基于OBE理念的精品研究型課程建設(shè)探析

黃彪 陳倩 吳欽 王國(guó)玉

摘 要 為了加強(qiáng)在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以《熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用》課程為例，基于OBE理念提出了精品研究型課程建設(shè)方案。結(jié)合流體力學(xué)學(xué)科前沿的最新進(jìn)展，加強(qiáng)課程的國(guó)際對(duì)標(biāo)；構(gòu)建“立體化”教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力；“多元立體式”評(píng)價(jià)，肯定學(xué)生自身的在創(chuàng)新等方面的綜合能力。從而有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決工程問(wèn)題的能力，提高整體教學(xué)質(zhì)量和效果。

關(guān)鍵詞 OBE理念 精品研究型課程建設(shè) 流體力學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.017

Abstract In order to strengthen the cultivation of students' innovative consciousness and innovative ability in the classroom teaching， taking the course of "The Principle and Application of Thermal Fluid Computing Software" as an example， based on the OBE concept， a quality research-based curriculum construction plan was proposed. Combining the latest developments in the frontiers of fluid mechanics， we will strengthen the international benchmarking of the curriculum； construct a "three-dimensional" teaching model， cultivate innovative consciousness and practical ability； and "multi-dimensional" evaluation， affirming students' comprehensive ability in innovation and other aspects. Thereby effectively cultivating students' ability to innovate and solve engineering problems， and improve overall teaching quality and effectiveness.

Keywords OBE concept； fine research course construction； fluid mechanics

所謂OBE是成果導(dǎo)向教育（Outcome-based education）的簡(jiǎn)稱。在理念上，OBE是一種“以學(xué)生為本”的教育哲學(xué)；在實(shí)踐上，OBE是一種聚焦于學(xué)生受教育后自身能力的培養(yǎng)模式。《華盛頓協(xié)議》已經(jīng)完全實(shí)施OBE教學(xué)理念，并將其作為工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)。

在OBE理念的實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，教育者在OBE的教育中至少要明確5個(gè)核心問(wèn)題，即教育的目標(biāo)是什么，教育的需求是什么，該以什么方式傳授，如何合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，以及如何改進(jìn)劣勢(shì)，確保學(xué)生學(xué)有所得。

本文以“熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”課程為例，以O(shè)BE理念為基礎(chǔ)，構(gòu)建與后續(xù)課程相銜接的課程體系與內(nèi)容，提出有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)形式和方法，進(jìn)行精品研究型課程的建設(shè)。

1 “熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”精品研究型課程的內(nèi)涵

“熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)專業(yè)高階課程，是學(xué)生工程知識(shí)背景學(xué)習(xí)的必不可少組成部分。流體力學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門深入各個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域的重要學(xué)科，特別是隨著航空、航天、航海以及能源利用等行業(yè)的發(fā)展，迫切需要解決許多有關(guān)流體力學(xué)的問(wèn)題，這也極大促進(jìn)了流體力學(xué)學(xué)科的發(fā)展。流體力學(xué)在動(dòng)力工程類各專業(yè)的課程設(shè)置中，起著從高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)課程到相關(guān)專業(yè)課程，譬如發(fā)動(dòng)機(jī)原理、流體機(jī)械原理的橋梁作用，也是深入研究熱能與動(dòng)力機(jī)械的專業(yè)基礎(chǔ)課。

目前，流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法基本上是沿襲傳統(tǒng)內(nèi)容，以理論分析為主，強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)中的基本概念和基本方法，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，以及現(xiàn)代工程研究對(duì)科技人員的要求，流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)。傳統(tǒng)的流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與方法，基本上是基于理論的教學(xué)，并輔之以部分簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。教學(xué)內(nèi)容抽象，教學(xué)形式單一，不能有效地反映當(dāng)前流體力學(xué)學(xué)科發(fā)展的趨勢(shì)。

計(jì)算流體力學(xué)的CFD技術(shù)，是解決工程中復(fù)雜流動(dòng)的一種有效手段，也是一門新型的獨(dú)立學(xué)科，它以經(jīng)典理論和數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算和圖像顯示，從空間和時(shí)間上定量描述各種場(chǎng)變量，從而達(dá)到對(duì)物理問(wèn)題研究的目的。將CFD數(shù)值計(jì)算模擬方法和部分簡(jiǎn)單應(yīng)用的實(shí)際上機(jī)練習(xí)引入到教學(xué)中，可以開闊學(xué)生視野、生動(dòng)課堂，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和善于嘗試、探索規(guī)律的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

作者在“流體力學(xué)”課堂實(shí)踐中，已嘗試針對(duì)流體力學(xué)中某一具體概念和問(wèn)題，采用CFD軟件演示整個(gè)求解過(guò)程，并應(yīng)用圖像顯示技術(shù)向?qū)W生展示各種物理現(xiàn)象和知識(shí)要點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生們往往會(huì)為自己的求解結(jié)果興奮不已，充滿了成就感，但有些同學(xué)在進(jìn)行了仿真計(jì)算后，不知道自己設(shè)計(jì)的是否正確。作為一個(gè)完整的科學(xué)研究過(guò)程，應(yīng)該是從設(shè)計(jì)，到仿真模擬計(jì)算，再到改進(jìn)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。如何結(jié)合一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果和學(xué)生開展的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加強(qiáng)流體數(shù)值仿真的教學(xué)，完善在教學(xué)過(guò)程中的整個(gè)研究過(guò)程，對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重要意義。

