基于任务驱动教学方法的“流体力学”教学模式改革探索与实践

胡晓+罗威+李瑞萍

【摘要】文章在环境工程专业基础课程“流体力学”的教学中引入任务驱动模式，根据课程的教学要求和培养目标，设计了基于任务驱动的项目整体实施方案，分析并拟定具体任务，最后以实施案例论证了任务驱动教学法在课堂教学中的运用效果，肯定了该模式对岗位专业能力培养的有效性，同时指出了任务驱动法执行过程中需要改进的地方。

【关键词】任务驱动；流体力学；能力培养；教学目标；教学内容

【基金项目】三峡大学教研项目重点项目：基于任务驱动法的《流体力学》教学改革与实践。项目编号：J2015001。

一、引言

《流体力学》课程是本校环境工程专业开设的一门专业基础课，在环境工程专业的学科人才培养方案中设置的总学时是48学时，其中理论授课学时为40学时，实验学时为8学时。《流体力学》课程以研究流体的平衡和机械运动规律为核心，通过各教学环节的学习，使学生掌握流体运动的基本概念和计算方法，并能应用流体力学的基本理论，结合相关的实验数据和经验公式或数值模拟来解决环境工程领域中的实际问题[1]，培养学生分析问题和解决问题的能力，同时为学生学习后续课程、从事工程技术工作和进行科学研究打下坚实的理论基础。该门课程涉及的理论内容较为繁杂，抽象概念多，理论性强，公式推导较多，要求学生具有较好的数学基础及较强的逻辑思维能力和理解能力[2]。

笔者通过三年以来的授课经验发现，大部分学生觉得该门课程的内容比较枯燥，学生对于一些基础概念的理解较为模糊。由于环境工程专业的学生之前并没有接触过相关的专业课程，普遍缺乏对流体和力学这两类概念的感性认识；另外，由于《流体力学》与环境工程专业其他专业基础课程，如《水污染控制工程》《大气污染控制工程》等，在讲解内容和关键知识点上存在明显的差异性，导致大部分学生并不能将所学的理论知识灵活应用于该专业的相关领域。

近年来，尽管授课教师在课堂教学方法上采取了以提问和让学生讲解习题为主的授课形式来激发学生学习的积极性，但实际的实施效果并不明显。虽然期末考试的范围仅限于课本上已讲章节内容，考试题目也越来越简单，但每次期末考试的及格率却不甚理想，不及格率几乎呈逐年上升趋势。每个学期总有一定比例的学生因为该课程所涉及的理论公式太多，公式推导过程过于繁琐枯燥而主动放弃了《流体力学》课程的学习。在工程实践中连最基本的流体力学知识都不能掌握，对理论知识的简单应用更是无从谈起，这为未来的个人职业生涯埋下了隐患[3-4]。

二、任务驱动教学法的课堂实践

在教学方式上，长期以来我国课堂教学实行的都是传统的“教-学”模式，即教师在课堂上讲解，学生接受知识；教师布置课后作业，学生课外复习，完成知识的内化过程。这样的教学方法致使学生养成了被动的学习习惯，认为学习的作用是为了考试过关，顺利拿到毕业证。因此，要想提高课堂教学质量和教学效果，必须充分发挥学生的自主性、主动性和创造性，鼓励学生对课本知识进行自我解读和自我理解，突出学生在学习中的主体地位。这样，学生学习的主动性就会被调动起来，整个课堂教学过程就会形成良性循环，达到事半功倍的效果。

基于上述思想，笔者针对《流体力学》课堂教学过程中所存在的种种现象，利用任务驱动教学方法的基本理论，对《流体力学》课堂教学模式的改革进行了初步探索与实践。

（一）任务驱动教学法的概念和特点

所谓任务驱动，就是在学习流体力学理论知识的过程中，学生在教师的帮助下，紧紧围绕一个共同的任务活动中心，在强烈的问题动机的驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，产生一种学习实践活动[5-6]。任务驱动教学法最根本的特点就是“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”，改变了以往“教师讲，学生听”，以教定学的被动教学模式，创造了以学定教、学生主动参与、自主协作、探索创新的新型学习模式，有利于激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，同时也能够一定程度上提高学生自主学习及与他人协作的能力[7-8]。

