工程流体力学教学模式国内外对比

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　　摘要：成果导向模式（Outcome Based Education，OBE模式）起源于欧美高校教育，近年来被国内高校应用于工科生培养中。而工程流体力学是机械类专业的核心基础课程，对学生知识网络的构建起到重要作用。文章通过调研分析了国外几所名校的OBE教学模式，厘清预期学习成果（ILOS），结合国内专业特色和办学条件，建设适合国内高校工科生的工程流体力学课程体系。
　　关键词：工程流体力学;OBE模式;国内外名校对标;预期学习成果
　　中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）21-0004-03
　　一、概述
　　工程流体力学是机械类专业的核心基础课[1]，如何结合学科优势发展特色，让学生掌握流体力学的思维特点和处理实际流体力学问题的能力，为将来从事本学科课题研究工作时解决所涉及的流体力学问题提供必要的基础，一直是笔者近几年在教学工作中重点思考的问题。
　　成果导向教育（Outcome Based Education）即OBE模式，是一种“以学生为本”的教育理念。它更聚焦于学生受教育后对于自身能力的培养[2-4]。在OBE模式的实际运用过程中，教育的目标、教育的需求、传授的方式、合理的评价标准以及如何确保学生学有所得是成果导向教育所关心的5个核心问题[5，6]。基于OBE理念，结合美国顶尖级大学机械类的流体力学教学模式，国内的基础教育有必要进行多项教学改革。讲授工程流体力学时，必须将理论知识与实践应用相结合，培养学生建立物理概念，学生们才能够理解流体力学的授课内容。为此，本文开展了对国内外OBE教学模式的调查研究。通过对国内外高校流体力学课程体系的调研，深入了解OBE教学模式在培养人才方面的有效性，全面认识实现流体力学课程体系的OBE教学模式特点，进而结合国内专业特色和办学条件，建设适合本国国情的工程流体力学的课程体系。
　　二、流体力学国内外教学对标
　　（一）国内外调研活动
　　由于流体力学的知识内容涉及多个领域，而且不同方向的重点也存在较大差异，因此本研究着眼于机械类流体力学，进行国外高校OBE教学模式的调研分析，厘清预期学习成果（Intended learning outcomes， ILOS）教学理念的具体实施过程，研究通过网上学习总结和与出国留学学生交流展开。
　　研究中，一方面，通過直接进入各个大学网站查看机械类专业课程总体安排，明确各高校设置课程的思路，理解“ILOS”的理念，进一步深入地领会流体力学的教学大纲、教学内容、教学用书与整个培养体系的关联，明晰我们教授的流体力学目标与国外相应课程的差异。图1中列出了美国公立大学University of Michigan机械系课程培养结构图、私立大学Duke University的机械工程与材料科学系本科生的课程培养结构图、MIT机械系Fluid Mechanics课程主页和Case Western Reserve University机械系Fluid Mechanics的教学大纲。通过阅览美国University of Michigan、Duke University、Case Western Reserve University、MIT等大学，以及国内清华大学、上海交通大学密西根学院和南方科技大学等多所大学的相关网站和与相关人员的交流过程中，笔者逐渐认识到，作为专业必修基础课，这些学校分别开设了流体力学I或流体力学II，这种做法将流体力学知识分解成两部分：基本理论与应用和高级理论与应用，并且在学习了数学、力学和基本热学知识之后才开始学习课程流体力学I，而且都安排在大学三年级。更重要的是，这几所国外大学、上海交通大学密西根学院和南方科技大学都单独开设了与流体力学配套的实验课，并且与流体力学授课同步进行。这样安排的优点在于充分针对流体力学的课程特点—理论性与实践性并重，使学生能够将所学知识与实验应用相结合，实现ILOS的教学目标。
　　图1 网上调研图
　　另一方面，针对流体力学课程，通过对比国内与国外教学现状，由学生们直接评述我校课程特色，并为进一步提升教学效果提供建议。在研究中，这些学生直接将国外大学的授课大纲、课件和课后作业与我共享。表1列出了接受调研学生信息。从学生角度得到的反馈信息更能够有效指导我们的课程改革，有效提升学生的知识水平和实践能力。
　　（二）各国流体力学课程设置
