建设创新型工程流体力学成果导向模式教学体系

张敏弟 邱思聪 郑辰 王娅娜

摘  要：当今时代对双一流大学创新型人才的培养提出了更高的要求。近年来，成果导向教育（Outcome Based Education，简称OBE）逐渐成为新兴的教育培养模式，在培养学生综合学习能力方面有着出色的效果。结合“工程流体力学”课程多年教学实践，及与国内外诸多名校的交流成果，将OBE模式应用到了工程流体力学的教学实践中，实现了教学内容的国际化接轨，提高了学生的综合学习能力。

关键词：工程流体力学;OBE模式;创新型人才培养

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）03-0104-03

Abstract： The cultivating pattern for creative talents is an important task that must be explored in double first-class university. Recently， Outcome Based Education （OBE） has gradually become an emerging educational training mode， which has achieved excellent results in cultivating students' comprehensive learning ability. Combined with the teaching practice of the course "Engineering fluid mechanics" for many years and the communication with many teachers of domestic and international famous universities， the OBE model is applied to the teaching practice of "Engineering fluid mechanics"， which integrates the international content of fluid mechanics and improves the comprehensive learning ability of students.

Keywords： Engineering fluid mechanics; Outcome Based Education （OBE）; the cultivating pattern for creative talents

培养拔尖创新人才是双一流大学必须肩负的首要使命，习总书记曾多次强调：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，也是中华民族最深沉的民族禀赋。在激烈的国际竞争中，惟创新者进，惟创新者强，惟创新者胜。”当今时代，国家对双一流大学人才培养的质量提出了更高的要求，也就是要为国家培养拔尖创新型人才[1-3]。创新型人才应该有宽厚的文化积淀和文化修养，掌握扎实的专业知识和技能，并将宽厚的文化积淀、文化修养与扎实的专业知识结合起来，使之形成一个完整、有效的创新知识体系。创新型人才培养最终目标是，培养出一批能够引领科技以及行业发展的领军人才。现今大学的学科教育亟待进行教育模式的革新，形成增强学生创新能力的教育模式。

《工程流体力学》作为北京理工大学的机械工程专业和能源与动力工程专业的核心专业基础课，随着学校双一流建设不断深入，对此课的教学方法进行了深入探讨。如何结合学科优势，让学生掌握创新人才的思维模式和具备处理实际流体力学问题的能力，为学生将来从事工程实践或科学研究时，解决流体力学实际问题提供必要的知识基础，一直是笔者近几年在教学工作中重点思考的问题，近年来也开始对《工程流体力学》课程教育模式进行了改革。尽管在授课和教改中，教育质量有所提高，但客观而言，在该课程的教学实践中尚存在以下问题：没有系统的建立适应新形势下创新人才培养的流体力学教学课程体系，没有能够很好反映流体力学近年来的迅速发展的成果;实验教学在课程中还是一种辅助性的手段，不能适应创新型人才培养的需要。过去实验教学在课程中的作用缺乏创新，实验教学无论是教学内容、教学方式还是在课程中的地位均需要进行研究。如何在創新人才培养的大的背景要求下，提出有利于创新型人才培养的教学形式和方法，是亟待重点关注的问题。[4]

为此，本文围绕成果导向教育模式，对《工程流体力学》教学改革进行讨论。基于OBE模式，通过对《工程流体力学》教学内容和教学方式的探讨，为形成针对本校相关专业特色的人才培养模式提供理论基础。

一、基于OBE的工程流体力学教学设计理念

《工程流体力学》学科既是基础学科，又是拥有广泛应用背景的学科;既是古老的学科，又是不断发展、充满活力的学科。当前，在各类教育模式中，成果导向教育模式对于培养创新人才发挥了重要作用[5-7]。成果导向教育（Outcomes based education）作为一种先进的教育理念，于1981年由Spady等人提出后很快得到了人们的重视。美国工程教育认证协会（A-BET）全面接受了OBE的理念，并将其贯穿于工程教育认证标准的始终，OBE理念已成为美国、英国、加拿大、澳大利亚等国家教育改革的主流理念[8]。举例来说，密歇根大学、MIT和普林斯顿大学等美国顶尖学校在开展《流体力学》课程教学时，采用授课、演示实验或项目实验相结合模式，通过项目实验（Project-based labs）让学生参与实际课题，既可以加深学生对理论知识的理解，又可以使学生在项目中有效利用理论知识来解决实际问题。同时，由于学生全流程主导了项目运行，既可以锻炼学生发现问题的能力和解决问题的能力，也可以培养学生的实际动手能力、交流能力、表达能力和团队合作能力。[9-10]同时，流体力学进入了一个新的发展时期：分析手段更加先进，与各类工程专业结合更为密切，与其他学科的交叉渗透更加广泛深入。因此亟待利用成果导向的教育模式进行教育改革。

基于OBE理念方面，结合美国顶尖级大学机械类的《流体力学 I》教学模式，对工程流体力学的教学进行了分析对比。研究中，将麻省理工学院、普林斯顿大学、加州理工学院、斯坦福大学、西北大学、密歇根大学UM、佐治亚理工学院、明尼斯达大学和德克莎斯大学等高校机械类《工程流体力学》课程的教学计划、授课内容、授课方式、考核方法等一一进行了详细考察和分析。

尽管美国高校在培养人才时都是基于OBE理念制定各种教学工作，但以公立学校和私立学校为区分，培养模式还是有所区别。如图1所示，美国高校的公立学校和私立学校分别采用了授課、项目实验或演示实验相结合的教学模式。结合我校相关专业《工程流体力学》的教学现状，研究中以美国密歇根大学机械系Aline Cotel教授的教学内容和方法为主要借鉴对象，兼顾数个私立大学教学形式，探索具有自我特色的教学方法。

