应用型人才培养视域下流体力学“五位一体”教学模式探索

田素梅 王成军 王建明 刘爱虢

摘要文章以应用型人才培养为背景，在流体力学课程中提出“五位一体”的教学模式，包括层次化的课程目标、线上线下混合式的教学方式、具有专业偏向性的教学内容、涵盖过程考核的评价体系和以科学观培养为导向的思政融入等五个方面。教学效果显示，新的教学模式可实现知识传授、能力培养与科学观引领相结合，有效提升学生自主学习和终身学习的能力。

关键词 应用型人才；流体力学；五位一体

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.12.027

在“一带一路”“中国制造2025”等重大强国战略的引领下[1]，新型产业和现代工业对工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加快工程教育的改革创新，并逐步开启工程教育专业认证模式。如此，传统的重知识培养而轻能力塑造的人才培养模式将面临巨大的挑战，主要体现在如何通过四年的本科学习过程使学生拥有终身再学习能力。要实现这个目标，迫切需要构建“以学生为中心”“以能力培养为主线”“以产出为导向”的现代大学课程体系[2]。沈阳航空航天大学（以下简称“我校”）的本科办学定位为培养高层次的应用型人才，该目标的实现需要将应用型人才培养理念融入各专业核心课程，让学生深刻体会到“为什么而学”“学了之后有什么用，如何应用”，以此激发学生的学习兴趣，并做到学以致用。

流体力学课程为我校第一批省级一流课程，是能源与动力工程和飞行器动力工程专业的基础课程，也是后续课程包括空气动力学、工程热力学、传热学、叶片机原理、航空发动机原理、燃气轮机原理等众多专业课程重要的理论基础。近年来，流体力学课程团队以工程教育认证理念为引领，以应用型人才培养为目标，提出了“五位一体”人才培养模式，在课程目标、教学模式、教学内容、评价体系和思政融入等五个方面进行了教学改革，以培养学生的知识创新和应用创新能力。

1层次化的课程目标

在工程教育专业认证背景下，课程团队梳理并优化了培养计划中课程目标与支撑毕业要求指标点之间的关系，根据专业的特点和对毕业生的培养要求将流体力学的课程目标分为三个层次，分别为知识培养目标、能力培养目标和情感培养目标。其中，知识培养目标定位在能够深入理解流体力学的基本概念和基本原理，能够运用静力学、一维流体运动学、管内流动相关理论求解一般流体力学问题，能够应用伯努利方程、动量方程、动量矩方程、多维流动NS方程、相似原理与量纲分析等理论知识对专业相关的流体力学问题进行正确表述。能力培养目标是培养应用型人才的重要组成部分，通过流体力学课程的学习，学生能够对飞机发动机、燃气轮机、汽轮机等动力设备中的流体力学问题进行提炼，并能够应用所学知识对其设计和运行中的问题进行分析和解释。而情感培养目标则贯穿于课程始终，通过线上线下混合式教学方法实现学生自主学习能力的培养。

同时，构建课程目标达成度评价体系，用来评定学生是否掌握了本课程教学内容、教师教学方法是否得当、考试模式是否合理等。根据课程目标性质将评价过程区分为直接法和间接法。直接法以成绩为核心，计算知识目标达成度。间接法则以学生个人主观能动性为出发点，积累能力培养和情感培养的提升程度。例如，课堂表现、课前和课后的参与度，相互间的认知交流等。将通过直接法得到的知识目标达成度和情感目标提升度进行加权，得到总课程目标达成度。

2线上线下混合式教学方式

传统课堂往往以教师讲授为主，而学生要做的是聆听、理解和记忆。这种教学模式的优势在于教师与学生是面对面交流的，学生可以从老师的语言和动作中提炼重点，并适当辅以记录，在上课过程中即可完成对重点内容的理解和记忆，适合重要理论知识内容和复杂推导过程的传递。然而，这种教学模式的弊端也是明显的，在引新和互动时都会占用课堂时间，难以保证课堂效率，且学生也难以做到在长时间课堂教学过程中保持旺盛的精力，而由于注意力不集中所以没听懂的内容却不再有复现的可能。

