尤翔程 李世遠(yuǎn)
[摘 要] 課程大綱是授課的指導(dǎo)性文件,詳細(xì)規(guī)定了授課的主要目標(biāo)和內(nèi)容等。對麻省理工學(xué)院(MIT)、加州伯克利分校和明尼蘇達(dá)大學(xué)的本科“流體力學(xué)”課程大綱進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)研,對其內(nèi)容安排、實踐教學(xué)目的、組織方式等進(jìn)行了分析。通過對國外高?!傲黧w力學(xué)”課程大綱的解讀,分析“流體力學(xué)”全英文授課的內(nèi)容和特點等,以期對國內(nèi)本科“流體力學(xué)”全英文授課的創(chuàng)新提供借鑒和參考,最后在分析目前國內(nèi)高校本科生教育現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出改進(jìn)教學(xué)工作的建議。
[關(guān)鍵詞] 流體力學(xué);全英文;國際同類課程
[基金項目] 2020年度中國石油大學(xué)(北京)研究生質(zhì)量與創(chuàng)新工程(yjs2020019)
[作者簡介] 尤翔程(1981—),女,浙江寧海人,博士,中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院講師,主要從事流體力學(xué)研究;李世遠(yuǎn)(1983—),男,上海人,博士,中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院副教授,主要從事石油工程巖石力學(xué)研究。
[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324(2021)45-0121-04? ?[收稿日期] 2021-04-15
一、引言
“流體力學(xué)”是一門理工科專業(yè)的基礎(chǔ)課,是工程類專業(yè)最重要的課程之一。中國石油大學(xué)提出“一流學(xué)科建設(shè)”的目標(biāo),對“流體力學(xué)”等重點課程開展全英文教學(xué),旨在與國外高校接軌,提升高校辦學(xué)的國際化水平。原有的雙語教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容已不適用于當(dāng)前的情況,教學(xué)改革勢在必行。在本科全英文“流體力學(xué)”課程中進(jìn)行全英文教學(xué),需對課堂的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深化和實踐,課程大綱設(shè)置的科學(xué)性、適用性要求,對于課程基本知識學(xué)習(xí)的理解及掌握有重要影響,對于培養(yǎng)本科生自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力、創(chuàng)新型思維模式的形成,具有潛移默化的作用[1]。
美國高等工程教育是世界公認(rèn)的最成功的模式之一,因此有必要借鑒世界一流工科院校的“流體力學(xué)”課程大綱,為國內(nèi)高等院?!傲黧w力學(xué)”全英文課程體系的改革提供借鑒。美國大學(xué)本科課程教學(xué)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置十分具有特色,體現(xiàn)了美國研究式學(xué)習(xí)的教育理念。美國將研究式學(xué)習(xí)(research-based learning)作為教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)貫穿整個本科生的教學(xué)環(huán)節(jié)[2-5]。本文通過對麻省理工學(xué)院、加州伯克利分校和明尼蘇達(dá)大學(xué)理工科專業(yè)的主干課程“流體力學(xué)”的課程大綱進(jìn)行調(diào)研,對其內(nèi)容安排、實踐教學(xué)目的、組織方式等進(jìn)行了分析,為國內(nèi)石油大學(xué)的“流體力學(xué)”課程在實踐教學(xué)方式、課程內(nèi)容安排、教學(xué)體系設(shè)置等方面提供了借鑒。
二、國內(nèi)外“流體力學(xué)”課程對比
“流體力學(xué)”是國內(nèi)外理工科專業(yè)本科生的一門重要必修課,既是一門力學(xué)基礎(chǔ)理論課程,又是一門直接指導(dǎo)和應(yīng)用工程實踐的課程[2-4]。全英文“流體力學(xué)”課程不僅需要借鑒世界一流大學(xué)的授課內(nèi)容,還需要結(jié)合國內(nèi)廣大教學(xué)工作者及工程行業(yè)專家的經(jīng)驗,教學(xué)策略理應(yīng)順應(yīng)科技的發(fā)展,其授課方式不能停留在單純地講與學(xué),而是要通過授課培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實、實踐能力強(qiáng)的學(xué)生,為學(xué)生將來參與工程技術(shù)、科研工作打好基礎(chǔ)。
(一)課程大綱教學(xué)目標(biāo)及評估政策比較分析
中國石油大學(xué)工程學(xué)院開設(shè)了“流體力學(xué)”全英文課程,為本科必修課程,大學(xué)二年級開課,教學(xué)周期為半學(xué)期,共計64學(xué)時4學(xué)分。通過課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠掌握和理解流體力學(xué)的基本概念和原理,實現(xiàn)以下教學(xué)目標(biāo):(1)理解和掌握簡單的典型流動問題的基本性質(zhì),并確定求解這些流動問題的模型,如平面曲面靜水壓力計算,使用伯努利方程、斯托克斯方程求解流速、壓力及黏性流動問題等。(2)能運(yùn)用流體力學(xué)的原理應(yīng)對工程中常見的問題,如管流進(jìn)行定量計算。(3)掌握流體力學(xué)的理論,為今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
