工程教育专业认证背景下水力学课程混合式教学设计

谢华慧，王敏容，胡锦华

（1.五邑大学土木工程学院，广东 江门 529020；2.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201）

0 引言

《水力学》作为我国高等教育土木工程类本科专业重要的专业基础必修课，是衔接公共基础课与专业课的桥梁，有培养专业思维模式的作用。《水力学》课程以液体为研究对象，解决流体运动学和动力学的一般规律和问题，在水利工程、航海航空、土建交通、化工动力等诸多领域有涉及水力学的知识和理论。

工程教育专业认证是学科建设的指挥棒，以学生中心的产出导向与持续改进的理念，是当前高等教育教学工作者应该牢记在关键点。以专业认证为背景进行课程体系重组，对课程教学和评价模式不断改革，以确立闭合的课程持续改进的质量保障机制。专业认证工作已经成为促进产学研合作协同与提升专业人才培养质量的重要工作平台，极大促进毕业生更好地适应行业人才需求。工程教育专业认证学生毕业能力的要求与专业课程体系设置是紧密相连，而水力学是专业课程体系中一门非常重要的基础支持课程。基于这一社会背景，国内不少教师和学者提出与之相关的教学方案和改革方法，并取得不错的效果[1-3]。国际工程教育专业认证体系的不断完善和推广，伴随新时代的高校教育改革潮流，教学模式不断推陈出新，受社会的不确定因素影响，课程采用线上线下教学模式显得尤为重要[4-5]。对于土木工程类专业而言，水力学的教学改革也势在必行。

1 专业认证对水力学课程的要求

我校土木工程专业通过了广东省一流本科专业建设点，为了实现持续改进，使最新的专业认证与毕业的要求相适宜，保证专业培养方案中针对本课程支撑的明确毕业要求及指标点，确保课程教学目标及其毕业要求指标点对应关系。

2 课程存在的问题

《水力学》是力学的一个分支，具有与其他力学课程类似的特性，概念抽象、理论性强、数学基础要求高，这些特点使得教师课堂讲解的难度系数大。

从教学内容组成上看，《水力学》课程理论体系涵盖知识面较广，主要包括三个方面：一是流体的基本物理和力学特性，二是流体力学的三大定律，三是流体力学的工程应用。从知识点来看，教学重点是流体性质、流体静力学、流体运动学、流体动力学、水头损失、孔口出流、明渠均匀水流、明渠非均匀流、堰流和渗流等基本理论与工程应用，而气体伯努利方程、边界层理论、量纲分析和流动相似原理、有压管流水力计算和管网计算、水击等内容与土木工程类专业关联性弱。土木工程类专业中《水力学》课程通常设置为32学时，根据专业特点和本课程少学时的特点调整相应教学内容和教学大纲，对教学大纲中关联性不强的知识点进行删减。由此可见，如何在少学时条件下保证教学质量、提高学生学习积极性、提升教学达成度也是教学改革的重要环节。

从教学内容难度上看，水力学课程的重要特点之一就是理论性强，以往教学中理论知识占非常重要的地位。水力学课程不但与专业衔接不明显，而且还存在概念较抽象、需要大量理论分析及数学公式推导和演化等问题，极度容易引起枯燥乏味的不适感，无法激发学习的兴趣，直接导致教学效果不理想，也不利于工程应用能力的养成，教学效果也不理想。

从力学教学角度来看，水力学是土木工程专业基础课之一，土木工程专业本科学生通常需要完成《高等数学》《大学物理》《材料力学》《理论力学》等先修课程。根据以往的数据统计，学生在先修课程学习上也存在效果不佳的现象，导致本课程的学习基础不牢。

从学情上来看，大部分学生的力学和高等数学基础均较薄弱，以致学生很难理解水力学课程的内容，使得部分同学产生畏难情况。同时，学生缺乏工程流体概念，使得土木工程专业本科学生很难将抽象理论与生活实际相结合。

