馬林 祝星

基金項目：國家自然科學基金委員會“磁納米流體各向異性調(diào)控機制及熱質(zhì)協(xié)同研究”（51966005）；第三期教育部供需對接就業(yè)育人項目“冶能天津鋼管就業(yè)實習基地項目”（2023122630832）；高等學校能源動力類教學研究與實踐項目“東南亞能源動力類‘一帶一路新工科人才培養(yǎng)模式探索與實踐”（NDJZW2021Z-52）；云南省本科教育教學改革研究項目“綠色能源現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院建設(shè)路徑研究”（JG2023009）；2023年昆明理工大學本科教育教學改革研究項目“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合冶金與能源動力類專業(yè)教育培養(yǎng)模式的創(chuàng)建與實施”（79）；2023年昆明理工大學一流本科課程《工程流體力學》（139）

第一作者簡介：馬林（1985-），女，漢族，山西朔州人，博士，講師。研究方向為新能源環(huán)境評價及優(yōu)化。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.19.025

摘? 要：工程流體力學是能源與動力工程專業(yè)的學科基礎(chǔ)課，對學生后續(xù)課程學習和專業(yè)技能提升具有重要的支撐作用。該課程理論強、學時短、公式推導多、學習難度大。為此，將OBE教育理念融入工程流體力學教學設(shè)計實踐中，按照教學大綱的要求，完善課程目標和內(nèi)容，以產(chǎn)出為導向，優(yōu)化教學方法、手段及考核方式。通過教師專業(yè)素質(zhì)提高，成果轉(zhuǎn)化、思政融入，案例庫構(gòu)建，教學資源整合等措施，構(gòu)建產(chǎn)學研融合、混合式教學的培養(yǎng)模式，設(shè)計過程性耦合結(jié)果性考核方式，全方位調(diào)動學生學習的積極主動性和自主學習創(chuàng)新能力，精準化達成課程培養(yǎng)目標。

關(guān)鍵詞：OBE；工程流體力學；課程思政；能源與動力工程；精準化

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）19-0101-04

Abstract： Engineering Fluid Mechanics is a basic subject course for energy and power engineering majors， which plays an important supporting role for students' follow-up course learning and professional skills improvement. There are strong theory， short learning time， many formula derivation， and great learning difficulty for this course. To this end， the OBE education concept is integrated into the teaching design practice of Engineering Fluid Mechanics. According to the requirements of the teaching syllabus， the course objectives and contents are improved， and the teaching methods， means and assessment methods are optimized with the guidance of output. Through measures such as the improvement of teachers' professional quality， the transformation of achievements， the integration of ideology and politics， the construction of case database， and the integration of teaching resources， the training mode of industry-university-research integration and hybrid teaching has been constructed， and the process coupled results-based assessment method has been designed， which fully mobilizes students' learning initiative and independent learning innovation ability， and accurately achieves the course training goal.

Keywords： OBE; Engineering Fluid Mechanics; curriculum ideology and politics; energy and power engineering; precision

工程流體力學課程既具有流體力學的系統(tǒng)理論，又包含實際應用技術(shù)，是能源與動力工程專業(yè)（以下簡稱“能動專業(yè)”）的一門主要學科基礎(chǔ)課。作為必修課程，為本專業(yè)學生掌握空氣、高溫爐氣、煙氣、水蒸汽、水和氣體燃料等流體在各種設(shè)備中呈現(xiàn)何種規(guī)律提供主要的知識支撐，是畢業(yè)生今后從事與流體平衡和運動相關(guān)科學研究、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)運行和管理等工作應該具備的基本學科知識。在能動專業(yè)本科學習體系中占據(jù)著十分重要的地位。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出，基于教師的主導性作用，教育要以學生為主體，充分發(fā)揮學生的主動性，把促進學生健康成長作為學校一切工作的出發(fā)點和落腳點[1]。OBE（Outcome-based Education）教育理念，正是一種以學生為主，教師為輔[2-4]，以學習成果為導向，充分調(diào)動學生的積極主動性，用逆向思維對課程體系進行設(shè)計的教學理念。目前，國內(nèi)外許多高校都將其應用于課程教學改革中，并初見成效[5-8]。圖1為知網(wǎng)檢索關(guān)鍵詞“成果導向教育”針對各個專業(yè)教學改革的統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，關(guān)于工程流體力學的研究較少，尤其是能源與動力工程專業(yè)，因此，有必要就本專業(yè)的工程流體力學課程有效融入OBE理念進行深入研究，本文針對能動專業(yè)工程流體力學在教育教學過程中的現(xiàn)狀，將OBE教育理念有效融入課程教學設(shè)計中，提出了一些教學方法和手段，通過實踐取得了一定的效果。

