新工科个性化人才培养模式下课程改革探索与实践——以工程流体力学课程为例

李志海 钟 源

1.广东石油化工学院机电工程学院 广东茂名 525000

2.广东石油化工学院教务处 广东茂名 525000

高等教育发展水平是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志。习近平总书记指出，“我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈”。当前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，综合国力竞争愈加激烈。工程教育与产业发展紧密联系、相互支撑。为推动工程教育改革创新，2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，与会高校对新时期工程人才培养进行了热烈讨论，共同探讨了新工科的内涵特征、新工科建设与发展的路径选择，并达成了10条共识[1]。2017年4月8日，教育部在天津大学召开新工科建设研讨会，60余所高校共商新工科建设的愿景与行动，并致力于7项行动，称为“天大行动”[2]。2017年6月9日，新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议在北京会议中心召开，形成了《新工科研究与实践项目指南》，即新工科建设的“北京指南”[3]。

在“天大行动”中[2]，第4条指出：“问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段”。落实以学生为中心的理念，加大学生选择空间，方便学生跨专业跨校学习，增强师生互动，改革教学方法和考核方式，形成以学习者为中心的工程教育模式。推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式。

在“北京指南”中[3]第12条选题中提出“新工科个性化人才培养模式探索与实践”，调研分析互联网时代大学生的思维方式、行为方式、学习目标和方法，总结借鉴国内外高校个性化人才培养的成功经验，提供丰富多样的课程与教学资源。

目前，针对新工科有较多的研究[4-10]。新工科计划的推进关键在于对“新”的内涵的认识。新工科要落地在教材和教学方法的“新”。学校和教师需要探索若干新方法，诸如“关联”、非正式学习、去中心化等[11]。本文拟以工程流体力学课程为例就新工科个性化人才培养模式下课程改革进行初步探索与实践。

1 课程改革措施

落实以学生为中心的理念，满足学生的个性化需求，探索形成以学习者为中心的工程教育模式。针对新工科中要求提升学生的关联力等“新素养”，建立课程的概念图，将知识节点有效连接起来。调研分析互联网时代大学生的思维方式、行为方式、学习目标和方法，提供丰富多样的课程与教学资源。

(1)基于OBE(Outcomes based education)教育理念制订课程的预期学习结果，描述该课程每个知识点和能力项的学习结果，知识点从专业培养标准的知识体系(知识单元和知识点)中得到，课程能力预期培养结果从专业培养目标中得到。建立课程的概念图，将课程知识节点、技能和素质要求有效连接起来，同时使学生学习具有整体的概念。

工程流体力学课程的任务是使学生掌握流体力学的基本的概念、基本原理、基本方法及在工程实际问题中的应用，从而为分析研究过程装备中流体流动规律及传递过程做准备，为设计开发新型高效的过程装备奠定必备的基础。在学生能力培养和知识结构体系中起着承上启下的作用。工程流体力学课程的教学目的主要是培养学生既具有力学意识的综合分析能力，又具有工程意识的解决实际问题的应用能力，尤其是使学生在创新能力方面发挥较大的作用。第一章的知识点与预期学习结果如图1所示。

图1 工程流体力学的知识点与预期学习结果

同时建立整个课程的概念图，将课程知识节点、技能和素质要求有效连接起来，使学生学习具有整体的概念。并要求学生自己建立细化概念图，建立每一个模块的概念图，从而明确学习内容在整个课程中的位置以及相互关系。工程流体力学概念图如图2所示。

图2 工程流体力学概念图

(2)确定实现预期学习结果的教学活动(教学环节)及教学策略(教学方法)，以课堂教学实现知识的获取以及小部分能力的训练，以项目、实验/实践环节实现知识的应用以及大部分能力的训练。

将CFD仿真项目引入课程学习中，通过完成CFD项目仿真和验证理论计算和实验测试，提高学生自学的能力、发现问题和解决问题的能力、管理时间和资源的能力等。因学生是第一次学习分析软件，项目分析由教师提供详细的学习和考核资料，管道流动分析项目案例几何形状示意图如图3所示，包括项目的目的，具体分析步骤，以及最后需要完成的分析报告。给学生提供软件的具体操作指南，包括软件的下载安装，分析建模、网格划分、边界设置、结果提取和分析，为便于学生学习同时提供软件操作的视频资料。整个项目由学生独立完成，学生通过自学以及相互讨论完成项目考核任务，教师以答疑为主。

