工程技術類課程專創融合教學改革與實踐：以“流體力學與設備”為例＊

段廣彬，劉宗明，趙蔚琳，姜媛媛，許瀟雨

（濟南大學材料科學與工程學院，山東 濟南 250022）

在國家大力提倡大眾創業、萬眾創新的大背景下，在現行高等教育體系中，探索基于產教融合、專創融合培養模式已成為應用型本科院校重點培養的方向與提升途徑[1]。教育部出臺《關于大力推進高等學校創新創業教育和大學生自主創業工作的意見》指出，在高等學校開展創新創業教育，是落實以創業帶動就業、促進高校畢業生充分就業的措施。工程技術類專業的專業基礎課與專業課是專創融合的重要載體，而其培育的重點要放在大學生的創新意識、創業能力與家國情懷等方面[2]。專業課程尤其是工程技術類課程需要重點關注創新創業教育的融合，探索如何將專業知識點融入到工程實踐的創新創業之中，以很好地將基礎理論知識推至市場，轉化為為行業企業和社會服務的關鍵[3]。現行課程教學體系、課程設置、教學方法等與專創融合相去甚遠，需要對它們進行重新優化和改革，以達到培養學生專創意識的目的[4]。論文以工程技術類高等學校的“流體力學與設備”課程為例，介紹基于專創融合的課程改革的方案，以期為相關專業課程改革提供依據。

“流體力學與設備”是材料科學與工程、能源與動力工程、土木建筑工程、水資源工程、冶金工程等工程技術類專業的重要專業基礎課與必修課。課程主要是讓學生通過學習流體力學的基本概念、基本理論與基本原理，培養學生利用流體的理論知識解決實際工程問題的能力，進一步掌握流體設備的基本結構、工作原理及其在各個行業中的應用，同時培養學生的應用所學知識解決工程實際難題、創新能力及研發能力，為今后的技術革新、新產品及相關測試設備的開發打下基礎。

1 “流體力學與設備”課程教學現狀

1.1 課程內容設置理論性偏強，實踐性偏弱

與工程技術類專業課程一樣，“流體力學與設備”涉及到大量的理論公式的推導，可以說是與數學結合最為緊密的課程之一，其中的續性方程、歐拉運動方程、N-S 方程、伯努利能量方程等，要求學生具有較強的高等數學功底。課程中各類型的知識點零散且繁多，知識點聯系性偏弱，這就導致課程內容非常枯燥，單純地學習流體的基本知識與性能，如果不加以與實際相結合，就很難引起學生的學習興趣，同時學生對基本的定義、理論理解起來困難，學習效果較差。在課程設置方面，工程技術類專業課程一般開設在大三的上、下學期，大量的課程集中壓縮至這2 個學期，這就導致這2 個學期需要修的門數較多，學生很難對一理論性偏強的課程產生較濃興趣。

1.2 課程教學方法單一，學生興趣不足

目前，“流體力學與設備”課程教學以課堂教學為主，教師講，學生聽。但由于現今學生獲取信息的手段豐富多樣，關注點新且注意力集中時間短，學生課上與課下更多關注抖音、快手、嗶哩嗶哩等短視頻，在取得快速娛樂的同時獲取相關信息。而工程技術類專業傳統的教學方法是以黑板板書、簡單的PPT 設置為主，其形式及內容相對單一，缺乏對知識點的重新認知，課堂表現形式更新迭代速度慢，導致了現今工科專業課程已經不能很好地吸引學生的注意力，學生學習課程的興趣明顯不足。

1.3 創新創業意識與專業融合不足

專創融合經過幾年的普及已經被廣大工程技術專業的師生所接受，但將創新創業的知識點與專業知識點融合在一起的工作現在距離國家對高校的要求還遠遠不夠。

“流體力學與設備”課程是與工程技術實踐結合最為緊密的課程之一。課程知識在工農業生產、日常生活、科學研究等均應用廣泛，且知識點日新月異，進展迅速，大量新的教學案例、研究方法等層出不窮，如果不能將新的知識點與技術輸送給學生，就會造成學生所學知識與工程技術實踐脫節嚴重，培養出來的人才不能很好地適應現今社會尤其是行業的發展。因此，如何有效解決創新實踐與工程實踐專業融合的問題成為重要的研究方向。

