應(yīng)用型人才培養(yǎng)視域下流體力學(xué)“五位一體”教學(xué)模式探索

田素梅 王成軍 王建明 劉愛虢

摘要文章以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為背景，在流體力學(xué)課程中提出“五位一體”的教學(xué)模式，包括層次化的課程目標(biāo)、線上線下混合式的教學(xué)方式、具有專業(yè)偏向性的教學(xué)內(nèi)容、涵蓋過程考核的評(píng)價(jià)體系和以科學(xué)觀培養(yǎng)為導(dǎo)向的思政融入等五個(gè)方面。教學(xué)效果顯示，新的教學(xué)模式可實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與科學(xué)觀引領(lǐng)相結(jié)合，有效提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型人才；流體力學(xué)；五位一體

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.12.027

在“一帶一路”“中國(guó)制造2025”等重大強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的引領(lǐng)下[1]，新型產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代工業(yè)對(duì)工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加快工程教育的改革創(chuàng)新，并逐步開啟工程教育專業(yè)認(rèn)證模式。如此，傳統(tǒng)的重知識(shí)培養(yǎng)而輕能力塑造的人才培養(yǎng)模式將面臨巨大的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在如何通過四年的本科學(xué)習(xí)過程使學(xué)生擁有終身再學(xué)習(xí)能力。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，迫切需要構(gòu)建“以學(xué)生為中心”“以能力培養(yǎng)為主線”“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的現(xiàn)代大學(xué)課程體系[2]。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┑谋究妻k學(xué)定位為培養(yǎng)高層次的應(yīng)用型人才，該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要將應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念融入各專業(yè)核心課程，讓學(xué)生深刻體會(huì)到“為什么而學(xué)”“學(xué)了之后有什么用，如何應(yīng)用”，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并做到學(xué)以致用。

流體力學(xué)課程為我校第一批省級(jí)一流課程，是能源與動(dòng)力工程和飛行器動(dòng)力工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是后續(xù)課程包括空氣動(dòng)力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、葉片機(jī)原理、航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理、燃?xì)廨啓C(jī)原理等眾多專業(yè)課程重要的理論基礎(chǔ)。近年來，流體力學(xué)課程團(tuán)隊(duì)以工程教育認(rèn)證理念為引領(lǐng)，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，提出了“五位一體”人才培養(yǎng)模式，在課程目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)體系和思政融入等五個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革，以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新能力。

1層次化的課程目標(biāo)

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，課程團(tuán)隊(duì)梳理并優(yōu)化了培養(yǎng)計(jì)劃中課程目標(biāo)與支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)之間的關(guān)系，根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)和對(duì)畢業(yè)生的培養(yǎng)要求將流體力學(xué)的課程目標(biāo)分為三個(gè)層次，分別為知識(shí)培養(yǎng)目標(biāo)、能力培養(yǎng)目標(biāo)和情感培養(yǎng)目標(biāo)。其中，知識(shí)培養(yǎng)目標(biāo)定位在能夠深入理解流體力學(xué)的基本概念和基本原理，能夠運(yùn)用靜力學(xué)、一維流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、管內(nèi)流動(dòng)相關(guān)理論求解一般流體力學(xué)問題，能夠應(yīng)用伯努利方程、動(dòng)量方程、動(dòng)量矩方程、多維流動(dòng)NS方程、相似原理與量綱分析等理論知識(shí)對(duì)專業(yè)相關(guān)的流體力學(xué)問題進(jìn)行正確表述。能力培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要組成部分，通過流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)︼w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)等動(dòng)力設(shè)備中的流體力學(xué)問題進(jìn)行提煉，并能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)對(duì)其設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的問題進(jìn)行分析和解釋。而情感培養(yǎng)目標(biāo)則貫穿于課程始終，通過線上線下混合式教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

