基于OBE理念的流體力學課程混合式教學實踐

孫占朋

摘要：流體力學在航空航天、汽車設計、內燃機零部件結構設計等方面應用廣泛，課程教學應以學生為中心，以目標產(chǎn)出為導向，為了使流體力學課程教學更好地服務于畢業(yè)要求的達成，基于互聯(lián)網(wǎng)+和智慧教室對流體力學課程混合式教學模式進行了探索，利用BOPPPS教學設計方法，使課程活動設計和課程考核緊密圍繞顯著性教學目標，不僅有效發(fā)揮了以學生為學習主體的能動作用，提高了師生、生生間的互動性，顯著改善了學生的學習自主性和學習效率，使流體力學課程教學能夠滿足工程教育專業(yè)認證要求，同時對推動流體力學課程教學改革也具有一定的參考價值。

關鍵詞：工程教育專業(yè)認證;流體力學;混合式教學;教學設計

Abstract： Fluid mechanics is widely used in aerospace， automobile design， internal combustion engine parts structure design and so on. To improve the training quality of engineering students， fluid mechanics teaching reform is carried out under the background of engineering education accreditation. The concept of student-centered course teaching is determined. Focusing on training students' engineering knowledge， problem expression and analysis ability， the quantifiable course objectives are formulated. To achieve the teaching goal， the BOPPPS teaching method and the concrete and remarkable learning objectives are introduced. Moreover， several means including smart classrooms and online databases are used to implement the teaching process. The teaching reform makes learning goals clear， and the students’ learning effects have been improved.

Key words： engineering education accreditation;fluid mechanics;blended teaching;course design

0? 引言

工程教育專業(yè)認證標準是目前國際上通行的工程人才評價手段，近年國內大批院校工科專業(yè)先后通過了由中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會組織的認證評估，工程教育專業(yè)認證的理念是以人為本、以學生為中心的基于產(chǎn)出的教育，其抓手在于評價畢業(yè)生是否滿足畢業(yè)要求，基礎工作則為學生完成的課程質量。流體力學課程主要研究流體處于平衡狀態(tài)和流動狀態(tài)時的運動規(guī)律，在航空航天、汽車外形設計、內燃機零部件（如噴嘴、活塞缸）等結構設計等工程技術領域應用廣泛，是機械類專業(yè)重要專業(yè)基礎課，具有知識點多、理論性強、抽象性高等特點，在學生能力培養(yǎng)和知識結構體系中起著“承上啟下”的作用。

現(xiàn)有的流體力學課程教學模式大多屬于以教師為中心的被動式教學，教師教授為主要手段，教學模式較為單一，教學效果相對較差，由于流體力學理論本身較抽象，課本中缺乏直觀案例，很難使教師在課堂中和學生形成良性互動，學生課堂體驗較差，教學方法傳統(tǒng)保守缺乏創(chuàng)新。基于此，依據(jù)工程教育專業(yè)認證對學生能力的要求，依托MOOC教學資源與手段，借助混合教學模式對流體力學課程教學設計進行探索和開發(fā)，旨在提升流體力學課程教學質量，最終提高學生的工程實踐能力與綜合素質，使畢業(yè)生到達工程教育專業(yè)認證標準對能力的要求。

1? 顯著目標導向的教學活動設計

以工程教育專業(yè)認證標準中畢業(yè)生能力要求為參考，流體力學課程的總體教學目標分為三個層次：其一是知識目標，使學生掌握流體平衡、運動、能量轉換的一般規(guī)律和有關的基本概念與基本理論，學會必要的流體力學分析計算方法和一定的實驗技能;其二是能力目標，學生能夠靈活運用所需的流體力學知識，實現(xiàn)對生活實際問題和工程實際問題進行分析和解決，掌握解決問題的方式、方法，建立正確分析、解決工程問題的思維;其三是素質能力，能夠將微積分思維方法運用到自己所學的專業(yè)和生活中，通過所學流體力學基本知識和解決復雜問題的實踐，具備舉一反三的自主學習能力。

為了實現(xiàn)課程總體目標，引入BOPPPS教學設計方法將學習目標具體化、顯著化，將教學過程模塊化，對每個知識點、每節(jié)課設計相關的顯著性目標（Outcome），這是因為顯著性目標使學生的課前、課中和課后學習目標感更強，更有利于檢測學習的完成度及學習效果，圍繞顯著性目標設計導引（Bridge-in）、前測（Pre-test）、參與式學習（Participation）、后測（Post-test）和總結（Summary）。

以流體靜力學中作用在流體上的力為例，設計本節(jié)顯著性目標為：

①能夠復述質量力和表面力的概念;

②完成對輪船航行中所受質量力和表面力的分析。

圍繞該目標要求學生利用MOOC進行線上學習，保證學生自學效果的措施有：

①視頻在首次播放時不可快進;

②視頻中插入簡單選擇題進行知識鞏固;

③視頻完成后學生手寫知識要點。

線下課堂學習中，同樣圍繞顯著性目標，首先以學生熟知的中學物理中勻速運動木塊為案例導引，分析重力、摩擦力和支持力的性質，而后以多選題形式考察學生對流體壓力、牛頓摩擦力、電場力、萬有引力等力的性質的認知，完成對學生前期知識儲備的前測，為開展參與式學習做鋪墊，若學生在前測中表現(xiàn)較好，則參與式學習的進度可以適當加快，反之則應通過分組討論、小游戲、抽便簽等形式強化學生在參與式學習中的表現(xiàn)，后測以顯著性目標1和2為切入點，利用搶答、輪答等形式檢測學習效果，并對關鍵知識點進行必要總結，完成對作用在流體上的力小節(jié)的學習。