在此背景下，新增的“熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”課程以研究流體流動(dòng)規(guī)律為目標(biāo)，主要講授計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的基本原理及流體動(dòng)力學(xué)軟件的使用方法，讓學(xué)生初步掌握流體力學(xué)方程組的數(shù)值求解基本方法，學(xué)會(huì)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent研究流體流動(dòng)和傳熱基本問(wèn)題，為學(xué)生以后從事利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行有關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)研究等方面的工作奠定必要的基礎(chǔ)。

2 基于OBE理念的精品研究型課程建設(shè)的必要性

2.1 相比傳統(tǒng)教學(xué)，更有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，更加關(guān)注的是教學(xué)的輸入，如教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)時(shí)間、學(xué)分等。形成以教師個(gè)人為中心和驅(qū)動(dòng)，過(guò)分局限于計(jì)劃的教學(xué)內(nèi)容，知識(shí)系統(tǒng)上缺乏連續(xù)性和生動(dòng)性，另外考核方式為傳統(tǒng)的考試評(píng)估，欠缺合理性。

反觀OBE的教學(xué)方式，其更加注重的是教學(xué)的輸出，即學(xué)習(xí)成果如何、怎樣進(jìn)行更加合理的評(píng)估方式等。形成以學(xué)生群體為中心和驅(qū)動(dòng)，注重學(xué)習(xí)成果和教學(xué)過(guò)程的連貫性，建立“立體化”的評(píng)估方式，多方面進(jìn)行學(xué)習(xí)成果的評(píng)估。

相比而言，基于OBE的教學(xué)，可以使學(xué)生更好的運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決工程問(wèn)題，培養(yǎng)實(shí)踐分析的能力。

2.2 基于OBE理念是課程建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)

在創(chuàng)新人才培養(yǎng)的背景要求下，基于OBE理念的課程建設(shè)，主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，及在過(guò)程中掌握的能力，而不是局限于知識(shí)的積累。

因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，能夠運(yùn)用流動(dòng)力學(xué)的專業(yè)知識(shí)對(duì)能源與動(dòng)力領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模、表征、解釋；能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理對(duì)流動(dòng)的現(xiàn)象和流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析；能夠通過(guò)測(cè)量、測(cè)試、仿真和分析，對(duì)動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)的流動(dòng)控制參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)和工藝規(guī)律進(jìn)行研究；能夠?qū)?dòng)力機(jī)械系統(tǒng)的特征流動(dòng)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析；具備應(yīng)用流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及運(yùn)用計(jì)算機(jī)和工程軟件解決工程技術(shù)問(wèn)題的基本技能；能夠參與課程向項(xiàng)目，具備團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)；能夠通過(guò)口頭或書面方式表達(dá)自己的想法，進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃的能力。

3 基于OBE理念的精品研究型課程教學(xué)實(shí)踐

在“熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”課程研究型教學(xué)中，既要傳授流體力學(xué)課程中的基本原理知識(shí)，又要體現(xiàn)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)在流體力學(xué)中解決實(shí)際問(wèn)題的新發(fā)展。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，基于對(duì)OBE理念的理解，從以下幾方面進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。

3.1 基于OBE理念規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)“熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”課程與國(guó)際一流大學(xué)對(duì)應(yīng)課程的差異，瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、授課模式、配套實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐等方面結(jié)合OBE理念完成課程教學(xué)改革頂層設(shè)計(jì)。加快與國(guó)外高水平大學(xué)相應(yīng)課程的對(duì)接進(jìn)度，提高課程的國(guó)際影響力。

對(duì)接國(guó)際一流，高水平、高起點(diǎn)、高質(zhì)量，打造專業(yè)精品課程，其根本目的在于使學(xué)生提高對(duì)高等流體力學(xué)的基本理論與方法的掌握，同時(shí)幫助學(xué)生了解本學(xué)科和流體力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展，具備應(yīng)用流體力學(xué)的原理、方法和基本概念的能力，特別是具有計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用能力，以及開展相關(guān)研究工作的能力。

以最終目標(biāo)（最終學(xué)習(xí)成果）為起點(diǎn)，緊扣專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，反向進(jìn)行“熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”課程設(shè)計(jì)，明確課程的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，使教師明白“教什么”、學(xué)生知道“學(xué)什么”。在進(jìn)行“熱流體計(jì)算軟件原理及應(yīng)用”課程設(shè)置和課程教學(xué)要求設(shè)計(jì)時(shí)，要具體反映教學(xué)內(nèi)容對(duì)達(dá)成畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)情況，并形成實(shí)施準(zhǔn)則，在課程計(jì)劃設(shè)計(jì)、教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)踐及評(píng)估系統(tǒng)中加以應(yīng)用。

