农业工程类专业流体力学线上线下混合教学模式的研究与探讨

马晓然 潘晓慧 岳建芝 党钾涛

（河南农业大学机电工程学院生物质河南省协同创新中心，河南 郑州450002）

流体力学是研究流体在不同作用力下相互作用行为及其在各个领域的应用科学，是农业建筑环境与能源工程、新能源科学与工程、能源与动力工程、机械类等专业的基础课，具有较强的理论性和逻辑性，同时又有鲜明的工程实践性。随着现代农业工程学科的发展，流体力学的应用已经深入融合至农业工程类专业，如农业机械、农业水土工程、农业建筑环境与能源工程等相关方向的各个具体领域，并在基础理论、工程设计、实验研究等方面发挥着重要作用。

在“互联网+”时代，以MOOC为代表的在线学习方式，极大促进了高等教育手段的改革与创新，随着信息技术与教育教学的融合，网络已逐步深入教学的各个环节，并起到越来越重要的作用。然而，在线学习虽然具有丰富的课程资源、便捷的交流、友好的互动等优势，却不能完全替代教师的课堂教学，一门课程缺乏了教师的深度参与，学习效果并不像预期那么理想。如何充分体现在线学习的主动性，同时充分发挥教师的引导、启发、监控教学过程的作用，将传统学习方式的优势和在线学习的优势结合起来的线上线下混合教学模式已成为教育教学研究中的热点问题。

本文根据流体力学课程的特点，以基础课程教学基本要求为依据，在课程中采用传统课堂与在线学习融合的混合教学模式，将传统教学方式和网络教学的优势结合起来，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生在学习过程中的主动性、积极性与创造性。

1 农业工程类专业流体力学课程教学存在的问题

在目前的课程教学过程中，以河南农业大学农业建筑环境与能源工程专业的专业基础课程——流体力学为例，在流体力学教授的过程中主要有以下三个方面的问题。

第一，课程学时少，要求高，完全依靠教师课堂讲授已不能达到理想的教学效果。本课程总学时32个，包括28个学时的理论教学和4个学时的实验教学。一方面，学生缺乏学习的主动性，在学习过程中囫囵吞枣，不求甚解、会看不会用、会算不会调的现象比较普遍；另一方面，针对农业院校学生来讲，数学基础差、知识体系系统性弱，学生很难理解与掌握流体力学中的重点和难点知识，如静力学中液体的相对平衡、欧拉和拉格朗日法的区别、微分及积分形式的守恒方程等。所以导致学习效果不理想，期末考试挂科率较高。

第二，针对农林院校农业工程类专业流体力学课程网络教学资源少，可提供给学生进行课外补充学习的资源不足，不能满足学生进行深入学习的需求。目前在比较著名的开放课程平台上，如爱课程、学堂在线、好大学在线等，流体力学教学资源虽然不算少，比如大连理工大学和西安交通大学的流体力学在线精品课程，但是国内针对农林院校农业工程学科中的流体力学课程的在线课程资源还比较少，并且现有的课程形式以课堂教学录像和知识讲授为主，本质上仍未能脱离传统课堂教学的形式。

第三，教学方式仍然以传统课堂讲授为主，教师传授知识，学生被动地接受，未能结合在线学习的优势，学生缺乏主动学习的意愿，学习积极性不高。从当前的慕课、微课模式来看，主要是采用将知识碎片化，制作小视频的方式进行课程建设，一个视频只讲授一两个知识点，具有小而精的特点。这种方式虽然给学生带来新的学习体验，可以充分利用零散时间进行学习，易于接受且不容易产生疲劳，但是缺乏知识的系统性和连贯性，缺乏教师的引导、启发和监控，并不一定能达到理想的学习效果。因此，在教学过程中，必须考虑传统与在线课堂的结合问题。

2 基于线上线下混合式教学的课程教学实践

在流体力学的课程教学中进行线上线下混合式教学的探索和实践，通过网络教学平台给学生提供丰富的学习资源，可以充分发挥在线学习的优势，使其成为传统课堂的补充和扩展，通过在线学习和传统课堂的优势互补，实现“课前+课中+课后”融合教学，充分发挥学生学习的主动性，有效提升课程教学效果。

