羅春歡 任 玲 郭美榮 周文寧 高 婷

(北京科技大學能源與環(huán)境工程學院，北京100083)

工程流體力學是一門研究流體平衡、運動、流體與流體及流體與固體相互作用力學規(guī)律以及這些規(guī)律在工程實際中應用的專業(yè)基礎課，是能源、水利、石油、土木、環(huán)境、機械等眾多工科專業(yè)的一門必修課程。學生通過對該課程的學習，掌握扎實的流體力學知識能夠為后續(xù)其他專業(yè)課程的學習打好基礎。工程流體力學在整個課程體系中的地位十分重要，但該課程概念比較抽象，知識點多，理論性強，不容易被學生理解，是大學公認的教師難講、學生難學的一門專業(yè)基礎課。因此，教師為了順利完成教學任務，大多數(shù)課堂仍采用傳統(tǒng)既定教學模式，通過預設與控制，嚴格執(zhí)行教案，完成教學大綱規(guī)定的所有教學內(nèi)容。而學生由于畏難情緒，習慣以應試為目的，消極接收。所以，傳統(tǒng)教學模式下，教師往往注重知識灌輸，被動式教學，又無意中切合了學生應試的心理，忽略了學生應用能力、思辨能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，偏離了教學的真實目的。

在“新工科”的背景下，基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形式、立德樹人新要求，教育部對我國工程教育教學改革提出了新的方向。傳統(tǒng)的工程流體力學教學模式已經(jīng)不能滿足新形式下綜合型人才培養(yǎng)的要求[1-2]。因此，探索工程流體力學新的教學模式，培養(yǎng)符合國家戰(zhàn)略的新工科人才至關(guān)重要。近年來，國內(nèi)眾多高校已經(jīng)開始對工程流體力學教育教學改革展開研究。研究的主要內(nèi)容包括教學內(nèi)容、教學理念、教學技巧和教學方式等方面的改革與創(chuàng)新，探索了多媒體、互聯(lián)網(wǎng)＋、課堂翻轉(zhuǎn)、分層次等教學對工程流體力學課程效果和人才培養(yǎng)的積極影響和促進作用[3-6]。相比于傳統(tǒng)教學模式，這些創(chuàng)新性的改革成果提高了教學質(zhì)量，增強了學生的積極性，培養(yǎng)了學生獨立思考的能力，一定程度上改變了傳統(tǒng)應試教學的錯誤理念。但現(xiàn)有的工程流體力學課程教學改革仍然比較單一，多媒體，網(wǎng)絡互動等雖然充實了教學內(nèi)容，擴展了學生視野，但對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有限，而課堂翻轉(zhuǎn)與分層次教學有助于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力，但學生參與度不夠、參與面不廣，從而影響了整體教學的效果。

因此，有必要進一步探索研究工程流體力學課程教學模式的改革與創(chuàng)新。本文對機械類專業(yè)工程流體力學“微課-參與式”教學模式進行了探索研究。擬在現(xiàn)代媒體技術(shù)的輔助下，以學生為本，通過“微課”的形式讓學生積極、全面、深度參與課堂教學，以達到理想的教學效果，培養(yǎng)學生的綜合能力。

1 “微課-參與式”教學課堂設計與實踐

1.1 “微課-參與式”教學內(nèi)容設計

機械類專業(yè)工程流體力學課程為32 學時，其中2 學時為實驗課，課程知識點多，課時比較緊張。如果引入“微課-參與式”教學模式將會占用更多的正常教學課時，課程進度將會更加緊張，現(xiàn)有教學內(nèi)容安排已經(jīng)不能滿足這一教學模式?！拔⒄n-參與式”教學模式以激發(fā)所有同學的興趣為出發(fā)點，使他們在課外積極、主動查閱資料，思考并解決問題，并將其制作“微課”在課堂進行展示、講解和討論，在這個過程中，已經(jīng)成功將部分教學任務從課堂內(nèi)轉(zhuǎn)移到課堂外。相比于傳統(tǒng)被動式教學，這一主動吸取知識的過程效率更高。因此，結(jié)合“微課-參與式”這一教學模式，對現(xiàn)有教學內(nèi)容進行精煉至關(guān)重要。根據(jù)教學大綱的要求，對整個課程的教學內(nèi)容和知識點進行了梳理，對適合學生進行“微課-參與式”教學的相關(guān)內(nèi)容進行了優(yōu)化，見表1。

