“互聯網+教育”背景下“傳熱與流動的數值分析”研究生課程教學體系的構建

付在國，張莉

摘要：基于當前“互聯網+”的時代背景，結合能源與動力行業的發展需求，本文針對“傳熱與流動的數值分析”研究生課程，從與教學體系緊密聯系的教學導向、課程教學內容、教學呈現方式三個方面展開了教研嘗試，同時，提出了以學生為中心、以實踐為核心的教學導向。此外，還設計出了適于“互聯網+”的教學內容，建設了網絡資源平臺并采取了多樣化教學呈現方式，以期構建適應時代背景與行業發展需求的課程教學新體系。最后，本文的研究成果有助于開發類似課程，形成優質教學資源，改善教學效果，提高研究生的培養質量。

關鍵詞：能源動力；“互聯網+”；教學體系；數值傳熱；計算流體

中圖分類號：TK01；G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）35-0188-03

互聯網與各行各業的結合催生了“互聯網+教育”的理念[1]，為適應時代與教育的發展需求，開發出更多高效的課程資源，適應課程教學對象的需求，實現課程教學與以互聯網為代表的信息技術的有機結合就顯得非常有必要。當前，為應對“互聯網+教育”帶來的機遇與挑戰，眾多學者已經率先從在線課程開發[2]與互聯網背景下的課堂模式[3]等角度開展了相關研究，但鮮有具體針對專業性較強的研究生課程就如何有效應用互聯網開展課程教學的研究。

本文擬以作者所在教學團隊負責的“傳熱與流動的數值分析”課程為例，在善用互聯網、充分發揮網絡作用，實現互聯網與專業性強的研究生課程教學的有機結合、不發生本末倒置，在著重培養學生專業能力的前提下，提出構建適應時代背景與行業需求的課程教學體系的思路。本文擬從關鍵的教學導向以及受其指導的課程教學內容與教學呈現方式等三個方面展開探索，以期可以積極運用互聯網，開發“傳熱與流動的數值分析”課程的教學資源，加強實踐并改善教學效果，提高研究生人才的培養質量。

一、課程簡介與行業發展需求

“傳熱與流動的數值分析”課程是本校面向能源動力類動力工程專業碩士研究生開設的一門專業課程，該課程偏重于實際工程應用與行業需求，旨在培養學生借助計算機應用數值方法解決能動領域中常見的流動與傳熱問題的能力，為培養高層次專門人才而服務，與國內外類似專業如：機械工程、能源與動力工程等為相關研究生開設的數值傳熱學（NHT）、計算流體力學（CFD）或計算傳熱學（CHT）等課程有著相近的課程內容和目標，主要課程內容包括描述傳熱與流體流動的控制方程及其通用形式、區域離散以及有限差分與有限容積法離散控制方程、離散方程的數學特性與求解、湍流對流換熱與湍流模型、實際工程中流動與換熱問題的分析與數值求解等。

課程所面向的能源與動力行業覆蓋范圍較寬，既包括傳統化石能源的利用，又包括當前提倡的可再生能源、清潔能源的開發，涉及到的專業方向眾多。其中，動力工程專業方向主要研究流體機械、湍流流動控制、復雜流體流動與換熱等相關問題。近些年，隨著世界范圍內對環境與節能的重視，天然氣、太陽能、核能、氫燃料電池等的開發利用形成了熱門話題。同時，受我國能源結構的限制，煤炭的清潔與高效利用技術也在積極發展中?？梢姡覈茉磁c動力行業的發展前景良好，技術革新快，挑戰也很多，需要大量的高級專門人才。又因為能源與動力行業內學科交叉性強，研究問題向超高、低溫或微納尺度等極端方向延伸，故對這些專門人才提出了研究基礎扎實、具有創新研發能力的新要求。

二、課程教學體系的構建

1.教學導向的確立。課程教學中引入“互聯網+教育”的創新理念后，其教學主體并沒有變化，還是應以學生為中心[4]。同時，還應該借助互聯網更高效、快捷地分享教學資源，提供多元化的學習與支持服務，促進學生的自主學習?；ヂ摼W技術在日常生活與工作中的普遍應用已經促使學生養成通過網絡搜索資源與學習的習慣，這種無意識的影響同樣要求更多開放的課程資源以及更多樣的學習支持方式與之相適應。課程應緊密圍繞學生，方便其學習的同時，引導學生成長。

在專業性很強的研究生課程教學中強調實際應用與操作，以促使學生在實踐中提高解決專業問題的能力。引入“互聯網+教育”的理念后，要讓實踐融入到課程教學中，避免僅有網絡學習的形式?！皞鳠崤c流動的數值分析”課程的教學涉及能動領域諸多實際問題，工程背景深厚，實踐性強。面向專業碩士研究生，區別于本科生與學術型碩士的培養，實踐重于理論，不再是簡單的知識傳授。傳統教學中受時間與空間等限制，無法廣泛結合工程實際問題，而互聯網技術的引入，方便了課程教學中的信息共享，如復雜工程案例的講解、數值計算程序的編制、商業軟件的使用等，均可通過互聯網方便地展開實踐性教學。

2.課程教學內容的設計。基于上述“以學生為中心、以實踐為核心”的教學導向，針對以實踐訓練為主導的課程特征，可采取模塊化課程教學內容的方法，并借助于網絡平臺，設計出適合于互聯網與專業性兩個背景的合理教學框架與內容。

