工程教育专业认证背景下流体力学课程改革与实践

刘美丽 陈家庆 韩严和

[摘要]为满足北京石油化工学院环境工程专业工程教育专业认证的最新要求，该研究针对流体力学传统教学中存在的问题，从课程目标、课堂教学以及教学评价等方面对环境工程流体力学课程进行了改革探索，并就教学改革的实践过程及效果进行了探讨。结果表明改革后学生的学习能力和学习效果明显提高。该研究成果可为环境工程专业认证相关课程的教学改革提供参考.

[关键词]流体力学;专业认证;环境工程专业;教学改革

[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2020）02-0017-03

流体力学是环境T程专业一门重要的专业基础课，是用理论分析和实验测量的方法研究流体机械运动规律及其在工程实际中应用的一门科学。通过本课程的学习，学生应掌握流体运动的一般规律，学会必要的理论分析方法和一定的实验研究能力，如应用质量守恒、動量守恒和能量守恒原理分析工程中的流动问题，或者通过相似理论和量纲分析开展模型实验，为学习专业课程、从事专业技术工作或进行科学研究打下必要的基础[1]。本文针对北京石油化工学院环境工程专业流体力学课程存在教学方式单一、学生课堂主动性不够等问题，结合中国工程教育专业认证的最新要求，对流体力学课程进行了综合改革。

一、专业认证对流体力学课程的要求

北京石油化工学院环境工程专业先后取得了北京市高等学校品牌专业、北京市级特色专业建设点、国家级特色专业建设点、教育部高等学校“专业综合改革试点”以及北京市一流专业等专业建设成果，并在2016年顺利通过了中国工程教育专业认证。为了实现持续改进并满足最新的专业认证标准对毕业的要求，根据培养方案中列出的本课程所支撑的毕业要求及指标点，基于出口导向确定了本课程的课程教学目标及其与毕业要求指标点的对应关系，如表1所示。

二、环境工程流体力学教学中存在的问题

（一）课堂教学缺乏系统性和层次化

流体力学涉及理想流体和粘性流体的静力学、运动学和动力学，覆盖基础理论知识和工程实践，内容繁多、尺度跨度大、概念抽象、知识点分散[2-4]。传统课堂教学多遵循章节顺序，对课程内容的系统性和逻辑性关注不足，这就容易导致学生难以形成对流体力学整体知识的系统认识，学习过程和学习成果呈碎片化，更谈不上能养成T程应用能力。

（二）课堂教学方式单一，学生参与度不高

课堂教学多以教师为中心，强调原理与方法，而以理论知识传授为主的教学思维使得学生容易感觉课堂知识枯燥乏味，学生学习的兴趣和主动性普遍不够，整体教学效果一般，课程教学目标难以实现。

（三）考核方式不合理

流体力学课程以往多采用平时成绩（30%）加期末考试成绩（70%）的考核方式。这种考试方式偏重期末考试成绩，强调对原理和知识的掌握，对工程应用涉及较少，更缺乏对学生综合应用能力的考查，无法达到工程教育专业认证对毕业的要求。

（四）教学评价指向模糊

教学评价的目的和意义在于判别课程教学目标的实现程度，分析教学过程的不足并持续改进。传统教学评价多采用学生网评的方式，学生通过网络针对授课方式、熟悉程度、交流沟通和作业批改等指标对教师进行定性评价。评价结果难以量化，而且无法评价课程教学目标的达成程度，难以用于课程的持续改进。

三、专业认证背景下流体力学课程的改革与实践

（一）理论体系模块化，课堂内容层次化

从课程构建角度来看，流体力学主要包括静力学、运动学和动力学三大理论模块，其余内容可看作三大理论模块的拓展应用。因此，理论体系可划分为相互联系又相互独立的三大理论模块，如图1所示。理论体系的模块化有助于学生增强对课程内容内在关联性以及整体逻辑性的认识，同时独立义相互关联的模块有利于学生取长补短，形成个性化的认知结构。

构建认知结构的前提是对知识体系有良好的整体认知[5]。整体性不仅是对这门课的整体认知，也是对这门课在整个专业、学科的整体脉络的认知。因此，教师可以通过绪论课引导学生探索流体力学的发展史与其在各个时期的特点，帮助学生建立流体力学知识体系架构的概念，以形成整体性的认知。

在理论知识的课堂授课过程巾，结合北京石油化工学院“建设特色鲜明的高水平应用型大学”的定位和工程教育专业认证的宗旨，实施多层次、多维度的理论知识教学模式。根据工程实际需要，将流体力学的教学内容分为三个层次，即流体力学的基础理论、流体力学知识与进展、流体力学应用与实践。教师集巾有限的精力和时间围绕理论到实践、旧知到新知进行重点讲解，关注学生学习能力的培养。

