基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法的“流體力學(xué)”教學(xué)模式改革探索與實(shí)踐

胡曉+羅威+李瑞萍

【摘要】文章在環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程“流體力學(xué)”的教學(xué)中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，根據(jù)課程的教學(xué)要求和培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目整體實(shí)施方案，分析并擬定具體任務(wù)，最后以實(shí)施案例論證了任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在課堂教學(xué)中的運(yùn)用效果，肯定了該模式對(duì)崗位專(zhuān)業(yè)能力培養(yǎng)的有效性，同時(shí)指出了任務(wù)驅(qū)動(dòng)法執(zhí)行過(guò)程中需要改進(jìn)的地方。

【關(guān)鍵詞】任務(wù)驅(qū)動(dòng)；流體力學(xué)；能力培養(yǎng)；教學(xué)目標(biāo)；教學(xué)內(nèi)容

【基金項(xiàng)目】三峽大學(xué)教研項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目：基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的《流體力學(xué)》教學(xué)改革與實(shí)踐。項(xiàng)目編號(hào)：J2015001。

一、引言

《流體力學(xué)》課程是本校環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)科人才培養(yǎng)方案中設(shè)置的總學(xué)時(shí)是48學(xué)時(shí)，其中理論授課學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí)。《流體力學(xué)》課程以研究流體的平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律為核心，通過(guò)各教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握流體運(yùn)動(dòng)的基本概念和計(jì)算方法，并能應(yīng)用流體力學(xué)的基本理論，結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式或數(shù)值模擬來(lái)解決環(huán)境工程領(lǐng)域中的實(shí)際問(wèn)題[1]，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程、從事工程技術(shù)工作和進(jìn)行科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。該門(mén)課程涉及的理論內(nèi)容較為繁雜，抽象概念多，理論性強(qiáng)，公式推導(dǎo)較多，要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及較強(qiáng)的邏輯思維能力和理解能力[2]。

筆者通過(guò)三年以來(lái)的授課經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生覺(jué)得該門(mén)課程的內(nèi)容比較枯燥，學(xué)生對(duì)于一些基礎(chǔ)概念的理解較為模糊。由于環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生之前并沒(méi)有接觸過(guò)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程，普遍缺乏對(duì)流體和力學(xué)這兩類(lèi)概念的感性認(rèn)識(shí)；另外，由于《流體力學(xué)》與環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)其他專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，如《水污染控制工程》《大氣污染控制工程》等，在講解內(nèi)容和關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)上存在明顯的差異性，導(dǎo)致大部分學(xué)生并不能將所學(xué)的理論知識(shí)靈活應(yīng)用于該專(zhuān)業(yè)的相關(guān)領(lǐng)域。

近年來(lái)，盡管授課教師在課堂教學(xué)方法上采取了以提問(wèn)和讓學(xué)生講解習(xí)題為主的授課形式來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，但實(shí)際的實(shí)施效果并不明顯。雖然期末考試的范圍僅限于課本上已講章節(jié)內(nèi)容，考試題目也越來(lái)越簡(jiǎn)單，但每次期末考試的及格率卻不甚理想，不及格率幾乎呈逐年上升趨勢(shì)。每個(gè)學(xué)期總有一定比例的學(xué)生因?yàn)樵撜n程所涉及的理論公式太多，公式推導(dǎo)過(guò)程過(guò)于繁瑣枯燥而主動(dòng)放棄了《流體力學(xué)》課程的學(xué)習(xí)。在工程實(shí)踐中連最基本的流體力學(xué)知識(shí)都不能掌握，對(duì)理論知識(shí)的簡(jiǎn)單應(yīng)用更是無(wú)從談起，這為未來(lái)的個(gè)人職業(yè)生涯埋下了隱患[3-4]。

二、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的課堂實(shí)踐

在教學(xué)方式上，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)課堂教學(xué)實(shí)行的都是傳統(tǒng)的“教-學(xué)”模式，即教師在課堂上講解，學(xué)生接受知識(shí)；教師布置課后作業(yè)，學(xué)生課外復(fù)習(xí)，完成知識(shí)的內(nèi)化過(guò)程。這樣的教學(xué)方法致使學(xué)生養(yǎng)成了被動(dòng)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，認(rèn)為學(xué)習(xí)的作用是為了考試過(guò)關(guān)，順利拿到畢業(yè)證。因此，要想提高課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，必須充分發(fā)揮學(xué)生的自主性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)課本知識(shí)進(jìn)行自我解讀和自我理解，突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。這樣，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性就會(huì)被調(diào)動(dòng)起來(lái)，整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程就會(huì)形成良性循環(huán)，達(dá)到事半功倍的效果。

