智能建造專業(yè)流體力學(xué)課程教學(xué)模式與方法探索

陳偉嬌 喬春珍

摘?要：基于學(xué)校智能建造專業(yè)流體力學(xué)課程的特點(diǎn)提出了教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置教學(xué)目標(biāo)，細(xì)化教學(xué)內(nèi)容。采用線上+線下混合教學(xué)的教學(xué)模式，課堂講授+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，對(duì)課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、習(xí)題課、課堂講授及實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生工匠精神。

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)模式；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.07.085

0?前言

信息化、智能化技術(shù)的高速發(fā)展及雙碳目標(biāo)的提出，促使各個(gè)行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改革與創(chuàng)新，建筑行業(yè)作為能源消耗大戶，進(jìn)一步節(jié)能減排勢(shì)在必行。智能建造作為解決建筑業(yè)目前效率低、能耗大、碳排放量大等問題的有效途徑之一，目前已經(jīng)在很多工程中得到了應(yīng)用與實(shí)踐。根據(jù)《教育部關(guān)于公布2017年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》（教高函〔2018〕4號(hào)）公告，我國高校首次開設(shè)智能建造專業(yè)。該專業(yè)以傳統(tǒng)土木工程專業(yè)為基礎(chǔ)，將其與機(jī)械設(shè)計(jì)制造、電子信息、自動(dòng)化等多專業(yè)相融合發(fā)展形成。2017年，同濟(jì)大學(xué)成功申報(bào)了我國第一個(gè)智能建造專業(yè)，隨后，2018年北方工業(yè)大學(xué)、北京建筑大學(xué)、青島理工大學(xué)等6所高校也成功申報(bào)了該專業(yè)。截至2021年，我國已經(jīng)有九十多所高校開設(shè)了智能建造專業(yè)。

北方工業(yè)大學(xué)智能建造專業(yè)以適應(yīng)國家建設(shè)需求為目標(biāo)，旨在培養(yǎng)熟練掌握土木工程及綠色建筑專業(yè)基本知識(shí)，精通土木工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及施工專業(yè)知識(shí)，掌握相關(guān)計(jì)算機(jī)開發(fā)語言，能應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)手段，進(jìn)行智能設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維管理的高級(jí)復(fù)合應(yīng)用型人才。在專業(yè)課程設(shè)置方面，主要包括PYTHON程序設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、建造機(jī)械控制原理、BIM技術(shù)基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課；BIM工程應(yīng)用、結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)原理、鋼、混凝土結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)原理、數(shù)字化施工等專業(yè)必修課及信息化建造、綠色建筑和智能化工程管理三組模塊選修課。其中綠色建筑模塊教學(xué)內(nèi)容有包括：建筑能耗模擬分析、智慧能源系統(tǒng)、冷熱源設(shè)計(jì)、綠色建筑運(yùn)行維護(hù)原理、室內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

1?流體力學(xué)課程特點(diǎn)

流體力學(xué)作為智能建造專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課承擔(dān)了土木和綠色建筑兩大方向的基礎(chǔ)需求。課時(shí)共32學(xué)時(shí)，其中包括實(shí)驗(yàn)課6學(xué)時(shí)，具有課時(shí)少、多專業(yè)融合的特點(diǎn)。

流體力學(xué)課程內(nèi)容的主要特點(diǎn)是：概念抽象不易理解，理論推導(dǎo)多較為枯燥，實(shí)踐性很強(qiáng)且需引入案例才能加深理解。因此，在講授這門課時(shí)，如何能讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)做到理解概念，掌握理論，學(xué)會(huì)運(yùn)用基本理論分析解決工程中的實(shí)際問題，是最重要的同時(shí)也是較困難的。對(duì)于這門課程的教學(xué)，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法進(jìn)行探討，力求在少課時(shí)的情況下達(dá)到最佳的教學(xué)效果具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2?流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及方法設(shè)計(jì)

