基于工程教育专业认证的土木工程专业流体力学课程教学模式探讨

党晓菲

（洛阳理工学院 河南洛阳 471023）

一、引言

工程教育专业认证是撬动工程专业教学改革的一个杠杆，意义在于推动专业教学改革，提高专业人才培养质量。我国工程教育认证自2016年加入《华盛顿协议》后，不断从传统的课程导向教育理念向先进的成果导向的教育理念转变[1]。成果导向教育（Outcome-Based Education，简称OBE）的三个关键：产出导向、学生中心和持续改进，明确了专业怎么改，老师怎么教，学生怎么学，老师教得怎么样，学生学得怎么样，从教学设计、教学实施和教学评价三个方面出发形成了一套完整的理论体系和实践模式，成为当今工程教育认证的核心理念和主流方向。

流体力学是土木工程专业的一门专业基础课，前修课程一般为高等数学、大学物理、理论力学等，除了延续前修课程理论性强和逻辑推理严谨之外，同时是一门应用力学，也注重工程应用，影响后续专业课程学习，其知识体系在土木工程领域有着广泛的应用。因此，除了培养学生的逻辑思维能力外，该课还要注重对学生自主学习能力、创新思维能力和工程实践能力的引领。北京理工大学的张敏弟等通过调研国内外高校流体力学课程体系下的OBE教学模式，厘清预期学习成果(I LOS，Intended learning outcomes），结合国内专业特色和办学条件，建设适合国内高校工科生的流体力学课程体系。湖南工学院易玉枚等基于工程教育专业认证理念从举例教学法、启发式教学法、案例教学法、结合力学历史背景、增强专业契合度等教学方法和模式对安全工程专业进行教学改革。

虽然国内外对于流体力学课程工程认证方向做了较多努力，但仍然存在以下问题：

1.较其他力学课程，流体力学的原理和公式推导较为抽象，晦涩难懂，内容具有一定难度，虽然会受到部分学生的青睐，但大多数学生容易对该课程望而生畏，产生畏难情绪，学习积极性不高；2.教材为工科通用教材，没有结合土木工程专业特点；3.传统教学方法缺乏对学生发现、分析、解决问题能力及创新能力的塑造和培养等；4.OBE理念课程体系改革中的培养目标与培养要求的关系、培养要求与课程体系的关系、毕业要求与教学要求的关系，这三种关系在学校的培养方案中均体现较少。

本文基于工程教育专业认证理念，对土木工程专业流体力学课程教学模式进行了探讨，根据流体力学的特点，结合土木工程专业特色，针对课程面对的关键问题，从OBE理念核心要素“产出导向-学生中心-持续跟进”出发，对课程体系、教学方法、量化考核和评价体系等方面进行探索，为土木工程专业认证相关课程大纲修订及课程改革提供参考。

二、基于产出导向的课程体系改革

课程是为专业培养人才服务的，以毕业生品质为培养目标，逆向设计教学目标和课程目标，强调知识、能力、素质的全面协调发展，知识是基础，能力和素质是知识追求的目标，能力是知识外化的表现，素质是知识内化的结果[2]。OBE的教学设计是反向设计，设计的起点是培养需求，根据培养需求确定培养目标、根据培养目标确定毕业要求、根据毕业要求确定课程体系、根据课程体系确定教学目标、根据教学目标确定教学内容，需求既是教学设计的起点，又是教学实施的终点，保证人才培养与人才需求的无缝对接，适用于土木工程专业应用型人才培养。

表1 基于产出导向的课程体系改革

课程教学产出要求优化教学模块，完善实验设计，学生学习产出要求掌握各知识点之间的内在逻辑关系，形成知识串联，提高科研素养，将理论知识与应用相结合，对应的课程目标要求学生掌握流体力学的基本原理，具备面对实际工程问题分析推理的能力，并建立模型求解的能力。因此，在教学环节的设计上，我们一般在学习了数学、力学和基本热学知识之后才开始学习课程流体力学，而且都安排在大学三年级，为进一步学习高等流体力学等后续高级理论与应用等专业知识、研究生入学考试和从事专业工作打下坚实的基础，实现专业教育产出，达到毕业要求。同时，学生可自主选择公共选修课、专业选修课，根据个人兴趣和就业去向自主选择毕业设计题目和指导教师等。优秀学生可以选择到境外高校进行交换培养，满足了学生的个性学业需求。

（一）优化教学模块，形成知识串联

国内外多所大学土木工程专业的教学大纲将流体力学作为专业基础课，开设了流体力学，将流体力学知识分解成两部分：基本理论与应用和与流体力学配套的实验课[3]。基础理论先从绪论引入流体力学的相关基本概念，再依次学习静力学、运动学、动力学和层流、紊流及其能量损失，知识点串联较为紧密，应用知识包括孔口和管嘴出流、管路流动、堰流、渗流、量纲分析和相似原理等。强化学习的过程一般为理论学习，习题，讨论和实验，理论分析、数值模拟和实验测试相结合，通过习题巩固知识点，用流体力学语言和思维对实际工程或生活问题进行解释和展开讨论，按照学术论文规范形式撰写总结报告。

