OBE 理念下融合課程思政的“工程流體力學”課程教學改革

周甲偉，許蘭貴，鄭淑娟

（華北水利水電大學，河南 鄭州 450045）

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展，迫切需要工科教育進行改革創新，促使以產出為導向的工程教育理念成為各工科專業教學改革的主要方向和依據[1]。同時，在堅持全員、全過程、全方位育人的時代需求下，強調培養學生解決復雜工程問題能力與立德樹人并舉，打破以往以知識傳授為主的工科教育思維模式，形成基于專業能力培養和社會主義核心價值觀培育及實踐的協同育人模式[2]。因此，基于OBE 思想，以學生能力培養為主線，側重形成性評價和持續改進的教育理念是新工科教育發展的必然趨勢。

“工程流體力學”作為一門重要的機械工程專業基礎課，是研究流體機械運動規律及其工程應用的一門學科，在學生能力培養和知識結構體系中起著“承上啟下”的作用，具有知識點多、理論性強、抽象性高等特點[3]。在當前立德樹人和OBE 的培養理念下，傳統的以“教師講授、內容為本”的教學模式已不能滿足當前全方位人才培養的需要。

針對上述情況，學者對“工程流體力學”課程的教學理念、內容、方法等開展了一系列探索和改革。聶欣等以“工程流體力學”課程為例，探索將哲學應用于專業課程教學的通用方法，將辯證唯物主義思想系統融通應用于高校專業理論課程教學。[4]錢劍安等提出在溝通的基礎上，多種平臺結合開展線上線下混合的“工程流體力學”教學，同時通過多種手段融合、多學科交叉進行案例教學設計以提高教學質量。[5]南軍虎等針對流體力學內容艱澀、理論性和邏輯性強等特點，提出將課程思政貫穿教學始終，樹立學生的學習自信，構建流體力學的基礎知識模塊，夯實學生的理論基礎，挖掘專業領域和學科前沿中的流體力學特色教學案例，打造學生的專業核心能力，將現代信息技術與教學深度融合，提升學生的課堂參與度和獲得感。[6]王亮等針對“工程流體力學”課程的教學特點，提出了“理論推演—實驗研究—數值模擬—互動式案例”的教學模式。[7]蘭景巖等分析當前少學時“工程流體力學”存在的不足，引入研究型、互動式的教學模式，重視理論聯系實際，總結生活中的流體力學現象教學改革措施，利用板書、多媒體技術、網絡輔助教學相結合的教學手段進行優化。[8]還有學者對項目式教學和CDIO（Conceive- Design-Implement- Operate）工程教育模式等展開研究，均為“工程流體力學”課程的教學模式、方法和評價的改革與實踐提供了借鑒。[9-10]然而，大多數機械專業“工程流體力學”課程教學過程仍存在以下問題：（1）課程教學過程仍以教師為中心，未能有效契合以學生為中心的理念。（2）課程教學設計仍以內容為目標，未體現學生能力培養的課程目標頂層設計。（3）課程考核手段以結果評價為主，忽視可衡量、可執行的形成性課程評價體系。（4）缺乏與時俱進的持續改進理念，改進措施用于學生培養的可執行性不足。（5）課程思政與課程內容割裂、形式機械，不能全程滲透德育教育。

因此，亟需融合OBE 工程教育理念，對機械專業“工程流體力學”課程開展教學研究和改革，形成以學生為中心、學生能力培養為主線、側重形成性評價和持續改進的人才培養理念和模式，全過程滲透式融入德育教育，發揮基礎課程作為能力培養和知識結構體系中起著“承上啟下”的關鍵作用，調動學生學習興趣和主動性，激發愛國主義熱情，有效保證課程目標、畢業要求達成，支撐培養目標實現。

一、課程教學改革的實施方案

（一）教學改革思路

一是貫徹立德樹人和以學生為中心的教育理念，由知識灌輸向能力養成和教書育人轉變。二是進行目標產生為導向的教學設計手段設計，基于培養目標、畢業要求進行課程目標科學分解并形成有效支撐。三是設計科學可衡量、可評價的形成性評價體系，實施多元的形成性考核評價，將課程教學與創新創業項目相結合。四是構建具有時代特征的持續改進機制，全環節持續改進能有效用于學生培養，改進過程融入與時俱進的教學手段和課程思政內涵。

（二）具體實施方案

1.根據教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》和河南省教育廳《關于推進本科高校課程思政建設的指導意見》，定期組織項目組教師參加教育教學研究與改革、新工科人才培養模式改革與專業建設、實踐教學改革與大學生創新創業能力培養、專業課程思政內涵建設、專業認證等相關研修培訓，開展項目組教師調研、宣講、座談討論等活動，內化立德樹人和以學生為中心的教學理念，實現由知識灌輸向學生能力養成和教書育人培養理念的轉變。

2.依據《華北水利水電大學基于OBE 的專業質量監控與持續改進實施辦法》和《機械學院專業人才培養質量評價實施細則》，以目標產生為導向，充分理解課程對畢業要求和培養目標的支撐內涵，利用文獻調查統計和頭腦風暴方法設計課程教學過程，理解“工程流體力學”課程對工程知識、問題分析和研究3 個畢業要求指標點的有效支撐，定期向行業企業專家咨詢課程內容及考核設置的合理性和先進性，確保以目標產生為導向的教學設計手段設計合理，課程目標分解科學，對畢業要求和培養目標支撐較有效，詳見表1。

