I-HOPE教學(xué)模式在高等流體力學(xué)課程改革與實踐中的探討

洪 鋒余 萬 張 帆

（[1]三峽大學(xué)機械與動力學(xué)院 湖北·宜昌 443002；[2]江蘇大學(xué)國家水泵及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心 江蘇·鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

研究生教育肩負著我國高層次專門人才培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造的重要使命，是國家科技進步、社會發(fā)展的重要基石，是應(yīng)對全球人才競爭的基礎(chǔ)布局。近年來，隨著研究生招生規(guī)模的不斷擴大，以及用人單位對畢業(yè)生實踐能力與創(chuàng)新能力要求的提高，完善研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)，提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量，成為高校和社會共同關(guān)注的焦點。其中，理論課程學(xué)習(xí)與畢業(yè)論文答辯是研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)的兩個重要階段。目前部分高校往往重視論文環(huán)節(jié)，而忽視了理論課程學(xué)習(xí)，導(dǎo)致了部分研究生對基礎(chǔ)知識、原理認知不深，分析問題能力欠佳，甚至一定程度上影響了其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。然而，科學(xué)技術(shù)的提高和創(chuàng)新，離不開扎實的專業(yè)理論知識，由此可見，研究生課程理論學(xué)習(xí)極為重要。因此，學(xué)者們提出了“反轉(zhuǎn)式+傳統(tǒng)教學(xué)模式”“基于項目化的研討模式”“在線+傳統(tǒng)混合教學(xué)模式”“立體多維模式”“團隊協(xié)同模式”等教學(xué)改革和實踐方法。這些教學(xué)改革方法一定程度上改善了課堂教學(xué)效果，并取得了較理想的教學(xué)成績。

高等流體力學(xué)是動力工程及工程熱物理學(xué)科中的一門重要基礎(chǔ)課程，該課程是深入學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。該課程系統(tǒng)性、理論性較強，涉及面廣，概念、原理抽象，且對學(xué)生數(shù)學(xué)功底要求較高，含有較多涉及張量、微積分、復(fù)變函數(shù)運算的復(fù)雜公式推導(dǎo)。隨著課程學(xué)習(xí)的不斷深入，部分學(xué)生逐漸感覺學(xué)習(xí)吃力，甚至失去學(xué)習(xí)興趣，這無疑是當(dāng)前高等流體力學(xué)課程教學(xué)的巨大阻礙。因此，需要高校教師在教學(xué)模式、方法及內(nèi)容等方面做出針對性、有效性的改進，通過調(diào)研及團隊教學(xué)實踐，初步形成了I-HOPE教學(xué)模式。

1 興趣驅(qū)使

I-HOPE教學(xué)模式中的首字母“I”，代表Interest——興趣。興趣是最好的老師，世界上很多真正成功的科學(xué)巨匠，都是興趣驅(qū)使的，這同樣適用于學(xué)生對高等流體力學(xué)的學(xué)習(xí)。只有當(dāng)學(xué)生對高等流體力學(xué)理論知識產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們才會主動去學(xué)習(xí)、去研究、去實踐、去創(chuàng)新，并在這個過程中產(chǎn)生令人感到愉快、充滿成就感的學(xué)習(xí)體驗。但是，如何讓學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣呢？授課教師起著至關(guān)重要的作用。高等流體力學(xué)的理論知識是枯燥的、生硬的，但是這些知識卻在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)，以及國防軍事等國家戰(zhàn)略性工程中有著生動、淋漓盡致的體現(xiàn)。特別是在課程的緒論部分，以及中間部分章節(jié)講授過程中，教師可結(jié)合自身學(xué)習(xí)生活、科研經(jīng)歷和實踐經(jīng)驗，通過剖析一些自然奇觀（例如，蟹鉗如何制造空泡獲取食物、南北半球馬桶抽水旋轉(zhuǎn)方向相反），以及介紹工程應(yīng)用實例（例如，飛機飛行中激波、螺旋槳葉片空蝕問題）等方式，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和討論，從而引起學(xué)生對高等流體力學(xué)課程的重視，并激發(fā)學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)興趣。