2? 混合式教學實施策略

2.1 明晰學生需具備的知識、能力、素質要求及評價標準

工程教育專業(yè)認證要求下，通過對流體力學課程性質及其在課程體系中的地位分析，結合河北科技大學過程裝備與控制工程專業(yè)培養(yǎng)方案，認為流體力學作為力學的重要分支，應主要扮演為學生提供基礎專業(yè)知識的角色，即應支撐畢業(yè)要求1-能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和過程裝備與控制工程專業(yè)相關知識用于解決過程工業(yè)領域復雜工程問題;具體地，流體力學課程應支撐畢業(yè)要求指標點1.3-掌握力學、電工學、材料學等工程基礎知識，具備應用基本理論表達、分析問題的能力。

為到達上述要求，流體力學的課程目標有：

①知識層面，理解流體的主要物理性質;掌握流體靜力學的基本方程;掌握流體力學的幾何描述、流體力學的基本方程;理解流體在圓管中的流動;掌握孔口出流和相似原理;掌握外平行平面縫隙、環(huán)形縫隙;掌握可壓縮氣體的一元流動;

②能力與素質層面，能夠依據(jù)數(shù)學知識和邏輯思維建立流體運動和平衡的基本方程和模型，能夠建立模型分析求解管流、孔口出流、縫隙流動等典型流動的工程應用問題。

完備、細致、合理的評價標準能夠保證學生在學習競爭中的公平感，流體力學課程評價主要由直接評價和間接評價組成，其中：直接評價—線上學習情況（學習時長、測驗完成情況、互動情況）、學生課堂表現(xiàn)（回答問題、參與互動積極性及在互動活動中角色完成情況）、平時作業(yè)完成情況、期末考試質量;間接評價—學生課程完成質量調查表、教師教學質量評價表、教學質量改進建議表。將每部分均賦予量化分值，并向學生進行完全透明、公開，每次課后依據(jù)學生完成情況進行打分評價。

2.2 課業(yè)時間統(tǒng)籌與設計

混合式教學對于學生學習時間的管理能力要求較高，這是因為課前線上學習效果直接影響學生課堂學習的進度與效果，并對整個課程的學習產(chǎn)生重要影響。為兼顧學生的學習效果與學業(yè)負擔，將流體力學混合式課程分為課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)。課前以智慧樹平臺中東北電力大學開設的工程流體力學課程為主要參考對象，學生通過完成視頻中插入的簡單選擇題，實現(xiàn)對顯著性目標的學習。課中以簡短的BOPPPS模式進行師生互動、討論式學習，通過案例式引入、游戲式互動討論、后測和總結等手段著重強化對顯著性目標的完成。依據(jù)章節(jié)內容難易程度和知識點多少適當進行課后作業(yè)強化和師生、生生交流互助，針對不同章節(jié)理論知識點設計不同的課外實踐作業(yè)，培養(yǎng)學生動手操作能力的同時訓練解決實際問題的邏輯思維。

2.3 基于智慧教室的互動式課堂組織

工程教育專業(yè)認證背景下，混合式教學須從以教師為主導向以學生“學”為中心轉變，教師在教學過程中起著引導、指導、督導的作用，因此提高學生在課堂學習中的參與度，增加師生、生生間的互動和交流十分必要。打破物理空間限制，運用現(xiàn)代技術能夠顯著提升學生的學習興趣和學習效果，智慧教室是高校教室改造的發(fā)展主流趨勢，近年來，多種多樣的科技產(chǎn)品被融入到智慧教室中，為廣大師生提供了更好的教學設施，系統(tǒng)成熟、設備穩(wěn)定、體驗友好的產(chǎn)品屬性為教師和學生學習提供了很好的硬件條件。基于智慧教室利用先進的互聯(lián)網(wǎng)、手機交互等功能開展流體力學課程互動式教學，一方面激發(fā)了學生學習的興趣，提升了學生交流的動機，另一方面便于教師開展分組討論、游戲式教學，讓學生帶著學習任務忙起來、動起來、興奮起來，促進學生自主思考和團隊協(xié)作，強化了以學生為中心的教育理念。

2.4 基于階段性評價的課程持續(xù)改進

持續(xù)改進機制在工程教育專業(yè)認證中占有舉足輕重的地位，課程質量持續(xù)改進機制則是不斷提高學生培養(yǎng)質量的保障。流體力學課程成立包括任課教師的3人課程團隊，指定1名課程負責人，課程團隊作為課程質量評價的主體，以章節(jié)結束為時間節(jié)點，采用直接評價法依據(jù)學生提交的作業(yè)材料、章節(jié)測驗、教學活動參與度等對章節(jié)目標達成進行評價，間接評價法采用問卷調查或者學生提交報告，由學生根據(jù)自身情況對章節(jié)目標的達成情況進行評價，包括對教學方法建議、教學材料的改進等，課程團隊依據(jù)直接和間接評價結果進行商議，并對下一章節(jié)的教學工作進行持續(xù)改進。

3? 總結

基于互聯(lián)網(wǎng)+、智慧教室和BOPPPS教學設計方法開展了流體力學課程混合式教學模式探索，提倡圍繞顯著性目標開展課程教學活動的設計，改革考核評價標準，使學生明確了線上和線下的學習目標，有效發(fā)揮了以學生為學習主體的能動作用，提高了師生、生生間的互動性，顯著改善了學生的學習自主性和學習效率。

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