基于OBE的流体力学与传热学教学研究与实践

马秀勤，晋芳伟

（贵州工程应用技术学院机械工程学院，贵州 毕节 551700）

1 引言

《流体力学与传热学》课程是机械工程专业的重要基础课，是后续液压类课程的先修课程，可为学生毕业后从事流体机械、能源机械的设计研发打下一定的基础。通过对近年来《流体力学与传热学》及相关课程的追踪，发现“以课程内容为中心”的教学模式已不能满足当前应用型人才培养的需要[1-3]。由于课时少、教学模式单一陈旧、教材与教学内容选取科学性合理性不足、学生对课程定位不清等因素的影响，导致学生学习积极性动力性不足，教师教学热情衰减的局面。尤其是随着高校扩招，学生生源素质有所下降，该问题越发凸显。

OBE的哲学思想是“以学生为本”，“以学习产出为导向”[4-5]，将教育的焦点集中在学生受教育后的效果上，更符合应用型本科院校的发展要求[6-8]。基于成果导向进行教学内容、教学方法的设计和教学过程的实施，完全不同于传统的以“教师讲授、内容为本”的教学模式，在提高教学效果上具有明显优势[9-10]。笔者对2016级机械类专业学生《流体力学与传热学》课程的学习进行问卷调查，然后进行学情分析，根据OBE理念，对2017级机械类专业学生的《流体力学与传热学》课程进行改革。

2 教学现状分析

为准确了解《流体力学与传热学》课程的教学现状，清晰把握学生对该课程的意见和建议，为课程的教学改革指明方向，以2016级学生为调研对向，开展《流体力学与传热学》的课程匿名问卷调查。学生人数共计176人，收回有效问卷164份，对各项指标进行分析，获取学情信息。

2.1 理论繁多难度大

《流体力学与传热学》课程理论知识多且抽象，学习难度较大。课程对数学和力学基础要求较高，若学生先修课程基础不牢，则学习难度更大。表1中，90.85%的学生认为课程教材相对于其他课程难度很大，37.80%的学生上课听不懂，44.51%的学生认为该门课程在该学期所开课程中难度最大。通过深入了解，发现很多学生在开学初对本课程的期待值并不低，但是随着学习的深入，发现要学懂新的知识所花费的时间和精力更多，且收效甚微。久而久之，影响学生的学习积极性，同时，也打击了学生的学习信心。

表1 课程学习难度

2.2 无良好学习习惯、方法低效

从表2可知，14.02%的学生从未在课前进行预习，79.88%的学生偶尔进行预习，可见，大部分学生并未形成课前预习的习惯。每次课结束后进行复习的学生比例不到10%。除上课时间外，66.39%的学生每周在本课程上花费的时间不足2小时，经常与老师或同学交流的比例只有3.36%，近30%的同学从未与老师或同学交流过本课程的学习。从数据来看，大部分学生并未形成良好的学习习惯。学生在中小学阶段未能形成良好的学习习惯，也未掌握行之有效的学习方法。到大学之后，由于缺乏老师的指导、对专业认知不清晰、对个人与专业的定位不准确，以及个人自制力薄弱不能长期坚持等原因，导致在大学期间培养良好的学习习惯越发困难。

表2 学生学习习惯和学习方法

此外，该课程还有课时数少、工程案例较少、课程与专业联系不紧密、考核评价方式单一等问题。课时数少导致每个知识点的讲解时间短，对于基础薄弱的学生，难以快速把前期知识和新知识联系起来，从而更好地理解新知识。工程案例较少，导致学生学习纯理论知识，枯燥乏味，不能很好地实现理论知识的应用，使学生的工程分析能力和工程思维的培养训练受到限制。考核评价方式单一，“一考定音”的考核评价机制缺乏科学性，没有突出对学习过程的考核。

3 教学改革措施

对2016级学生的问卷调查显示，大部分学生未能形成良好的学习习惯，也没有掌握行之有效的学习方法，认为教材难度大、理论知识过多、与专业联系不紧密，期待考核评价方式能得到改进。鉴于此，为切实提高教学效果，从以下方面对2017级学生开展《流体力学与传热学》课程的教学改革与实践。

3.1 修订教学大纲

结合应用型人才培养定位，根据OBE理念，本着“够用、实用”的基本原则，对教学大纲进行修订，明确课程定位和教学内容，突出课程与专业的联系。将课程学习内容调整为：流体力学基本知识；流体静力学；流体流动的基本知识；流体动力学基础；相似理论与量纲分析；流体力学实验技术；典型流体机械；传热学基础；流体流动传热软件介绍；流体流动传热案例分析。调整后的教学内容包括流体力学、传热学的基础知识，增加流体机械部分以突出课程与专业的紧密联系，让学生对该课程与机械专业的联系有更清晰的认识。同时，补充了流体流动传热分析软件的介绍以及案例，引入先进的设计分析方法，将流体力学与传热学知识进行综合应用，巩固理论知识的学习。