2.1?教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃

在教學(xué)內(nèi)容上，為進(jìn)一步凝練重點(diǎn)，如圖1所示，本課程設(shè)置了五個(gè)教學(xué)目標(biāo)，針對(duì)每一個(gè)教學(xué)目標(biāo)對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)劃，提出了為了達(dá)成目標(biāo)所需掌握的重點(diǎn)知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)及重點(diǎn)知識(shí)明確后，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提煉，對(duì)內(nèi)容銜接進(jìn)行調(diào)整，如將教材第四章第5節(jié)黏性流體運(yùn)動(dòng)微分方程的推導(dǎo)提前至第三章流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析之后進(jìn)行，這樣節(jié)省了推導(dǎo)前進(jìn)行相關(guān)知識(shí)復(fù)習(xí)的時(shí)間，提高了教學(xué)效率。

2.2?教學(xué)模式及方法設(shè)計(jì)

應(yīng)用于什么樣的教學(xué)模式及方法進(jìn)行流體力學(xué)的教學(xué)對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)的深度有很大的影響。流體力學(xué)課程本身的特性導(dǎo)致其物理現(xiàn)象不直觀，學(xué)生很難從簡(jiǎn)單的書本中文字的介紹及抽象的圖片中想象并通過在頭腦中建立立體流動(dòng)模型理解流體的復(fù)雜的流動(dòng)過程。復(fù)雜的公式推導(dǎo)僅僅依靠板書，學(xué)生往往很難理解且會(huì)耗費(fèi)大量的課時(shí)。焦園圓結(jié)合濱州學(xué)院的流體力學(xué)課程發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了理論與實(shí)驗(yàn)的教改措施，使學(xué)生能全方位、動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)流體力學(xué)知識(shí)。錢劍安、周汝等對(duì)安全工程專業(yè)工程流體力學(xué)的教學(xué)模式進(jìn)行了探討，提出了以O(shè)BE理念為核心多平臺(tái)結(jié)合線上線下混合教學(xué)，取得了較好的效果。湯吉昀，王超等將信息化技術(shù)和仿真技術(shù)融入工程流體力學(xué)的教學(xué)過程中，提高了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解。蘭景巖，莫紅艷等以土木工程專業(yè)教育認(rèn)證為背景，引入研究型、互動(dòng)式的教學(xué)模式，采用了板書與多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)合本校智能建造專業(yè)流體力學(xué)的課程特點(diǎn)，本門課程的教學(xué)采用了線上+線下混合教學(xué)的教學(xué)模式，課堂講授+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，對(duì)授課過程中的課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)課、課堂講授的教學(xué)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2.2.1?線上習(xí)題夯實(shí)理論基礎(chǔ)

由于課程學(xué)時(shí)較少，教學(xué)進(jìn)度相對(duì)較快，僅靠課堂講授學(xué)生很難扎實(shí)掌握所學(xué)知識(shí)。因此，需要學(xué)生課前能夠?qū)λ鶎W(xué)章節(jié)進(jìn)行預(yù)習(xí)，帶著問題進(jìn)入課堂，課后及時(shí)復(fù)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。本課程采用線上的方式，充分利用企業(yè)微信的功能，課前以問答題的形式協(xié)助學(xué)生進(jìn)行課程主要知識(shí)的課前預(yù)習(xí)；每章結(jié)束后，以選擇、填空題的方式幫助同學(xué)及時(shí)復(fù)習(xí)，扎實(shí)掌握重點(diǎn)理論及基礎(chǔ)計(jì)算。

2.2.2?翻轉(zhuǎn)課堂習(xí)題課解決解題難點(diǎn)

為增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和理解，習(xí)題課尤為重要。本課程的習(xí)題課內(nèi)容包含兩部分，一是，針對(duì)企業(yè)微信章節(jié)復(fù)習(xí)題及課后作業(yè)中問題比較大的內(nèi)容進(jìn)行分析講解。二是利用翻轉(zhuǎn)課堂，即在習(xí)題課前，利用企業(yè)微信群提前發(fā)放習(xí)題課典型習(xí)題，課上隨機(jī)請(qǐng)同學(xué)針對(duì)習(xí)題的解題過程中所涉及的理論、概念、計(jì)算原理及分析方法等進(jìn)行講解，提高課堂學(xué)生參與度，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)知識(shí)的掌握和理解。