同時(shí)，構(gòu)建課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)體系，用來評(píng)定學(xué)生是否掌握了本課程教學(xué)內(nèi)容、教師教學(xué)方法是否得當(dāng)、考試模式是否合理等。根據(jù)課程目標(biāo)性質(zhì)將評(píng)價(jià)過程區(qū)分為直接法和間接法。直接法以成績(jī)?yōu)楹诵?，?jì)算知識(shí)目標(biāo)達(dá)成度。間接法則以學(xué)生個(gè)人主觀能動(dòng)性為出發(fā)點(diǎn)，積累能力培養(yǎng)和情感培養(yǎng)的提升程度。例如，課堂表現(xiàn)、課前和課后的參與度，相互間的認(rèn)知交流等。將通過直接法得到的知識(shí)目標(biāo)達(dá)成度和情感目標(biāo)提升度進(jìn)行加權(quán)，得到總課程目標(biāo)達(dá)成度。

2線上線下混合式教學(xué)方式

傳統(tǒng)課堂往往以教師講授為主，而學(xué)生要做的是聆聽、理解和記憶。這種教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)在于教師與學(xué)生是面對(duì)面交流的，學(xué)生可以從老師的語言和動(dòng)作中提煉重點(diǎn)，并適當(dāng)輔以記錄，在上課過程中即可完成對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的理解和記憶，適合重要理論知識(shí)內(nèi)容和復(fù)雜推導(dǎo)過程的傳遞。然而，這種教學(xué)模式的弊端也是明顯的，在引新和互動(dòng)時(shí)都會(huì)占用課堂時(shí)間，難以保證課堂效率，且學(xué)生也難以做到在長(zhǎng)時(shí)間課堂教學(xué)過程中保持旺盛的精力，而由于注意力不集中所以沒聽懂的內(nèi)容卻不再有復(fù)現(xiàn)的可能。

目前，“流體力學(xué)”課程已在雨課堂和學(xué)習(xí)通平臺(tái)上建設(shè)了完整的線上教學(xué)資源，這些線上教學(xué)資源基本涵蓋了大綱規(guī)定的所有教學(xué)內(nèi)容?；诰€上教學(xué)資源，課程在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)可以采用線上線下混合式教學(xué)模式，將教學(xué)過程分為三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)、教師主導(dǎo)的線下課程教學(xué)環(huán)節(jié)和師生交流環(huán)節(jié)。第一個(gè)環(huán)節(jié)以學(xué)生為主體，學(xué)生可以利用線上資源從自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、興趣愛好、主觀需求出發(fā)，理解、記憶并吸收感興趣的流體力學(xué)知識(shí)，之后完成自我評(píng)價(jià)和自我完善。第二個(gè)環(huán)節(jié)是以教師為主導(dǎo)的教學(xué)過程，包括課程內(nèi)容分解、組織學(xué)習(xí)、過程演示、典型工程問題分析、總結(jié)與反饋等。師生交流環(huán)節(jié)則包括教師點(diǎn)撥、補(bǔ)充激勵(lì)和歸納總結(jié)等。這些線上教學(xué)資源與線下課堂一起，形成了一種線上線下混合式的教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

盧梭曾說過，教學(xué)必須讓我們學(xué)會(huì)做到，他會(huì)了的東西，不是你告訴了他，而是由于他自己的實(shí)踐和對(duì)問題的不斷理解[4]。在混合式教學(xué)模式下，針對(duì)流體力學(xué)課程的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，采用循序漸進(jìn)式教學(xué)方法和項(xiàng)目教學(xué)法[5]可以讓學(xué)生不斷加深對(duì)問題的理解。在教學(xué)預(yù)習(xí)階段采用循序漸進(jìn)式教學(xué)方法是適宜的。教師針對(duì)教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備一些典型的流體力學(xué)問題和現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行思考。比如在講伯努利原理之前，先引導(dǎo)學(xué)生對(duì)飛機(jī)升力問題進(jìn)行分析，并布置預(yù)習(xí)任務(wù)（觀察學(xué)校停機(jī)坪上飛機(jī)的“空速管”，試闡述其作用和工作原理）。學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中會(huì)對(duì)知識(shí)產(chǎn)生多方面的理解，這些理解將在課堂教授和師生交流的過程中被證實(shí)或是被否定。在這個(gè)認(rèn)知―理解―否定―再理解的過程中，學(xué)生完成了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和解決工程問題能力的提升。在教學(xué)任務(wù)完成階段，可以采用項(xiàng)目教學(xué)法，教學(xué)班學(xué)生分組學(xué)習(xí)，充分利用國(guó)家級(jí)教學(xué)實(shí)踐基地的資源，鼓勵(lì)學(xué)生去探索、發(fā)現(xiàn)專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的流體力學(xué)問題，通過查閱資料、小組討論的方式分析問題并最終形成學(xué)習(xí)報(bào)告。對(duì)于項(xiàng)目學(xué)習(xí)完成出色的同學(xué)，任課教師可以鼓勵(lì)學(xué)生參加校級(jí)、省級(jí)甚至國(guó)家級(jí)的相關(guān)創(chuàng)新大賽，以賽促教。這不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在指導(dǎo)學(xué)生參賽的過程中，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算流體力學(xué)知識(shí)，對(duì)自己設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行數(shù)值模擬以輔助設(shè)計(jì)過程，在創(chuàng)新的過程中形成終身學(xué)習(xí)能力。

