飞行航程、复杂程度等方面,远非鸟所及。开课第一讲围绕空气动力学原理,分享了鸟飞行的大量视频资料,系统梳理了人类认知飞行奥妙的过程,引导学生回头看空气动力学知识体系的认知发展,展示历史上伟大的科学家们是如何“发现问题、分析问题并解决问题”。第一讲还针对目前国内外航空航天技术的发展,结合我国大型飞机研制进展情况和技术难点,介绍现代空气动力学的发展需求与最新研究成果,对激发学生的学习兴趣、开阔学生的视野、提高学生的创新意识、更新学生的知识结构、不断提高教学质量等具有重要的作用。

图2 开课第一讲

3、大力推送空气动力学微信教材 提高学生的自学能力

课程组组长刘沛清教授在原创公众号“空气动力学教学平台”和流体力学知名公众号“风流知音”上,编写了空气动力学的理论知识、风洞和水洞实验知识、飞行原理等系列化微信教材共计50多篇,向全国推送,深受同行和学生好评。这些微信教材,将流体力学深奥的知识点打碎,用简明通俗的语言,以图文并茂的方式讲述空气动力学基本原理及其应用,科学大师们的精神风范,以及廷根应用力学学派的治学理念。实践表明,这对扩大学生的知识面,树立正确的人生观和理想信念,有效利用课外业余时间提高自学能力的培养是大有益处的。

图3 公众号及原创文章

4、增加适量的课外思考题 加强“问题牵引、启发思考”的教学环节

加强“问题导引”的启发式教学环节,通过课外思考题,又问题牵引启发学生在学习中主动思考,思考中激发学习兴趣、提高自学能力。有别于理论力学和材料力学课程,空气动力学涉及大量的力学新概念,新方法,数学要求高,需结合思考题巩固理论知识和加深理解。通过解答思考题和计算题,有助于学生掌握空气动力学理论。课程组刘沛清和张华教授,结合课程各章节教学内容,新编了大量涵盖课程教学重点、难点的空气动力学习题。开课6周以来,已布置75道思考题,35道计算题,135道选择题。通过作业或“问卷星”的形式向学生公布。学生们通过对习题的解答,对知识的理解更准确和深刻,特别是学生通过对那些具有工程应用背景习题的解答,拓展了思路、提高了创新意识,加强了动手实践能力。

图4 课后思考题

5、加强互动教学 保障留学生国际化教学质量

课程组吴宗成老师承担国际学院留学生的本科教学任务,在疫情期间针对留学生的特殊情况,提出停课不停教的网上教学模式。考虑到留学生寒假归国,各地时差的缘故,留学生课程采取提供充分的学习资料以供学生自主学习。但是,课停不意味着停学和停教。根据教学组提供的教学录像、习题讲解录像、课后练习、课外参考等学习资料,吴宗成精心选择合适内容,按照教学进度,通过多种方式,包括课程中心、百度网盘、新萄京云盘、邮箱、微信群等,提前上传学习资料;通过腾讯会议在线播放教学录像、重点内容总结讲解、解答学生问题,组织微信群讨论答疑等;特别注重及时布置课后作业,包括教材作业和课程讨论补充作业,批改讲解,以督促学生切实掌握课程内容,保障了留学生自主学习不掉线。

6、组织习题竞赛活动 激发学生的挑战度

为了进一步提高学生解决问题的能力,激发学生对空气动力学知识的学习热情,课程组积极创新、开拓进取,利用周末时间组织了一次全年级基于网络互动平台的“空气动力学知识大赛”。根据课程教学进度,赛前公布大量相关课程知识的计算题和思考题。结合小班教学特色,每一个教学小班推荐一名“大赛参赛者”,其他同学作为大赛的线上互动观众参与。大赛活动分为“知行合一”和“天马行空”两个环节。前者要求参赛者赛前精心准备,对事先给定的计算题进行在线讲解;后者则由评委从习题库中随机提问,参赛者现场进行解答。评委对各参赛者讲解的内容进行点评,并由现场评委和线上互动观众共同打分,评选出优秀者。各小班指导教师同时利用微信平台,组织小班同学积极回答问题、点评活动。大赛充分激励了同学们自主学习的意识,全面提升了学生对于空气动力学网络授课内容的掌握水平,获得了学生们的一致好评。第一届活动结束后,90%以上同学认为活动非常有意义,32%的同学希望下次活动能作为选手参加。课程组计划结合教学进度,继续安排2-3次知识竞赛。

图6 空气动力学知识比赛

结束语

空气动力学课题组,本学期主讲老师共10人,从学期开始课题组在疫情的影响下,积极推进教学各项工作,坚持定期召开研讨会,研究教学中的各类问题和学生的反映情况,上述总结的几点体会是在理论教学实践中形成和得到学生肯定的,供大家参考。关于实验教学如何改革,课题组经过讨论已经形成解决方案,目前正在落实。在后续的教学过程中,本课程组将继续发扬例会和调查研究的作风,积极应对和妥善处理各种教学问题,不断改进教学效果,争取为学生提供更好的线上教学环境。

(审核:曹庆华)

编辑:贾爱平 邸白鹭

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