新時(shí)代工程教育背景下的經(jīng)典理論重塑

費(fèi)朝陽(yáng)　周勃　孫成才　呂潔　蘭信穎

【摘要】流體力學(xué)既是基礎(chǔ)學(xué)科，又是用途廣泛的學(xué)科。在工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證及建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn)下，分析了流體力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程存在的問(wèn)題，提出了適應(yīng)工程教育認(rèn)證的課程教學(xué)設(shè)計(jì)。通過(guò)知識(shí)教學(xué)、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高三結(jié)合的方式，打破呆板的課堂教學(xué)模式，探索提高學(xué)生對(duì)抽象概念和理論的掌握程度的方法。通過(guò)理論與實(shí)際銜接，研究如何提升學(xué)生對(duì)實(shí)踐與應(yīng)用方面的能力，對(duì)推動(dòng)流體力學(xué)課程開(kāi)展教學(xué)改革具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】工程教學(xué)? 知識(shí)教學(xué)? 能力培養(yǎng)? 素質(zhì)提高

【基金項(xiàng)目】沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)基于BIM技術(shù)的土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革研究與實(shí)踐;工業(yè)大學(xué)基于ABET認(rèn)證的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G424? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）07-0006-02

流體力學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的主干課程，是后續(xù)很多專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的流體力學(xué)課程教學(xué)主要以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)，而工程教育認(rèn)證強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向、以持續(xù)改進(jìn)機(jī)制為保障的理念[1-2]。在工程教育認(rèn)證的背景下，教學(xué)過(guò)程必須重新審視課程定位和課程目標(biāo)，調(diào)整教學(xué)思路，轉(zhuǎn)變教師角色，改革教學(xué)模式，將知識(shí)教學(xué)、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高相結(jié)合，達(dá)到畢業(yè)要求規(guī)定的學(xué)生畢業(yè)綜合能力的培養(yǎng)[3-4]。本文主要結(jié)合沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的流體力學(xué)課程開(kāi)展關(guān)于課程教學(xué)改革和課程質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)措施的探討，對(duì)促進(jìn)流體力學(xué)課程教學(xué)與工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的銜接有一定的意義。

1.流體力學(xué)課程目標(biāo)定位

流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，主要研究流體靜止和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其工程實(shí)際應(yīng)用，是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一。在知識(shí)教學(xué)上注重系統(tǒng)學(xué)習(xí)流體的力學(xué)性質(zhì)、基本概念、基礎(chǔ)理論，以及相關(guān)分析方法，并能應(yīng)用理論知識(shí)解決流體平衡和運(yùn)動(dòng)的各種工程實(shí)際問(wèn)題，為今后學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);在能力培養(yǎng)上注重培養(yǎng)學(xué)生分析和求解流體力學(xué)問(wèn)題的能力，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的獨(dú)立思考能力，積極引導(dǎo)學(xué)生熟悉全產(chǎn)業(yè)鏈條，培養(yǎng)學(xué)生成為相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)、運(yùn)營(yíng)管理和科學(xué)研究的創(chuàng)新應(yīng)用型專(zhuān)門(mén)人才;在素質(zhì)培養(yǎng)上將思政元素融入課程，讓學(xué)生熱愛(ài)自己的專(zhuān)業(yè)，增強(qiáng)學(xué)生的歷史使命感和社會(huì)責(zé)任感，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣，建設(shè)多元資源拓寬學(xué)生的視野，培育兼具創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。

2.課程教學(xué)中存在的影響課程目標(biāo)達(dá)成的問(wèn)題

2.1 課程理論性強(qiáng)且抽象導(dǎo)致學(xué)生課程目標(biāo)難以達(dá)成

流體力學(xué)課程理論嚴(yán)密，描述流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)方程比較復(fù)雜、抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，需要學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此很多學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼感，造成課堂上主要是老師講、學(xué)生聽(tīng)、反饋少、效果差的教學(xué)過(guò)程，最終導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基本原理掌握欠缺。

