智能建造专业流体力学课程教学模式与方法探索

陈伟娇 乔春珍

摘 要：基于学校智能建造专业流体力学课程的特点提出了教学过程中应根据实际情况设置教学目标，细化教学内容。采用线上+线下混合教学的教学模式，课堂讲授+翻转课堂的教学方法，对课前预习、课后复习、习题课、课堂讲授及实验课的教学进行合理设计能有效激发学生的学习兴趣，提升教学效果，培养学生工匠精神。

关键词：流体力学；教学内容；教学模式；教学方法

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.07.085

0 前言

信息化、智能化技术的高速发展及双碳目标的提出，促使各个行业进行技术改革与创新，建筑行业作为能源消耗大户，进一步节能减排势在必行。智能建造作为解决建筑业目前效率低、能耗大、碳排放量大等问题的有效途径之一，目前已经在很多工程中得到了應用与实践。根据《教育部关于公布2017年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》（教高函〔2018〕4号）公告，我国高校首次开设智能建造专业。该专业以传统土木工程专业为基础，将其与机械设计制造、电子信息、自动化等多专业相融合发展形成。2017年，同济大学成功申报了我国第一个智能建造专业，随后，2018年北方工业大学、北京建筑大学、青岛理工大学等6所高校也成功申报了该专业。截至2021年，我国已经有九十多所高校开设了智能建造专业。

北方工业大学智能建造专业以适应国家建设需求为目标，旨在培养熟练掌握土木工程及绿色建筑专业基本知识，精通土木工程设计、生产及施工专业知识，掌握相关计算机开发语言，能应用现代化技术手段，进行智能设计、施工和运维管理的高级复合应用型人才。在专业课程设置方面，主要包括PYTHON程序设计、理论力学、材料力学、结构力学、流体力学、建造机械控制原理、BIM技术基础等专业基础课；BIM工程应用、结构智能设计原理、钢、混凝土结构智能设计原理、数字化施工等专业必修课及信息化建造、绿色建筑和智能化工程管理三组模块选修课。其中绿色建筑模块教学内容有包括：建筑能耗模拟分析、智慧能源系统、冷热源设计、绿色建筑运行维护原理、室内环境系统设计等。

1 流体力学课程特点

流体力学作为智能建造专业的专业基础课承担了土木和绿色建筑两大方向的基础需求。课时共32学时，其中包括实验课6学时，具有课时少、多专业融合的特点。

流体力学课程内容的主要特点是：概念抽象不易理解，理论推导多较为枯燥，实践性很强且需引入案例才能加深理解。因此，在讲授这门课时，如何能让学生在有限的学时内做到理解概念，掌握理论，学会运用基本理论分析解决工程中的实际问题，是最重要的同时也是较困难的。对于这门课程的教学，针对教学内容、教学模式、教学方法进行探讨，力求在少课时的情况下达到最佳的教学效果具有极为重要的现实意义。

2 流体力学教学内容、教学模式及方法设计

2.1 教学内容规划

在教学内容上，为进一步凝练重点，如图1所示，本课程设置了五个教学目标，针对每一个教学目标对授课内容进行了规划，提出了为了达成目标所需掌握的重点知识。教学目标及重点知识明确后，对教学内容进行提炼，对内容衔接进行调整，如将教材第四章第5节黏性流体运动微分方程的推导提前至第三章流体微团运动分析之后进行，这样节省了推导前进行相关知识复习的时间，提高了教学效率。

2.2 教学模式及方法设计

应用于什么样的教学模式及方法进行流体力学的教学对学生掌握知识的深度有很大的影响。流体力学课程本身的特性导致其物理现象不直观，学生很难从简单的书本中文字的介绍及抽象的图片中想象并通过在头脑中建立立体流动模型理解流体的复杂的流动过程。复杂的公式推导仅仅依靠板书，学生往往很难理解且会耗费大量的课时。焦园圆结合滨州学院的流体力学课程发展的现状，提出了理论与实验的教改措施，使学生能全方位、动态学习流体力学知识。钱剑安、周汝等对安全工程专业工程流体力学的教学模式进行了探讨，提出了以OBE理念为核心多平台结合线上线下混合教学，取得了较好的效果。汤吉昀，王超等将信息化技术和仿真技术融入工程流体力学的教学过程中，提高了学生对理论知识的学习和理解。兰景岩，莫红艳等以土木工程专业教育认证为背景，引入研究型、互动式的教学模式，采用了板书与多媒体技术及网络辅助教学相结合的教学手段对教学模式进行了优化。结合本校智能建造专业流体力学的课程特点，本门课程的教学采用了线上+线下混合教学的教学模式，课堂讲授+翻转课堂的教学方法，对授课过程中的课前预习、课后复习、习题课、实验课、课堂讲授的教学进行了设计。

