基于任務驅動教學方法的“流體力學”教學模式改革探索與實踐

胡曉+羅威+李瑞萍

【摘要】文章在環境工程專業基礎課程“流體力學”的教學中引入任務驅動模式，根據課程的教學要求和培養目標，設計了基于任務驅動的項目整體實施方案，分析并擬定具體任務，最后以實施案例論證了任務驅動教學法在課堂教學中的運用效果，肯定了該模式對崗位專業能力培養的有效性，同時指出了任務驅動法執行過程中需要改進的地方。

【關鍵詞】任務驅動；流體力學；能力培養；教學目標；教學內容

【基金項目】三峽大學教研項目重點項目：基于任務驅動法的《流體力學》教學改革與實踐。項目編號：J2015001。

一、引言

《流體力學》課程是本校環境工程專業開設的一門專業基礎課，在環境工程專業的學科人才培養方案中設置的總學時是48學時，其中理論授課學時為40學時，實驗學時為8學時。《流體力學》課程以研究流體的平衡和機械運動規律為核心，通過各教學環節的學習，使學生掌握流體運動的基本概念和計算方法，并能應用流體力學的基本理論，結合相關的實驗數據和經驗公式或數值模擬來解決環境工程領域中的實際問題[1]，培養學生分析問題和解決問題的能力，同時為學生學習后續課程、從事工程技術工作和進行科學研究打下堅實的理論基礎。該門課程涉及的理論內容較為繁雜，抽象概念多，理論性強，公式推導較多，要求學生具有較好的數學基礎及較強的邏輯思維能力和理解能力[2]。

筆者通過三年以來的授課經驗發現，大部分學生覺得該門課程的內容比較枯燥，學生對于一些基礎概念的理解較為模糊。由于環境工程專業的學生之前并沒有接觸過相關的專業課程，普遍缺乏對流體和力學這兩類概念的感性認識；另外，由于《流體力學》與環境工程專業其他專業基礎課程，如《水污染控制工程》《大氣污染控制工程》等，在講解內容和關鍵知識點上存在明顯的差異性，導致大部分學生并不能將所學的理論知識靈活應用于該專業的相關領域。

近年來，盡管授課教師在課堂教學方法上采取了以提問和讓學生講解習題為主的授課形式來激發學生學習的積極性，但實際的實施效果并不明顯。雖然期末考試的范圍僅限于課本上已講章節內容，考試題目也越來越簡單，但每次期末考試的及格率卻不甚理想，不及格率幾乎呈逐年上升趨勢。每個學期總有一定比例的學生因為該課程所涉及的理論公式太多，公式推導過程過于繁瑣枯燥而主動放棄了《流體力學》課程的學習。在工程實踐中連最基本的流體力學知識都不能掌握，對理論知識的簡單應用更是無從談起，這為未來的個人職業生涯埋下了隱患[3-4]。

二、任務驅動教學法的課堂實踐

在教學方式上，長期以來我國課堂教學實行的都是傳統的“教-學”模式，即教師在課堂上講解，學生接受知識；教師布置課后作業，學生課外復習，完成知識的內化過程。這樣的教學方法致使學生養成了被動的學習習慣，認為學習的作用是為了考試過關，順利拿到畢業證。因此，要想提高課堂教學質量和教學效果，必須充分發揮學生的自主性、主動性和創造性，鼓勵學生對課本知識進行自我解讀和自我理解，突出學生在學習中的主體地位。這樣，學生學習的主動性就會被調動起來，整個課堂教學過程就會形成良性循環，達到事半功倍的效果。

基于上述思想，筆者針對《流體力學》課堂教學過程中所存在的種種現象，利用任務驅動教學方法的基本理論，對《流體力學》課堂教學模式的改革進行了初步探索與實踐。

（一）任務驅動教學法的概念和特點

所謂任務驅動，就是在學習流體力學理論知識的過程中，學生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務活動中心，在強烈的問題動機的驅動下，通過對學習資源的積極主動應用，進行自主探索和互動協作的學習，并在完成既定任務的同時，產生一種學習實踐活動[5-6]。任務驅動教學法最根本的特點就是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”，以教定學的被動教學模式，創造了以學定教、學生主動參與、自主協作、探索創新的新型學習模式，有利于激發學生的學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力，同時也能夠一定程度上提高學生自主學習及與他人協作的能力[7-8]。

