新時代工程教育背景下的經典理論重塑

費朝陽　周勃　孫成才　呂潔　蘭信穎

【摘要】流體力學既是基礎學科，又是用途廣泛的學科。在工程教育專業認證及建筑環境與能源應用工程專業畢業要求標準下，分析了流體力學課程教學過程存在的問題，提出了適應工程教育認證的課程教學設計。通過知識教學、能力培養和素質提高三結合的方式，打破呆板的課堂教學模式，探索提高學生對抽象概念和理論的掌握程度的方法。通過理論與實際銜接，研究如何提升學生對實踐與應用方面的能力，對推動流體力學課程開展教學改革具有一定的參考價值。

【關鍵詞】工程教學? 知識教學? 能力培養? 素質提高

【基金項目】沈陽工業大學基于BIM技術的土建類專業實踐教學的改革研究與實踐;工業大學基于ABET認證的建筑環境與能源應用工程專業應用型人才培養模式的研究與實踐。

【中圖分類號】G424? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）07-0006-02

流體力學是建筑環境與能源應用工程專業的主干課程，是后續很多專業課的基礎。傳統的流體力學課程教學主要以教師講授為主，學生被動地學習知識，而工程教育認證強調以學生為中心、以成果為導向、以持續改進機制為保障的理念[1-2]。在工程教育認證的背景下，教學過程必須重新審視課程定位和課程目標，調整教學思路，轉變教師角色，改革教學模式，將知識教學、能力培養和素質提高相結合，達到畢業要求規定的學生畢業綜合能力的培養[3-4]。本文主要結合沈陽工業大學建筑環境與能源應用工程專業的流體力學課程開展關于課程教學改革和課程質量持續改進措施的探討，對促進流體力學課程教學與工程教育專業認證的銜接有一定的意義。

1.流體力學課程目標定位

流體力學是力學的一個獨立分支，主要研究流體靜止和運動的規律及其工程實際應用，是建筑環境與能源應用工程專業基礎課之一。在知識教學上注重系統學習流體的力學性質、基本概念、基礎理論，以及相關分析方法，并能應用理論知識解決流體平衡和運動的各種工程實際問題，為今后學習專業課程打下堅實的基礎;在能力培養上注重培養學生分析和求解流體力學問題的能力，提高學生理論聯系實際的獨立思考能力，積極引導學生熟悉全產業鏈條，培養學生成為相關領域的工程技術、運營管理和科學研究的創新應用型專門人才;在素質培養上將思政元素融入課程，讓學生熱愛自己的專業，增強學生的歷史使命感和社會責任感，通過教學設計培養學生終身學習的習慣，建設多元資源拓寬學生的視野，培育兼具創新精神、創新意識和創新能力的高素質人才。

2.課程教學中存在的影響課程目標達成的問題

2.1 課程理論性強且抽象導致學生課程目標難以達成

流體力學課程理論嚴密，描述流體運動的數學方程比較復雜、抽象，數學推導較多，需要學生具有較好的數學基礎，因此很多學生對該課程的學習產生畏懼感，造成課堂上主要是老師講、學生聽、反饋少、效果差的教學過程，最終導致學生對基本原理掌握欠缺。

2.2 理論與實際銜接難使學生缺乏必要的實踐訓練

傳統教學過程主要以課堂教學為主，學生對各種流體流動現象的理解僅存在于書本的公式以及課堂教師演示的動畫、案例中，課程實驗主要以演示、驗證實驗為主，欠缺對工程實際中流動現象的直觀觀察和理解，造成學生認知、理解和解決專業復雜工程問題的能力培養目標難以實現[5]。

傳統的教學多注重知識的灌輸，往往忽視專業素質的培養，造成很多學生的專業認知度低，專業榮譽感和使命感不強，如何將思政融入教學過程，提高學生的綜合素質是教學中的難點。

3.基于工程教育認證標準的流體力學課程教學改革

依據中國工程教育專業認證協會制定的工程教育認證標準、建筑環境與能源應用工程專業培養目標和畢業要求，研究學生、專業、學科的時代特征，在教學中逐步滲透“能力重于知識”的教育理念，以培養學生主動學習和終身學習的習慣，提升學生綜合素質，以理論聯系實際為核心設計教學思路，培養學生的創新應用能力。

