工程教育專業認證背景下水力學課程混合式教學設計

謝華慧，王敏容，胡錦華

（1.五邑大學土木工程學院，廣東 江門 529020；2.湖南科技大學土木工程學院，湖南 湘潭 411201）

0 引言

《水力學》作為我國高等教育土木工程類本科專業重要的專業基礎必修課，是銜接公共基礎課與專業課的橋梁，有培養專業思維模式的作用?！端W》課程以液體為研究對象，解決流體運動學和動力學的一般規律和問題，在水利工程、航海航空、土建交通、化工動力等諸多領域有涉及水力學的知識和理論。

工程教育專業認證是學科建設的指揮棒，以學生中心的產出導向與持續改進的理念，是當前高等教育教學工作者應該牢記在關鍵點。以專業認證為背景進行課程體系重組，對課程教學和評價模式不斷改革，以確立閉合的課程持續改進的質量保障機制。專業認證工作已經成為促進產學研合作協同與提升專業人才培養質量的重要工作平臺，極大促進畢業生更好地適應行業人才需求。工程教育專業認證學生畢業能力的要求與專業課程體系設置是緊密相連，而水力學是專業課程體系中一門非常重要的基礎支持課程?；谶@一社會背景，國內不少教師和學者提出與之相關的教學方案和改革方法，并取得不錯的效果[1-3]。國際工程教育專業認證體系的不斷完善和推廣，伴隨新時代的高校教育改革潮流，教學模式不斷推陳出新，受社會的不確定因素影響，課程采用線上線下教學模式顯得尤為重要[4-5]。對于土木工程類專業而言，水力學的教學改革也勢在必行。

1 專業認證對水力學課程的要求

我校土木工程專業通過了廣東省一流本科專業建設點，為了實現持續改進，使最新的專業認證與畢業的要求相適宜，保證專業培養方案中針對本課程支撐的明確畢業要求及指標點，確保課程教學目標及其畢業要求指標點對應關系。

2 課程存在的問題

《水力學》是力學的一個分支，具有與其他力學課程類似的特性，概念抽象、理論性強、數學基礎要求高，這些特點使得教師課堂講解的難度系數大。

從教學內容組成上看，《水力學》課程理論體系涵蓋知識面較廣，主要包括三個方面：一是流體的基本物理和力學特性，二是流體力學的三大定律，三是流體力學的工程應用。從知識點來看，教學重點是流體性質、流體靜力學、流體運動學、流體動力學、水頭損失、孔口出流、明渠均勻水流、明渠非均勻流、堰流和滲流等基本理論與工程應用，而氣體伯努利方程、邊界層理論、量綱分析和流動相似原理、有壓管流水力計算和管網計算、水擊等內容與土木工程類專業關聯性弱。土木工程類專業中《水力學》課程通常設置為32學時，根據專業特點和本課程少學時的特點調整相應教學內容和教學大綱，對教學大綱中關聯性不強的知識點進行刪減。由此可見，如何在少學時條件下保證教學質量、提高學生學習積極性、提升教學達成度也是教學改革的重要環節。

從教學內容難度上看，水力學課程的重要特點之一就是理論性強，以往教學中理論知識占非常重要的地位。水力學課程不但與專業銜接不明顯，而且還存在概念較抽象、需要大量理論分析及數學公式推導和演化等問題，極度容易引起枯燥乏味的不適感，無法激發學習的興趣，直接導致教學效果不理想，也不利于工程應用能力的養成，教學效果也不理想。

從力學教學角度來看，水力學是土木工程專業基礎課之一，土木工程專業本科學生通常需要完成《高等數學》《大學物理》《材料力學》《理論力學》等先修課程。根據以往的數據統計，學生在先修課程學習上也存在效果不佳的現象，導致本課程的學習基礎不牢。

從學情上來看，大部分學生的力學和高等數學基礎均較薄弱，以致學生很難理解水力學課程的內容，使得部分同學產生畏難情況。同時，學生缺乏工程流體概念，使得土木工程專業本科學生很難將抽象理論與生活實際相結合。

