《流體力學基礎》線上教學的探索與實踐

張麗芬 呂亞國 周莉 劉振俠

摘? 要：文章對《流體力學基礎》線上直播的教學方式進行了探索與實踐。提出線上教學應圍繞如何將“主動學習”融入到教學活動中的設計思想，并根據線上教學的特點設計了具體的實施組織和考核評價方式。在教學過程中采用了“理論-應用-反思”的教學設計以及分小組討論等教學活動。實踐表明，這些教學設計和教學活動在線上教學中發揮了積極作用，促進了學生主動學習。

關鍵詞：線上教學;《流體力學基礎》;教學設計;主動學習;分小組討論

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）06-0128-04

Abstract： The online teaching method of "Foundation of Fluid Mechanics" is explored and practiced. It is proposed that online teaching should focus on the design of how to integrate "active learning" into teaching activities， and design a specific implementation organization and assessment method according to the characteristics of online teaching. In the teaching process， the teaching design of "theory-application-reflection" and teaching activities discussed in small groups are adopted. Practice shows that these teaching design and teaching activities have played an active role in online teaching， and promoted students' active learning.

Keywords： online teaching; "foundation of fluid mechanics"; instructional design; active learning; discussion in groups

《流體力學基礎》是西北工業大學飛行器動力工程

與能源與動力工程專業本科生一門重要的專業基礎課。流體力學在航空宇航推進理論與工程、流體機械與工程、工程熱物理、飛行器設計、動力、能源、化工、環境等學科領域有廣泛應用。學習和掌握本門課程基本概念、基礎知識和基本理論，對于從事飛行器動力工程、能源與動力工程的本科生是必不可少的。

本學期初受疫情影響，《流體力學基礎》教學團隊第一時間啟動了在線教學預案。在線教學形式多種多樣，教學團隊在調研了不同的教學形式后，認為網絡直播的在線教學形式師生時間同步、互動性高，有利于提高在線課程的師生交互水平和學習績效[1]，最終選擇了網絡直播的在線教學。

在線教學興起于20世紀90年代末，歷經20年發展，不斷地在拓展人們獲取知識的方式和途徑。2020年初這場突如其來的疫情，使得各高校對在線教學進行了更深入、更廣泛的實踐，并產出了一系列的研究成果。文獻[2]歸納了網絡在線課堂、網絡直播教學、學生自主學習、電視空中課堂等四種在線教學形式，指出師生交互水平、社會臨場感兩項，是影響在線教學質量的重要因素。師生交互可以反映在學生舉手、提問、反饋、教師布置任務等等方面;社會臨場感反映在可以建立師生群等方面。文獻[3]研究了直播時教師是否出鏡對教學行為和教學效果的影響，研究表明在直播過程中教師形象是否出鏡，不會對教師的責任感水平和教學投入產生顯著影響。但在直播過程中呈現教師形象時，學生感覺教學效果會更好。文獻[4]探索了基于教學立方和視頻直播的在線教學模式，分為教學立方進行課前復習、教學立方+視頻直播進行課上教學、教學立方進行課后復習，結果表明基本做到在線學習與線下課堂教學質量實質等效。文獻[5]給出了在線教學模式選擇的依據，并且提出了提升在線教育質量的策略。文獻[6]結合西安交大“1+1”在線教學模式的組織、實施和效果分析，闡述了對我國教育現代化的思考，為在線教學以及相關研究提供了參考。文獻[7]介紹了南開大學儀器分析課程按照O-AMAS理念精心設計教學環節，充分調動學生學習積極性的做法，給在線直播課程提供了參考。文獻[8]以國家精品在線開放課程作為課程資源、慕課堂作為智慧教學工具、QQ群作為在線講授和輔導答疑的平臺，開展了在線教學實踐，實踐表明三結合的在線教學形式學生易于接受、參與積極性高，教學效果較好。文獻[9]對粵港澳大灣區高等教育的現狀進行了調研與基礎分析，并指出應對疫情時期灣區高校的教學挑戰與主要問題，同時依據在線教育教學理論，從灣區在線教學平臺、灣區在線課程資源、灣區在線教學形式、灣區在線教學保障機制等方面，構建了疫情時期高校在線教學“灣區模式”，并在多所高校應急實施，促進了灣區高校新學期教學工作順利開展和保障線上線下教學同質等效，該研究與實踐為全國其他地區和高校開展應對疫情教學工作提供了理論指導和借鑒參考。文獻[10]以雨課堂為平臺，采用課前、課中、課后全過程追蹤的教學模式來提高課堂教學效率，對學生學習過程進行痕跡化管理，在引導學生形成工程理念、樹立可持續發展觀方面進行了教學探索和實踐。