（二）任务驱动教学法在课堂教学的具体实施

学校针对环境工程专业的《流体力学》课程提出了明确的教学目标和要求，即该课程的教学过程中需要突出理论教学与环境工程专业实际工程背景和岗位需求相结合的能力培养。这就要求《流体力学》的教学过程中要摒弃以往偏重理论知识讲解和公式推导的教学思维，转而侧重于基础理论和规律与实际工程应用的相互衔接与贯通。因此，要让学生了解所学知识在本专业领域的应用情况，有必要采用以工程案例和科研项目为先导的任务驱动教学法。这样能够让学生带着真实的任务去学习，通过具体任务的实施掌握流体的基本运动规律及其工程应用背景，实现特定的教学目标。为此，本文设计了基于任务驱动法的教学实施过程，具体实施流程如图1所示。

图1 任务驱动教学的实施流程

1.能力培养目标的确定

依据企业调研，通过对环境工程专业岗位工作需求的调查了解、专业培养方案的解读和课程设置体系的分析，确定了环境工程专业《流体力学》课程的能力培养目标[9-10]：

（1）熟悉连续介质模型的内容，能够从本质上区分连续流体与离散颗粒的概念；

（2）掌握静止液体中的静水压强分布规律和压强传递原理，了解等压面的性质及其应用；

（3）熟练应用测压计测量和计算平衡液体的静水压强；

（4）能够运用水静力学理论分析计算环境工程学科中典型平面和曲面的静水总压力；

（5）熟练掌握运动流体规律，并能应用三大守恒方程来解决环境工程学科中的流动问题；

（6）能够根据已知水流速度和给定流動边界特征尺寸，计算水流的实时雷诺数并判别液流流态；

（7）熟悉不同湍流分区的沿程阻力随壁面相对粗糙（光滑）度和雷诺数的变化规律；endprint

（8）熟练掌握简单管道的水力计算并能运用到环境工程领域典型流体输配结构的设计。

图2 《流体力学》课程理论框架示意图

2.任务设计

任务设计是任务驱动教学法的关键一步，既要保证设计任务的趣味性和合理性，又能反映环境工程领域比较典型的流动现象和问题。同时，任务的内容必须是与课程教学内容相关的知识点，并且通过任务的实施和完成能够实现课程的能力培养目标。根据学校对环境工程专业《流体力学》课程的教学内容要求（如图2所示），结合该专业的岗位能力需求，设定以专业岗位能力培养为目的的课堂任务，具体的任务设定如表1所示。

本能力培养项目先后通过流体流动显示等实验装置的简单使用操作到不同类型边界内水流特征的观察、典型流动条件下的流体水动力参数测定分析，以及典型管道流态显示、沿程水头损失测定和虹吸管水泵等管道系统的实际工程应用和水力计算，保证了该专业大部分学生的实际动手能力和思维方式能够得到充分的练习和锻炼，使他们既熟悉和掌握了流体力学中相关典型参数和流动现象的观测分析方法，又提高了实际操作技能和综合分析能力。

三、任务驱动教学法的实施效果

（一）学生学习能力和课堂教学效果明显提高

通过建立多媒体课件教学、可视化教学软件，结合动画演示和实训一体化的多功能实训室，通过可视化仿真软件，将各种流动形态形象以动画形式展现在学生面前，使原本抽象的概念变得清晰易懂。在进行多媒体教学的同时，采用多种教学方式，突出重点，化解难点，使学生全面理解与掌握流体力学的理论和方法。将工程实践作为理论教学延伸的观念，将学生岗位能力培养作为核心，以工程项目和实训为引导，以课堂教学任务为驱动，以学生为主体，实施“教、学、做”一体化的教学方法，突出理论教学为提高学生工作技能、工程应用和岗位服务的主题。

学生在实施具体任务的过程中，了解了本专业领域特定岗位的工作内容和专业技能要求。大部分学生的学习兴趣浓厚，态度积极认真，对专业的认识和解决问题的能力有了一定程度的提高，对所学专业的工作内容有所体验和认识，这也极大提高了他们的岗位操作技能，为学生以后走上工作岗位打下了坚实的理论基础。