從教學方式看，傳統的授課模式以教師為主導，通過固定時間和地點，以板書和PPT相結合的單向輸出為主要方式。在教學過程中，課程中涉及大量公式推導和應用，課堂形式封閉，學生以聽為主的被動式學習，缺乏有效交流和參與，以至學生學習效果欠佳、知識把握不牢。在教學過程中，傳統教學手段單一，學生學習過程中不能及時復習課堂授課知識，易出現混淆概念、習得新知識忘記舊概念的不良循環，課后也無法有效復習課堂知識，也很難將抽象概念與實際應用相結合，因此對學生分析和解決問題的能力缺乏良好的訓練。

從考核方式看，水力學課程一般采用期末考試為主，平時成績為輔，兩者相結合的方式，其中平時成績為30%，期末考試成績為70%。這種考核方式偏重期末考試，對學生平時表現缺乏重視，在實施過程中存在諸多問題，學生為完成作業出現互相抄襲，缺乏獨立完成作業的能力。同時，對期末考試要求較高，不能過于重視知識點的記憶，考核形式缺乏綜合素質的考量。細究工程教育專業認證中的畢業要求的條件，反思目前水力學的課程的考核方式也亟待完善。

3 教學改革措施

隨著國際工程教育專業認證體系的推廣，在信息技術迅速發展、資源共享極其便捷條件下，如何有效發揮新技術、新平臺，設計新穎有趣的混合式教學模式，在傳統的土木工程專業中培養思維敏捷、眼界開闊的智慧型技術人才，也是改革的重要方向。針對“水力學”課程教學過程中存在的問題，本著以成果為導向、學生為中心、持續改進為背景的教育理念，打造適應新時代新工科技術人員為己任，本課程將從以下幾個方面進行探索和改進。

3.1 課程內容改革

水力學課程涉及諸多領域，涉及的內容多、范圍廣，針對不同專業的教學，內容上應有所區別和側重。結合土木工程專業特點，緊密圍繞本科畢業要求進行編排和修訂，對部分內容進行精簡。例如“量綱分析和流動相似原理”章節篇幅較長，至少需要4個學時的理論課，量綱分析更偏向是一種科學分析方法和研究手段，相似原理是原型試驗與測試之間的關系，這章節的內容與土木專業相關性不強，難度也不高，可設為自學內容。氣體伯努利方程、邊界層理論等與土木工程專業契合度低，難度大，教學大綱中可將該部分內容刪除。

流體力學也是一門古老的科學，隨著科技的發展和理論研究的推薦，水力學理論體系也越來越豐富，涉及的范圍越來越廣泛，并與其他學科融合和滲透，交叉處更多的方向。在教學內容上，將結合課本知識與相近學科熱點問題和現象，拓展知識點，以吸引學生學習知識的興趣，學生視野得到拓展，理論聯系實際的能力得到培養，并極大地提升學習積極性和創新能力。

3.2 教學手段改革

信息技術與互聯網在互相融合中迅速發展，新信息技術使得教育資源得到更廣闊的共享，教學也出現了多種形式。2020年，公共衛生事件突發，引發了全球對在線學習模式的探索，我國不同高校的教師們根據自己所授課程的特點和內容，在不同平臺開展了有針對性的線上線下教學?；诂F代教育特點，豐富教學模式、利用互聯網信息、共享新資源和便利學習方式，水力學的基本理論知識以課堂講授和網絡學習相結合，工程應用知識進行翻轉課堂的教學設計。

加強采用線上線下的教學模式的聯系，制作重點與難點的線上視頻，增加其他高校的優質教學視頻和素材，不單為學有余力的同學提供更多自學資源，也能為不同基礎的同學提供相應學習的資源，滿足多層次學生水平需求。學生通過網絡觀看，按時完成線上對應的學習任務，及時開展線下答疑交流。作為教學模式下的補充手段，學生根據課堂學習效果，重新調整學習時間，自主選擇線上學習內容，學習的決定權在學生。通過教學手段的改革，學生的自主學習能力、學習的主動性和積極性得到提高，也更好地提升教學效果和教學質量。

3.3 教學過程設計

水力學課程中，一個新概念往往不是孤立存在，而是一個系統組成，一個新概念往往是由多概念的支持。教學過程兩個中心，以目標為導向，以“學”“教”雙中心，逆向學習策略設計，正向教學實施為方針。