筆者通過網(wǎng)站查詢、文獻(xiàn)查詢等方式對國外知名高校的“流體力學(xué)”課程進(jìn)行了調(diào)研,梳理了麻省理工學(xué)院、加州伯克利分校、明尼蘇達(dá)大學(xué)等三所知名高校的“流體力學(xué)”課程,其教學(xué)目標(biāo)、評估方法見表1。從表1中可以發(fā)現(xiàn),流體力學(xué)的開設(shè)都建立在大學(xué)的基礎(chǔ)課程之上。麻省理工學(xué)院將流體力學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科,加州伯克利分校和明尼蘇達(dá)大學(xué)將其作為專業(yè)基礎(chǔ)課,麻省理工學(xué)院的目標(biāo)是使學(xué)生系統(tǒng)掌握流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論學(xué),直至利用數(shù)學(xué)求解知識,后兩者的目標(biāo)是學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的同時,注重結(jié)合本校學(xué)科特點,如從航天航空專業(yè)的角度,重點掌握空氣動力學(xué)方面工程問題的解決方法。
通過對比發(fā)現(xiàn),筆者講授的“流體力學(xué)”全英文課在課程目標(biāo)上更傾向于工程應(yīng)用,設(shè)置上與加州伯克利分校等高校類似,都是基于一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),結(jié)合石油工程的專業(yè)特點研究不可壓縮流體方面的問題。麻省理工學(xué)院更傾向于基礎(chǔ)研究,目標(biāo)是以流體力學(xué)學(xué)科為基礎(chǔ),拓展于工程實踐各方面的應(yīng)用。
在成績評估方面,國內(nèi)高校逐步吸收國外高校的優(yōu)點,采用學(xué)習(xí)全過程考核的理念。筆者講授的全英文“流體力學(xué)”課程的考核,兼顧通考勤、平時課內(nèi)討論、小測驗、小報告、課后作業(yè)、期末考試等多種方式,考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,國外多數(shù)高校將學(xué)生的日常表現(xiàn)、作業(yè)完成、隨堂或?qū)n}測試作為考核的重要組成部分。
(二)課程大綱教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法比較分析
中國石油大學(xué)全英文“流體力學(xué)”課程以課堂教學(xué)為主,以實驗教學(xué)為輔,教學(xué)過程中增設(shè)必要的研討環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識問題和解決問題的能力。在教學(xué)內(nèi)容上,主要以Fundamentals of Fluid Mechanics(B.R. Munson, D.F. Young,2010版)和Fluid Mechanics with Engineering Applications(E.J. Finnermore&J.B. Franzini,2003版)為基礎(chǔ)編制了教案,設(shè)5個章節(jié)、27個專題,包括介紹流體力學(xué)的基本原理及其工程應(yīng)用,內(nèi)容主要包括流體基本屬性、流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、黏性流體的動力學(xué)基礎(chǔ)和管道中的黏性流動等。在教學(xué)進(jìn)度上,每周2節(jié)課,4個學(xué)時,在期中、期末階段開設(shè)習(xí)題課。在教學(xué)手段上,采取多媒體教學(xué)和板書教學(xué)相結(jié)合的方式,針對難點問題錄制網(wǎng)上專題視頻課件,供學(xué)生復(fù)習(xí)。
麻省理工學(xué)院等3所高校的教材參考書、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法見表2。從表2中可以看出,國外高校普遍把討論課正式列入教學(xué)大綱,在教學(xué)進(jìn)度上,麻省理工學(xué)院每周有11課時的教學(xué),授課內(nèi)容多,學(xué)生要掌握和吸收的知識點很多,因此需要具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。加州伯克利分校、明尼蘇達(dá)大學(xué)對“流體力學(xué)”課程分別設(shè)置了3學(xué)分和4學(xué)分,其中明尼蘇達(dá)大學(xué)“流體力學(xué)”課程分38個課時,講解了23個專題,每周4學(xué)時的授課時間,符合一般學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。