（二）完成校级网络课程教学网站的建设

通过对学校《流体力学》教学内容的分析深化和优化调整，本课程完成了校级网络课程教学网站的建设。学生可进入课程网址观看该课程完整的教学文件和多媒体课件进行预习和复习，并可通过在线答疑解决问题，促使教学网站成为学生课余学习的好帮手。以丰富的多媒体资源，避免“填鸭式”理论教学，让学生自主学习，进一步拓宽知识面和应用能力，提升了学生的学习积极性。

根据《流体力学》课程的任务驱动教学模式，拟定了以岗位能力培养为目的的任务驱动项目，同时编写了学校环境工程的《流体力学》实训教案。除了与流体力学相关的普通实验设备的操作技能实训之外，增开了具备环境工程专业特色的流体力学综合实训任务，如氧化沟工作过程中较为典型水动力学现象观察和分析，环境工程学科典型管嘴和孔口出流的水力计算，虹吸管水泵系统的设计选型任务等。这些教学任务不仅综合性强，而且具有浓厚的专业色彩，使学生带着强烈的目的和好奇心主动参与这些任务的组织安排和具体实施，学习态度由被动变主动，学习积极性大幅提高。具备专业特色的综合性任务的实施，一定程度上提高了学生对《流体力学》课程的综合应用能力。

四、任务驱动模式教学中需注意和改进原则

（一）任务设计要遵循岗位专业技能典型性的原则

1.任务本身训练的技能要有岗位需求典型性

要不断深入环境工程专业的相关行业，同时也要实时把握岗位专业技能的需求动态，根据环工专业的岗位实际发展需求选取本专业较为典型的岗位训练技能，作为课堂教学任务设计的培养目标，确保任务驱动教学能够围绕着岗位专业技能的发展而开展。

2.任務设计需考虑岗位情境的真实性和可行性

岗位情境包括校内场地环境、实验室设备条件和课堂任务的实施范畴等。“任务驱动”教学中需要创设与当前学习内容和教学主题相关、尽可能真实反映该专业领域的岗位情境，一定程度上需要学校相关部门能够提供校内实训场地和实验室相应设备等方面的支持。

3.任务设计应把握好难易程度和实施时间

由于学校教学时间的间断性和实时性，任务驱动教学要妥当安排好任务的实施时间，给予学生比较充足的时间进行资料收集和任务完成工作，获得相应的专业岗位技能[11]。另外，教师在运用驱动法时也应该注意把握好教学任务的难易程度，应该根据学生个人的认知能力、理解能力、分析处理问题的能力对设计的教学任务和具体内容实时进行适当的调整和合理的分配，同时也需要加强对关键知识点的总结，使认知能力弱的学生通过分析总结，理解教学内容，确保做到每个学生都不掉队，所有的学生可以共同进步。

（二）任务驱动教学要遵循任务操作规范化和考核指标多元化原则

学生完成了教学设计任务并不等于该门课程达到了预期的教学效果。此时对任务的完成情况进行恰当、中肯的评价就非常有必要。这样做，一方面便于学生进行总结和反思，及时汇总、解决前期存在的问题；另一方面也是作为后期其他知识点学习的铺垫和过渡。

任务完成情况的评价应遵循“重视过程考核，结果考核次之”的原则[12-13]，转变以往只重视结果的传统考核方式。这就要求教师在实施任务驱动教学前，要向学生明确公布衡量学习小组和个人学习成绩的标准，让学生清楚合作小组的成绩是小组成员的综合成绩而并非学生的个人成绩。学生的个人成绩由自我评价、小组评价和教师评价的小组成绩构成。同时考核评价不仅要评价各小组的学习成果，而且要评价小组每个成员的合作意识、合作态度和合作技能[14]。

评价方式上可以采用学生自评、学生互评和教师评价相结合的方式。其中，教师的总结性评价除了有对学生成果的静态评价外，应更多地关注学生参与教学任务实施过程的态度、解决问题的能力和创造性以及获取知识的经验与教训，并对部分任务完成较好的小组给予一定的表扬和奖励。这样可以培养学生的成就感，从而进一步激发学生的学习热情，使得学生对后续的学习任务产生强大的学习动力，从而切身体会学习的快乐。endprint