建設(shè)創(chuàng)新型工程流體力學(xué)成果導(dǎo)向模式教學(xué)體系

張敏弟 邱思聰 鄭辰 王婭娜

摘? 要：當(dāng)今時(shí)代對(duì)雙一流大學(xué)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。近年來(lái)，成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，簡(jiǎn)稱(chēng)OBE）逐漸成為新興的教育培養(yǎng)模式，在培養(yǎng)學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力方面有著出色的效果。結(jié)合“工程流體力學(xué)”課程多年教學(xué)實(shí)踐，及與國(guó)內(nèi)外諸多名校的交流成果，將OBE模式應(yīng)用到了工程流體力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的國(guó)際化接軌，提高了學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué);OBE模式;創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2020）03-0104-03

Abstract： The cultivating pattern for creative talents is an important task that must be explored in double first-class university. Recently， Outcome Based Education （OBE） has gradually become an emerging educational training mode， which has achieved excellent results in cultivating students' comprehensive learning ability. Combined with the teaching practice of the course "Engineering fluid mechanics" for many years and the communication with many teachers of domestic and international famous universities， the OBE model is applied to the teaching practice of "Engineering fluid mechanics"， which integrates the international content of fluid mechanics and improves the comprehensive learning ability of students.

Keywords： Engineering fluid mechanics; Outcome Based Education （OBE）; the cultivating pattern for creative talents

培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才是雙一流大學(xué)必須肩負(fù)的首要使命，習(xí)總書(shū)記曾多次強(qiáng)調(diào)：“創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力，也是中華民族最深沉的民族稟賦。在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，惟創(chuàng)新者進(jìn)，惟創(chuàng)新者強(qiáng)，惟創(chuàng)新者勝。”當(dāng)今時(shí)代，國(guó)家對(duì)雙一流大學(xué)人才培養(yǎng)的質(zhì)量提出了更高的要求，也就是要為國(guó)家培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才[1-3]。創(chuàng)新型人才應(yīng)該有寬厚的文化積淀和文化修養(yǎng)，掌握扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，并將寬厚的文化積淀、文化修養(yǎng)與扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，使之形成一個(gè)完整、有效的創(chuàng)新知識(shí)體系。創(chuàng)新型人才培養(yǎng)最終目標(biāo)是，培養(yǎng)出一批能夠引領(lǐng)科技以及行業(yè)發(fā)展的領(lǐng)軍人才?，F(xiàn)今大學(xué)的學(xué)科教育亟待進(jìn)行教育模式的革新，形成增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教育模式。

《工程流體力學(xué)》作為北京理工大學(xué)的機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)和能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，隨著學(xué)校雙一流建設(shè)不斷深入，對(duì)此課的教學(xué)方法進(jìn)行了深入探討。如何結(jié)合學(xué)科優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生掌握創(chuàng)新人才的思維模式和具備處理實(shí)際流體力學(xué)問(wèn)題的能力，為學(xué)生將來(lái)從事工程實(shí)踐或科學(xué)研究時(shí)，解決流體力學(xué)實(shí)際問(wèn)題提供必要的知識(shí)基礎(chǔ)，一直是筆者近幾年在教學(xué)工作中重點(diǎn)思考的問(wèn)題，近年來(lái)也開(kāi)始對(duì)《工程流體力學(xué)》課程教育模式進(jìn)行了改革。盡管在授課和教改中，教育質(zhì)量有所提高，但客觀而言，在該課程的教學(xué)實(shí)踐中尚存在以下問(wèn)題：沒(méi)有系統(tǒng)的建立適應(yīng)新形勢(shì)下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的流體力學(xué)教學(xué)課程體系，沒(méi)有能夠很好反映流體力學(xué)近年來(lái)的迅速發(fā)展的成果;實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程中還是一種輔助性的手段，不能適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。過(guò)去實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程中的作用缺乏創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)論是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式還是在課程中的地位均需要進(jìn)行研究。如何在創(chuàng)新人才培養(yǎng)的大的背景要求下，提出有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)形式和方法，是亟待重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。[4]

