工程教育認(rèn)證背景下油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

汪 銳，付 強(qiáng)，屈成亮，潘高峰

(吉林化工學(xué)院石油化工學(xué)院，吉林 吉林 132022)

基于《華盛頓協(xié)議》的工程教育認(rèn)證，是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。通過開展工程教育專業(yè)認(rèn)證，能有效保障我國工程教育人才培養(yǎng)的質(zhì)量，也是保證教育質(zhì)量和教育質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的過程，是實(shí)現(xiàn)國家“新工科”建設(shè)的重要手段[1-4]。其理念要求“以學(xué)生為中心”、“目標(biāo)導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”。

《工程流體力學(xué)》是油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)作為該專業(yè)研究生入學(xué)考試必備課程之一，一直以來受到廣大師生的高度重視。要求學(xué)生通過本門課程學(xué)習(xí)，熟悉流體平衡和運(yùn)動(dòng)的基本概念，能夠根據(jù)質(zhì)量守恒定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理和能量守恒定律等基本原理以及相似理論和量綱分析法開展模型實(shí)驗(yàn)，分析流體平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而具備一定的分析、解決工程實(shí)際中流體力學(xué)問題的能力。為后續(xù)《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》《油氣集輸》和《油氣管道設(shè)計(jì)與管理》等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。該課程的特點(diǎn)是理論性較強(qiáng)，數(shù)學(xué)公式繁多，推導(dǎo)復(fù)雜，并且由于該課程對學(xué)生的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)以及綜合分析和處理問題能力的要求較高，學(xué)生普遍反映是一門難學(xué)的課程，教學(xué)難度較大，但在油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)課程體系中處于非常重要的地位[6]。因此，其課程教學(xué)改革與質(zhì)量的保證為本專業(yè)之重。

圖1 《工程流體力學(xué)》在油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)課程體系中的地位

我校油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)作為吉林省唯一本科、特色專業(yè)，在課程內(nèi)容優(yōu)化、專業(yè)及相關(guān)學(xué)科前沿、熱點(diǎn)內(nèi)容的引入方面明顯存在不足，缺乏課程教學(xué)的針對性，與畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成關(guān)聯(lián)度不強(qiáng)，不能完全契合當(dāng)下主流教育改革理念。同時(shí)為了適應(yīng)新時(shí)代課程建設(shè)的要求，培養(yǎng)優(yōu)秀儲(chǔ)運(yùn)人才，專業(yè)和課程的設(shè)置也應(yīng)該在先進(jìn)理念的引領(lǐng)下與時(shí)俱進(jìn)。本文主要結(jié)合《工程流體力學(xué)》課程和油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的特點(diǎn)，從專業(yè)認(rèn)證理念出發(fā)，提出了從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面進(jìn)行改革，對促進(jìn)本專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)與工程教育專業(yè)認(rèn)證的銜接有一定的意義。

1 教學(xué)過程中存在的問題

1.1 缺乏與課程相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)資源

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是考察應(yīng)用型人才的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，許多工程實(shí)際問題的解決與工程經(jīng)驗(yàn)的積累尤為相關(guān)，對于《工程流體力學(xué)》這門課而言，本身側(cè)重于解決工程實(shí)際問題，其中許多理論，也來自于工程實(shí)踐，是實(shí)踐的總結(jié)和概括，反過來工程實(shí)踐也能促進(jìn)理論的發(fā)展。現(xiàn)階段課堂教學(xué)過程中，對于許多理論學(xué)生只能被動(dòng)接受，缺乏與之相配套的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐資源，由于沒有直接的對工程實(shí)際中的流動(dòng)現(xiàn)象的觀察和理解，進(jìn)而造成學(xué)生對工程實(shí)際現(xiàn)象認(rèn)知、理解不到位，致使解決油氣儲(chǔ)運(yùn)復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)不到要求。

1.2 學(xué)時(shí)少、考核方式單一

目前我?！豆こ塘黧w力學(xué)》為48課時(shí)，由于教學(xué)學(xué)時(shí)有限，同時(shí)考慮到課程知識(shí)的多元以及復(fù)雜性，往往為了兼顧教學(xué)計(jì)劃，依據(jù)教學(xué)大綱和授課計(jì)劃灌輸式教學(xué)成為了主要的教學(xué)手段。因而，造成學(xué)生學(xué)習(xí)過程中大多被動(dòng)接受，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和積極性，對知識(shí)理解、掌握以及運(yùn)用較差。并且，由于教學(xué)過程中學(xué)生缺乏思考、歸納、總結(jié)和實(shí)踐，導(dǎo)致學(xué)生對于整個(gè)知識(shí)體系的掌握凌亂、不成體系，也不利于對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課程最終成績由平時(shí)成績(30%)和期末考試(70%)相結(jié)合形式進(jìn)行評(píng)定，而期末考試出題過程中，往往由于考慮到學(xué)生掌握程度以及一些公式復(fù)雜性，因此，試卷上一般僅考察基礎(chǔ)理論和簡單計(jì)算，學(xué)生應(yīng)對考試的方式，也大多采用死記硬背，致使學(xué)生即便通過考試后，也不能夠很好掌握相應(yīng)的知識(shí)，更談不上靈活運(yùn)用和分析具體實(shí)際問題。這顯然與我校目前應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)相背離，也不符合工程認(rèn)證教育理念，對于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用與工程實(shí)踐能力不利。