3.2 教材选择

教材的选取紧密结合教学大纲的要求，突出“思想性、科学性、先进性、启发性、适用性”的原则。此外，教材的选取还应考虑学生的基础，不宜选用太过简略或理论性太过深入的教材。教材中突出工程案例，以便训练学生的工程思维，并且将理论知识与实际工程案例相结合，以达到学以致用的目的。由于市面上还未出现将流体力学、传热学、流体机械、流动传热分析软件等知识整合的教材，因此，2017级教材以《流体力学与流体机械》为基本教材，同时选取《传热学》和《ANSYS热分析教程与实例解析》的部分章节作为教学内容。

3.3 教学过程

教学过程中注意指导学生如何学习，帮助学生培养良好的学习习惯。考虑到学生数学和力学基础较弱，讲解相关知识点时尽量放慢速度，指导学生回顾之前所学知识并与现在所学知识相联系，以便更好地将新知识讲透彻。教学中注重应用多媒体技术，提高知识的可视化。除经典案例外，将科研成果以案例形式引入，增加案例分析，开展提问或短时讨论，提高学生课堂参与度，引导学生思考。

3.4 考核评价

考核包括平时成绩和期末成绩。平时成绩由作业、课堂提问、课堂讨论、期中测试、小论文等构成。丰富平时成绩的考核内容及形式，强调对学习过程的考核，最终形成多角度的课程综合性考核评价。作业追求质量，力求每道题都来自于工程案例；课堂提问和讨论提高学生课堂学习的参与度，强化学生对学习内容的掌握程度及思考深度；通过期中测试及时掌握学生学习情况，以便及时调整后半期教学方式并对学习困难学生进行帮扶，确保教学效果；鼓励学生撰写小论文，应用所学理论知识和设计分析软件对某流动传热现象进行模拟分析，提升学生工程建模、分析和应用的能力。期末采取闭卷形式考试，命题依据毕业能力要求指标，对各知识点进行有针对性的考核。

4 结果与分析

4.1 期末问卷调查

期末对学生进行问卷调查，调查内容包括个人自评目标达成度、个人对本课程学习情况满意度等6项内容，如图1所示。

图1 学生自评六项指标达成度

（1）个人对本课程学习情况满意度：69.82%的学生自己的学习情况满意，部分学生虽然自评目标达成度较低，但对个人学习情况持满意态度，可见其对个人学习效果期待值不高；8.86%的学生对自己的学习情况不满意，其比例与上述自评目标达成度低于60分的比例基本一致。少部分学生培养自己良好学习习惯的动力不足，未能够长期坚持预习、复习等，基础薄弱加上学习习惯和方法不当，会导致越差越不想学，越不想学就越差。对这类学生要予以特别关注，及时帮扶。

（2）个人自评目标达成度：54.46%的学生对个人本课程的目标达成度评分为70分以上，大部分学生自评目标达成度较好；38.4%的学生评分60-70分，属于基本达标；7.14%的学生自评目标达成度低于60分，属于未达标。该结果一方面与生源质量有关，同时也与学生日常的学习习惯有关系。部分学生虽然在初期树立了较高的目标，但是在执行过程中未能坚持到最后，导致个人自评目标达成度较低。今后应加强对学生学习方法的指导，帮助他们培养良好的学习习惯，同时还应加强学生的答疑和辅导工作。

（3）教材选取：71.43%的学生对教材的选取持满意态度，25%的学生比较满意，3.57%的学生对教材选取不满意。可见，教材的选取符合大部分学生的需求，但后续应继续与时俱进，将专业领域的新发展成果引入教材，对教材进行再加工，形成更适合学生的校本教材。

（4）工程案例的引入方面：91.07%的学生认为工程案例的引入对本课程的学习较为有帮助，只有极少数1.79%的学生认为没有帮助。工程案例的引入，可以帮助学生更加系统地掌握知识结构，培养学生工程分析能力，训练学生的工程思维，这一点应继续保持。同时，应注重工程案例选取的科学性，遵循从易到难、由简到繁的原则，循序渐进。

