流體力學(xué)課程改革研究與實(shí)踐

王聰民 朱彩霞 馬富芹

摘 ?要 立足于流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐，從所采取的教學(xué)模式、教學(xué)方法、考核方式等方面來探索提高流體力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化。

關(guān)鍵詞 流體力學(xué);OBE;慕課;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái);翻轉(zhuǎn)課堂;微課;實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）20-0083-03

Abstract Based on the teaching practice of Fluid Mechanics， this paper focuses on exploring and improving the teaching method of Fluid Mechanics according to the current adopted teaching mode， teaching method and assessment method， etc.， so as to arouse stu-dents learning initiative， improve the learning effect and promote students to internalize their knowledge.

Key words fluid mechanics; OBE; MOOCs; network teaching plat-form; flipped classroom; micro lecture; experiment

1 引言

流體力學(xué)是很多工科專業(yè)如航空、船舶、能源動(dòng)力、安全工程等的專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，既有很強(qiáng)的理論性，又有很強(qiáng)的工程性，內(nèi)容抽象，公式推導(dǎo)內(nèi)容比較多，需要利用到較多的高數(shù)和理論力學(xué)等知識(shí)，內(nèi)容相對(duì)枯燥，是一門多數(shù)教師認(rèn)為難教、學(xué)生認(rèn)為難學(xué)的課程[1]。對(duì)于這樣一門課程應(yīng)該如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化呢？筆者基于建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)的流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐開展了一些探索。

2 基于OBE理念確定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容

基于OBE理念，以社會(huì)需求為導(dǎo)向，由本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)崗位群確定本專業(yè)畢業(yè)要求，細(xì)化畢業(yè)要求為各指標(biāo)點(diǎn)，構(gòu)建畢業(yè)要求和課程關(guān)系矩陣，構(gòu)建課程體系，根據(jù)課程在矩陣中承擔(dān)的任務(wù)確定課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。將復(fù)雜的流體力學(xué)知識(shí)有序地劃分為若干單元，每個(gè)單元的要素形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，反映了流體力學(xué)的邏輯體系和學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展規(guī)律，使學(xué)生比較容易掌握流體力學(xué)的規(guī)律和三大方程。構(gòu)建流體力學(xué)理論課單元模塊化教學(xué)模式，使內(nèi)容龐雜的流體力學(xué)知識(shí)有序化、網(wǎng)絡(luò)化，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容無序、瑣碎、難記的弊端。針對(duì)不同專業(yè)，和同一專業(yè)不同培養(yǎng)模式如普通班和卓越班的培養(yǎng)特點(diǎn)，可以引入不同工程實(shí)例于教學(xué)內(nèi)容中，深化課堂教學(xué)改革，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合利用能力，最大限度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 教學(xué)模式設(shè)計(jì)

目前，慕課（MOOCs）作為新興的教育理念及教學(xué)模式在全世界流行，憑借其數(shù)字化、富媒體、信息量大、交互性強(qiáng)、覆蓋面廣等特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式產(chǎn)生巨大的沖擊。教學(xué)模式的改變必將引起教學(xué)過程的深刻變革，基于慕課的大學(xué)專業(yè)課翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式開始流行起來?；谀秸n的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式將信息傳遞過程放在課外，主要借助視頻、音頻、動(dòng)畫等課件資料，由學(xué)生自主完成，課堂上主要是通過多種課堂活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化[2]。

但是，筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)學(xué)生成績(jī)存在兩極分化情況。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生對(duì)網(wǎng)上的微課視頻并沒有認(rèn)真觀看，拖拽看完或者放著視頻一心多用的人大有人在，對(duì)于教師在網(wǎng)上布置的作業(yè)也是為了完成任務(wù)得到平時(shí)分而應(yīng)付完成。對(duì)于翻轉(zhuǎn)課堂教師布置的任務(wù)，部分學(xué)生認(rèn)為占用自己大量的課外時(shí)間，并不樂意參與。但是流體力學(xué)不同于其他課程，理論性比較強(qiáng)，需要學(xué)生全身心投入來學(xué)習(xí)并及時(shí)對(duì)知識(shí)進(jìn)行鞏固，如果對(duì)課程理論學(xué)習(xí)僅靠線上憑借學(xué)生自覺性來完成是不夠的。那么，如何克服這些困難，將傳統(tǒng)課堂與新的基于慕課的翻轉(zhuǎn)課堂模式相結(jié)合，探索出一個(gè)適合本校學(xué)生的流體力學(xué)教學(xué)模式，就是一個(gè)亟待解決的重要問題。通過實(shí)踐，依托建成的課程網(wǎng)站，確定了課前線上預(yù)習(xí)、課堂重點(diǎn)講授+個(gè)別內(nèi)容翻轉(zhuǎn)課堂、課下線上答疑的教學(xué)模式。

