半自主學習為理念的橫向跨越案例式教學模式探討

摘要：針對《工程流體力學》課程理論性強，枯燥無味，學生學習狀態欠佳，效果不明顯的問題，以CDIO教學改革為基礎，以學生興趣為導向，工程實踐為依托，半自主學習為理念，構思并探討了以具體工程實踐為對象，集多課程、多領域的橫向跨越案例式教學模式。該教學模式的特點為以學生興趣為切入點，能夠吸引學生的注意力；以工程實踐為依托，消除學生的“書本無用論”意識，增強學生學習的動力；以半自主學習為理念，培養學生在教師指導前提下積極踴躍，自主學習科研的半自主學習能力；以具體工程實踐為對象，橫向融合多學科、多領域知識，建立學生多學科、立體科研學習能力。所做的研究分析了學生學習狀態欠佳、學校效果不明顯的原因，并構思、探討了橫向跨越式案例式的教學模式，為高等學校基礎理論專業課的教授提供了參考依據。

關鍵詞：工程實踐 半自主學習 橫向跨越式 立體學習科研能力

中圖分類號： G44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

《工程流體力學》是流體傳動及控制工程（液壓）專業本科教學中一門基礎專業課，對其他專業課的講授及學習有著重要的輔助作用[1]。

《工程流體力學》在本科三年級開設，是學生進行專業學習的第一門專業課。目前，學習《工程流體力學》的學生基本為90后，思維活躍，個性張揚，對自己感興趣的課程投入較大量時間精力，對自己不喜歡的課程會消極對待、出現大量逃課、開小差現象，會引起連帶效應，降低其他同學的學習積極性，影響教師的授課效果，給《工程流體力學》課程的教學工作造成較大的困難。

1 《工程流體力學》課程的教學現狀

《工程流體力學》課程理論化強，內容枯燥無味，學生學習困難，授課難度大，效果不理想，主要表現如下：

1.1 學習狀態兩級分化

《工程流體力學》理論化強，需要“高等數學”、“大學物理”、“理論力學”、“材料力學”等理論課支撐[2]。學生基礎知識參差不齊，學習狀態兩級分化：

（1）學習成績較好的學生基礎知識扎實，與《工程流體力學》課程銜接性良好，積極性高，學習狀態及效果非常好；

（2）大多數學生基礎不扎實，知識儲備不足，對《工程流體力學》課程理解不充分，積極性低，學習效果不理想，出現課堂睡覺，玩手機及逃課情況。該類學生應引起廣泛注意及深刻反思。

1.2 液壓領域發展迅速

液壓技術在重型裝備領域得到了廣泛的應用，新興產品及技術非常多，越來越引起了各行各業的關注。液壓專業畢業生面臨的新知識非常多，挑戰非常大，對液壓畢業生的基本知識以及融貫變通能力要求逐漸提高。

1.3 授課單一，教案老舊

《工程流體力學》課程理論性強，知識枯燥，學生理解困難，教師講授難度大。《工程流體力學》教材及教案老舊，與液壓領域的發展相差甚遠。教師講授時采用滿堂灌方式，又大大降低了學生的學習積極性，《工程流體力學》的講授效果大打折扣。

1.4 專業課時逐漸縮短

目前液壓領域發展非常快，需要學習的知識多，學習時間有限，因此許多高校迫于無奈，壓縮《工程流體力學》的課時，更使得《工程流體力學》授課難度增加，學生學習效果不理想。

2 常規的教學模式

為了解決《工程流體力學》課時短，授課難度大，學習效果不佳的現狀，學校、學院及系部采取了一系列教學改革，推行CDIO教學理念[3-4]，改善了學習狀態，提高了學生的學習效果。

主要的具體措施如下：

（1）學校、學院及系部對授課教師進行了培訓，定期舉行教學比賽，進行教改立項，提高了教師的積極性，教師的專業知識更加扎實。

（2）學校、學院及系部以CDIO為教學理念，改變了授課內容、形式及考核方式，激發學生自主學習能力；將滿堂灌教學方式改為以學生為主，教師為輔的主動學習模式，提高了學習效果。

（3）將以前“一張卷”的死考核方式改變為上課、作業、測試、報告及試卷“五位一體”的綜合能力考核方式，降低試卷分數，更加注重學生的知識掌握及靈活運用能力。

（4）加強學生上課管理，教師點名簽到，校督導、院督導實時抽查，徹底消除學生的學習惰性。

學校、學院及系部進行了一系列教學改革，提高了教學效果，學生學習狀態顯著改善。

但由于《工程流體力學》課程的特殊性：與工程領域聯系緊密，理論性非常強，使得該課程的講授效果沒完全發揮出來，學習狀態改善效果不明顯，學生出現了“身在講堂，心在課外”狀態[5]。

