楊嵩　朱先勇　王輝　朱航　于萍

[摘 要]新工科建設(shè)背景下，基于學(xué)科交叉融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和建設(shè)正在進(jìn)行。本文以工科基礎(chǔ)課程流體力學(xué)為切入點(diǎn)，針對(duì)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端，結(jié)合農(nóng)業(yè)航空植保工程實(shí)際需求，探討面向?qū)W科交叉融合、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)建設(shè)的可行性及融合方法。對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路、教學(xué)方法、建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的探討。結(jié)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，提出了TTBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、“審核+考核”準(zhǔn)入制度及復(fù)合式成績(jī)?cè)u(píng)定法，并對(duì)上述方法與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。

[關(guān)鍵詞]流體力學(xué);學(xué)科交叉;實(shí)驗(yàn)教學(xué);復(fù)合式成績(jī)?cè)u(píng)定法

[中圖分類號(hào)]G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005-5843（2020）04-0106-06

[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2020.04.020

新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)變革和新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都對(duì)高等教育尤其是高等工程教育的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)[1]。新工科建設(shè)正是對(duì)這一挑戰(zhàn)的積極回應(yīng)[2]。高等教育的發(fā)展水平是一個(gè)國家綜合國力和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志。新工科背景下，高等工程教育應(yīng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系、相互支撐[3]。多學(xué)科交叉、融合成為工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的著力點(diǎn)和重大工程科技創(chuàng)新的突破點(diǎn)[4]。

農(nóng)業(yè)作為初級(jí)生產(chǎn)的第一產(chǎn)業(yè)，是人類最大和最重要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的過程和手段，亦是中國現(xiàn)代化的重要組成部分。農(nóng)業(yè)病蟲害、農(nóng)藥不合理施用作為影響農(nóng)產(chǎn)品有效供給及農(nóng)產(chǎn)品安全的重要制約因素，其防控手段的現(xiàn)代化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分[5][6]。農(nóng)業(yè)航空植保作為一種高效作業(yè)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)化肥和農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)，防控突發(fā)性農(nóng)業(yè)災(zāi)害，保障中國糧食安全與生態(tài)安全，提高農(nóng)業(yè)作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要方法，亦是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育方向[7]。農(nóng)業(yè)航空植保于1911年由德國人提出，1949年美國開始研制農(nóng)業(yè)植保專用噴灑飛機(jī)。歷經(jīng)百年發(fā)展，農(nóng)業(yè)航空植保技術(shù)及產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，美、日兩國作為其中的佼佼者，美國是航空噴霧應(yīng)用技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)最成熟的國家，日本是農(nóng)用無人機(jī)噴藥第一大國。農(nóng)業(yè)航空植保是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，也是反映農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志[8]。

農(nóng)業(yè)航空植保技術(shù)涉及到飛行器設(shè)計(jì)、飛機(jī)噴灑設(shè)備設(shè)計(jì)、飛機(jī)噴施設(shè)備技術(shù)測(cè)定、航空噴霧設(shè)備噴頭性能測(cè)試、噴霧飄移風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室測(cè)定等多方面的技術(shù)和規(guī)范[9]?？v觀以上所述的關(guān)鍵技術(shù)及規(guī)范可知，無論是飛行器設(shè)計(jì)還是噴灑裝置的設(shè)計(jì)及測(cè)定都與流體力學(xué)知識(shí)密切相關(guān)。流體力學(xué)作為基礎(chǔ)科學(xué)，以流體（包含氣體、液體、等離子體）流動(dòng)現(xiàn)象及相關(guān)力學(xué)行為為研究對(duì)象。流體力學(xué)在推動(dòng)科技發(fā)展方面發(fā)揮了廣泛且巨大的作用。其應(yīng)用范圍及交叉學(xué)科涵蓋物理學(xué)、化學(xué)、航空工程、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)等諸多學(xué)科和領(lǐng)域[10][11]。流體力學(xué)教學(xué)包含理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為鞏固理論知識(shí)、關(guān)聯(lián)工程實(shí)踐的中間環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[12][13]。在高等學(xué)校工程教育“新工科”的建設(shè)背景下，選擇流體力學(xué)與農(nóng)業(yè)航空植保作為推進(jìn)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“工程化”改革探索的試驗(yàn)田，是傳統(tǒng)流體力學(xué)應(yīng)對(duì)新機(jī)遇和挑戰(zhàn)的一次嘗試，更是實(shí)現(xiàn)流體力學(xué)這一專業(yè)基礎(chǔ)類課程建設(shè)從“老工科”到“新工科”轉(zhuǎn)變的一次探索。