一? OBE教育理念

OBE教育理念，以學習成果或者結(jié)果為導向，采用逆向思維開展課程體系建設(shè)[9]，是20世紀90年代在美國、加拿大、英國等國家興起的教育改革理念[10]。1981年，由美國學者Spady等[11]首次提出，它的定義是明確定位培養(yǎng)目標并系統(tǒng)地組織實施教學過程，以確保學生圍繞培養(yǎng)目標而開展學習活動，使學生在畢業(yè)時獲得實質(zhì)性的學習成果[12]。2013年6月，我國成為《華盛頓協(xié)議》的正式會員，OBE教育理念也隨之逐步滲透到我國工程教育的各個領(lǐng)域[10]。

OBE注重對學生學習的產(chǎn)出進行分析，反向設(shè)計學生的教育結(jié)構(gòu)以及相關(guān)評價體系，主要強調(diào)如下四個問題：①我們想讓學生取得的學習成果是什么；②為什么要讓學生取得這樣的學習成果；③如何有效幫助學生取得這些學習成果；④如何知道學生已經(jīng)取得了這些學習成果。其中成果是指學生最終取得的學習結(jié)果，是學生通過某一階段學習后所能達到的最大能力。以上問題分別對標課程目標、課程內(nèi)容、教學方法和課程考核方式。

二? 課程教學現(xiàn)狀

工程流體力學涉及物理、數(shù)學、熱學和力學等多學科，對學生的知識儲備要求高，集中表現(xiàn)在大一先修的公共基礎(chǔ)課——高等數(shù)學。其次，概念抽象、理論性強、公式推導枯燥，且與工程實踐結(jié)合緊密，是高等院校能動專業(yè)較難掌握的一門基礎(chǔ)必修課程（現(xiàn)狀1）。工程流體力學課程在新版培養(yǎng)方案中僅有48學時（現(xiàn)狀2），對于一門專業(yè)性很強、兼具內(nèi)容深度和寬度的課程而言是遠遠不夠的，如果教師不能保證內(nèi)容精度，仍然保持原有教學方法和手段，課堂反應往往過于平靜，學生學習主動性差，降低學習興趣，很難在學時范圍內(nèi)掌握該課程的理論及其應用（現(xiàn)狀3），也就與預期的教學效果相差甚遠。工程流體力學以前的課程評定包括平時成績與期末成績，平時成績來源于學生出勤、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)等環(huán)節(jié)，期末成績以閉卷形式進行考核，內(nèi)容主要集中在理論知識上，對理論知識應用能力的考核相對較少（現(xiàn)狀4）。

三? 基于OBE教育理念的課程教學設(shè)計

在深刻剖析工程流體力學課程（以下簡稱“本課程”）教學現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，緊密圍繞能源與動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)要求，構(gòu)建了基于OBE教學理念的課程教學設(shè)計，如圖2所示。