3.采用定性評價和定量評價相結合的可衡量、可評價的形成性評價體系，科學設置問卷調查內容，確保定性評價準確，評價結果可用于達成性分析；構建課堂考核、實驗考核、結課考試考核和綜合大作業考核的多元形成性評價方法（見表2）；將課程考核與工程實踐和生活現象相結合，采用“現象—問題—知識—設計—創新—能力”六環相扣的開放性綜合大作業考核，使課程學習與教師科研項目、學生創新創業項目相結合（見圖1），確保形成性評價科學可衡量。

圖1 以特斯拉閥為例的六環相扣開放性綜合大作業

表2 各考核環節定量評價構成

4.從流體力學發展史和科學家故事培養學生家國情懷，闡述流體力學研究方法和策略，培養學生辯證法思想，解釋工程案例中的流體力學內涵，培養學生工匠精神，將課程思政實施與專業知識教學緊密聯系，達到隱形思政與顯性思政協同構建全課程育人格局，通過個例和統計對比、問卷調查、達成評價分析學生能力培養狀態，為持續改進措施提供依據，構建具有時代特征的持續改進機制，改進過程融入與時俱進的教學手段和課程思政內涵。

二、課程思政設計

（一）厚植愛國主義，培養民族自信

基于“工程流體力學”發展史，介紹古今中外工程流體力學及應用的案例和研究成果，如公元前300 年，李冰父子修建的都江堰水利工程，科學地解決了江水自動分流、自動排沙、控制進水流量等問題，充分發揮水體自調、避高就下、彎道環流特性，變水害為水利。又如近代著名的空氣動力學家錢學森，沖破重重阻撓回國，推進中國兩彈一星的研發，為中國幾十年的和平發展創造了前提。這些能激發學生的民族自豪感和使命感，點燃學生為中華之崛起而讀書的雄心壯志。

（二）傳承辯證思想，培養科學精神

從流體運動的歐拉描述和拉格朗日描述到量綱分析法，從流體系統于控制體的關聯和三大方程的微分描述和積分描述，無處不滲透自然辯證法的學術思想。如量綱分析法和相似理論作為指導實驗設計的理論基礎，將物理量之間復雜函數關系式轉換成無量綱量關系式，避開物理量大小及單位的羈絆，從本源上反映物理現象、物理過程在一定條件下必然發生、發展和變化的規律，反映了物理量之間的內在本質聯系。同時，相似原理中針對不同流動過程中的主導因素，基于相似原則進行試驗設計，滲透著“抓住主要矛盾，解決關鍵問題”的自然辯證法思維。

（三）滲透課程德育，提升道德修養

自上古時期中國的大禹治水，公元前3、4 世紀的都江堰和古羅馬供水系統，到近現代流體力學伯努利、歐拉、拉格朗日、普朗特、馮卡門，以及中國的錢學森、郭永懷、陸士嘉等流體力學專家，通過對流體力學發展史及我國偉大的流體力學家攻堅克難解決重大國家工程項目和科研事跡，闡明創新精神、求真務實、精益求精之科學素養。通過介紹塔科馬海峽大橋坍塌、虎門大橋抖動等重大事件，促進學生職業素養和科學世界觀以及科學嚴謹的工程倫理道德養成。

三、教學改革創新之處

本文基于OBE 理念，從培養理念、課程教學設計、形成性評價體系和與時俱進持續改進四方面進行機械工程基礎課程教學改革研究。具有以下創新。

1.針對當前立德樹人和以學生為中心的教育教學理念難以內化問題，結合以教師為中心的人才培養模式與新時代人才培養需求內涵不符現狀，開展基于OBE 理念的機械專業工程基礎課程教學理念改革。

2.針對傳統以知識灌輸和課程內容為目標，忽視課程之于課程體系和培養目標的支撐作用問題，以目標產出為導向，充分理解課程對畢業要求和培養目標的支撐內涵，進行先進可行的教學手段設計，課程目標分解科學合理，對畢業要求和培養目標支撐有效。

3.針對課程考核以結果評價為主的現狀，實施“現象—問題—知識—設計—創新—能力”六環相扣課程教學設計和考核方法，加大課程學習與教師科研項目、學生創新創業項目結合，構建評價科學可衡量的課程目標達成度評價。

4.針對持續改進措施空洞陳舊、效果評價不清晰、缺乏時代內涵問題，通過個例和統計對比、問卷調查、達成評價分析學生能力培養狀態，持續跟蹤改進措施與效果的先進性和科學性，全過程滲透課程思政，構建動態化的持續改進機制。

四、課程改革實施效果及總結

1.通過課程改革的研究和實施，課程教學理念更加先進，教師課程教學設計科學合理，課程形成性評價可衡量，持續改進措施可有效，學生解決復雜工程問題能力顯著提升，學生對課程的評價和自我評價良好。

2.將以“工程流體力學”課程為試點，并向“熱工基礎”“機械工程材料”“現代設計理論及方法”等其他課程推廣，構建科學先進的機械專業工程基礎課程教學體系。

3.課程改革成果將向全校和社會公開，僅華北水利水電大學機械工程專業每年受益的學生約200 人，并可為其他開設“工程流體力學”課程的水利、電力等專業超過1 000 人學生提供借鑒。