劉美麗 陳家慶 韓嚴(yán)和

[摘要]為滿足北京石油化工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證的最新要求，該研究針對(duì)流體力學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，從課程目標(biāo)、課堂教學(xué)以及教學(xué)評(píng)價(jià)等方面對(duì)環(huán)境工程流體力學(xué)課程進(jìn)行了改革探索，并就教學(xué)改革的實(shí)踐過(guò)程及效果進(jìn)行了探討。結(jié)果表明改革后學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果明顯提高。該研究成果可為環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)證相關(guān)課程的教學(xué)改革提供參考.

[關(guān)鍵詞]流體力學(xué);專業(yè)認(rèn)證;環(huán)境工程專業(yè);教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3437（2020）02-0017-03

流體力學(xué)是環(huán)境T程專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是用理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法研究流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在工程實(shí)際中應(yīng)用的一門(mén)科學(xué)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握流體運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律，學(xué)會(huì)必要的理論分析方法和一定的實(shí)驗(yàn)研究能力，如應(yīng)用質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒原理分析工程中的流動(dòng)問(wèn)題，或者通過(guò)相似理論和量綱分析開(kāi)展模型實(shí)驗(yàn)，為學(xué)習(xí)專業(yè)課程、從事專業(yè)技術(shù)工作或進(jìn)行科學(xué)研究打下必要的基礎(chǔ)[1]。本文針對(duì)北京石油化工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)流體力學(xué)課程存在教學(xué)方式單一、學(xué)生課堂主動(dòng)性不夠等問(wèn)題，結(jié)合中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證的最新要求，對(duì)流體力學(xué)課程進(jìn)行了綜合改革。

一、專業(yè)認(rèn)證對(duì)流體力學(xué)課程的要求

北京石油化工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)先后取得了北京市高等學(xué)校品牌專業(yè)、北京市級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、國(guó)家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、教育部高等學(xué)?！皩I(yè)綜合改革試點(diǎn)”以及北京市一流專業(yè)等專業(yè)建設(shè)成果，并在2016年順利通過(guò)了中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證。為了實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)并滿足最新的專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)畢業(yè)的要求，根據(jù)培養(yǎng)方案中列出的本課程所支撐的畢業(yè)要求及指標(biāo)點(diǎn)，基于出口導(dǎo)向確定了本課程的課程教學(xué)目標(biāo)及其與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

二、環(huán)境工程流體力學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）課堂教學(xué)缺乏系統(tǒng)性和層次化

流體力學(xué)涉及理想流體和粘性流體的靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，覆蓋基礎(chǔ)理論知識(shí)和工程實(shí)踐，內(nèi)容繁多、尺度跨度大、概念抽象、知識(shí)點(diǎn)分散[2-4]。傳統(tǒng)課堂教學(xué)多遵循章節(jié)順序，對(duì)課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和邏輯性關(guān)注不足，這就容易導(dǎo)致學(xué)生難以形成對(duì)流體力學(xué)整體知識(shí)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)成果呈碎片化，更談不上能養(yǎng)成T程應(yīng)用能力。

（二）課堂教學(xué)方式單一，學(xué)生參與度不高

課堂教學(xué)多以教師為中心，強(qiáng)調(diào)原理與方法，而以理論知識(shí)傳授為主的教學(xué)思維使得學(xué)生容易感覺(jué)課堂知識(shí)枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性普遍不夠，整體教學(xué)效果一般，課程教學(xué)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

（三）考核方式不合理

流體力學(xué)課程以往多采用平時(shí)成績(jī)（30%）加期末考試成績(jī)（70%）的考核方式。這種考試方式偏重期末考試成績(jī)，強(qiáng)調(diào)對(duì)原理和知識(shí)的掌握，對(duì)工程應(yīng)用涉及較少，更缺乏對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的考查，無(wú)法達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)畢業(yè)的要求。

（四）教學(xué)評(píng)價(jià)指向模糊

教學(xué)評(píng)價(jià)的目的和意義在于判別課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度，分析教學(xué)過(guò)程的不足并持續(xù)改進(jìn)。傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)多采用學(xué)生網(wǎng)評(píng)的方式，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)針對(duì)授課方式、熟悉程度、交流溝通和作業(yè)批改等指標(biāo)對(duì)教師進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果難以量化，而且無(wú)法評(píng)價(jià)課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成程度，難以用于課程的持續(xù)改進(jìn)。