圖2? 基于 OBE 理念的課程教學設(shè)計

（一）? 課程目標

針對本課程教學現(xiàn)狀，參考培養(yǎng)方案課程目標與畢業(yè)要求的對應關(guān)系，結(jié)合本專業(yè)實際情況，根據(jù)OBE教育理念，反向設(shè)計課程教學，首先明確教學目標：運用物理、工程熱力學、工程力學等基礎(chǔ)知識，學習流體力學的基本概念和術(shù)語，掌握流體分類、測量、運動分析等應用于復雜工程問題的基本原理（目標1）；能夠識別復雜流動工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，選擇恰當?shù)牧鲃臃匠毯徒馕龇椒▽嶋H流動問題進行建模和求解（目標2）；使學生在今后的工作中有效地運用流體力學的原理和技能，合理開發(fā)并應用相關(guān)技術(shù)，提高學生的專業(yè)素養(yǎng)以及多元思維方式（目標3），為其將來做好本職工作和自我管理，增強在組織中的適應能力，并更好地在組織中履行好自己的職責，以及成為企業(yè)管理者打下基礎(chǔ)（目標4）。

（二）? 課程內(nèi)容

本課程選用歸柯庭教授主編的“十三五”江蘇省高等學校重點教材——《工程流體力學》，教材的主要內(nèi)容包括10章，依次為流體及其物理性質(zhì)、流體靜力學、流體流動特性、流體動力學分析基礎(chǔ)、量綱分析與相似原理、不可壓縮流體的無黏流動、不可壓縮黏性流體的內(nèi)部流動、不可壓縮黏性流體的外部流動、可壓縮流體的流動、計算流體力學簡介。內(nèi)容豐富、擴展性強，48學時內(nèi)傾注給學生并被學生所接受基本不可能，因此需對其進行優(yōu)化精簡，以優(yōu)化培養(yǎng)目標為導向，弱化了該教材中最后兩章內(nèi)容，以教學案例的形式增加了學科相關(guān)應用。完成教學大綱要求的同時，調(diào)動了同學們的積極主動性，增強了同學們解決復雜問題的實踐能力。

（三）? 教學方法及手段

1? 提高專業(yè)素質(zhì)，將科研成果向教學轉(zhuǎn)化

積極參加國際、國內(nèi)交流和教學座談會，通過專業(yè)網(wǎng)站與論壇，了解流體力學行業(yè)最新動態(tài)，與同行業(yè)人士加強交流與合作，并廣泛收集最新教學資料，為課堂教學提供豐富的工程實踐案例和素材，比如將中國工程院院士王向明《飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計選型及應用》主旨報告內(nèi)容充實到第5章“模型相似”對應內(nèi)容中。將最新的科研進展信息在課堂活動中及時傳遞給同學們，比如簡述了李雪嬌高級工程師講授的“超低能耗電解煙氣高效脫硫技術(shù)”的部分內(nèi)容，讓學生了解流體力學領(lǐng)域的最新科研成果，引導學生加強對本課程的興趣，為學生就業(yè)和研究生繼續(xù)教育打下良好的基礎(chǔ)。對標現(xiàn)狀3、4，可達成目標3。

2? 堅持育人為本，落實立德樹人

有力發(fā)掘?qū)I(yè)課程中蘊含的思政教育元素，并將其充分地融入教學設(shè)計、課程講義和講授中，將價值觀教育在專業(yè)知識的教學過程中進行穿插，比如：流體力學發(fā)展史中引入我國都江堰工程和京杭大運河，講授我們的祖先在二千多年前就已經(jīng)掌握的流體力學知識，增強學生的民族自豪感，堅定文化自信；講授渦流時引入循環(huán)流化床鍋爐中旋風分離器的工程應用，培養(yǎng)學生科學探索的精神；通過科研項目、合作企業(yè)的科學研究和工程項目建設(shè)事跡的背后故事，突出價值引領(lǐng)和立德樹人的教育目標，提升學生們的專業(yè)自豪感和行業(yè)認同感，等等。潛移默化地做到專業(yè)知識教學的顯性教育與價值觀的融會貫通，努力實現(xiàn)具有“全球視野、創(chuàng)新精神、專業(yè)素養(yǎng)”的人才培養(yǎng)目標，使學生初步具備能源人的使命感和責任感。對標現(xiàn)狀3、4，可達成目標4。

