CDIO與“以學(xué)生為中心”結(jié)合的“流體力學(xué)”教學(xué)改革實(shí)踐

胡昊 黃健 朱曙光

[摘 要] 新時(shí)代對人才需求的變化及大學(xué)生思想行為的變化，為高等學(xué)校的教育帶來了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)教學(xué)模式亟待改變。針對“流體力學(xué)”課程在新形勢下表現(xiàn)出的一些問題，探討了在其教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)與組織、教學(xué)方法、教學(xué)手段及教學(xué)評價(jià)方面進(jìn)行教學(xué)改革的可行性，采用國際公認(rèn)的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育模式與“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方式相結(jié)合，展開“流體力學(xué)”課程的教學(xué)改革實(shí)踐探索。結(jié)果表明：該教學(xué)模式提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和動(dòng)手操作能力，是一種適合新形勢的“流體力學(xué)”的教學(xué)模式。

[關(guān)鍵詞] CDIO;學(xué)生中心;流體力學(xué);教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2019年度安徽建筑大學(xué)校級質(zhì)量工程“基于CDIO工程教育模式的流體力學(xué)課程教學(xué)改革（2019jy17）”;2019年度安徽省一流本科人才示范引領(lǐng)基地“環(huán)能一流本科人才示范引領(lǐng)基地（2019jrcsfjd058）”;2020年度安徽省級質(zhì)量工程“水質(zhì)工程學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（2020jxtd061）

[作者簡介] 胡 昊（1981—），男，安徽淮南人，工學(xué)博士，安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事海綿城市雨水凈化與資源化利用研究;朱曙光（1976—），男，安徽淮北人，博士，安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院教授，院長（通信作者），主要從事水環(huán)境綜合治理與控制研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）19-0071-05? ?[收稿日期] 2020-12-24

一、引言

新時(shí)代對人才需求的變化推動(dòng)著教育不斷改變;大學(xué)生所處的環(huán)境發(fā)生變化，使得大學(xué)生的思想和行為特質(zhì)也發(fā)生了變化，這些都對高校的教學(xué)方法提出了新的挑戰(zhàn)[1]。教師的教學(xué)觀念也漸漸發(fā)生改變，教學(xué)方式逐漸由教師主導(dǎo)型向以學(xué)生為主體的方式轉(zhuǎn)變。此外，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展使學(xué)生獲取知識的方式也不斷增多，這對傳統(tǒng)的教學(xué)方式產(chǎn)生了很大影響[2]，教師應(yīng)該從傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)向引導(dǎo)型教學(xué)轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。筆者團(tuán)隊(duì)教授的“流體力學(xué)”是學(xué)校老牌專業(yè)給排水科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，開設(shè)時(shí)間較久，教學(xué)資料較為完整和齊全，具有較強(qiáng)的師資力量。同時(shí)本團(tuán)隊(duì)也長期服務(wù)于土木工程、道路橋梁及應(yīng)用物理等相關(guān)專業(yè)的“流體力學(xué)”教授工作。與理論課相配套的“流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室”成立于1987年，經(jīng)過多年的積累，儀器設(shè)備齊全。本課程所依托的給排水科學(xué)與工程專業(yè)建立了多個(gè)校外實(shí)踐基地，通過校外實(shí)訓(xùn)基地的實(shí)習(xí)，學(xué)生可清晰深刻地了解流體力學(xué)在工程上的應(yīng)用。

本課程的教學(xué)雖有一定基礎(chǔ)，但是在新形勢下仍表現(xiàn)出一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）理論教學(xué)與實(shí)際工程差距較大，造成學(xué)生學(xué)習(xí)完理論后在實(shí)踐工程中很難應(yīng)用，制約了學(xué)生的實(shí)踐工程應(yīng)用能力;（2）公式復(fù)雜和理論繁多，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式學(xué)生沒有興趣，教學(xué)困難，教學(xué)效果差;（3）傳統(tǒng)的筆試，考核方式單一，造成學(xué)生學(xué)習(xí)均以應(yīng)試為目的，考核的結(jié)果也很難衡量學(xué)生實(shí)踐工程能力。因此，本課程教學(xué)改革汲取麻省理工學(xué)院的工程教學(xué)理念CDIO，即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate）的教學(xué)模式[3]，擬將CDIO教育理念引入“流體力學(xué)”的課程教學(xué)中，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。此外，學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)是在課堂這個(gè)特定社會(huì)環(huán)境中形成的，其是由學(xué)生和教師共同來完成的[4]。因此，學(xué)習(xí)目標(biāo)確定、學(xué)習(xí)效果的考核等都應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生參與，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。本研究提出“CDIO工程教育模式耦合以學(xué)生為中心教學(xué)方式的‘流體力學(xué)教學(xué)改革”。

