基于拔尖创新人才培养的工程流体力学课程体系改革探讨

    张燕 周永潮 邵煜 李聪

    [摘 要] 针对面临的冲击和挑战，提出了以培养知识、能力和素质相结合的拔尖创新人才为目标，以基于问题和目标为导向的创新教学和大学生自主学习等理念为导向的工程流体力学课程体系的改革思路。通过以工程案例为导向的工程流体力学教材的建设、以问题为导向的教学手段改革、传统课堂和现代可视化教学相结合的课堂教学模式，结合科研项目，将工程实际问题转化为流体力学问题，实现教学和科研的深度融合，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，从而提高教學质量，培养拔尖创新型人才。

    [关 键 词] 人才培养；工程流体力学；课程体系改革

    [中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）13-0074-02

    工程流体力学是一门专业基础课，不仅为后续专业课程学习提供基本理论，也为工程实际问题解决提供技术支持[1]。而传统的灌输式教学缺乏理论与工程实践的有机联系，学生缺乏学习主动性、创造性，对学生创新能力培养的意识薄弱，扼杀了学生创意的产生和个性的发挥。与此同时，信息化的快速发展对教育教学的改革带来了机遇和挑战[2]。因此，如何在传承教学传统优势的基础上，适应新的形势和变化，优化课程体系，改进教学方法，提高教学质量，培养拔尖创新人才成为高校教师关注的热点[3]。结合工程流体力学课程的特点，从授课内容的深化、教材改革、多元化教学模式和教学手段出发，提出以问题和目标为导向的创新教学和大学生自主学习等理念，以培养知识能力和素质相结合的拔尖创新人才为目标的课程体系改革，从而提高教学质量和教学效果。

    一、现有教学体系的局限性和挑战

    （一）教学方式单一，工程应用结合薄弱

    现在的大学生追求个性、不愿意接受别人强加的观点和想法，但思维敏捷、头脑灵活、眼界开阔，接受新事物的意识和能力非常强。传统单一的灌输式教学方式，无法激发学生学习的积极性，教学效果差。工程流体力学课程侧重工程应用，很多日常自然现象和工程实践都渗透着流体力学的知识。因此，可以充分利用这一特点，教学过程将知识点与日常现象和工程实践紧密结合，如让学生思考为什么高尔夫球是有凹坑的，飞机为什么能飞起来，香蕉球是如何产生的等问题，激发学生浓厚的学习兴趣。

    （二）国内流体力学教材不合理

    国外流体力学教材种类不多，广泛使用的教材有3～4本，且教材更新速度快，再版次数多，教材内容丰富，流体视频、图册等教辅材料在教学中发挥了极大的作用[4]。而国内流体力学教材种类繁多，各高校、各专业使用的教材不统一，且都是从教师的角度出发，而不是从学生角度出发，与实际应用联系少。由于学生对流体运动普遍缺乏深入的感性认识，而流体力学所涉及的概念、理论及方程在学生看来过于复杂，缺乏学好流体力学的动力，无法激发学生的学习兴趣。

    （三）慕课等对传统教学模式的冲击

    近年来，以慕课为代表的在线开放课程对传统教学产生巨大的冲击。慕课视频课程被切割成10分钟甚至更小的微课程，设计成易入门、易进阶的学习检测情境，教师与学生进行网上交流，一定程度上迎合了现代大学生追求个性、追求新颖的心理，具有较大的吸引力。幕课对教师来说是威胁也是机会，可能会存在学生流失，但同时幕课上有丰富的教学资源，这些教学素材能帮助教师提供给学生更丰富、更互动且更开放的学习资源。所以，我们可以利用慕课等课程实现资源共享、学习模式创新，降低教师的备课工作量，大幅度提升教师与学生的交流度，改变教学方法和教学手段。

    二、改革内容探讨

    开展拔尖创新型人才培养的工程流体力学课程体系的建设，主要包括问题和需求为导向的教学方法、教学内容及相应教材的建设等。

    （一）以问题和需求为导向的教学手段建设

    在满足工程流体力学原有教学基本要求和教学大纲的基础上，进行授课内容的调整和深化，引入结合工程实际问题和自然现象的创新模块，重点在于培养学生解决实际问题的能力，通过调研、理论分析、设计实验与实验结果分析等步骤来解决工程实际问题和生活中的自然现象。在教学过程中，探索以工程案例教学法为主的教学方法，上课时先抛出有吸引力的工程案例和自然现象，提出问题，激发学生的学习兴趣和积极性，形成一套完善的提问—讲解—讨论—补漏的教学方法，加深学生对流体力学的认识。学生组成学习小组，选择日常现象、工程应用案例等其中一个问题进行理论探讨与分析，或设计开展自主试验，或进行工程应用设计、撰写研讨论文、制作PPT，并在课堂上进行汇报，提升课堂教学的活跃度，提高学生自主学习的积极性与撰写研究报告等能力。让学生从理论中或试验中解决所提出的流体力学问题，变被动学习为主动学习，提高其发现问题和解决问题的能力。