目前查閱到的文獻，有的是對在線教學的宏觀概覽，有的是一門課程具體的實踐過程，這對開展線上教學具有借鑒意義，但是線上教學的課程設計及教學模式仍需要深入地探索、研究、實踐。在線教學不是簡單地將線下課堂搬至線上，在線教學中如何保證與課堂教學的實質等效是本次在線教學中遇到的一大挑戰。作者對在線教學進行了探索和實踐，并在教學過程中采用了一些新的教學設計和教學方法，取得了較好的效果，為線上教學的深入開展提供了一些借鑒和參考。以下將從在線教學的整體設計和線上教學的特色做法兩大方面進行論述。

一、在線教學整體設計

（一）整體設計思想

首先進行學情分析：本次授課學生為飛行器動力工程專業、能源與動力工程專業本科二年級學生。根據教學大綱學生已經完成了《高等數學》《大學物理》《工程熱力學》等前期課程。開課前確認全體學生都具備在線學習的硬件和網絡條件。

之后重新審視制定了教學目標：《流體力學基礎》是動力與能源學院本科生一門重要的專業基礎課程，是學生進行后續專業課學習如《傳熱學》《葉片機原理》等不可或缺的一門課程，也是本領域學生繼續深造或參加工作后應用范圍最廣、使用頻率最高的課程之一。通過該門課程的學習，學生能深刻地理解流體的基本性質和基礎知識，掌握簡單靜止流體基本力學性質，靜力學平衡方程和流體內部壓強計算方法并能夠加以運用;深刻理解多維流動的基本概念、基本方程、基礎理論知識，理解掌握流體運動所遵守的基本定律：質量守恒、動量守恒、能量守恒;熟練掌握連續方程、動量方程、能量方程的各種形式的推導過程及其所代表的物理意義并能靈活運用三大方程解決簡單的流動問題;理解邊界層流動的特點及各種厚度的定義和物理意義，掌握邊界層流動微分方程和積分方程;熟練掌握一維管道流動特點及其流動損失規律和計算方法并能夠加以運用。

最后提出本次在線教學的設計思想：在以往的教學過程中，主要通過教師課堂講解使學生掌握所學知識。以往的課堂教學中教師能夠根據學生的臨場反應（表情、眼神等）判斷學生對知識的掌握程度，可以實時地調整講解的速度和進度，并且面對面授課便于交流。而在線教學的一大困難就是師生無法見面，教師無法及時獲取學生的臨場反應，無法準確把握學生對知識的掌握情況，同時也很難參與到學生的學習過程中去。因此在線上教學中，如何能讓學生積極主動學習成為在線教學中的一個關鍵問題。學生獲取知識，不僅僅是通過教師的講解，學生需要積極主動地去思考、去查閱資料，以達到對知識更好地理解和掌握。本次線上教學圍繞如何將“主動學習”融入到教學活動中，使學生能夠積極主動地參與到學習活動中來。通過自我思考、小組討論、大作業等學習活動，深入理解所學知識。

（二）組織實施過程

開課之前，教師調研了網上的慕課資源和各類在線平臺，考慮直播的互動性和同步性明顯優于慕課，最終選定采用騰訊會議進行直播形式的線上教學+QQ群進行課后答疑。

上課時間按教務處安排的課表進行，嚴格按照線下課堂教學的時間進行，45分鐘一節課，中間休息十分鐘。考慮到線上教學中，學生面對屏幕，注意力集中時間比較短的問題，在課堂上，教師會將流體力學史上一些有趣的名人軼事穿插在講解內容中，一方面增加趣味性，另一方面也可以緩解學生長時間面對屏幕造成的不適感。課后，學生若有疑問可在QQ群內提出，教師進行解答。每章的課后作業會發布在西北工業大學課程平臺上，學生登錄平臺，可以查看、提交作業。

在教學中，制定明確的教學規則以便更好地管理課堂以及整個教學過程。教學規則包括課上規則和課后規則。課上規則要求學生按時上課、認真聽講、積極發言;課后規則要求學生認真完成作業，按時提交作業。學生在課程平臺查看作業的同時，可以看到作業的提交時間，一般情況會留給學生3-5天的時間完成作業，超時未提交作業，則提交通道關閉，按未完成作業處理。教學規則與考核進行關聯，所有的課上表現和課后作業都將記錄在案并反映在平時成績中。

