基于OBE的流體力學與傳熱學教學研究與實踐

馬秀勤，晉芳偉

（貴州工程應用技術學院機械工程學院，貴州 畢節(jié) 551700）

1 引言

《流體力學與傳熱學》課程是機械工程專業(yè)的重要基礎課，是后續(xù)液壓類課程的先修課程，可為學生畢業(yè)后從事流體機械、能源機械的設計研發(fā)打下一定的基礎。通過對近年來《流體力學與傳熱學》及相關課程的追蹤，發(fā)現(xiàn)“以課程內容為中心”的教學模式已不能滿足當前應用型人才培養(yǎng)的需要[1-3]。由于課時少、教學模式單一陳舊、教材與教學內容選取科學性合理性不足、學生對課程定位不清等因素的影響，導致學生學習積極性動力性不足，教師教學熱情衰減的局面。尤其是隨著高校擴招，學生生源素質有所下降，該問題越發(fā)凸顯。

OBE的哲學思想是“以學生為本”，“以學習產出為導向”[4-5]，將教育的焦點集中在學生受教育后的效果上，更符合應用型本科院校的發(fā)展要求[6-8]?；诔晒麑蜻M行教學內容、教學方法的設計和教學過程的實施，完全不同于傳統(tǒng)的以“教師講授、內容為本”的教學模式，在提高教學效果上具有明顯優(yōu)勢[9-10]。筆者對2016級機械類專業(yè)學生《流體力學與傳熱學》課程的學習進行問卷調查，然后進行學情分析，根據(jù)OBE理念，對2017級機械類專業(yè)學生的《流體力學與傳熱學》課程進行改革。

2 教學現(xiàn)狀分析

為準確了解《流體力學與傳熱學》課程的教學現(xiàn)狀，清晰把握學生對該課程的意見和建議，為課程的教學改革指明方向，以2016級學生為調研對向，開展《流體力學與傳熱學》的課程匿名問卷調查。學生人數(shù)共計176人，收回有效問卷164份，對各項指標進行分析，獲取學情信息。

2.1 理論繁多難度大

《流體力學與傳熱學》課程理論知識多且抽象，學習難度較大。課程對數(shù)學和力學基礎要求較高，若學生先修課程基礎不牢，則學習難度更大。表1中，90.85%的學生認為課程教材相對于其他課程難度很大，37.80%的學生上課聽不懂，44.51%的學生認為該門課程在該學期所開課程中難度最大。通過深入了解，發(fā)現(xiàn)很多學生在開學初對本課程的期待值并不低，但是隨著學習的深入，發(fā)現(xiàn)要學懂新的知識所花費的時間和精力更多，且收效甚微。久而久之，影響學生的學習積極性，同時，也打擊了學生的學習信心。

表1 課程學習難度

2.2 無良好學習習慣、方法低效

從表2可知，14.02%的學生從未在課前進行預習，79.88%的學生偶爾進行預習，可見，大部分學生并未形成課前預習的習慣。每次課結束后進行復習的學生比例不到10%。除上課時間外，66.39%的學生每周在本課程上花費的時間不足2小時，經常與老師或同學交流的比例只有3.36%，近30%的同學從未與老師或同學交流過本課程的學習。從數(shù)據(jù)來看，大部分學生并未形成良好的學習習慣。學生在中小學階段未能形成良好的學習習慣，也未掌握行之有效的學習方法。到大學之后，由于缺乏老師的指導、對專業(yè)認知不清晰、對個人與專業(yè)的定位不準確，以及個人自制力薄弱不能長期堅持等原因，導致在大學期間培養(yǎng)良好的學習習慣越發(fā)困難。