2.2.1 线上习题夯实理论基础

由于课程学时较少，教学进度相对较快，仅靠课堂讲授学生很难扎实掌握所学知识。因此，需要学生课前能够对所学章节进行预习，带着问题进入课堂，课后及时复习夯实基础。本课程采用线上的方式，充分利用企业微信的功能，课前以问答题的形式协助学生进行课程主要知识的课前预习；每章结束后，以选择、填空题的方式帮助同学及时复习，扎实掌握重点理论及基础计算。

2.2.2 翻转课堂习题课解决解题难点

为增强学生对知识的掌握和理解，习题课尤为重要。本课程的习题课内容包含两部分，一是，针对企业微信章节复习题及课后作业中问题比较大的内容进行分析讲解。二是利用翻转课堂，即在习题课前，利用企业微信群提前发放习题课典型习题，课上随机请同学针对习题的解题过程中所涉及的理论、概念、计算原理及分析方法等进行讲解，提高课堂学生参与度，提升学生学习兴趣，加深对知识的掌握和理解。

2.2.3 多种教学方法融合加强知识理解

课堂基础内容的教学方法，本课程采用传统板书、多媒体课件+录播视频相结合的方式。针对每一个教学目标，流体力学每一节课都包含多项主要内容，内容之间也都不是完全独立的，利用传统板书将每次课主要内容及各内容之间的关联进行梳理，让学生能理解每节课清晰的主线；利用多媒体课件进行课程详细内容的讲解，尤其是复杂公式的推导，利用多媒体课件将其制作成动画或视频，相较于教材中和利用传统的板书书写的推导过程，采取这种方式可进一步将推导步骤详细化，将推导过程每一步的变化都利用动画详细展示清楚，同时还可在中間穿插推导过程中所需要的以往所学知识的复习梳理，这样既能使课上繁琐的推导过程变得不枯燥，学生在课上未能及时理解的部分，课下也可通过重复观看详细的推导步骤复习消化理解。

专业基础课的教学离不开实践教学内容。本课程对于和实际工程或实验现象相关内容的教学，采取在课上插播工程视频或录制的实验现象视频并结合多媒体课件讲授的教学方法。如讲解孔口、管嘴出流的出流现象时，结合实验室录制的实验现象视频进行讲解，这样能提高学生对抽象现象的理解；在介绍流体力学在工程上的应用时结合典型水利工程的介绍视频；在介绍有压管流内容时结合绿色建筑模块中空调通风、洁净设计相关的视频，让学生在学习知识的同时，更深刻理解专业使命，既增强了学生学习的兴趣，也培养了学生的工匠精神。实验课也是课程实践中必不可少的内容。本课程共设置了3项课内实验，其中雷诺实验现象直观、明显，采取实验与教学同时进行的授课方式，即同学们先进行雷诺实验，观察实验现象之后再直接进行流态部分相关的授课内容，这样既节省了授课时间，也增强了学生对知识的掌握理解。

3 结语

流体力学是学校智能建造专业的一门专业基础课，后续课程涉及土木及绿色建筑多门专业课，课时少，任务重。教学过程中充分考虑了后续课程的衔接，根据课时情况有目标地安排、细化了教学内容，对部分内容的衔接进行了调整。成功的教学不可能只采用单一枯燥的教学模式和教学方法，本课程在传统板书和PPT课件的基础上，进一步充分、灵活应用多媒体技术及信息化教学手段。在教学过程中，通过线上习题进行预习、复习，使学生扎实地掌握了基础知识、基本概念；通过习题课讲解与翻转课堂相结合加深了学生对重点内容，难点内容的理解与掌握；通过多媒体动画课件的应用，使学生在课上、课下都能更细致理解疑难公式、方程的推导过程；通过工程及实验视频的应用使学生更直观地理解书本上图片形式抽象的流体力学现象，激发学生学习积极性，提高学习兴趣，为能灵活应用所学流体力学知识解决实际工程问题，培养学生工匠精神打下良好的基础。

参考文献

［1］焦园圆，工程流体力学理论与实验教学研究，内燃机与配件，2021.07，254255.

[2]钱剑安，周汝，王华.基于多平台和多手段融合的混合案例教学——安全工程专业工程流体力学教学模式探讨，力学与实践，2022，（2）：175182.

[3]汤吉昀，王超，符晓玲.基于SPOC的《工程流体力学》信息化教学探索，科教论坛，2021，（10）：6163.

[4]兰景岩，莫红艳，曹振中.工程教育专业认证背景下少学时流体力学教学改革探索与实践，高教论坛，2021，（4）：3437.

[5]刘雅静，张雪梅.智慧课堂视角下“学为中心”教学模式探究——以《高级财务会计》课程为例[J].现代商贸工业，2022，43（02）.