论文部分内容阅读
摘要：流体力学在航空航天、汽车设计、内燃机零部件结构设计等方面应用广泛，课程教学应以学生为中心，以目标产出为导向，为了使流体力学课程教学更好地服务于毕业要求的达成，基于互联网+和智慧教室对流体力学课程混合式教学模式进行了探索，利用BOPPPS教学设计方法，使课程活动设计和课程考核紧密围绕显著性教学目标，不仅有效发挥了以学生为学习主体的能动作用，提高了师生、生生间的互动性，显著改善了学生的学习自主性和学习效率，使流体力学课程教学能够满足工程教育专业认证要求，同时对推动流体力学课程教学改革也具有一定的参考价值。
关键词：工程教育专业认证;流体力学;混合式教学;教学设计
Abstract： Fluid mechanics is widely used in aerospace， automobile design， internal combustion engine parts structure design and so on. To improve the training quality of engineering students， fluid mechanics teaching reform is carried out under the background of engineering education accreditation. The concept of student-centered course teaching is determined. Focusing on training students' engineering knowledge， problem expression and analysis ability， the quantifiable course objectives are formulated. To achieve the teaching goal， the BOPPPS teaching method and the concrete and remarkable learning objectives are introduced. Moreover， several means including smart classrooms and online databases are used to implement the teaching process. The teaching reform makes learning goals clear， and the students’ learning effects have been improved.
Key words： engineering education accreditation;fluid mechanics;blended teaching;course design
0 引言
工程教育专业认证标准是目前国际上通行的工程人才评价手段，近年国内大批院校工科专业先后通过了由中国工程教育专业认证协会组织的认证评估，工程教育专业认证的理念是以人为本、以学生为中心的基于产出的教育，其抓手在于评价毕业生是否满足毕业要求，基础工作则为学生完成的课程质量。流体力学课程主要研究流体处于平衡状态和流动状态时的运动规律，在航空航天、汽车外形设计、内燃机零部件（如喷嘴、活塞缸）等结构设计等工程技术领域应用广泛，是机械类专业重要专业基础课，具有知识点多、理论性强、抽象性高等特點，在学生能力培养和知识结构体系中起着“承上启下”的作用。
现有的流体力学课程教学模式大多属于以教师为中心的被动式教学，教师教授为主要手段，教学模式较为单一，教学效果相对较差，由于流体力学理论本身较抽象，课本中缺乏直观案例，很难使教师在课堂中和学生形成良性互动，学生课堂体验较差，教学方法传统保守缺乏创新。基于此，依据工程教育专业认证对学生能力的要求，依托MOOC教学资源与手段，借助混合教学模式对流体力学课程教学设计进行探索和开发，旨在提升流体力学课程教学质量，最终提高学生的工程实践能力与综合素质，使毕业生到达工程教育专业认证标准对能力的要求。
1 显著目标导向的教学活动设计