3.1課程教學思路

（1）由于流體力學課程中的很多概念十分抽象，很難直觀地觀測到，所以在教學設計上要注重增強感性認知，抽象概念轉化具象化;（2）本課程中的許多公式都在專業課程中有實際應用，但應用條件不同導致公式出現的形式不同，不注意引導的話，很容易讓學生誤以為是不同的、新的知識點，因此教學設計要解決前后課程知識點銜接渠道不暢的問題;（3）本課程各章節的知識緊密相關，必須架構知識體系將分散的知識點串聯成一條清晰邏輯主線，才能讓學生學會“學習”，因而在講授中應設計知識回顧的環節，將知識結構系統化;（4）根據我校的學生特點——知識的理解不夠深入，即使當時能夠理解，課后作業加深記憶，也無法幫助學生建立專業思維，因此，理論教學過程設計了學生了解相關工程案例，不僅僅是“眼睛看”，更應該是學生“自己做”的環節。

3.2 課堂教學實踐

本文以流體力學課程第五章第一節：孔口自由出流1學時教學為例，簡要介紹教學實施過程。

（1）課前交流。通過問卷調研分析了大學生的認知、個性、適應性維度學習心理，發現引導學生興趣的有效途徑就是增加師生互動交流。因此，在課前教師都與學生開展互動交流，評價老八校、高校排名、考研技巧等共同關心的話題，有意識地培養學生自主學習和終身學習的習慣。（2）開場白啟發式設問。設問1：某品牌飯店上菜的等時沙漏為什么能夠計時？沙子裝在容器里的體積物理量為什么可以表征時間量？它們是依靠什么建立關聯的？設問2：元代的銅壺滴漏是最早的計時工具之一，實際上與西方鐘表相比并不精密，影響誤差的主要因素有哪些呢？設問3：東西方的科學思想有什么不同之處呢？你認為目前西方科學的優勢主要體現在哪些方面？東方的呢？如何融合？設問1，將理論知識與生活常識建立聯系，適合學生的認知水平和習慣，引導學生的學習興趣;設問2，引發學生的深刻思考，培養獨立思考能力;設問3，引入人文素質教育理念，引發強烈思考動機，教學中注意營造一個寬松、自由、活躍、富有吸引力的人文環境，知識和素質協同培養。（3）課堂講授，在本課程系統內建立第一次知識聯接。本節的推導是從第三章能量方程展開的，那么講授就從復習第三章能量方程開始。首先，兩個方程的應用條件是不同的，通過講解前后知識點的區別，讓學生發現了知識遷移過程的變化根源;其次，強調教材的方程是在特定條件下才適用的，當條件發生變化后流量公式將隨之發生變化，培養學生靈活運用知識解決實際問題的能力;最后，作用水頭的概念是專業重點知識，通過理論推導后得到了計算公式，是傳統的邏輯思維培養方式，更重要的是理解其物理意義提高學生的職業素質。講授中突出這三個點，就能夠幫助學生梳理課程系統，建立分散知識的聯接節點，從而滲透系統化學習的方法，讓學生學會學習。（4）案例分析，與實際工程建立第二次知識聯接。教學設計1：教師打開教室里的一扇窗戶，問學生：大家知道通過這扇窗戶的空氣量是多少嗎？ 學生肯定不知道呀，也從來沒想過這個問題，盡管第三步實際上已經給出了答案，但是學生的認知水平達不到。教師可利用好奇心開始案例計算教學，通過一個例題計算孔口出流的流量，然后引申為矩形窗口的氣流流量計算，讓學生建立理論與實際的聯接點。

3.3 依托創新創業大賽等活動，增強實戰能力

抽象的概念要通過具象設計來理解，因此課程組創新設計了流體力學試驗臺，依托一個省級大創項目改造了流體力學試驗臺，自行設計了12個流體力學實驗項目，使實驗變得有意義。同時依托校企合作平臺，讓學生在企業參與實際工程的管道設計計算，“知識”直接增值為“能力”。鼓勵學生參加大創，加強創新能力的培養。所有的課外工作都是課程的有機組成部分，加快了從理論到工程實際的跨越速度。