線上教學中，積極采用各種信息技術手段，更好地保證教學效果。《流體力學基礎》課上需要大量的公式推導，線上教學中采用手寫板+PPT白板功能，很好地實現了板書講解的效果。采用西北工業大學學習平臺進行資料、作業的上傳下載，教師將課堂的PPT、相關的學習視頻、資料等上傳至學習平臺，學生根據需要下載;學生將作業上傳至學習平臺，教師可以下載后批閱。學習平臺給師生間資料的共享和傳遞提供了便利。利用雨課堂進行每章的小測驗，雨課堂可以清晰地顯示出每道題的正確率，哪些學生答對，哪些學生答錯，答題較好前三位學生是誰，答題不好的后三位學生是誰，這便于教師統計結果，發現薄弱知識點以及問題學生。

（三）評價及考核

課堂教學中，最終成績往往占到70%以上，而平時成績不足30%。線上教學不同于課堂教學，在考核方面應更注重教學過程的把控，因此，加強了對學生平時表現的考核。《流體力學基礎》課程的最終成績由50%平時成績和50%考試成績兩部分組成。平時成績由過程考核確定;考試成績由期末的閉卷考試結果確定。

過程考核貫穿于整個的教學過程中，包括：1. 課堂及時提問，檢查學生的掌握情況，在每節課的前三分鐘，教師會提問上節課中的重要知識點，幫助學生回憶所學內容，檢查學生對知識的掌握情況，并記錄學生的回答情況作為考核的一部分;2. 每章結束后，利用雨課堂安排一次小測試，小測試的內容一般為填空題和選擇題，題目涵蓋本章所有重要知識點，根據學生的答題情況，對錯誤率比較高的題目重點進行講解，及時查漏補缺，同時記錄學生的作答情況;3. 每章布置作業，每次作業教師全部批改，并給出評價等級，針對作業中存在的共性問題進行重點講解;4. 每節課安排助教統計出勤率以及遲到、早退的學生人數并及時報給授課教師。

二、線上教學的特色做法

（一）“理論-應用-反思”的教學設計

“理論-應用-反思”的教學設計是指在課堂上教師講解理論知識，課下學生自主將理論知識進行拓展，考慮其可能應用的場景和范圍，課上教師和其他學生質疑，課下學生再反思整理形成大作業。從理論到應用再到反思最后形成大作業這樣一個過程，讓學生主動去思考，促進學生主動學習。

“理論-應用-反思”的教學設計具體操作如下。在授課中，教師根據教學內容的需要，會采用圖片、視頻或其他方式進行導入，先建立學生對現象的感性認識，進而講解背后的理論知識，通過課前預習與課堂講解，使學生首先獲取關于理論知識的足夠信息。之后設計分組討論環節，讓學生主動思考所學的理論知識在生活生產中都有哪些應用，這一點在線上教學中尤為重要，引導學生主動思考才能讓學生真正參與到學習活動中。線上教學實踐表明，通過引導學生深入思考，大部分學生能夠很好地將所學理論知識應用到日常生活中，提出非常有特色的創意和想法。在思考過后，鼓勵學生動手設計實物，通過實物設計，將理論與應用緊密結合，讓學生既能體會到理論與應用的關系，同時也體會到理論與應用的差別。比如，學習了粘性知識以后，教師引導學生思考如何制作一個粘性測量儀。這要求學生首先對理論知識的理解要深入，并且需要在課堂理論知識的基礎上通過查找資料等方式自主地將理論知識進行拓展，在理論的基礎上提出設計方案，這一過程學生可以體會到理論與應用之間的關系;其次要考慮到具體應用的困難，可以通過和同學討論的方式提出具體解決的措施，這一過程學生可以體會出理論與應用的差別，認識到有些設計和想法理論上能講得通，應用中卻不一定能夠實現或實現起來很困難。將理論和應用相互結合，學生對知識點的理解會有一個新的提升。學生課下思考后，可在課堂展示，同時教師和其他學生提出質疑，教師提出質疑的同時，引導學生對問題進行更加深入細致的思考。在接下來的開放式大作業環節中，學生整理思路，將對知識的理解、應用寫下來，整理成一個大報告，這是對學習知識的一個反思過程，反思在知識獲取過程中具有非常重要的作用。