（二）完善实验设计，提高科研素养

实验实现了从感性认识到本质探索的飞跃，帮助学生建立科学的世界观和方法论，依托流体力学实验室，配合《流体力学》课程理论教学设置的实践教学环节，通过讲解、演示和亲手操作实验等，运用理论知识解决实际问题，根据常用概念和公式，如水头测试、计量方法、雷诺数和流体状态的关系、能量损失测量方法等，通过学生自己动手操作，认真观察，完成伯努利方程实验、雷诺实验、沿程阻力系数测定实验、局部阻力系数测定实验，巩固课堂教学中对能量方程、沿程阻力、局部阻力的认识。理论教学和实验教学是相辅相成的，理论教学注重知识的传承，是“授之以鱼”，而实验教学则注重基本技能的培养和训练，是“授之以渔”，从而培养学生理论联系实际的能力，以及严谨的科学思维能力和创新精神。

三、基于学生中心的教学方法改革

OBE理念教学实施的关键是学生中心。传统教学模式以教师为中心，教学内容主要取决于教什么、教学方法主要取决于怎么教、教学评价主要取决于教得怎么样，而学生中心表示教学内容主要取决于学什么、教学方法主要取决于怎么学、教学评价主要取决于学得怎么样[4]。基于学生中心的教学方法改革应增强互动性，增加师生沟通与交流，强调教师的主导和学生的主体地位，注重发展性、开放性和延伸性的混合式教学法，更好地疏通课堂和课程内外的紧密型，通过学生对知识的理解和掌握情况的即时反馈及时调整教学方式和改进教学方法。关注学生内在感知、主观能动性和学习效能的提高，引导学生根据认知特点和流体力学的思维特点，理解流体力学的授课内容。

提高学生的学习兴趣和自信心，一是可以从学生的已学知识切入，着眼于增强学生学习自我效能感和结果期望，重点突出各知识点的先后、因果、理论和应用等内在联系和逻辑关系，不断更新并固化知识结构，二是结合学生个体式和小组互动式，可以让学生互相选择，成立小组，抵消畏难情绪；三是采用启发式、互动式教学以问题为导向活跃学生的思维；四是根据知识和认知特点，分别采用不同的教学方法，如对于黏性等基本概念，多采用举例教学，由学生身边熟悉的自然现象进行切入，深入浅出，激发学生主动探索的兴趣；对于伯努利原理等基本原理，多采用问题导向的启发式教学，通过播放视频、提出问题、启发思考、加深理解，引导启发学生利用已知探索未知，增强逻辑思维能力，培养学生学生发现、分析及解决问题的能力，使学生透过枯燥的数学物理公式顿悟流体力学的魅力，对于抽象的理论，可以结合历史背景，讲述理论形成的过程，与科学家前辈们一起探索提高工程素养。另外，课程思政融入课堂，强化育人功能，如帆船利用伯努利原理逆风而行，可以启发学生乘风破浪，不畏艰难，通过国内典型工程案例介绍增强学生文化自信和民族自豪感，通过提炼流体力学理论演变过程中的思维方式培养学生哲学逻辑思维，通过挖掘国内外科学伟人的矢志报国情怀和探索精神培养学生的科学素养，将做人的基本道理、社会主义核心价值观及实现民族复兴的理想和责任融入教学，培养其正确的价值观及职业责任感、使命感[5]。

四、基于持续跟进的课程考核和教学评价体系改革

OBE理念教学评价的关键是持续改进，即持续改进培养目标，让它始终符合培养需求；持续改进培养要求，让它始终符合培养目标；持续改进课程体系，让它始终符合毕业要求。学校和专业建立的教育质量保障体系，要很好地体现这“三个改进、三个符合”，将建立宏观而抽象的人才培养目标转化为构建和优化为量化可行的教学目标，对教学全过程进行质量监控，最终形成完成度评价，注重以评促建，以评促改，通过反馈的信息进行改进教学环节，实现教育闭环。

为实现持续跟进的教育闭环，有效达成课程目标，我们可以建立如表2所示量化考核机制和评价体系。量化考核包括平时表现、实验考核和期末考试，平时表现细分为课堂问卷、随堂练习、课后作业、主题讨论和抢答环节，实验考核以实验报告为主，期末考试采取开卷笔试形式，考核满分为100分，每项考核施行百分制，根据各个环节所占比重进行累加，所得分值即为量化考核分。评价体系包括学生量化考核成绩分析、学生评教、教师互评和专家督导。成绩分析以报告形式呈现，依据成绩的分布与标准差，分析考核方式对学生的区分度，分析成绩分布的原因，研讨自身授课方法、考核方式与学生课堂表现等因素，重点分析试卷效能，是否实现教学目标。学生评教和教师互评采用调查问卷形式，开展对课程目标完成度的调查分析，获取同专业教师的评教结果。专家督导采用督导听课和专家咨询法，总结经验教训和改进教学模式。

表2 量化考核机制和评价体系

五、结束语

工程教育专业认证旨在提升专业建设水平，如何结合学科优势发展专业特色，结合专业特色发展学科，使学生掌握流体力学的思维特点，理解流体力学的授课内容，是笔者一直探索的方向。本文基于工程教育专业认证理念，对土木工程专业流体力学课程教学模式进行了探讨，根据流体力学的特点，结合土木工程专业特色，针对教学模式改革存在的关键问题，从OBE理念核心要素“产出导向-学生中心-持续跟进”出发，对课程体系、教学方法、量化考核和评价体系等方面进行探索，为土木工程专业认证相关课程大纲修订及课程改革提供参考，进一步提升专业建设水平和人才培养质量。