農業工程類專業流體力學線上線下混合教學模式的研究與探討

馬曉然 潘曉慧 岳建芝 黨鉀濤

（河南農業大學機電工程學院生物質河南省協同創新中心，河南 鄭州450002）

流體力學是研究流體在不同作用力下相互作用行為及其在各個領域的應用科學，是農業建筑環境與能源工程、新能源科學與工程、能源與動力工程、機械類等專業的基礎課，具有較強的理論性和邏輯性，同時又有鮮明的工程實踐性。隨著現代農業工程學科的發展，流體力學的應用已經深入融合至農業工程類專業，如農業機械、農業水土工程、農業建筑環境與能源工程等相關方向的各個具體領域，并在基礎理論、工程設計、實驗研究等方面發揮著重要作用。

在“互聯網+”時代，以MOOC為代表的在線學習方式，極大促進了高等教育手段的改革與創新，隨著信息技術與教育教學的融合，網絡已逐步深入教學的各個環節，并起到越來越重要的作用。然而，在線學習雖然具有豐富的課程資源、便捷的交流、友好的互動等優勢，卻不能完全替代教師的課堂教學，一門課程缺乏了教師的深度參與，學習效果并不像預期那么理想。如何充分體現在線學習的主動性，同時充分發揮教師的引導、啟發、監控教學過程的作用，將傳統學習方式的優勢和在線學習的優勢結合起來的線上線下混合教學模式已成為教育教學研究中的熱點問題。

本文根據流體力學課程的特點，以基礎課程教學基本要求為依據，在課程中采用傳統課堂與在線學習融合的混合教學模式，將傳統教學方式和網絡教學的優勢結合起來，既發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現學生在學習過程中的主動性、積極性與創造性。

1 農業工程類專業流體力學課程教學存在的問題

在目前的課程教學過程中，以河南農業大學農業建筑環境與能源工程專業的專業基礎課程——流體力學為例，在流體力學教授的過程中主要有以下三個方面的問題。

第一，課程學時少，要求高，完全依靠教師課堂講授已不能達到理想的教學效果。本課程總學時32個，包括28個學時的理論教學和4個學時的實驗教學。一方面，學生缺乏學習的主動性，在學習過程中囫圇吞棗，不求甚解、會看不會用、會算不會調的現象比較普遍；另一方面，針對農業院校學生來講，數學基礎差、知識體系系統性弱，學生很難理解與掌握流體力學中的重點和難點知識，如靜力學中液體的相對平衡、歐拉和拉格朗日法的區別、微分及積分形式的守恒方程等。所以導致學習效果不理想，期末考試掛科率較高。

第二，針對農林院校農業工程類專業流體力學課程網絡教學資源少，可提供給學生進行課外補充學習的資源不足，不能滿足學生進行深入學習的需求。目前在比較著名的開放課程平臺上，如愛課程、學堂在線、好大學在線等，流體力學教學資源雖然不算少，比如大連理工大學和西安交通大學的流體力學在線精品課程，但是國內針對農林院校農業工程學科中的流體力學課程的在線課程資源還比較少，并且現有的課程形式以課堂教學錄像和知識講授為主，本質上仍未能脫離傳統課堂教學的形式。

第三，教學方式仍然以傳統課堂講授為主，教師傳授知識，學生被動地接受，未能結合在線學習的優勢，學生缺乏主動學習的意愿，學習積極性不高。從當前的慕課、微課模式來看，主要是采用將知識碎片化，制作小視頻的方式進行課程建設，一個視頻只講授一兩個知識點，具有小而精的特點。這種方式雖然給學生帶來新的學習體驗，可以充分利用零散時間進行學習，易于接受且不容易產生疲勞，但是缺乏知識的系統性和連貫性，缺乏教師的引導、啟發和監控，并不一定能達到理想的學習效果。因此，在教學過程中，必須考慮傳統與在線課堂的結合問題。

2 基于線上線下混合式教學的課程教學實踐

在流體力學的課程教學中進行線上線下混合式教學的探索和實踐，通過網絡教學平臺給學生提供豐富的學習資源，可以充分發揮在線學習的優勢，使其成為傳統課堂的補充和擴展，通過在線學習和傳統課堂的優勢互補，實現“課前+課中+課后”融合教學，充分發揮學生學習的主動性，有效提升課程教學效果。

