應用型人才培養視域下流體力學“五位一體”教學模式探索

田素梅 王成軍 王建明 劉愛虢

摘要文章以應用型人才培養為背景，在流體力學課程中提出“五位一體”的教學模式，包括層次化的課程目標、線上線下混合式的教學方式、具有專業偏向性的教學內容、涵蓋過程考核的評價體系和以科學觀培養為導向的思政融入等五個方面。教學效果顯示，新的教學模式可實現知識傳授、能力培養與科學觀引領相結合，有效提升學生自主學習和終身學習的能力。

關鍵詞 應用型人才；流體力學；五位一體

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.12.027

在“一帶一路”“中國制造2025”等重大強國戰略的引領下[1]，新型產業和現代工業對工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加快工程教育的改革創新，并逐步開啟工程教育專業認證模式。如此，傳統的重知識培養而輕能力塑造的人才培養模式將面臨巨大的挑戰，主要體現在如何通過四年的本科學習過程使學生擁有終身再學習能力。要實現這個目標，迫切需要構建“以學生為中心”“以能力培養為主線”“以產出為導向”的現代大學課程體系[2]。沈陽航空航天大學（以下簡稱“我校”）的本科辦學定位為培養高層次的應用型人才，該目標的實現需要將應用型人才培養理念融入各專業核心課程，讓學生深刻體會到“為什么而學”“學了之后有什么用，如何應用”，以此激發學生的學習興趣，并做到學以致用。

流體力學課程為我校第一批省級一流課程，是能源與動力工程和飛行器動力工程專業的基礎課程，也是后續課程包括空氣動力學、工程熱力學、傳熱學、葉片機原理、航空發動機原理、燃氣輪機原理等眾多專業課程重要的理論基礎。近年來，流體力學課程團隊以工程教育認證理念為引領，以應用型人才培養為目標，提出了“五位一體”人才培養模式，在課程目標、教學模式、教學內容、評價體系和思政融入等五個方面進行了教學改革，以培養學生的知識創新和應用創新能力。

1層次化的課程目標

在工程教育專業認證背景下，課程團隊梳理并優化了培養計劃中課程目標與支撐畢業要求指標點之間的關系，根據專業的特點和對畢業生的培養要求將流體力學的課程目標分為三個層次，分別為知識培養目標、能力培養目標和情感培養目標。其中，知識培養目標定位在能夠深入理解流體力學的基本概念和基本原理，能夠運用靜力學、一維流體運動學、管內流動相關理論求解一般流體力學問題，能夠應用伯努利方程、動量方程、動量矩方程、多維流動NS方程、相似原理與量綱分析等理論知識對專業相關的流體力學問題進行正確表述。能力培養目標是培養應用型人才的重要組成部分，通過流體力學課程的學習，學生能夠對飛機發動機、燃氣輪機、汽輪機等動力設備中的流體力學問題進行提煉，并能夠應用所學知識對其設計和運行中的問題進行分析和解釋。而情感培養目標則貫穿于課程始終，通過線上線下混合式教學方法實現學生自主學習能力的培養。

同時，構建課程目標達成度評價體系，用來評定學生是否掌握了本課程教學內容、教師教學方法是否得當、考試模式是否合理等。根據課程目標性質將評價過程區分為直接法和間接法。直接法以成績為核心，計算知識目標達成度。間接法則以學生個人主觀能動性為出發點，積累能力培養和情感培養的提升程度。例如，課堂表現、課前和課后的參與度，相互間的認知交流等。將通過直接法得到的知識目標達成度和情感目標提升度進行加權，得到總課程目標達成度。

2線上線下混合式教學方式

傳統課堂往往以教師講授為主，而學生要做的是聆聽、理解和記憶。這種教學模式的優勢在于教師與學生是面對面交流的，學生可以從老師的語言和動作中提煉重點，并適當輔以記錄，在上課過程中即可完成對重點內容的理解和記憶，適合重要理論知識內容和復雜推導過程的傳遞。然而，這種教學模式的弊端也是明顯的，在引新和互動時都會占用課堂時間，難以保證課堂效率，且學生也難以做到在長時間課堂教學過程中保持旺盛的精力，而由于注意力不集中所以沒聽懂的內容卻不再有復現的可能。