目前，“流体力学”课程已在雨课堂和学习通平台上建设了完整的线上教学资源，这些线上教学资源基本涵盖了大纲规定的所有教学内容。基于线上教学资源，课程在进行教学设计时可以采用线上线下混合式教学模式，将教学过程分为三个教学环节：学生自主学习环节、教师主导的线下课程教学环节和师生交流环节。第一个环节以学生为主体，学生可以利用线上资源从自己的认知结构、兴趣爱好、主观需求出发，理解、记忆并吸收感兴趣的流体力学知识，之后完成自我评价和自我完善。第二个环节是以教师为主导的教学过程，包括课程内容分解、组织学习、过程演示、典型工程问题分析、总结与反馈等。师生交流环节则包括教师点拨、补充激励和归纳总结等。这些线上教学资源与线下课堂一起，形成了一种线上线下混合式的教学模式，可以充分发挥学生的主观能动性。

卢梭曾说过，教学必须让我们学会做到，他会了的东西，不是你告诉了他，而是由于他自己的实践和对问题的不断理解[4]。在混合式教学模式下，针对流体力学课程的教学重点内容，采用循序渐进式教学方法和项目教学法[5]可以让学生不断加深对问题的理解。在教学预习阶段采用循序渐进式教学方法是适宜的。教师针对教学内容准备一些典型的流体力学问题和现象，引导学生对将要学习的知识进行思考。比如在讲伯努利原理之前，先引导学生对飞机升力问题进行分析，并布置预习任务（观察学校停机坪上飞机的“空速管”，试阐述其作用和工作原理）。学生在预习的过程中会对知识产生多方面的理解，这些理解将在课堂教授和师生交流的过程中被证实或是被否定。在这个认知―理解―否定―再理解的过程中，学生完成了对知识点的理解和解决工程问题能力的提升。在教学任务完成阶段，可以采用项目教学法，教学班学生分组学习，充分利用国家级教学实践基地的资源，鼓励学生去探索、发现专业相关领域的流体力学问题，通过查阅资料、小组讨论的方式分析问题并最终形成学习报告。对于项目学习完成出色的同學，任课教师可以鼓励学生参加校级、省级甚至国家级的相关创新大赛，以赛促教。这不仅能激发学生的学习兴趣，还能开发学生的创新思维。在指导学生参赛的过程中，适当引导学生学习计算流体力学知识，对自己设计的模型进行数值模拟以辅助设计过程，在创新的过程中形成终身学习能力。

3具有专业特色的教学内容

流体力学课程使用的教材是孔珑主编的《工程流体力学》[6]，主要面向能源动力类、机械类专业以及建筑环境与设备工程、给水排水工程、油气储运工程、船舶与海洋工程、安全工程等专业。在内容上多数例题具有工程普适性，与飞行器动力工程专业和能源与动力工程专业相关的流体力学问题涉及得较少。

为培养学生的专业素养、拓宽行业视野，课程内容需注重与专业方向相结合，流体力学课程团队以航空航天知识为背景，在教学过程中适当融入航空发动机相关专业知识，增加专业特色教学内容。例如，为飞行器动力工程专业的学生增加了航空发动机的进气道中气体流动、燃油喷嘴的旋流喷射、燃烧室中复杂湍流流动、尾喷管中的高温高压气体流动等问题。而当教学对象为能源与动力专业的学生时，增添了液压机械的工作原理，离心泵和风力发电机的工作模式，让学生尝试将水力发电的实际工程问题简化成实验模型和数值模拟模型。增添的专业相关知识点可以作为线上学习内容和练习项目，在不增加课堂讲授课时的基础上，培养学生的创新思维能力。

4包含过程考核的评价体系

课程考核是检验课程教学质量的关键手段，传统考试以试卷成绩作为主要的考核标准，在一定程度上忽略了学生的学习过程。在新形势下，教育部印发《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》，强调“要切实加强学习过程考核，加大过程性考核成绩在课程总成绩中的比重”[7]。经过几年的教学实践，流体力学课程在传统考核标准基础上增添了过程考核体系。过程考核范围涵盖了学生的出勤情况、课堂表现、课堂讨论参与度、课后调研能力以及翻转课堂表现能力和实验能力等，目的是引导学生主动参与，提升兴趣，避免出现为了应付考试而死记硬背、临时突击的情况。在教学过程中借助互联网手段（雨课堂、慕课堂等）实现随课小测验、单元测验、互动讨论以及学情调研。教学过程的数据分析可以有效展示学生的学习状态和知识掌握程度，课程目标的达成度分析可以反映出教学过程中存在的不足，教师与学生的多维度互动可以不断地改进和完善教学过程。

