基于OBE理念的精品研究型課程建設探析

黃彪 陳倩 吳欽 王國玉

摘 要 為了加強在課堂教學環節對學生創新意識與創新能力的培養，以《熱流體計算軟件原理及應用》課程為例，基于OBE理念提出了精品研究型課程建設方案。結合流體力學學科前沿的最新進展，加強課程的國際對標；構建“立體化”教學模式，培養創新意識和實踐能力；“多元立體式”評價，肯定學生自身的在創新等方面的綜合能力。從而有效培養學生的創新能力和解決工程問題的能力，提高整體教學質量和效果。

關鍵詞 OBE理念 精品研究型課程建設 流體力學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.017

Abstract In order to strengthen the cultivation of students' innovative consciousness and innovative ability in the classroom teaching， taking the course of "The Principle and Application of Thermal Fluid Computing Software" as an example， based on the OBE concept， a quality research-based curriculum construction plan was proposed. Combining the latest developments in the frontiers of fluid mechanics， we will strengthen the international benchmarking of the curriculum； construct a "three-dimensional" teaching model， cultivate innovative consciousness and practical ability； and "multi-dimensional" evaluation， affirming students' comprehensive ability in innovation and other aspects. Thereby effectively cultivating students' ability to innovate and solve engineering problems， and improve overall teaching quality and effectiveness.

Keywords OBE concept； fine research course construction； fluid mechanics

所謂OBE是成果導向教育（Outcome-based education）的簡稱。在理念上，OBE是一種“以學生為本”的教育哲學；在實踐上，OBE是一種聚焦于學生受教育后自身能力的培養模式。《華盛頓協議》已經完全實施OBE教學理念，并將其作為工程教育認證的標準。

在OBE理念的實際運用過程中，教育者在OBE的教育中至少要明確5個核心問題，即教育的目標是什么，教育的需求是什么，該以什么方式傳授，如何合理地評價學生的學習成果，以及如何改進劣勢，確保學生學有所得。

本文以“熱流體計算軟件原理及應用”課程為例，以OBE理念為基礎，構建與后續課程相銜接的課程體系與內容，提出有利于創新型人才培養的教學形式和方法，進行精品研究型課程的建設。

1 “熱流體計算軟件原理及應用”精品研究型課程的內涵

“熱流體計算軟件原理及應用”是能源與動力工程專業的學科基礎專業高階課程，是學生工程知識背景學習的必不可少組成部分。流體力學已經發展成為一門深入各個科學研究領域的重要學科，特別是隨著航空、航天、航海以及能源利用等行業的發展，迫切需要解決許多有關流體力學的問題，這也極大促進了流體力學學科的發展。流體力學在動力工程類各專業的課程設置中，起著從高等數學、理論力學、機械設計等基礎課程到相關專業課程，譬如發動機原理、流體機械原理的橋梁作用，也是深入研究熱能與動力機械的專業基礎課。

目前，流體力學的教學內容和教學方法基本上是沿襲傳統內容，以理論分析為主，強調流體力學中的基本概念和基本方法，隨著現代科技的發展，以及現代工程研究對科技人員的要求，流體力學的教學內容和教學方法也應該與時俱進。傳統的流體力學教學內容與方法，基本上是基于理論的教學，并輔之以部分簡單的實驗。教學內容抽象，教學形式單一，不能有效地反映當前流體力學學科發展的趨勢。

計算流體力學的CFD技術，是解決工程中復雜流動的一種有效手段，也是一門新型的獨立學科，它以經典理論和數值計算為基礎，通過計算機的數值計算和圖像顯示，從空間和時間上定量描述各種場變量，從而達到對物理問題研究的目的。將CFD數值計算模擬方法和部分簡單應用的實際上機練習引入到教學中，可以開闊學生視野、生動課堂，增強學生對流體力學知識的理解，培養解決實際問題的能力和善于嘗試、探索規律的學習習慣。