目前，“流體力學”課程已在雨課堂和學習通平臺上建設了完整的線上教學資源，這些線上教學資源基本涵蓋了大綱規定的所有教學內容。基于線上教學資源，課程在進行教學設計時可以采用線上線下混合式教學模式，將教學過程分為三個教學環節：學生自主學習環節、教師主導的線下課程教學環節和師生交流環節。第一個環節以學生為主體，學生可以利用線上資源從自己的認知結構、興趣愛好、主觀需求出發，理解、記憶并吸收感興趣的流體力學知識，之后完成自我評價和自我完善。第二個環節是以教師為主導的教學過程，包括課程內容分解、組織學習、過程演示、典型工程問題分析、總結與反饋等。師生交流環節則包括教師點撥、補充激勵和歸納總結等。這些線上教學資源與線下課堂一起，形成了一種線上線下混合式的教學模式，可以充分發揮學生的主觀能動性。

盧梭曾說過，教學必須讓我們學會做到，他會了的東西，不是你告訴了他，而是由于他自己的實踐和對問題的不斷理解[4]。在混合式教學模式下，針對流體力學課程的教學重點內容，采用循序漸進式教學方法和項目教學法[5]可以讓學生不斷加深對問題的理解。在教學預習階段采用循序漸進式教學方法是適宜的。教師針對教學內容準備一些典型的流體力學問題和現象，引導學生對將要學習的知識進行思考。比如在講伯努利原理之前，先引導學生對飛機升力問題進行分析，并布置預習任務（觀察學校停機坪上飛機的“空速管”，試闡述其作用和工作原理）。學生在預習的過程中會對知識產生多方面的理解，這些理解將在課堂教授和師生交流的過程中被證實或是被否定。在這個認知―理解―否定―再理解的過程中，學生完成了對知識點的理解和解決工程問題能力的提升。在教學任務完成階段，可以采用項目教學法，教學班學生分組學習，充分利用國家級教學實踐基地的資源，鼓勵學生去探索、發現專業相關領域的流體力學問題，通過查閱資料、小組討論的方式分析問題并最終形成學習報告。對于項目學習完成出色的同學，任課教師可以鼓勵學生參加校級、省級甚至國家級的相關創新大賽，以賽促教。這不僅能激發學生的學習興趣，還能開發學生的創新思維。在指導學生參賽的過程中，適當引導學生學習計算流體力學知識，對自己設計的模型進行數值模擬以輔助設計過程，在創新的過程中形成終身學習能力。

3具有專業特色的教學內容

流體力學課程使用的教材是孔瓏主編的《工程流體力學》[6]，主要面向能源動力類、機械類專業以及建筑環境與設備工程、給水排水工程、油氣儲運工程、船舶與海洋工程、安全工程等專業。在內容上多數例題具有工程普適性，與飛行器動力工程專業和能源與動力工程專業相關的流體力學問題涉及得較少。

為培養學生的專業素養、拓寬行業視野，課程內容需注重與專業方向相結合，流體力學課程團隊以航空航天知識為背景，在教學過程中適當融入航空發動機相關專業知識，增加專業特色教學內容。例如，為飛行器動力工程專業的學生增加了航空發動機的進氣道中氣體流動、燃油噴嘴的旋流噴射、燃燒室中復雜湍流流動、尾噴管中的高溫高壓氣體流動等問題。而當教學對象為能源與動力專業的學生時，增添了液壓機械的工作原理，離心泵和風力發電機的工作模式，讓學生嘗試將水力發電的實際工程問題簡化成實驗模型和數值模擬模型。增添的專業相關知識點可以作為線上學習內容和練習項目，在不增加課堂講授課時的基礎上，培養學生的創新思維能力。

4包含過程考核的評價體系

課程考核是檢驗課程教學質量的關鍵手段，傳統考試以試卷成績作為主要的考核標準，在一定程度上忽略了學生的學習過程。在新形勢下，教育部印發《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》，強調“要切實加強學習過程考核，加大過程性考核成績在課程總成績中的比重”[7]。經過幾年的教學實踐，流體力學課程在傳統考核標準基礎上增添了過程考核體系。過程考核范圍涵蓋了學生的出勤情況、課堂表現、課堂討論參與度、課后調研能力以及翻轉課堂表現能力和實驗能力等，目的是引導學生主動參與，提升興趣，避免出現為了應付考試而死記硬背、臨時突擊的情況。在教學過程中借助互聯網手段（雨課堂、慕課堂等）實現隨課小測驗、單元測驗、互動討論以及學情調研。教學過程的數據分析可以有效展示學生的學習狀態和知識掌握程度，課程目標的達成度分析可以反映出教學過程中存在的不足，教師與學生的多維度互動可以不斷地改進和完善教學過程。

