工程教育背景下“工程流体力学”一流本科课程建设改革与实践
姜吉光
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姜吉光,. 工程教育背景下“工程流体力学”一流本科课程建设改革与实践[J]. 航空航天学报,20244. DOI:10.12721/ccn.2024.157035.
摘要: “工程流体力学”是许多工科专业的核心基础课程,基础的好坏直接影响学生对专业知识的理解,因此,围绕新工科建设思路开展切实可行的“工程流体力学”教学改革显得尤为重要。本文以机械类专业为载体,探讨课程目标建设,教学方法改革,教学质量提升,优化课程体系使之更符合工程教育专业认证建设要求,提高学生的学习效果,为后续专业课的学习打下良好的基础。
关键词: 专业认证;工程流体力学;一流课程;课程改革
DOI:10.12721/ccn.2024.157035
基金资助:长春理工大学高等教育教学改革重点资助项目(长理工教字〔2022〕15号),教育部高等教育司产学合作协同育人项目(项目号:230903327263938)

2016年6月,我国正式加入国际上最具影响力的工程教育学位互认协议之一《华盛顿协议》,通过认证协会认证的工科专业,毕业生学位可以得到《华盛顿协议》其他成员组织的认可[1,2]。“工程流体力学”是学生学习流体处于平衡或运动状态下的力学规律以及这些规律在工程实际中应用的课程,是我国高等院校工科专业普遍开设的一门重要专业基础课,在相关专业人才培养中占据较高地位。与其他课程不同,该课程存在概念模糊、公式参数多等问题,学生难以理解和掌握[3,4]

本文通过建立课程目标,探讨教学方法改革,推进课程教学内容,介绍并分享“工程流体力学”一流课程建设的经验与建设成果,为课程改革构建符合工程教育专业认证要求的课程新体系,使学生能够运用其基本原理及方法分析、解决与流动相关的复杂工程问题,为机械工程与其他学科的交叉融合搭建桥梁。

1. 课程建设目标

通过本课程的学习,使学生达成以下目标:①能够理解流体力学的基本概念和基本理论,综合应用静力学、动力学、运动学等相关的基本知识和计算方法,针对航空航天、船舶等领域的工程问题建立数学模型并求解。②能够运用流体力学基本知识,分析机械相关领域复杂工程问题的对象特征,提出实验研究路线,设计方案并开展实验。③能够应用流体力学基本理论,结合流体仿真软件,针对流体力学典型案例开发模拟方法,分析案例中存在的问题。

2.课程建设及成果展示

2.1 课程建设主要内容

(1)课程教学内容改革

以经典理论和基本原理为基础,选取工程实践中与流体力学相关的经典案例、学科前沿知识,融入到课程框架中。在课程内容安排上,弱化理论公式推导,强化实践案例讲解,培养学生解决复杂工程问题的能力。修改教学大纲,调整教学内容与学时分布,增加工程案例,邀请企业专家为本科生授课。

开展课程思政教育[5,6],通过挖掘并介绍我国古代流体力学方面的成就和研究成果,激发学生的民族自豪感;以相似准则选取为例,渗透“抓住主要矛盾,解决关键问题”的自然辩证法,培养学生的唯物主义辩证思维;通过介绍我国相关领域著名科学家成长经历,培养学生的大师精神和爱国主义情感。

(2)课程教学设计改革

在确保教学内容结构完整的前提下,合理拆分或配置知识点,在教学单元设计中体现基础与前沿相结合,知识传授与价值引领相结合的特点,适当提高课程难度和挑战度。利用校内外优质课程资源,引入研讨教学、案例教学和项目教学等手段,开展“以学生发展为中心”的教学。重视学习任务与活动设计,探索“轻推导重应用”的教学思路,引入“导入式”教学、“参与式”教学、翻转课堂、主题实验课等不同形式,加强课堂与课下互动,激发学生学习兴趣。