表2 學生學習習慣和學習方法

此外，該課程還有課時數(shù)少、工程案例較少、課程與專業(yè)聯(lián)系不緊密、考核評價方式單一等問題。課時數(shù)少導致每個知識點的講解時間短，對于基礎薄弱的學生，難以快速把前期知識和新知識聯(lián)系起來，從而更好地理解新知識。工程案例較少，導致學生學習純理論知識，枯燥乏味，不能很好地實現(xiàn)理論知識的應用，使學生的工程分析能力和工程思維的培養(yǎng)訓練受到限制?？己嗽u價方式單一，“一考定音”的考核評價機制缺乏科學性，沒有突出對學習過程的考核。

3 教學改革措施

對2016級學生的問卷調查顯示，大部分學生未能形成良好的學習習慣，也沒有掌握行之有效的學習方法，認為教材難度大、理論知識過多、與專業(yè)聯(lián)系不緊密，期待考核評價方式能得到改進。鑒于此，為切實提高教學效果，從以下方面對2017級學生開展《流體力學與傳熱學》課程的教學改革與實踐。

3.1 修訂教學大綱

結合應用型人才培養(yǎng)定位，根據(jù)OBE理念，本著“夠用、實用”的基本原則，對教學大綱進行修訂，明確課程定位和教學內容，突出課程與專業(yè)的聯(lián)系。將課程學習內容調整為：流體力學基本知識；流體靜力學；流體流動的基本知識；流體動力學基礎；相似理論與量綱分析；流體力學實驗技術；典型流體機械；傳熱學基礎；流體流動傳熱軟件介紹；流體流動傳熱案例分析。調整后的教學內容包括流體力學、傳熱學的基礎知識，增加流體機械部分以突出課程與專業(yè)的緊密聯(lián)系，讓學生對該課程與機械專業(yè)的聯(lián)系有更清晰的認識。同時，補充了流體流動傳熱分析軟件的介紹以及案例，引入先進的設計分析方法，將流體力學與傳熱學知識進行綜合應用，鞏固理論知識的學習。

3.2 教材選擇

教材的選取緊密結合教學大綱的要求，突出“思想性、科學性、先進性、啟發(fā)性、適用性”的原則。此外，教材的選取還應考慮學生的基礎，不宜選用太過簡略或理論性太過深入的教材。教材中突出工程案例，以便訓練學生的工程思維，并且將理論知識與實際工程案例相結合，以達到學以致用的目的。由于市面上還未出現(xiàn)將流體力學、傳熱學、流體機械、流動傳熱分析軟件等知識整合的教材，因此，2017級教材以《流體力學與流體機械》為基本教材，同時選取《傳熱學》和《ANSYS熱分析教程與實例解析》的部分章節(jié)作為教學內容。

3.3 教學過程

教學過程中注意指導學生如何學習，幫助學生培養(yǎng)良好的學習習慣。考慮到學生數(shù)學和力學基礎較弱，講解相關知識點時盡量放慢速度，指導學生回顧之前所學知識并與現(xiàn)在所學知識相聯(lián)系，以便更好地將新知識講透徹。教學中注重應用多媒體技術，提高知識的可視化。除經典案例外，將科研成果以案例形式引入，增加案例分析，開展提問或短時討論，提高學生課堂參與度，引導學生思考。

3.4 考核評價

考核包括平時成績和期末成績。平時成績由作業(yè)、課堂提問、課堂討論、期中測試、小論文等構成。豐富平時成績的考核內容及形式，強調對學習過程的考核，最終形成多角度的課程綜合性考核評價。作業(yè)追求質量，力求每道題都來自于工程案例；課堂提問和討論提高學生課堂學習的參與度，強化學生對學習內容的掌握程度及思考深度；通過期中測試及時掌握學生學習情況，以便及時調整后半期教學方式并對學習困難學生進行幫扶，確保教學效果；鼓勵學生撰寫小論文，應用所學理論知識和設計分析軟件對某流動傳熱現(xiàn)象進行模擬分析，提升學生工程建模、分析和應用的能力。期末采取閉卷形式考試，命題依據(jù)畢業(yè)能力要求指標，對各知識點進行有針對性的考核。

