I-HOPE教学模式在高等流体力学课程改革与实践中的探讨

洪 锋余 万 张 帆

（[1]三峡大学机械与动力学院 湖北·宜昌 443002；[2]江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心 江苏·镇江 212013）

0 引言

研究生教育肩负着我国高层次专门人才培养和创新创造的重要使命，是国家科技进步、社会发展的重要基石，是应对全球人才竞争的基础布局。近年来，随着研究生招生规模的不断扩大，以及用人单位对毕业生实践能力与创新能力要求的提高，完善研究生培养环节，提高研究生培养质量，成为高校和社会共同关注的焦点。其中，理论课程学习与毕业论文答辩是研究生培养环节的两个重要阶段。目前部分高校往往重视论文环节，而忽视了理论课程学习，导致了部分研究生对基础知识、原理认知不深，分析问题能力欠佳，甚至一定程度上影响了其创新能力的培养与提高。然而，科学技术的提高和创新，离不开扎实的专业理论知识，由此可见，研究生课程理论学习极为重要。因此，学者们提出了“反转式+传统教学模式”“基于项目化的研讨模式”“在线+传统混合教学模式”“立体多维模式”“团队协同模式”等教学改革和实践方法。这些教学改革方法一定程度上改善了课堂教学效果，并取得了较理想的教学成绩。

高等流体力学是动力工程及工程热物理学科中的一门重要基础课程，该课程是深入学习其它专业课程的重要基础。该课程系统性、理论性较强，涉及面广，概念、原理抽象，且对学生数学功底要求较高，含有较多涉及张量、微积分、复变函数运算的复杂公式推导。随着课程学习的不断深入，部分学生逐渐感觉学习吃力，甚至失去学习兴趣，这无疑是当前高等流体力学课程教学的巨大阻碍。因此，需要高校教师在教学模式、方法及内容等方面做出针对性、有效性的改进，通过调研及团队教学实践，初步形成了I-HOPE教学模式。

1 兴趣驱使

I-HOPE教学模式中的首字母“I”，代表Interest——兴趣。兴趣是最好的老师，世界上很多真正成功的科学巨匠，都是兴趣驱使的，这同样适用于学生对高等流体力学的学习。只有当学生对高等流体力学理论知识产生了浓厚的兴趣，他们才会主动去学习、去研究、去实践、去创新，并在这个过程中产生令人感到愉快、充满成就感的学习体验。但是，如何让学生对这门课程的学习产生兴趣呢？授课教师起着至关重要的作用。高等流体力学的理论知识是枯燥的、生硬的，但是这些知识却在日常生活、工业生产，以及国防军事等国家战略性工程中有着生动、淋漓尽致的体现。特别是在课程的绪论部分，以及中间部分章节讲授过程中，教师可结合自身学习生活、科研经历和实践经验，通过剖析一些自然奇观（例如，蟹钳如何制造空泡获取食物、南北半球马桶抽水旋转方向相反），以及介绍工程应用实例（例如，飞机飞行中激波、螺旋桨叶片空蚀问题）等方式，引导学生积极思考和讨论，从而引起学生对高等流体力学课程的重视，并激发学生对这门课程的学习兴趣。

2 快乐学习

I-HOPE教学模式中的字母“H”，代表Happiness——快乐。快乐是心境，学习是过程，快乐学习是通往成功的重要路径之一。学习从来都不是一件容易的事情，它枯燥乏味、艰辛漫长，极力榨干每一个学习者的脑细胞，对高等流体力学的学习更是如此。快乐的产生，不仅仅是授课老师轻松幽默的课堂氛围和方式，更重要的是它源自学生学习高等流体力学课程过程中，因理解基本原理，因解决问题，因突然的科研灵感，而在内心产生的一种激昂情绪。这种学习和快乐所教育出来的学生，日后将是有自我，有坚持，有热爱，有创造力，有激情的国家之栋梁。教师在快乐学习过程中扮演着亦师亦友的角色，积极参与学生感兴趣问题及学生课题的研讨，发表自己的观点并给出实质性建议，帮助学生解决困惑，促进学生科研的开展，充分让学生感受到学习带来的快乐。

