基于OBE理念的精品研究型课程建设探析

黄彪 陈倩 吴钦 王国玉

摘 要 为了加强在课堂教学环节对学生创新意识与创新能力的培养，以《热流体计算软件原理及应用》课程为例，基于OBE理念提出了精品研究型课程建设方案。结合流体力学学科前沿的最新进展，加强课程的国际对标；构建“立体化”教学模式，培养创新意识和实践能力；“多元立体式”评价，肯定学生自身的在创新等方面的综合能力。从而有效培养学生的创新能力和解决工程问题的能力，提高整体教学质量和效果。

关键词 OBE理念 精品研究型课程建设 流体力学

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.017

Abstract In order to strengthen the cultivation of students' innovative consciousness and innovative ability in the classroom teaching， taking the course of "The Principle and Application of Thermal Fluid Computing Software" as an example， based on the OBE concept， a quality research-based curriculum construction plan was proposed. Combining the latest developments in the frontiers of fluid mechanics， we will strengthen the international benchmarking of the curriculum； construct a "three-dimensional" teaching model， cultivate innovative consciousness and practical ability； and "multi-dimensional" evaluation， affirming students' comprehensive ability in innovation and other aspects. Thereby effectively cultivating students' ability to innovate and solve engineering problems， and improve overall teaching quality and effectiveness.

Keywords OBE concept； fine research course construction； fluid mechanics

所谓OBE是成果导向教育（Outcome-based education）的简称。在理念上，OBE是一种“以学生为本”的教育哲学；在实践上，OBE是一种聚焦于学生受教育后自身能力的培养模式。《华盛顿协议》已经完全实施OBE教学理念，并将其作为工程教育认证的标准。

在OBE理念的实际运用过程中，教育者在OBE的教育中至少要明确5个核心问题，即教育的目标是什么，教育的需求是什么，该以什么方式传授，如何合理地评价学生的学习成果，以及如何改进劣势，确保学生学有所得。

本文以“热流体计算软件原理及应用”课程为例，以OBE理念为基础，构建与后续课程相衔接的课程体系与内容，提出有利于创新型人才培养的教学形式和方法，进行精品研究型课程的建设。

1 “热流体计算软件原理及应用”精品研究型课程的内涵

“热流体计算软件原理及应用”是能源与动力工程专业的学科基础专业高阶课程，是学生工程知识背景学习的必不可少组成部分。流体力学已经发展成为一门深入各个科学研究领域的重要学科，特别是随着航空、航天、航海以及能源利用等行业的发展，迫切需要解决许多有关流体力学的问题，这也极大促进了流体力学学科的发展。流体力学在动力工程类各专业的课程设置中，起着从高等数学、理论力学、机械设计等基础课程到相关专业课程，譬如发动机原理、流体机械原理的桥梁作用，也是深入研究热能与动力机械的专业基础课。

目前，流体力学的教学内容和教学方法基本上是沿袭传统内容，以理论分析为主，强调流体力学中的基本概念和基本方法，随着现代科技的发展，以及现代工程研究对科技人员的要求，流体力学的教学内容和教学方法也应该与时俱进。传统的流体力学教学内容与方法，基本上是基于理论的教学，并辅之以部分简单的实验。教学内容抽象，教学形式单一，不能有效地反映当前流体力学学科发展的趋势。

计算流体力学的CFD技术，是解决工程中复杂流动的一种有效手段，也是一门新型的独立学科，它以经典理论和数值计算为基础，通过计算机的数值计算和图像显示，从空间和时间上定量描述各种场变量，从而达到对物理问题研究的目的。将CFD数值计算模拟方法和部分简单应用的实际上机练习引入到教学中，可以开阔学生视野、生动课堂，增强学生对流体力学知识的理解，培养解决实际问题的能力和善于尝试、探索规律的学习习惯。

作者在“流体力学”课堂实践中，已尝试针对流体力学中某一具体概念和问题，采用CFD软件演示整个求解过程，并应用图像显示技术向学生展示各种物理现象和知识要点。在教学过程中，学生们往往会为自己的求解结果兴奋不已，充满了成就感，但有些同学在进行了仿真计算后，不知道自己设计的是否正确。作为一个完整的科学研究过程，应该是从设计，到仿真模拟计算，再到改进设计，最后进行试验验证。如何結合一些经典实验结果和学生开展的创新性实验结果，加强流体数值仿真的教学，完善在教学过程中的整个研究过程，对创新型人才的培养具有重要意义。

在此背景下，新增的“热流体计算软件原理及应用”课程以研究流体流动规律为目标，主要讲授计算流体动力学的基本原理及流体动力学软件的使用方法，让学生初步掌握流体力学方程组的数值求解基本方法，学会计算流体动力学软件Fluent研究流体流动和传热基本问题，为学生以后从事利用计算流体动力学进行有关产品的设计、开发研究等方面的工作奠定必要的基础。