2 “流體力學與設備”課程改革措施

2.1 重組課程內容，融入專創思想

針對目前工業社會對行業發展的多元化需求，結合課程的內容設置，將課程現有知識點進行模塊化處理，建立認知遞次增加的知識模塊，同時無痕融入課程思政內容與專創思維，形成以OBE 理念的課程內容設計，以成果導向及專業創新創業元素融合為引導，進而優化課程內容。具體做法是根據OBE 理念，從知識、能力和育人目標重構內容[3]。學生在知識層面需要重點掌握流體的力學定義與性能、流體靜止與流動、流體阻力、流體機械等方面的基本知識與基本理論，學會基本理論公式的推導，掌握每個流體基本定律的應用條件。在此基礎上，對流體設備進行基本參數的認知與把握，可以利用學過的知識進行參數的調節及檢修。在重組課程內容的同時，還需要注重各章節知識體系的銜接及內在邏輯性，幫助學生形成流體性質與分類—流體靜力學—流體動力學—流體阻力—相似理論—流體設備這條知識主線的設置，同時在每一個知識體系中還要給學生養成學習基本知識點—學會基本理論點—掌握基本應用點—熟練應用知識點的邏輯性思維。在這2 個邏輯點實施過程中，實現知識點與應用的融合。同時，在教學中增加節能環保、設計開發、民族自豪感等內容來培養學生創新創業及科學的思維方法，同時塑造學生為國為民的愛國主義情懷。

2.2 豐富知識與專創融合內容，優化教學方法

現行工程實踐類課程教學內容理論性偏強，這需要教師針對學生的知識架構與認識特點有針對性地設計知識與內容，建立知識與專創內容融合的案例庫，同時根據不同的教學內容探索不同的教學方法，提升學生求知欲與教學效果。

首先，在大學生慕課網、超星學習通等學習平臺選取與專創融合相關的線上視頻或資源發布給學生進行預習或復習，根據固定的知識模塊內容，結合工程技術實例給定相應的工程能力測驗題，讓學生根據所學知識點進行創新思路的設計與工作，并付諸實施，達到鍛煉學生動手能力、培養學生創新意識的目的。例如，在介紹虹吸現象時，首先讓學生通過伯努利方程對虹吸管的基本構造、工作原理進行深入了解，在此基礎上，通過分組進行專項實驗設計，確定設計管道內徑的大小、直管長度、彎管形狀及個數，完成一個魚缸抽水的虹吸體系，進一步激發學生設計開發相關類似設備的興趣，培養學生的創新創業意識。

其次，在實際工程實踐課程實施過程中，采用項目驅動教學方法，結合教師的科研課題或者行業發展前沿，將現有的科學技術難題、企業實際問題、工程實踐作為案例進行研討與實施，從理論思想到實驗設計到歸納總結，提高學生的總結知識點、理論聯系實際、團隊意識及創新意識。比如，通過講解皮托管的工作原理，結合伯努利方程的應用條件，結合流體實踐中流體速度、壓力測量的原理，讓同學們進行獨立設計、思考，完成簡單的流速、壓力等參數的測試工具設計與制作。

再次，在每一次課程結束后，給學生布置工程案例或者科研項目課題，引導學生通過查閱大量文獻，了解行業發展最新進展及所面臨的問題，提高學生的學習興趣與創新思維。比如通過引入水切割的工作原理，讓學生深入了解流體與固體壁面作用力的問題，同時，也能夠使學生了解到如果流體速度過高，極易在流動過程中導致液體流動的空化現象。目前這類現象已經在實際過程中得到了廣泛應用，引導學生通過查閱文獻等手段，了解空化現象在核潛艇打擊過程中的應用及在震蕩、清洗污染物中的應用與發展趨勢；結合課程內容設置，引導學生掌握空化現象在流體機械中產生的機理，進而引出汽蝕現象，通過工程技術實際案例說明其對大型船舶設備螺旋槳的損害，引導學生得出預防措施，鍛煉學生的敢于面對科學技術難題、勇于創新的精神。

最后，鼓勵學生通過參加大學生挑戰杯創新創業大賽，結合自己所學知識進行創業訓練。例如，以流體力學中的測試設備文丘里流量計為例，從基本理論講起，使學生了解其基本結構、工作性能，進而在此基礎上鼓勵學生查閱文獻或專利，啟發他們進行自主思考與探究，充分發揮他們的主觀能動性與自主性，擴大學生對課程的專業認知與視野。

