黃彪 陳倩 吳欽 王國玉

摘 要 為了加強在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)對學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以《熱流體計算軟件原理及應(yīng)用》課程為例，基于OBE理念提出了精品研究型課程建設(shè)方案。結(jié)合流體力學(xué)學(xué)科前沿的最新進展，加強課程的國際對標；構(gòu)建“立體化”教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實踐能力；“多元立體式”評價，肯定學(xué)生自身的在創(chuàng)新等方面的綜合能力。從而有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決工程問題的能力，提高整體教學(xué)質(zhì)量和效果。

關(guān)鍵詞 OBE理念 精品研究型課程建設(shè) 流體力學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.017

Abstract In order to strengthen the cultivation of students' innovative consciousness and innovative ability in the classroom teaching， taking the course of "The Principle and Application of Thermal Fluid Computing Software" as an example， based on the OBE concept， a quality research-based curriculum construction plan was proposed. Combining the latest developments in the frontiers of fluid mechanics， we will strengthen the international benchmarking of the curriculum； construct a "three-dimensional" teaching model， cultivate innovative consciousness and practical ability； and "multi-dimensional" evaluation， affirming students' comprehensive ability in innovation and other aspects. Thereby effectively cultivating students' ability to innovate and solve engineering problems， and improve overall teaching quality and effectiveness.

Keywords OBE concept； fine research course construction； fluid mechanics

所謂OBE是成果導(dǎo)向教育（Outcome-based education）的簡稱。在理念上，OBE是一種“以學(xué)生為本”的教育哲學(xué)；在實踐上，OBE是一種聚焦于學(xué)生受教育后自身能力的培養(yǎng)模式。《華盛頓協(xié)議》已經(jīng)完全實施OBE教學(xué)理念，并將其作為工程教育認證的標準。

在OBE理念的實際運用過程中，教育者在OBE的教育中至少要明確5個核心問題，即教育的目標是什么，教育的需求是什么，該以什么方式傳授，如何合理地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，以及如何改進劣勢，確保學(xué)生學(xué)有所得。

本文以“熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”課程為例，以O(shè)BE理念為基礎(chǔ)，構(gòu)建與后續(xù)課程相銜接的課程體系與內(nèi)容，提出有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)形式和方法，進行精品研究型課程的建設(shè)。

1 “熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”精品研究型課程的內(nèi)涵

“熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”是能源與動力工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)專業(yè)高階課程，是學(xué)生工程知識背景學(xué)習(xí)的必不可少組成部分。流體力學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門深入各個科學(xué)研究領(lǐng)域的重要學(xué)科，特別是隨著航空、航天、航海以及能源利用等行業(yè)的發(fā)展，迫切需要解決許多有關(guān)流體力學(xué)的問題，這也極大促進了流體力學(xué)學(xué)科的發(fā)展。流體力學(xué)在動力工程類各專業(yè)的課程設(shè)置中，起著從高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、機械設(shè)計等基礎(chǔ)課程到相關(guān)專業(yè)課程，譬如發(fā)動機原理、流體機械原理的橋梁作用，也是深入研究熱能與動力機械的專業(yè)基礎(chǔ)課。

目前，流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法基本上是沿襲傳統(tǒng)內(nèi)容，以理論分析為主，強調(diào)流體力學(xué)中的基本概念和基本方法，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，以及現(xiàn)代工程研究對科技人員的要求，流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也應(yīng)該與時俱進。傳統(tǒng)的流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與方法，基本上是基于理論的教學(xué)，并輔之以部分簡單的實驗。教學(xué)內(nèi)容抽象，教學(xué)形式單一，不能有效地反映當前流體力學(xué)學(xué)科發(fā)展的趨勢。

計算流體力學(xué)的CFD技術(shù)，是解決工程中復(fù)雜流動的一種有效手段，也是一門新型的獨立學(xué)科，它以經(jīng)典理論和數(shù)值計算為基礎(chǔ)，通過計算機的數(shù)值計算和圖像顯示，從空間和時間上定量描述各種場變量，從而達到對物理問題研究的目的。將CFD數(shù)值計算模擬方法和部分簡單應(yīng)用的實際上機練習(xí)引入到教學(xué)中，可以開闊學(xué)生視野、生動課堂，增強學(xué)生對流體力學(xué)知識的理解，培養(yǎng)解決實際問題的能力和善于嘗試、探索規(guī)律的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