表1 “微課-參與式”教學的相關(guān)內(nèi)容梳理

1.2 “微課-參與式”教學形式設計

“微課-參與式”教學對教學形式也提出了新的要求，新的教學形式要以全面激發(fā)學生興趣，深度參與課堂為出發(fā)點。“微課”視頻采用何種形式能全面調(diào)動學生積極性？如何將“微課”與“參與式”教學有機結(jié)合起來才能讓每一位學生將課堂參與到底？同時“微課-參與式”教學將學生進行角色轉(zhuǎn)換，成為講授主體，如何合理安排教學內(nèi)容？如何實現(xiàn)師生之間的銜接？能否解決好這些問題直接決定了“微課-參與式”教學模式的效果。

“微課-參與式”教學要求學生立足教學目標知識點，結(jié)合自身對新知識、新事物和新現(xiàn)象的興趣，采用現(xiàn)代大學生熱衷的智能手機、計算機、相機和攝像機制作“微課”視頻，主要包括“生活中的流體力學”、“流體力學工程應用”、“流體力學與人類文明”、“流體力學創(chuàng)新作品”、“課后習題我解答”、“工程流體力學實驗”、“流體力學前沿熱點”等多種形式。“微課”與“參與式”教學有機結(jié)合可以從課堂內(nèi)外進行。課堂內(nèi)，教師結(jié)合教學進度和教學內(nèi)容，合理分配課時，讓學生結(jié)合所學知識對自己或小組制作的微課視頻進行展示與講解，教師對學生講解情況進行肯定、補充或指正；課堂外，通過課程中心，班級視頻共享平臺，學院公共媒體將“微課”視頻電影進行分享、討論與學習。此外，流體力學創(chuàng)新作品可以參與相應大學生科技創(chuàng)新或媒體創(chuàng)意競賽。

1.3 “微課-參與式”教學實踐

2018-2019學年第2學期對2017級機械專業(yè)開展了工程流體力學“微課-參與式”實踐教學。在每章內(nèi)容教學前，對所有知識點進行梳理，學生根據(jù)自身興趣，選取不同知識點，利用1～2周時間制作“微課”。學生在準備過程中，采取自愿組隊的形式，每組人數(shù)控制到3 ～4 人。在“微課”制作工程中，教師經(jīng)常與學生保持溝通交流，為他們提供理論和實驗上的幫助，同時掌握大家進度和每位同學的參與度及工作量，保證每位同學有效參與到“微課-參與式”教學過程中來。在整個教學過程中，從一開始只有部分同學積極主動報名，最后發(fā)展到整個課堂3 個自然班的同學全面參與到“微課-參與式”教學中，總共24 組，部分“微課”見表2。

在該學期“微課-參與式”教學實踐中，各組同學充分利用課外時間，結(jié)合課堂知識點，查閱文獻資料，巧妙制作道具，精心設計實驗，將知識點深入淺出地融入到“微課”中，通過參與式教學，精彩的展現(xiàn)到大家面前。圖1 和圖2 分別為節(jié)選自同學“九龍杯原理”和“雷諾實驗”微課中的圖片。這樣的參與式教學，不僅僅提高了學生的興趣，促進了大家全面深度參與課堂，更增強了學生主動思考解決問題和創(chuàng)新實踐的能力。

表2 學生部分“微課”列表

圖1 “九龍杯原理”微課截圖

圖2 “雷諾實驗”微課截圖

2 “微課-參與式”教學考核方式改革

“微課-參與式”教學對成績評價機制也提出了新的要求。教學的核心是培養(yǎng)人才，“微課-參與式”教學的核心就是全面參與，培養(yǎng)綜合性人才。人才培養(yǎng)的效果離不開科學的評價機制，現(xiàn)有工程流體力學課程的考核模式為20%平時成績+80%學期末考試成績，具有較強應試特征，已不能滿足綜合性人才的考核要求。

“微課-參與式教學”提高了平時成績的權(quán)重，平時成績從20%提升為40%，從以前單一的應試考核向過程考核傾斜。為了客觀量化學生“微課-參與式”教學表現(xiàn)，真實公平評價學生綜合能力，制定表3 所示考核細則。同學們在“微課-參與式”教學過程中，教師根據(jù)教學效果進行評分，體現(xiàn)學生對關(guān)鍵知識點的理解、掌握和運用情況，突出學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在教師評分的同時，引入學生自評，課堂上每個學生結(jié)合自己的切身感受進行評分，并且提出客觀的意見和建議。這樣有利于考核過程的公平，促進了學生之間的交流，提升了后續(xù)同學“微課”教學的水平，更能全面調(diào)動學生的興趣和積極性。