一、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及問題

流體力學(xué)是機(jī)械工程、土木工程、能源與動(dòng)力工程等工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其基礎(chǔ)理論和概念較為抽象，流動(dòng)現(xiàn)象復(fù)雜且不易表述[14]。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是對(duì)抽象復(fù)雜理論知識(shí)及流動(dòng)現(xiàn)象的驗(yàn)證與演示，是學(xué)生理解復(fù)雜理論知識(shí)的重要途徑，亦是學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力、理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要紐帶[15]。依據(jù)筆者的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)階段流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀和存在的問題主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、更新緩慢。傳統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主（如伯努利方程驗(yàn)證），實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一且枯燥，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，抑制創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，師生互動(dòng)性不強(qiáng)。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多采用示范教學(xué)法，教師通過大量的講解，將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等教學(xué)信息通過灌輸式教學(xué)傳授給學(xué)生，教學(xué)過程中，教師居于絕對(duì)主體位置，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，整個(gè)教學(xué)過程師生互動(dòng)性不強(qiáng)。

三是實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合度不足。流體力學(xué)各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多單獨(dú)運(yùn)行，各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間關(guān)聯(lián)性弱，缺少綜合性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，造成了本應(yīng)相互關(guān)聯(lián)的理論知識(shí)的實(shí)驗(yàn)割裂，易導(dǎo)致學(xué)生理解和認(rèn)知出現(xiàn)偏差。

四是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“工程化”程度弱。流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多圍繞基本原理的驗(yàn)證、基本物理參數(shù)的測(cè)定進(jìn)行展開，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生對(duì)如何將基本原理用于工程問題的解決感到茫然，經(jīng)常有學(xué)生提出“這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芨墒裁?？”的疑惑?/p>

五是實(shí)驗(yàn)考核方式單一。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，忽略實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)和實(shí)驗(yàn)思考等表現(xiàn)，存在部分學(xué)生旁觀實(shí)驗(yàn)、共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。

六是實(shí)驗(yàn)開放性不足。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)屬于基礎(chǔ)類科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容抽象、枯燥、工程延展性及關(guān)聯(lián)性弱，加之實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，無法有效激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

新形勢(shì)下，流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和建設(shè)應(yīng)圍繞“工程教育”這一核心原點(diǎn)進(jìn)行展開，以“新工科建設(shè)”為坐標(biāo)軸，針對(duì)問題和不足展開討論和探索。國內(nèi)高校針對(duì)流體力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新工科建設(shè)進(jìn)行了廣泛的探索，研究?jī)?nèi)容以現(xiàn)有流體力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)的組合和拓展為主;研究方向涵蓋教學(xué)方法建設(shè)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)、虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)裝置建設(shè)、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行模式建設(shè)等。隨著高等學(xué)校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的持續(xù)推進(jìn)，以問題為核心的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法逐漸成為主流。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為一種以問題為基礎(chǔ)的研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，正成為一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、研究主動(dòng)性和實(shí)踐能力的重要途徑[16][17]。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路及方法

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是聯(lián)通專業(yè)基礎(chǔ)理論、科學(xué)探索和工程實(shí)踐研究的橋梁環(huán)節(jié)，應(yīng)同時(shí)具備“理論”“實(shí)踐”和“探索”的屬性[18][19]。學(xué)科交叉作為創(chuàng)新性人才培養(yǎng)和創(chuàng)新性產(chǎn)出的重要渠道，其為“新工科”背景下創(chuàng)新教學(xué)的開展提供了廣闊平臺(tái)和豐富內(nèi)容[20]。農(nóng)業(yè)航空植保所面臨的工程需求與流體力學(xué)關(guān)聯(lián)度較高。流體力學(xué)作為基礎(chǔ)類科學(xué)，其研究的對(duì)象為基本流動(dòng)現(xiàn)象;農(nóng)業(yè)航空植保所面臨的工程需求是基本流動(dòng)現(xiàn)象的復(fù)雜化和綜合化再現(xiàn)。兩者之間是源與流的關(guān)系。

