新时代工程教育背景下的经典理论重塑

费朝阳　周勃　孙成才　吕洁　兰信颖

【摘要】流体力学既是基础学科，又是用途广泛的学科。在工程教育专业认证及建筑环境与能源应用工程专业毕业要求标准下，分析了流体力学课程教学过程存在的问题，提出了适应工程教育认证的课程教学设计。通过知识教学、能力培养和素质提高三结合的方式，打破呆板的课堂教学模式，探索提高学生对抽象概念和理论的掌握程度的方法。通过理论与实际衔接，研究如何提升学生对实践与应用方面的能力，对推动流体力学课程开展教学改革具有一定的参考价值。

【关键词】工程教学  知识教学  能力培养  素质提高

【基金项目】沈阳工业大学基于BIM技术的土建类专业实践教学的改革研究与实践;工业大学基于ABET认证的建筑环境与能源应用工程专业应用型人才培养模式的研究与实践。

【中图分类号】G424  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）07-0006-02

流体力学是建筑环境与能源应用工程专业的主干课程，是后续很多专业课的基础。传统的流体力学课程教学主要以教师讲授为主，学生被动地学习知识，而工程教育认证强调以学生为中心、以成果为导向、以持续改进机制为保障的理念[1-2]。在工程教育认证的背景下，教学过程必须重新审视课程定位和课程目标，调整教学思路，转变教师角色，改革教学模式，将知识教学、能力培养和素质提高相结合，达到毕业要求规定的学生毕业综合能力的培养[3-4]。本文主要结合沈阳工业大学建筑环境与能源应用工程专业的流体力学课程开展关于课程教学改革和课程质量持续改进措施的探讨，对促进流体力学课程教学与工程教育专业认证的衔接有一定的意义。

1.流体力学课程目标定位

流体力学是力学的一个独立分支，主要研究流体静止和运动的规律及其工程实际应用，是建筑环境与能源应用工程专业基础课之一。在知识教学上注重系统学习流体的力学性质、基本概念、基础理论，以及相关分析方法，并能应用理论知识解决流体平衡和运动的各种工程实际问题，为今后学习专业课程打下坚实的基础;在能力培养上注重培养学生分析和求解流体力学问题的能力，提高学生理论联系实际的独立思考能力，积极引导学生熟悉全产业链条，培养学生成为相关领域的工程技术、运营管理和科学研究的创新应用型专门人才;在素质培养上将思政元素融入课程，让学生热爱自己的专业，增强学生的历史使命感和社会责任感，通过教学设计培养学生终身学习的习惯，建设多元资源拓宽学生的视野，培育兼具创新精神、创新意识和创新能力的高素质人才。

2.课程教学中存在的影响课程目标达成的问题

2.1 课程理论性强且抽象导致学生课程目标难以达成

流体力学课程理论严密，描述流体运动的数学方程比较复杂、抽象，数学推导较多，需要学生具有较好的数学基础，因此很多学生对该课程的学习产生畏惧感，造成课堂上主要是老师讲、学生听、反馈少、效果差的教学过程，最终导致学生对基本原理掌握欠缺。

2.2 理论与实际衔接难使学生缺乏必要的实践训练

传统教学过程主要以课堂教学为主，学生对各种流体流动现象的理解仅存在于书本的公式以及课堂教师演示的动画、案例中，课程实验主要以演示、验证实验为主，欠缺对工程实际中流动现象的直观观察和理解，造成学生认知、理解和解决专业复杂工程问题的能力培养目标难以实现[5]。

传统的教学多注重知识的灌输，往往忽视专业素质的培养，造成很多学生的专业认知度低，专业荣誉感和使命感不强，如何将思政融入教学过程，提高学生的综合素质是教学中的难点。

3.基于工程教育认证标准的流体力学课程教学改革

依据中国工程教育专业认证协会制定的工程教育认证标准、建筑环境与能源应用工程专业培养目标和毕业要求，研究学生、专业、学科的时代特征，在教学中逐步渗透“能力重于知识”的教育理念，以培养学生主动学习和终身学习的习惯，提升学生综合素质，以理论联系实际为核心设计教学思路，培养学生的创新应用能力。