表3 “微課-參與式”教學考核方式

3 “微課-參與式”教學實踐效果及不足

“微課-參與式”教學實踐效果如何直接決定了一種新的教學方法是否成功，而對教學效果的評價最關(guān)鍵因素就是衡量該課程教學目標的達成度。“微課-參與式”教學模式改革使學生課堂參與度達到100%，這為高效優(yōu)質(zhì)完成教學目標提供了有力的保障。應試不是教學的目的，但課后練習和期末測驗仍然是考核學生是否掌握扎實基礎知識的最直接的途徑。與教學模式改革之前相比，“微課-參與式”教學中學生課后練習完成質(zhì)量更高，A 級評分占比約82%，同時期末考試優(yōu)秀率明顯提升，而不及格率從約12%降低到4.17%?！拔⒄n-參與式”教學不僅僅要讓學生掌握扎實的基礎知識，更要培養(yǎng)學生分析解決實際工程問題的基本能力。通過“水庫閘門問題”，學生更加深刻地理解了壓力中心和靜止流體對固壁的總作用力等關(guān)鍵知識點，同時對水庫閘門設計計算等工程問題有了基本的認識。在講解“伯努利方程”知識點過程中，同學們通過一系列的“微課”積極主動參與教學，如“九龍杯原理”、“打水漂”、“馬格努斯效應”、“皮托管”和“伯努利實驗”等，不僅更加扎實地掌握了該知識點，更使大家對“伯努利方程”在生活和工程中廣泛的應用有了切身的體會?！傲黧w流態(tài)”和“邊界層分離”這些知識點依托教材講解學生難以獲得深刻的認識，通過“雷諾實驗”、“塔科馬大橋工程分析”和“卡門渦街”等“微課-參與式”教學，學生通過實踐更加直觀真實地體會流體的流態(tài)和邊界層分離等現(xiàn)象，從而更加深入地理解影響流體流態(tài)和邊界層分離的關(guān)鍵因素?！拔⒄n-參與式”教學將課堂上流體力學的基本概念、理論和規(guī)律與生活和工程應用緊密結(jié)合起來，既讓學生扎實地掌握了基本知識點，又潛移默化地使大家認識到流體力學在解決工程實際問題中的重要意義，提高了大家的實踐和創(chuàng)新能力，切合“新工科”復合型人才培養(yǎng)的要求。

為了進一步完善與促進工程流體力學教學模式改革，在學期課程結(jié)束時面向全體同學開展了問卷調(diào)研。此次問卷調(diào)研內(nèi)容主要包括以下六個方面：小組成員準備“微課”的過程、“微課”內(nèi)容與形式、“微課-參與式”教學的考核方式、“微課-參與式”教學的作用、“微課-參與式”教學的整體感受、“微課-參與式”教學的意見和建議。調(diào)研結(jié)果表明91.1%的學生課后準備“微課”的時間為一周及以上，分別有35.7%和55.75%的同學認為不會和稍微增加課后其他課程學習負擔，“微課-參與式”教學合理地保證了學生課外自主學習工作量。在“微課-參與式”教學過程中引入學生自評，72.9%的同學持肯定態(tài)度，認為提高了考核的公正性，其中34.3%的同學認為可以適當提高學生自評分比例。同學們歡迎“微課-參與式”教學，不僅提高了課堂的參與度，還加深了大家對知識點的理解，鍛煉了自己的綜合能力。超過85%的同學認為通過“微課-參與式”教學提高了自身的自學能力、創(chuàng)新實踐能力、思辨能力，同時也鍛煉了表達能力和團隊協(xié)作能力。

“微課-參與式”教學實踐在取得一定效果的同時，也存在一定的不足，同學們也提出了一些寶貴的意見和建議，主要體現(xiàn)在教學形式和考核方式上。在教學形式上適當增加“ 微課-參與式”教學學時，保證課堂上學生討論時間。在“微課”準備階段，放寬課堂知識點的限制，鼓勵多學科交叉，并給學生提供更加充足的材料和資金支持。同時要根據(jù)“微課”難度和工作量，適當減少每組成員數(shù)，最好不超過3人，從而保證每組同學的參與度，在考核上更加公正。

針對這些問題，后期將對現(xiàn)在的“微課-參與式”教學做進一步的改革與完善，希望在今后的工程流體力學教學過程中取得更好的效果。