5以科學觀培養為導向的思政融入

結合我校高水平應用型大學的辦學定位，在培養學生專業技能的同時，流體力學課程也注重培養學生樹立正確的科學觀。一方面可以培養學生優秀的學習習慣和行為方式，幫助其樹立辯證唯物主義世界觀和嚴謹的科學態度，理解自然科學所蘊含的哲學思想，另一方面可以培養學生分析問題、解決問題的能力以及終身學習的能力。

由于改革后的流體力學課程針對不同專業學生制訂了具有偏向性的教學內容，可以方便且合理地融入課程思政元素，實現育人與育才的雙育人模式。在培養學生科學觀的實施過程中，首先要讓學生清晰了解流體力學的發展史線，提煉并掌握科學研究方法。在緒論階段，要讓學生明確所學課程在自然科學發展史上所處的地位，所學知識在力學體系內所處的階段。隨著教學內容的逐步展開，可以在知識點講授過程中穿插對流體力學有貢獻的科學家生平史話的介紹，可以讓學生清晰明了流體力學發展的歷史脈絡，以宏大的視角和包容且寬廣的胸懷擁抱科學。其次，要融合工程實例和前沿課題，樹立求真務實的科學精神。流體力學課程作為專業核心課程，對學生畢業后再學習能力的培養具有重要意義，所扮演的角色也多姿多彩，可以體現出科學與工程深度融合的特質，在教學過程中可以充分利用。實踐表明，基于流體力學知識點所延伸出來的工程實例和科學前沿，多數學生是感興趣的，對提升學生探索科學技術的勇氣和培養其求真務實的科學精神具有重要意義。再者，流體力學課程立足開放考核和工程牽引，培育了學生的科學素養和家國情懷。非標準答案的過程考核鼓勵學生們主動結合歷史時事，發現身邊與流體力學相關的問題，例如神舟十五號發射過程中發動機推力的形成等，讓學生思考其中蘊含的科學思想與政治內涵。同時，在流體力學授課過程中，拓展了教學內容的深度和廣度，將流體力學與我國航空航天工程、橋梁工程、探月工程等體現我國綜合國力的重大工程相融合，培養學生樹立正確的科學觀，為畢業后的職業發展奠定堅實基礎。

6結論

流體力學課程團隊在應用型人才培養視域下提出的“五位一體”教學模式，實現了線下課程理論深度和線上課程拓展寬度的“點面結合”，學生反饋良好。過程性考核的學習過程數據和考核數據顯示，學生的課堂參與度和知識掌握程度得到有效提升，學生對流體力學相關問題表現出濃厚興趣，對流體力學相關的競賽參與度較高。在提高學生的課堂參與度和積極性的同時，有效提升學生自主學習和終身學習能力，提高了學生勇于探索的創新精神和善于解決復雜工程問題的實踐能力。并且教學過程中流體力學發展史、科技前沿和大國工程的融入，可幫助學生提高創新思維能力并樹立正確的科學觀。

基金項目：沈陽航空航天大學教改項目“基于工程教育認證理念的《流體力學》課程構建”（2022）；遼寧省線上線下混合式一流課程建設項目。

參考文獻

[1]潘海軍，江鵬，王知鷙.中國制造2025視域下地方高校“智能材料”課程人才培養模式探究[J].黑龍江教育（理論與實踐），2022（12）： 29-91.

[2]張雪齡，金聽祥，張琦，等.基于工程教育認證的流體力學課程的教學改革[J].科技視界，2019（13）：109-110，93.

[3]王芳，劉中秋，譚建鵬，等.以學生為中心的工程流體力學課程體系改革和構建[J].力學與實踐，2022，44（3）：700-705.

[4]項麗靜.高校教學中教師與學生和諧關系的培養[J].繼續教育研究，2011（3）：97-98.

[5]張曉豐，祝娜，柳泉，等.以能力培養為導向的計算機課程“線上+線下”混合式教學改革[J].計算機教育，2022（7）：137-140，145.

[6]孔瓏.工程流體力學[M].北京：高等教育出版社，2011.

[7]張興玉，朱瑤麗.本科課程過程性考核實施與探索[J].創新創業理論研究與實踐，2022，5（9）：24-26，48.