智能建造專業流體力學課程教學模式與方法探索

陳偉嬌 喬春珍

摘?要：基于學校智能建造專業流體力學課程的特點提出了教學過程中應根據實際情況設置教學目標，細化教學內容。采用線上+線下混合教學的教學模式，課堂講授+翻轉課堂的教學方法，對課前預習、課后復習、習題課、課堂講授及實驗課的教學進行合理設計能有效激發學生的學習興趣，提升教學效果，培養學生工匠精神。

關鍵詞：流體力學；教學內容；教學模式；教學方法

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.07.085

0?前言

信息化、智能化技術的高速發展及雙碳目標的提出，促使各個行業進行技術改革與創新，建筑行業作為能源消耗大戶，進一步節能減排勢在必行。智能建造作為解決建筑業目前效率低、能耗大、碳排放量大等問題的有效途徑之一，目前已經在很多工程中得到了應用與實踐。根據《教育部關于公布2017年度普通高等學校本科專業備案和審批結果的通知》（教高函〔2018〕4號）公告，我國高校首次開設智能建造專業。該專業以傳統土木工程專業為基礎，將其與機械設計制造、電子信息、自動化等多專業相融合發展形成。2017年，同濟大學成功申報了我國第一個智能建造專業，隨后，2018年北方工業大學、北京建筑大學、青島理工大學等6所高校也成功申報了該專業。截至2021年，我國已經有九十多所高校開設了智能建造專業。

北方工業大學智能建造專業以適應國家建設需求為目標，旨在培養熟練掌握土木工程及綠色建筑專業基本知識，精通土木工程設計、生產及施工專業知識，掌握相關計算機開發語言，能應用現代化技術手段，進行智能設計、施工和運維管理的高級復合應用型人才。在專業課程設置方面，主要包括PYTHON程序設計、理論力學、材料力學、結構力學、流體力學、建造機械控制原理、BIM技術基礎等專業基礎課；BIM工程應用、結構智能設計原理、鋼、混凝土結構智能設計原理、數字化施工等專業必修課及信息化建造、綠色建筑和智能化工程管理三組模塊選修課。其中綠色建筑模塊教學內容有包括：建筑能耗模擬分析、智慧能源系統、冷熱源設計、綠色建筑運行維護原理、室內環境系統設計等。

1?流體力學課程特點

流體力學作為智能建造專業的專業基礎課承擔了土木和綠色建筑兩大方向的基礎需求。課時共32學時，其中包括實驗課6學時，具有課時少、多專業融合的特點。

流體力學課程內容的主要特點是：概念抽象不易理解，理論推導多較為枯燥，實踐性很強且需引入案例才能加深理解。因此，在講授這門課時，如何能讓學生在有限的學時內做到理解概念，掌握理論，學會運用基本理論分析解決工程中的實際問題，是最重要的同時也是較困難的。對于這門課程的教學，針對教學內容、教學模式、教學方法進行探討，力求在少課時的情況下達到最佳的教學效果具有極為重要的現實意義。

2?流體力學教學內容、教學模式及方法設計

2.1?教學內容規劃

在教學內容上，為進一步凝練重點，如圖1所示，本課程設置了五個教學目標，針對每一個教學目標對授課內容進行了規劃，提出了為了達成目標所需掌握的重點知識。教學目標及重點知識明確后，對教學內容進行提煉，對內容銜接進行調整，如將教材第四章第5節黏性流體運動微分方程的推導提前至第三章流體微團運動分析之后進行，這樣節省了推導前進行相關知識復習的時間，提高了教學效率。

2.2?教學模式及方法設計

應用于什么樣的教學模式及方法進行流體力學的教學對學生掌握知識的深度有很大的影響。流體力學課程本身的特性導致其物理現象不直觀，學生很難從簡單的書本中文字的介紹及抽象的圖片中想象并通過在頭腦中建立立體流動模型理解流體的復雜的流動過程。復雜的公式推導僅僅依靠板書，學生往往很難理解且會耗費大量的課時。焦園圓結合濱州學院的流體力學課程發展的現狀，提出了理論與實驗的教改措施，使學生能全方位、動態學習流體力學知識。錢劍安、周汝等對安全工程專業工程流體力學的教學模式進行了探討，提出了以OBE理念為核心多平臺結合線上線下混合教學，取得了較好的效果。湯吉昀，王超等將信息化技術和仿真技術融入工程流體力學的教學過程中，提高了學生對理論知識的學習和理解。蘭景巖，莫紅艷等以土木工程專業教育認證為背景，引入研究型、互動式的教學模式，采用了板書與多媒體技術及網絡輔助教學相結合的教學手段對教學模式進行了優化。結合本校智能建造專業流體力學的課程特點，本門課程的教學采用了線上+線下混合教學的教學模式，課堂講授+翻轉課堂的教學方法，對授課過程中的課前預習、課后復習、習題課、實驗課、課堂講授的教學進行了設計。