3? 篩選整合素材，加強案例庫建設(shè)

教學案例庫由思政案例、基礎(chǔ)案例、實踐案例和創(chuàng)新引導案例組成。案例庫結(jié)合探究式、討論式、互動式、專題式和實驗（實踐）教學等多種途徑，立足區(qū)域主導產(chǎn)業(yè)、新興產(chǎn)業(yè)、特色產(chǎn)業(yè)和重點產(chǎn)業(yè)，穿插社會上的熱點問題、領(lǐng)域內(nèi)重點問題、實踐中代表性問題以及新領(lǐng)域新技術(shù)在工程中的應用介紹。通過素材收集與選取進行案例制作，詳細案例素材通過調(diào)研、采訪、文獻查閱或從課題組成員主持參與科研課題等方式收集，重點收集課題組合作企業(yè)一線與課程相關(guān)的技術(shù)資料進行整合。依據(jù)案例建設(shè)的真實性、典型性、客觀性、時效性、創(chuàng)新性和系統(tǒng)性等基礎(chǔ)原則，將收集的案例素材進行取舍、優(yōu)化，建設(shè)案例庫成果匯編成簡裝內(nèi)部講義，以多媒體課件和拍攝視頻等形式呈現(xiàn)給學生，大大增強了學生的學習興趣，鑒于課時量現(xiàn)狀，一部分視頻案例課后通過線上推送給學生，對標現(xiàn)狀1、2、3，可達成目標1、2、3、4。

4? 豐富教學資源，改進教學模式

為了幫助學生理解和記憶課程的核心知識點，課上繪制思維導圖，尤其是在講解公式推導時，通過內(nèi)容和圖的匹配性講解，擴展學生思維方式，激發(fā)學生解決問題的能力，鼓勵學生自主學習意識。其次結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂、企業(yè)實踐線上教學（實踐案例庫）、虛擬仿真實驗等混合式教學模式開展線上線下同步課堂教學教改活動。課下借助慕課平臺、智慧樹平臺（課程組開發(fā)的本課程網(wǎng)絡慕課課程）及微信等互聯(lián)網(wǎng)媒介，拓展學習時間和空間，將課堂上難以理解的抽象概念和反應機理以視頻、圖片等直觀易懂的多媒體方式呈現(xiàn)給學生，例如：雷諾實驗、皮托管和文丘里管的管內(nèi)流動、不同雷諾數(shù)下的卡門渦街、繞流流線型物體和非流線型物體的流場、不同流速下的微弱擾動波的傳播等，通過這些視頻演示，能夠發(fā)揮更直觀、逼真的視覺效果，使學生對流體流動有感性認識，在加強與學生互動的同時，鍛煉學生探究問題能力，使學生能夠利用課余的碎片化時間借助手機、電腦等終端輔助自主學習。針對學生通過課堂（線上、線下）、微信等媒介反饋的難點問題及困惑，進行集中或個別輔導答疑。對標現(xiàn)狀1、2、3、4，可達成目標1、2、3、4。

5? 創(chuàng)設(shè)問題情景，開展個性化差異教學

每節(jié)課以一定的任務情景展開，即培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，又能發(fā)揮學生的主觀能動性，讓學生主動學習知識。例如：在講解第2章作用在流體上的力時，過程中穿插實際流體受力情況分析問題；講解第3章流體流動的研究方法時，引入候鳥遷徙進行講解，通過提出問題、層層深入、回答問題，使得學生抓住問題本質(zhì)，輕松掌握了流體的受力情況以及流體流動的兩種研究方法，同時也擴展了學生的思維方式，對所學知識有了專業(yè)性的理解。