以工程教育专业认证标准中毕业生能力要求为参考，流体力学课程的总体教学目标分为三个层次：其一是知识目标，使学生掌握流体平衡、运动、能量转换的一般规律和有关的基本概念与基本理论，学会必要的流体力学分析计算方法和一定的实验技能;其二是能力目标，学生能够灵活运用所需的流体力学知识，实现对生活实际问题和工程实际问题进行分析和解决，掌握解决问题的方式、方法，建立正确分析、解决工程问题的思维;其三是素质能力，能够将微积分思维方法运用到自己所学的专业和生活中，通过所学流体力学基本知识和解决复杂问题的实践，具备举一反三的自主学习能力。
为了实现课程总体目标，引入BOPPPS教学设计方法将学习目标具体化、显著化，将教学过程模块化，对每个知识点、每节课设计相关的显著性目标（Outcome），这是因为显著性目标使学生的课前、课中和课后学习目标感更强，更有利于检测学习的完成度及学习效果，围绕显著性目标设计导引（Bridge-in）、前测（Pre-test）、参与式学习（Participation）、后测（Post-test）和总结（Summary）。
以流体静力学中作用在流体上的力为例，设计本节显著性目标为：
①能够复述质量力和表面力的概念;
②完成对轮船航行中所受质量力和表面力的分析。
围绕该目标要求学生利用MOOC进行线上学习，保证学生自学效果的措施有：
①视频在首次播放时不可快进;
②视频中插入简单选择题进行知识巩固; ③视频完成后学生手写知识要点。
线下课堂学习中，同样围绕显著性目标，首先以学生熟知的中学物理中匀速运动木块为案例导引，分析重力、摩擦力和支持力的性质，而后以多选题形式考察学生对流体压力、牛顿摩擦力、电场力、万有引力等力的性质的认知，完成对学生前期知识储备的前测，为开展参与式学习做铺垫，若学生在前测中表现较好，则参与式学习的进度可以适当加快，反之则应通过分组讨论、小游戏、抽便签等形式强化学生在参与式学习中的表现，后测以显著性目标1和2为切入点，利用抢答、轮答等形式检测学习效果，并对关键知识点进行必要总结，完成对作用在流体上的力小节的学习。
2 混合式教学实施策略
2.1 明晰学生需具备的知识、能力、素质要求及评价标准
工程教育专业认证要求下，通过对流体力学课程性质及其在课程体系中的地位分析，结合河北科技大学过程装备与控制工程专业培养方案，认为流体力学作为力学的重要分支，应主要扮演为学生提供基础专业知识的角色，即应支撑毕业要求1-能够将数学、自然科学、工程基础和过程装备与控制工程专业相关知识用于解决过程工业领域复杂工程问题;具体地，流体力学课程应支撑毕业要求指标点1.3-掌握力学、电工学、材料学等工程基础知识，具备应用基本理论表达、分析问题的能力。
为到达上述要求，流体力学的课程目标有：
①知识层面，理解流体的主要物理性质;掌握流体静力学的基本方程;掌握流体力学的几何描述、流体力学的基本方程;理解流体在圆管中的流动;掌握孔口出流和相似原理;掌握外平行平面缝隙、环形缝隙;掌握可压缩气体的一元流动;
②能力与素质层面，能够依据数学知识和逻辑思维建立流体运动和平衡的基本方程和模型，能够建立模型分析求解管流、孔口出流、缝隙流动等典型流动的工程应用问题。
完备、细致、合理的评价标准能够保证学生在学习竞争中的公平感，流体力学课程评价主要由直接评价和间接评价组成，其中：直接评价—线上学习情况（学习时长、测验完成情况、互动情况）、学生课堂表现（回答问题、参与互动积极性及在互动活动中角色完成情况）、平时作业完成情况、期末考试质量;间接评价—学生课程完成质量调查表、教师教学质量评价表、教学质量改进建议表。将每部分均赋予量化分值，并向学生进行完全透明、公开，每次课后依据学生完成情况进行打分评价。
2.2 课业时间统筹与设计
混合式教学对于学生学习时间的管理能力要求较高，这是因为课前线上学习效果直接影响學生课堂学习的进度与效果，并对整个课程的学习产生重要影响。为兼顾学生的学习效果与学业负担，将流体力学混合式课程分为课前、课中和课后三个环节。课前以智慧树平台中东北电力大学开设的工程流体力学课程为主要参考对象，学生通过完成视频中插入的简单选择题，实现对显著性目标的学习。课中以简短的BOPPPS模式进行师生互动、讨论式学习，通过案例式引入、游戏式互动讨论、后测和总结等手段着重强化对显著性目标的完成。依据章节内容难易程度和知识点多少适当进行课后作业强化和师生、生生交流互助，针对不同章节理论知识点设计不同的课外实践作业，培养学生动手操作能力的同时训练解决实际问题的逻辑思维。
2.3 基于智慧教室的互动式课堂组织