基于上述思想，筆者針對(duì)《流體力學(xué)》課堂教學(xué)過(guò)程中所存在的種種現(xiàn)象，利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法的基本理論，對(duì)《流體力學(xué)》課堂教學(xué)模式的改革進(jìn)行了初步探索與實(shí)踐。

（一）任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的概念和特點(diǎn)

所謂任務(wù)驅(qū)動(dòng)，就是在學(xué)習(xí)流體力學(xué)理論知識(shí)的過(guò)程中，學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個(gè)共同的任務(wù)活動(dòng)中心，在強(qiáng)烈的問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)資源的積極主動(dòng)應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時(shí)，產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)[5-6]。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法最根本的特點(diǎn)就是“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”，以教定學(xué)的被動(dòng)教學(xué)模式，創(chuàng)造了以學(xué)定教、學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學(xué)習(xí)模式，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也能夠一定程度上提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及與他人協(xié)作的能力[7-8]。

（二）任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在課堂教學(xué)的具體實(shí)施

學(xué)校針對(duì)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的《流體力學(xué)》課程提出了明確的教學(xué)目標(biāo)和要求，即該課程的教學(xué)過(guò)程中需要突出理論教學(xué)與環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)際工程背景和崗位需求相結(jié)合的能力培養(yǎng)。這就要求《流體力學(xué)》的教學(xué)過(guò)程中要摒棄以往偏重理論知識(shí)講解和公式推導(dǎo)的教學(xué)思維，轉(zhuǎn)而側(cè)重于基礎(chǔ)理論和規(guī)律與實(shí)際工程應(yīng)用的相互銜接與貫通。因此，要讓學(xué)生了解所學(xué)知識(shí)在本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，有必要采用以工程案例和科研項(xiàng)目為先導(dǎo)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。這樣能夠讓學(xué)生帶著真實(shí)的任務(wù)去學(xué)習(xí)，通過(guò)具體任務(wù)的實(shí)施掌握流體的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其工程應(yīng)用背景，實(shí)現(xiàn)特定的教學(xué)目標(biāo)。為此，本文設(shè)計(jì)了基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的教學(xué)實(shí)施過(guò)程，具體實(shí)施流程如圖1所示。

圖1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的實(shí)施流程

1.能力培養(yǎng)目標(biāo)的確定

依據(jù)企業(yè)調(diào)研，通過(guò)對(duì)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)崗位工作需求的調(diào)查了解、專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案的解讀和課程設(shè)置體系的分析，確定了環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)《流體力學(xué)》課程的能力培養(yǎng)目標(biāo)[9-10]：

（1）熟悉連續(xù)介質(zhì)模型的內(nèi)容，能夠從本質(zhì)上區(qū)分連續(xù)流體與離散顆粒的概念；

（2）掌握靜止液體中的靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律和壓強(qiáng)傳遞原理，了解等壓面的性質(zhì)及其應(yīng)用；

（3）熟練應(yīng)用測(cè)壓計(jì)測(cè)量和計(jì)算平衡液體的靜水壓強(qiáng)；

（4）能夠運(yùn)用水靜力學(xué)理論分析計(jì)算環(huán)境工程學(xué)科中典型平面和曲面的靜水總壓力；

（5）熟練掌握運(yùn)動(dòng)流體規(guī)律，并能應(yīng)用三大守恒方程來(lái)解決環(huán)境工程學(xué)科中的流動(dòng)問(wèn)題；

（6）能夠根據(jù)已知水流速度和給定流動(dòng)邊界特征尺寸，計(jì)算水流的實(shí)時(shí)雷諾數(shù)并判別液流流態(tài)；

（7）熟悉不同湍流分區(qū)的沿程阻力隨壁面相對(duì)粗糙（光滑）度和雷諾數(shù)的變化規(guī)律；endprint

（8）熟練掌握簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算并能運(yùn)用到環(huán)境工程領(lǐng)域典型流體輸配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

圖2 《流體力學(xué)》課程理論框架示意圖

2.任務(wù)設(shè)計(jì)

