基于产出导向和PBL策略的“工程流体力学”创新案例

张晓艳

（山西大学 电力与建筑学院，山西 太原 030031）

引言

随着经济社会的快速发展，在教育部科技部提出“四新”建设，新时代对新工科的理解和新工科的新体现，同时现代教学探索“数字化”这个大背景下，社会对大学生教育提出了更高的要求，21世纪的人才不仅要有扎实的专业知识，还应该具备丰富的人文和社会科学知识，以及良好的人际沟通能力和崇高的职业道德，传统的以单纯传授知识为特点的教育模式已不足以满足新时代对大学生的毕业要求［1-2］。

产出导向OBE（Outcome-Based Education）起源于20 世纪90 年代，提倡以学生为中心，学习成果为导向，是工程教育专业认证的核心理论，认证所强调的成果导向，面向产出，持续改进都是以学生为中心，以适应第四次工业革命对人才培养的新要求，所有的教学过程中都以学生为中心，提升教学质量，确保所有的学生获得良好的教学体验［2-3］。

问题导向PBL（problem based learning）教学法是美国神经学病学BARROWS教授在加拿大的麦克马斯特首创，其主旨是以问题为基础，以学生为主体，以小组讨论为形式，在辅导老师的参与下，围绕某一专题或具体案例等进行研究的学习过程。文章基于学情分析，在教学过程中设计合理的问题导向方式、个性化的教学方案，并引入实际工程中的新技术和新成果，研究设计多元化多层次的教学案例，设计多维度课后作业；利用现代化教学工具和手段，充分发挥线上线下混合式教学优势，激发青年大学生的学习热情，强调学习的目的性、能动性和高阶性［3-4］。

一、教学现状分析

目前我校能源动力类专业开设的“工程流体力学”课程的教学现状主要存在以下问题。

传统的流体力学课堂中，教师的教学大多比较套路化，按照“基本概念-基本微分方程-基本方程-基本方程的应用”的形式讲解，这种教学方式比较单一，学生易产生乏味情绪。基于OBE理念，新工科教学首先提出的改革就是进行教学创新设计，以激发学生学习激情。

由于流体力学理论性较强，对学生前期掌握的高等数学和理论力学知识要求较高，教师总是担心学生理论基础薄弱，理解不了，学不会。一直以来传统的课堂教学模式基本上是教师唱“独角戏”，是“填鸭式”的“满堂灌”。殊不知这种模式，增加了学生能动性发挥的难度，致使学生上课经常跟不上教师节奏，思维不积极。长此以往，学生便失去了学习兴趣，变成平时忙于应付作业，期末急于考试，学习效果无法得到保证。基于OBE理念，新工科教学对学生的课堂参与度、同学合作度和思辨精神都提出了新的要求，教学模式改革应给学生提供自主学习的自由度和质疑讨论的平台。

一方面由于理论教学课时缩减，另一方面“工程流体力学”课程的教学内容量较大，所以学校教学太过偏重于理论教学，实践性特别是贴近专业工程实际的专注于问题解决方面的内容太少。新工科的要求更加注重对学生分析和解决问题能力的培养，所以课程内容的更新和设计更应关联学生所学专业，让学生意识到学以致用的目标。

近年来，本校能动专业学生“工程流体力学”课程的考核方式一直采用“出勤+课后作业+期末考试”的模式，其中期末考试占比70%，课后作业占比20%，出勤占比10%。虽然这种考核方式加重了平时成绩的占比，但此方式依然不能避免平时抄作业、期末突击的学习模式，学生的产出效果不理想。面向新工科时代的产出导向目标，传统的“作业+考试”考核方式无法满足要求。

传统的教学评价都是在教学系统中的评教和评学，无法及时反映学生真实的想法，教师无法及时关注学生的学习情况。由于存在时间差，学生的真实反映和教师的及时响应都无法实现，更无法根据教学过程的需求及时改进教学质量。就这样年复一年，教务系统的评价流于表面，起不到积极的作用。新工科的建设，要求给出多元化的有效的及时的评价，需要师生互评，生生互评。

二、教学设计

基于以上学情分析，笔者紧扣新工科背景，面向教育数字化转型，基于OBE理念，应用PBL策略，以“工程流体力学”的静力学模块中平面壁上总压力为例，从优化课程内容，改进教学模式，全过程教学评价等方面进行教学创新设计。

（一）确定课程目标

OBE理念下工程认证要求培养学生的知识目标、能力目标和思政目标，所以本课程的设计都是基于这三层目标进行设计的［5］。

本节的知识目标为学生学会平面壁上总压力计算的两种方法，包括合力大小和作用点两方面的内容；能力目标为能够根据所学内容，选用正确和简捷方法计算能源动力领域和工程实际中涉及的气体和液体对平面上总压力的值，并确定总压力的作用点位置，培养学生分析问题和解决实际问题的能力；思政目标为了解锅炉和汽轮机体型的设计来源于对壁面上承受压力的确定，圆柱体体型受力特性较棱柱体体型优越，可以避免高压对棱角的不良影响，培养学生的精准求新、节能增效、大国工匠精神。