充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行課前預(yù)習(xí) ?在我國高等教育信息化和慕課在高?？焖侔l(fā)展的大背景下，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源有利于提高流體力學(xué)的教學(xué)效率。目前，中國慕課大學(xué)、學(xué)堂在線等平臺(tái)上面可以搜索到多門名校的流體力學(xué)課程，可以申請(qǐng)利用這些資源，也可以自己在超星等平臺(tái)上面建課，上傳視頻、課件、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)等資料。利用這些平臺(tái)課前發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生課前觀看視頻，完成習(xí)題，看課件，讓學(xué)生對(duì)教師課堂要講內(nèi)容有大致了解，用任務(wù)來驅(qū)動(dòng)大家學(xué)習(xí)，以用促學(xué)、學(xué)以致用。課堂上根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況及重點(diǎn)難點(diǎn)易混淆點(diǎn)，重點(diǎn)講授或者選取合適內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)課堂，提高學(xué)生的知識(shí)綜合利用能力。為了檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況可以隨機(jī)提問，并將回答情況記入平時(shí)成績(jī)。

采用多種教學(xué)方法提高課堂教學(xué)效率 ?流體力學(xué)作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，公式偏多，推導(dǎo)過程較復(fù)雜，對(duì)知識(shí)的利用比較靈活。對(duì)大學(xué)生而言，這門課就成為復(fù)雜的課程，課堂上注意力一旦分散，就會(huì)影響對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解掌握，跟不上進(jìn)度。尤其是流體力學(xué)知識(shí)的前后連貫性很強(qiáng)，前面的內(nèi)容學(xué)不好又會(huì)影響后面知識(shí)點(diǎn)的理解。那么，怎么樣才能使學(xué)生擺脫聊天、手機(jī)等外界誘惑，吸引他們的注意力在課堂上呢？教師可以采用多種教學(xué)方法來提高理論課的授課效率。

1）啟發(fā)式教學(xué)。用生活中的流體力學(xué)現(xiàn)象來引出所用知識(shí)，和學(xué)生形成共鳴，討論起來有共同語言，課堂氣氛更加活躍，促進(jìn)學(xué)生的感性知識(shí)得到理論升華。比如用火車站臺(tái)問什么要設(shè)隔離黃線來引出伯努利方程，用“汽車外形演變”來幫助學(xué)生理解繞流阻力，等等。

2）設(shè)疑引入式。通過一個(gè)個(gè)問題推進(jìn)課堂進(jìn)行，用設(shè)疑來促進(jìn)學(xué)生思考，加深學(xué)生對(duì)基本概念、基本理論的理解應(yīng)用。在這個(gè)過程中巧用隨機(jī)點(diǎn)名軟件，調(diào)動(dòng)學(xué)生的緊張氣氛，促使他們的注意力集中到課堂上來。比如用學(xué)生的照片做成隨機(jī)點(diǎn)名軟件，這種點(diǎn)名方式新穎有趣，課堂氣氛活躍，學(xué)生更樂意參與課堂活動(dòng)，同時(shí)拉近教師和學(xué)生的距離。

3）多媒體演示法。注重直觀性教學(xué)方法，充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段，結(jié)合圖像和動(dòng)畫，把抽象的東西變得具體，形象直觀，同時(shí)不失時(shí)機(jī)進(jìn)行流體力學(xué)在工程實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)中管道布置設(shè)計(jì)等應(yīng)用的講授，使教學(xué)既生動(dòng)又實(shí)際，延深了理論性，提高了趣味性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中受到潛移默化的工程熏陶。

4）案例法。通過具體的案例來加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解及綜合應(yīng)用，從實(shí)際工程項(xiàng)目的角度出發(fā)，吸引學(xué)生挖掘現(xiàn)象背后的本質(zhì)規(guī)律，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課程教學(xué)效率。比如講授流體動(dòng)力學(xué)部分時(shí)，以常見的自來水公司要把水送到千家萬戶為例，把一居民樓的水輸送任務(wù)編成計(jì)算題目，然后進(jìn)行流量與流速、能量損失計(jì)算、各種能量轉(zhuǎn)換等知識(shí)點(diǎn)的講解。