工程教育专业认证背景下，混合式教学须从以教师为主导向以学生“学”为中心转变，教师在教学过程中起着引导、指导、督导的作用，因此提高学生在课堂学习中的参与度，增加师生、生生间的互动和交流十分必要。打破物理空间限制，运用现代技术能够显著提升学生的学习兴趣和学习效果，智慧教室是高校教室改造的发展主流趋势，近年来，多种多样的科技产品被融入到智慧教室中，为广大师生提供了更好的教学设施，系统成熟、设备稳定、体验友好的产品属性为教师和学生学习提供了很好的硬件条件。基于智慧教室利用先进的互联网、手机交互等功能开展流体力学课程互动式教学，一方面激发了学生学习的兴趣，提升了学生交流的动机，另一方面便于教师开展分组讨论、游戏式教学，让学生带着学习任务忙起来、动起来、兴奋起来，促进学生自主思考和团队协作，强化了以学生为中心的教育理念。
2.4 基于阶段性评价的课程持续改进
持续改进机制在工程教育专业认证中占有举足轻重的地位，课程质量持续改进机制则是不断提高学生培养质量的保障。流体力学课程成立包括任课教师的3人课程团队，指定1名课程负责人，课程团队作为课程质量评价的主体，以章节结束为时间节点，采用直接评价法依据学生提交的作业材料、章节测验、教学活动参与度等对章节目标达成进行评价，间接评价法采用问卷调查或者学生提交报告，由学生根据自身情况对章节目标的达成情况进行评价，包括对教学方法建议、教学材料的改进等，课程团队依据直接和间接评价结果进行商议，并对下一章节的教学工作进行持续改进。
3 总结
基于互联网+、智慧教室和BOPPPS教学设计方法开展了流体力学课程混合式教学模式探索，提倡围绕显著性目标开展课程教学活动的设计，改革考核评价标准，使学生明确了线上和线下的学习目标，有效发挥了以学生为学习主体的能动作用，提高了师生、生生间的互动性，显著改善了学生的学习自主性和学习效率。
参考文献：
[1]李仕，吴子朝，曹伟娟，等.高校大规模班级混合式教学模式探索[J].大学教育，2020（4）：38-40.
[2]姚艳菊.基于混合式教学模式的服装市场营销课程的设计与实践[J].河南教育（高教），2020（3）：34-36.
[3]杨宇成，周树锋，肖美添，等.工程教育专业认证背景下毕业要求评价体系的探索—以华侨大学化学工程与工艺专业为例[J].教育现代化，2019，6（4）：81-84.
关键词：工程教育专业认证;流体力学;混合式教学;教学设计
Abstract： Fluid mechanics is widely used in aerospace， automobile design， internal combustion engine parts structure design and so on. To improve the training quality of engineering students， fluid mechanics teaching reform is carried out under the background of engineering education accreditation. The concept of student-centered course teaching is determined. Focusing on training students' engineering knowledge， problem expression and analysis ability， the quantifiable course objectives are formulated. To achieve the teaching goal， the BOPPPS teaching method and the concrete and remarkable learning objectives are introduced. Moreover， several means including smart classrooms and online databases are used to implement the teaching process. The teaching reform makes learning goals clear， and the students’ learning effects have been improved.