任務(wù)設(shè)計(jì)是任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的關(guān)鍵一步，既要保證設(shè)計(jì)任務(wù)的趣味性和合理性，又能反映環(huán)境工程領(lǐng)域比較典型的流動(dòng)現(xiàn)象和問(wèn)題。同時(shí)，任務(wù)的內(nèi)容必須是與課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，并且通過(guò)任務(wù)的實(shí)施和完成能夠?qū)崿F(xiàn)課程的能力培養(yǎng)目標(biāo)。根據(jù)學(xué)校對(duì)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)《流體力學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容要求（如圖2所示），結(jié)合該專(zhuān)業(yè)的崗位能力需求，設(shè)定以專(zhuān)業(yè)崗位能力培養(yǎng)為目的的課堂任務(wù)，具體的任務(wù)設(shè)定如表1所示。

本能力培養(yǎng)項(xiàng)目先后通過(guò)流體流動(dòng)顯示等實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)單使用操作到不同類(lèi)型邊界內(nèi)水流特征的觀察、典型流動(dòng)條件下的流體水動(dòng)力參數(shù)測(cè)定分析，以及典型管道流態(tài)顯示、沿程水頭損失測(cè)定和虹吸管水泵等管道系統(tǒng)的實(shí)際工程應(yīng)用和水力計(jì)算，保證了該專(zhuān)業(yè)大部分學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和思維方式能夠得到充分的練習(xí)和鍛煉，使他們既熟悉和掌握了流體力學(xué)中相關(guān)典型參數(shù)和流動(dòng)現(xiàn)象的觀測(cè)分析方法，又提高了實(shí)際操作技能和綜合分析能力。

三、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施效果

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)能力和課堂教學(xué)效果明顯提高

通過(guò)建立多媒體課件教學(xué)、可視化教學(xué)軟件，結(jié)合動(dòng)畫(huà)演示和實(shí)訓(xùn)一體化的多功能實(shí)訓(xùn)室，通過(guò)可視化仿真軟件，將各種流動(dòng)形態(tài)形象以動(dòng)畫(huà)形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，使原本抽象的概念變得清晰易懂。在進(jìn)行多媒體教學(xué)的同時(shí)，采用多種教學(xué)方式，突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn)，使學(xué)生全面理解與掌握流體力學(xué)的理論和方法。將工程實(shí)踐作為理論教學(xué)延伸的觀念，將學(xué)生崗位能力培養(yǎng)作為核心，以工程項(xiàng)目和實(shí)訓(xùn)為引導(dǎo)，以課堂教學(xué)任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)生為主體，實(shí)施“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)方法，突出理論教學(xué)為提高學(xué)生工作技能、工程應(yīng)用和崗位服務(wù)的主題。

學(xué)生在實(shí)施具體任務(wù)的過(guò)程中，了解了本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域特定崗位的工作內(nèi)容和專(zhuān)業(yè)技能要求。大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚，態(tài)度積極認(rèn)真，對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題的能力有了一定程度的提高，對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)的工作內(nèi)容有所體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，這也極大提高了他們的崗位操作技能，為學(xué)生以后走上工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

（二）完成校級(jí)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè)

通過(guò)對(duì)學(xué)?！读黧w力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容的分析深化和優(yōu)化調(diào)整，本課程完成了校級(jí)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè)。學(xué)生可進(jìn)入課程網(wǎng)址觀看該課程完整的教學(xué)文件和多媒體課件進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，并可通過(guò)在線答疑解決問(wèn)題，促使教學(xué)網(wǎng)站成為學(xué)生課余學(xué)習(xí)的好幫手。以豐富的多媒體資源，避免“填鴨式”理論教學(xué)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步拓寬知識(shí)面和應(yīng)用能力，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

根據(jù)《流體力學(xué)》課程的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，擬定了以崗位能力培養(yǎng)為目的的任務(wù)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，同時(shí)編寫(xiě)了學(xué)校環(huán)境工程的《流體力學(xué)》實(shí)訓(xùn)教案。除了與流體力學(xué)相關(guān)的普通實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作技能實(shí)訓(xùn)之外，增開(kāi)了具備環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)特色的流體力學(xué)綜合實(shí)訓(xùn)任務(wù)，如氧化溝工作過(guò)程中較為典型水動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象觀察和分析，環(huán)境工程學(xué)科典型管嘴和孔口出流的水力計(jì)算，虹吸管水泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型任務(wù)等。這些教學(xué)任務(wù)不僅綜合性強(qiáng)，而且具有濃厚的專(zhuān)業(yè)色彩，使學(xué)生帶著強(qiáng)烈的目的和好奇心主動(dòng)參與這些任務(wù)的組織安排和具體實(shí)施，學(xué)習(xí)態(tài)度由被動(dòng)變主動(dòng)，學(xué)習(xí)積極性大幅提高。具備專(zhuān)業(yè)特色的綜合性任務(wù)的實(shí)施，一定程度上提高了學(xué)生對(duì)《流體力學(xué)》課程的綜合應(yīng)用能力。

