“流體力學(xué)”全英文國(guó)際同類(lèi)課程調(diào)研分析

尤翔程　李世遠(yuǎn)

[摘 要] 課程大綱是授課的指導(dǎo)性文件，詳細(xì)規(guī)定了授課的主要目標(biāo)和內(nèi)容等。對(duì)麻省理工學(xué)院（MIT）、加州伯克利分校和明尼蘇達(dá)大學(xué)的本科“流體力學(xué)”課程大綱進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)研，對(duì)其內(nèi)容安排、實(shí)踐教學(xué)目的、組織方式等進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)國(guó)外高校“流體力學(xué)”課程大綱的解讀，分析“流體力學(xué)”全英文授課的內(nèi)容和特點(diǎn)等，以期對(duì)國(guó)內(nèi)本科“流體力學(xué)”全英文授課的創(chuàng)新提供借鑒和參考，最后在分析目前國(guó)內(nèi)高校本科生教育現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)教學(xué)工作的建議。

[關(guān)鍵詞] 流體力學(xué);全英文;國(guó)際同類(lèi)課程

[基金項(xiàng)目] 2020年度中國(guó)石油大學(xué)（北京）研究生質(zhì)量與創(chuàng)新工程（yjs2020019）

[作者簡(jiǎn)介] 尤翔程（1981—），女，浙江寧海人，博士，中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院講師，主要從事流體力學(xué)研究;李世遠(yuǎn)（1983—），男，上海人，博士，中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院副教授，主要從事石油工程巖石力學(xué)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）45-0121-04? ?[收稿日期] 2021-04-15

一、引言

“流體力學(xué)”是一門(mén)理工科專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，是工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)最重要的課程之一。中國(guó)石油大學(xué)提出“一流學(xué)科建設(shè)”的目標(biāo)，對(duì)“流體力學(xué)”等重點(diǎn)課程開(kāi)展全英文教學(xué)，旨在與國(guó)外高校接軌，提升高校辦學(xué)的國(guó)際化水平。原有的雙語(yǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容已不適用于當(dāng)前的情況，教學(xué)改革勢(shì)在必行。在本科全英文“流體力學(xué)”課程中進(jìn)行全英文教學(xué)，需對(duì)課堂的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深化和實(shí)踐，課程大綱設(shè)置的科學(xué)性、適用性要求，對(duì)于課程基本知識(shí)學(xué)習(xí)的理解及掌握有重要影響，對(duì)于培養(yǎng)本科生自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新型思維模式的形成，具有潛移默化的作用[1]。

美國(guó)高等工程教育是世界公認(rèn)的最成功的模式之一，因此有必要借鑒世界一流工科院校的“流體力學(xué)”課程大綱，為國(guó)內(nèi)高等院校“流體力學(xué)”全英文課程體系的改革提供借鑒。美國(guó)大學(xué)本科課程教學(xué)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置十分具有特色，體現(xiàn)了美國(guó)研究式學(xué)習(xí)的教育理念。美國(guó)將研究式學(xué)習(xí)（research-based learning）作為教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)貫穿整個(gè)本科生的教學(xué)環(huán)節(jié)[2-5]。本文通過(guò)對(duì)麻省理工學(xué)院、加州伯克利分校和明尼蘇達(dá)大學(xué)理工科專(zhuān)業(yè)的主干課程“流體力學(xué)”的課程大綱進(jìn)行調(diào)研，對(duì)其內(nèi)容安排、實(shí)踐教學(xué)目的、組織方式等進(jìn)行了分析，為國(guó)內(nèi)石油大學(xué)的“流體力學(xué)”課程在實(shí)踐教學(xué)方式、課程內(nèi)容安排、教學(xué)體系設(shè)置等方面提供了借鑒。

二、國(guó)內(nèi)外“流體力學(xué)”課程對(duì)比

“流體力學(xué)”是國(guó)內(nèi)外理工科專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)重要必修課，既是一門(mén)力學(xué)基礎(chǔ)理論課程，又是一門(mén)直接指導(dǎo)和應(yīng)用工程實(shí)踐的課程[2-4]。全英文“流體力學(xué)”課程不僅需要借鑒世界一流大學(xué)的授課內(nèi)容，還需要結(jié)合國(guó)內(nèi)廣大教學(xué)工作者及工程行業(yè)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)策略理應(yīng)順應(yīng)科技的發(fā)展，其授課方式不能停留在單純地講與學(xué)，而是要通過(guò)授課培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生，為學(xué)生將來(lái)參與工程技術(shù)、科研工作打好基礎(chǔ)。