加強課堂教學效果，將自制視頻與國內知名院校名師教學視頻相融合，提前在學習平臺上發布課程學習相關的視頻和資料，學生預習并總結知識點和難點疑點，帶著問題上課。課堂上設計和組織翻轉課堂，如設置小測鞏固已學知識，根據學生預習中存在的問題設置互動，組織引導課堂討論，根據學習效果有針對性開展重點難點的講解，引入工程案例激發學生探索的熱情和解決問題的信心。

建立班級線上學習小組，學生可以在學習群隨時提問，學生可以參與討論，教師也可參與解答，及時解決學生學習問題，解決傳統課堂課后答疑受時間地點限制的問題，有效擴大教學時空。

表1 課程組成及比例

3.4 教學質量設計

課程準備階段，將水力學教學內容進行劃分，將課程大綱中的難點和重點整理，制作相關教學視頻，也可利用網絡優秀的開放教育資源，整合內容和難度適宜的教學視頻，重點突出概念的理解和實例，構建適合學生的學習資源庫。

對實驗環節進行改革，實驗中需要多名學生共同合作完成，設置不同的分工，承擔同樣的責任。實驗分組時，應結合實驗的難度分配人數，原則上保證每位學生均要動手參與實驗。實驗過程中，每位學生應進行合理規劃和分工，以保證每位學生都能積極參與。小組成員根據實驗要求，討論設計實驗的實施步驟，保證實驗參數測量參數準確，實驗操作規范，并詳細記錄數據，獨立思考并分析實驗數據。實驗教學應有規范的操作流程，數據真實可靠，有利于培養學生遵紀守法和誠實守信的品質，以及創新求真、勇于開拓的、協作互助的品質。

教學設計中，解決知識點分散的問題，增加知識與解決問題之間的關聯，避免學生缺乏學習興趣與動力的問題。教學引導的關鍵是對原理的靈活運用，通過深入分析問題，高運用原理解決問題，提升學生解決復雜工程的能力。

3.5 教學考核設計

調整教學形式，采用雙主體模式。教師不再唱獨角戲，激發學生在課程中的參與熱情，在教學全過程中提升學生綜合素質和能力，使得在每一個環節中的學習效果均得到客觀而全面的評價。課程改革中，過程性評價學習成果，將學習分成多個環節，課堂考勤、作業、課堂小測、實驗操作、課堂參與、任務環節和課程考試等7個部分。課堂參與環節包括課堂隨機提問、課堂紀律、專題討論三部分。課程的平時成績考核比例由30%調整為50%。任務環節包括課程中根據重點難點布置的任務，需要查閱文獻資料解決實際問題或者解答實際現象，并安排學生制作PPT在課堂中宣講，促進學生交流討論。期末成績在課程最終成績中的占比，將期末成績占比70%下調為50%，重點考查學習過程中解決問題的能力，而減少降低記憶性知識點的考核。課程考核結合線上線下教學內容進行適當調整，重新分配評價比例。

結合教學考核，在學習過程設置相應環節，學生每周均應該完成相應的課內作業和課外拓展練習。教學質量的衡量應以面向產出為核心，避免“內容為王”，而應該以學生為中心，對照目標，對產出證據鏈中的薄弱處進行分析并持續改進。

4 結語

課程教學改革是新時代教育體制改革的一部分，水力學作為專業基礎課程，既有上千年的沉淀積累，又與時代中不同產業相融合，發揮了它強大的知識支撐作用。面對新時代的機遇和未來的挑戰，水力學課程為培養新時代接班人在建設上展現新青年的擔當和作為，也凸顯水力學課程改革的必要性和堅決性。水力學課程持續改革是教育質量保障的手段，課程的教學模式改革，提高課程的生命力，課程的評價模式改革，賦予課程的創造力。通過不斷的教學探索，貫徹素質教育方針，以教學效果為目標，不斷激勵學生的創新力，培養學生工科思維力，培養具有挑戰精神的高素質人才?；诮虒W內容的教學方法和手段的多維度改革措施和嘗試，互聯聯網技術與課堂的深度融合，以水力學教學改革，助力工程教育專業認證。