2 快樂學(xué)習(xí)

I-HOPE教學(xué)模式中的字母“H”，代表Happiness——快樂。快樂是心境，學(xué)習(xí)是過程，快樂學(xué)習(xí)是通往成功的重要路徑之一。學(xué)習(xí)從來都不是一件容易的事情，它枯燥乏味、艱辛漫長，極力榨干每一個學(xué)習(xí)者的腦細胞，對高等流體力學(xué)的學(xué)習(xí)更是如此。快樂的產(chǎn)生，不僅僅是授課老師輕松幽默的課堂氛圍和方式，更重要的是它源自學(xué)生學(xué)習(xí)高等流體力學(xué)課程過程中，因理解基本原理，因解決問題，因突然的科研靈感，而在內(nèi)心產(chǎn)生的一種激昂情緒。這種學(xué)習(xí)和快樂所教育出來的學(xué)生，日后將是有自我，有堅持，有熱愛，有創(chuàng)造力，有激情的國家之棟梁。教師在快樂學(xué)習(xí)過程中扮演著亦師亦友的角色，積極參與學(xué)生感興趣問題及學(xué)生課題的研討，發(fā)表自己的觀點并給出實質(zhì)性建議，幫助學(xué)生解決困惑，促進學(xué)生科研的開展，充分讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)帶來的快樂。

3 開放思維

I-HOPE教學(xué)模式中的字母“O”，代表Open——開放。開放性思維是學(xué)習(xí)高等流體力學(xué)抽象內(nèi)容的有效方式之一。研究生培養(yǎng)要精準(zhǔn)服務(wù)國家發(fā)展戰(zhàn)略，以更加開放的思想，創(chuàng)造多元化培養(yǎng)格局。高等流體力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，多年來以介紹流體力學(xué)基本概念、推導(dǎo)基本方程、模型等為主要內(nèi)容，這種模式過于強調(diào)理論的系統(tǒng)性、完整性和理論推導(dǎo)的嚴(yán)謹(jǐn)性，與自然科學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)的融合度不高。此外，部分學(xué)生仍持有陳舊的觀念，片面認為能夠推導(dǎo)教材中復(fù)雜的公式，并利用這些公式解決一些課后習(xí)題，并最終在期末考試中取得較好成績，這樣就是把這門課程學(xué)通了。然而，實際工程應(yīng)用，或自然現(xiàn)象中，研究對象千變?nèi)f化，應(yīng)用的基本原理、方法也各不相同。例如，在高等流體力學(xué)中出現(xiàn)了非定常伯努利方程，如何利用非定常伯努利方程解決實際工程問題；此外，在學(xué)習(xí)納維斯托克斯方程（N-S方程）時，主要是以慣性參考系為主，非慣性參考系下的N-S方程形式又是如何，其內(nèi)部所包含的非慣性力有哪些，乃至河流對兩岸的沖刷破壞程度不一致是否與地球上某種非慣性力有關(guān)？這些問題，就需要學(xué)生利用開放性思維去學(xué)習(xí)、探究，去舉一反三，也需要教師授課過程中積極引導(dǎo)學(xué)生思考，活躍課堂氣氛，拓寬學(xué)生視野。