（一）課程大綱教學(xué)目標(biāo)及評(píng)估政策比較分析

中國(guó)石油大學(xué)工程學(xué)院開(kāi)設(shè)了“流體力學(xué)”全英文課程，為本科必修課程，大學(xué)二年級(jí)開(kāi)課，教學(xué)周期為半學(xué)期，共計(jì)64學(xué)時(shí)4學(xué)分。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握和理解流體力學(xué)的基本概念和原理，實(shí)現(xiàn)以下教學(xué)目標(biāo)：（1）理解和掌握簡(jiǎn)單的典型流動(dòng)問(wèn)題的基本性質(zhì)，并確定求解這些流動(dòng)問(wèn)題的模型，如平面曲面靜水壓力計(jì)算，使用伯努利方程、斯托克斯方程求解流速、壓力及黏性流動(dòng)問(wèn)題等。（2）能運(yùn)用流體力學(xué)的原理應(yīng)對(duì)工程中常見(jiàn)的問(wèn)題，如管流進(jìn)行定量計(jì)算。（3）掌握流體力學(xué)的理論，為今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

筆者通過(guò)網(wǎng)站查詢(xún)、文獻(xiàn)查詢(xún)等方式對(duì)國(guó)外知名高校的“流體力學(xué)”課程進(jìn)行了調(diào)研，梳理了麻省理工學(xué)院、加州伯克利分校、明尼蘇達(dá)大學(xué)等三所知名高校的“流體力學(xué)”課程，其教學(xué)目標(biāo)、評(píng)估方法見(jiàn)表1。從表1中可以發(fā)現(xiàn)，流體力學(xué)的開(kāi)設(shè)都建立在大學(xué)的基礎(chǔ)課程之上。麻省理工學(xué)院將流體力學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，加州伯克利分校和明尼蘇達(dá)大學(xué)將其作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，麻省理工學(xué)院的目標(biāo)是使學(xué)生系統(tǒng)掌握流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)理論學(xué)，直至利用數(shù)學(xué)求解知識(shí)，后兩者的目標(biāo)是學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的同時(shí)，注重結(jié)合本校學(xué)科特點(diǎn)，如從航天航空專(zhuān)業(yè)的角度，重點(diǎn)掌握空氣動(dòng)力學(xué)方面工程問(wèn)題的解決方法。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，筆者講授的“流體力學(xué)”全英文課在課程目標(biāo)上更傾向于工程應(yīng)用，設(shè)置上與加州伯克利分校等高校類(lèi)似，都是基于一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，結(jié)合石油工程的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)研究不可壓縮流體方面的問(wèn)題。麻省理工學(xué)院更傾向于基礎(chǔ)研究，目標(biāo)是以流體力學(xué)學(xué)科為基礎(chǔ)，拓展于工程實(shí)踐各方面的應(yīng)用。

在成績(jī)?cè)u(píng)估方面，國(guó)內(nèi)高校逐步吸收國(guó)外高校的優(yōu)點(diǎn)，采用學(xué)習(xí)全過(guò)程考核的理念。筆者講授的全英文“流體力學(xué)”課程的考核，兼顧通考勤、平時(shí)課內(nèi)討論、小測(cè)驗(yàn)、小報(bào)告、課后作業(yè)、期末考試等多種方式，考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，國(guó)外多數(shù)高校將學(xué)生的日常表現(xiàn)、作業(yè)完成、隨堂或?qū)ｎ}測(cè)試作為考核的重要組成部分。

（二）課程大綱教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法比較分析

中國(guó)石油大學(xué)全英文“流體力學(xué)”課程以課堂教學(xué)為主，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔，教學(xué)過(guò)程中增設(shè)必要的研討環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在教學(xué)內(nèi)容上，主要以Fundamentals of Fluid Mechanics（B.R. Munson， D.F. Young，2010版）和Fluid Mechanics with Engineering Applications（E.J. Finnermore&J.B. Franzini，2003版）為基礎(chǔ)編制了教案，設(shè)5個(gè)章節(jié)、27個(gè)專(zhuān)題，包括介紹流體力學(xué)的基本原理及其工程應(yīng)用，內(nèi)容主要包括流體基本屬性、流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、黏性流體的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和管道中的黏性流動(dòng)等。在教學(xué)進(jìn)度上，每周2節(jié)課，4個(gè)學(xué)時(shí)，在期中、期末階段開(kāi)設(shè)習(xí)題課。在教學(xué)手段上，采取多媒體教學(xué)和板書(shū)教學(xué)相結(jié)合的方式，針對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題錄制網(wǎng)上專(zhuān)題視頻課件，供學(xué)生復(fù)習(xí)。