2 基于OBE理念的精品研究型课程建设的必要性

2.1 相比传统教学，更有利于学生能力的培养

在传统教学中，更加关注的是教学的输入，如教学内容、教学时间、学分等。形成以教师个人为中心和驱动，过分局限于计划的教学内容，知识系统上缺乏连续性和生动性，另外考核方式为传统的考试评估，欠缺合理性。

反观OBE的教学方式，其更加注重的是教学的输出，即学习成果如何、怎样进行更加合理的评估方式等。形成以学生群体为中心和驱动，注重学习成果和教学过程的连贯性，建立“立体化”的评估方式，多方面进行学习成果的评估。

相比而言，基于OBE的教学，可以使学生更好的运用所学知识，解决工程问题，培养实践分析的能力。

2.2 基于OBE理念是课程建设发展的必然趋势

在创新人才培养的背景要求下，基于OBE理念的课程建设，主要强调学生的学习过程，及在过程中掌握的能力，而不是局限于知识的积累。

因此，学生在学习过程中，能够运用流动力学的专业知识对能源与动力领域复杂工程问题进行计算机建模、表征、解释；能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理对流动的现象和流动规律进行分析；能够通过测量、测试、仿真和分析，对动力机械系统的流动控制参数、状态参数和工艺规律进行研究；能够对动力机械系统的特征流动参数和运行参数的计算和实验结果进行分析；具备应用流体力学基础知识及运用计算机和工程软件解决工程技术问题的基本技能；能够参与课程向项目，具备团队合作的意识；能够通过口头或书面方式表达自己的想法，进行项目规划的能力。

3 基于OBE理念的精品研究型课程教学实践

在“热流体计算软件原理及应用”课程研究型教学中，既要传授流体力学课程中的基本原理知识，又要体现现代实验技术和计算技术在流体力学中解决实际问题的新发展。在教学实施过程中，基于对OBE理念的理解，从以下几方面进行了教学实践。

3.1 基于OBE理念規划教学内容

针对“热流体计算软件原理及应用”课程与国际一流大学对应课程的差异，瞄准国际前沿，从课程目标、课程内容、授课模式、配套实验/实践等方面结合OBE理念完成课程教学改革顶层设计。加快与国外高水平大学相应课程的对接进度，提高课程的国际影响力。

对接国际一流，高水平、高起点、高质量，打造专业精品课程，其根本目的在于使学生提高对高等流体力学的基本理论与方法的掌握，同时帮助学生了解本学科和流体力学相关领域的最新发展，具备应用流体力学的原理、方法和基本概念的能力，特别是具有计算流体力学的应用能力，以及开展相关研究工作的能力。

以最终目标（最终学习成果）为起点，紧扣专业培养目标，反向进行“热流体计算软件原理及应用”课程设计，明确课程的培养目标和培养要求，使教师明白“教什么”、学生知道“学什么”。在进行“热流体计算软件原理及应用”课程设置和课程教学要求设计时，要具体反映教学内容对达成毕业要求的贡献情况，并形成实施准则，在课程计划设计、教学环节实践及评估系统中加以应用。

3.2 建立“立体化”教学模式

着重贴近目前机械与能源动力领域前沿问题，以机械、动力和车辆学科前沿流体力学问题为基础，探索案例式、研讨式、实践教学等多种途径、多种媒体有机结合的“立体化” 教学模式。

在以探索和研究为前提的教学模式中，着重培养学生的自主研究和创新能力。例如在CFD模拟仿真计算中，需要正确地设置边界条件和初始条件，合理地选择数学模型，恰当地划分网格和进行迭代计算，最后还需要判断计算结果是否可用，并进行必要的调整和修改。

所以，需要学生对问题的形成、发展，直到解决的全过程充分地自主思考和分析，拥有能够提出并解决问题的能力。要求学生对问题的发生、发展直至达到平衡的全过程进行认真思考和分析，形成独立思考的习惯和能力。此外，利用计算机软件，可以低成本、高效率地解决问题，进行各种的尝试机会。而“立体式”教学，可以培养学生勇于尝试和探索问题的能力和习惯，树立创新意识。

3.3 构建综合性课程评价体系

初步建成了知能并重（按ILOS逐条考评）、兼顾团队个人、综合性的课程评价方式，实行多角度综合评价的方式。学生最终成绩由“文献综述”、“提问讨论等课堂表现”、“课程大作业”、“课程报告”等部分综合构成。

文献综述反映了学生对课程专业知识的理解深度；提问、讨论、评价等课堂发言体现了学生对相应内容的理解及思考深度和课程的参与度；“课程大作业”体现了学生对课堂所学知识的应用程度。

这种评价方式可以对学生进行客观科学的评价，尊重学生的个体差异，体现了对学生多方面综合能力的鼓励和的肯定。

4 结束语

基于OBE理念的精品研究型课程建设，有利于创新人才的培养。学生通过学习，能过了解并运用所学专业知识解决复杂工程问题，能够独立思考并分析实验结果，能够具备团队协作意识，具有项目规划能力，全方面立体化发展，符合国家对新世纪人才的需求。

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