    （二）以工程案例为主线的教材建设

    教材是教师教学的参照物、启示物，需要教师对教材进行再创作。而学材是从学生学的层面对教材学习化加工后形成的一种教材，更多关注学生的年龄特征、知识水平、已有经验以及知识能力、情感建构规律[5]。如前所述，现代的大学生更加聪明，个性化特点明显，所以学材才是他们所需要的。通过工程流体力学典型工程案例、自然现象等资料的收集，结合分析现有教材优缺点的基础上，建设以问题和需求为导向的教材，从学生的角度对教材进行理性重建，让教材依托工程实践，以问题、工程案例为导向，激发学习兴趣和潜能，引导自主学习，主动探索，促进学习的个别化和个性化，实现从教材到学材的转变[6]。

    （三）传统教学与可视化教学相结合的教学模式探索

    现在的学生接受新事物的意识和能力非常强，所以需要创新课堂教学机制，运用多种教学方式和教学手段，在教学的各个环节贯彻以教师为主导、以学生为中心的原则，借助于录像、动画、图片将抽象的概念具体化、形象化，将教师主讲和学生研讨、主动参与融为一体，提高学生的学习兴趣和分析问题的能力，充分调动学生学习的积极能动性，变被动学习为主动学习。同时，利用优质的在线开放课程资源，如幕课、网络公开课、微视频等优质在线开放课程、可视化教学，实现平行教学模式。采用学生课外在线学习与课堂学习相结合的方式，在学习传统课堂的同时，根据学生自身需求，平行地去网上学习相似课程，加深对相应知识点的掌握，引导学生进行自主式、探究式学习，这样既可满足学生的差异化管理的需求，更可提高学生的学习效率和课堂的教学质量。

    （四）双语、英文多元化教学方式，加强国际交流合作

    目前学生考研、出国深造比例加大，尤以理工科毕业生留学比例为多。为培养学生的国际视野和跨文化交流的能力，建设循序渐进的双语、全英文教学方式，充分利用题材多变的丰富习题，以拓展学生思路与实践应用能力。加强国际合作和交流，聘请海外富有教学经验的教授给本科生上课，让学生不出校门就能接触到原汁原味的国际先进教学理念与教学模式，让学生与国际名师名家亲密接触，拓宽学生的视野，提升国内教师的英文教学水平，培养具有国际视野的教学团队。

    （五）教学和科研深度融合

    科学家钱伟长指出“教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育”，科研是教学的源头活水，如果没有科研作支撑，课堂教学就会失去灵魂[7]。因此，在课堂教学中，依托科研项目平台和优势[8]，在上课过程中结合科研中流体力学知识点的应用进行点拨，可激发学生学习流体力学的兴趣，让学生自己寻找发现科研中的流体力学现象，利用流体力学知识解释这些现象，让学生更形象地认识到课本上看似死板的公式和知识怎样被巧妙用到实际生活中，在这过程中还可以进行分组讨论，增强学生的参与意识，激发学生的学习潜能，培养学生的创新意识。实现教学和科研的深度融合，以科研促进教学，以教学带动科研，建设培养学生综合素质和创新能力为目的的研究型教学模式。

    三、結语

    拔尖创新人才的基本素质特征具有合理的知识结构、较强的创新能力和实践能力及良好的非智力因素，培养一大批拔尖创新人才，是增强我国国际竞争力的关键因素[9]。因此，在工程流体力学课程教学体系改革中，应创新课堂教学机制，运用多种教学方法和教学手段，注重个性和能力素质培养，培养拔尖的创新型人才。

    参考文献：

    [1]赵超.“流体力学”课程教学方法探索[J].中国冶金教育，2010（5）：63-64.

    [2]钟秉林.互联网教学与高校人才培养[J].中国大学教学，2015（9）：4-8.

    [3]钟秉林.大学人才培养要研究新问题应对新挑战[J].中国大学教学，2013（7）：4-6.

    [4]付红桥，叶建，曾理.国外高校流体力学课程教材使用情况的调查研究[J].教育教学论坛，2015（7）：61-62.

    [5]俞冠月.化蛹成蝶成就精彩：浅谈思想品德教材的处理[J].中学课程辅导·教学研究，2012（28）：13-14.

    [6]卢晓娜.开放大学的教材设计：从“教材”到“学材”的思考[J].山东广播电视大学学报，2012（3）：13-15.

    [7]邹新莲.将科研融入教学 提高教学质量[J].教育教学论坛，2011（36）：147-148.

    [8]张飞，解玲，买买提·沙吾提.依托科研平台提升本科人才培养质量探索与实践[J].教育教学论坛，2016，22（6）：143-144.

    [9]张秀萍.拔尖创新人才的培养与大学教育创新[J].大连理工大学学报（社会科学版），2005，26（1）：9-15.