通過“理論-應用-反思”的教學設計讓學生由被動地獲取知識變為主動地學習知識，激發學生的學習興趣，提升教學的效果。

（二）分小組討論

在課堂教學中，學生有些疑問可以直接和同學討論即可解決，同學之間是相互學習、共同提高的。而線上教學與課堂教學的最大區別在于學生無法相互討論，每個人都是孤立的。而同伴之間的相互學習是學生獲取知識的一個重要方面。為了彌補線上教學學生無法見面不能相互學習的不足，在課程中設置分組討論環節，每組建立小群，在群內展開討論，可以文字、可以語音。討論結束后，一名同學代表進行發言，教師和其他學生對該小組的發言進行質詢、探討。小組討論可以有課上的小討論，也可以在課下小組內開展大討論。通過討論，小組成員間可以汲取彼此優點，相互學習。這在很大程度上彌補了線上教學同學之間不能相互交流的一大劣勢，也使學生的學習過程變得有伴、有趣。

（三）課前錄制視頻

線上教學能夠順利進行的一個前提是網絡通暢，一般情況下網絡都是通暢的，但是一旦遇到特殊情況網絡出現故障時，教學過程就不得不被迫中斷。為了應對線上教學的突發情況，每次課程前，教師錄制本節內容視頻作為預案，以防網絡突然斷掉或者出現無法及時恢復的故障時，學生可以看提前錄好的視頻繼續學習。在線上教學的過程中，努力做到“一旦網斷課不能斷”，保證教學過程的連貫。

（四）PPT與手寫板巧妙結合實現板書功能提升講解的清晰度

《流體力學基礎》的課程特點是公式推導很多，有歐拉靜平衡方程、連續方程、歐拉運動微分方程、N-S方程、伯努利方程等等。在傳統的課堂教學中，上述方程的推導過程可以用板書完成。但是，在線上教學中，若采用純粹的PPT講解，一方面速度較快，學生不容易跟上節奏，另一方面推導方程的過程學生不易理解。一個推導脫節，后面就容易聽不懂進而分神，導致失去學習的興趣。為了解決這一問題，在線上教學中，教師使用PPT加外置手寫板，這樣很好地實現板書的功能，在講到復雜的方程推導時，一步一步地手寫推導加教師講解幾乎與教室板書講授的效果相當，能夠讓學生對方程的導出過程清晰明了。

（五）課上不定時互動與提問保證學生的聽課有效性

在課堂教學中，教師能夠根據學生的反應實時掌握學生的聽課情況，可以根據學生掌握情況及時對教學進度和內容作出調整以保證教學的效果。而線上教學的困難一方面是教師與學生沒有眼神的交流，無法及時獲知學生對新知識的理解程度;另一方面教師無法了解學生的聽課情況，無法及時評估教學效果。為了克服這兩點困難，教師一方面在課上不定時進行隨機提問，吸引學生的注意力，最大限度地防止學生走神;另一方面教師會較為頻繁地與學生互動，為了提高互動效率，限定性的問題直接讓學生敲“1”或“2”來回答。以此保證學生的聽課效果，最大限度地做到線上線下課堂教學質量的實質等效。

三、學生反饋

本次線上教學結束后，采用問卷調查的方式收集了學生的反饋。其中，94.2%的學生認為可以接受線上教學這種方式;82.3%的學生認為能夠做到積極主動地學習;97%的學生認為課程的難易程度是可接受的;100%的學生認為教師的PPT是簡潔有效的;100%的學生認為課下小組內能積極開展討論、和組員討論有助于對問題理解的更深入;100%的學生認為大作業在一定程度上延伸拓展了知識面并且讓學生對《流體力學基礎》更有興趣、通過大作業促進了學生對問題積極思考;82.35%的學生喜歡老師用PPT與現場一步步推導的方法相結合來講解。

四、結束語

本學期受疫情影響，《流體力學基礎》采用了線上直播的教學方式。根據線上教學的特點，重新進行了教學設計，讓學生從理論到應用，之后經過認真反思形成大報告的方式加深對所學知識的認識和理解。在教學過程中加入了線上分小組討論、提前錄制講課視頻、PPT與板書結合、及時互動與提問等一系列特色做法。

實踐表明，“理論-應用-反思”的教學設計以及線上分小組討論、提前錄制講課視頻、PPT與板書結合、及時互動與提問等特色做法，在線上教學中發揮了積極的作用、促進了學生們的主動學習。從學生的反饋來看，本次線上教學得到了絕大多數學生的認可，采用的教學設計、教學活動以及授課方式保證了線上線下課堂教學質量的實質等效。

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