3 开放思维

I-HOPE教学模式中的字母“O”，代表Open——开放。开放性思维是学习高等流体力学抽象内容的有效方式之一。研究生培养要精准服务国家发展战略，以更加开放的思想，创造多元化培养格局。高等流体力学作为一门专业基础课，多年来以介绍流体力学基本概念、推导基本方程、模型等为主要内容，这种模式过于强调理论的系统性、完整性和理论推导的严谨性，与自然科学、工业生产的融合度不高。此外，部分学生仍持有陈旧的观念，片面认为能够推导教材中复杂的公式，并利用这些公式解决一些课后习题，并最终在期末考试中取得较好成绩，这样就是把这门课程学通了。然而，实际工程应用，或自然现象中，研究对象千变万化，应用的基本原理、方法也各不相同。例如，在高等流体力学中出现了非定常伯努利方程，如何利用非定常伯努利方程解决实际工程问题；此外，在学习纳维斯托克斯方程（N-S方程）时，主要是以惯性参考系为主，非惯性参考系下的N-S方程形式又是如何，其内部所包含的非惯性力有哪些，乃至河流对两岸的冲刷破坏程度不一致是否与地球上某种非惯性力有关？这些问题，就需要学生利用开放性思维去学习、探究，去举一反三，也需要教师授课过程中积极引导学生思考，活跃课堂气氛，拓宽学生视野。

4 产学辅助

I-HOPE教学模式中的字母“P”，代表Production——产学。产学结合，是发展研究生高等教育的有效途径之一，也是研究生教育主动服务国家创新驱动发展战略的重要路径。在“十四五”开局之年，研究生培养单位应深刻理解研究生教育之于高层次创新人才培养和科技创新研发方面对国家创新驱动发展战略资源建设的重要支撑作用，创新研究生教育中的产学研合作形态，赋能研究生教育改革发展，使其成为国家创新驱动发展战略核心引擎。就高等流体力学教学而言，立足本地技术产业发展，充分调动和利用学校、企业、研究生工作站等多种不同教学环境、资源，以及各自在人才培养模式的特色和优势，把以传授理论知识为主的课堂学习，与能够直接获取工程实践能力为主的企业科研与生产进行有机结合，从而实现理论联系实际，完满解决课堂理论学习与企业需求融合度不高的现实问题，不断缩小高校和企业对人才培养与需求之间的差距。通过培养学生实践能力与创新精神，增强学生的社会竞争力，实现人生价值。企业参与培养研究生综合素质环节中，不仅仅局限于单一的实训，更重要的是要创造机会、提供机遇，鼓励学生积极参与具体的工程项目。同时，学生在整个学习实践过程中，要充分利用所学的理论知识，结合企业需求，尽最大努力协助企业解决“卡脖子”难题，调动企业积极性，让企业自觉地、主动地为高层次人才培养作贡献，达到互利互惠的最终目标。

5 科学评价

I-HOPE教学模式中的字母“E”，代表Evaluation——评价。评价包含授课教师对学生学习效果的评价，以及教师教学质量的评价。传统的“一考定成绩”的考核机制，已经完全脱离了人才培养的初衷，也无法满足高层次创新型人才的培养需求。因此，突破传统的考核模式，创建科学评价方式迫在眉睫。科学评价方式强化过程考核，以30%的比例纳入课程总成绩，通过课前提问（例如：高等流体力学基本概念、原理等）、学生集体讨论（例如：纳维斯托克斯方程的精确解法、湍流计算方法等）方式以强化过程考核。此外，结课方式不再采用传统考试或结课论文的形式，而是注重考查学生运用所学高等流体力学基本知识对实际工程问题进行分析和解决的能力，例如采用如下考核：结合本学期高等流体力学学习，要求学生阐述目前研究的课题所涉及到的流体力学问题，并以图文并茂的方式论述准备采用什么方法或工具去解决该问题。另一方面，教师教学质量评价也尤为重要，可采用学生学习后意见建议反馈，以及校研究生院、所在学院定期组织教学督导对高等流体力学教学进行评价的方式，不断促进教师教学水平的提高，改进完善教学手段和方法。

6 结束语

培养国家所需要的专门人才，是研究生教育的目的，本文提出的I-HOPE高等流体力学课程教学方法，以学习兴趣为驱使，通过快乐学习，借助开放性思维，辅以产学结合，以及科学评价学生学习效果与教师授课效果，从而实现传统的教学模式的改革。I-HOPE模式既能发挥教师在教学过程中的启发、诱导作用，又能保证学生在充分、理解掌握高等流体力学基本原理、方法的前提下，充分发挥学生自主能动性，调动其学习的积极性，激发敢于探索的创新热情，提高其实践应用和科研创新的能力。