新工科個性化人才培養(yǎng)模式下課程改革探索與實踐
——以工程流體力學(xué)課程為例

李志海 鐘 源

1.廣東石油化工學(xué)院機電工程學(xué)院 廣東茂名 525000

2.廣東石油化工學(xué)院教務(wù)處 廣東茂名 525000

高等教育發(fā)展水平是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志。習(xí)近平總書記指出，“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學(xué)知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈”。當(dāng)前，世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進行，綜合國力競爭愈加激烈。工程教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系、相互支撐。為推動工程教育改革創(chuàng)新，2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，與會高校對新時期工程人才培養(yǎng)進行了熱烈討論，共同探討了新工科的內(nèi)涵特征、新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑選擇，并達成了10條共識[1]。2017年4月8日，教育部在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會，60余所高校共商新工科建設(shè)的愿景與行動，并致力于7項行動，稱為“天大行動”[2]。2017年6月9日，新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議在北京會議中心召開，形成了《新工科研究與實踐項目指南》，即新工科建設(shè)的“北京指南”[3]。

在“天大行動”中[2]，第4條指出：“問學(xué)生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段”。落實以學(xué)生為中心的理念，加大學(xué)生選擇空間，方便學(xué)生跨專業(yè)跨校學(xué)習(xí)，增強師生互動，改革教學(xué)方法和考核方式，形成以學(xué)習(xí)者為中心的工程教育模式。推進信息技術(shù)和教育教學(xué)深度融合，建設(shè)和推廣應(yīng)用在線開放課程，充分利用虛擬仿真等技術(shù)創(chuàng)新工程實踐教學(xué)方式。

在“北京指南”中[3]第12條選題中提出“新工科個性化人才培養(yǎng)模式探索與實踐”，調(diào)研分析互聯(lián)網(wǎng)時代大學(xué)生的思維方式、行為方式、學(xué)習(xí)目標(biāo)和方法，總結(jié)借鑒國內(nèi)外高校個性化人才培養(yǎng)的成功經(jīng)驗，提供豐富多樣的課程與教學(xué)資源。

目前，針對新工科有較多的研究[4-10]。新工科計劃的推進關(guān)鍵在于對“新”的內(nèi)涵的認識。新工科要落地在教材和教學(xué)方法的“新”。學(xué)校和教師需要探索若干新方法，諸如“關(guān)聯(lián)”、非正式學(xué)習(xí)、去中心化等[11]。本文擬以工程流體力學(xué)課程為例就新工科個性化人才培養(yǎng)模式下課程改革進行初步探索與實踐。

1 課程改革措施

落實以學(xué)生為中心的理念，滿足學(xué)生的個性化需求，探索形成以學(xué)習(xí)者為中心的工程教育模式。針對新工科中要求提升學(xué)生的關(guān)聯(lián)力等“新素養(yǎng)”，建立課程的概念圖，將知識節(jié)點有效連接起來。調(diào)研分析互聯(lián)網(wǎng)時代大學(xué)生的思維方式、行為方式、學(xué)習(xí)目標(biāo)和方法，提供豐富多樣的課程與教學(xué)資源。

(1)基于OBE(Outcomes based education)教育理念制訂課程的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，描述該課程每個知識點和能力項的學(xué)習(xí)結(jié)果，知識點從專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的知識體系(知識單元和知識點)中得到，課程能力預(yù)期培養(yǎng)結(jié)果從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中得到。建立課程的概念圖，將課程知識節(jié)點、技能和素質(zhì)要求有效連接起來，同時使學(xué)生學(xué)習(xí)具有整體的概念。

工程流體力學(xué)課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本的概念、基本原理、基本方法及在工程實際問題中的應(yīng)用，從而為分析研究過程裝備中流體流動規(guī)律及傳遞過程做準(zhǔn)備，為設(shè)計開發(fā)新型高效的過程裝備奠定必備的基礎(chǔ)。在學(xué)生能力培養(yǎng)和知識結(jié)構(gòu)體系中起著承上啟下的作用。工程流體力學(xué)課程的教學(xué)目的主要是培養(yǎng)學(xué)生既具有力學(xué)意識的綜合分析能力，又具有工程意識的解決實際問題的應(yīng)用能力，尤其是使學(xué)生在創(chuàng)新能力方面發(fā)揮較大的作用。第一章的知識點與預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果如圖1所示。

圖1 工程流體力學(xué)的知識點與預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果

同時建立整個課程的概念圖，將課程知識節(jié)點、技能和素質(zhì)要求有效連接起來，使學(xué)生學(xué)習(xí)具有整體的概念。并要求學(xué)生自己建立細化概念圖，建立每一個模塊的概念圖，從而明確學(xué)習(xí)內(nèi)容在整個課程中的位置以及相互關(guān)系。工程流體力學(xué)概念圖如圖2所示。

圖2 工程流體力學(xué)概念圖

(2)確定實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的教學(xué)活動(教學(xué)環(huán)節(jié))及教學(xué)策略(教學(xué)方法)，以課堂教學(xué)實現(xiàn)知識的獲取以及小部分能力的訓(xùn)練，以項目、實驗/實踐環(huán)節(jié)實現(xiàn)知識的應(yīng)用以及大部分能力的訓(xùn)練。