四、任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式教學(xué)中需注意和改進(jìn)原則

（一）任務(wù)設(shè)計(jì)要遵循崗位專(zhuān)業(yè)技能典型性的原則

1.任務(wù)本身訓(xùn)練的技能要有崗位需求典型性

要不斷深入環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的相關(guān)行業(yè)，同時(shí)也要實(shí)時(shí)把握崗位專(zhuān)業(yè)技能的需求動(dòng)態(tài)，根據(jù)環(huán)工專(zhuān)業(yè)的崗位實(shí)際發(fā)展需求選取本專(zhuān)業(yè)較為典型的崗位訓(xùn)練技能，作為課堂教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)，確保任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)能夠圍繞著崗位專(zhuān)業(yè)技能的發(fā)展而開(kāi)展。

2.任務(wù)設(shè)計(jì)需考慮崗位情境的真實(shí)性和可行性

崗位情境包括校內(nèi)場(chǎng)地環(huán)境、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件和課堂任務(wù)的實(shí)施范疇等。“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)中需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)與當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)主題相關(guān)、盡可能真實(shí)反映該專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的崗位情境，一定程度上需要學(xué)校相關(guān)部門(mén)能夠提供校內(nèi)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)設(shè)備等方面的支持。

3.任務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)把握好難易程度和實(shí)施時(shí)間

由于學(xué)校教學(xué)時(shí)間的間斷性和實(shí)時(shí)性，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)要妥當(dāng)安排好任務(wù)的實(shí)施時(shí)間，給予學(xué)生比較充足的時(shí)間進(jìn)行資料收集和任務(wù)完成工作，獲得相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)崗位技能[11]。另外，教師在運(yùn)用驅(qū)動(dòng)法時(shí)也應(yīng)該注意把握好教學(xué)任務(wù)的難易程度，應(yīng)該根據(jù)學(xué)生個(gè)人的認(rèn)知能力、理解能力、分析處理問(wèn)題的能力對(duì)設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù)和具體內(nèi)容實(shí)時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和合理的分配，同時(shí)也需要加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)，使認(rèn)知能力弱的學(xué)生通過(guò)分析總結(jié)，理解教學(xué)內(nèi)容，確保做到每個(gè)學(xué)生都不掉隊(duì)，所有的學(xué)生可以共同進(jìn)步。

（二）任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)要遵循任務(wù)操作規(guī)范化和考核指標(biāo)多元化原則

學(xué)生完成了教學(xué)設(shè)計(jì)任務(wù)并不等于該門(mén)課程達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。此時(shí)對(duì)任務(wù)的完成情況進(jìn)行恰當(dāng)、中肯的評(píng)價(jià)就非常有必要。這樣做，一方面便于學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和反思，及時(shí)匯總、解決前期存在的問(wèn)題；另一方面也是作為后期其他知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的鋪墊和過(guò)渡。

任務(wù)完成情況的評(píng)價(jià)應(yīng)遵循“重視過(guò)程考核，結(jié)果考核次之”的原則[12-13]，轉(zhuǎn)變以往只重視結(jié)果的傳統(tǒng)考核方式。這就要求教師在實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)前，要向?qū)W生明確公布衡量學(xué)習(xí)小組和個(gè)人學(xué)習(xí)成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生清楚合作小組的成績(jī)是小組成員的綜合成績(jī)而并非學(xué)生的個(gè)人成績(jī)。學(xué)生的個(gè)人成績(jī)由自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)的小組成績(jī)構(gòu)成。同時(shí)考核評(píng)價(jià)不僅要評(píng)價(jià)各小組的學(xué)習(xí)成果，而且要評(píng)價(jià)小組每個(gè)成員的合作意識(shí)、合作態(tài)度和合作技能[14]。

評(píng)價(jià)方式上可以采用學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式。其中，教師的總結(jié)性評(píng)價(jià)除了有對(duì)學(xué)生成果的靜態(tài)評(píng)價(jià)外，應(yīng)更多地關(guān)注學(xué)生參與教學(xué)任務(wù)實(shí)施過(guò)程的態(tài)度、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)造性以及獲取知識(shí)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，并對(duì)部分任務(wù)完成較好的小組給予一定的表?yè)P(yáng)和獎(jiǎng)勵(lì)。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的成就感，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使得學(xué)生對(duì)后續(xù)的學(xué)習(xí)任務(wù)產(chǎn)生強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動(dòng)力，從而切身體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂(lè)。endprint