針對農業工程類專業的流體力學的教學內容，教學設計是實現線上線下混合式教學的核心，即如何有效結合在線學習和傳統課堂，實現兩者優勢互補。流體力學課程內容涵蓋了流體靜力學、流體運動學和動力學、流動阻力和水頭損失、孔口和管嘴出流等，內容多，知識點較難，公式推導復雜，教學設計中要著重考慮課程內容的安排，如哪些內容需要在課堂詳細講解，哪些內容可作為在線學習布置給學生，教師組織課堂討論，如何安排“課前+課中+課后”的教學內容等。以“伯努利方程及其應用”為例，采用新的教學模式。

2.1 課前教學設計

教師課前的主要任務是在網絡平臺上提前發布“伯努利方程及其應用”的教學任務和思考題，包括各種圖文、動畫等文獻資料，通過一些生活生產過程中經常見到的實例引入伯努利方程，從而明確“伯努利方程”的重要性；學生接受任務，并利用網絡教學平臺教學資源和微視頻等，帶著問題完成相關教學內容的預習，教師通過網絡平臺查看學生的預習情況，為課堂教學做有針對性的準備，如圖1所示。

圖1 課前教學設計

2.2 課中教學設計

這一部分即傳統的課堂講授或討論，如圖2所示。一方面，教師在線發布討論題，回顧上節課的內容，即輸運公式及其意義，包括連續性方程、動量守恒方程及能量守恒方程在內的積分形式的動力學方程；另一方面，教師根據已經掌握的學生課前預習程度，設計課堂教學活動，主要是借助PPT等多媒體手段進行伯努利方程的推導，包括理想流體微元流束的伯努利方程、實際流體微元流束的伯努利方程及實際流體總流的伯努利方程，解釋清楚伯努利方程的使用條件，對伯努利方程的物理意義和幾何意義進行解釋，之后介紹和推導實際工程中伯努利方程的應用——測流速的皮托管和測流量的文丘里管，有效地進行課內的面對面教學。利用多媒體資源講授課程知識的框架、重點和難點，提升課堂教學效果。

圖2 課中教學設計

2.3 課后教學設計

如圖3所示，除了習題等課后任務之外，教師利用網絡平臺進行課后內容推送，如與伯努利方程有關的最新研究成果，使學生對所學知識的吸收和掌握不僅僅依賴于課本知識，利用網絡課程資源，進一步擴展和增強知識領域，從而充分調動學生的學習積極性，提升學習效果。另外，教師在線布置關于伯努利方程應用的課后作業和問卷分析，并設置好答案要點。學生課后的主要任務是上傳自己的課后作業，課后作業通過互評或者教師改作業的形式將學習效果及調查問卷的結果反饋至平臺，教師可通過查看后臺數據直接了解學生對伯努利方程的基本知識點及有關的實際應用的掌握情況，并對學生的課前、課中和課后三個階段的學習過程、學習成果等進行綜合評價。

圖3 課后課程設計

目前針對農業工程學科方向的流體力學網絡課程資源相對較少，展現方式仍以教學錄像和知識講授為主，本質上仍未能脫離傳統課堂教學的形式，不能提供給學生擴展學習的網絡課程資源，就不能充分發揮在線課程的優勢，混合式教學的實現也就無從談起。因此，流體力學線上線下混合式教學模式一方面將在梳理涉及流體力學基本理論的基礎上，增加一些與太陽能熱利用、生物質能利用、農業建筑環境相關的知識；另一方面將充分利用信息技術優勢，將圖形、聲音、視頻等電子資源聯系起來，建設內容和形式豐富，真正能吸引學生、適合學生自主學習的流體力學在線課程資源，為混合式教學模式的實踐提供支撐。

3 結語

流體力學是農業工程類專業的一門理論性和實踐性較強的專業基礎課，線上線下混合式教學模式的建設不僅可以使學生的學習更加靈活自主，還有利于發揮教師在教學過程中的引導作用，激發學生的主動性，線上課程與線下課程相互補充、相互滲透。“課前+課中+課后”三階段教學設計體系的構建可以提高學生的學習效率、增強學生的學習效果。