　　美国私立大学的课程学习极为严格。首先，要求将理论知识与应用相结合。学生在学习过程中，不但要完成习题，而且要针对实际问题，开展理论分析和数值模拟相结合的研究，对实际工程或生活问题给出明确结论，并且提交总结报告，要求按照学术论文形式进行规范撰写。其次，配套实验课皆在科研设备上开展实际测试。在科研设备平台上进行实验，必然存在许多不确定性，不可避免地带来系统误差和随机误差，让学生们意识到理论与实际应用的差距，分析误差是理论知识在实际应用中不可避免的因素。最后，采用精密的科研仪器开展实际基础问题研究。由于师生比很高，学校还为学生提供了充足的实验条件，依据学校专业特色设立不同的研究方向，学生们自行设定研究题目，采用理论分析、数值模拟和实验测试相结合的途径对问题开展研究，由此培养学生提炼问题、应用理论知识解释问题、解决问题的能力，从而实现ILOS的培养目标。
　　欧洲国家流体力学的教学更突出保证学生学透和学精。机械系的流体力学包括三个部分：授课、习题课和实验课，而且还会布置作业，安排考试，最后成绩是对所有项目的综合评估。对于基本流体力学课程习题课和实验课是必须参加的。习题课讲解对于实际问题，如何用流体力学语言进行描述，如何进行简化提取并建立方程，通过基本理论得到结果后，又如何应用于解释实际问题，如何调整参数解决实际问题。在实验课上，实验题目与课堂知识点相对应，开设多种实验，学生边做实验边处理数据，而且要当场把实验报告写好并上交。通过理论授课、习题和实验课反复强调基础理论知识及应用，将一个知识点以不同方式讲解，使学生扎实牢固地掌握基础理论知识及其应用。 　　俄罗斯的流体力学课程曾经是我国教学的模板，但现在也发生了变化。俄罗斯的流体力学开设在大三学年两个学期里。分为理论流体力学和应用流体力學。理论流体力学主要与学校研究方向相关，通过将实际应用背景与流体力学理论知识相结合，对学生学习情况的考查是通过课程设计大作业实现的。理论流体力学包括两部分，第一学期主要为静力学、运动学和动力学等基础的理论知识，与国内学习相同;根据专业需要，第二学期的理论流体力学内容加深，进行流体微分和积分一系列方程学习。每节课之后一般没有作业，但每隔几周会有一个大作业（一学期可能就3—5个），要求每个人单独完成（可能每个人的要求或数据不一样），每个人的完成情况作为课程考核的重要组成部分，如果完成不了或质量太差，则没有资格参加期末考试，需要重修。尽管名称为大作业，但这其实是一个将理论分析、数值模拟和实验验证相结合开展问题研究的完整过程。而且，在学习过程中，每学期设置了4—6次实验，与国内不同，实验也可以是数值实验。尤其值得一提的是，平时会有随堂测试，以检查学生记笔记的情况和掌握知识的程度。
　　三、结束语
　　世界著名高校机械工程专业流体力学授课内容和模式虽然有所不同，但都非常强调理论知识与实际应用相结合，突出以学生会用理论知识为教学目的。美国高校强调学生主动学习，让学生在解决问题中加深对理论知识的理解和应用;欧洲和俄罗斯则是在课内结合多种学习模式和考核模式，将每个知识点一一解读，使学生有充分的时间和机会理解每个知识点的含义和实际应用情况。
　　参考文献：
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　　[6]胡文生，胡艳萍，李国华.基于OBE的C语言程序教学改革[J].电脑知识与技术，2017，13（06）：154-156.
　　Abstract： The philosophy of Outcome Based Education （OBE） is originated from European and American colleges. Engineering Fluid Mechanics is the core basic course of mechanical engineering major， which plays an important role in the construction of students' knowledge structure. In this study， the OBE education modes of major foreign universities are analyzed in order to define the Intended learning Outcomes （ILOS）， and the course system of Engineering Fluid Mechanics is built by combining the professional feature and national educational conditions.
　　Key words： Engineering Fluid Mechanics; OBE mode; domestic and foreign famous schools; Intended learning Outcomes （ILOS）
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