2.2.3?多種教學(xué)方法融合加強(qiáng)知識(shí)理解

課堂基礎(chǔ)內(nèi)容的教學(xué)方法，本課程采用傳統(tǒng)板書、多媒體課件+錄播視頻相結(jié)合的方式。針對(duì)每一個(gè)教學(xué)目標(biāo)，流體力學(xué)每一節(jié)課都包含多項(xiàng)主要內(nèi)容，內(nèi)容之間也都不是完全獨(dú)立的，利用傳統(tǒng)板書將每次課主要內(nèi)容及各內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行梳理，讓學(xué)生能理解每節(jié)課清晰的主線；利用多媒體課件進(jìn)行課程詳細(xì)內(nèi)容的講解，尤其是復(fù)雜公式的推導(dǎo)，利用多媒體課件將其制作成動(dòng)畫或視頻，相較于教材中和利用傳統(tǒng)的板書書寫的推導(dǎo)過程，采取這種方式可進(jìn)一步將推導(dǎo)步驟詳細(xì)化，將推導(dǎo)過程每一步的變化都利用動(dòng)畫詳細(xì)展示清楚，同時(shí)還可在中間穿插推導(dǎo)過程中所需要的以往所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)梳理，這樣既能使課上繁瑣的推導(dǎo)過程變得不枯燥，學(xué)生在課上未能及時(shí)理解的部分，課下也可通過重復(fù)觀看詳細(xì)的推導(dǎo)步驟復(fù)習(xí)消化理解。

專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)離不開實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。本課程對(duì)于和實(shí)際工程或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)，采取在課上插播工程視頻或錄制的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象視頻并結(jié)合多媒體課件講授的教學(xué)方法。如講解孔口、管嘴出流的出流現(xiàn)象時(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室錄制的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象視頻進(jìn)行講解，這樣能提高學(xué)生對(duì)抽象現(xiàn)象的理解；在介紹流體力學(xué)在工程上的應(yīng)用時(shí)結(jié)合典型水利工程的介紹視頻；在介紹有壓管流內(nèi)容時(shí)結(jié)合綠色建筑模塊中空調(diào)通風(fēng)、潔凈設(shè)計(jì)相關(guān)的視頻，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，更深刻理解專業(yè)使命，既增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也培養(yǎng)了學(xué)生的工匠精神。實(shí)驗(yàn)課也是課程實(shí)踐中必不可少的內(nèi)容。本課程共設(shè)置了3項(xiàng)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，其中雷諾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀、明顯，采取實(shí)驗(yàn)與教學(xué)同時(shí)進(jìn)行的授課方式，即同學(xué)們先進(jìn)行雷諾實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后再直接進(jìn)行流態(tài)部分相關(guān)的授課內(nèi)容，這樣既節(jié)省了授課時(shí)間，也增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握理解。

3?結(jié)語

流體力學(xué)是學(xué)校智能建造專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，后續(xù)課程涉及土木及綠色建筑多門專業(yè)課，課時(shí)少，任務(wù)重。教學(xué)過程中充分考慮了后續(xù)課程的銜接，根據(jù)課時(shí)情況有目標(biāo)地安排、細(xì)化了教學(xué)內(nèi)容，對(duì)部分內(nèi)容的銜接進(jìn)行了調(diào)整。成功的教學(xué)不可能只采用單一枯燥的教學(xué)模式和教學(xué)方法，本課程在傳統(tǒng)板書和PPT課件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步充分、靈活應(yīng)用多媒體技術(shù)及信息化教學(xué)手段。在教學(xué)過程中，通過線上習(xí)題進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，使學(xué)生扎實(shí)地掌握了基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念；通過習(xí)題課講解與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合加深了學(xué)生對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容，難點(diǎn)內(nèi)容的理解與掌握；通過多媒體動(dòng)畫課件的應(yīng)用，使學(xué)生在課上、課下都能更細(xì)致理解疑難公式、方程的推導(dǎo)過程；通過工程及實(shí)驗(yàn)視頻的應(yīng)用使學(xué)生更直觀地理解書本上圖片形式抽象的流體力學(xué)現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)興趣，為能靈活應(yīng)用所學(xué)流體力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題，培養(yǎng)學(xué)生工匠精神打下良好的基礎(chǔ)。

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