作者在“流體力學”課堂實踐中，已嘗試針對流體力學中某一具體概念和問題，采用CFD軟件演示整個求解過程，并應用圖像顯示技術向學生展示各種物理現象和知識要點。在教學過程中，學生們往往會為自己的求解結果興奮不已，充滿了成就感，但有些同學在進行了仿真計算后，不知道自己設計的是否正確。作為一個完整的科學研究過程，應該是從設計，到仿真模擬計算，再到改進設計，最后進行試驗驗證。如何結合一些經典實驗結果和學生開展的創新性實驗結果，加強流體數值仿真的教學，完善在教學過程中的整個研究過程，對創新型人才的培養具有重要意義。

在此背景下，新增的“熱流體計算軟件原理及應用”課程以研究流體流動規律為目標，主要講授計算流體動力學的基本原理及流體動力學軟件的使用方法，讓學生初步掌握流體力學方程組的數值求解基本方法，學會計算流體動力學軟件Fluent研究流體流動和傳熱基本問題，為學生以后從事利用計算流體動力學進行有關產品的設計、開發研究等方面的工作奠定必要的基礎。

2 基于OBE理念的精品研究型課程建設的必要性

2.1 相比傳統教學，更有利于學生能力的培養

在傳統教學中，更加關注的是教學的輸入，如教學內容、教學時間、學分等。形成以教師個人為中心和驅動，過分局限于計劃的教學內容，知識系統上缺乏連續性和生動性，另外考核方式為傳統的考試評估，欠缺合理性。

反觀OBE的教學方式，其更加注重的是教學的輸出，即學習成果如何、怎樣進行更加合理的評估方式等。形成以學生群體為中心和驅動，注重學習成果和教學過程的連貫性，建立“立體化”的評估方式，多方面進行學習成果的評估。

相比而言，基于OBE的教學，可以使學生更好的運用所學知識，解決工程問題，培養實踐分析的能力。

2.2 基于OBE理念是課程建設發展的必然趨勢

在創新人才培養的背景要求下，基于OBE理念的課程建設，主要強調學生的學習過程，及在過程中掌握的能力，而不是局限于知識的積累。

因此，學生在學習過程中，能夠運用流動力學的專業知識對能源與動力領域復雜工程問題進行計算機建模、表征、解釋；能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理對流動的現象和流動規律進行分析；能夠通過測量、測試、仿真和分析，對動力機械系統的流動控制參數、狀態參數和工藝規律進行研究；能夠對動力機械系統的特征流動參數和運行參數的計算和實驗結果進行分析；具備應用流體力學基礎知識及運用計算機和工程軟件解決工程技術問題的基本技能；能夠參與課程向項目，具備團隊合作的意識；能夠通過口頭或書面方式表達自己的想法，進行項目規劃的能力。

3 基于OBE理念的精品研究型課程教學實踐

在“熱流體計算軟件原理及應用”課程研究型教學中，既要傳授流體力學課程中的基本原理知識，又要體現現代實驗技術和計算技術在流體力學中解決實際問題的新發展。在教學實施過程中，基于對OBE理念的理解，從以下幾方面進行了教學實踐。

3.1 基于OBE理念規劃教學內容

針對“熱流體計算軟件原理及應用”課程與國際一流大學對應課程的差異，瞄準國際前沿，從課程目標、課程內容、授課模式、配套實驗/實踐等方面結合OBE理念完成課程教學改革頂層設計。加快與國外高水平大學相應課程的對接進度，提高課程的國際影響力。

對接國際一流，高水平、高起點、高質量，打造專業精品課程，其根本目的在于使學生提高對高等流體力學的基本理論與方法的掌握，同時幫助學生了解本學科和流體力學相關領域的最新發展，具備應用流體力學的原理、方法和基本概念的能力，特別是具有計算流體力學的應用能力，以及開展相關研究工作的能力。

以最終目標（最終學習成果）為起點，緊扣專業培養目標，反向進行“熱流體計算軟件原理及應用”課程設計，明確課程的培養目標和培養要求，使教師明白“教什么”、學生知道“學什么”。在進行“熱流體計算軟件原理及應用”課程設置和課程教學要求設計時，要具體反映教學內容對達成畢業要求的貢獻情況，并形成實施準則，在課程計劃設計、教學環節實踐及評估系統中加以應用。