2.2 理論與實(shí)際銜接難使學(xué)生缺乏必要的實(shí)踐訓(xùn)練

傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程主要以課堂教學(xué)為主，學(xué)生對(duì)各種流體流動(dòng)現(xiàn)象的理解僅存在于書(shū)本的公式以及課堂教師演示的動(dòng)畫(huà)、案例中，課程實(shí)驗(yàn)主要以演示、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，欠缺對(duì)工程實(shí)際中流動(dòng)現(xiàn)象的直觀觀察和理解，造成學(xué)生認(rèn)知、理解和解決專(zhuān)業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)[5]。

傳統(tǒng)的教學(xué)多注重知識(shí)的灌輸，往往忽視專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，造成很多學(xué)生的專(zhuān)業(yè)認(rèn)知度低，專(zhuān)業(yè)榮譽(yù)感和使命感不強(qiáng)，如何將思政融入教學(xué)過(guò)程，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是教學(xué)中的難點(diǎn)。

3.基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的流體力學(xué)課程教學(xué)改革

依據(jù)中國(guó)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)制定的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，研究學(xué)生、專(zhuān)業(yè)、學(xué)科的時(shí)代特征，在教學(xué)中逐步滲透“能力重于知識(shí)”的教育理念，以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提升學(xué)生綜合素質(zhì)，以理論聯(lián)系實(shí)際為核心設(shè)計(jì)教學(xué)思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。

3.1課程教學(xué)思路

（1）由于流體力學(xué)課程中的很多概念十分抽象，很難直觀地觀測(cè)到，所以在教學(xué)設(shè)計(jì)上要注重增強(qiáng)感性認(rèn)知，抽象概念轉(zhuǎn)化具象化;（2）本課程中的許多公式都在專(zhuān)業(yè)課程中有實(shí)際應(yīng)用，但應(yīng)用條件不同導(dǎo)致公式出現(xiàn)的形式不同，不注意引導(dǎo)的話，很容易讓學(xué)生誤以為是不同的、新的知識(shí)點(diǎn)，因此教學(xué)設(shè)計(jì)要解決前后課程知識(shí)點(diǎn)銜接渠道不暢的問(wèn)題;（3）本課程各章節(jié)的知識(shí)緊密相關(guān)，必須架構(gòu)知識(shí)體系將分散的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)成一條清晰邏輯主線，才能讓學(xué)生學(xué)會(huì)“學(xué)習(xí)”，因而在講授中應(yīng)設(shè)計(jì)知識(shí)回顧的環(huán)節(jié)，將知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化;（4）根據(jù)我校的學(xué)生特點(diǎn)——知識(shí)的理解不夠深入，即使當(dāng)時(shí)能夠理解，課后作業(yè)加深記憶，也無(wú)法幫助學(xué)生建立專(zhuān)業(yè)思維，因此，理論教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)了學(xué)生了解相關(guān)工程案例，不僅僅是“眼睛看”，更應(yīng)該是學(xué)生“自己做”的環(huán)節(jié)。

3.2 課堂教學(xué)實(shí)踐

本文以流體力學(xué)課程第五章第一節(jié)：孔口自由出流1學(xué)時(shí)教學(xué)為例，簡(jiǎn)要介紹教學(xué)實(shí)施過(guò)程。

