开放性问题在流体力学教学中的应用

赵伟力

摘 要 为进一步加大课堂互动深度，更好地提高学生的思维品质，本文通过对开放性问题及其类型的阐述，分析了不同类型的开放性问题在思维品质培养方面所起的的不同作用。并结合流体力学课程的特点，探讨了在流体力学课堂教学中利用开放性问题培养学生创造性思维的可行性及做法。

关键词 开放性问题 流体力学 互动

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.08.067

Abstract In order to enhance interaction in classroom and improve the thinking quality of students， the open-ended problem and its types have been explained in this paper. And the different functions to train thinking quality have been analyzed about various types of open-ended problem. In view of characteristics of fluid mechanics course， the feasibility and practices have been discussed to train creative thinking of students in classroom teaching.

Key words open-ended problem； fluid mechanics； interaction

所谓开放性问题，就是没有确定答案的问题，通常是指那些解决问题的方法和策略以及结论不唯一、不确定的问题，其最大特点就是“不确定性”。这类问题不能轻易地像封闭性问题那样只用简单的肯定或否定来回答，而是给出问题的条件，让学生根据条件探索相应的结论，而且符合条件的结论往往呈现多样性，即便是同样的条件和同样的结论，也有多种不同解决问题的路径，因此相比封闭性问题更具有刺激性和挑战性。在课堂教学中多引入这类问题可以使课堂互动更加深层化，激发学生的学习热情，有效培养学生创造性思维。

流体力学是研究流体的平衡和宏观运动规律以及流体与周围物体之间相互作用的学科，①流体力学不仅具有基础学科的性质，同时又具有鲜明的技术学科特点。在流体力学课堂教学中恰当地引入开放性问题，激发学生的创造性思维，变“教材上怎么讲我怎么做”为“你提问题我去思考和解决”，引导学生探究、质疑、求异，既营造了和谐的师生关系和互动的学习氛围，又有利于培养学生的思维品质和创新能力。

1 开放性问题的类型

开放性问题是探究性较强的“不确定性”问题，这类问题的解决途径具有多样性特点，其思维特征体现出多向性和指向不确定性，因此对于培养学生的独立解决问题能力及创造力具有重要的作用。常见的开放性问题主要类型有：条件开放型、策略开放型、结论开放型、综合性开放型等。②其中，条件开放问题是指给出的条件或多、或少、或模糊、或不确定的问题，需要学生自己去发现、取舍、判断。策略开放问题是指由条件获得结论的过程具体方法形式不唯一，可以同时有多种方法和策略，这种问题自由度比较大，常和实际应用联系紧密，一般可以让学生自选策略，得出自认为正确的结论。结论开放问题是指那些有多种不同答案或不确定性结论的问题，学生需要经过思考、推理或猜想来找出自认为合理的结论。综合性开放问题则是一种非常复杂的问题，兼有条件开放、策略开放以及结论开放等类型的开放性问题。

2 开放性问题对培养创造性思维的作用

作为直接或间接地影响学习和工作效率的个体智力特征，人的思维品质主要包括思维的深刻性、灵活性、批判性、敏捷性以及创造性，这些特征正是创造性思维方式的主要特点。③不同类型的开放性问题对于学生思维品质不同方面的提高有着各自不同的功效，而这些作用无疑均有益于学生创新思维能力的提高。

条件开放型问题所给条件有多有少，更有模糊的、不确定的条件，这就使得学生在寻找解决问题的条件过程中，必须摆脱所给条件的干扰，进行独立思考和判断，不能盲从附和，要明辨是非，善于质疑，努力克服思维的僵化性。因此，条件开放类型的问题对于发展学生思维的创新性和批判性具有积极的作用。策略开放型的问题由于具体方法形式不唯一，就促使学生在解决问题的过程中必须从不同方面、不同角度去思考问题，根据实际情况的变化及时调整应对策略，抓住问题本质，应用不同的知识和方法，去合理地、灵活地、多样性地解决问题，这对于学生深入理解掌握和灵活运用相关知识很有益处，可以培养学生思维的灵活性和敏感性。结论开放类型的问题可以促使学生从特定问题出发，通过归纳、总结、演绎、推理等各种逻辑方法，从深度和广度上多层次、多角度去分析和解决问题，不断提高其思维的抽象程度和逻辑思维水平，进一步解决更加复杂的问题，培养学生思维的深刻性。综合性开放问题综合了前面各种问题，使学生在思维的批判性、灵活性、深刻性和敏捷性方面可以得到全面锻炼，不仅善于观察和发现问题，而且不拘泥于课本原有的知识和方法，善于采用新的方法和思路解决问题，可以有效地培养学生思维的创造性。