將CFD仿真項目引入課程學(xué)習(xí)中，通過完成CFD項目仿真和驗證理論計算和實驗測試，提高學(xué)生自學(xué)的能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力、管理時間和資源的能力等。因?qū)W生是第一次學(xué)習(xí)分析軟件，項目分析由教師提供詳細的學(xué)習(xí)和考核資料，管道流動分析項目案例幾何形狀示意圖如圖3所示，包括項目的目的，具體分析步驟，以及最后需要完成的分析報告。給學(xué)生提供軟件的具體操作指南，包括軟件的下載安裝，分析建模、網(wǎng)格劃分、邊界設(shè)置、結(jié)果提取和分析，為便于學(xué)生學(xué)習(xí)同時提供軟件操作的視頻資料。整個項目由學(xué)生獨立完成，學(xué)生通過自學(xué)以及相互討論完成項目考核任務(wù)，教師以答疑為主。

圖3 CFD仿真項目幾何形狀

(3)確定評價手段及評估方法，通過作業(yè)、小測驗、考試、知識模糊卡收集，教學(xué)過程的訪談、調(diào)查，學(xué)生學(xué)習(xí)成果收集等多種方式對學(xué)生進行考核，實現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)。

針對學(xué)生學(xué)習(xí)的效果進行評測，建立測試系統(tǒng)，測試學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，并針對學(xué)習(xí)過程進行問卷調(diào)查，分析學(xué)生學(xué)習(xí)的情況。

課程小測驗和教學(xué)過程的調(diào)查都通過網(wǎng)絡(luò)平臺來實現(xiàn)，測試和問卷調(diào)查系統(tǒng)示意圖如圖4所示。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，為人們生活帶來方便的同時，也為課程的學(xué)習(xí)帶來形式上的方便和內(nèi)容上的提升。通過互聯(lián)網(wǎng)進行教學(xué)不受空間和時間的限制，為課程的自主學(xué)習(xí)提供了可能。將與課堂教學(xué)相匹配的網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容掛于校園網(wǎng)或者學(xué)院相應(yīng)平臺上，讓學(xué)生可從網(wǎng)上瀏覽內(nèi)容，并從網(wǎng)絡(luò)觀看相應(yīng)的課程錄像。但這種形式并不能代替課堂教學(xué)，而是一種比單純的閱讀書本效果更好的學(xué)習(xí)手段。學(xué)生既可通過網(wǎng)站做課前預(yù)習(xí)，也可做課后復(fù)習(xí)；既能看到講課內(nèi)容，也能看到部分演示的動畫；從網(wǎng)頁上既可得到學(xué)習(xí)指導(dǎo)，也可獲得關(guān)于思考題、例題及課程輔助知識等信息。同時可以對學(xué)生進行個性化教學(xué)，學(xué)習(xí)接受速度比較慢的學(xué)生可以在網(wǎng)上多次反復(fù)學(xué)習(xí)，而接受速度比較快的學(xué)生可以加快學(xué)習(xí)進度。

圖4 測試和問卷調(diào)查系統(tǒng)示意圖

同時可以在系統(tǒng)上可以完成課程的小測試和問卷調(diào)查，讓學(xué)生及時查找補齊知識漏洞，達到提高自學(xué)能力的目標(biāo)。

(4)實際學(xué)習(xí)結(jié)果的評估與審核。收集、評估各教學(xué)環(huán)節(jié)的實際學(xué)習(xí)結(jié)果，設(shè)定評分分值，并與預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果(課程學(xué)習(xí)目標(biāo))對比、分析，做出正確的判斷，形成結(jié)論性意見，實現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進。

最后將所有的課程資料形成教學(xué)文檔，包括：課程大綱、課堂教案、課堂PPT、作業(yè)題目、小測驗題題目、考試題目、學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，包括：作業(yè)、小測驗答題、考試答題、實驗檔案、項目設(shè)計檔案等，進行總結(jié)歸檔。通過教學(xué)總結(jié)，形成結(jié)論性意見，為下一學(xué)年的教學(xué)調(diào)整提供依據(jù)，實現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進。

2 結(jié)語

為新工科個性化人才培養(yǎng)模式下課程改革探索與實踐提供一個參考。基于OBE教育理念制定課程的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，同時建立整個課程的概念圖。將CFD仿真項目引入課程學(xué)習(xí)中，通過完成CFD項目仿真和驗證理論計算和實驗測試，提高學(xué)生自學(xué)的能力，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，管理時間和資源的能力等。進行考核方式改革，建立課程網(wǎng)絡(luò)小測驗和調(diào)查平臺，便于教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以及學(xué)生及時查找補齊知識漏洞，達到提高自學(xué)能力的目標(biāo)。教師通過教學(xué)總結(jié)，形成結(jié)論性意見，為下一學(xué)年的教學(xué)調(diào)整提供依據(jù)，實現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進。

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