2 教學(xué)改革措施

2.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，確定合理的課程目標(biāo)

徹底改變傳統(tǒng)學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)和目標(biāo)導(dǎo)向不合理的學(xué)習(xí)和教育方式，基于OBE(Outcome-based education)理念，按照培養(yǎng)方案要求，以支撐畢業(yè)要求及指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成為目的，以專業(yè)輔助、行業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合課程的學(xué)科知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，確定明確、合理的課程目標(biāo)，加強(qiáng)教學(xué)過程考核與管理，以保證對畢業(yè)要求的充分支撐關(guān)系，改進(jìn)現(xiàn)有課程目標(biāo)不足之處，只有這樣才能找到課程建設(shè)中存在的問題，進(jìn)而推動(dòng)課程改革，促進(jìn)課程建設(shè)持續(xù)改進(jìn)。也只有明確的目標(biāo)才能保證專業(yè)課程改革“目標(biāo)-內(nèi)容-標(biāo)準(zhǔn)-評(píng)價(jià)”等一系列過程設(shè)置的連續(xù)性、科學(xué)性以及支撐的邏輯關(guān)系。

2.2 優(yōu)化調(diào)整課程內(nèi)容

2.2.1 引入工程案例

對于油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)所涉及的專業(yè)設(shè)備，簡單來講無非是管、罐、泵的設(shè)計(jì)與使用[7]，我們可以嘗試在教學(xué)過程中，把知識(shí)點(diǎn)融入到儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備中、工程案例里，甚至是編成例題進(jìn)行講解?；凇盎A(chǔ)理論-案例分析-工程應(yīng)用”這樣的教學(xué)模式[8]，學(xué)生既能夠有效掌握相關(guān)理論知識(shí)，同時(shí)也對該理論在實(shí)際中的應(yīng)用也得到了訓(xùn)練。例如，在分析流體在管道內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律時(shí)，結(jié)合部分長輸管道設(shè)計(jì)案例，學(xué)生既能夠掌握壓力、阻力、流速和輸量的關(guān)系，也能夠了解此處的學(xué)習(xí)，可以用來設(shè)計(jì)輸油管徑、校核管材強(qiáng)度、布置管線以及選擇泵的大小、類型和設(shè)計(jì)泵的安裝位置等；此外，也要注意將《工程流體力學(xué)》中與《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》《油氣集輸》《油氣管道設(shè)計(jì)與管理》和《泵和壓縮機(jī)》等專業(yè)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合，向?qū)W生滲透，并闡明側(cè)重點(diǎn)。

2.2.2 引入課程思政

課程思政是新時(shí)代下落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要教育理念，要求教師在上課過程中，融入思政元素，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)定理想信念，樹立正確的人生觀、世界觀和價(jià)值觀，培育學(xué)生獨(dú)立的思考、溝通和交流能力，以達(dá)到教書育人的目的[9]，除此之外，合適的哲學(xué)思維和方法的引入，也能幫助學(xué)生更好地理解和接受相應(yīng)的理論知識(shí)。例如，在講解流體平衡微分方程推導(dǎo)時(shí)，通過引入“抽象問題具體化”的自然辯證法思維，引導(dǎo)學(xué)生借鑒數(shù)學(xué)之中的“微元分析”方法，建立模型，使本身晦澀、難懂問題具體化，更加便于學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解。

2.2.3 增加與課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)