（一）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為面向“新工科”教學(xué)改革的新型實(shí)驗(yàn)，著重解決現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)所存在的不足。擬采用的基本教學(xué)思路為：以專業(yè)培養(yǎng)方案為準(zhǔn)則，以學(xué)科交叉為依托，通過梳理課程知識(shí)點(diǎn)，開展成果導(dǎo)向式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)[21][22]。

在機(jī)械工程專業(yè)培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)的框架下，結(jié)合學(xué)科發(fā)展前言，搭建以流體力學(xué)和農(nóng)業(yè)航空植保學(xué)科交叉為依托的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。創(chuàng)新平臺(tái)通過對(duì)流體力學(xué)和農(nóng)業(yè)航空植?；局R(shí)進(jìn)行理論維度、工程維度的雙向拓展，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新、整合及工程化提供了廣闊空間;通過一系列設(shè)計(jì)型、探究型、開放型綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展，將流體力學(xué)理論知識(shí)點(diǎn)與農(nóng)業(yè)航空植保工程應(yīng)用進(jìn)行有機(jī)整合，并以工程成果的形式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索精神，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，為人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升和流體力學(xué)及農(nóng)業(yè)航空植保領(lǐng)域的雙創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

教學(xué)方法是教學(xué)思路實(shí)現(xiàn)的方法論。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)擬采用改進(jìn)型TBL教學(xué)方法——TTBL（Team Task Based Learning）方法，即基于小組的任務(wù)驅(qū)動(dòng)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法[23]。TTBL教學(xué)方法的基本特征是，學(xué)生作為教學(xué)主體，以任務(wù)小組為基本單位，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，是一種將教師啟發(fā)教授與學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合，教學(xué)目標(biāo)明確的教學(xué)方法，其基本教學(xué)流程（如圖1所示）。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)依據(jù)培養(yǎng)方案，在綜合考慮流體力學(xué)知識(shí)要點(diǎn)、農(nóng)業(yè)航空植保工程應(yīng)用實(shí)際、學(xué)生基本能力等因素的條件下規(guī)劃實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;學(xué)生依據(jù)自己的興趣、專業(yè)優(yōu)勢(shì)組建任務(wù)小組并選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為研究對(duì)象;實(shí)驗(yàn)小組在教師的指導(dǎo)下完成資料查詢、問題解析、任務(wù)分工、方案制訂等工作。實(shí)驗(yàn)小組以預(yù)約形式開展研究，研究過程中實(shí)驗(yàn)小組可依據(jù)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行調(diào)整，教師在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行輔助性指導(dǎo)。學(xué)生以小組為單位向教師提交實(shí)驗(yàn)成果并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)匯報(bào);教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)小組的成果及表現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考評(píng)，小組內(nèi)進(jìn)行互評(píng)。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生和教師通過建立理論學(xué)習(xí)、問題分析、動(dòng)手實(shí)踐、探究創(chuàng)新的學(xué)習(xí)鏈條，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的交叉螺旋上升，達(dá)到理論知識(shí)鞏固、工程能力提升、科學(xué)精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的培養(yǎng)的目標(biāo)。

TTBL教學(xué)方法在“開放性”“創(chuàng)新性”“探究性”上滿足創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，其優(yōu)勢(shì)及內(nèi)在邏輯主要表現(xiàn)為：（1）開放性。開放是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，TTBL教學(xué)方法在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇、任務(wù)小組組建、方案制訂、實(shí)驗(yàn)預(yù)約等方面充分體現(xiàn)開放性，學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)的主體，可依據(jù)實(shí)際情況自由選擇;（2）創(chuàng)新性。TTBL教學(xué)方法的開放性為創(chuàng)新性的培養(yǎng)提供了平臺(tái)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，針對(duì)問題進(jìn)行發(fā)散性思維，通過組內(nèi)“頭腦風(fēng)暴”等形式對(duì)問題進(jìn)行剖析，形成具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)方案和研究方法;（3）探究性。TTBL教學(xué)方法的開放和創(chuàng)新屬性為探究性研究提供可能，面向工程應(yīng)用的任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式教學(xué)，通過工程應(yīng)用將理論知識(shí)具體化。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生在由實(shí)驗(yàn)成果、興趣及探索精神所組成的正反饋閉環(huán)激勵(lì)下，不斷完成相關(guān)領(lǐng)域的探索。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)前的建設(shè)重點(diǎn)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想和方法的具體化。筆者擬在實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建設(shè)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入及考評(píng)體系建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)4個(gè)方面進(jìn)行探討。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的核心，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展的載體。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持內(nèi)核精練、外延寬泛的基本原則。為適應(yīng)TTBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提出一種以STEP為內(nèi)核，以開放性、可行性和發(fā)展性為外延的建設(shè)理念。內(nèi)核與外延是靈魂與肉體的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是內(nèi)核和外延的統(tǒng)一體。