麻省理工學(xué)院等3所高校的教材參考書(shū)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法見(jiàn)表2。從表2中可以看出，國(guó)外高校普遍把討論課正式列入教學(xué)大綱，在教學(xué)進(jìn)度上，麻省理工學(xué)院每周有11課時(shí)的教學(xué)，授課內(nèi)容多，學(xué)生要掌握和吸收的知識(shí)點(diǎn)很多，因此需要具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。加州伯克利分校、明尼蘇達(dá)大學(xué)對(duì)“流體力學(xué)”課程分別設(shè)置了3學(xué)分和4學(xué)分，其中明尼蘇達(dá)大學(xué)“流體力學(xué)”課程分38個(gè)課時(shí)，講解了23個(gè)專(zhuān)題，每周4學(xué)時(shí)的授課時(shí)間，符合一般學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度需建立在高校學(xué)科特點(diǎn)、學(xué)生素質(zhì)的基礎(chǔ)上，不可盲目設(shè)置。筆者講授的全英文“流體力學(xué)”課程，在教學(xué)內(nèi)容的安排和進(jìn)度上與明尼蘇達(dá)大學(xué)類(lèi)似，和麻省理工學(xué)院有顯著的區(qū)別。同國(guó)內(nèi)多數(shù)全英文課程一樣，在可設(shè)課程、教案編寫(xiě)、教學(xué)組織方面，筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外大學(xué)進(jìn)行了充分的調(diào)研，在全英文課程建設(shè)方面，已基本具備了國(guó)際化基礎(chǔ)。

三、國(guó)外“流體力學(xué)”課程大綱的調(diào)整和推廣

國(guó)外高校“流體力學(xué)”課程大綱更為成熟，為國(guó)內(nèi)理工科院校“流體力學(xué)”全英文教學(xué)提供了多種可選的參照基準(zhǔn)。為了提高流體力學(xué)大綱編制的科學(xué)性和可操作性，國(guó)內(nèi)院校應(yīng)根據(jù)本校的學(xué)科建設(shè)、學(xué)生素質(zhì)等實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)對(duì)標(biāo)比較，吸取國(guó)外一流高校先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)理念，進(jìn)一步深化“流體力學(xué)”全英文課程的改革方案。

“流體力學(xué)”全英文課程大綱的優(yōu)化可以分為三個(gè)階段推進(jìn)。第一，以學(xué)科所在學(xué)院、在校學(xué)生為對(duì)象開(kāi)展調(diào)研，在現(xiàn)有“流體力學(xué)”中文課程大綱的基礎(chǔ)上，參考國(guó)外同類(lèi)型大學(xué)“流體力學(xué)”教學(xué)大綱，制定適用于本校的教學(xué)大綱和課程設(shè)計(jì)方案，提高科學(xué)性。第二，對(duì)“流體力學(xué)”全英文課程大綱與本校本科工程教育委員會(huì)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行自我評(píng)估及驗(yàn)證，提高適用性。第三，對(duì)“流體力學(xué)”全英文授課實(shí)踐不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)調(diào)整教學(xué)實(shí)踐，使之符合本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，提高實(shí)效。

四、對(duì)國(guó)內(nèi)“流體力學(xué)”全英文授課創(chuàng)新的啟示和思考

當(dāng)前，在我國(guó)本科“流體力學(xué)”課程建設(shè)過(guò)程中確實(shí)存在諸多問(wèn)題。主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)教材滯后、課堂授課內(nèi)容與社會(huì)需求脫節(jié)嚴(yán)重;課程內(nèi)容重“學(xué)”輕“術(shù)”，畢業(yè)生缺乏將科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的能力;學(xué)生缺乏必要的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通協(xié)調(diào)能力;等等。通過(guò)對(duì)國(guó)外流體力學(xué)教學(xué)的梳理分析，對(duì)國(guó)內(nèi)高校流體力學(xué)全英文授課模式創(chuàng)新啟示如下。

（一）把握好流體力學(xué)通識(shí)教育的本質(zhì)特征

“流體力學(xué)”全英文課程大綱也應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以通識(shí)教育理念為指導(dǎo)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，本著“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的原則，一方面重視流體力學(xué)理論知識(shí)的深度，在本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，提高其應(yīng)用能力;另一方面要強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)理論知識(shí)的廣度和應(yīng)用。在教學(xué)方法上，力求做到教師講授與學(xué)生實(shí)踐相結(jié)合，個(gè)人學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生參加科研項(xiàng)目，通過(guò)科研實(shí)踐加強(qiáng)與教師的溝通和合作，在提高專(zhuān)業(yè)知識(shí)和能力的同時(shí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)，提高合作能力。此外，通過(guò)“流體力學(xué)”全英文課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生廣泛的國(guó)際視野，加強(qiáng)同國(guó)外高水平院校之間的聯(lián)系，提高學(xué)生的國(guó)際化專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。

（二）課程大綱的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)關(guān)注工程實(shí)踐的需求

