基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的土木工程專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)模式探討

黨曉菲

（洛陽理工學(xué)院 河南洛陽 471023）

一、引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是撬動工程專業(yè)教學(xué)改革的一個杠桿，意義在于推動專業(yè)教學(xué)改革，提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。我國工程教育認(rèn)證自2016年加入《華盛頓協(xié)議》后，不斷從傳統(tǒng)的課程導(dǎo)向教育理念向先進(jìn)的成果導(dǎo)向的教育理念轉(zhuǎn)變[1]。成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，簡稱OBE）的三個關(guān)鍵：產(chǎn)出導(dǎo)向、學(xué)生中心和持續(xù)改進(jìn)，明確了專業(yè)怎么改，老師怎么教，學(xué)生怎么學(xué)，老師教得怎么樣，學(xué)生學(xué)得怎么樣，從教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施和教學(xué)評價三個方面出發(fā)形成了一套完整的理論體系和實踐模式，成為當(dāng)今工程教育認(rèn)證的核心理念和主流方向。

流體力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，前修課程一般為高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)等，除了延續(xù)前修課程理論性強(qiáng)和邏輯推理嚴(yán)謹(jǐn)之外，同時是一門應(yīng)用力學(xué)，也注重工程應(yīng)用，影響后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)，其知識體系在土木工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此，除了培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力外，該課還要注重對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力和工程實踐能力的引領(lǐng)。北京理工大學(xué)的張敏弟等通過調(diào)研國內(nèi)外高校流體力學(xué)課程體系下的OBE教學(xué)模式，厘清預(yù)期學(xué)習(xí)成果(I LOS，Intended learning outcomes），結(jié)合國內(nèi)專業(yè)特色和辦學(xué)條件，建設(shè)適合國內(nèi)高校工科生的流體力學(xué)課程體系。湖南工學(xué)院易玉枚等基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念從舉例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、案例教學(xué)法、結(jié)合力學(xué)歷史背景、增強(qiáng)專業(yè)契合度等教學(xué)方法和模式對安全工程專業(yè)進(jìn)行教學(xué)改革。

雖然國內(nèi)外對于流體力學(xué)課程工程認(rèn)證方向做了較多努力，但仍然存在以下問題：

1.較其他力學(xué)課程，流體力學(xué)的原理和公式推導(dǎo)較為抽象，晦澀難懂，內(nèi)容具有一定難度，雖然會受到部分學(xué)生的青睞，但大多數(shù)學(xué)生容易對該課程望而生畏，產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)積極性不高；2.教材為工科通用教材，沒有結(jié)合土木工程專業(yè)特點；3.傳統(tǒng)教學(xué)方法缺乏對學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題能力及創(chuàng)新能力的塑造和培養(yǎng)等；4.OBE理念課程體系改革中的培養(yǎng)目標(biāo)與培養(yǎng)要求的關(guān)系、培養(yǎng)要求與課程體系的關(guān)系、畢業(yè)要求與教學(xué)要求的關(guān)系，這三種關(guān)系在學(xué)校的培養(yǎng)方案中均體現(xiàn)較少。

本文基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，對土木工程專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)模式進(jìn)行了探討，根據(jù)流體力學(xué)的特點，結(jié)合土木工程專業(yè)特色，針對課程面對的關(guān)鍵問題，從OBE理念核心要素“產(chǎn)出導(dǎo)向-學(xué)生中心-持續(xù)跟進(jìn)”出發(fā)，對課程體系、教學(xué)方法、量化考核和評價體系等方面進(jìn)行探索，為土木工程專業(yè)認(rèn)證相關(guān)課程大綱修訂及課程改革提供參考。

二、基于產(chǎn)出導(dǎo)向的課程體系改革

課程是為專業(yè)培養(yǎng)人才服務(wù)的，以畢業(yè)生品質(zhì)為培養(yǎng)目標(biāo)，逆向設(shè)計教學(xué)目標(biāo)和課程目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)知識、能力、素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展，知識是基礎(chǔ)，能力和素質(zhì)是知識追求的目標(biāo)，能力是知識外化的表現(xiàn)，素質(zhì)是知識內(nèi)化的結(jié)果[2]。OBE的教學(xué)設(shè)計是反向設(shè)計，設(shè)計的起點是培養(yǎng)需求，根據(jù)培養(yǎng)需求確定培養(yǎng)目標(biāo)、根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)確定畢業(yè)要求、根據(jù)畢業(yè)要求確定課程體系、根據(jù)課程體系確定教學(xué)目標(biāo)、根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定教學(xué)內(nèi)容，需求既是教學(xué)設(shè)計的起點，又是教學(xué)實施的終點，保證人才培養(yǎng)與人才需求的無縫對接，適用于土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