二、教學(xué)改革的實(shí)現(xiàn)

（一）教學(xué)模式

采用傳統(tǒng)教學(xué)模式與現(xiàn)代教學(xué)模式相結(jié)合的教學(xué)模式。一方面采用教師系統(tǒng)地傳授和學(xué)生全面學(xué)習(xí)課本知識的傳統(tǒng)教學(xué)模式，另一方面以學(xué)生為中心，教師引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)和實(shí)踐活動(dòng)中自主學(xué)習(xí)，兩種教學(xué)模式相結(jié)合。一堂課可采用一種教學(xué)模式，或者兩種教學(xué)模式相結(jié)合，靈活多變，相互補(bǔ)充，既發(fā)揮了傳統(tǒng)講授型教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了現(xiàn)代以學(xué)生為中心教學(xué)模式的特點(diǎn)，可以取得較好的教學(xué)效果。

（二）教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的“流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)對流體力學(xué)類工程人才的要求。基于CDIO工程教育理念構(gòu)建的新課程體系對教學(xué)內(nèi)容有大的調(diào)整，強(qiáng)化工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過實(shí)踐加強(qiáng)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的積累和運(yùn)用能力，重視對學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。同時(shí)，課程內(nèi)容也會(huì)介紹流體力學(xué)的最新發(fā)展，以構(gòu)建新型、多層次課程教學(xué)內(nèi)容，極大地吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）教學(xué)活動(dòng)與組織

教學(xué)活動(dòng)與組織一般布置三個(gè)環(huán)節(jié)：第一個(gè)環(huán)節(jié)，教師系統(tǒng)地傳授理論知識，學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)理論知識;第二個(gè)環(huán)節(jié)，教師輔導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)方案解決流體力學(xué)實(shí)際工程問題;第三個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)置學(xué)生互評和教師點(diǎn)評相結(jié)合的評價(jià)機(jī)制，制訂每次任務(wù)的打分細(xì)則，給每個(gè)同學(xué)評價(jià)打分。

第一個(gè)環(huán)節(jié)主要以教室為教學(xué)活動(dòng)場所，第二個(gè)環(huán)節(jié)主要以實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵱?xùn)基地為主要教學(xué)活動(dòng)場所，第三個(gè)環(huán)節(jié)以教室和實(shí)驗(yàn)室/實(shí)訓(xùn)基地相結(jié)合為教學(xué)活動(dòng)場所。多方位教學(xué)活動(dòng)場所使學(xué)生的注意力回歸到教學(xué)活動(dòng)中，運(yùn)用靈活多樣的教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)式學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的操作動(dòng)手能力和工程思維。

（四）教學(xué)方法

采用巴班斯基提出的三類教學(xué)方法相結(jié)合的教學(xué)方法：第一類：組織和自我組織學(xué)習(xí)認(rèn)識活動(dòng)的方法;第二類：激發(fā)學(xué)習(xí)和形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的方法;第三類：檢查和自我檢查教學(xué)效果的方法[5]。

（五）教學(xué)手段

采用傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代化教學(xué)手段相結(jié)合。傳統(tǒng)教學(xué)手段主要采用教科書、粉筆、黑板等;現(xiàn)代化教學(xué)手段采用各種電化教育器材和教材，把投影儀、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺和軟件等引入課堂。本研究采用雨課堂加網(wǎng)絡(luò)課堂的教學(xué)手段，學(xué)生通過微信小程序加入雨課堂，可以實(shí)時(shí)與教師互動(dòng)，留言提問，查看教師上課PPT，提交發(fā)布作業(yè);教師可以通過雨課堂進(jìn)行學(xué)生分組，布置任務(wù)，查看學(xué)生作業(yè)，評價(jià)學(xué)生作業(yè)，課堂上教師可通過雨課堂隨機(jī)點(diǎn)名和提問。