3.4課后交流

“處乎無響，行乎無方?！笔谡n教師利用課余時間主動與學生談人生、說理想，教師如何能積極引導學生開闊視野，主動傳遞價值觀和世界觀，一個學期的時間是能夠賦予我們的學生社會責任感、歷史使命感的。教育就是一個靈魂喚醒另一個靈魂的過程。如2016年考研考入西安建筑科技大學的葉志成同學，讀研期間和課程負責人常有交流，探討科研工作心得。于是，課程負責人就利用他回沈陽期間為大二學生講解考研的注意事項，交流考研心得，學生與學生的交流更為暢通，特別是讓孩子們懂得了“師承”的內涵。

4.課程教學質量持續改進措施

貫徹學生為主體的教育理念，當代“無方”之大學生面臨多方壓力，不斷探究適配的、科學的、有效的教學方法來幫助學生克服學習心理障礙，讓枯燥的理論以實驗、模擬、實習、講座、工程設計等多樣化的面貌呈現出來，培養學生熱愛專業、有社會責任感的綜合素質。

重視能力培養，從翻轉課堂、網絡資源建設、實驗創新到校企合作，都是圍繞著培養學生綜合能力這一主題，不僅僅是運用靈活多變的教學方法，更注重的是創造一個課程體系來實現本科生從理論到實際的跨越，從本質上來講，課程改革舉措就是構建學生創新思維體系的保障。

通過校際校企合作，開放和共享優勢平臺和師生資源，邀請校企兩個育人主體聯合開展課程調研，共同完成課程建設目標的修訂、評價和完善，課程組為企業提供智力支持，企業為高校擴充信息化教學資源，并通過校際合作建立師資互聘和跨學科人才培養的平臺，從而實現課程體系和內容的優化。

5.教學評價與效果

在教學上對學生學業的評價除了課業完成所取得的分數外，更應根據建筑環境與能源應用工程專業多學科、重實踐的特點，對學生在多方面、多層次完成的學業內容進行評價。如2018年包括流體力學在內的多門課程內容整合土木、能動、機械交叉學科優勢資源，通過校企共建交叉融合專業，簽署9家校企聯合培養協議，參加實習的學生50多人次，完成實際工程項目實習5項，建筑能源大講堂聘請知名專家為本科生講課，已開班9課;把計算流體力學最新成果與虛擬仿真結合引入可視化教學，正確處理深入淺出的關系，學生改造的流體實驗臺為學生競賽項目服務，并依托虛擬仿真實驗室平臺演示理論解析過程，豐富了課程素材庫。

本課程的教學方法、手段、資源已逐步運用于本專業其他課程教學中，充分釋放了學校資源使本科生有機會接觸專家和行業，將流體力學的能量理論直接運用在管道設計中，實現了理論與實踐的銜接，實現了“帶著問題學習”的教學過程。學生對本課程的教學效果以及對任課教師的評價均很高，數名參與企業實習的學生得到了企業在能力方面的高度認可。

參考文獻：

[1]張雪齡，金聽祥，張琦，等.基于工程教育認證的流體力學課程的教學改革[J].科技視界，2019（13）：93，109-110.

[2]孫占朋，朱海榮.工程教育認證背景下“流體力學”課程教學改革[J].內燃機與配件，2019（22）：276-277.

[3]李恩田，趙會軍，呂曉方，等.專業認證背景下的《流體力學》課程教學改革[J].開封教育學院學報，2019（8）：105-106，108.

[4]王昊，撒占友，王玉華，等.基于OBE理念的安全工程專業流體力學課程教學模式改革與實踐[J].教育現代化，2019（32）：66-68.

[5]牛永紅.建筑環境與能源應用工程專業課程實驗教學探討[J].科教文匯，2016，338（1）：49-50.

作者簡介：

費朝陽（1978年-），男，沈陽工業大學建筑與土木工程學院講師，博士，主要從事建筑環境與能源應用工程專業教學和建筑節能應用研究。