3 开放性问题在流体力学教学中的应用

流体力学是一门理论性和工程实际意义都较强的课程，既与理论力学、大学物理、高等数学等基础课程联系紧密，同时又是一些相关专业课程的基础，在培养学生思维方式、科学素养以及能力素质等方面都具有十分重要的作用。在流体力学课堂教学中恰当地引入开放性问题，通过开放性问题的探究过程，激发学生的好奇心，增强他们的自信心，培养学习热情和兴趣，感知和体会知识的价值和意义，使学生在学习过程中既掌握了相关知识，又提高了思维能力和水平。这不仅是培养学生创新和思维能力的需要，同时也有助于教师的专业发展和教学能力提升。

在课堂提问时选择条件冗余的开放性问题，让学生在其他条件干扰下寻找问题答案，如：船舶的螺旋桨推进问题，在应用动量定理计算螺旋桨对流体的推力进而获得螺旋桨的推进效率时，只需用到入口和出口截面的速度大小，根本不需要知道流体的密度、流量以及桨盘面积等条件，学生必须根据自己掌握的知识从中筛选出适宜的有用条件，进而解决问题获得答案。这类问题的训练有助于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，使其养成独立思考习惯，在克服思维惰性和僵化性的同时，培养其批判性思维。

流体力学习题中常有一道题多种解法的情况，例如：能够自动开启的挡水闸门问题，可以分别利用解析法和图解法来求解，这就属于策略开放类型的问题，针对策略开放问题，在课程教学中启发和鼓励学生开动脑筋，采用不同的思路和方法去解决问题，并通过小组讨论等方式从中选择最佳方法。通过不同方法间的比较和讨论，不仅可以培养学生的创新意识，还可以有效地培养其思维的灵活性、敏捷性以及批判性。

在航空航天、交通运输、造船航运、海洋气象、环境保护、土木建筑、医学工程、武器装备等各个领域无不涉及流体力学相关问题，其中有许多技术问题或科研领域正在研究探索的问题，都没有唯一的答案和明确的结论，从不同的层次和不同的角度出发，运用不同的方法，会得出不同的结果。在课堂教学中选择其中一些不过分复杂的问题开展研讨式学习，让学生通过亲自探究，寻找自认为合理的答案。这样可以激发他们的学习动机，使学生在查阅和分析利用文献资料、实际操作探寻答案的过程中，培养其思维的深度和广度。

除了采用上述单一形式的开放性问题培养学生思维能力外，在流体力学课堂教学中还可以运用兼有条件开放、策略开放和结论开放的多元化综合开放性问题来培养学生的创造性思维。如：给学员提供一段两船高速并行最后相撞的视频录像，让学员通过仔细观察和思考，自己提出与课程知识内容相关的问题，并试着给出解决问题的办法。这就是一个综合性开放问题。学生在观看过视频后会提出许许多多与流体力学课程相关的问题，如：有学生提出了船舶航行时的平衡及稳定性问题，船舶前进的动力问题，高速并行船只为何易于相撞问题，海水的粘性带来的阻力问题，船舶外型设计减阻问题，等等。针对不同问题启发学生从流体力学不同的知识点出发，从不同角度进行思考，如：浮力定律、船舶的定倾中心、螺旋桨的推进效率、流线及总流的伯努利方程、普朗特的边界层理论、压差阻力等等，问题自然会迎刃而解。在问题研讨的过程中，还可以把这些知识拓展应用到岸吸及舰船下坐现象，喷雾器，舰船水压场，流体测速方法，空化现象以及超空泡水中兵器等许多实际问题上面来，既巩固完善了学过的知识，还可以通过知识点的有机融合和正向及逆向、聚集及发散等不同思维方式的运用，全面培养和提升学生的思维品质。

4 结束语

在流体力学教学中引入开放性问题，有助于活跃课堂互动氛围，调动学生学习的积极性，在对问题不断的探究和研讨中培养学生具有深刻性、灵活性、批判性、敏捷性和创造性的思维品质，进而培养其同中求异，异中求新的创新意识、开拓精神和创造性思维能力。而开放性问题的设计、研讨、解决的过程，也有助于教师的专业发展和能力提升。

注释

① 张志宏.流体力学基础[M].北京：海潮出版社，2006：1.

② 张驰，蔡霄.开放性问题[J].数理化学习，2005（6）：8-10.

③ 辽宁省普通高等学校创新创业教育指导委员会. 创造性思维与创新方法[M].北京：高等教育出版社，2013：19-24.