為此，本文圍繞成果導(dǎo)向教育模式，對(duì)《工程流體力學(xué)》教學(xué)改革進(jìn)行討論?；贠BE模式，通過(guò)對(duì)《工程流體力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的探討，為形成針對(duì)本校相關(guān)專(zhuān)業(yè)特色的人才培養(yǎng)模式提供理論基礎(chǔ)。

一、基于OBE的工程流體力學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)理念

《工程流體力學(xué)》學(xué)科既是基礎(chǔ)學(xué)科，又是擁有廣泛應(yīng)用背景的學(xué)科;既是古老的學(xué)科，又是不斷發(fā)展、充滿活力的學(xué)科。當(dāng)前，在各類(lèi)教育模式中，成果導(dǎo)向教育模式對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新人才發(fā)揮了重要作用[5-7]。成果導(dǎo)向教育（Outcomes based education）作為一種先進(jìn)的教育理念，于1981年由Spady等人提出后很快得到了人們的重視。美國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)（A-BET）全面接受了OBE的理念，并將其貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終，OBE理念已成為美國(guó)、英國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家教育改革的主流理念[8]。舉例來(lái)說(shuō)，密歇根大學(xué)、MIT和普林斯頓大學(xué)等美國(guó)頂尖學(xué)校在開(kāi)展《流體力學(xué)》課程教學(xué)時(shí)，采用授課、演示實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)相結(jié)合模式，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)（Project-based labs）讓學(xué)生參與實(shí)際課題，既可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，又可以使學(xué)生在項(xiàng)目中有效利用理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。同時(shí)，由于學(xué)生全流程主導(dǎo)了項(xiàng)目運(yùn)行，既可以鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力和解決問(wèn)題的能力，也可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、交流能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。[9-10]同時(shí)，流體力學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期：分析手段更加先進(jìn)，與各類(lèi)工程專(zhuān)業(yè)結(jié)合更為密切，與其他學(xué)科的交叉滲透更加廣泛深入。因此亟待利用成果導(dǎo)向的教育模式進(jìn)行教育改革。

基于OBE理念方面，結(jié)合美國(guó)頂尖級(jí)大學(xué)機(jī)械類(lèi)的《流體力學(xué) I》教學(xué)模式，對(duì)工程流體力學(xué)的教學(xué)進(jìn)行了分析對(duì)比。研究中，將麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)、加州理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、西北大學(xué)、密歇根大學(xué)UM、佐治亞理工學(xué)院、明尼斯達(dá)大學(xué)和德克莎斯大學(xué)等高校機(jī)械類(lèi)《工程流體力學(xué)》課程的教學(xué)計(jì)劃、授課內(nèi)容、授課方式、考核方法等一一進(jìn)行了詳細(xì)考察和分析。

盡管美國(guó)高校在培養(yǎng)人才時(shí)都是基于OBE理念制定各種教學(xué)工作，但以公立學(xué)校和私立學(xué)校為區(qū)分，培養(yǎng)模式還是有所區(qū)別。如圖1所示，美國(guó)高校的公立學(xué)校和私立學(xué)校分別采用了授課、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式。結(jié)合我校相關(guān)專(zhuān)業(yè)《工程流體力學(xué)》的教學(xué)現(xiàn)狀，研究中以美國(guó)密歇根大學(xué)機(jī)械系A(chǔ)line Cotel教授的教學(xué)內(nèi)容和方法為主要借鑒對(duì)象，兼顧數(shù)個(gè)私立大學(xué)教學(xué)形式，探索具有自我特色的教學(xué)方法。