STEP是科學(xué)性（Science）、技術(shù)性（Technology）、工程性（Engineering）和流程性（Process）的簡(jiǎn)稱，將STEP作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)核，其與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的匹配主要表現(xiàn)為：（1）科學(xué)性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)包含學(xué)科領(lǐng)域的理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)的開展應(yīng)有益于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解、鞏固和拓展。（2）技術(shù)性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)包含學(xué)科領(lǐng)域常用的分析方法，實(shí)驗(yàn)的開展應(yīng)有益于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、先進(jìn)設(shè)計(jì)方法、先進(jìn)分析方法、儀器設(shè)備等的掌握和熟練;（3）工程性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)具備足夠的工程屬性，實(shí)驗(yàn)的開展應(yīng)有益于學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合、工程應(yīng)用能力的鍛煉和拓展;（4）流程性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)具備流程訓(xùn)練內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)的開展應(yīng)有益于學(xué)生掌握工程開發(fā)流程，在流程訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)養(yǎng)成。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的外延主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的操作層面。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)具備開放性和挑戰(zhàn)性，有益于激發(fā)學(xué)生的探索欲望和創(chuàng)新潛能;符合教學(xué)發(fā)展和運(yùn)行的基本規(guī)律，適合學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和實(shí)踐能力水平，保證可行性;實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容具備更新、改進(jìn)、完善、提升的空間，形成難易層次分布合理，具備足夠的發(fā)展、探索空間，兼顧發(fā)展性。依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)理念，針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)內(nèi)容更新緩慢、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合不足、“工程化”程度不強(qiáng)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放性不足等問題進(jìn)行強(qiáng)化及修正。綜合考慮流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、農(nóng)業(yè)航空植保研究現(xiàn)狀、本校教學(xué)實(shí)際和專業(yè)優(yōu)勢(shì)，擬在如下3方向開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)：無人機(jī)航空噴灑設(shè)備管路優(yōu)化設(shè)計(jì);無人機(jī)航空噴灑噴頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);航空噴灑流量精確標(biāo)定及控制技術(shù)。

上述創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目研究方向均以農(nóng)業(yè)航空植保領(lǐng)域的前沿技術(shù)及工程應(yīng)用熱點(diǎn)為依托，作為涵蓋了流體力學(xué)基本理論（如伯努利方程、動(dòng)量方程、流動(dòng)阻力、流量控制理論及方法等）、工程分析方法（如聯(lián)合優(yōu)化算法、3D建模及快速原型制造、有限元分析法等）及工程項(xiàng)目開發(fā)流程的統(tǒng)一體，充分體現(xiàn)了STEP內(nèi)核理念。外延性主要表現(xiàn)為在教學(xué)實(shí)際中，教師依據(jù)任務(wù)組的實(shí)際情況，對(duì)研究方向進(jìn)行具體化操作，通過量化相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的方式，確定具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保障實(shí)驗(yàn)的可行性及發(fā)展性。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是教學(xué)方法的實(shí)踐形式。為更好地適應(yīng)TTBL教學(xué)方法，改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)方法單一和開放性不足的問題，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)擬采取學(xué)生為主體、小組運(yùn)行、項(xiàng)目引導(dǎo)、師生共建、成果驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)向式漸進(jìn)教學(xué)模式。學(xué)生和指導(dǎo)教師作為教學(xué)活動(dòng)參與者，其位置相對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式由“填鴨式”向“覓食式”轉(zhuǎn)變。