本科“流體力學(xué)”全英文課程大綱既不是一蹴而就的，也不是一成不變的。“流體力學(xué)”全英文課程大綱的制定和修訂應(yīng)當(dāng)是動(dòng)態(tài)的。對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，“流體力學(xué)”全英文課程大綱的制定和調(diào)整絕不僅僅是高校內(nèi)部的事情。高校在制定和調(diào)整“流體力學(xué)”全英文課程大綱時(shí)，要兼顧市場(chǎng)需求，將工程界對(duì)人才應(yīng)具備的處理實(shí)際問(wèn)題的能力需求作為重要依據(jù)。同時(shí)，廣泛關(guān)注行業(yè)、學(xué)術(shù)界，以及學(xué)生群體的意見(jiàn)和建議，確保課程大綱在實(shí)現(xiàn)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)中的基礎(chǔ)作用。

（三）堅(jiān)持基礎(chǔ)理論教學(xué)與實(shí)踐能力訓(xùn)練相結(jié)合

在國(guó)內(nèi)的本科教學(xué)過(guò)程中重理論、輕實(shí)踐的問(wèn)題較為嚴(yán)重。本科生畢業(yè)后與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)較為嚴(yán)重，學(xué)生仍需長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)，大大增加了單位人力資源開(kāi)發(fā)的成本。掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)固然重要，但如果不提高實(shí)踐能力，理論知識(shí)的功能就無(wú)法得到有效的發(fā)揮。因此，在設(shè)計(jì)“流體力學(xué)”全英文課程大綱時(shí)，需考慮將兩者有機(jī)結(jié)合。在“流體力學(xué)”授課期間，除了講授理論知識(shí)外，還需要增加流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)課程，甚至單獨(dú)增設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課。在評(píng)價(jià)教學(xué)效果時(shí)，應(yīng)當(dāng)將學(xué)生的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作能力作為檢驗(yàn)學(xué)生掌握流體力學(xué)理論知識(shí)的重要指標(biāo)[6]。

（四）利用信息技術(shù)發(fā)揮案例教學(xué)的作用

隨著信息化、互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的要求越來(lái)越高，教學(xué)方法也在不斷創(chuàng)新。從傳統(tǒng)的板書(shū)講授到多媒體教學(xué)的普及，其形式經(jīng)歷了多次演變。作為工程類(lèi)基礎(chǔ)力學(xué)課程，“流體力學(xué)”擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生流體力學(xué)概念、思維及處理實(shí)際工程中問(wèn)題的能力，它既是一門(mén)理論課，也是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，因此案例教學(xué)、討論式教學(xué)的引入就顯得尤其重要了。案例可選擇實(shí)際工程項(xiàng)目，例如在流體黏性力學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，可以引入石油在管道中的傳輸實(shí)例，通過(guò)視頻動(dòng)畫(huà)、工程軟件模擬結(jié)果，展示講解壓力、溫度等對(duì)黏性流體運(yùn)動(dòng)的影響，一方面可使學(xué)生將理論知識(shí)和工程應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，開(kāi)拓視野;另一方面加深了學(xué)生對(duì)流體力學(xué)理論知識(shí)分析方式和方法的理解，提高了學(xué)習(xí)興趣。

五、結(jié)語(yǔ)

“流體力學(xué)”是理工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)理工科專(zhuān)業(yè)復(fù)合型人才教學(xué)計(jì)劃體系中起著重要的作用。“流體力學(xué)”全英文課程建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)的工程，應(yīng)把握好課程大綱設(shè)計(jì)對(duì)“精品課程”建設(shè)的基礎(chǔ)作用，汲取國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，加大在課程調(diào)研、對(duì)標(biāo)分析、教學(xué)方式創(chuàng)新等方面的投入，提高教學(xué)質(zhì)量，提升課程的國(guó)際化水平。

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Investigation and Analysis of Similar International All-English Courses of Fluid Mechanics

YOU Xiang-cheng， LI Shi-yuan

（College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum 〔Beijing〕， Beijing 102249， China）

Abstract： The syllabus is a guiding document for teaching， which specifies the main objectives and content of the teaching in detail. In this paper， the syllabus of the Fluid Mechanics for undergraduate of MIT， UC Berkeley and University of Minnesota was investigated in detail， and the arrangement of its content， the purpose of practical teaching and the organization mode were analyzed. Through the interpretation of the syllabus of the course in foreign colleges and universities， this paper analyzes the contents and characteristics of all-English teaching of the course， so as to provide a reference for the innovation of all-English teaching of the Fluid Mechanics course in domestic universities. Finally， based on the analysis of current situation of undergraduate education in domestic colleges and universities， this paper puts forward some suggestions to improve the teaching.

Key words： Fluid Mechanics; all-English; similar international courses