（二）积极探索问题引导式教学

针对传统教学方式单一、学生学习兴趣不浓的问题，教师可以引入雨课堂，采用互动式信息化课堂授课。授课之前提前发布预习内容，创设教学情境，引导学生通过旧知探索新知;学生总结学习收获和疑点难点，教师根据学习情况开展重点、难点知识点的讲解，并通过工程案例和工程问题背景的设置，激发学生探究问题、解决问题的兴趣;设置在线问题，引导学生思考并考查课堂效果以便及时调整。通过教学设计力求每个知识点形成“为何学、学什么、怎么学”的闭环。

在教学方法上，采用多媒体、动画、案例、板书等多元化的方式，根据知识点的特性、学生的思维习惯选择单一或复合的教学方法，将流体力学里面难以用语言描述的流动图像、概念等生动地显现出来，帮助学生建立清晰的物理概念，缩短认识过程，并鼓励学生随时质疑，提出自己的观点。

（三）考核方式多尺度化

为了全面考查学生的综合能力，采用全过程考核方式评价学生的学习效果，针对课堂内容的特点通过平时成绩、阶段测试、项目学习、实验环节和期末考试五个环节评价学生的学习表现。其中，平时成绩包括课上表现和课后作业，主要考查单个知识点的掌握情况;阶段测试根据理论体系模块进行三次，主要考查模块知识的掌握情况以及识别和表达实际问题的能力;项目学习针对相似原理和量纲分析来考查学生解决实际工程问题的能力（见图2）;实验环节采用图3所示教学流程来考查学生的知识原理掌握情况和实验研究能力;期末考试全部采用综合性计算题或论述题考查学生综合运用知识初步解决复杂工程问题的能力。

（四）改革教学评价方式

以学生为中心的成果导向性教学要求教学体系确保符合毕业要求，而毕业要求的量化指标是课程教学目标，因此，课程评价要以课程目标达成度为依据。教学大纲设定了课程目标达成度与考核环节的对应关系，要求以达成度大于或等于0.70为达成标准。

四、教学效果

我们以改革前后两届环境T程专业的学生为研究对象，前一届流体力学课程使用的是传统教学方式，称为传统教学班;后一屆使用的是问题引导式教学方式[6]，称为问题引导教学班。对这两个教学班的学生状况进行分析发现，学生在来源、先修课程成绩等方面没有明显的差异。采用软件SPSS19.0从记忆知识点和综合分析知识点两方面对这两个教学班的成绩进行统计分析，其结果如表2所示。这两个教学班的记忆知识点和综合分析知识点均有明显的差异。无论是记忆知识点还是综合分析知识点，问题引导教学班的平均成绩均高于传统教学班的，尤其是前者的综合分析能力得到了显著提高。

五、结语

工程教育专业认证对新时代下环境T程专业的人才培养提出了更高的要求。流体力学课程概念抽象，公式推导多，从理论到实践跨度大，学生学习积极性不高。为解决传统教学中存在的教学效果差、考核和评价方式单一等问题，通过科学组织教学内容、开展探索问题引导式教学、完善考核和评价方式等多措并举的综合改革思路开展了流体力学课程教学改革。调查结果显示，改革后学生的学习投入和学习成绩显著改善，尤其是学生分析解决问题的能力有了明显提高。

[参考文献]

[l]刘鹤年，刘京.流体力学[M].北京：中国建筑工业出版社.2016.

[2]方奕栋.关于工程流体力学本科教学的反思[J].课程教育研究，2017（32）：223-224.

[3]毛文贵，卿上乐，李建华.浅谈新工科背景下学生复杂工程问题能力的培养：以《流体力学与流体传动》课程为例[J].教育教学论坛，2019（4）：233-234.

[4]薛向东，陈勇民，童芸芸，等.基于专业认证的流体力学

教学实践[J].浙江科技学院学报，2018（6）：517-522.

[5]陈卓，周乃君.问题引导法视域下专业基础课程教学改革的思考：以能源动力类《流体力学》课程为例[J].现代大学教育，2012（5）：104-107.

[6]田社平，王力娟，邱意弘.问题式教学法对工科大学生批 判性思维倾向影响的实证研究[J].高等工程教育研究，2018（6）：156-160.

[责任编辑：庞丹丹]

[收稿时间] 2019-03-07

[基金项目]北京市高层次创新创业人才支持计划项目“‘高创计划教学”（PXM2018一014222 000015），2018年度北京石油化工学院校级教育教学改革与研究项目“基于问题引导法的《环境流体力学》教学改革”（YB20180201）、

[作者简介]刘美丽（1985-），女，山东巨野人，博士，副教授，研究方向：流体力学教学和多相流动高效分离技术研究。陈家庆（1970-），男，湖北兴山人，博士，教授，研究方向：环保设备原理与设计教学和非均相分离技术研究。韩严和（1976-），男，安徽安庆人，博士，副教授，研究方向：水污染控制工程教学和工业废水处理及回用技术研究