在開(kāi)展全中文《工程流體力學(xué)》授課時(shí)，如圖2所示，以O(shè)BE模式開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐探索工作，在教學(xué)形式方面添加了“數(shù)值模擬”部分，在教學(xué)方式方面增加了“MOOC”學(xué)習(xí)（MOOC由本研究組自行開(kāi)發(fā)，使用量達(dá)到十萬(wàn)量級(jí)），在對(duì)學(xué)生的教學(xué)考核方面安排一個(gè)“項(xiàng)目研究”的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)采用將理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三種常用的流體力學(xué)研究方法相結(jié)合，著力培養(yǎng)了學(xué)生的流體力學(xué)科學(xué)研究能力。通過(guò)“項(xiàng)目研究”的教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生們能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，加深同學(xué)們對(duì)基本原理的理解，并且在進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)能夠接觸到最先進(jìn)的《流體力學(xué)》研究手段，為同學(xué)們進(jìn)一步開(kāi)展研究奠定基礎(chǔ)。

在教學(xué)內(nèi)容方面，強(qiáng)調(diào)廣泛性與專(zhuān)業(yè)性相結(jié)合?；诨A(chǔ)理論知識(shí)的講解，結(jié)合《流體力學(xué)》的發(fā)展歷程和在日常生活、國(guó)防和各類(lèi)工業(yè)中廣泛應(yīng)用，并突出與專(zhuān)業(yè)相結(jié)合，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神。在教學(xué)方法方面，突出多種形式相結(jié)合。如圖3所示，授課時(shí)，通常采用案例教學(xué)法，以實(shí)際問(wèn)題導(dǎo)入知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)一系列自主研發(fā)的新型教具更直觀的演示流體力學(xué)各大定理公式，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，進(jìn)一步帶著問(wèn)題展開(kāi)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)。增加項(xiàng)目研究，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。

二、建立基于OBE理念的創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制

《工程流體力學(xué)》的研究?jī)?nèi)容決定了學(xué)科人才培養(yǎng)和考核的特點(diǎn)，一方面需要面對(duì)工程開(kāi)發(fā)，具備相關(guān)的工程能力和技能，另一方面需要具備多學(xué)科領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和知識(shí)，以及綜合應(yīng)用能力，尤其是增加學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。因此，針對(duì)《工程流體力學(xué)》課程，借助問(wèn)卷調(diào)查和訪談?wù){(diào)查，并借助計(jì)算機(jī)手段對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，獲得了現(xiàn)有教學(xué)模式與“雙一流”本科人才培養(yǎng)專(zhuān)項(xiàng)建設(shè)目標(biāo)的差距。以此為依據(jù)，本課程建立了基于OBE理念的工程流體力學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制，針對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)方法，進(jìn)行了以下幾方面的創(chuàng)新實(shí)踐：

（一）研究建立理論-實(shí)驗(yàn)-創(chuàng)新實(shí)踐的創(chuàng)新型人才課程體系

針對(duì)《工程流體力學(xué)》的基本理論和方法，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)在整個(gè)《工程流體力學(xué)》教學(xué)過(guò)程中的地位，提出新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、方法。研究形成基本實(shí)驗(yàn)、綜合性設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系?；緦?shí)驗(yàn)將以現(xiàn)有的概念性實(shí)驗(yàn)、理論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和演示性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化和刪減;綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，將規(guī)劃建設(shè)和《工程流體力學(xué)》基礎(chǔ)問(wèn)題，利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如小型風(fēng)洞和水槽，通過(guò)配備相關(guān)的流動(dòng)測(cè)量，使學(xué)生能夠開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)研究;工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)將利用本學(xué)科專(zhuān)業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，開(kāi)展與《工程流體力學(xué)》密切相關(guān)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究，加強(qiáng)所學(xué)基本理論知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的聯(lián)系。