（5）课程对以后工作的帮助：58.04%的学生认为学习了该门课程对以后的工作有比较高的帮助，37.5%的学生认为该课程对以后工作的帮助程度一般，4.46%的学生认为该课程对以后工作没有多大的帮助。今后授课过程中还应进一步给学生做好课程定位，强化课程的基础性。结合本课程与后续课程，梳理本课程与学生意向岗位或者可能从事的岗位工作之间的联系，增进学生的课程认同感。

（6）考核环节：79.47%的学生持满意态度，即多元化的考核方式更能赢得大部分学生的青睐。2.68%的学生对多元化考核方式并不满意，可能现行考核方式并未能够全面地兼顾到每个人，让每个学生都有“出彩”机会，今后还需对考核方式进行优化。

4.2 考核结果对比

2016级、2017级学生期末总评成绩各分数段的百分比如图2所示。从表中可看出，90-100分的优秀等次比例从教改前的1.17%提高到4.31%，良好等次比例由34.71%提高到37.71%，中等等次比例由42.29%提高到47.11%，合格等次比例从13.86%降低到4.96%，不合格等次比例从7.97%降低到5.89%。通过进行OBE教学改革，取得了一定的成效。

图2 教改前后期末总评成绩对比

4.3 毕业要求达成度对比

课程所支撑的毕业要求达成度一方面可以反映出课程目标的达成情况，另一方面还可以体现教学过程、教学结果的合理性、科学性和有效性。H代表支撑力度高，M代表支撑力度中等，L代表支撑力度低。根据培养方案，流体力学与传热学课程对应的毕业要求主要有三项，即：工程知识、问题分析、终身学习。该课程是典型的工科课程，工程应用性强，学生通过本课程的学习，应能应用专业术语对本课程相关的工程问题进行正确的表述，能对复杂的流体传热问题进行判断并通过工程建模对其求解。在课程的学习过程中，训练学生的工程思维能力，让学生掌握工程问题的求解方法，初步掌握流体流动传热的分析软件的基本步骤，从而为今后从事流体机械、能源机械等的设计研发打下基础。

表3 毕业要求达成度

表3是2017级学生课程毕业要求达成度，从表中可知，学生工程问题表述达成度为76.28，思维能力方法达成度71.54，复杂问题判断达成度87.49，均超过预期值，主要得益于在课程教学过程中工程案例的引入、讲解，课堂上开展短时有效讨论，让学生尝试以理论知识去剖析工程问题，锻炼了学生的思维能力。复杂问题的判断方面，主要体现在流体流动传热问题的分析判断，从简单的单一传热方式到热流固的多场耦合，循序渐进，以案例为导向，让学生掌握复杂流体传热的判断依据。工程建模求解达成度70.42，应对未来挑战66.37，均未达到预期值，原因主要有：（1）学生数学和力学基础薄弱，难以将工程问题用数学语言表述，提炼出数学模型；（2）课程学时数较少，用于学习流体传热工程建模和分析软件的学时非常有限，学生课后主动学习相关软件的动力不足，未能较好地掌握先进的计算分析软件以应对可能的未来职业挑战；（3）应对未来挑战能力应从学生就业角度以及胜任工作岗位角度评判会更加科学合理，可进一步对已毕业学生的就业进行追踪，通过了解流体力学与传热学的相关知识在已毕业学生所从事工作中的应用，结合这类案例给学生讲解。将教学与就业相结合起来，更进一步培养学生适应岗位工作，将知识转变为解决问题应对挑战的能力。

5 结束语

本文通过问卷调查获取了学生在学习《流体力学与传热学》过程中反馈的问题，并对这些问题进行逐一分析，结合OBE理念，对存在的问题制定有针对性的教学改革措施，并对流体力学与传热学课程进行教学改革与实践，教学改革与实践的效果通过学生毕业要求达成度来表征。实践结果表明，通过教学改革，期末考核成绩优秀率提高3.14%，中-良率提高7.84%，不合格率降低2.06%，教学效果较教改前有所提高。主要原因在于教改过程中考虑了学生的个体差异性、加强了过程性考核，有效避免了从某方面进行单一考核决定学生课程学习成绩的不合理性。通过将最终成绩分解成若干不同的模块，每个模块的成绩权重不同，这样若学生某部分得分不高，但是其他某部分得分很高，由于权重的不同，学生成绩受影响的程度也有所不同，实现了学生以其优势弥补其不足，从而整体成绩有所提升。课程支撑的毕业要求中，工程问题表述、思维能力方法、复杂问题判断均超过预期达成度，但工程建模求解、应对未来挑战两项指标达成度低于预期值，后续教学改革应在继续巩固已达成指标的基础上，努力促进未达成指标的实现。