Key words： engineering education accreditation;fluid mechanics;blended teaching;course design
0 引言
工程教育专业认证标准是目前国际上通行的工程人才评价手段，近年国内大批院校工科专业先后通过了由中国工程教育专业认证协会组织的认证评估，工程教育专业认证的理念是以人为本、以学生为中心的基于产出的教育，其抓手在于评价毕业生是否满足毕业要求，基础工作则为学生完成的课程质量。流体力学课程主要研究流体处于平衡状态和流动状态时的运动规律，在航空航天、汽车外形设计、内燃机零部件（如喷嘴、活塞缸）等结构设计等工程技术领域应用广泛，是机械类专业重要专业基础课，具有知识点多、理论性强、抽象性高等特點，在学生能力培养和知识结构体系中起着“承上启下”的作用。
现有的流体力学课程教学模式大多属于以教师为中心的被动式教学，教师教授为主要手段，教学模式较为单一，教学效果相对较差，由于流体力学理论本身较抽象，课本中缺乏直观案例，很难使教师在课堂中和学生形成良性互动，学生课堂体验较差，教学方法传统保守缺乏创新。基于此，依据工程教育专业认证对学生能力的要求，依托MOOC教学资源与手段，借助混合教学模式对流体力学课程教学设计进行探索和开发，旨在提升流体力学课程教学质量，最终提高学生的工程实践能力与综合素质，使毕业生到达工程教育专业认证标准对能力的要求。
1 显著目标导向的教学活动设计
以工程教育专业认证标准中毕业生能力要求为参考，流体力学课程的总体教学目标分为三个层次：其一是知识目标，使学生掌握流体平衡、运动、能量转换的一般规律和有关的基本概念与基本理论，学会必要的流体力学分析计算方法和一定的实验技能;其二是能力目标，学生能够灵活运用所需的流体力学知识，实现对生活实际问题和工程实际问题进行分析和解决，掌握解决问题的方式、方法，建立正确分析、解决工程问题的思维;其三是素质能力，能够将微积分思维方法运用到自己所学的专业和生活中，通过所学流体力学基本知识和解决复杂问题的实践，具备举一反三的自主学习能力。
为了实现课程总体目标，引入BOPPPS教学设计方法将学习目标具体化、显著化，将教学过程模块化，对每个知识点、每节课设计相关的显著性目标（Outcome），这是因为显著性目标使学生的课前、课中和课后学习目标感更强，更有利于检测学习的完成度及学习效果，围绕显著性目标设计导引（Bridge-in）、前测（Pre-test）、参与式学习（Participation）、后测（Post-test）和总结（Summary）。
以流体静力学中作用在流体上的力为例，设计本节显著性目标为：
①能够复述质量力和表面力的概念;
②完成对轮船航行中所受质量力和表面力的分析。
围绕该目标要求学生利用MOOC进行线上学习，保证学生自学效果的措施有：
①视频在首次播放时不可快进;
②视频中插入简单选择题进行知识巩固; ③视频完成后学生手写知识要点。
线下课堂学习中，同样围绕显著性目标，首先以学生熟知的中学物理中匀速运动木块为案例导引，分析重力、摩擦力和支持力的性质，而后以多选题形式考察学生对流体压力、牛顿摩擦力、电场力、万有引力等力的性质的认知，完成对学生前期知识储备的前测，为开展参与式学习做铺垫，若学生在前测中表现较好，则参与式学习的进度可以适当加快，反之则应通过分组讨论、小游戏、抽便签等形式强化学生在参与式学习中的表现，后测以显著性目标1和2为切入点，利用抢答、轮答等形式检测学习效果，并对关键知识点进行必要总结，完成对作用在流体上的力小节的学习。
2 混合式教学实施策略
2.1 明晰学生需具备的知识、能力、素质要求及评价标准
工程教育专业认证要求下，通过对流体力学课程性质及其在课程体系中的地位分析，结合河北科技大学过程装备与控制工程专业培养方案，认为流体力学作为力学的重要分支，应主要扮演为学生提供基础专业知识的角色，即应支撑毕业要求1-能够将数学、自然科学、工程基础和过程装备与控制工程专业相关知识用于解决过程工业领域复杂工程问题;具体地，流体力学课程应支撑毕业要求指标点1.3-掌握力学、电工学、材料学等工程基础知识，具备应用基本理论表达、分析问题的能力。