3.2 建立“立體化”教學模式

著重貼近目前機械與能源動力領域前沿問題，以機械、動力和車輛學科前沿流體力學問題為基礎，探索案例式、研討式、實踐教學等多種途徑、多種媒體有機結合的“立體化” 教學模式。

在以探索和研究為前提的教學模式中，著重培養學生的自主研究和創新能力。例如在CFD模擬仿真計算中，需要正確地設置邊界條件和初始條件，合理地選擇數學模型，恰當地劃分網格和進行迭代計算，最后還需要判斷計算結果是否可用，并進行必要的調整和修改。

所以，需要學生對問題的形成、發展，直到解決的全過程充分地自主思考和分析，擁有能夠提出并解決問題的能力。要求學生對問題的發生、發展直至達到平衡的全過程進行認真思考和分析，形成獨立思考的習慣和能力。此外，利用計算機軟件，可以低成本、高效率地解決問題，進行各種的嘗試機會。而“立體式”教學，可以培養學生勇于嘗試和探索問題的能力和習慣，樹立創新意識。

3.3 構建綜合性課程評價體系

初步建成了知能并重（按ILOS逐條考評）、兼顧團隊個人、綜合性的課程評價方式，實行多角度綜合評價的方式。學生最終成績由“文獻綜述”、“提問討論等課堂表現”、“課程大作業”、“課程報告”等部分綜合構成。

文獻綜述反映了學生對課程專業知識的理解深度；提問、討論、評價等課堂發言體現了學生對相應內容的理解及思考深度和課程的參與度；“課程大作業”體現了學生對課堂所學知識的應用程度。

這種評價方式可以對學生進行客觀科學的評價，尊重學生的個體差異，體現了對學生多方面綜合能力的鼓勵和的肯定。

4 結束語

基于OBE理念的精品研究型課程建設，有利于創新人才的培養。學生通過學習，能過了解并運用所學專業知識解決復雜工程問題，能夠獨立思考并分析實驗結果，能夠具備團隊協作意識，具有項目規劃能力，全方面立體化發展，符合國家對新世紀人才的需求。

參考文獻

[1] 丁原春，李紅梅，韓雙，等.基于OBE理念的學生學習成效補救教學機制的研究[J].黑龍江畜牧獸醫，2017（18）.

[2] 汪瀟瀟，劉威童.基于OBE理念的MOOC課程設計與案例分析[J].遠程教育雜志，2017.35（6）.

[3] 周春月，劉穎，姚東偉，等.OBE理念下的本科生畢業實習創新模式研究[J].實驗技術與管理，2016.33（10）：19-22.

[4] 付瑞紅，何強.基于OBE理念的教學科研一體化探索與實踐[J].教學研究，2017.40（3）：28-33.

[5] 黃彪，韓占忠，侯明佳.工程流體力學課程研究型教學模式的思考與實踐[J].學園：學者的精神家園，2015（17）：42-45.

[6] 黃彪，王國玉，韓占忠，等.“多元專題講座式”教學模式在工科研究生課程中的應用[J].科教導刊，2016（12z）：41-43.

[7] 杜東平，唐新明.研究性學習和研究型課程的實踐與探索[M].重慶：重慶出版社，2002.

[8] Dempster J.Developing and Supporting Research-Based Learning and Teaching through Technology[J].Usability Evaluation of Online Learning Programs，2003.

[9] Felder R M，Silverman L K. Learning and Teaching Styles in Engineering Education[J]. Engineering Education，1988.78（7）：674-681.

[10] Felder R M， Silverman L K. Learning and Teaching Styles in Engineering Education[J]. Engineering Education，1988.78（7）：674-681.

[11] 張師帥，郭照立，彭玉成等.在能源動力本科生中開展CFD 教學的必要性和可行性[J].教育教學論壇，2013（38）.

[12] 鄭捷慶，鄒鋒，張軍，等.CFD軟件在工程流體力學教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2007（10）：119-121.