4 產(chǎn)學(xué)輔助

I-HOPE教學(xué)模式中的字母“P”，代表Production——產(chǎn)學(xué)。產(chǎn)學(xué)結(jié)合，是發(fā)展研究生高等教育的有效途徑之一，也是研究生教育主動服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要路徑。在“十四五”開局之年，研究生培養(yǎng)單位應(yīng)深刻理解研究生教育之于高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新研發(fā)方面對國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略資源建設(shè)的重要支撐作用，創(chuàng)新研究生教育中的產(chǎn)學(xué)研合作形態(tài)，賦能研究生教育改革發(fā)展，使其成為國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略核心引擎。就高等流體力學(xué)教學(xué)而言，立足本地技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，充分調(diào)動和利用學(xué)校、企業(yè)、研究生工作站等多種不同教學(xué)環(huán)境、資源，以及各自在人才培養(yǎng)模式的特色和優(yōu)勢，把以傳授理論知識為主的課堂學(xué)習(xí)，與能夠直接獲取工程實踐能力為主的企業(yè)科研與生產(chǎn)進行有機結(jié)合，從而實現(xiàn)理論聯(lián)系實際，完滿解決課堂理論學(xué)習(xí)與企業(yè)需求融合度不高的現(xiàn)實問題，不斷縮小高校和企業(yè)對人才培養(yǎng)與需求之間的差距。通過培養(yǎng)學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新精神，增強學(xué)生的社會競爭力，實現(xiàn)人生價值。企業(yè)參與培養(yǎng)研究生綜合素質(zhì)環(huán)節(jié)中，不僅僅局限于單一的實訓(xùn)，更重要的是要創(chuàng)造機會、提供機遇，鼓勵學(xué)生積極參與具體的工程項目。同時，學(xué)生在整個學(xué)習(xí)實踐過程中，要充分利用所學(xué)的理論知識，結(jié)合企業(yè)需求，盡最大努力協(xié)助企業(yè)解決“卡脖子”難題，調(diào)動企業(yè)積極性，讓企業(yè)自覺地、主動地為高層次人才培養(yǎng)作貢獻，達到互利互惠的最終目標(biāo)。

5 科學(xué)評價

I-HOPE教學(xué)模式中的字母“E”，代表Evaluation——評價。評價包含授課教師對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價，以及教師教學(xué)質(zhì)量的評價。傳統(tǒng)的“一考定成績”的考核機制，已經(jīng)完全脫離了人才培養(yǎng)的初衷，也無法滿足高層次創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。因此，突破傳統(tǒng)的考核模式，創(chuàng)建科學(xué)評價方式迫在眉睫。科學(xué)評價方式強化過程考核，以30%的比例納入課程總成績，通過課前提問（例如：高等流體力學(xué)基本概念、原理等）、學(xué)生集體討論（例如：納維斯托克斯方程的精確解法、湍流計算方法等）方式以強化過程考核。此外，結(jié)課方式不再采用傳統(tǒng)考試或結(jié)課論文的形式，而是注重考查學(xué)生運用所學(xué)高等流體力學(xué)基本知識對實際工程問題進行分析和解決的能力，例如采用如下考核：結(jié)合本學(xué)期高等流體力學(xué)學(xué)習(xí)，要求學(xué)生闡述目前研究的課題所涉及到的流體力學(xué)問題，并以圖文并茂的方式論述準(zhǔn)備采用什么方法或工具去解決該問題。另一方面，教師教學(xué)質(zhì)量評價也尤為重要，可采用學(xué)生學(xué)習(xí)后意見建議反饋，以及校研究生院、所在學(xué)院定期組織教學(xué)督導(dǎo)對高等流體力學(xué)教學(xué)進行評價的方式，不斷促進教師教學(xué)水平的提高，改進完善教學(xué)手段和方法。

6 結(jié)束語

培養(yǎng)國家所需要的專門人才，是研究生教育的目的，本文提出的I-HOPE高等流體力學(xué)課程教學(xué)方法，以學(xué)習(xí)興趣為驅(qū)使，通過快樂學(xué)習(xí)，借助開放性思維，輔以產(chǎn)學(xué)結(jié)合，以及科學(xué)評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果與教師授課效果，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)的教學(xué)模式的改革。I-HOPE模式既能發(fā)揮教師在教學(xué)過程中的啟發(fā)、誘導(dǎo)作用，又能保證學(xué)生在充分、理解掌握高等流體力學(xué)基本原理、方法的前提下，充分發(fā)揮學(xué)生自主能動性，調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)敢于探索的創(chuàng)新熱情，提高其實踐應(yīng)用和科研創(chuàng)新的能力。