为到达上述要求，流体力学的课程目标有：
①知识层面，理解流体的主要物理性质;掌握流体静力学的基本方程;掌握流体力学的几何描述、流体力学的基本方程;理解流体在圆管中的流动;掌握孔口出流和相似原理;掌握外平行平面缝隙、环形缝隙;掌握可压缩气体的一元流动;
②能力与素质层面，能够依据数学知识和逻辑思维建立流体运动和平衡的基本方程和模型，能够建立模型分析求解管流、孔口出流、缝隙流动等典型流动的工程应用问题。
完备、细致、合理的评价标准能够保证学生在学习竞争中的公平感，流体力学课程评价主要由直接评价和间接评价组成，其中：直接评价—线上学习情况（学习时长、测验完成情况、互动情况）、学生课堂表现（回答问题、参与互动积极性及在互动活动中角色完成情况）、平时作业完成情况、期末考试质量;间接评价—学生课程完成质量调查表、教师教学质量评价表、教学质量改进建议表。将每部分均赋予量化分值，并向学生进行完全透明、公开，每次课后依据学生完成情况进行打分评价。
2.2 课业时间统筹与设计
混合式教学对于学生学习时间的管理能力要求较高，这是因为课前线上学习效果直接影响學生课堂学习的进度与效果，并对整个课程的学习产生重要影响。为兼顾学生的学习效果与学业负担，将流体力学混合式课程分为课前、课中和课后三个环节。课前以智慧树平台中东北电力大学开设的工程流体力学课程为主要参考对象，学生通过完成视频中插入的简单选择题，实现对显著性目标的学习。课中以简短的BOPPPS模式进行师生互动、讨论式学习，通过案例式引入、游戏式互动讨论、后测和总结等手段着重强化对显著性目标的完成。依据章节内容难易程度和知识点多少适当进行课后作业强化和师生、生生交流互助，针对不同章节理论知识点设计不同的课外实践作业，培养学生动手操作能力的同时训练解决实际问题的逻辑思维。
2.3 基于智慧教室的互动式课堂组织
工程教育专业认证背景下，混合式教学须从以教师为主导向以学生“学”为中心转变，教师在教学过程中起着引导、指导、督导的作用，因此提高学生在课堂学习中的参与度，增加师生、生生间的互动和交流十分必要。打破物理空间限制，运用现代技术能够显著提升学生的学习兴趣和学习效果，智慧教室是高校教室改造的发展主流趋势，近年来，多种多样的科技产品被融入到智慧教室中，为广大师生提供了更好的教学设施，系统成熟、设备稳定、体验友好的产品属性为教师和学生学习提供了很好的硬件条件。基于智慧教室利用先进的互联网、手机交互等功能开展流体力学课程互动式教学，一方面激发了学生学习的兴趣，提升了学生交流的动机，另一方面便于教师开展分组讨论、游戏式教学，让学生带着学习任务忙起来、动起来、兴奋起来，促进学生自主思考和团队协作，强化了以学生为中心的教育理念。
2.4 基于阶段性评价的课程持续改进
持续改进机制在工程教育专业认证中占有举足轻重的地位，课程质量持续改进机制则是不断提高学生培养质量的保障。流体力学课程成立包括任课教师的3人课程团队，指定1名课程负责人，课程团队作为课程质量评价的主体，以章节结束为时间节点，采用直接评价法依据学生提交的作业材料、章节测验、教学活动参与度等对章节目标达成进行评价，间接评价法采用问卷调查或者学生提交报告，由学生根据自身情况对章节目标的达成情况进行评价，包括对教学方法建议、教学材料的改进等，课程团队依据直接和间接评价结果进行商议，并对下一章节的教学工作进行持续改进。
3 总结
基于互联网+、智慧教室和BOPPPS教学设计方法开展了流体力学课程混合式教学模式探索，提倡围绕显著性目标开展课程教学活动的设计，改革考核评价标准，使学生明确了线上和线下的学习目标，有效发挥了以学生为学习主体的能动作用，提高了师生、生生间的互动性，显著改善了学生的学习自主性和学习效率。
参考文献：
[1]李仕，吴子朝，曹伟娟，等.高校大规模班级混合式教学模式探索[J].大学教育，2020（4）：38-40.
[2]姚艳菊.基于混合式教学模式的服装市场营销课程的设计与实践[J].河南教育（高教），2020（3）：34-36.
[3]杨宇成，周树锋，肖美添，等.工程教育专业认证背景下毕业要求评价体系的探索—以华侨大学化学工程与工艺专业为例[J].教育现代化，2019，6（4）：81-84.