5）實(shí)驗(yàn)課有序驗(yàn)證式教學(xué)方式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是延續(xù)、鞏固和實(shí)踐流體力學(xué)的基本理論。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高動(dòng)手能力和獨(dú)立分析思考與解決問題的能力具有重要作用。因此，從教學(xué)安排的實(shí)驗(yàn)中要做到以下幾點(diǎn)。

①確定提高學(xué)生動(dòng)手能力的主題思想是教學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本出發(fā)點(diǎn)。

②狠抓理論和實(shí)際現(xiàn)象相結(jié)合的科學(xué)培養(yǎng)方法，幫助學(xué)生培養(yǎng)應(yīng)用知識(shí)解決問題的習(xí)慣性思維能力。

③突破重點(diǎn)、難點(diǎn)和薄弱點(diǎn)是提高學(xué)生綜合工程能力的關(guān)鍵：重點(diǎn)是驗(yàn)證對(duì)基本理論的深刻理解;難點(diǎn)是應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析基本理論問題;薄弱點(diǎn)是理論和現(xiàn)象之間的誤差分析等。通過三點(diǎn)突破，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

④使學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力、分析能力、綜合能力得到全面培養(yǎng)與鍛煉。

⑤落實(shí)預(yù)習(xí)和現(xiàn)場(chǎng)提問制度。預(yù)習(xí)報(bào)告是要解決實(shí)驗(yàn)中要做什么、怎么做和什么時(shí)候做的問題?，F(xiàn)場(chǎng)提問制度了解學(xué)生預(yù)習(xí)深度，擴(kuò)大學(xué)生的視野與思維空間，加強(qiáng)學(xué)生分析能力與綜合能力的培養(yǎng)。

選取合適內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)課堂 ?流體力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的目的在于讓學(xué)生參與課堂活動(dòng)，促使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本規(guī)律，提高學(xué)生運(yùn)用流體力學(xué)知識(shí)分析解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化，選取合適的內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)課堂，有助于提高教學(xué)效率。

1）匯報(bào)。如針對(duì)具體章節(jié)內(nèi)容由學(xué)生用板書或者PPT形式進(jìn)行匯報(bào)，教師針對(duì)匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)、補(bǔ)充說明。這樣不僅可以檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，而且可以提高學(xué)生檢索資料、自主學(xué)習(xí)的能力。

2）討論。如可以播放一些和課程內(nèi)容相關(guān)的流體現(xiàn)象或者流體力學(xué)生活趣事小視頻，然后大家一起討論分析，利用微彈幕、慕課堂等小程序?qū)W(xué)生觀點(diǎn)以彈幕的形式展示到大屏幕上面，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，當(dāng)然也會(huì)有各種神吐槽，課堂氣氛活躍。教師需要加以引導(dǎo)和控制，以防影響正常的教學(xué)秩序[2]。

3）小組學(xué)習(xí)成果展示。將班級(jí)學(xué)生分為數(shù)個(gè)小組，針對(duì)具體問題，如空調(diào)水系統(tǒng)管道的壓力確定、熱水網(wǎng)絡(luò)水壓圖的利用計(jì)算等工程常見問題，由小組分析給出答案后進(jìn)行互評(píng)，提高學(xué)生利用所學(xué)流體力學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力。

這種師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的授課方式還是比較受學(xué)生歡迎的，還需要繼續(xù)探索適合本專業(yè)學(xué)生的翻轉(zhuǎn)課堂方法。

利于微助教、慕課堂等小程序開展隨堂測(cè)試 ?在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)聽懂了，但是并不一定會(huì)利用，教師可以通過舉例、習(xí)題讓學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通、靈活利用。教師可以在每次課后增加測(cè)試，借助慕課堂、微助教等小程序，讓學(xué)生提交答案，一是可以及時(shí)統(tǒng)計(jì)出正確率，了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況，及時(shí)調(diào)整授課計(jì)劃;二是可以讓學(xué)生及時(shí)鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解;三是可以起到點(diǎn)名作用。

4 采用過程性考核對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

以期末考試為主向過程化考核轉(zhuǎn)變，注重考核學(xué)生獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力，加大平時(shí)成績(jī)比例，將線上學(xué)習(xí)情況、課堂活動(dòng)參與情況、隨堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)等都納入考核范圍，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

對(duì)于流體力學(xué)這種理論性和工程應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，需要從專業(yè)需要出發(fā)，發(fā)掘教材內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，合理確定教學(xué)內(nèi)容。要提高教學(xué)效率，需要采取適合本專業(yè)學(xué)生學(xué)情的教學(xué)模式，通過多種教學(xué)方法，借助各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和小程序，使課堂生動(dòng)有趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，體現(xiàn)學(xué)生主體認(rèn)知作用，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化。

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