(3)课程考核方式改革

采取线上和线下融合的过程考核形式,加大对随堂测试、课后专题作业、实验操作及表现等环节的考核力度和分值占比,课程作业避免题海训练,加大综合性、设计性、开放性题目的数量,对学生在学习过程中所表现出来的学习方法、策略、合作精神等因素进行综合评价。在期末考卷中增设开放性题目,考查学生对知识的理解应用能力,针对课程目标达成情况,开展课程考核分析,研究过程性评价与终结性评价相结合的考核评价模式,建立多元化学习评价体系。

(4)课程教学方法改革

课程组构建了课程思维导图,在授课过程中引入了授课教师所取得的最新科研成果,并引入了课程思政的元素,培养学生正确的情感价值观;采取翻转课堂、主题实验课、课程思政等不同形式,把学生的注意力放在课堂上,通过随堂练习和设计题库等方式提高教学效果;采用混合式教学方法,开展了翻转课堂、线上测试、主题实验课、作业布置、中期考核等活动;将线上和线下教学内容融合,建立了过程性评价与终结性评价相结合的多元化考核评价模式。

2.2课程建设成果

(1)完成了机械类专业2018版教学大纲的修订,根据 OBE 理念,对原有教学大纲中的课程介绍、课程目标、参考书和考核与成绩评定等部分进行了修改,增加了过程考核比重,细化了过程考核方式和标准。

(2)课程组教师制作了37个知识点视频,建立了各章节测试题库(包括主观题和客观题)、期末标准试题库以及相关标准答案,全部存放在自建的SPOC在线学习平台中供学生学习。

(3)课程组教师立项“以新工科建设为目标的流体力学课程思政建设与实践” 教育部产学研合作协同育人项目1项。

(4)课程组教师发表“新工科下思政元素与混合教学模式多维融合--以《工程流体力学》课程为例”教研论文1篇。

(5)课程组2名教师参加FD-QM高等教育混合在线课程质量标准评审项目培训,获得优秀学员证书,并将学到的新理念、新方法应用到教学中。

3.课程评价及改革成效

课程教学评教结论为良好及以上,同行及学生评价度高,课堂上学生的参与度明显提升,作业、实验报告质量有所改善,学生考试的压力减小了但获取知识的愿望和能力提升了,课程改革的整体效果良好。近几年,课程组教师指导授课班级学生参加“中国大学生机械工程创新创意大赛-过程装备实践与创新赛”、“全国三维数字化创新设计大赛”等学科竞赛,获得国家级二等奖2项,三等奖2项,省级奖励4项,省级大学生创新创业训练计划项目结题1项,授权实用新型专利1项,课程改革效果明显,学生学习效果稳步提高。

4.结语

基于工程教育专业认证理念,对“工程流体力学”的课程建设目标、重点问题、教学方法、教学内容及组织实施等方面进行了改革与实践,介绍该一流课程建设的经验与建设成果。学生通过课程学习,能够运用流体力学的基本原理及方法分析、解决与流动相关的复杂工程问题,拥有项目规划和创新能力,具备团队协作意识,培养终身学习的意识,为行业输送高素质人才提供保障。

参考文献:

[1]严彦,陈珊,刘冰. 基于OBE教育理念的工程流体力学教学研究[J]. 中国现代教育装备,2023,419(10): 128-130.

[2]刘海涛. 面向工程教育专业认证的车辆工程流体力学课程教学改革与实践[J]. 中国现代教育装备,2019,307(2): 32-34.

[3]叶学民,李春曦. 高等工程流体力学课程的教学改革与实践[J].教育教学论坛,2020,7:90-91.

[4]毛文贵,卿上乐,李建华. 浅谈新工科背景下学生复杂工程问题能力的培养— 以《流体力学与流体传动》课程为例[J]. 教育教学论坛,2019,4:233-234.

[5]姜守帅. 应用型本科院校推进课程思政教育方法探索—以机电工程专业课程为例[J]. 教育观察,2019,8(4):65-66+81.

[6]孙泽,杨小波,许妍霞. 工程流体力学课程思政的探索[J]. 教育教学论坛,2022,4:123-126.