5以科学观培养为导向的思政融入

结合我校高水平应用型大学的办学定位，在培养学生专业技能的同时，流体力学课程也注重培养学生树立正确的科学观。一方面可以培养学生优秀的学习习惯和行为方式，帮助其树立辩证唯物主义世界观和严谨的科学态度，理解自然科学所蕴含的哲学思想，另一方面可以培养学生分析问题、解决问题的能力以及终身学习的能力。

由于改革后的流体力学课程针对不同专业学生制订了具有偏向性的教学内容，可以方便且合理地融入课程思政元素，实现育人与育才的双育人模式。在培养学生科学观的实施过程中，首先要让学生清晰了解流体力学的发展史线，提炼并掌握科学研究方法。在绪论阶段，要让学生明确所学课程在自然科学发展史上所处的地位，所学知识在力学体系内所处的阶段。随着教学内容的逐步展开，可以在知识点讲授过程中穿插对流体力学有贡献的科学家生平史话的介绍，可以让学生清晰明了流体力学发展的历史脉络，以宏大的视角和包容且宽广的胸怀拥抱科学。其次，要融合工程实例和前沿课题，树立求真务实的科学精神。流体力学课程作为专业核心课程，对学生毕业后再学习能力的培养具有重要意义，所扮演的角色也多姿多彩，可以体现出科学与工程深度融合的特质，在教学过程中可以充分利用。实践表明，基于流体力学知识点所延伸出来的工程实例和科学前沿，多数学生是感兴趣的，对提升学生探索科学技术的勇气和培养其求真务实的科学精神具有重要意义。再者，流体力学课程立足开放考核和工程牵引，培育了学生的科学素养和家国情怀。非标准答案的过程考核鼓励学生们主动结合历史时事，发现身边与流体力学相关的问题，例如神舟十五号发射过程中发动机推力的形成等，让学生思考其中蕴含的科学思想与政治内涵。同时，在流体力学授课过程中，拓展了教学内容的深度和广度，将流体力学与我国航空航天工程、桥梁工程、探月工程等体现我国综合国力的重大工程相融合，培养学生树立正确的科学观，为毕业后的职业发展奠定坚实基础。

6结论

流体力学课程团队在应用型人才培养视域下提出的“五位一体”教学模式，实现了线下课程理论深度和线上课程拓展宽度的“点面结合”，学生反馈良好。过程性考核的学习过程数据和考核数据显示，学生的课堂参与度和知识掌握程度得到有效提升，学生对流体力学相关问题表现出浓厚兴趣，对流体力学相关的竞赛参与度较高。在提高学生的课堂参与度和积极性的同时，有效提升学生自主学习和终身学习能力，提高了学生勇于探索的创新精神和善于解决复杂工程问题的实践能力。并且教学过程中流体力学发展史、科技前沿和大国工程的融入，可帮助学生提高创新思维能力并树立正确的科学观。

基金项目：沈阳航空航天大学教改项目“基于工程教育认证理念的《流体力学》课程构建”（2022）；辽宁省线上线下混合式一流课程建设项目。

参考文献

[1]潘海军，江鹏，王知鸷.中国制造2025视域下地方高校“智能材料”课程人才培养模式探究[J].黑龙江教育（理论与实践），2022（12）： 29-91.

[2]张雪龄，金听祥，张琦，等.基于工程教育认证的流体力学课程的教学改革[J].科技视界，2019（13）：109-110，93.

[3]王芳，刘中秋，谭建鹏，等.以学生为中心的工程流体力学课程体系改革和构建[J].力学与实践，2022，44（3）：700-705.

[4]项丽静.高校教学中教师与学生和谐关系的培养[J].继续教育研究，2011（3）：97-98.

[5]张晓丰，祝娜，柳泉，等.以能力培养为导向的计算机课程“线上+线下”混合式教学改革[J].计算机教育，2022（7）：137-140，145.

[6]孔瓏.工程流体力学[M].北京：高等教育出版社，2011.

[7]张兴玉，朱瑶丽.本科课程过程性考核实施与探索[J].创新创业理论研究与实践，2022，5（9）：24-26，48.