图3 CFD仿真项目几何形状

(3)确定评价手段及评估方法，通过作业、小测验、考试、知识模糊卡收集，教学过程的访谈、调查，学生学习成果收集等多种方式对学生进行考核，实现学生个性化学习。

针对学生学习的效果进行评测，建立测试系统，测试学生的学习结果，并针对学习过程进行问卷调查，分析学生学习的情况。

课程小测验和教学过程的调查都通过网络平台来实现，测试和问卷调查系统示意图如图4所示。互联网技术的兴起，为人们生活带来方便的同时，也为课程的学习带来形式上的方便和内容上的提升。通过互联网进行教学不受空间和时间的限制，为课程的自主学习提供了可能。将与课堂教学相匹配的网络课程内容挂于校园网或者学院相应平台上，让学生可从网上浏览内容，并从网络观看相应的课程录像。但这种形式并不能代替课堂教学，而是一种比单纯的阅读书本效果更好的学习手段。学生既可通过网站做课前预习，也可做课后复习；既能看到讲课内容，也能看到部分演示的动画；从网页上既可得到学习指导，也可获得关于思考题、例题及课程辅助知识等信息。同时可以对学生进行个性化教学，学习接受速度比较慢的学生可以在网上多次反复学习，而接受速度比较快的学生可以加快学习进度。

图4 测试和问卷调查系统示意图

同时可以在系统上可以完成课程的小测试和问卷调查，让学生及时查找补齐知识漏洞，达到提高自学能力的目标。

(4)实际学习结果的评估与审核。收集、评估各教学环节的实际学习结果，设定评分分值，并与预期的学习结果(课程学习目标)对比、分析，做出正确的判断，形成结论性意见，实现教学的持续改进。

最后将所有的课程资料形成教学文档，包括：课程大纲、课堂教案、课堂PPT、作业题目、小测验题题目、考试题目、学生的学习成果，包括：作业、小测验答题、考试答题、实验档案、项目设计档案等，进行总结归档。通过教学总结，形成结论性意见，为下一学年的教学调整提供依据，实现教学的持续改进。

2 结语

为新工科个性化人才培养模式下课程改革探索与实践提供一个参考。基于OBE教育理念制定课程的预期学习结果，同时建立整个课程的概念图。将CFD仿真项目引入课程学习中，通过完成CFD项目仿真和验证理论计算和实验测试，提高学生自学的能力，发现问题和解决问题的能力，管理时间和资源的能力等。进行考核方式改革，建立课程网络小测验和调查平台，便于教师及时了解学生的学习情况，以及学生及时查找补齐知识漏洞，达到提高自学能力的目标。教师通过教学总结，形成结论性意见，为下一学年的教学调整提供依据，实现教学的持续改进。

[1]高等工程教育研究.“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究,2017(1):10-11.

[2]高等工程教育研究.“新工科”建设行动路线:“天大行动” [J].高等工程教育研究,2017(2):24-25.

[3]焦以璇,李薇薇.新工科建设形成“北京指南”[N].中国教育报,2017-06-12(01).

[4]吴爱华,侯永峰,杨秋波,郝杰.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究,2017(1):1-9.

[5]李华,胡娜,游振声.新工科:形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究,2017(4):16-19,57.

[6]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究,2017(2):26-35.

[7]陆国栋.“新工科”建设的五个突破与初步探索[J].中国大学教学,2017(5):38-41.

[8]陆国栋,李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究,2017(3): 20-26.

[9]施晓秋,赵燕,李校堃.融合、开放、自适应的地方院校新工科体系建设思考[J].高等工程教育研究,2017(4):10-15.

[10]夏建国,赵军.新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J].高等工程教育研究,2017(3):15-19,65.

[11]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究,2017(4):1-4,15.