I-HOPE教學模式在高等流體力學課程改革與實踐中的探討

洪 鋒余 萬 張 帆

（[1]三峽大學機械與動力學院 湖北·宜昌 443002；[2]江蘇大學國家水泵及系統工程技術研究中心 江蘇·鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

研究生教育肩負著我國高層次專門人才培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造的重要使命，是國家科技進步、社會發(fā)展的重要基石，是應對全球人才競爭的基礎布局。近年來，隨著研究生招生規(guī)模的不斷擴大，以及用人單位對畢業(yè)生實踐能力與創(chuàng)新能力要求的提高，完善研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)，提高研究生培養(yǎng)質量，成為高校和社會共同關注的焦點。其中，理論課程學習與畢業(yè)論文答辯是研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)的兩個重要階段。目前部分高校往往重視論文環(huán)節(jié)，而忽視了理論課程學習，導致了部分研究生對基礎知識、原理認知不深，分析問題能力欠佳，甚至一定程度上影響了其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。然而，科學技術的提高和創(chuàng)新，離不開扎實的專業(yè)理論知識，由此可見，研究生課程理論學習極為重要。因此，學者們提出了“反轉式+傳統教學模式”“基于項目化的研討模式”“在線+傳統混合教學模式”“立體多維模式”“團隊協同模式”等教學改革和實踐方法。這些教學改革方法一定程度上改善了課堂教學效果，并取得了較理想的教學成績。

高等流體力學是動力工程及工程熱物理學科中的一門重要基礎課程，該課程是深入學習其它專業(yè)課程的重要基礎。該課程系統性、理論性較強，涉及面廣，概念、原理抽象，且對學生數學功底要求較高，含有較多涉及張量、微積分、復變函數運算的復雜公式推導。隨著課程學習的不斷深入，部分學生逐漸感覺學習吃力，甚至失去學習興趣，這無疑是當前高等流體力學課程教學的巨大阻礙。因此，需要高校教師在教學模式、方法及內容等方面做出針對性、有效性的改進，通過調研及團隊教學實踐，初步形成了I-HOPE教學模式。

1 興趣驅使

I-HOPE教學模式中的首字母“I”，代表Interest——興趣。興趣是最好的老師，世界上很多真正成功的科學巨匠，都是興趣驅使的，這同樣適用于學生對高等流體力學的學習。只有當學生對高等流體力學理論知識產生了濃厚的興趣，他們才會主動去學習、去研究、去實踐、去創(chuàng)新，并在這個過程中產生令人感到愉快、充滿成就感的學習體驗。但是，如何讓學生對這門課程的學習產生興趣呢？授課教師起著至關重要的作用。高等流體力學的理論知識是枯燥的、生硬的，但是這些知識卻在日常生活、工業(yè)生產，以及國防軍事等國家戰(zhàn)略性工程中有著生動、淋漓盡致的體現。特別是在課程的緒論部分，以及中間部分章節(jié)講授過程中，教師可結合自身學習生活、科研經歷和實踐經驗，通過剖析一些自然奇觀（例如，蟹鉗如何制造空泡獲取食物、南北半球馬桶抽水旋轉方向相反），以及介紹工程應用實例（例如，飛機飛行中激波、螺旋槳葉片空蝕問題）等方式，引導學生積極思考和討論，從而引起學生對高等流體力學課程的重視，并激發(fā)學生對這門課程的學習興趣。

2 快樂學習

I-HOPE教學模式中的字母“H”，代表Happiness——快樂?？鞓肥切木?，學習是過程，快樂學習是通往成功的重要路徑之一。學習從來都不是一件容易的事情，它枯燥乏味、艱辛漫長，極力榨干每一個學習者的腦細胞，對高等流體力學的學習更是如此。快樂的產生，不僅僅是授課老師輕松幽默的課堂氛圍和方式，更重要的是它源自學生學習高等流體力學課程過程中，因理解基本原理，因解決問題，因突然的科研靈感，而在內心產生的一種激昂情緒。這種學習和快樂所教育出來的學生，日后將是有自我，有堅持，有熱愛，有創(chuàng)造力，有激情的國家之棟梁。教師在快樂學習過程中扮演著亦師亦友的角色，積極參與學生感興趣問題及學生課題的研討，發(fā)表自己的觀點并給出實質性建議，幫助學生解決困惑，促進學生科研的開展，充分讓學生感受到學習帶來的快樂。