作者在“流體力學(xué)”課堂實踐中，已嘗試針對流體力學(xué)中某一具體概念和問題，采用CFD軟件演示整個求解過程，并應(yīng)用圖像顯示技術(shù)向?qū)W生展示各種物理現(xiàn)象和知識要點。在教學(xué)過程中，學(xué)生們往往會為自己的求解結(jié)果興奮不已，充滿了成就感，但有些同學(xué)在進行了仿真計算后，不知道自己設(shè)計的是否正確。作為一個完整的科學(xué)研究過程，應(yīng)該是從設(shè)計，到仿真模擬計算，再到改進設(shè)計，最后進行試驗驗證。如何結(jié)合一些經(jīng)典實驗結(jié)果和學(xué)生開展的創(chuàng)新性實驗結(jié)果，加強流體數(shù)值仿真的教學(xué)，完善在教學(xué)過程中的整個研究過程，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重要意義。

在此背景下，新增的“熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”課程以研究流體流動規(guī)律為目標，主要講授計算流體動力學(xué)的基本原理及流體動力學(xué)軟件的使用方法，讓學(xué)生初步掌握流體力學(xué)方程組的數(shù)值求解基本方法，學(xué)會計算流體動力學(xué)軟件Fluent研究流體流動和傳熱基本問題，為學(xué)生以后從事利用計算流體動力學(xué)進行有關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)研究等方面的工作奠定必要的基礎(chǔ)。

2 基于OBE理念的精品研究型課程建設(shè)的必要性

2.1 相比傳統(tǒng)教學(xué)，更有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，更加關(guān)注的是教學(xué)的輸入，如教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)時間、學(xué)分等。形成以教師個人為中心和驅(qū)動，過分局限于計劃的教學(xué)內(nèi)容，知識系統(tǒng)上缺乏連續(xù)性和生動性，另外考核方式為傳統(tǒng)的考試評估，欠缺合理性。

反觀OBE的教學(xué)方式，其更加注重的是教學(xué)的輸出，即學(xué)習(xí)成果如何、怎樣進行更加合理的評估方式等。形成以學(xué)生群體為中心和驅(qū)動，注重學(xué)習(xí)成果和教學(xué)過程的連貫性，建立“立體化”的評估方式，多方面進行學(xué)習(xí)成果的評估。

相比而言，基于OBE的教學(xué)，可以使學(xué)生更好的運用所學(xué)知識，解決工程問題，培養(yǎng)實踐分析的能力。

2.2 基于OBE理念是課程建設(shè)發(fā)展的必然趨勢

在創(chuàng)新人才培養(yǎng)的背景要求下，基于OBE理念的課程建設(shè)，主要強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，及在過程中掌握的能力，而不是局限于知識的積累。

因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，能夠運用流動力學(xué)的專業(yè)知識對能源與動力領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進行計算機建模、表征、解釋；能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理對流動的現(xiàn)象和流動規(guī)律進行分析；能夠通過測量、測試、仿真和分析，對動力機械系統(tǒng)的流動控制參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)和工藝規(guī)律進行研究；能夠?qū)恿C械系統(tǒng)的特征流動參數(shù)和運行參數(shù)的計算和實驗結(jié)果進行分析；具備應(yīng)用流體力學(xué)基礎(chǔ)知識及運用計算機和工程軟件解決工程技術(shù)問題的基本技能；能夠參與課程向項目，具備團隊合作的意識；能夠通過口頭或書面方式表達自己的想法，進行項目規(guī)劃的能力。

3 基于OBE理念的精品研究型課程教學(xué)實踐

在“熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”課程研究型教學(xué)中，既要傳授流體力學(xué)課程中的基本原理知識，又要體現(xiàn)現(xiàn)代實驗技術(shù)和計算技術(shù)在流體力學(xué)中解決實際問題的新發(fā)展。在教學(xué)實施過程中，基于對OBE理念的理解，從以下幾方面進行了教學(xué)實踐。

