農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)流體力學(xué)線上線下混合教學(xué)模式的研究與探討

馬曉然 潘曉慧 岳建芝 黨鉀濤

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院生物質(zhì)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州450002）

流體力學(xué)是研究流體在不同作用力下相互作用行為及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用科學(xué)，是農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程、新能源科學(xué)與工程、能源與動力工程、機械類等專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強的理論性和邏輯性，同時又有鮮明的工程實踐性。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的發(fā)展，流體力學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)深入融合至農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)，如農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)業(yè)水土工程、農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程等相關(guān)方向的各個具體領(lǐng)域，并在基礎(chǔ)理論、工程設(shè)計、實驗研究等方面發(fā)揮著重要作用。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，以MOOC為代表的在線學(xué)習(xí)方式，極大促進了高等教育手段的改革與創(chuàng)新，隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合，網(wǎng)絡(luò)已逐步深入教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，并起到越來越重要的作用。然而，在線學(xué)習(xí)雖然具有豐富的課程資源、便捷的交流、友好的互動等優(yōu)勢，卻不能完全替代教師的課堂教學(xué)，一門課程缺乏了教師的深度參與，學(xué)習(xí)效果并不像預(yù)期那么理想。如何充分體現(xiàn)在線學(xué)習(xí)的主動性，同時充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的作用，將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來的線上線下混合教學(xué)模式已成為教育教學(xué)研究中的熱點問題。

本文根據(jù)流體力學(xué)課程的特點，以基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求為依據(jù)，在課程中采用傳統(tǒng)課堂與在線學(xué)習(xí)融合的混合教學(xué)模式，將傳統(tǒng)教學(xué)方式和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性、積極性與創(chuàng)造性。

1 農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)存在的問題

在目前的課程教學(xué)過程中，以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程——流體力學(xué)為例，在流體力學(xué)教授的過程中主要有以下三個方面的問題。

第一，課程學(xué)時少，要求高，完全依靠教師課堂講授已不能達到理想的教學(xué)效果。本課程總學(xué)時32個，包括28個學(xué)時的理論教學(xué)和4個學(xué)時的實驗教學(xué)。一方面，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性，在學(xué)習(xí)過程中囫圇吞棗，不求甚解、會看不會用、會算不會調(diào)的現(xiàn)象比較普遍；另一方面，針對農(nóng)業(yè)院校學(xué)生來講，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差、知識體系系統(tǒng)性弱，學(xué)生很難理解與掌握流體力學(xué)中的重點和難點知識，如靜力學(xué)中液體的相對平衡、歐拉和拉格朗日法的區(qū)別、微分及積分形式的守恒方程等。所以導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想，期末考試掛科率較高。

第二，針對農(nóng)林院校農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)流體力學(xué)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源少，可提供給學(xué)生進行課外補充學(xué)習(xí)的資源不足，不能滿足學(xué)生進行深入學(xué)習(xí)的需求。目前在比較著名的開放課程平臺上，如愛課程、學(xué)堂在線、好大學(xué)在線等，流體力學(xué)教學(xué)資源雖然不算少，比如大連理工大學(xué)和西安交通大學(xué)的流體力學(xué)在線精品課程，但是國內(nèi)針對農(nóng)林院校農(nóng)業(yè)工程學(xué)科中的流體力學(xué)課程的在線課程資源還比較少，并且現(xiàn)有的課程形式以課堂教學(xué)錄像和知識講授為主，本質(zhì)上仍未能脫離傳統(tǒng)課堂教學(xué)的形式。

第三，教學(xué)方式仍然以傳統(tǒng)課堂講授為主，教師傳授知識，學(xué)生被動地接受，未能結(jié)合在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，學(xué)生缺乏主動學(xué)習(xí)的意愿，學(xué)習(xí)積極性不高。從當前的慕課、微課模式來看，主要是采用將知識碎片化，制作小視頻的方式進行課程建設(shè)，一個視頻只講授一兩個知識點，具有小而精的特點。這種方式雖然給學(xué)生帶來新的學(xué)習(xí)體驗，可以充分利用零散時間進行學(xué)習(xí)，易于接受且不容易產(chǎn)生疲勞，但是缺乏知識的系統(tǒng)性和連貫性，缺乏教師的引導(dǎo)、啟發(fā)和監(jiān)控，并不一定能達到理想的學(xué)習(xí)效果。因此，在教學(xué)過程中，必須考慮傳統(tǒng)與在線課堂的結(jié)合問題。

2 基于線上線下混合式教學(xué)的課程教學(xué)實踐

在流體力學(xué)的課程教學(xué)中進行線上線下混合式教學(xué)的探索和實踐，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺給學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，可以充分發(fā)揮在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，使其成為傳統(tǒng)課堂的補充和擴展，通過在線學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)課堂的優(yōu)勢互補，實現(xiàn)“課前+課中+課后”融合教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，有效提升課程教學(xué)效果。

