基于OBE 教育理念下应用型本科院校“工程流体力学”课程教学设计

李振南，关多娇

（沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136）

一、OBE教育理念

基于学习产出的教育模式（Outcomes-based Education，缩写为OBE）最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革［1］。从20世纪90年代早期，OBE在美国与西澳大利亚教育界开始流行。在OBE教育模式中，学生学到了什么、学生是否成功远比怎样学习、什么时候学习重要。其特点是基于实现学生特定学习产出的教育过程，教育结构和课程被视为手段，清晰地聚焦和组织教育系统，使之围绕确保学生能够在未来生活中获得实质性成功的经验。如果学校无法为培养学生特定能力作出贡献，它们就要被重建，进而OBE实现了教育范式的转换。

在OBE 教育系统中，教育者必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清楚的构想，然后设计适宜的教育结构来保证学生达到预期目标。学生产出而非教科书或教师经验成为驱动教育系统运作的动力，这显然同传统上内容驱动和重视投入的教育形成了鲜明对比。从这个意义上说，OBE 教育模式可被认为是一种教育范式的革新［2］。

图1 学习成果的可视化是OBE的精华

二、OBE 教育理念在应用型本科院校的融入

明确应用型本科人才培养目标与规格，是构建应用型本科人才培养模式的前提与基础。培养目标需要从国家层面、学校层面和专业层面来分析应用型本科人才培养目标，并始终把培养高素质创新人才作为根本任务，积极利用各种资源，努力培养一批德才兼备的应用型创新人才［3］。区别于传统的本科，应用型本科在教学方式和培养模式上有所不同。应用型本科主要培养专业技术较强，社会急缺的高级工程人员，普通本科注重学术研究。应用型本科是高职教育的一个层次，它同一般普通本科相比具有鲜明的技术应用性特征。

应用型本科院校，应预期设定可浅可深的学习目标，使学习成果可视化。对于同一门课程而言，可能会有多个目标，或是偏重理论，或是偏重实际应用，抑或不同的难度。在每个目标下设计一系列的教学活动、考核过程、成果评价和反馈机制，最终的学习成果既是OBE 的终点，也是OBE 的起点。并不是说达到了选定的目标，就获得了这门课的全部内容和能力，而仅仅是完成了预期设定的学习目标，如果想达到更高的能力目标，接下来可以继续选择对你有帮助、更加深入的学习目标。学习者可根据自己对目标的需求选择适合自己的目标学习该课程，并通过该课程。同时也可以继续选择该课程的更深入的学习目标。

三、“工程流体力学”课程的建设与实施

“工程流体力学”属于专业基础类课程，是学习专业课的基础，通常设置在大学二年级，国内应用型本科一般开设56学时、48学时、32学时。根据对OBE 教学模式的调研分析，需要厘清预期学习成果ILOs（Intended Learning Outcomes）教学理念，即合理设置教育目标、教育的需求、传授的方式、合理的评价、保障预期学习成果［4］。由于能动专业、机械专业、新能源专业对于该课程的需求不同，“工程流体力学”课程组对这门课程设置了不同学时、不同目标、不同应用方向。下面以能动专业开设的“工程流体力学”课程为例描述一下具体实施过程。

1.基于成果的教育理念OBE（Outcome-based Education）

热能与动力工程专业面向国内、辐射国际、服务能源电力行业，培养具有健全人格和爱国敬业精神，作风朴实，德、智、体、美、劳全面发展，具备能源与动力工程专业的基础理论、专业知识与技能，具有较强的工程实践能力和创新意识，能够从事能源动力设备的安装、调试、运行、检修等工作，具备能源与动力工程专业工程师素质，并具有国际视野、通晓国际规则、能够参与国际事务和国际竞争的高级应用型工程技术人才。图2 是学生九大能力对应通识课程体系结构。

图2 学生九大能力对应通识课程体系结构

设置“工程流体力学”课程学习目标主要要围绕九大能力展开。一是以学术探索为主，通过教师授课、完成习题作业，完成实验过程（包括数值实验），使学生理解基础理论、了解在工程上的应用，培养学生自学的能力、解决工程问题的能力。二是通过学习过程，锻炼学生表达与沟通能力，建立团队精神，形成明辨性思维，培养学生协同沟通能力和创新能力。

2.基于成果的课程建设OBC（Outcome-based Curriculum）

在这两个学习目标的驱动下，将“工程流体力学”课程内容进行细化，可适当对课程内容进行一些删减，同时将学时调整为32学时为宜。

图3 专业课程体系结构

工程应用中常见的流体种类繁多，不能一一展开介绍，在教学中以最为常见的“水”为对象讲解流体的特性。“工程流体力学”中对流体做出的假设是否合理，存在的误差能否接受，这一点特别重要。其次是流动的描述、控制方程的建立与选择。“工程流体力学”按照内容一般分为基本概念、静力学、运动学和动力学，在这些内容中需要对它进行梳理。基于不同需求层次的学生可以设置递进的目标，例如基础应用篇和高级应用篇。