表1 基于產(chǎn)出導(dǎo)向的課程體系改革

課程教學(xué)產(chǎn)出要求優(yōu)化教學(xué)模塊，完善實驗設(shè)計，學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出要求掌握各知識點之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，形成知識串聯(lián)，提高科研素養(yǎng)，將理論知識與應(yīng)用相結(jié)合，對應(yīng)的課程目標(biāo)要求學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本原理，具備面對實際工程問題分析推理的能力，并建立模型求解的能力。因此，在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計上，我們一般在學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)、力學(xué)和基本熱學(xué)知識之后才開始學(xué)習(xí)課程流體力學(xué)，而且都安排在大學(xué)三年級，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)高等流體力學(xué)等后續(xù)高級理論與應(yīng)用等專業(yè)知識、研究生入學(xué)考試和從事專業(yè)工作打下堅實的基礎(chǔ)，實現(xiàn)專業(yè)教育產(chǎn)出，達(dá)到畢業(yè)要求。同時，學(xué)生可自主選擇公共選修課、專業(yè)選修課，根據(jù)個人興趣和就業(yè)去向自主選擇畢業(yè)設(shè)計題目和指導(dǎo)教師等。優(yōu)秀學(xué)生可以選擇到境外高校進(jìn)行交換培養(yǎng)，滿足了學(xué)生的個性學(xué)業(yè)需求。

（一）優(yōu)化教學(xué)模塊，形成知識串聯(lián)

國內(nèi)外多所大學(xué)土木工程專業(yè)的教學(xué)大綱將流體力學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課，開設(shè)了流體力學(xué)，將流體力學(xué)知識分解成兩部分：基本理論與應(yīng)用和與流體力學(xué)配套的實驗課[3]。基礎(chǔ)理論先從緒論引入流體力學(xué)的相關(guān)基本概念，再依次學(xué)習(xí)靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)和層流、紊流及其能量損失，知識點串聯(lián)較為緊密，應(yīng)用知識包括孔口和管嘴出流、管路流動、堰流、滲流、量綱分析和相似原理等。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的過程一般為理論學(xué)習(xí)，習(xí)題，討論和實驗，理論分析、數(shù)值模擬和實驗測試相結(jié)合，通過習(xí)題鞏固知識點，用流體力學(xué)語言和思維對實際工程或生活問題進(jìn)行解釋和展開討論，按照學(xué)術(shù)論文規(guī)范形式撰寫總結(jié)報告。

（二）完善實驗設(shè)計，提高科研素養(yǎng)

實驗實現(xiàn)了從感性認(rèn)識到本質(zhì)探索的飛躍，幫助學(xué)生建立科學(xué)的世界觀和方法論，依托流體力學(xué)實驗室，配合《流體力學(xué)》課程理論教學(xué)設(shè)置的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過講解、演示和親手操作實驗等，運用理論知識解決實際問題，根據(jù)常用概念和公式，如水頭測試、計量方法、雷諾數(shù)和流體狀態(tài)的關(guān)系、能量損失測量方法等，通過學(xué)生自己動手操作，認(rèn)真觀察，完成伯努利方程實驗、雷諾實驗、沿程阻力系數(shù)測定實驗、局部阻力系數(shù)測定實驗，鞏固課堂教學(xué)中對能量方程、沿程阻力、局部阻力的認(rèn)識。理論教學(xué)和實驗教學(xué)是相輔相成的，理論教學(xué)注重知識的傳承，是“授之以魚”，而實驗教學(xué)則注重基本技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練，是“授之以漁”，從而培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神。

三、基于學(xué)生中心的教學(xué)方法改革

OBE理念教學(xué)實施的關(guān)鍵是學(xué)生中心。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心，教學(xué)內(nèi)容主要取決于教什么、教學(xué)方法主要取決于怎么教、教學(xué)評價主要取決于教得怎么樣，而學(xué)生中心表示教學(xué)內(nèi)容主要取決于學(xué)什么、教學(xué)方法主要取決于怎么學(xué)、教學(xué)評價主要取決于學(xué)得怎么樣[4]?；趯W(xué)生中心的教學(xué)方法改革應(yīng)增強(qiáng)互動性，增加師生溝通與交流，強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)和學(xué)生的主體地位，注重發(fā)展性、開放性和延伸性的混合式教學(xué)法，更好地疏通課堂和課程內(nèi)外的緊密型，通過學(xué)生對知識的理解和掌握情況的即時反饋及時調(diào)整教學(xué)方式和改進(jìn)教學(xué)方法。關(guān)注學(xué)生內(nèi)在感知、主觀能動性和學(xué)習(xí)效能的提高，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)認(rèn)知特點和流體力學(xué)的思維特點，理解流體力學(xué)的授課內(nèi)容。