3具有專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容

流體力學(xué)課程使用的教材是孔瓏主編的《工程流體力學(xué)》[6]，主要面向能源動(dòng)力類、機(jī)械類專業(yè)以及建筑環(huán)境與設(shè)備工程、給水排水工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程、船舶與海洋工程、安全工程等專業(yè)。在內(nèi)容上多數(shù)例題具有工程普適性，與飛行器動(dòng)力工程專業(yè)和能源與動(dòng)力工程專業(yè)相關(guān)的流體力學(xué)問題涉及得較少。

為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、拓寬行業(yè)視野，課程內(nèi)容需注重與專業(yè)方向相結(jié)合，流體力學(xué)課程團(tuán)隊(duì)以航空航天知識(shí)為背景，在教學(xué)過程中適當(dāng)融入航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，增加專業(yè)特色教學(xué)內(nèi)容。例如，為飛行器動(dòng)力工程專業(yè)的學(xué)生增加了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道中氣體流動(dòng)、燃油噴嘴的旋流噴射、燃燒室中復(fù)雜湍流流動(dòng)、尾噴管中的高溫高壓氣體流動(dòng)等問題。而當(dāng)教學(xué)對(duì)象為能源與動(dòng)力專業(yè)的學(xué)生時(shí)，增添了液壓機(jī)械的工作原理，離心泵和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作模式，讓學(xué)生嘗試將水力發(fā)電的實(shí)際工程問題簡(jiǎn)化成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)值模擬模型。增添的專業(yè)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)可以作為線上學(xué)習(xí)內(nèi)容和練習(xí)項(xiàng)目，在不增加課堂講授課時(shí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

4包含過程考核的評(píng)價(jià)體系

課程考核是檢驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵手段，傳統(tǒng)考試以試卷成績(jī)作為主要的考核標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上忽略了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。在新形勢(shì)下，教育部印發(fā)《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》，強(qiáng)調(diào)“要切實(shí)加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程考核，加大過程性考核成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中的比重”[7]。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，流體力學(xué)課程在傳統(tǒng)考核標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上增添了過程考核體系。過程考核范圍涵蓋了學(xué)生的出勤情況、課堂表現(xiàn)、課堂討論參與度、課后調(diào)研能力以及翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ?，目的是引?dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，提升興趣，避免出現(xiàn)為了應(yīng)付考試而死記硬背、臨時(shí)突擊的情況。在教學(xué)過程中借助互聯(lián)網(wǎng)手段（雨課堂、慕課堂等）實(shí)現(xiàn)隨課小測(cè)驗(yàn)、單元測(cè)驗(yàn)、互動(dòng)討論以及學(xué)情調(diào)研。教學(xué)過程的數(shù)據(jù)分析可以有效展示學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和知識(shí)掌握程度，課程目標(biāo)的達(dá)成度分析可以反映出教學(xué)過程中存在的不足，教師與學(xué)生的多維度互動(dòng)可以不斷地改進(jìn)和完善教學(xué)過程。