3 開放思維

I-HOPE教學模式中的字母“O”，代表Open——開放。開放性思維是學習高等流體力學抽象內容的有效方式之一。研究生培養(yǎng)要精準服務國家發(fā)展戰(zhàn)略，以更加開放的思想，創(chuàng)造多元化培養(yǎng)格局。高等流體力學作為一門專業(yè)基礎課，多年來以介紹流體力學基本概念、推導基本方程、模型等為主要內容，這種模式過于強調理論的系統性、完整性和理論推導的嚴謹性，與自然科學、工業(yè)生產的融合度不高。此外，部分學生仍持有陳舊的觀念，片面認為能夠推導教材中復雜的公式，并利用這些公式解決一些課后習題，并最終在期末考試中取得較好成績，這樣就是把這門課程學通了。然而，實際工程應用，或自然現象中，研究對象千變萬化，應用的基本原理、方法也各不相同。例如，在高等流體力學中出現了非定常伯努利方程，如何利用非定常伯努利方程解決實際工程問題；此外，在學習納維斯托克斯方程（N-S方程）時，主要是以慣性參考系為主，非慣性參考系下的N-S方程形式又是如何，其內部所包含的非慣性力有哪些，乃至河流對兩岸的沖刷破壞程度不一致是否與地球上某種非慣性力有關？這些問題，就需要學生利用開放性思維去學習、探究，去舉一反三，也需要教師授課過程中積極引導學生思考，活躍課堂氣氛，拓寬學生視野。

4 產學輔助

I-HOPE教學模式中的字母“P”，代表Production——產學。產學結合，是發(fā)展研究生高等教育的有效途徑之一，也是研究生教育主動服務國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的重要路徑。在“十四五”開局之年，研究生培養(yǎng)單位應深刻理解研究生教育之于高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新研發(fā)方面對國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略資源建設的重要支撐作用，創(chuàng)新研究生教育中的產學研合作形態(tài)，賦能研究生教育改革發(fā)展，使其成為國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略核心引擎。就高等流體力學教學而言，立足本地技術產業(yè)發(fā)展，充分調動和利用學校、企業(yè)、研究生工作站等多種不同教學環(huán)境、資源，以及各自在人才培養(yǎng)模式的特色和優(yōu)勢，把以傳授理論知識為主的課堂學習，與能夠直接獲取工程實踐能力為主的企業(yè)科研與生產進行有機結合，從而實現理論聯系實際，完滿解決課堂理論學習與企業(yè)需求融合度不高的現實問題，不斷縮小高校和企業(yè)對人才培養(yǎng)與需求之間的差距。通過培養(yǎng)學生實踐能力與創(chuàng)新精神，增強學生的社會競爭力，實現人生價值。企業(yè)參與培養(yǎng)研究生綜合素質環(huán)節(jié)中，不僅僅局限于單一的實訓，更重要的是要創(chuàng)造機會、提供機遇，鼓勵學生積極參與具體的工程項目。同時，學生在整個學習實踐過程中，要充分利用所學的理論知識，結合企業(yè)需求，盡最大努力協助企業(yè)解決“卡脖子”難題，調動企業(yè)積極性，讓企業(yè)自覺地、主動地為高層次人才培養(yǎng)作貢獻，達到互利互惠的最終目標。

5 科學評價

I-HOPE教學模式中的字母“E”，代表Evaluation——評價。評價包含授課教師對學生學習效果的評價，以及教師教學質量的評價。傳統的“一考定成績”的考核機制，已經完全脫離了人才培養(yǎng)的初衷，也無法滿足高層次創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。因此，突破傳統的考核模式，創(chuàng)建科學評價方式迫在眉睫?？茖W評價方式強化過程考核，以30%的比例納入課程總成績，通過課前提問（例如：高等流體力學基本概念、原理等）、學生集體討論（例如：納維斯托克斯方程的精確解法、湍流計算方法等）方式以強化過程考核。此外，結課方式不再采用傳統考試或結課論文的形式，而是注重考查學生運用所學高等流體力學基本知識對實際工程問題進行分析和解決的能力，例如采用如下考核：結合本學期高等流體力學學習，要求學生闡述目前研究的課題所涉及到的流體力學問題，并以圖文并茂的方式論述準備采用什么方法或工具去解決該問題。另一方面，教師教學質量評價也尤為重要，可采用學生學習后意見建議反饋，以及校研究生院、所在學院定期組織教學督導對高等流體力學教學進行評價的方式，不斷促進教師教學水平的提高，改進完善教學手段和方法。

6 結束語

培養(yǎng)國家所需要的專門人才，是研究生教育的目的，本文提出的I-HOPE高等流體力學課程教學方法，以學習興趣為驅使，通過快樂學習，借助開放性思維，輔以產學結合，以及科學評價學生學習效果與教師授課效果，從而實現傳統的教學模式的改革。I-HOPE模式既能發(fā)揮教師在教學過程中的啟發(fā)、誘導作用，又能保證學生在充分、理解掌握高等流體力學基本原理、方法的前提下，充分發(fā)揮學生自主能動性，調動其學習的積極性，激發(fā)敢于探索的創(chuàng)新熱情，提高其實踐應用和科研創(chuàng)新的能力。