嘗試開展個性化差異教學，分層遞進培養(yǎng)體系，依據(jù)從全員到個體的范式，根據(jù)學生的個性差異、興趣和潛質(zhì)，通過分級預考將學生按基礎(chǔ)或需求劃分不同的教學群體，把不同的教學資源分配給最需要的學生，強化或擴展相應的知識模塊，并對不同的學生群體提出相應的教學成果要求，用不同的教學手段、訓練方法和評測方法力求達到教學的最終目標，主動吸納有余力、感興趣的同學進入科研團隊，了解感興趣學科方向的發(fā)展動態(tài)，學習科研方法、實驗技能和論文寫作技能，開展科學研究，指導學生參加“中國國際‘互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”等科研創(chuàng)新活動，全覆蓋調(diào)動學生的積極主動性。對標現(xiàn)狀1，可達成目標1、2、3。

（四）? 課程考核方式

適當增加作業(yè)、課堂表現(xiàn)、線上學習等成績在評定中的比重，降低期末成績考核的占比，打破期末考試檢驗學習效果的決定性作用，確定平時成績占總成績的40%，主要包括課堂考勤、過程性考核（線上和線下），過程考核中，注重學生專題調(diào)研、課堂討論、課后作業(yè)和創(chuàng)新思維的考察，鼓勵學生增強課堂融入感，調(diào)動課堂積極性。期中成績占總成績的10%，增加了開放性課題的探討。期末成績占總成績的50%。采用多階段、多形式、多類別和多成績評定的方式提高了學生對本課程的學習興趣，加大學生對課程的投入，強化學生的課外自主學習，真正反映了學生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力、技能水平，科學、全面、客觀以及公正的考核，實現(xiàn)了對學生的多元評價。

四? 教學效果

基于OBE教學理念重構(gòu)工程流體力學教學內(nèi)容，以結(jié)果為導向，提高了教學水平，效果突出、成效顯著。通過差異化教學，提高了學生的接受能力，實現(xiàn)了學生個性化學習，通過案例庫建設(shè)、教學資源豐富等教學模式的優(yōu)化，促進了師生互動，充分調(diào)動學生學習的積極性，使學生初步形成了分析和解決問題的能力，為學生參加實際工作、掌握專業(yè)技能及進一步深入學習打下了必要的基礎(chǔ)，通過思政元素融入，培養(yǎng)了具有家國情懷、行業(yè)使命、工匠精神和精湛技藝的高級工程技術(shù)人員和管理人員。課程得到學生廣泛認可，被學生評價為“性價比高的課程”，被同行教師評價為“教學目標明確，內(nèi)容準確充實，重點突出，課堂氣氛輕松活躍”，校內(nèi)督導的最終評教結(jié)果顯示“本課程的授課教師理論教學水平高，教學態(tài)度端正，責任心強，備課充分，PPT課件效果好，內(nèi)容熟練，講解形象生動，思政效果明顯，舉例通俗易懂，學生互動交流佳，評價等級優(yōu)”。學生期末的總評通過率由2019級學生的91.67%上升到2021級學生的100%。課程獲評2023年昆明理工大學一流本科課程和質(zhì)量達成性評價“國內(nèi)一流”課程。

五? 結(jié)束語

基于OBE教育理念，針對工程流體力學教學現(xiàn)狀，重構(gòu)教學目標、教學內(nèi)容，以結(jié)果為導向，豐富了教學模式和考核方式，通過教師專業(yè)素質(zhì)提高，成果轉(zhuǎn)化、思政融入，案例庫構(gòu)建，教學資源整合、情景預設(shè)等措施，全方位調(diào)動了學生學習的積極主動性，精準化達成了課程培養(yǎng)目標。通過本課程的優(yōu)化，推動了能源與動力工程專業(yè)課程建設(shè)與改革，為昆明理工大學其他課程的建設(shè)與改革工作提供了有價值的經(jīng)驗。

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