（二）建設(shè)探索《工程流體力學(xué)》創(chuàng)新教學(xué)的方式和內(nèi)容

探索將MOOC和課堂理論教學(xué)相結(jié)合的方法，結(jié)合不同的教學(xué)工具和材料等多種教學(xué)手段，改革單向灌輸?shù)恼n堂教學(xué)，探索交互式教學(xué)，將教師講授與學(xué)生的分析研究相結(jié)合;而且，為增強(qiáng)MOOC的實(shí)用性，我們通過(guò)制作視頻材料增加教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)OBE模式的實(shí)踐教學(xué)，達(dá)到提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和實(shí)際動(dòng)手能力。

（三）《工程流體力學(xué)》課程的國(guó)際化接軌

為了培養(yǎng)流體力學(xué)學(xué)科的拔尖創(chuàng)新人才，本課程通過(guò)建立符合OBE理念的課程教學(xué)體系，在對(duì)國(guó)際上基于OBE理念的《工程流體力學(xué)》課程全面調(diào)研基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)課程整體體系的改革和具體的實(shí)施，逐步實(shí)現(xiàn)基于OBE理念的《工程流體力學(xué)》教學(xué)模式。為此，在教學(xué)過(guò)程中將邀請(qǐng)國(guó)外相關(guān)專(zhuān)業(yè)知名教授，直接參與教學(xué)和教改工作，提升對(duì)OBE教學(xué)模式的理解。通過(guò)對(duì)《工程流體力學(xué)》課程的不斷完善，爭(zhēng)取與國(guó)外相關(guān)專(zhuān)業(yè)《流體力學(xué)I》的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行互認(rèn)。這樣不但可以提升國(guó)際影響力，還可以促進(jìn)機(jī)械類(lèi)畢業(yè)生得到國(guó)際FE和PE證書(shū)，為未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)束語(yǔ)

OBE成果導(dǎo)向教育理念已經(jīng)成為教育界對(duì)于未來(lái)大學(xué)教育發(fā)展方向的共識(shí)，本文基于長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐和廣闊國(guó)際視野，實(shí)行以下《工程流體力學(xué)》教育的建設(shè)和改革措施：

（1）充分調(diào)研了國(guó)外頂尖級(jí)大學(xué)機(jī)械類(lèi)的《流體力學(xué)I》教學(xué)模式，充分理解OBE教育理念，確定了基于OBE的《工程流體力學(xué)》教學(xué)設(shè)計(jì)理念。

（2）基于OBE成果導(dǎo)向教育理念，對(duì)現(xiàn)有《工程流體力學(xué)》教學(xué)進(jìn)行了調(diào)整與完善。教學(xué)內(nèi)容方面，強(qiáng)調(diào)廣泛性與專(zhuān)業(yè)性相結(jié)合;在教學(xué)形式方面，將數(shù)值模擬方法這一流體力學(xué)常用的研究手段引入教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際或項(xiàng)目獨(dú)立完成自己的數(shù)值模擬算例，并且將網(wǎng)絡(luò)MOOC學(xué)習(xí)引入教學(xué)內(nèi)容中，加強(qiáng)數(shù)字化課程建設(shè)。同時(shí)，教學(xué)考核方面安排一個(gè)“項(xiàng)目研究”的教學(xué)環(huán)節(jié)。

（3）探索了基于OBE理念的創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制。研究建立理論-實(shí)驗(yàn)-創(chuàng)新實(shí)踐的創(chuàng)新型人才課程體系，建設(shè)探索《工程流體力學(xué)》創(chuàng)新教學(xué)的方式和內(nèi)容，以國(guó)際化角度對(duì)《工程流體力學(xué)》課程進(jìn)行改造。

通過(guò)以上方法，有助于實(shí)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)變：從課程導(dǎo)向向產(chǎn)出導(dǎo)向轉(zhuǎn)變、從以教師為中心向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變、從質(zhì)量監(jiān)控向持續(xù)改進(jìn)轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是最終形成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的雙一流大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)。教育改革需要長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累與不斷完善，在學(xué)校和培養(yǎng)方案等宏觀層面相對(duì)容易一些，但在具體的學(xué)科教育改革上，應(yīng)堅(jiān)持改革教育模式并有所作為。

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