三、專業(yè)認(rèn)證背景下流體力學(xué)課程的改革與實(shí)踐

（一）理論體系模塊化，課堂內(nèi)容層次化

從課程構(gòu)建角度來(lái)看，流體力學(xué)主要包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大理論模塊，其余內(nèi)容可看作三大理論模塊的拓展應(yīng)用。因此，理論體系可劃分為相互聯(lián)系又相互獨(dú)立的三大理論模塊，如圖1所示。理論體系的模塊化有助于學(xué)生增強(qiáng)對(duì)課程內(nèi)容內(nèi)在關(guān)聯(lián)性以及整體邏輯性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)獨(dú)立義相互關(guān)聯(lián)的模塊有利于學(xué)生取長(zhǎng)補(bǔ)短，形成個(gè)性化的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)的前提是對(duì)知識(shí)體系有良好的整體認(rèn)知[5]。整體性不僅是對(duì)這門(mén)課的整體認(rèn)知，也是對(duì)這門(mén)課在整個(gè)專業(yè)、學(xué)科的整體脈絡(luò)的認(rèn)知。因此，教師可以通過(guò)緒論課引導(dǎo)學(xué)生探索流體力學(xué)的發(fā)展史與其在各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)，幫助學(xué)生建立流體力學(xué)知識(shí)體系架構(gòu)的概念，以形成整體性的認(rèn)知。

在理論知識(shí)的課堂授課過(guò)程巾，結(jié)合北京石油化工學(xué)院“建設(shè)特色鮮明的高水平應(yīng)用型大學(xué)”的定位和工程教育專業(yè)認(rèn)證的宗旨，實(shí)施多層次、多維度的理論知識(shí)教學(xué)模式。根據(jù)工程實(shí)際需要，將流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分為三個(gè)層次，即流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論、流體力學(xué)知識(shí)與進(jìn)展、流體力學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐。教師集巾有限的精力和時(shí)間圍繞理論到實(shí)踐、舊知到新知進(jìn)行重點(diǎn)講解，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

（二）積極探索問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式單一、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃的問(wèn)題，教師可以引入雨課堂，采用互動(dòng)式信息化課堂授課。授課之前提前發(fā)布預(yù)習(xí)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)舊知探索新知;學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)收獲和疑點(diǎn)難點(diǎn)，教師根據(jù)學(xué)習(xí)情況開(kāi)展重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的講解，并通過(guò)工程案例和工程問(wèn)題背景的設(shè)置，激發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題、解決問(wèn)題的興趣;設(shè)置在線問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考并考查課堂效果以便及時(shí)調(diào)整。通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)力求每個(gè)知識(shí)點(diǎn)形成“為何學(xué)、學(xué)什么、怎么學(xué)”的閉環(huán)。

在教學(xué)方法上，采用多媒體、動(dòng)畫(huà)、案例、板書(shū)等多元化的方式，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的特性、學(xué)生的思維習(xí)慣選擇單一或復(fù)合的教學(xué)方法，將流體力學(xué)里面難以用語(yǔ)言描述的流動(dòng)圖像、概念等生動(dòng)地顯現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生建立清晰的物理概念，縮短認(rèn)識(shí)過(guò)程，并鼓勵(lì)學(xué)生隨時(shí)質(zhì)疑，提出自己的觀點(diǎn)。

（三）考核方式多尺度化

為了全面考查學(xué)生的綜合能力，采用全過(guò)程考核方式評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，針對(duì)課堂內(nèi)容的特點(diǎn)通過(guò)平時(shí)成績(jī)、階段測(cè)試、項(xiàng)目學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和期末考試五個(gè)環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。其中，平時(shí)成績(jī)包括課上表現(xiàn)和課后作業(yè)，主要考查單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況;階段測(cè)試根據(jù)理論體系模塊進(jìn)行三次，主要考查模塊知識(shí)的掌握情況以及識(shí)別和表達(dá)實(shí)際問(wèn)題的能力;項(xiàng)目學(xué)習(xí)針對(duì)相似原理和量綱分析來(lái)考查學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力（見(jiàn)圖2）;實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采用圖3所示教學(xué)流程來(lái)考查學(xué)生的知識(shí)原理掌握情況和實(shí)驗(yàn)研究能力;期末考試全部采用綜合性計(jì)算題或論述題考查學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)初步解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