4 結果與分析

4.1 期末問卷調查

期末對學生進行問卷調查，調查內容包括個人自評目標達成度、個人對本課程學習情況滿意度等6項內容，如圖1所示。

圖1 學生自評六項指標達成度

（1）個人對本課程學習情況滿意度：69.82%的學生自己的學習情況滿意，部分學生雖然自評目標達成度較低，但對個人學習情況持滿意態(tài)度，可見其對個人學習效果期待值不高；8.86%的學生對自己的學習情況不滿意，其比例與上述自評目標達成度低于60分的比例基本一致。少部分學生培養(yǎng)自己良好學習習慣的動力不足，未能夠長期堅持預習、復習等，基礎薄弱加上學習習慣和方法不當，會導致越差越不想學，越不想學就越差。對這類學生要予以特別關注，及時幫扶。

（2）個人自評目標達成度：54.46%的學生對個人本課程的目標達成度評分為70分以上，大部分學生自評目標達成度較好；38.4%的學生評分60-70分，屬于基本達標；7.14%的學生自評目標達成度低于60分，屬于未達標。該結果一方面與生源質量有關，同時也與學生日常的學習習慣有關系。部分學生雖然在初期樹立了較高的目標，但是在執(zhí)行過程中未能堅持到最后，導致個人自評目標達成度較低。今后應加強對學生學習方法的指導，幫助他們培養(yǎng)良好的學習習慣，同時還應加強學生的答疑和輔導工作。

（3）教材選?。?1.43%的學生對教材的選取持滿意態(tài)度，25%的學生比較滿意，3.57%的學生對教材選取不滿意?？梢姡滩牡倪x取符合大部分學生的需求，但后續(xù)應繼續(xù)與時俱進，將專業(yè)領域的新發(fā)展成果引入教材，對教材進行再加工，形成更適合學生的校本教材。

（4）工程案例的引入方面：91.07%的學生認為工程案例的引入對本課程的學習較為有幫助，只有極少數(shù)1.79%的學生認為沒有幫助。工程案例的引入，可以幫助學生更加系統(tǒng)地掌握知識結構，培養(yǎng)學生工程分析能力，訓練學生的工程思維，這一點應繼續(xù)保持。同時，應注重工程案例選取的科學性，遵循從易到難、由簡到繁的原則，循序漸進。

（5）課程對以后工作的幫助：58.04%的學生認為學習了該門課程對以后的工作有比較高的幫助，37.5%的學生認為該課程對以后工作的幫助程度一般，4.46%的學生認為該課程對以后工作沒有多大的幫助。今后授課過程中還應進一步給學生做好課程定位，強化課程的基礎性。結合本課程與后續(xù)課程，梳理本課程與學生意向崗位或者可能從事的崗位工作之間的聯(lián)系，增進學生的課程認同感。

（6）考核環(huán)節(jié)：79.47%的學生持滿意態(tài)度，即多元化的考核方式更能贏得大部分學生的青睞。2.68%的學生對多元化考核方式并不滿意，可能現(xiàn)行考核方式并未能夠全面地兼顧到每個人，讓每個學生都有“出彩”機會，今后還需對考核方式進行優(yōu)化。

4.2 考核結果對比

2016級、2017級學生期末總評成績各分數(shù)段的百分比如圖2所示。從表中可看出，90-100分的優(yōu)秀等次比例從教改前的1.17%提高到4.31%，良好等次比例由34.71%提高到37.71%，中等等次比例由42.29%提高到47.11%，合格等次比例從13.86%降低到4.96%，不合格等次比例從7.97%降低到5.89%。通過進行OBE教學改革，取得了一定的成效。