（1）模塊化內容。研究生課程多具有較強的專業性，而且注重知識的綜合應用。課程可選的教學內容非常豐富，往往需要仔細甄別并按邏輯與層次來進行安排。如“傳熱與流動的數值分析”課程涉及的數學理論知識與推導較多，很容易在教學中帶領學生進入純數學推導的誤區。采用模塊化的方法，在課程前期專門設計數學基礎以及流體流動與傳熱基本理論的模塊后，可保證該課程關注流動與傳熱規律的本質。從邏輯上講，后續可安排數值求解與實例分析等模塊，加強學生對研究案例中關鍵問題及核心方法的理解。模塊化的內容便于學生分頭處理，自主加強對弱勢模塊的學習，將涵蓋基本概念與原理、研究方法、實際問題求解、物理特性與規律分析以及研究拓展的多模塊聯系起來，真正通過課程學習實現對研究生具有一定創新能力、國際交流能力以及較強實踐能力的培養要求。

（2）配置網絡資源。研究生課程除了講授性的理論知識外，主要為研討性的實踐內容。受課時與教學條件的限制，它們往往不能被很好地開發，學生也得不到相應的鍛煉。利用互聯網平臺，可以將工作量較大、需要學生花時間鉆研的實踐內容配置成相應的網絡資源，供學生交互使用。如此，網絡資源與課堂教育優勢互補，虛擬現實相結合，且可將線上與線下資源對接。此外，這種結合網絡資源的新模式還能擴大優質教學資源的覆蓋面，促進教育公平的實現。

在“傳熱與流動的數值分析”課程教學中，需要用到較多的如換熱器等能動設備的設計計算案例，還有針對經典的頂蓋驅動流等問題的數值計算程序編制以及對微尺度流動與傳熱等前沿研究的評價與討論等內容，這些在課堂上往往很難面面俱到，而通過將實踐內容模塊化且配置成相應的工程問題解讀、程序編制指導與文獻研討等網絡資源即可實現學生課下的深入學習。此外，通過網絡平臺還可設置交互通道，教師可對學生在實踐中遇到的疑問與想法做出反饋，開展有效地溝通、討論與互動，以逐步提高學生從事科學研究的能力，這也符合能動行業的發展需求，會促使更多研發型人才的涌現。

3.教學呈現方式的實施。已有研究表明，教學的呈現方式或者是表現形式可以顯著影響教學效果。為改善教學效果，研究生課程應不再局限于課堂講授模式，可基于課堂與互聯網的平臺，采用多種教學呈現方式，實現從課堂教學向網絡平臺轉移。目前在教育界作為熱點討論的新方式有慕課（MOOC與SPOC）、微課（MLR）、翻轉課堂與對分課堂等。前面兩種課程形式需要直接利用互聯網信息技術呈現課程資源，而后兩者課堂教學組織形式的開展則間接與網絡相關，師生可借助于互聯網在課后開展大量的信息整理與消化等工作。在此，不討論例如慕課、翻轉課堂等模式的具體開展，著重介紹筆者所在教學團隊在課程實際教學行動中采取的包含這些方式在內的多樣化教學方式。

已實施的“傳熱與流動的數值分析”課程教學中，基于已經搭建的網絡平臺，提供多種開放資源，包括課程大綱與電子課件、專業數值程序、外文文獻注解、工程實例講解微視頻以及開源軟件的使用方法介紹文檔等；結合課堂討論，實現學生與教師、學生與學生、教師與教師之間的交互行為；對于需要動手鍛煉的實踐項目，在網絡平臺上開辟公開討論區。這種基于網絡的研討方式實現了課下不斷線的交互學習，極大地發揮出了所配置網絡資源的優勢。此外，課堂教學中學生可隨時使用移動終端查閱平臺資源，對照講授內容，理解能動領域內一些關于流動與傳熱的前言性科學問題。

多樣化的教學呈現方式可靈活、有效地展現課程內容，實施教學活動。它在“以學生為中心、以實踐為核心”的導向下，與模塊化內容特點相適應，充分發揮出課堂教學與網絡平臺的優勢，便于專業性強、信息量大的研究生課程的教學實施。

三、結語

在當前互聯網信息技術迅速發展并普及的時代，“互聯網+教育”的理念必將成為課程教學創新的立足點。本文結合具有深厚能源與動力行業背景且專業性極強的研究生課程，初步探討了互聯網背景下課程教學體系的構建思路。文中所討論的教學導向、內容設計與呈現方式三個要素的開展思路可應用于其他類似課程的建設。新體系在后續教學管理、評價機制等方面尚需進一步研究，以期創建出更優質的課程資源，為高級專門人才的培養而服務。

參考文獻：

[1]孫丹，趙歡，艾延廷，曾文.“互聯網+”新時代下大學能動類在線課程教育變革[C].全國能源動力類專業教學改革會議論文集（2016），2016：195-199.

[2]楊勁松，謝雙媛，朱偉文，方小楠.MOOC：高校知識資源整合與共享新模式[J].高等工程教育研究，2014，（2）：85-88.

[3]楊文煥，李衛平，于玲紅，高靜湉.基于微課的“翻轉課堂”模式特點與教學內容設計[J].教育教學論壇，2016，（52）：107-108.

[4]劉獻君.論“以學生為中心”[J].高等教育研究，2012，33（8）：1-6.