（二）教学环节的设计过程

见图1。

图1 教学环节设计流程图

（三）基于PBL策略的教学活动和线上线下混合式教学模式

本课程开始之前，在长江雨课堂课程群中建立了小组，每小组7～9人。以下所有的教学活动均是以小组名义和形式完成的。

课前，通过长江雨课堂平台，给学生发出设问问题，通过学校导入的幕课资源和教师提供的PPT课件，以及提示学生利用B站上的流体力学资源，提出问题和要完成的主要学习内容，包括平面壁上总压力的计算方法和类型，适用条件，以及作用点的计算方法。

课中，针对课前布置的任务，要求每组派一名成员讲解学习到的内容。具体操作是，第一组先讲，后面讲的组不断更新和完善前面组员的汇报，最后由教师总结和完善课程大纲对本节要求学习的全部内容。当基础知识的学习环节完成后，进入小组对抗阶段的学习。教师收集与班级组数相同的实例数，要求学生按一定的时间完成，教师通过长江雨课堂发出题目，小组完成作答后，通过长江雨课堂展示结果，各小组之间相互评分，最后教师做出点评。

课后，除了完成一定的任务和作业外，主要是针对本节课的学习内容提出疑问的讨论，并对学习过程和教师的总结做出评价，根据评价结果，教师对下一次章节的学习及时做出改进措施。

（四）课后作业的多维化设计

为了巩固知识和丰富课后学习内容，设计了多维度学习任务（简称“四个一”），即一次定时习题，一次课后作业，一次思维导图，一次评价任务。一次定时习题，是课程组根据本专业特点开发试题库和案例库，在每一章的学习任务完成后，学生需打卡完成一次定时定量的客观题练习，题量一般控制在15道小题，完成时间控制在10分钟内，题型包括单选、多选和判断题。一次课后作业，就是训练学生必要的计算能力，主要选用教材自带习题和案例库习题。这种方法是传统方法的保留，选用的是反应新技术和新成果的案例。一次思维导图，是在学完一个模块后，要求学生对于课程内容进行思维导图的绘制。鉴于当前学生对于课程知识系统性的缺乏和本专业大学生不注重知识管理的现状，通过思维导图的训练，提高学生对知识的系统性重视程度，培养学生系统学习知识的能力以及改善大学生容易遗忘的不良习惯，有效避免对前面学习知识一问三不知的尴尬。一次评价任务，主要是学生在完成对课堂、教师和小组评价任务的过程中，考查对本节教学内容是否掌握，及时对课程内容进行查缺补漏，同时帮助教师更好地设计下一次课程的内容和及时改进教学模式。

（五）全过程考核评价

“工程流体力学”课程中理论公式难理解，经验公式太复杂，非常不便于学生记忆。过去的闭卷考试，最大的弊端就是单纯要求学生死记硬背公式，做做简单抽象的计算题目，学生无法发挥学习的能动机和积极性，期末考试也不能完全真实体现学生的学习成果。为了秉承“以人为本”的教育理念，客观公正评价学生的学习成果，紧紧围绕知识、能力和思政三层目标的达成度，有效利用线上线下丰富资源，实施了全过程考核评价制度，加大了平时成绩的占比，采用开卷、闭卷相结合的期末考试方式。课程总成绩为百分制，平时成绩占40%，其中线下考核占20%，线上占20%，期末考试占60%。期末考试试卷总分100分，有开卷内容和闭卷内容。具体的做法是基本概念、基本原理和基本的计算方法采用闭卷方法考核，对于应用图表和经验公式计算考核能力的内容采用开卷方法考核，考核评价细则见图2。

图2 全过程考核评价细则

三、教学效果

为了说明采用笔者提出的全情景线上线下混合式教学模式创新后的产出效果，对比了能源动力1901班和1801班两个自然班的学习情况。其中，1901班的教学采用了创新方式，1801班是传统教学模式授课。

采用创新授课方式试点班的同学，优秀率明显高于普通班同学，不及格率明显低于普通班，创新试点班平均成绩77.5分也远高于普通授课班平均成绩69.5分。试点班的评教成绩为99.8分，学生在评语中提到，采用了新的教学方式授课，课堂不再打瞌睡，工程案例的引入和课堂热烈的讨论，让抽象的理论课变得不再枯燥，线上线下混合式教学让学生自由学习，发挥了学生的能动性和积极性。这些都说明了采用新的教学方式授课激发了学生的学习积极性，真正体现了以产出为导向、以学生为中心的教育理念，学生对这种教学方式认可度较高。

结语

综上所述，在新工科建设和教育数字化转型背景下，各高校工科专业都在致力于工程教育的专业认证，专业认证的理论基础就是基于产出的成果导向。文章基于OBE理论采用PBL策略，在“工程流体力学”教学过程中采用线上线下混合式教学模式，整个教学设计过程始终坚持“学生为中心”的思想，结合专业实际应用，坚持“产出导向”的思路，培养了学生分析问题、解决问题的能力。师生互动、生生互动，提高了学生的交流能力。在案例教学中引入思政内容，培养了学生的家国情怀和大国工匠精神。