（四）改革教學(xué)評(píng)價(jià)方式

以學(xué)生為中心的成果導(dǎo)向性教學(xué)要求教學(xué)體系確保符合畢業(yè)要求，而畢業(yè)要求的量化指標(biāo)是課程教學(xué)目標(biāo)，因此，課程評(píng)價(jià)要以課程目標(biāo)達(dá)成度為依據(jù)。教學(xué)大綱設(shè)定了課程目標(biāo)達(dá)成度與考核環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，要求以達(dá)成度大于或等于0.70為達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)。

四、教學(xué)效果

我們以改革前后兩屆環(huán)境T程專業(yè)的學(xué)生為研究對(duì)象，前一屆流體力學(xué)課程使用的是傳統(tǒng)教學(xué)方式，稱為傳統(tǒng)教學(xué)班;后一屆使用的是問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)方式[6]，稱為問(wèn)題引導(dǎo)教學(xué)班。對(duì)這兩個(gè)教學(xué)班的學(xué)生狀況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在來(lái)源、先修課程成績(jī)等方面沒(méi)有明顯的差異。采用軟件SPSS19.0從記憶知識(shí)點(diǎn)和綜合分析知識(shí)點(diǎn)兩方面對(duì)這兩個(gè)教學(xué)班的成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如表2所示。這兩個(gè)教學(xué)班的記憶知識(shí)點(diǎn)和綜合分析知識(shí)點(diǎn)均有明顯的差異。無(wú)論是記憶知識(shí)點(diǎn)還是綜合分析知識(shí)點(diǎn)，問(wèn)題引導(dǎo)教學(xué)班的平均成績(jī)均高于傳統(tǒng)教學(xué)班的，尤其是前者的綜合分析能力得到了顯著提高。

五、結(jié)語(yǔ)

工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)新時(shí)代下環(huán)境T程專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。流體力學(xué)課程概念抽象，公式推導(dǎo)多，從理論到實(shí)踐跨度大，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。為解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的教學(xué)效果差、考核和評(píng)價(jià)方式單一等問(wèn)題，通過(guò)科學(xué)組織教學(xué)內(nèi)容、開(kāi)展探索問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)、完善考核和評(píng)價(jià)方式等多措并舉的綜合改革思路開(kāi)展了流體力學(xué)課程教學(xué)改革。調(diào)查結(jié)果顯示，改革后學(xué)生的學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)成績(jī)顯著改善，尤其是學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力有了明顯提高。

[參考文獻(xiàn)]

[l]劉鶴年，劉京.流體力學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2016.

[2]方奕棟.關(guān)于工程流體力學(xué)本科教學(xué)的反思[J].課程教育研究，2017（32）：223-224.

[3]毛文貴，卿上樂(lè)，李建華.淺談新工科背景下學(xué)生復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)：以《流體力學(xué)與流體傳動(dòng)》課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2019（4）：233-234.

[4]薛向東，陳勇民，童蕓蕓，等.基于專業(yè)認(rèn)證的流體力學(xué)

教學(xué)實(shí)踐[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（6）：517-522.

[5]陳卓，周乃君.問(wèn)題引導(dǎo)法視域下專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的思考：以能源動(dòng)力類《流體力學(xué)》課程為例[J].現(xiàn)代大學(xué)教育，2012（5）：104-107.

[6]田社平，王力娟，邱意弘.問(wèn)題式教學(xué)法對(duì)工科大學(xué)生批 判性思維傾向影響的實(shí)證研究[J].高等工程教育研究，2018（6）：156-160.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]

[收稿時(shí)間] 2019-03-07

[基金項(xiàng)目]北京市高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才支持計(jì)劃項(xiàng)目“‘高創(chuàng)計(jì)劃教學(xué)”（PXM2018一014222 000015），2018年度北京石油化工學(xué)院校級(jí)教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目“基于問(wèn)題引導(dǎo)法的《環(huán)境流體力學(xué)》教學(xué)改革”（YB20180201）、

[作者簡(jiǎn)介]劉美麗（1985-），女，山東巨野人，博士，副教授，研究方向：流體力學(xué)教學(xué)和多相流動(dòng)高效分離技術(shù)研究。陳家慶（1970-），男，湖北興山人，博士，教授，研究方向：環(huán)保設(shè)備原理與設(shè)計(jì)教學(xué)和非均相分離技術(shù)研究。韓嚴(yán)和（1976-），男，安徽安慶人，博士，副教授，研究方向：水污染控制工程教學(xué)和工業(yè)廢水處理及回用技術(shù)研究