5以科學(xué)觀培養(yǎng)為導(dǎo)向的思政融入

結(jié)合我校高水平應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)定位，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能的同時(shí)，流體力學(xué)課程也注重培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀。一方面可以培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的學(xué)習(xí)習(xí)慣和行為方式，幫助其樹立辯證唯物主義世界觀和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，理解自然科學(xué)所蘊(yùn)含的哲學(xué)思想，另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及終身學(xué)習(xí)的能力。

由于改革后的流體力學(xué)課程針對(duì)不同專業(yè)學(xué)生制訂了具有偏向性的教學(xué)內(nèi)容，可以方便且合理地融入課程思政元素，實(shí)現(xiàn)育人與育才的雙育人模式。在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)觀的實(shí)施過程中，首先要讓學(xué)生清晰了解流體力學(xué)的發(fā)展史線，提煉并掌握科學(xué)研究方法。在緒論階段，要讓學(xué)生明確所學(xué)課程在自然科學(xué)發(fā)展史上所處的地位，所學(xué)知識(shí)在力學(xué)體系內(nèi)所處的階段。隨著教學(xué)內(nèi)容的逐步展開，可以在知識(shí)點(diǎn)講授過程中穿插對(duì)流體力學(xué)有貢獻(xiàn)的科學(xué)家生平史話的介紹，可以讓學(xué)生清晰明了流體力學(xué)發(fā)展的歷史脈絡(luò)，以宏大的視角和包容且寬廣的胸懷擁抱科學(xué)。其次，要融合工程實(shí)例和前沿課題，樹立求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。流體力學(xué)課程作為專業(yè)核心課程，對(duì)學(xué)生畢業(yè)后再學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)具有重要意義，所扮演的角色也多姿多彩，可以體現(xiàn)出科學(xué)與工程深度融合的特質(zhì)，在教學(xué)過程中可以充分利用。實(shí)踐表明，基于流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)所延伸出來的工程實(shí)例和科學(xué)前沿，多數(shù)學(xué)生是感興趣的，對(duì)提升學(xué)生探索科學(xué)技術(shù)的勇氣和培養(yǎng)其求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神具有重要意義。再者，流體力學(xué)課程立足開放考核和工程牽引，培育了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和家國(guó)情懷。非標(biāo)準(zhǔn)答案的過程考核鼓勵(lì)學(xué)生們主動(dòng)結(jié)合歷史時(shí)事，發(fā)現(xiàn)身邊與流體力學(xué)相關(guān)的問題，例如神舟十五號(hào)發(fā)射過程中發(fā)動(dòng)機(jī)推力的形成等，讓學(xué)生思考其中蘊(yùn)含的科學(xué)思想與政治內(nèi)涵。同時(shí)，在流體力學(xué)授課過程中，拓展了教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，將流體力學(xué)與我國(guó)航空航天工程、橋梁工程、探月工程等體現(xiàn)我國(guó)綜合國(guó)力的重大工程相融合，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀，為畢業(yè)后的職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

6結(jié)論

流體力學(xué)課程團(tuán)隊(duì)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)視域下提出的“五位一體”教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了線下課程理論深度和線上課程拓展寬度的“點(diǎn)面結(jié)合”，學(xué)生反饋良好。過程性考核的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)和考核數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生的課堂參與度和知識(shí)掌握程度得到有效提升，學(xué)生對(duì)流體力學(xué)相關(guān)問題表現(xiàn)出濃厚興趣，對(duì)流體力學(xué)相關(guān)的競(jìng)賽參與度較高。在提高學(xué)生的課堂參與度和積極性的同時(shí)，有效提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力，提高了學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力。并且教學(xué)過程中流體力學(xué)發(fā)展史、科技前沿和大國(guó)工程的融入，可幫助學(xué)生提高創(chuàng)新思維能力并樹立正確的科學(xué)觀。

基金項(xiàng)目：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)教改項(xiàng)目“基于工程教育認(rèn)證理念的《流體力學(xué)》課程構(gòu)建”（2022）；遼寧省線上線下混合式一流課程建設(shè)項(xiàng)目。

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