3 橫向跨越案例式教學模式步驟

為了更好提高《工程流體力學》的講授效果，改變學生學習狀態，采取了“以學生興趣為導向，工程實踐為依托，半自主學習為理念的橫向跨越案例式教學模式”，取得良好效果。

以《工程流體力學》中伯努利方程為例，詳細講解橫向跨越案例式教學模式的具體實施方案。

3.1 基本知識要點

（1）實際流體總流的伯努利方程式及其應用。

（2）物理意義：表征流體兩點的能量關系，即不考慮能量損失前提下兩點間機械能守恒（位置水頭+壓力水頭+動能水頭=const）。

（3）應用場合：計算流場中各點間機械能、壓力與速度關系[6]。

3.2 具體教學步驟

3.2.1 放映紀錄片“駝峰航線”

放映大型紀錄片“駝峰航線”，吸引學生注意力，以影片中飛行員們的英雄膽識及大無畏精神感染學生，進行潛移默化式愛國主義教育；

3.2.2 講解“駝峰航線”歷史背景

教師講解二戰中“駝峰航線”的歷史原因及背景[7]。

（講解案例）1941年12月，太平洋戰爭爆發，美國對日作戰。中國抗日戰爭進入相持階段，日軍切斷滇緬公路，中斷中國的戰爭物資生命運輸線。中美兩國被迫在印度東北部的阿薩姆邦和中國云南昆明之間開辟了一條轉運戰略物資的空中通道——駝峰航線[8]。

3.2.3 討論、總結失事原因

（講解案例）主力機型：二戰時駝峰航線主力機型——C46型戰斗機（如圖1所示），為陸軍航空隊二戰中最大最重的雙發運輸機，笨重難看，毛病百出，有時還需飛到24000英尺高空避開高山。

（講解案例）機型缺陷：油箱接頭密封差，泄漏不止；去霧器不正常，進氣管塞滿冰；油管被氣化燃料空泡堵塞，發動機功率下降；油管斷裂，燃油噴灑到灼熱的發動機殼上，造成起火、空中爆炸。

（講解案例）氣候條件：雨季下雨，能見度幾乎為零；多變的上升、下降氣流和強勁的季節風；嚴重結冰，飛機被冰層包住；強勁逆風，高達150公里/小時。

3.2.4 講解飛機飛行原理

以伯努利方程為基礎，詳細講解飛機前進動力，垂直升力的產生機理，加深對伯努利方程應用場合的理解。

（講解案例）前進動力：二戰期間，軍用飛機以單翼螺旋槳飛機為主。飛行時，依靠單固定翼前端的螺旋槳旋轉，向后擠壓空氣，空氣給螺旋槳反作用力，推動飛機向前運動，如圖2所示。

（講解案例）機翼上、下表面微分別為弧面、平面，上表面距離長，下表面距離短。飛行時，空氣流經機翼時間相同，上表面流速v1大于下表面流速v2。假設動能修正系數基本為1。

（講解案例）飛機在幾千米甚至更高的高度飛行時，參考點1、2的高度差忽略，則兩點的位置水頭一致。

（講解案例）參考點1、2在同一緩變過流斷面上，能量損失基本忽略，則式（1）簡化為：

（講解案例）由于v1>v2，根據伯努利方程式可知，p1

4 橫向跨越案例式教學模式特點

（1）以學生興趣為導向 本教學模式以激發學生的學習興趣為主，教師將教學知識與學生興趣聯系起來，使學生覺得自己學的知識生動有趣，激發學生自主學習的主觀能動性。

（2）以工程實踐為依托 本教學模式以實際的工程實踐為依托，讓學生意識到流體力學在工程實踐中的應用非常重要，消除學生的“書本無用論”錯誤意識，學習欲望大大增強，學習效果大大提高。

（3）以半自主學習為理念 本教學模式以培養學生半自主學習能力為目的，引導學生，激發學生自愿學習的欲望，發揮主觀積極能動性，學習狀態及效果大大提升。

本教學模式的具體步驟、目的及特點如表1所示。

參考文獻：

[1] 段廣彬， 劉宗明， 趙蔚琳， 等. 材料科學與工程專業《流體力學》課堂教學改革初探[J]. 教育教學論壇， 2013， （48）： 39-40.

[2] 李玉萍. 流體力學實驗教學改革與探索[J]. 河南科技， 2013， （11）： 280-280.

[3] 李琳. 地方高校應用本科教育的轉型探索：CDIO的視角[J]. 高等農業教育， 2014， （8）： 51-53.

[4] 姚年春， 唐義鋒. 基于CDIO的PLC課程教學改革研究[J]. 信息通訊，2014， （6）：267-268.

[5] 謝海英. 《流體力學》在環境工程專業中的教學探討[J]. 教育教學論壇， 2013， （43）： 95-97.

[6] 倪玲英， 謝翠麗， 李愛華. 工程流體力學教學內容新體系構建[J]. 石油教育， 2013， （05）： 12-14.

[7] 都國平. 尋訪駝峰航線：抗戰英靈情牽大洋兩岸[J]. 軍事歷史， 2013， （05）： 65-69.

[8] 王凱. 陸地上的“駝峰航線”[J]. 文史博覽， 2012， （10）： 18-18.