3.2 建立“立體化”教學(xué)模式

著重貼近目前機(jī)械與能源動(dòng)力領(lǐng)域前沿問(wèn)題，以機(jī)械、動(dòng)力和車輛學(xué)科前沿流體力學(xué)問(wèn)題為基礎(chǔ)，探索案例式、研討式、實(shí)踐教學(xué)等多種途徑、多種媒體有機(jī)結(jié)合的“立體化” 教學(xué)模式。

在以探索和研究為前提的教學(xué)模式中，著重培養(yǎng)學(xué)生的自主研究和創(chuàng)新能力。例如在CFD模擬仿真計(jì)算中，需要正確地設(shè)置邊界條件和初始條件，合理地選擇數(shù)學(xué)模型，恰當(dāng)?shù)貏澐志W(wǎng)格和進(jìn)行迭代計(jì)算，最后還需要判斷計(jì)算結(jié)果是否可用，并進(jìn)行必要的調(diào)整和修改。

所以，需要學(xué)生對(duì)問(wèn)題的形成、發(fā)展，直到解決的全過(guò)程充分地自主思考和分析，擁有能夠提出并解決問(wèn)題的能力。要求學(xué)生對(duì)問(wèn)題的發(fā)生、發(fā)展直至達(dá)到平衡的全過(guò)程進(jìn)行認(rèn)真思考和分析，形成獨(dú)立思考的習(xí)慣和能力。此外，利用計(jì)算機(jī)軟件，可以低成本、高效率地解決問(wèn)題，進(jìn)行各種的嘗試機(jī)會(huì)。而“立體式”教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生勇于嘗試和探索問(wèn)題的能力和習(xí)慣，樹立創(chuàng)新意識(shí)。

3.3 構(gòu)建綜合性課程評(píng)價(jià)體系

初步建成了知能并重（按ILOS逐條考評(píng)）、兼顧團(tuán)隊(duì)個(gè)人、綜合性的課程評(píng)價(jià)方式，實(shí)行多角度綜合評(píng)價(jià)的方式。學(xué)生最終成績(jī)由“文獻(xiàn)綜述”、“提問(wèn)討論等課堂表現(xiàn)”、“課程大作業(yè)”、“課程報(bào)告”等部分綜合構(gòu)成。

文獻(xiàn)綜述反映了學(xué)生對(duì)課程專業(yè)知識(shí)的理解深度；提問(wèn)、討論、評(píng)價(jià)等課堂發(fā)言體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)相應(yīng)內(nèi)容的理解及思考深度和課程的參與度；“課程大作業(yè)”體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用程度。

這種評(píng)價(jià)方式可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)，尊重學(xué)生的個(gè)體差異，體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生多方面綜合能力的鼓勵(lì)和的肯定。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于OBE理念的精品研究型課程建設(shè)，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，能過(guò)了解并運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題，能夠獨(dú)立思考并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能夠具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，具有項(xiàng)目規(guī)劃能力，全方面立體化發(fā)展，符合國(guó)家對(duì)新世紀(jì)人才的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁原春，李紅梅，韓雙，等.基于OBE理念的學(xué)生學(xué)習(xí)成效補(bǔ)救教學(xué)機(jī)制的研究[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2017（18）.

[2] 汪瀟瀟，劉威童.基于OBE理念的MOOC課程設(shè)計(jì)與案例分析[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017.35（6）.

[3] 周春月，劉穎，姚東偉，等.OBE理念下的本科生畢業(yè)實(shí)習(xí)創(chuàng)新模式研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016.33（10）：19-22.

[4] 付瑞紅，何強(qiáng).基于OBE理念的教學(xué)科研一體化探索與實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2017.40（3）：28-33.

[5] 黃彪，韓占忠，侯明佳.工程流體力學(xué)課程研究型教學(xué)模式的思考與實(shí)踐[J].學(xué)園：學(xué)者的精神家園，2015（17）：42-45.

[6] 黃彪，王國(guó)玉，韓占忠，等.“多元專題講座式”教學(xué)模式在工科研究生課程中的應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊，2016（12z）：41-43.

[7] 杜東平，唐新明.研究性學(xué)習(xí)和研究型課程的實(shí)踐與探索[M].重慶：重慶出版社，2002.

[8] Dempster J.Developing and Supporting Research-Based Learning and Teaching through Technology[J].Usability Evaluation of Online Learning Programs，2003.

[9] Felder R M，Silverman L K. Learning and Teaching Styles in Engineering Education[J]. Engineering Education，1988.78（7）：674-681.

[10] Felder R M， Silverman L K. Learning and Teaching Styles in Engineering Education[J]. Engineering Education，1988.78（7）：674-681.

[11] 張師帥，郭照立，彭玉成等.在能源動(dòng)力本科生中開展CFD 教學(xué)的必要性和可行性[J].教育教學(xué)論壇，2013（38）.

[12] 鄭捷慶，鄒鋒，張軍，等.CFD軟件在工程流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2007（10）：119-121.