在开展全中文《工程流体力学》授课时，如图2所示，以OBE模式开展教学实践探索工作，在教学形式方面添加了“数值模拟”部分，在教学方式方面增加了“MOOC”学习（MOOC由本研究组自行开发，使用量达到十万量级），在对学生的教学考核方面安排一个“项目研究”的教学环节。通过采用将理论分析、数值模拟和实验验证三种常用的流体力学研究方法相结合，着力培养了学生的流体力学科学研究能力。通过“项目研究”的教学环节使学生们能够将所学理论知识与实际应用相结合，加深同学们对基本原理的理解，并且在进行数值模拟和实验验证时能够接触到最先进的《流体力学》研究手段，为同学们进一步开展研究奠定基础。

在教学内容方面，强调广泛性与专业性相结合。基于基础理论知识的讲解，结合《流体力学》的发展历程和在日常生活、国防和各类工业中广泛应用，并突出与专业相结合，为学生进一步学习专业课的学习奠定基础，提升学生的创新精神。在教学方法方面，突出多种形式相结合。如图3所示，授课时，通常采用案例教学法，以实际问题导入知识点，通过一系列自主研发的新型教具更直观的演示流体力学各大定理公式，以此激发学生学习的主动性，进一步带着问题展开基础理论的学习。增加项目研究，使学生能够将所学知识与专业问题联系起来。

二、建立基于OBE理念的创新人才培养机制

《工程流体力学》的研究内容决定了学科人才培养和考核的特点，一方面需要面对工程开发，具备相关的工程能力和技能，另一方面需要具备多学科领域坚实的基础理论和知识，以及综合应用能力，尤其是增加学生的创新思维能力。因此，针对《工程流体力学》课程，借助问卷调查和访谈调查，并借助计算机手段对调查结果进行统计和分析，获得了现有教学模式与“双一流”本科人才培养专项建设目标的差距。以此为依据，本课程建立了基于OBE理念的工程流体力学创新人才培养机制，针对于传统教学方法，进行了以下几方面的创新实践：

（一）研究建立理论-实验-创新实践的创新型人才课程体系

针对《工程流体力学》的基本理论和方法，加强实验在整个《工程流体力学》教学过程中的地位，提出新的实验教学的内容、方法。研究形成基本实验、综合性设计型实验和工程应用实验的综合实验教学体系。基本实验将以现有的概念性实验、理论验证实验和演示性实验为基础，进一步进行优化和删减;综合设计型实验，将规划建设和《工程流体力学》基础问题，利用现有实验平台如小型风洞和水槽，通过配备相关的流动测量，使学生能够开展项目实验研究;工程应用实验将利用本学科专业相关的实验台，开展与《工程流体力学》密切相关流动实验研究，加强所学基本理论知识与专业知识的联系。

（二）建设探索《工程流体力学》创新教学的方式和内容

探索将MOOC和课堂理论教学相结合的方法，结合不同的教学工具和材料等多种教学手段，改革单向灌输的课堂教学，探索交互式教学，将教师讲授与学生的分析研究相结合;而且，为增强MOOC的实用性，我们通过制作视频材料增加教学内容，实现OBE模式的实践教学，达到提升学生发现问题、解决问题的能力和实际动手能力。

（三）《工程流体力学》课程的国际化接轨

为了培养流体力学学科的拔尖创新人才，本课程通过建立符合OBE理念的课程教学体系，在对国际上基于OBE理念的《工程流体力学》课程全面调研基础上，通过对课程整体体系的改革和具体的实施，逐步实现基于OBE理念的《工程流体力学》教学模式。为此，在教学过程中将邀请国外相关专业知名教授，直接参与教学和教改工作，提升对OBE教学模式的理解。通过对《工程流体力学》课程的不断完善，争取与国外相关专业《流体力学I》的教学内容和教学模式进行互认。这样不但可以提升国际影响力，还可以促进机械类毕业生得到国际FE和PE证书，为未来发展奠定基础。

三、结束语

OBE成果导向教育理念已经成为教育界对于未来大学教育发展方向的共识，本文基于长期的教学实践和广阔国际视野，实行以下《工程流体力学》教育的建设和改革措施：

（1）充分调研了国外顶尖级大学机械类的《流体力学I》教学模式，充分理解OBE教育理念，确定了基于OBE的《工程流体力学》教学设计理念。

（2）基于OBE成果导向教育理念，对现有《工程流体力学》教学进行了调整与完善。教学内容方面，强调广泛性与专业性相结合;在教学形式方面，将数值模拟方法这一流体力学常用的研究手段引入教学内容，引导学生结合生活实际或项目独立完成自己的数值模拟算例，并且将网络MOOC学习引入教学内容中，加强数字化课程建设。同时，教学考核方面安排一个“项目研究”的教学环节。

（3）探索了基于OBE理念的创新人才培养机制。研究建立理论-实验-创新实践的创新型人才课程体系，建设探索《工程流体力学》创新教学的方式和内容，以国际化角度对《工程流体力学》课程进行改造。

通过以上方法，有助于实现三个转变：从课程导向向产出导向转变、从以教师为中心向以学生为中心转变、从质量监控向持续改进转变，目标是最终形成创新型人才培养的双一流大学人才培养目标。教育改革需要长期的经验积累与不断完善，在学校和培养方案等宏观层面相对容易一些，但在具体的学科教育改革上，应坚持改革教育模式并有所作为。

参考文献：

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