（二）任務驅動教學法在課堂教學的具體實施

學校針對環境工程專業的《流體力學》課程提出了明確的教學目標和要求，即該課程的教學過程中需要突出理論教學與環境工程專業實際工程背景和崗位需求相結合的能力培養。這就要求《流體力學》的教學過程中要摒棄以往偏重理論知識講解和公式推導的教學思維，轉而側重于基礎理論和規律與實際工程應用的相互銜接與貫通。因此，要讓學生了解所學知識在本專業領域的應用情況，有必要采用以工程案例和科研項目為先導的任務驅動教學法。這樣能夠讓學生帶著真實的任務去學習，通過具體任務的實施掌握流體的基本運動規律及其工程應用背景，實現特定的教學目標。為此，本文設計了基于任務驅動法的教學實施過程，具體實施流程如圖1所示。

圖1 任務驅動教學的實施流程

1.能力培養目標的確定

依據企業調研，通過對環境工程專業崗位工作需求的調查了解、專業培養方案的解讀和課程設置體系的分析，確定了環境工程專業《流體力學》課程的能力培養目標[9-10]：

（1）熟悉連續介質模型的內容，能夠從本質上區分連續流體與離散顆粒的概念；

（2）掌握靜止液體中的靜水壓強分布規律和壓強傳遞原理，了解等壓面的性質及其應用；

（3）熟練應用測壓計測量和計算平衡液體的靜水壓強；

（4）能夠運用水靜力學理論分析計算環境工程學科中典型平面和曲面的靜水總壓力；

（5）熟練掌握運動流體規律，并能應用三大守恒方程來解決環境工程學科中的流動問題；

（6）能夠根據已知水流速度和給定流動邊界特征尺寸，計算水流的實時雷諾數并判別液流流態；

（7）熟悉不同湍流分區的沿程阻力隨壁面相對粗糙（光滑）度和雷諾數的變化規律；endprint

（8）熟練掌握簡單管道的水力計算并能運用到環境工程領域典型流體輸配結構的設計。

圖2 《流體力學》課程理論框架示意圖

2.任務設計

任務設計是任務驅動教學法的關鍵一步，既要保證設計任務的趣味性和合理性，又能反映環境工程領域比較典型的流動現象和問題。同時，任務的內容必須是與課程教學內容相關的知識點，并且通過任務的實施和完成能夠實現課程的能力培養目標。根據學校對環境工程專業《流體力學》課程的教學內容要求（如圖2所示），結合該專業的崗位能力需求，設定以專業崗位能力培養為目的的課堂任務，具體的任務設定如表1所示。

本能力培養項目先后通過流體流動顯示等實驗裝置的簡單使用操作到不同類型邊界內水流特征的觀察、典型流動條件下的流體水動力參數測定分析，以及典型管道流態顯示、沿程水頭損失測定和虹吸管水泵等管道系統的實際工程應用和水力計算，保證了該專業大部分學生的實際動手能力和思維方式能夠得到充分的練習和鍛煉，使他們既熟悉和掌握了流體力學中相關典型參數和流動現象的觀測分析方法，又提高了實際操作技能和綜合分析能力。

三、任務驅動教學法的實施效果

（一）學生學習能力和課堂教學效果明顯提高

通過建立多媒體課件教學、可視化教學軟件，結合動畫演示和實訓一體化的多功能實訓室，通過可視化仿真軟件，將各種流動形態形象以動畫形式展現在學生面前，使原本抽象的概念變得清晰易懂。在進行多媒體教學的同時，采用多種教學方式，突出重點，化解難點，使學生全面理解與掌握流體力學的理論和方法。將工程實踐作為理論教學延伸的觀念，將學生崗位能力培養作為核心，以工程項目和實訓為引導，以課堂教學任務為驅動，以學生為主體，實施“教、學、做”一體化的教學方法，突出理論教學為提高學生工作技能、工程應用和崗位服務的主題。

學生在實施具體任務的過程中，了解了本專業領域特定崗位的工作內容和專業技能要求。大部分學生的學習興趣濃厚，態度積極認真，對專業的認識和解決問題的能力有了一定程度的提高，對所學專業的工作內容有所體驗和認識，這也極大提高了他們的崗位操作技能，為學生以后走上工作崗位打下了堅實的理論基礎。