（1）基础应用篇，32 学时为宜，主要是学会查找手册等资料，获得流体的基本性质、流体力学的基本方程，并且知晓其适用范围，在算术法和微分方法数学基础上解决工程的实际问题。其内容的选择可见表1。应用型本科院校开设高等数学课程，往往因学生能力、学时的安排等因素减去了很多内容，比如重积分中格林公式、高斯公式、斯托克斯公式、通量、旋度、散度及微分方程和级数的学习，这对于深入学习工程流体力学是一定的硬伤。但是基于OBE 的教学模式下，设定合理的学习目标（Learning Outcomes，以下简称LOs），采用基础应用篇内容，避开高级的数学矢量分析、复分析和张量分析等分析方法，适当删除理论偏深的内容，如亥姆赫兹速度分解定理、伯努利积分方程、拉格朗日积分方程、葛罗米柯—兰姆方程、本构方程、雷诺输运定理，以及平面势流流动和纳维斯托克斯方程等。尽管避开了这些内容，但是其内容的精华部分可以做定性描述，帮助学生理解流体力学的奥秘。例如在学习亥姆赫兹速度分解定理时，不讲线变形、角变形和旋转变形的具体表达式，但是可以定性描述是什么引起的线膨胀、角变形及旋转变形。又如在学习守恒定律时，不强调雷诺输运定理的表达式，而在乎质量守恒、动量守恒、能量守恒引发的思考，进而归纳出雷诺输运定理。

表1 基本应用篇“工程流体力学”课程内容的筛选

（2）高级应用篇，48 学时或更多。学生不仅要学会基础应用篇的内容，在有了一定的数学基础上，还应继续学习工程流体力学的高级应用篇，比如在偏微分方程、积分方程、矢量分析、复变分析、量纲分析法等基础上进一步提升内容的深度，可以适当增加伯努利积分方程、拉格朗日积分方程、葛罗米柯—兰姆方程、本构方程、雷诺输运定理，以及平面势流流动和纳维斯托克斯方程的理论学习及其应用。

3.基于成果的教与学OBTL（Outcome-based Teaching&Learning）

工程流体力学课程主要研究流体受力及其宏观运动规律，以通识教育为基础，同时服务于专业课程，既有理论深度又涉及工程实践。传统的教学方法主要是课堂讲授为主，教师以教学大纲为纲领，采用PPT 或者板书的形式讲解知识点、演示公式的推导，然后采用习题的方式进行巩固。教师一人主导的课堂往往比较沉闷，若遇见公式推导等内容，学生理解起来困难，进而导致缺乏学习积极性，使得教学效果不佳。为增强学生的主观能动性，提高学生独立思考和解决问题的能力，培养学生敢于提问、善于分析问题的能力，在借鉴国内外先进教学理念的基础上，结合“工程流体力学”课程的具体情况，以工程问题为基础，采用问题导向教学方法开展教学，使教学模式从“单向注入式知识传授”向“互动研究型能力培养”转变。问题导向学习主要以分组讨论形式进行，通过开展合作式学习，培养学生的团队协作能力。教师结合生活实例引出相关知识点和原理，使学生掌握应用基本原理解决实际问题的方法。课上教学和课后作业的形式丰富多样，以小组协作交流和讨论为主，教师负责引导和启发学生，以加深其对相关知识点的理解，提高其发现问题、分析问题和解决问题的能力。

4.基于成果的评定OBA（Outcome-based Assessment）

考核评价机制主要包括：传统考核与过程性考核。传统考核方式主要采用平时成绩+期末考试成绩，不同院校在平时成绩与期末考试成绩的权重是不同的，有些时候为了提高课程的通过率，往往在平时成绩上加权更多一些，甚至平时成绩加权重占到了40%，这会导致这门课很容易通过，然而没有达到教学的真正目的。为了改善这种情况，若降低平时成绩的权重，达到20%，在通过率上又会很低，这是问题的所在。

近些年来，基于OBE 理念适当调整了教学内容，同时采用过程考核的形式，学生在教与学的环节中积极参与讨论，认真完成任务。“工程流体力学”课程通常设置的考核过程有期中期末考试、案例分析、课后作业、教学实验、课程设计等。通常做法是考试环节权重不高于40%，其他根据实际情况分配。每个考核环节均需要通过设定的分数线才能通过整门课程。总成绩由各个环节相加而得到。在此过程中学生与老师均在教学活动中得到了能力的提升，同时课程通过率也有所改善。在OBE教学模式下，应用型本科院校更宜采用过程考核方式。

5.基于成果的改进OBI（Outcome-based Improvement）

各个考核环节，包括考试、案例分析、课后作业、教学实验、课程设计均是闭口的，考核结束后增设了必要的反馈环节，师生间进行互动，以达到相互提高，或者改进某些环节的目的。这个改进在传统的教学中是缺乏的，或者是没有很好地执行。学生通过了考试即认为该门课程学习完毕，甚至将学习材料丢掉。OBE 理念是你通过了考核仅仅是完成了既定的学习目标，而同一门课程可能有不同的学习目标，侧重点不同，或者教学的深度不同，如果你想预期达到某种高度，可以继续学习高级学习目标的内容。

四、建 议

（1）OBE 教育理念是值得国内很多高校接受的，特别是应用型本科院校，采用OBE 教育模式，可以有建设性地培养一些工程技术创新人才。

（2）应用OBE 教育模式，不能忽略OBC、OBTL、OBA 及OBI环节，只有形成封闭的教学环节才能有效地实施。

（3）“工程流体力学”课程本身具有复杂性及一定的难度，需要结合人才培养目标合理制定学生能力目标、梳理课程内容、细化考核环节及评价机制，这样才能更好地完成该课程的教学。