3.1课程教学思路

（1）由于流体力学课程中的很多概念十分抽象，很难直观地观测到，所以在教学设计上要注重增强感性认知，抽象概念转化具象化;（2）本课程中的许多公式都在专业课程中有实际应用，但应用条件不同导致公式出现的形式不同，不注意引导的话，很容易让学生误以为是不同的、新的知识点，因此教学设计要解决前后课程知识点衔接渠道不畅的问题;（3）本课程各章节的知识紧密相关，必须架构知识体系将分散的知识点串联成一条清晰逻辑主线，才能让学生学会“学习”，因而在讲授中应设计知识回顾的环节，将知识结构系统化;（4）根据我校的学生特点——知识的理解不够深入，即使当时能够理解，课后作业加深记忆，也无法帮助学生建立专业思维，因此，理论教学过程设计了学生了解相关工程案例，不仅仅是“眼睛看”，更应该是学生“自己做”的环节。

3.2 课堂教学实践

本文以流体力学课程第五章第一节：孔口自由出流1学时教学为例，简要介绍教学实施过程。

（1）课前交流。通过问卷调研分析了大学生的认知、个性、适应性维度学习心理，发现引导学生兴趣的有效途径就是增加师生互动交流。因此，在课前教师都与学生开展互动交流，评价老八校、高校排名、考研技巧等共同關心的话题，有意识地培养学生自主学习和终身学习的习惯。（2）开场白启发式设问。设问1：某品牌饭店上菜的等时沙漏为什么能够计时？沙子装在容器里的体积物理量为什么可以表征时间量？它们是依靠什么建立关联的？设问2：元代的铜壶滴漏是最早的计时工具之一，实际上与西方钟表相比并不精密，影响误差的主要因素有哪些呢？设问3：东西方的科学思想有什么不同之处呢？你认为目前西方科学的优势主要体现在哪些方面？东方的呢？如何融合？设问1，将理论知识与生活常识建立联系，适合学生的认知水平和习惯，引导学生的学习兴趣;设问2，引发学生的深刻思考，培养独立思考能力;设问3，引入人文素质教育理念，引发强烈思考动机，教学中注意营造一个宽松、自由、活跃、富有吸引力的人文环境，知识和素质协同培养。（3）课堂讲授，在本课程系统内建立第一次知识联接。本节的推导是从第三章能量方程展开的，那么讲授就从复习第三章能量方程开始。首先，两个方程的应用条件是不同的，通过讲解前后知识点的区别，让学生发现了知识迁移过程的变化根源;其次，强调教材的方程是在特定条件下才适用的，当条件发生变化后流量公式将随之发生变化，培养学生灵活运用知识解决实际问题的能力;最后，作用水头的概念是专业重点知识，通过理论推导后得到了计算公式，是传统的逻辑思维培养方式，更重要的是理解其物理意义提高学生的职业素质。讲授中突出这三个点，就能够帮助学生梳理课程系统，建立分散知识的联接节点，从而渗透系统化学习的方法，让学生学会学习。（4）案例分析，与实际工程建立第二次知识联接。教学设计1：教师打开教室里的一扇窗户，问学生：大家知道通过这扇窗户的空气量是多少吗？ 学生肯定不知道呀，也从来没想过这个问题，尽管第三步实际上已经给出了答案，但是学生的认知水平达不到。教师可利用好奇心开始案例计算教学，通过一个例题计算孔口出流的流量，然后引申为矩形窗口的气流流量计算，让学生建立理论与实际的联接点。

3.3 依托创新创业大赛等活动，增强实战能力

抽象的概念要通过具象设计来理解，因此课程组创新设计了流体力学试验台，依托一个省级大创项目改造了流体力学试验台，自行设计了12个流体力学实验项目，使实验变得有意义。同时依托校企合作平台，让学生在企业参与实际工程的管道设计计算，“知识”直接增值为“能力”。鼓励学生参加大创，加強创新能力的培养。所有的课外工作都是课程的有机组成部分，加快了从理论到工程实际的跨越速度。