（二）完成校級網絡課程教學網站的建設

通過對學校《流體力學》教學內容的分析深化和優化調整，本課程完成了校級網絡課程教學網站的建設。學生可進入課程網址觀看該課程完整的教學文件和多媒體課件進行預習和復習，并可通過在線答疑解決問題，促使教學網站成為學生課余學習的好幫手。以豐富的多媒體資源，避免“填鴨式”理論教學，讓學生自主學習，進一步拓寬知識面和應用能力，提升了學生的學習積極性。

根據《流體力學》課程的任務驅動教學模式，擬定了以崗位能力培養為目的的任務驅動項目，同時編寫了學校環境工程的《流體力學》實訓教案。除了與流體力學相關的普通實驗設備的操作技能實訓之外，增開了具備環境工程專業特色的流體力學綜合實訓任務，如氧化溝工作過程中較為典型水動力學現象觀察和分析，環境工程學科典型管嘴和孔口出流的水力計算，虹吸管水泵系統的設計選型任務等。這些教學任務不僅綜合性強，而且具有濃厚的專業色彩，使學生帶著強烈的目的和好奇心主動參與這些任務的組織安排和具體實施，學習態度由被動變主動，學習積極性大幅提高。具備專業特色的綜合性任務的實施，一定程度上提高了學生對《流體力學》課程的綜合應用能力。

四、任務驅動模式教學中需注意和改進原則

（一）任務設計要遵循崗位專業技能典型性的原則

1.任務本身訓練的技能要有崗位需求典型性

要不斷深入環境工程專業的相關行業，同時也要實時把握崗位專業技能的需求動態，根據環工專業的崗位實際發展需求選取本專業較為典型的崗位訓練技能，作為課堂教學任務設計的培養目標，確保任務驅動教學能夠圍繞著崗位專業技能的發展而開展。

2.任務設計需考慮崗位情境的真實性和可行性

崗位情境包括校內場地環境、實驗室設備條件和課堂任務的實施范疇等。“任務驅動”教學中需要創設與當前學習內容和教學主題相關、盡可能真實反映該專業領域的崗位情境，一定程度上需要學校相關部門能夠提供校內實訓場地和實驗室相應設備等方面的支持。

3.任務設計應把握好難易程度和實施時間

由于學校教學時間的間斷性和實時性，任務驅動教學要妥當安排好任務的實施時間，給予學生比較充足的時間進行資料收集和任務完成工作，獲得相應的專業崗位技能[11]。另外，教師在運用驅動法時也應該注意把握好教學任務的難易程度，應該根據學生個人的認知能力、理解能力、分析處理問題的能力對設計的教學任務和具體內容實時進行適當的調整和合理的分配，同時也需要加強對關鍵知識點的總結，使認知能力弱的學生通過分析總結，理解教學內容，確保做到每個學生都不掉隊，所有的學生可以共同進步。

（二）任務驅動教學要遵循任務操作規范化和考核指標多元化原則

學生完成了教學設計任務并不等于該門課程達到了預期的教學效果。此時對任務的完成情況進行恰當、中肯的評價就非常有必要。這樣做，一方面便于學生進行總結和反思，及時匯總、解決前期存在的問題；另一方面也是作為后期其他知識點學習的鋪墊和過渡。

任務完成情況的評價應遵循“重視過程考核，結果考核次之”的原則[12-13]，轉變以往只重視結果的傳統考核方式。這就要求教師在實施任務驅動教學前，要向學生明確公布衡量學習小組和個人學習成績的標準，讓學生清楚合作小組的成績是小組成員的綜合成績而并非學生的個人成績。學生的個人成績由自我評價、小組評價和教師評價的小組成績構成。同時考核評價不僅要評價各小組的學習成果，而且要評價小組每個成員的合作意識、合作態度和合作技能[14]。

評價方式上可以采用學生自評、學生互評和教師評價相結合的方式。其中，教師的總結性評價除了有對學生成果的靜態評價外，應更多地關注學生參與教學任務實施過程的態度、解決問題的能力和創造性以及獲取知識的經驗與教訓，并對部分任務完成較好的小組給予一定的表揚和獎勵。這樣可以培養學生的成就感，從而進一步激發學生的學習熱情，使得學生對后續的學習任務產生強大的學習動力，從而切身體會學習的快樂。endprint