針對農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)的流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)設(shè)計是實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)的核心，即如何有效結(jié)合在線學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)課堂，實現(xiàn)兩者優(yōu)勢互補。流體力學(xué)課程內(nèi)容涵蓋了流體靜力學(xué)、流體運動學(xué)和動力學(xué)、流動阻力和水頭損失、孔口和管嘴出流等，內(nèi)容多，知識點較難，公式推導(dǎo)復(fù)雜，教學(xué)設(shè)計中要著重考慮課程內(nèi)容的安排，如哪些內(nèi)容需要在課堂詳細講解，哪些內(nèi)容可作為在線學(xué)習(xí)布置給學(xué)生，教師組織課堂討論，如何安排“課前+課中+課后”的教學(xué)內(nèi)容等。以“伯努利方程及其應(yīng)用”為例，采用新的教學(xué)模式。

2.1 課前教學(xué)設(shè)計

教師課前的主要任務(wù)是在網(wǎng)絡(luò)平臺上提前發(fā)布“伯努利方程及其應(yīng)用”的教學(xué)任務(wù)和思考題，包括各種圖文、動畫等文獻資料，通過一些生活生產(chǎn)過程中經(jīng)常見到的實例引入伯努利方程，從而明確“伯努利方程”的重要性；學(xué)生接受任務(wù)，并利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺教學(xué)資源和微視頻等，帶著問題完成相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的預(yù)習(xí)，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺查看學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，為課堂教學(xué)做有針對性的準備，如圖1所示。

圖1 課前教學(xué)設(shè)計

2.2 課中教學(xué)設(shè)計

這一部分即傳統(tǒng)的課堂講授或討論，如圖2所示。一方面，教師在線發(fā)布討論題，回顧上節(jié)課的內(nèi)容，即輸運公式及其意義，包括連續(xù)性方程、動量守恒方程及能量守恒方程在內(nèi)的積分形式的動力學(xué)方程；另一方面，教師根據(jù)已經(jīng)掌握的學(xué)生課前預(yù)習(xí)程度，設(shè)計課堂教學(xué)活動，主要是借助PPT等多媒體手段進行伯努利方程的推導(dǎo)，包括理想流體微元流束的伯努利方程、實際流體微元流束的伯努利方程及實際流體總流的伯努利方程，解釋清楚伯努利方程的使用條件，對伯努利方程的物理意義和幾何意義進行解釋，之后介紹和推導(dǎo)實際工程中伯努利方程的應(yīng)用——測流速的皮托管和測流量的文丘里管，有效地進行課內(nèi)的面對面教學(xué)。利用多媒體資源講授課程知識的框架、重點和難點，提升課堂教學(xué)效果。

圖2 課中教學(xué)設(shè)計

2.3 課后教學(xué)設(shè)計

如圖3所示，除了習(xí)題等課后任務(wù)之外，教師利用網(wǎng)絡(luò)平臺進行課后內(nèi)容推送，如與伯努利方程有關(guān)的最新研究成果，使學(xué)生對所學(xué)知識的吸收和掌握不僅僅依賴于課本知識，利用網(wǎng)絡(luò)課程資源，進一步擴展和增強知識領(lǐng)域，從而充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)習(xí)效果。另外，教師在線布置關(guān)于伯努利方程應(yīng)用的課后作業(yè)和問卷分析，并設(shè)置好答案要點。學(xué)生課后的主要任務(wù)是上傳自己的課后作業(yè)，課后作業(yè)通過互評或者教師改作業(yè)的形式將學(xué)習(xí)效果及調(diào)查問卷的結(jié)果反饋至平臺，教師可通過查看后臺數(shù)據(jù)直接了解學(xué)生對伯努利方程的基本知識點及有關(guān)的實際應(yīng)用的掌握情況，并對學(xué)生的課前、課中和課后三個階段的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)成果等進行綜合評價。

圖3 課后課程設(shè)計

目前針對農(nóng)業(yè)工程學(xué)科方向的流體力學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程資源相對較少，展現(xiàn)方式仍以教學(xué)錄像和知識講授為主，本質(zhì)上仍未能脫離傳統(tǒng)課堂教學(xué)的形式，不能提供給學(xué)生擴展學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)課程資源，就不能充分發(fā)揮在線課程的優(yōu)勢，混合式教學(xué)的實現(xiàn)也就無從談起。因此，流體力學(xué)線上線下混合式教學(xué)模式一方面將在梳理涉及流體力學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上，增加一些與太陽能熱利用、生物質(zhì)能利用、農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境相關(guān)的知識；另一方面將充分利用信息技術(shù)優(yōu)勢，將圖形、聲音、視頻等電子資源聯(lián)系起來，建設(shè)內(nèi)容和形式豐富，真正能吸引學(xué)生、適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的流體力學(xué)在線課程資源，為混合式教學(xué)模式的實踐提供支撐。

3 結(jié)語

流體力學(xué)是農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)的一門理論性和實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課，線上線下混合式教學(xué)模式的建設(shè)不僅可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加靈活自主，還有利于發(fā)揮教師在教學(xué)過程中的引導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的主動性，線上課程與線下課程相互補充、相互滲透。“課前+課中+課后”三階段教學(xué)設(shè)計體系的構(gòu)建可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、增強學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。