(1)匹配與課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐

流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是對抽象復(fù)雜的理論知識(shí)的驗(yàn)證和演示過程，是學(xué)生職業(yè)技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。通過開展相應(yīng)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)，這對于幫助學(xué)生加深理解復(fù)雜的理論知識(shí)有著重要的作用，同時(shí)也可以增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，然而，現(xiàn)今課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中恰恰缺少這方面相關(guān)內(nèi)容，在學(xué)時(shí)允許的前提下，向課堂中引入相應(yīng)的演示和實(shí)驗(yàn)，比如流態(tài)分析實(shí)驗(yàn)、牛頓平板實(shí)驗(yàn)以及畢托管測速實(shí)驗(yàn)等。同時(shí)也可以考慮將計(jì)算流體力學(xué)軟件 “Fluent”引入課程教學(xué)[10]，研究簡單的流體流動(dòng)、熱傳遞以及化學(xué)反應(yīng)等問題，如通過設(shè)置簡單分析計(jì)算，研究噴口出流、電子元件冷卻以及汽車尾氣對環(huán)境污染擴(kuò)散問題等，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的理解和運(yùn)用，同時(shí)對于今后將走向科研崗位的同學(xué)也能夠打下一定基礎(chǔ)。

(2)借助學(xué)生大賽、實(shí)訓(xùn)和實(shí)踐等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步加強(qiáng)對相應(yīng)知識(shí)的學(xué)習(xí)

以全國油氣儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽以及實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)等為切入點(diǎn)出發(fā)，積極引導(dǎo)學(xué)生參與到上述過程當(dāng)中，讓學(xué)生在大賽過程中將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步融會(huì)貫通，應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中去，通過學(xué)科競賽的方式，加強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的理解和運(yùn)用的同時(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和工程設(shè)計(jì)能力。

2.3 優(yōu)化教學(xué)方法

由上述可知，本門課程教學(xué)包含復(fù)雜、繁多的公式推導(dǎo)、證明和計(jì)算過程，因此，一直以來多采用PPT 課件輔以板書的形式，來完成教學(xué)過程。這樣的模式顯然與“以學(xué)生為中心”的教育理念相悖。鑒于此，本科程嘗試采用“理論+實(shí)踐”和教師集中講授、輔導(dǎo)+“學(xué)生微課參與”[11]，相結(jié)合的教學(xué)模式。重點(diǎn)的知識(shí)，通過課上反復(fù)強(qiáng)調(diào)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課堂案例分析等手段，讓學(xué)生在課內(nèi)外反復(fù)得到訓(xùn)練，尤其是通過課外自主的積極、主動(dòng)查閱資料，思考并解決問題的過程中，夯實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)變被動(dòng)為主動(dòng)，充分釋放學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和積極性。

2.4 改革考核方式，采用多元考核方式，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)

鑒于目前的考核方式，計(jì)劃將成績考核分散在平時(shí)教學(xué)、期末考試以及實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)中，弱化以期末考試成績作為學(xué)生學(xué)習(xí)成效的主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將整個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)中涉及到的知識(shí)、能力以及情感的考核作為重點(diǎn)，分解到各個(gè)環(huán)節(jié)之中。

調(diào)整后成績結(jié)構(gòu)：在現(xiàn)有的平時(shí)成績和期末考試的基礎(chǔ)上，加入實(shí)踐成績和論文案例研討成績，具體比例分別為：平時(shí)成績占20%，實(shí)踐成績占10%、論文案例研討成績10%和期末考試占60%。其中論文案例研討，要求學(xué)生從身邊的流體力學(xué)現(xiàn)象出發(fā)，例如高爾夫球?yàn)槭裁丛O(shè)計(jì)成凹凸不平的、洗衣機(jī)洗衣服時(shí)為什么口袋總是容易反過來以及機(jī)翼擾流現(xiàn)象、火箭、跑車等飛行器和車身的設(shè)計(jì)問題等，結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，進(jìn)行分析撰寫一篇小論文或做一次PPT展示；實(shí)踐成績可以借助計(jì)算流體力學(xué)軟件，讓學(xué)生進(jìn)行簡單分析，以此提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。具體如表1所示。

表1 《工程流體力學(xué)》考核評(píng)價(jià)表

為了保證對課程目標(biāo)的達(dá)成效果進(jìn)行跟蹤和反饋，建立定量與定性評(píng)價(jià)相結(jié)合評(píng)價(jià)方法，發(fā)現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在問題和不足，以及持續(xù)改進(jìn)的方向和階段性任務(wù)，最終確定改進(jìn)閉環(huán)。

3 結(jié) 語

在工程教育認(rèn)證和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的背景下，對《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行了分析和改革，采用優(yōu)化調(diào)整課程內(nèi)容、增加與課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)以及采用多元考核方式等的策略，提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效，培養(yǎng)學(xué)科的思維方式，提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用與工程實(shí)踐能力，以期實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)出的學(xué)生，能夠在石油、天然氣、化工等相關(guān)領(lǐng)域從事儲(chǔ)運(yùn)生產(chǎn)運(yùn)行、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究等工作，成為面向生產(chǎn)、管理一線的現(xiàn)代化工程師和管理者。