學(xué)生所組成的任務(wù)小組是實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的基本單元。學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)的主體參與到項(xiàng)目設(shè)計(jì)、方案制訂、研究開展、匯報(bào)展示、總結(jié)考評(píng)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目為“覓食式”教學(xué)的順利開展提供了良好的載體，任務(wù)小組為復(fù)雜型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展提供了有力的組織保障，實(shí)驗(yàn)成果作為“食物”驅(qū)動(dòng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)研究的過程中不斷探索創(chuàng)新。教師作為實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)及裁判，是實(shí)驗(yàn)的靈魂規(guī)劃者。教師在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中堅(jiān)持引導(dǎo)為主的基本原則，通過激勵(lì)、引導(dǎo)等方式為學(xué)生答疑解惑、提供決策支持，把握實(shí)驗(yàn)運(yùn)行方向，保障實(shí)驗(yàn)安全順利運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將信息檢索、問題分析、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新探索等訓(xùn)練有機(jī)的整合到實(shí)驗(yàn)過程中，為培育學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供保障。

（三）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入及考評(píng)體系建設(shè)

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入及考評(píng)體系是實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的制度保障。為更好適應(yīng)TTBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)存在的不足，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)擬采用“申請(qǐng)+考核”的準(zhǔn)入制度及面向?qū)嶒?yàn)運(yùn)行全流程的綜合考評(píng)方法。通過學(xué)生在線申請(qǐng)及教師綜合審核形成“申請(qǐng)+考核”準(zhǔn)入制度，可有效保證實(shí)驗(yàn)生源的質(zhì)量。與傳統(tǒng)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入制度相比較，“申請(qǐng)制”保證了學(xué)生完全出于自愿及興趣而參與實(shí)驗(yàn)，“審核制”增加了教師對(duì)學(xué)生知識(shí)體系、基本能力的評(píng)估，通過師生間的“雙向選擇”，確保了實(shí)驗(yàn)參與人員的基本條件，滿足實(shí)驗(yàn)開展要求。面向?qū)嶒?yàn)運(yùn)行全流程的綜合考評(píng)方法采用復(fù)合式成績(jī)?cè)u(píng)定法，即教師講評(píng)確定小組成績(jī)，組內(nèi)互評(píng)確定成員成績(jī)，兩項(xiàng)成績(jī)經(jīng)加權(quán)算法計(jì)算后成為學(xué)生的最終成績(jī)。小組成績(jī)由方案成績(jī)、運(yùn)行成績(jī)、成果成績(jī)、匯報(bào)成績(jī)、創(chuàng)新成績(jī)5部分組成;互評(píng)成績(jī)由分工成績(jī)、出勤成績(jī)、貢獻(xiàn)成績(jī)、態(tài)度成績(jī)4個(gè)部分組成。小組成績(jī)和互評(píng)成績(jī)的組合覆蓋了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的全流程。教師主導(dǎo)的小組成績(jī)面向?qū)W生專業(yè)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)生主導(dǎo)的互評(píng)成績(jī)面向?qū)W生實(shí)際參與度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等，由此所形成的分層成績(jī)?cè)u(píng)定體系符合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想及運(yùn)行規(guī)律。

（四）師資隊(duì)伍建設(shè)

師資隊(duì)伍是實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行的人員基礎(chǔ)。為更好適應(yīng)TTBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，保障實(shí)驗(yàn)的順利開展，擬建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)由不同層次的專業(yè)教師、科研教師、實(shí)驗(yàn)教師和研究生助教共同組成。教學(xué)團(tuán)隊(duì)采用委員會(huì)負(fù)責(zé)制，以高級(jí)職稱教師組成指導(dǎo)委員會(huì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的制訂、分配、指導(dǎo)、運(yùn)行、評(píng)估進(jìn)行全過程跟蹤和指導(dǎo)，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果;研究生助教發(fā)揮自身專業(yè)和溝通優(yōu)勢(shì)，提升實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的平順性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)定期進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)、討論和總結(jié)，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的穩(wěn)步提升[24]。

四、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)建設(shè)的挑戰(zhàn)及前景展望

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，其在實(shí)驗(yàn)建設(shè)理念、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、運(yùn)行方式、考核評(píng)價(jià)方式等方面與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一定的差異?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)背景下，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的建設(shè)面臨挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的局面。目前，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展處于探索階段，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，以課外教學(xué)身份運(yùn)行。