3.1 基于OBE理念規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

針對“熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”課程與國際一流大學(xué)對應(yīng)課程的差異，瞄準國際前沿，從課程目標、課程內(nèi)容、授課模式、配套實驗/實踐等方面結(jié)合OBE理念完成課程教學(xué)改革頂層設(shè)計。加快與國外高水平大學(xué)相應(yīng)課程的對接進度，提高課程的國際影響力。

對接國際一流，高水平、高起點、高質(zhì)量，打造專業(yè)精品課程，其根本目的在于使學(xué)生提高對高等流體力學(xué)的基本理論與方法的掌握，同時幫助學(xué)生了解本學(xué)科和流體力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展，具備應(yīng)用流體力學(xué)的原理、方法和基本概念的能力，特別是具有計算流體力學(xué)的應(yīng)用能力，以及開展相關(guān)研究工作的能力。

以最終目標（最終學(xué)習(xí)成果）為起點，緊扣專業(yè)培養(yǎng)目標，反向進行“熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”課程設(shè)計，明確課程的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)要求，使教師明白“教什么”、學(xué)生知道“學(xué)什么”。在進行“熱流體計算軟件原理及應(yīng)用”課程設(shè)置和課程教學(xué)要求設(shè)計時，要具體反映教學(xué)內(nèi)容對達成畢業(yè)要求的貢獻情況，并形成實施準則，在課程計劃設(shè)計、教學(xué)環(huán)節(jié)實踐及評估系統(tǒng)中加以應(yīng)用。

3.2 建立“立體化”教學(xué)模式

著重貼近目前機械與能源動力領(lǐng)域前沿問題，以機械、動力和車輛學(xué)科前沿流體力學(xué)問題為基礎(chǔ)，探索案例式、研討式、實踐教學(xué)等多種途徑、多種媒體有機結(jié)合的“立體化” 教學(xué)模式。

在以探索和研究為前提的教學(xué)模式中，著重培養(yǎng)學(xué)生的自主研究和創(chuàng)新能力。例如在CFD模擬仿真計算中，需要正確地設(shè)置邊界條件和初始條件，合理地選擇數(shù)學(xué)模型，恰當?shù)貏澐志W(wǎng)格和進行迭代計算，最后還需要判斷計算結(jié)果是否可用，并進行必要的調(diào)整和修改。

所以，需要學(xué)生對問題的形成、發(fā)展，直到解決的全過程充分地自主思考和分析，擁有能夠提出并解決問題的能力。要求學(xué)生對問題的發(fā)生、發(fā)展直至達到平衡的全過程進行認真思考和分析，形成獨立思考的習(xí)慣和能力。此外，利用計算機軟件，可以低成本、高效率地解決問題，進行各種的嘗試機會。而“立體式”教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生勇于嘗試和探索問題的能力和習(xí)慣，樹立創(chuàng)新意識。

3.3 構(gòu)建綜合性課程評價體系

初步建成了知能并重（按ILOS逐條考評）、兼顧團隊個人、綜合性的課程評價方式，實行多角度綜合評價的方式。學(xué)生最終成績由“文獻綜述”、“提問討論等課堂表現(xiàn)”、“課程大作業(yè)”、“課程報告”等部分綜合構(gòu)成。

文獻綜述反映了學(xué)生對課程專業(yè)知識的理解深度；提問、討論、評價等課堂發(fā)言體現(xiàn)了學(xué)生對相應(yīng)內(nèi)容的理解及思考深度和課程的參與度；“課程大作業(yè)”體現(xiàn)了學(xué)生對課堂所學(xué)知識的應(yīng)用程度。

這種評價方式可以對學(xué)生進行客觀科學(xué)的評價，尊重學(xué)生的個體差異，體現(xiàn)了對學(xué)生多方面綜合能力的鼓勵和的肯定。

4 結(jié)束語

基于OBE理念的精品研究型課程建設(shè)，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能過了解并運用所學(xué)專業(yè)知識解決復(fù)雜工程問題，能夠獨立思考并分析實驗結(jié)果，能夠具備團隊協(xié)作意識，具有項目規(guī)劃能力，全方面立體化發(fā)展，符合國家對新世紀人才的需求。

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