针对农业工程类专业的流体力学的教学内容，教学设计是实现线上线下混合式教学的核心，即如何有效结合在线学习和传统课堂，实现两者优势互补。流体力学课程内容涵盖了流体静力学、流体运动学和动力学、流动阻力和水头损失、孔口和管嘴出流等，内容多，知识点较难，公式推导复杂，教学设计中要着重考虑课程内容的安排，如哪些内容需要在课堂详细讲解，哪些内容可作为在线学习布置给学生，教师组织课堂讨论，如何安排“课前+课中+课后”的教学内容等。以“伯努利方程及其应用”为例，采用新的教学模式。

2.1 课前教学设计

教师课前的主要任务是在网络平台上提前发布“伯努利方程及其应用”的教学任务和思考题，包括各种图文、动画等文献资料，通过一些生活生产过程中经常见到的实例引入伯努利方程，从而明确“伯努利方程”的重要性；学生接受任务，并利用网络教学平台教学资源和微视频等，带着问题完成相关教学内容的预习，教师通过网络平台查看学生的预习情况，为课堂教学做有针对性的准备，如图1所示。

图1 课前教学设计

2.2 课中教学设计

这一部分即传统的课堂讲授或讨论，如图2所示。一方面，教师在线发布讨论题，回顾上节课的内容，即输运公式及其意义，包括连续性方程、动量守恒方程及能量守恒方程在内的积分形式的动力学方程；另一方面，教师根据已经掌握的学生课前预习程度，设计课堂教学活动，主要是借助PPT等多媒体手段进行伯努利方程的推导，包括理想流体微元流束的伯努利方程、实际流体微元流束的伯努利方程及实际流体总流的伯努利方程，解释清楚伯努利方程的使用条件，对伯努利方程的物理意义和几何意义进行解释，之后介绍和推导实际工程中伯努利方程的应用——测流速的皮托管和测流量的文丘里管，有效地进行课内的面对面教学。利用多媒体资源讲授课程知识的框架、重点和难点，提升课堂教学效果。

图2 课中教学设计

2.3 课后教学设计

如图3所示，除了习题等课后任务之外，教师利用网络平台进行课后内容推送，如与伯努利方程有关的最新研究成果，使学生对所学知识的吸收和掌握不仅仅依赖于课本知识，利用网络课程资源，进一步扩展和增强知识领域，从而充分调动学生的学习积极性，提升学习效果。另外，教师在线布置关于伯努利方程应用的课后作业和问卷分析，并设置好答案要点。学生课后的主要任务是上传自己的课后作业，课后作业通过互评或者教师改作业的形式将学习效果及调查问卷的结果反馈至平台，教师可通过查看后台数据直接了解学生对伯努利方程的基本知识点及有关的实际应用的掌握情况，并对学生的课前、课中和课后三个阶段的学习过程、学习成果等进行综合评价。

图3 课后课程设计

目前针对农业工程学科方向的流体力学网络课程资源相对较少，展现方式仍以教学录像和知识讲授为主，本质上仍未能脱离传统课堂教学的形式，不能提供给学生扩展学习的网络课程资源，就不能充分发挥在线课程的优势，混合式教学的实现也就无从谈起。因此，流体力学线上线下混合式教学模式一方面将在梳理涉及流体力学基本理论的基础上，增加一些与太阳能热利用、生物质能利用、农业建筑环境相关的知识；另一方面将充分利用信息技术优势，将图形、声音、视频等电子资源联系起来，建设内容和形式丰富，真正能吸引学生、适合学生自主学习的流体力学在线课程资源，为混合式教学模式的实践提供支撑。

3 结语

流体力学是农业工程类专业的一门理论性和实践性较强的专业基础课，线上线下混合式教学模式的建设不仅可以使学生的学习更加灵活自主，还有利于发挥教师在教学过程中的引导作用，激发学生的主动性，线上课程与线下课程相互补充、相互渗透。“课前+课中+课后”三阶段教学设计体系的构建可以提高学生的学习效率、增强学生的学习效果。