通過比較發(fā)現(xiàn),流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度需建立在高校學(xué)科特點、學(xué)生素質(zhì)的基礎(chǔ)上,不可盲目設(shè)置。筆者講授的全英文“流體力學(xué)”課程,在教學(xué)內(nèi)容的安排和進(jìn)度上與明尼蘇達(dá)大學(xué)類似,和麻省理工學(xué)院有顯著的區(qū)別。同國內(nèi)多數(shù)全英文課程一樣,在可設(shè)課程、教案編寫、教學(xué)組織方面,筆者對國內(nèi)外大學(xué)進(jìn)行了充分的調(diào)研,在全英文課程建設(shè)方面,已基本具備了國際化基礎(chǔ)。
三、國外“流體力學(xué)”課程大綱的調(diào)整和推廣
國外高?!傲黧w力學(xué)”課程大綱更為成熟,為國內(nèi)理工科院?!傲黧w力學(xué)”全英文教學(xué)提供了多種可選的參照基準(zhǔn)。為了提高流體力學(xué)大綱編制的科學(xué)性和可操作性,國內(nèi)院校應(yīng)根據(jù)本校的學(xué)科建設(shè)、學(xué)生素質(zhì)等實際情況進(jìn)行調(diào)整。通過對標(biāo)比較,吸取國外一流高校先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗和教學(xué)理念,進(jìn)一步深化“流體力學(xué)”全英文課程的改革方案。
“流體力學(xué)”全英文課程大綱的優(yōu)化可以分為三個階段推進(jìn)。第一,以學(xué)科所在學(xué)院、在校學(xué)生為對象開展調(diào)研,在現(xiàn)有“流體力學(xué)”中文課程大綱的基礎(chǔ)上,參考國外同類型大學(xué)“流體力學(xué)”教學(xué)大綱,制定適用于本校的教學(xué)大綱和課程設(shè)計方案,提高科學(xué)性。第二,對“流體力學(xué)”全英文課程大綱與本校本科工程教育委員會人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行自我評估及驗證,提高適用性。第三,對“流體力學(xué)”全英文授課實踐不斷總結(jié)經(jīng)驗,持續(xù)調(diào)整教學(xué)實踐,使之符合本專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點,提高實效。
四、對國內(nèi)“流體力學(xué)”全英文授課創(chuàng)新的啟示和思考
當(dāng)前,在我國本科“流體力學(xué)”課程建設(shè)過程中確實存在諸多問題。主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)教材滯后、課堂授課內(nèi)容與社會需求脫節(jié)嚴(yán)重;課程內(nèi)容重“學(xué)”輕“術(shù)”,畢業(yè)生缺乏將科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)品的能力;學(xué)生缺乏必要的團(tuán)隊合作意識和溝通協(xié)調(diào)能力;等等。通過對國外流體力學(xué)教學(xué)的梳理分析,對國內(nèi)高校流體力學(xué)全英文授課模式創(chuàng)新啟示如下。
(一)把握好流體力學(xué)通識教育的本質(zhì)特征
“流體力學(xué)”全英文課程大綱也應(yīng)當(dāng)堅持以通識教育理念為指導(dǎo),提高學(xué)生的綜合素質(zhì),本著“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的原則,一方面重視流體力學(xué)理論知識的深度,在本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)增加學(xué)生的知識儲備,提高其應(yīng)用能力;另一方面要強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)理論知識的廣度和應(yīng)用。在教學(xué)方法上,力求做到教師講授與學(xué)生實踐相結(jié)合,個人學(xué)習(xí)與團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)相結(jié)合,鼓勵學(xué)生參加科研項目,通過科研實踐加強(qiáng)與教師的溝通和合作,在提高專業(yè)知識和能力的同時,培養(yǎng)團(tuán)隊意識,提高合作能力。此外,通過“流體力學(xué)”全英文課程學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生廣泛的國際視野,加強(qiáng)同國外高水平院校之間的聯(lián)系,提高學(xué)生的國際化專業(yè)素質(zhì)。
(二)課程大綱的設(shè)計應(yīng)當(dāng)關(guān)注工程實踐的需求
本科“流體力學(xué)”全英文課程大綱既不是一蹴而就的,也不是一成不變的?!傲黧w力學(xué)”全英文課程大綱的制定和修訂應(yīng)當(dāng)是動態(tài)的。對于高校來說,“流體力學(xué)”全英文課程大綱的制定和調(diào)整絕不僅僅是高校內(nèi)部的事情。高校在制定和調(diào)整“流體力學(xué)”全英文課程大綱時,要兼顧市場需求,將工程界對人才應(yīng)具備的處理實際問題的能力需求作為重要依據(jù)。同時,廣泛關(guān)注行業(yè)、學(xué)術(shù)界,以及學(xué)生群體的意見和建議,確保課程大綱在實現(xiàn)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)中的基礎(chǔ)作用。
(三)堅持基礎(chǔ)理論教學(xué)與實踐能力訓(xùn)練相結(jié)合