3.4课后交流

“处乎无响，行乎无方。”授课教师利用课余时间主动与学生谈人生、说理想，教师如何能积极引导学生开阔视野，主动传递价值观和世界观，一个学期的时间是能够赋予我们的学生社会责任感、历史使命感的。教育就是一个灵魂唤醒另一个灵魂的过程。如2016年考研考入西安建筑科技大学的叶志成同学，读研期间和课程负责人常有交流，探讨科研工作心得。于是，课程负责人就利用他回沈阳期间为大二学生讲解考研的注意事项，交流考研心得，学生与学生的交流更为畅通，特别是让孩子们懂得了“师承”的内涵。

4.课程教学质量持续改进措施

贯彻学生为主体的教育理念，当代“无方”之大学生面临多方压力，不断探究适配的、科学的、有效的教学方法来帮助学生克服学习心理障碍，让枯燥的理论以实验、模拟、实习、讲座、工程设计等多样化的面貌呈现出来，培养学生热爱专业、有社会责任感的综合素质。

重视能力培养，从翻转课堂、网络资源建设、实验创新到校企合作，都是围绕着培养学生综合能力这一主题，不仅仅是运用灵活多变的教学方法，更注重的是创造一个课程体系来实现本科生从理论到实际的跨越，从本质上来讲，课程改革举措就是构建学生创新思维体系的保障。

通过校际校企合作，开放和共享优势平台和师生资源，邀请校企两个育人主体联合开展课程调研，共同完成课程建设目标的修订、评价和完善，课程组为企业提供智力支持，企业为高校扩充信息化教学资源，并通过校际合作建立师资互聘和跨学科人才培养的平台，从而实现课程体系和内容的优化。

5.教学评价与效果

在教学上对学生学业的评价除了课业完成所取得的分数外，更应根据建筑环境与能源应用工程专业多学科、重实践的特点，对学生在多方面、多层次完成的学业内容进行评价。如2018年包括流体力学在内的多门课程内容整合土木、能动、机械交叉学科优势资源，通过校企共建交叉融合专业，签署9家校企联合培养协议，参加实习的学生50多人次，完成实际工程项目实习5项，建筑能源大讲堂聘请知名专家为本科生讲课，已开班9课;把计算流体力学最新成果与虚拟仿真结合引入可视化教学，正确处理深入浅出的关系，学生改造的流体实验台为学生竞赛项目服务，并依托虚拟仿真实验室平台演示理论解析过程，丰富了课程素材库。

本课程的教学方法、手段、资源已逐步运用于本专业其他课程教学中，充分释放了学校资源使本科生有机会接触专家和行业，将流体力学的能量理论直接运用在管道设计中，实现了理论与实践的衔接，实现了“带着问题学习”的教学过程。学生对本课程的教学效果以及对任课教师的评价均很高，数名参与企业实习的学生得到了企业在能力方面的高度认可。

参考文献：

[1]张雪龄，金听祥，张琦，等.基于工程教育认证的流体力学课程的教学改革[J].科技视界，2019（13）：93，109-110.

[2]孙占朋，朱海荣.工程教育认证背景下“流体力学”课程教学改革[J].内燃机与配件，2019（22）：276-277.

[3]李恩田，赵会军，吕晓方，等.专业认证背景下的《流体力学》课程教学改革[J].开封教育学院学报，2019（8）：105-106，108.

[4]王昊，撒占友，王玉华，等.基于OBE理念的安全工程专业流体力学课程教学模式改革与实践[J].教育现代化，2019（32）：66-68.

[5]牛永红.建筑环境与能源应用工程专业课程实验教学探讨[J].科教文汇，2016，338（1）：49-50.

作者简介：

费朝阳（1978年-），男，沈阳工业大学建筑与土木工程学院讲师，博士，主要从事建筑环境与能源应用工程专业教学和建筑节能应用研究。