2.2.1?線上習題夯實理論基礎

由于課程學時較少，教學進度相對較快，僅靠課堂講授學生很難扎實掌握所學知識。因此，需要學生課前能夠對所學章節進行預習，帶著問題進入課堂，課后及時復習夯實基礎。本課程采用線上的方式，充分利用企業微信的功能，課前以問答題的形式協助學生進行課程主要知識的課前預習；每章結束后，以選擇、填空題的方式幫助同學及時復習，扎實掌握重點理論及基礎計算。

2.2.2?翻轉課堂習題課解決解題難點

為增強學生對知識的掌握和理解，習題課尤為重要。本課程的習題課內容包含兩部分，一是，針對企業微信章節復習題及課后作業中問題比較大的內容進行分析講解。二是利用翻轉課堂，即在習題課前，利用企業微信群提前發放習題課典型習題，課上隨機請同學針對習題的解題過程中所涉及的理論、概念、計算原理及分析方法等進行講解，提高課堂學生參與度，提升學生學習興趣，加深對知識的掌握和理解。

2.2.3?多種教學方法融合加強知識理解

課堂基礎內容的教學方法，本課程采用傳統板書、多媒體課件+錄播視頻相結合的方式。針對每一個教學目標，流體力學每一節課都包含多項主要內容，內容之間也都不是完全獨立的，利用傳統板書將每次課主要內容及各內容之間的關聯進行梳理，讓學生能理解每節課清晰的主線；利用多媒體課件進行課程詳細內容的講解，尤其是復雜公式的推導，利用多媒體課件將其制作成動畫或視頻，相較于教材中和利用傳統的板書書寫的推導過程，采取這種方式可進一步將推導步驟詳細化，將推導過程每一步的變化都利用動畫詳細展示清楚，同時還可在中間穿插推導過程中所需要的以往所學知識的復習梳理，這樣既能使課上繁瑣的推導過程變得不枯燥，學生在課上未能及時理解的部分，課下也可通過重復觀看詳細的推導步驟復習消化理解。

專業基礎課的教學離不開實踐教學內容。本課程對于和實際工程或實驗現象相關內容的教學，采取在課上插播工程視頻或錄制的實驗現象視頻并結合多媒體課件講授的教學方法。如講解孔口、管嘴出流的出流現象時，結合實驗室錄制的實驗現象視頻進行講解，這樣能提高學生對抽象現象的理解；在介紹流體力學在工程上的應用時結合典型水利工程的介紹視頻；在介紹有壓管流內容時結合綠色建筑模塊中空調通風、潔凈設計相關的視頻，讓學生在學習知識的同時，更深刻理解專業使命，既增強了學生學習的興趣，也培養了學生的工匠精神。實驗課也是課程實踐中必不可少的內容。本課程共設置了3項課內實驗，其中雷諾實驗現象直觀、明顯，采取實驗與教學同時進行的授課方式，即同學們先進行雷諾實驗，觀察實驗現象之后再直接進行流態部分相關的授課內容，這樣既節省了授課時間，也增強了學生對知識的掌握理解。

3?結語

流體力學是學校智能建造專業的一門專業基礎課，后續課程涉及土木及綠色建筑多門專業課，課時少，任務重。教學過程中充分考慮了后續課程的銜接，根據課時情況有目標地安排、細化了教學內容，對部分內容的銜接進行了調整。成功的教學不可能只采用單一枯燥的教學模式和教學方法，本課程在傳統板書和PPT課件的基礎上，進一步充分、靈活應用多媒體技術及信息化教學手段。在教學過程中，通過線上習題進行預習、復習，使學生扎實地掌握了基礎知識、基本概念；通過習題課講解與翻轉課堂相結合加深了學生對重點內容，難點內容的理解與掌握；通過多媒體動畫課件的應用，使學生在課上、課下都能更細致理解疑難公式、方程的推導過程；通過工程及實驗視頻的應用使學生更直觀地理解書本上圖片形式抽象的流體力學現象，激發學生學習積極性，提高學習興趣，為能靈活應用所學流體力學知識解決實際工程問題，培養學生工匠精神打下良好的基礎。

參考文獻

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