（1）課前交流。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)研分析了大學(xué)生的認(rèn)知、個(gè)性、適應(yīng)性維度學(xué)習(xí)心理，發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生興趣的有效途徑就是增加師生互動(dòng)交流。因此，在課前教師都與學(xué)生開(kāi)展互動(dòng)交流，評(píng)價(jià)老八校、高校排名、考研技巧等共同關(guān)心的話題，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。（2）開(kāi)場(chǎng)白啟發(fā)式設(shè)問(wèn)。設(shè)問(wèn)1：某品牌飯店上菜的等時(shí)沙漏為什么能夠計(jì)時(shí)？沙子裝在容器里的體積物理量為什么可以表征時(shí)間量？它們是依靠什么建立關(guān)聯(lián)的？設(shè)問(wèn)2：元代的銅壺滴漏是最早的計(jì)時(shí)工具之一，實(shí)際上與西方鐘表相比并不精密，影響誤差的主要因素有哪些呢？設(shè)問(wèn)3：東西方的科學(xué)思想有什么不同之處呢？你認(rèn)為目前西方科學(xué)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在哪些方面？東方的呢？如何融合？設(shè)問(wèn)1，將理論知識(shí)與生活常識(shí)建立聯(lián)系，適合學(xué)生的認(rèn)知水平和習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;設(shè)問(wèn)2，引發(fā)學(xué)生的深刻思考，培養(yǎng)獨(dú)立思考能力;設(shè)問(wèn)3，引入人文素質(zhì)教育理念，引發(fā)強(qiáng)烈思考動(dòng)機(jī)，教學(xué)中注意營(yíng)造一個(gè)寬松、自由、活躍、富有吸引力的人文環(huán)境，知識(shí)和素質(zhì)協(xié)同培養(yǎng)。（3）課堂講授，在本課程系統(tǒng)內(nèi)建立第一次知識(shí)聯(lián)接。本節(jié)的推導(dǎo)是從第三章能量方程展開(kāi)的，那么講授就從復(fù)習(xí)第三章能量方程開(kāi)始。首先，兩個(gè)方程的應(yīng)用條件是不同的，通過(guò)講解前后知識(shí)點(diǎn)的區(qū)別，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)了知識(shí)遷移過(guò)程的變化根源;其次，強(qiáng)調(diào)教材的方程是在特定條件下才適用的，當(dāng)條件發(fā)生變化后流量公式將隨之發(fā)生變化，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力;最后，作用水頭的概念是專(zhuān)業(yè)重點(diǎn)知識(shí)，通過(guò)理論推導(dǎo)后得到了計(jì)算公式，是傳統(tǒng)的邏輯思維培養(yǎng)方式，更重要的是理解其物理意義提高學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)。講授中突出這三個(gè)點(diǎn)，就能夠幫助學(xué)生梳理課程系統(tǒng)，建立分散知識(shí)的聯(lián)接節(jié)點(diǎn)，從而滲透系統(tǒng)化學(xué)習(xí)的方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。（4）案例分析，與實(shí)際工程建立第二次知識(shí)聯(lián)接。教學(xué)設(shè)計(jì)1：教師打開(kāi)教室里的一扇窗戶(hù)，問(wèn)學(xué)生：大家知道通過(guò)這扇窗戶(hù)的空氣量是多少嗎？ 學(xué)生肯定不知道呀，也從來(lái)沒(méi)想過(guò)這個(gè)問(wèn)題，盡管第三步實(shí)際上已經(jīng)給出了答案，但是學(xué)生的認(rèn)知水平達(dá)不到。教師可利用好奇心開(kāi)始案例計(jì)算教學(xué)，通過(guò)一個(gè)例題計(jì)算孔口出流的流量，然后引申為矩形窗口的氣流流量計(jì)算，讓學(xué)生建立理論與實(shí)際的聯(lián)接點(diǎn)。

3.3 依托創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等活動(dòng)，增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)能力

抽象的概念要通過(guò)具象設(shè)計(jì)來(lái)理解，因此課程組創(chuàng)新設(shè)計(jì)了流體力學(xué)試驗(yàn)臺(tái)，依托一個(gè)省級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目改造了流體力學(xué)試驗(yàn)臺(tái)，自行設(shè)計(jì)了12個(gè)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)變得有意義。同時(shí)依托校企合作平臺(tái)，讓學(xué)生在企業(yè)參與實(shí)際工程的管道設(shè)計(jì)計(jì)算，“知識(shí)”直接增值為“能力”。鼓勵(lì)學(xué)生參加大創(chuàng)，加強(qiáng)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所有的課外工作都是課程的有機(jī)組成部分，加快了從理論到工程實(shí)際的跨越速度。

3.4課后交流

“處乎無(wú)響，行乎無(wú)方?！笔谡n教師利用課余時(shí)間主動(dòng)與學(xué)生談人生、說(shuō)理想，教師如何能積極引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)闊視野，主動(dòng)傳遞價(jià)值觀和世界觀，一個(gè)學(xué)期的時(shí)間是能夠賦予我們的學(xué)生社會(huì)責(zé)任感、歷史使命感的。教育就是一個(gè)靈魂喚醒另一個(gè)靈魂的過(guò)程。如2016年考研考入西安建筑科技大學(xué)的葉志成同學(xué)，讀研期間和課程負(fù)責(zé)人常有交流，探討科研工作心得。于是，課程負(fù)責(zé)人就利用他回沈陽(yáng)期間為大二學(xué)生講解考研的注意事項(xiàng)，交流考研心得，學(xué)生與學(xué)生的交流更為暢通，特別是讓孩子們懂得了“師承”的內(nèi)涵。