从教学方式看，传统的授课模式以教师为主导，通过固定时间和地点，以板书和PPT相结合的单向输出为主要方式。在教学过程中，课程中涉及大量公式推导和应用，课堂形式封闭，学生以听为主的被动式学习，缺乏有效交流和参与，以至学生学习效果欠佳、知识把握不牢。在教学过程中，传统教学手段单一，学生学习过程中不能及时复习课堂授课知识，易出现混淆概念、习得新知识忘记旧概念的不良循环，课后也无法有效复习课堂知识，也很难将抽象概念与实际应用相结合，因此对学生分析和解决问题的能力缺乏良好的训练。

从考核方式看，水力学课程一般采用期末考试为主，平时成绩为辅，两者相结合的方式，其中平时成绩为30%，期末考试成绩为70%。这种考核方式偏重期末考试，对学生平时表现缺乏重视，在实施过程中存在诸多问题，学生为完成作业出现互相抄袭，缺乏独立完成作业的能力。同时，对期末考试要求较高，不能过于重视知识点的记忆，考核形式缺乏综合素质的考量。细究工程教育专业认证中的毕业要求的条件，反思目前水力学的课程的考核方式也亟待完善。

3 教学改革措施

随着国际工程教育专业认证体系的推广，在信息技术迅速发展、资源共享极其便捷条件下，如何有效发挥新技术、新平台，设计新颖有趣的混合式教学模式，在传统的土木工程专业中培养思维敏捷、眼界开阔的智慧型技术人才，也是改革的重要方向。针对“水力学”课程教学过程中存在的问题，本着以成果为导向、学生为中心、持续改进为背景的教育理念，打造适应新时代新工科技术人员为己任，本课程将从以下几个方面进行探索和改进。

3.1 课程内容改革

水力学课程涉及诸多领域，涉及的内容多、范围广，针对不同专业的教学，内容上应有所区别和侧重。结合土木工程专业特点，紧密围绕本科毕业要求进行编排和修订，对部分内容进行精简。例如“量纲分析和流动相似原理”章节篇幅较长，至少需要4个学时的理论课，量纲分析更偏向是一种科学分析方法和研究手段，相似原理是原型试验与测试之间的关系，这章节的内容与土木专业相关性不强，难度也不高，可设为自学内容。气体伯努利方程、边界层理论等与土木工程专业契合度低，难度大，教学大纲中可将该部分内容删除。

流体力学也是一门古老的科学，随着科技的发展和理论研究的推荐，水力学理论体系也越来越丰富，涉及的范围越来越广泛，并与其他学科融合和渗透，交叉处更多的方向。在教学内容上，将结合课本知识与相近学科热点问题和现象，拓展知识点，以吸引学生学习知识的兴趣，学生视野得到拓展，理论联系实际的能力得到培养，并极大地提升学习积极性和创新能力。

3.2 教学手段改革

信息技术与互联网在互相融合中迅速发展，新信息技术使得教育资源得到更广阔的共享，教学也出现了多种形式。2020年，公共卫生事件突发，引发了全球对在线学习模式的探索，我国不同高校的教师们根据自己所授课程的特点和内容，在不同平台开展了有针对性的线上线下教学。基于现代教育特点，丰富教学模式、利用互联网信息、共享新资源和便利学习方式，水力学的基本理论知识以课堂讲授和网络学习相结合，工程应用知识进行翻转课堂的教学设计。

加强采用线上线下的教学模式的联系，制作重点与难点的线上视频，增加其他高校的优质教学视频和素材，不单为学有余力的同学提供更多自学资源，也能为不同基础的同学提供相应学习的资源，满足多层次学生水平需求。学生通过网络观看，按时完成线上对应的学习任务，及时开展线下答疑交流。作为教学模式下的补充手段，学生根据课堂学习效果，重新调整学习时间，自主选择线上学习内容，学习的决定权在学生。通过教学手段的改革，学生的自主学习能力、学习的主动性和积极性得到提高，也更好地提升教学效果和教学质量。

3.3 教学过程设计

水力学课程中，一个新概念往往不是孤立存在，而是一个系统组成，一个新概念往往是由多概念的支持。教学过程两个中心，以目标为导向，以“学”“教”双中心，逆向学习策略设计，正向教学实施为方针。