在教學方法方面，采用線上+線下教學相結合方法。線上教學方面主要為學生提供基本基礎知識的學習，增加虛擬仿真的部分內容，通過CFD 技術將虛擬的流體力學問題采用喜聞樂見的形式表現出來，使復雜的流體力學難題形象化。同時將更多的工程技術類問題研討、學習時間留給線下教學。線下教學中采用討論法、項目驅動法、問題導向法等方式，通過設置興趣小組最大限度地提高學生的參與度，提高他們的學習興趣及學習效果。注重理論知識與實踐教學的相互融合，將知識點模塊化后根據實際內容設計專題實驗。例如，在流體性質中設置流體粘性的測試，要求學生根據牛頓內摩擦實驗進行方案設計；在流體靜力學模塊，根據等壓面的原理要求學生設計出正壓與負壓大小的測定以及未知流體密度的測試實驗；在流體的動力學部分，根據畢托管工作原理設計管道內流速的測試儀器；在流體的阻力部分，設計漸縮管、漸擴管及彎管的阻力損失測試；在流體相似理論部分，要求學生查閱文獻設計火箭模型；在流體設備方面，要求學生設計一整套風機性能測試系統等。這些實踐內容可有效鍛煉學生的動手能力、思考能力與創新理念。

2.3 開設課外創新創業活動平臺

整合校院兩級的實驗實踐資源，建成創新創業活動平臺。充分利用現有設置的流體粘性測試平臺、流體靜力學平臺、流體流動平臺、雷諾測試平臺、沿程阻力與局部阻力測試平臺、大型風機測試平臺等鍛煉學生設計實驗、引導實驗及創造實驗的能力；通過設置實驗超市的形式，讓學生根據所學知識自主組裝實驗臺與實驗測試設備，設計實驗步驟，鍛煉學生的協同合作、勇于創新的能力及思維。利用認識實習、生產實習、畢業實習機會，讓更多學生走進工程、走進企業，認知流體力學現象，了解流體設備的工作狀況，進而為創新創業打下基礎，比如，通過在水泥生產企業的實習，讓學生走近流體設備，關注設備的運行參數及運行機理，再通過中控室內運行過程及一體化建設的認知，了解現有成套系統的運行規則，厚植學生們的大局觀、創新意識。建設校企合作創新創業平臺，在此平臺上通過學科競賽、挑戰杯、大學生科技訓練計劃、創新實驗室、夏令營活動等鍛煉學生的創新創業能力。結合課程單元知識點建立基于工程技術方案的復合型專創融合課程案例庫，充分利用現有數字化、網絡化資源，搭建流體力學與設備的仿真實驗室，實現課程基礎知識與工程實踐的結合。

2.4 改變考核方式

修正原有期末考試作為終結性考核的傳統方法，采用過程化考核與終結性考核相結合的模式。加大過程化考核在最終成績評定時的比例，同時著力建成過程化考核與評價體系，根據不同知識點有針對性地設計考核指標。在具體實施過程中，過程化考核主要包含學習過程表現及學習效果表現。學習過程表現可以分為出勤情況、討論表現情況、線上學習情況、課下查閱文獻、大論文書寫、實驗實踐過程中組織協作情況、實驗實踐交流情況等，學習效果評價包括課堂測試、課下作業、讀書報告完成、實驗實踐成品等方面。過程化考核要注重創新創業能力及素養方面的考核，并且根據考核指標得出的結論，有針對性地提出反饋及改進措施，進一步提升學生素養。比如在流體粘度測試方面，在完成牛頓內摩擦實驗基本知識的學習后，鼓勵學生利用該原理進行實驗設計，由牛頓第三運動定律聯想到力矩，再根據力矩的測試想到旋轉的形式，進而讓學生設計開發出類似布氏粘度計的設備，完成對學生創新創業的設計與考核，根據學生在完成任務過程中的表現與最終產品給定過程化考核的分數。

在終結性考核方面，仍以最終的考試試卷為基礎，在內容方面減少絕對基礎理論及知識的考核，刪除大量的公式推導，同時大大增加開放性課題或與工程實踐緊密結合的行業問題，并在其中融入創新創業、素質培養的等因素。這樣通過OBE 閉環反饋機制可進一步激發學生求知欲，助力提高學生的創新創業能力，比如在流體動力學考核方面，修正原有直接考核伯努利方程公式的做法，采用水塔供水的工程實例進行考核，這樣既可以考核基礎知識，又能增加對流體設備方面的認知，達到知識和能力共同考核的目標。

3 結束語

本文基于國家與社會對大學生綜合素質的需求，針對現有工程技術類課程專業知識與創新創業融合不足的現狀，以“流體力學與設備”課程為例，從教學內容、教學方法、平臺建設及考核方式等方面論述了專業教育與雙創教育融合方案，以期實現二者取長補短，使學生既掌握基礎知識，又具有學生創新創業思維，走入社會后能夠成為具有扎實基本功、廣闊視野和能敏銳把握機會的工程人才。同時，通過本研究的實施，也可為在校學生打造創新創業平臺、提高專創融合機制進而提升培養高校人才水平提供依據。