4.課程教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)措施

貫徹學(xué)生為主體的教育理念，當(dāng)代“無(wú)方”之大學(xué)生面臨多方壓力，不斷探究適配的、科學(xué)的、有效的教學(xué)方法來(lái)幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)心理障礙，讓枯燥的理論以實(shí)驗(yàn)、模擬、實(shí)習(xí)、講座、工程設(shè)計(jì)等多樣化的面貌呈現(xiàn)出來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)專(zhuān)業(yè)、有社會(huì)責(zé)任感的綜合素質(zhì)。

重視能力培養(yǎng)，從翻轉(zhuǎn)課堂、網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新到校企合作，都是圍繞著培養(yǎng)學(xué)生綜合能力這一主題，不僅僅是運(yùn)用靈活多變的教學(xué)方法，更注重的是創(chuàng)造一個(gè)課程體系來(lái)實(shí)現(xiàn)本科生從理論到實(shí)際的跨越，從本質(zhì)上來(lái)講，課程改革舉措就是構(gòu)建學(xué)生創(chuàng)新思維體系的保障。

通過(guò)校際校企合作，開(kāi)放和共享優(yōu)勢(shì)平臺(tái)和師生資源，邀請(qǐng)校企兩個(gè)育人主體聯(lián)合開(kāi)展課程調(diào)研，共同完成課程建設(shè)目標(biāo)的修訂、評(píng)價(jià)和完善，課程組為企業(yè)提供智力支持，企業(yè)為高校擴(kuò)充信息化教學(xué)資源，并通過(guò)校際合作建立師資互聘和跨學(xué)科人才培養(yǎng)的平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)課程體系和內(nèi)容的優(yōu)化。

5.教學(xué)評(píng)價(jià)與效果

在教學(xué)上對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)的評(píng)價(jià)除了課業(yè)完成所取得的分?jǐn)?shù)外，更應(yīng)根據(jù)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)多學(xué)科、重實(shí)踐的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生在多方面、多層次完成的學(xué)業(yè)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。如2018年包括流體力學(xué)在內(nèi)的多門(mén)課程內(nèi)容整合土木、能動(dòng)、機(jī)械交叉學(xué)科優(yōu)勢(shì)資源，通過(guò)校企共建交叉融合專(zhuān)業(yè)，簽署9家校企聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，參加實(shí)習(xí)的學(xué)生50多人次，完成實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)習(xí)5項(xiàng)，建筑能源大講堂聘請(qǐng)知名專(zhuān)家為本科生講課，已開(kāi)班9課;把計(jì)算流體力學(xué)最新成果與虛擬仿真結(jié)合引入可視化教學(xué)，正確處理深入淺出的關(guān)系，學(xué)生改造的流體實(shí)驗(yàn)臺(tái)為學(xué)生競(jìng)賽項(xiàng)目服務(wù)，并依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)演示理論解析過(guò)程，豐富了課程素材庫(kù)。

本課程的教學(xué)方法、手段、資源已逐步運(yùn)用于本專(zhuān)業(yè)其他課程教學(xué)中，充分釋放了學(xué)校資源使本科生有機(jī)會(huì)接觸專(zhuān)家和行業(yè)，將流體力學(xué)的能量理論直接運(yùn)用在管道設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的銜接，實(shí)現(xiàn)了“帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)”的教學(xué)過(guò)程。學(xué)生對(duì)本課程的教學(xué)效果以及對(duì)任課教師的評(píng)價(jià)均很高，數(shù)名參與企業(yè)實(shí)習(xí)的學(xué)生得到了企業(yè)在能力方面的高度認(rèn)可。

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作者簡(jiǎn)介：

費(fèi)朝陽(yáng)（1978年-），男，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院講師，博士，主要從事建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)和建筑節(jié)能應(yīng)用研究。