加强课堂教学效果，将自制视频与国内知名院校名师教学视频相融合，提前在学习平台上发布课程学习相关的视频和资料，学生预习并总结知识点和难点疑点，带着问题上课。课堂上设计和组织翻转课堂，如设置小测巩固已学知识，根据学生预习中存在的问题设置互动，组织引导课堂讨论，根据学习效果有针对性开展重点难点的讲解，引入工程案例激发学生探索的热情和解决问题的信心。

建立班级线上学习小组，学生可以在学习群随时提问，学生可以参与讨论，教师也可参与解答，及时解决学生学习问题，解决传统课堂课后答疑受时间地点限制的问题，有效扩大教学时空。

表1 课程组成及比例

3.4 教学质量设计

课程准备阶段，将水力学教学内容进行划分，将课程大纲中的难点和重点整理，制作相关教学视频，也可利用网络优秀的开放教育资源，整合内容和难度适宜的教学视频，重点突出概念的理解和实例，构建适合学生的学习资源库。

对实验环节进行改革，实验中需要多名学生共同合作完成，设置不同的分工，承担同样的责任。实验分组时，应结合实验的难度分配人数，原则上保证每位学生均要动手参与实验。实验过程中，每位学生应进行合理规划和分工，以保证每位学生都能积极参与。小组成员根据实验要求，讨论设计实验的实施步骤，保证实验参数测量参数准确，实验操作规范，并详细记录数据，独立思考并分析实验数据。实验教学应有规范的操作流程，数据真实可靠，有利于培养学生遵纪守法和诚实守信的品质，以及创新求真、勇于开拓的、协作互助的品质。

教学设计中，解决知识点分散的问题，增加知识与解决问题之间的关联，避免学生缺乏学习兴趣与动力的问题。教学引导的关键是对原理的灵活运用，通过深入分析问题，高运用原理解决问题，提升学生解决复杂工程的能力。

3.5 教学考核设计

调整教学形式，采用双主体模式。教师不再唱独角戏，激发学生在课程中的参与热情，在教学全过程中提升学生综合素质和能力，使得在每一个环节中的学习效果均得到客观而全面的评价。课程改革中，过程性评价学习成果，将学习分成多个环节，课堂考勤、作业、课堂小测、实验操作、课堂参与、任务环节和课程考试等7个部分。课堂参与环节包括课堂随机提问、课堂纪律、专题讨论三部分。课程的平时成绩考核比例由30%调整为50%。任务环节包括课程中根据重点难点布置的任务，需要查阅文献资料解决实际问题或者解答实际现象，并安排学生制作PPT在课堂中宣讲，促进学生交流讨论。期末成绩在课程最终成绩中的占比，将期末成绩占比70%下调为50%，重点考查学习过程中解决问题的能力，而减少降低记忆性知识点的考核。课程考核结合线上线下教学内容进行适当调整，重新分配评价比例。

结合教学考核，在学习过程设置相应环节，学生每周均应该完成相应的课内作业和课外拓展练习。教学质量的衡量应以面向产出为核心，避免“内容为王”，而应该以学生为中心，对照目标，对产出证据链中的薄弱处进行分析并持续改进。

4 结语

课程教学改革是新时代教育体制改革的一部分，水力学作为专业基础课程，既有上千年的沉淀积累，又与时代中不同产业相融合，发挥了它强大的知识支撑作用。面对新时代的机遇和未来的挑战，水力学课程为培养新时代接班人在建设上展现新青年的担当和作为，也凸显水力学课程改革的必要性和坚决性。水力学课程持续改革是教育质量保障的手段，课程的教学模式改革，提高课程的生命力，课程的评价模式改革，赋予课程的创造力。通过不断的教学探索，贯彻素质教育方针，以教学效果为目标，不断激励学生的创新力，培养学生工科思维力，培养具有挑战精神的高素质人才。基于教学内容的教学方法和手段的多维度改革措施和尝试，互联联网技术与课堂的深度融合，以水力学教学改革，助力工程教育专业认证。