張敏弟 鄭辰 王婭娜

摘要：成果導(dǎo)向模式（Outcome Based Education，OBE模式）起源于歐美高校教育，近年來被國內(nèi)高校應(yīng)用于工科生培養(yǎng)中。而工程流體力學(xué)是機械類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，對學(xué)生知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建起到重要作用。文章通過調(diào)研分析了國外幾所名校的OBE教學(xué)模式，厘清預(yù)期學(xué)習(xí)成果（ILOS），結(jié)合國內(nèi)專業(yè)特色和辦學(xué)條件，建設(shè)適合國內(nèi)高校工科生的工程流體力學(xué)課程體系。

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué);OBE模式;國內(nèi)外名校對標;預(yù)期學(xué)習(xí)成果

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）21-0004-03

一、概述

工程流體力學(xué)是機械類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課[1]，如何結(jié)合學(xué)科優(yōu)勢發(fā)展特色，讓學(xué)生掌握流體力學(xué)的思維特點和處理實際流體力學(xué)問題的能力，為將來從事本學(xué)科課題研究工作時解決所涉及的流體力學(xué)問題提供必要的基礎(chǔ)，一直是筆者近幾年在教學(xué)工作中重點思考的問題。

成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education）即OBE模式，是一種“以學(xué)生為本”的教育理念。它更聚焦于學(xué)生受教育后對于自身能力的培養(yǎng)[2-4]。在OBE模式的實際運用過程中，教育的目標、教育的需求、傳授的方式、合理的評價標準以及如何確保學(xué)生學(xué)有所得是成果導(dǎo)向教育所關(guān)心的5個核心問題[5，6]。基于OBE理念，結(jié)合美國頂尖級大學(xué)機械類的流體力學(xué)教學(xué)模式，國內(nèi)的基礎(chǔ)教育有必要進行多項教學(xué)改革。講授工程流體力學(xué)時，必須將理論知識與實踐應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生建立物理概念，學(xué)生們才能夠理解流體力學(xué)的授課內(nèi)容。為此，本文開展了對國內(nèi)外OBE教學(xué)模式的調(diào)查研究。通過對國內(nèi)外高校流體力學(xué)課程體系的調(diào)研，深入了解OBE教學(xué)模式在培養(yǎng)人才方面的有效性，全面認識實現(xiàn)流體力學(xué)課程體系的OBE教學(xué)模式特點，進而結(jié)合國內(nèi)專業(yè)特色和辦學(xué)條件，建設(shè)適合本國國情的工程流體力學(xué)的課程體系。

二、流體力學(xué)國內(nèi)外教學(xué)對標

（一）國內(nèi)外調(diào)研活動

由于流體力學(xué)的知識內(nèi)容涉及多個領(lǐng)域，而且不同方向的重點也存在較大差異，因此本研究著眼于機械類流體力學(xué)，進行國外高校OBE教學(xué)模式的調(diào)研分析，厘清預(yù)期學(xué)習(xí)成果（Intended learning outcomes， ILOS）教學(xué)理念的具體實施過程，研究通過網(wǎng)上學(xué)習(xí)總結(jié)和與出國留學(xué)學(xué)生交流展開。

研究中，一方面，通過直接進入各個大學(xué)網(wǎng)站查看機械類專業(yè)課程總體安排，明確各高校設(shè)置課程的思路，理解“ILOS”的理念，進一步深入地領(lǐng)會流體力學(xué)的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)用書與整個培養(yǎng)體系的關(guān)聯(lián)，明晰我們教授的流體力學(xué)目標與國外相應(yīng)課程的差異。圖1中列出了美國公立大學(xué)University of Michigan機械系課程培養(yǎng)結(jié)構(gòu)圖、私立大學(xué)Duke University的機械工程與材料科學(xué)系本科生的課程培養(yǎng)結(jié)構(gòu)圖、MIT機械系Fluid Mechanics課程主頁和Case Western Reserve University機械系Fluid Mechanics的教學(xué)大綱。通過閱覽美國University of Michigan、Duke University、Case Western Reserve University、MIT等大學(xué)，以及國內(nèi)清華大學(xué)、上海交通大學(xué)密西根學(xué)院和南方科技大學(xué)等多所大學(xué)的相關(guān)網(wǎng)站和與相關(guān)人員的交流過程中，筆者逐漸認識到，作為專業(yè)必修基礎(chǔ)課，這些學(xué)校分別開設(shè)了流體力學(xué)I或流體力學(xué)II，這種做法將流體力學(xué)知識分解成兩部分：基本理論與應(yīng)用和高級理論與應(yīng)用，并且在學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)、力學(xué)和基本熱學(xué)知識之后才開始學(xué)習(xí)課程流體力學(xué)I，而且都安排在大學(xué)三年級。更重要的是，這幾所國外大學(xué)、上海交通大學(xué)密西根學(xué)院和南方科技大學(xué)都單獨開設(shè)了與流體力學(xué)配套的實驗課，并且與流體力學(xué)授課同步進行。這樣安排的優(yōu)點在于充分針對流體力學(xué)的課程特點—理論性與實踐性并重，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識與實驗應(yīng)用相結(jié)合，實現(xiàn)ILOS的教學(xué)目標。

圖1 網(wǎng)上調(diào)研圖

另一方面，針對流體力學(xué)課程，通過對比國內(nèi)與國外教學(xué)現(xiàn)狀，由學(xué)生們直接評述我校課程特色，并為進一步提升教學(xué)效果提供建議。在研究中，這些學(xué)生直接將國外大學(xué)的授課大綱、課件和課后作業(yè)與我共享。表1列出了接受調(diào)研學(xué)生信息。從學(xué)生角度得到的反饋信息更能夠有效指導(dǎo)我們的課程改革，有效提升學(xué)生的知識水平和實踐能力。