在國內(nèi)的本科教學(xué)過程中重理論、輕實踐的問題較為嚴(yán)重。本科生畢業(yè)后與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)較為嚴(yán)重,學(xué)生仍需長時間的培訓(xùn),大大增加了單位人力資源開發(fā)的成本。掌握扎實的基礎(chǔ)理論知識固然重要,但如果不提高實踐能力,理論知識的功能就無法得到有效的發(fā)揮。因此,在設(shè)計“流體力學(xué)”全英文課程大綱時,需考慮將兩者有機(jī)結(jié)合。在“流體力學(xué)”授課期間,除了講授理論知識外,還需要增加流體力學(xué)實驗實踐教學(xué)課程,甚至單獨增設(shè)實驗實踐課。在評價教學(xué)效果時,應(yīng)當(dāng)將學(xué)生的流體力學(xué)實驗實踐操作能力作為檢驗學(xué)生掌握流體力學(xué)理論知識的重要指標(biāo)[6]。
(四)利用信息技術(shù)發(fā)揮案例教學(xué)的作用
隨著信息化、互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,對學(xué)生綜合素質(zhì)的要求越來越高,教學(xué)方法也在不斷創(chuàng)新。從傳統(tǒng)的板書講授到多媒體教學(xué)的普及,其形式經(jīng)歷了多次演變。作為工程類基礎(chǔ)力學(xué)課程,“流體力學(xué)”擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生流體力學(xué)概念、思維及處理實際工程中問題的能力,它既是一門理論課,也是一門實踐性較強(qiáng)的課程,因此案例教學(xué)、討論式教學(xué)的引入就顯得尤其重要了。案例可選擇實際工程項目,例如在流體黏性力學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中,可以引入石油在管道中的傳輸實例,通過視頻動畫、工程軟件模擬結(jié)果,展示講解壓力、溫度等對黏性流體運(yùn)動的影響,一方面可使學(xué)生將理論知識和工程應(yīng)用聯(lián)系起來,開拓視野;另一方面加深了學(xué)生對流體力學(xué)理論知識分析方式和方法的理解,提高了學(xué)習(xí)興趣。
五、結(jié)語
“流體力學(xué)”是理工科專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課,在培養(yǎng)理工科專業(yè)復(fù)合型人才教學(xué)計劃體系中起著重要的作用。“流體力學(xué)”全英文課程建設(shè)是一個系統(tǒng)的工程,應(yīng)把握好課程大綱設(shè)計對“精品課程”建設(shè)的基礎(chǔ)作用,汲取國外先進(jìn)的經(jīng)驗,加大在課程調(diào)研、對標(biāo)分析、教學(xué)方式創(chuàng)新等方面的投入,提高教學(xué)質(zhì)量,提升課程的國際化水平。
參考文獻(xiàn)
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Investigation and Analysis of Similar International All-English Courses of Fluid Mechanics
YOU Xiang-cheng, LI Shi-yuan
(College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum 〔Beijing〕, Beijing 102249, China)
Abstract: The syllabus is a guiding document for teaching, which specifies the main objectives and content of the teaching in detail. In this paper, the syllabus of the Fluid Mechanics for undergraduate of MIT, UC Berkeley and University of Minnesota was investigated in detail, and the arrangement of its content, the purpose of practical teaching and the organization mode were analyzed. Through the interpretation of the syllabus of the course in foreign colleges and universities, this paper analyzes the contents and characteristics of all-English teaching of the course, so as to provide a reference for the innovation of all-English teaching of the Fluid Mechanics course in domestic universities. Finally, based on the analysis of current situation of undergraduate education in domestic colleges and universities, this paper puts forward some suggestions to improve the teaching.
Key words: Fluid Mechanics; all-English; similar international courses