圖2 教改前后期末總評成績對比

4.3 畢業(yè)要求達成度對比

課程所支撐的畢業(yè)要求達成度一方面可以反映出課程目標的達成情況，另一方面還可以體現(xiàn)教學過程、教學結果的合理性、科學性和有效性。H代表支撐力度高，M代表支撐力度中等，L代表支撐力度低。根據(jù)培養(yǎng)方案，流體力學與傳熱學課程對應的畢業(yè)要求主要有三項，即：工程知識、問題分析、終身學習。該課程是典型的工科課程，工程應用性強，學生通過本課程的學習，應能應用專業(yè)術語對本課程相關的工程問題進行正確的表述，能對復雜的流體傳熱問題進行判斷并通過工程建模對其求解。在課程的學習過程中，訓練學生的工程思維能力，讓學生掌握工程問題的求解方法，初步掌握流體流動傳熱的分析軟件的基本步驟，從而為今后從事流體機械、能源機械等的設計研發(fā)打下基礎。

表3 畢業(yè)要求達成度

表3是2017級學生課程畢業(yè)要求達成度，從表中可知，學生工程問題表述達成度為76.28，思維能力方法達成度71.54，復雜問題判斷達成度87.49，均超過預期值，主要得益于在課程教學過程中工程案例的引入、講解，課堂上開展短時有效討論，讓學生嘗試以理論知識去剖析工程問題，鍛煉了學生的思維能力。復雜問題的判斷方面，主要體現(xiàn)在流體流動傳熱問題的分析判斷，從簡單的單一傳熱方式到熱流固的多場耦合，循序漸進，以案例為導向，讓學生掌握復雜流體傳熱的判斷依據(jù)。工程建模求解達成度70.42，應對未來挑戰(zhàn)66.37，均未達到預期值，原因主要有：（1）學生數(shù)學和力學基礎薄弱，難以將工程問題用數(shù)學語言表述，提煉出數(shù)學模型；（2）課程學時數(shù)較少，用于學習流體傳熱工程建模和分析軟件的學時非常有限，學生課后主動學習相關軟件的動力不足，未能較好地掌握先進的計算分析軟件以應對可能的未來職業(yè)挑戰(zhàn)；（3）應對未來挑戰(zhàn)能力應從學生就業(yè)角度以及勝任工作崗位角度評判會更加科學合理，可進一步對已畢業(yè)學生的就業(yè)進行追蹤，通過了解流體力學與傳熱學的相關知識在已畢業(yè)學生所從事工作中的應用，結合這類案例給學生講解。將教學與就業(yè)相結合起來，更進一步培養(yǎng)學生適應崗位工作，將知識轉變?yōu)榻鉀Q問題應對挑戰(zhàn)的能力。

5 結束語

本文通過問卷調查獲取了學生在學習《流體力學與傳熱學》過程中反饋的問題，并對這些問題進行逐一分析，結合OBE理念，對存在的問題制定有針對性的教學改革措施，并對流體力學與傳熱學課程進行教學改革與實踐，教學改革與實踐的效果通過學生畢業(yè)要求達成度來表征。實踐結果表明，通過教學改革，期末考核成績優(yōu)秀率提高3.14%，中-良率提高7.84%，不合格率降低2.06%，教學效果較教改前有所提高。主要原因在于教改過程中考慮了學生的個體差異性、加強了過程性考核，有效避免了從某方面進行單一考核決定學生課程學習成績的不合理性。通過將最終成績分解成若干不同的模塊，每個模塊的成績權重不同，這樣若學生某部分得分不高，但是其他某部分得分很高，由于權重的不同，學生成績受影響的程度也有所不同，實現(xiàn)了學生以其優(yōu)勢彌補其不足，從而整體成績有所提升。課程支撐的畢業(yè)要求中，工程問題表述、思維能力方法、復雜問題判斷均超過預期達成度，但工程建模求解、應對未來挑戰(zhàn)兩項指標達成度低于預期值，后續(xù)教學改革應在繼續(xù)鞏固已達成指標的基礎上，努力促進未達成指標的實現(xiàn)。