（一）挑戰(zhàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的合理性及實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的執(zhí)行性是目前實(shí)驗(yàn)建設(shè)所面臨的兩大挑戰(zhàn)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)因缺乏教學(xué)大綱的規(guī)范，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的組成上有足夠的自由度。自由度所帶來的不確定性如同一把雙刃劍，合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能有效地將課程要點(diǎn)、學(xué)習(xí)規(guī)律、培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行整合，形成實(shí)效性高、主動(dòng)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，樹立正確的科學(xué)觀、價(jià)值觀起到積極作用;不合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有可能起到相反的作用。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)所采用的小組“覓食式”教學(xué)模式與傳統(tǒng)的教學(xué)模式有較大的差異，長(zhǎng)久的填鴨式教學(xué)形成了極強(qiáng)的學(xué)習(xí)模式慣性，學(xué)習(xí)模式快速而徹底的轉(zhuǎn)變成為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)順利開展的關(guān)鍵。上述挑戰(zhàn)主要存在于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的探索期，隨著創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的逐步開展，教學(xué)理論的發(fā)展及教育經(jīng)驗(yàn)的積累，現(xiàn)階段所面臨的挑戰(zhàn)能得到有效的解決。

（二）前景展望

“新工科”建設(shè)為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的建設(shè)和發(fā)展提供了良好的契機(jī)，高等學(xué)校通識(shí)教育及學(xué)科交叉的廣泛開展為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的人員基礎(chǔ)及廣闊平臺(tái)?；诹黧w力學(xué)與農(nóng)業(yè)航空植保學(xué)科交叉的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)建設(shè)，為流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和人才培養(yǎng)注入新的活力，流體力學(xué)的強(qiáng)理論屬性也將為農(nóng)業(yè)航空植保的發(fā)展提供強(qiáng)勁的支持，兩者共同支撐高等學(xué)校人才培養(yǎng)及科研建設(shè)。作為流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索的一部分，其為基于學(xué)科交叉的流體力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展提供了參考。

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（責(zé)任編輯：郭彥松）

Discussion on the Construction of Innovation Experiment of Fluid Mechanics and Agricultural Aviation Industry for Plant Protection under the Background of Emerging Engineering Education

YANG Song，ZHU Xianyong，WANG Hui， ZHU Hang， YU Ping

（Jilin University， Changchun， Jilin 130025， China）

Abstract： Under the background of the emerging engineering education in higher education， the reform and construction of experimental teaching based on integration of discipline-crossing is ongoing. In this paper， we take fluid mechanics of engineering basic courses as the starting point， and in view of the disadvantages of fluid mechanics experimental teaching， combining with the actual needs of agricultural aviation industry for plant protection engineering， we explore the feasibility and fusion method of establishing a discipline-crossing innovative experiment. The creative experimental teaching ideas， teaching methods and construction contents are discussed in detail. Combining the characteristics of innovative experiments， the TTBL experimental teaching method， the "application + assessment" admission system， and the composite score evaluation method were proposed， and the relationship between the above methods and innovative experiments was studied.

Key words：?? fluid mechanics; discipline-crossing; experiment teaching; composite score evaluation method

[收稿日期]2019-12-21

[基金項(xiàng)目]吉林大學(xué)2019年實(shí)驗(yàn)技術(shù)項(xiàng)目（流量計(jì)標(biāo)定與校正實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方法研究）吉林大學(xué)2019年度本科教學(xué)改革研究（項(xiàng)目編號(hào)：2019XYB160）。

[作者簡(jiǎn)介]楊嵩（1987-），男，吉林伊通人，碩士，吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院工程師;研究方向：流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、精密制造。朱先勇（1968-），男，安徽合肥人，教授，吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院博士生導(dǎo)師;研究方向：機(jī)械制造工藝與裝備。王輝（1963-），女，吉林永吉人，吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院研究員;研究方向：機(jī)電一體化、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。朱航（1982-），女，吉林長(zhǎng)春人，吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院副教授;研究方向：機(jī)電一體化、農(nóng)業(yè)航空植保。于萍（1963-），女，黑龍江密山人，吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院教授;研究方向：流體力學(xué)、流體傳動(dòng)。