提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心，一是可以從學(xué)生的已學(xué)知識切入，著眼于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)自我效能感和結(jié)果期望，重點突出各知識點的先后、因果、理論和應(yīng)用等內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系，不斷更新并固化知識結(jié)構(gòu)，二是結(jié)合學(xué)生個體式和小組互動式，可以讓學(xué)生互相選擇，成立小組，抵消畏難情緒；三是采用啟發(fā)式、互動式教學(xué)以問題為導(dǎo)向活躍學(xué)生的思維；四是根據(jù)知識和認(rèn)知特點，分別采用不同的教學(xué)方法，如對于黏性等基本概念，多采用舉例教學(xué)，由學(xué)生身邊熟悉的自然現(xiàn)象進(jìn)行切入，深入淺出，激發(fā)學(xué)生主動探索的興趣；對于伯努利原理等基本原理，多采用問題導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)，通過播放視頻、提出問題、啟發(fā)思考、加深理解，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生利用已知探索未知，增強(qiáng)邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析及解決問題的能力，使學(xué)生透過枯燥的數(shù)學(xué)物理公式頓悟流體力學(xué)的魅力，對于抽象的理論，可以結(jié)合歷史背景，講述理論形成的過程，與科學(xué)家前輩們一起探索提高工程素養(yǎng)。另外，課程思政融入課堂，強(qiáng)化育人功能，如帆船利用伯努利原理逆風(fēng)而行，可以啟發(fā)學(xué)生乘風(fēng)破浪，不畏艱難，通過國內(nèi)典型工程案例介紹增強(qiáng)學(xué)生文化自信和民族自豪感，通過提煉流體力學(xué)理論演變過程中的思維方式培養(yǎng)學(xué)生哲學(xué)邏輯思維，通過挖掘國內(nèi)外科學(xué)偉人的矢志報國情懷和探索精神培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，將做人的基本道理、社會主義核心價值觀及實現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任融入教學(xué)，培養(yǎng)其正確的價值觀及職業(yè)責(zé)任感、使命感[5]。

四、基于持續(xù)跟進(jìn)的課程考核和教學(xué)評價體系改革

OBE理念教學(xué)評價的關(guān)鍵是持續(xù)改進(jìn)，即持續(xù)改進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)，讓它始終符合培養(yǎng)需求；持續(xù)改進(jìn)培養(yǎng)要求，讓它始終符合培養(yǎng)目標(biāo)；持續(xù)改進(jìn)課程體系，讓它始終符合畢業(yè)要求。學(xué)校和專業(yè)建立的教育質(zhì)量保障體系，要很好地體現(xiàn)這“三個改進(jìn)、三個符合”，將建立宏觀而抽象的人才培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為構(gòu)建和優(yōu)化為量化可行的教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)全過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，最終形成完成度評價，注重以評促建，以評促改，通過反饋的信息進(jìn)行改進(jìn)教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)教育閉環(huán)。

為實現(xiàn)持續(xù)跟進(jìn)的教育閉環(huán)，有效達(dá)成課程目標(biāo)，我們可以建立如表2所示量化考核機(jī)制和評價體系。量化考核包括平時表現(xiàn)、實驗考核和期末考試，平時表現(xiàn)細(xì)分為課堂問卷、隨堂練習(xí)、課后作業(yè)、主題討論和搶答環(huán)節(jié)，實驗考核以實驗報告為主，期末考試采取開卷筆試形式，考核滿分為100分，每項考核施行百分制，根據(jù)各個環(huán)節(jié)所占比重進(jìn)行累加，所得分值即為量化考核分。評價體系包括學(xué)生量化考核成績分析、學(xué)生評教、教師互評和專家督導(dǎo)。成績分析以報告形式呈現(xiàn)，依據(jù)成績的分布與標(biāo)準(zhǔn)差，分析考核方式對學(xué)生的區(qū)分度，分析成績分布的原因，研討自身授課方法、考核方式與學(xué)生課堂表現(xiàn)等因素，重點分析試卷效能，是否實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生評教和教師互評采用調(diào)查問卷形式，開展對課程目標(biāo)完成度的調(diào)查分析，獲取同專業(yè)教師的評教結(jié)果。專家督導(dǎo)采用督導(dǎo)聽課和專家咨詢法，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)和改進(jìn)教學(xué)模式。

表2 量化考核機(jī)制和評價體系

五、結(jié)束語

工程教育專業(yè)認(rèn)證旨在提升專業(yè)建設(shè)水平，如何結(jié)合學(xué)科優(yōu)勢發(fā)展專業(yè)特色，結(jié)合專業(yè)特色發(fā)展學(xué)科，使學(xué)生掌握流體力學(xué)的思維特點，理解流體力學(xué)的授課內(nèi)容，是筆者一直探索的方向。本文基于工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，對土木工程專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)模式進(jìn)行了探討，根據(jù)流體力學(xué)的特點，結(jié)合土木工程專業(yè)特色，針對教學(xué)模式改革存在的關(guān)鍵問題，從OBE理念核心要素“產(chǎn)出導(dǎo)向-學(xué)生中心-持續(xù)跟進(jìn)”出發(fā)，對課程體系、教學(xué)方法、量化考核和評價體系等方面進(jìn)行探索，為土木工程專業(yè)認(rèn)證相關(guān)課程大綱修訂及課程改革提供參考，進(jìn)一步提升專業(yè)建設(shè)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。