（二）各國流體力學(xué)課程設(shè)置

美國私立大學(xué)的課程學(xué)習(xí)極為嚴格。首先，要求將理論知識與應(yīng)用相結(jié)合。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不但要完成習(xí)題，而且要針對實際問題，開展理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究，對實際工程或生活問題給出明確結(jié)論，并且提交總結(jié)報告，要求按照學(xué)術(shù)論文形式進行規(guī)范撰寫。其次，配套實驗課皆在科研設(shè)備上開展實際測試。在科研設(shè)備平臺上進行實驗，必然存在許多不確定性，不可避免地帶來系統(tǒng)誤差和隨機誤差，讓學(xué)生們意識到理論與實際應(yīng)用的差距，分析誤差是理論知識在實際應(yīng)用中不可避免的因素。最后，采用精密的科研儀器開展實際基礎(chǔ)問題研究。由于師生比很高，學(xué)校還為學(xué)生提供了充足的實驗條件，依據(jù)學(xué)校專業(yè)特色設(shè)立不同的研究方向，學(xué)生們自行設(shè)定研究題目，采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗測試相結(jié)合的途徑對問題開展研究，由此培養(yǎng)學(xué)生提煉問題、應(yīng)用理論知識解釋問題、解決問題的能力，從而實現(xiàn)ILOS的培養(yǎng)目標。

歐洲國家流體力學(xué)的教學(xué)更突出保證學(xué)生學(xué)透和學(xué)精。機械系的流體力學(xué)包括三個部分：授課、習(xí)題課和實驗課，而且還會布置作業(yè)，安排考試，最后成績是對所有項目的綜合評估。對于基本流體力學(xué)課程習(xí)題課和實驗課是必須參加的。習(xí)題課講解對于實際問題，如何用流體力學(xué)語言進行描述，如何進行簡化提取并建立方程，通過基本理論得到結(jié)果后，又如何應(yīng)用于解釋實際問題，如何調(diào)整參數(shù)解決實際問題。在實驗課上，實驗題目與課堂知識點相對應(yīng)，開設(shè)多種實驗，學(xué)生邊做實驗邊處理數(shù)據(jù)，而且要當場把實驗報告寫好并上交。通過理論授課、習(xí)題和實驗課反復(fù)強調(diào)基礎(chǔ)理論知識及應(yīng)用，將一個知識點以不同方式講解，使學(xué)生扎實牢固地掌握基礎(chǔ)理論知識及其應(yīng)用。

俄羅斯的流體力學(xué)課程曾經(jīng)是我國教學(xué)的模板，但現(xiàn)在也發(fā)生了變化。俄羅斯的流體力學(xué)開設(shè)在大三學(xué)年兩個學(xué)期里。分為理論流體力學(xué)和應(yīng)用流體力學(xué)。理論流體力學(xué)主要與學(xué)校研究方向相關(guān)，通過將實際應(yīng)用背景與流體力學(xué)理論知識相結(jié)合，對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的考查是通過課程設(shè)計大作業(yè)實現(xiàn)的。理論流體力學(xué)包括兩部分，第一學(xué)期主要為靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)等基礎(chǔ)的理論知識，與國內(nèi)學(xué)習(xí)相同;根據(jù)專業(yè)需要，第二學(xué)期的理論流體力學(xué)內(nèi)容加深，進行流體微分和積分一系列方程學(xué)習(xí)。每節(jié)課之后一般沒有作業(yè)，但每隔幾周會有一個大作業(yè)（一學(xué)期可能就3—5個），要求每個人單獨完成（可能每個人的要求或數(shù)據(jù)不一樣），每個人的完成情況作為課程考核的重要組成部分，如果完成不了或質(zhì)量太差，則沒有資格參加期末考試，需要重修。盡管名稱為大作業(yè)，但這其實是一個將理論分析、數(shù)值模擬和實驗驗證相結(jié)合開展問題研究的完整過程。而且，在學(xué)習(xí)過程中，每學(xué)期設(shè)置了4—6次實驗，與國內(nèi)不同，實驗也可以是數(shù)值實驗。尤其值得一提的是，平時會有隨堂測試，以檢查學(xué)生記筆記的情況和掌握知識的程度。

三、結(jié)束語

世界著名高校機械工程專業(yè)流體力學(xué)授課內(nèi)容和模式雖然有所不同，但都非常強調(diào)理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，突出以學(xué)生會用理論知識為教學(xué)目的。美國高校強調(diào)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在解決問題中加深對理論知識的理解和應(yīng)用;歐洲和俄羅斯則是在課內(nèi)結(jié)合多種學(xué)習(xí)模式和考核模式，將每個知識點一一解讀，使學(xué)生有充分的時間和機會理解每個知識點的含義和實際應(yīng)用情況。

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Abstract： The philosophy of Outcome Based Education （OBE） is originated from European and American colleges. Engineering Fluid Mechanics is the core basic course of mechanical engineering major， which plays an important role in the construction of students' knowledge structure. In this study， the OBE education modes of major foreign universities are analyzed in order to define the Intended learning Outcomes （ILOS）， and the course system of Engineering Fluid Mechanics is built by combining the professional feature and national educational conditions.

Key words： Engineering Fluid Mechanics; OBE mode; domestic and foreign famous schools; Intended learning Outcomes （ILOS）