礦物加工工程專業(yè)基礎(chǔ)課程“工程流體力學(xué)”教學(xué)方法的思考與實(shí)踐

摘"要：根據(jù)新工科專業(yè)基礎(chǔ)課程特點(diǎn)，以培養(yǎng)一流工程技術(shù)人才為目標(biāo)，基于OBE教育理念，工程流體力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過課程體系建設(shè)、教學(xué)方案優(yōu)化、教學(xué)模式改進(jìn)以及案例教學(xué)融合，重構(gòu)了課程內(nèi)容，探索創(chuàng)新了“工程為主—問題導(dǎo)向—案例驅(qū)動(dòng)—科研反哺—育人優(yōu)先”的教學(xué)模式，開展以學(xué)生為中心的教學(xué)方法創(chuàng)新和持續(xù)改進(jìn)策略，賦予課程以創(chuàng)新性和高階性的新內(nèi)涵，努力建設(shè)富有挑戰(zhàn)度的一流本科課程。

關(guān)鍵詞：專業(yè)基礎(chǔ)課；工程流體力學(xué)；課程體系；教學(xué)方法

Mechanics"Which"is"the"Basic"Course"for"Mineral"Processing"Engineering

Liu"Wengang"Liu"Wenbao"Zhao"Qiang"Shen"Yanbai"Cui"Baoyu"Han"Cong

School"of"Resources"and"Civil"Engineering，Northeastern"University"LiaoningShenyang"110819

Abstract：According"to"the"characteristics"of"the"basic"courses"of"new"engineering"majors，aiming"at"cultivating"firstclass"engineering"and"technical"talents，and"based"on"OBE"education"concept，the"teaching"team"of"engineering"fluid"mechanics"reconstructed"the"course"content"through"curriculum"system"construction，teaching"scheme"optimization，teaching"mode"improvement"and"case"teaching"integration，explored"and"innovated"the"teaching"mode"of"\"engineeringorientedproblemorientedcasedrivenscientific"research"feedbackeducation"priority\"，carried"out"studentcentered"teaching"method"innovation"and"continuous"improvement"strategy，endowed"the"course"with"innovative"and"highlevel"new"connotations，and"strived"to"build"a"firstclass"undergraduate"course"with"challenges.

Keywords：specialized"basic"course；engineering"fluid"mechanics；curriculum"system；teaching"method

專業(yè)基礎(chǔ)課程是幫助學(xué)生形成專業(yè)認(rèn)知、培養(yǎng)專業(yè)認(rèn)同感的重要環(huán)節(jié)［12］。“工程流體力學(xué)”作為礦物加工工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是工程科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)研究的核心課程［3］。課程致力于引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)、深刻地理解和掌握流體力學(xué)原理，并提升學(xué)生利用這些原理去分析、解決生產(chǎn)實(shí)踐問題的能力，提升創(chuàng)新意識(shí)，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)。課程知識(shí)理論性強(qiáng)、教學(xué)內(nèi)容抽象難懂且與工程實(shí)踐聯(lián)系廣泛，因此，教育教學(xué)體系順應(yīng)當(dāng)前人才培養(yǎng)新趨勢(shì)，基于“新工科”教育理念，以工程教育“新體系”為目標(biāo)，以人才培養(yǎng)、知識(shí)創(chuàng)新、思政教育的建設(shè)和改革為主線，帶動(dòng)學(xué)科交叉融合，致力于培養(yǎng)綜合型、國(guó)際化、能夠引領(lǐng)未來技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才。本文以此課程為例，深入探討專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)方法，以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)的理解和對(duì)專業(yè)發(fā)展的信心，以更好地貫徹落實(shí)立德樹人任務(wù)。

一、“工程流體力學(xué)”學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

“工程流體力學(xué)”是礦物加工工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程之一，先修課程包括“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)物理”“工程力學(xué)”等。此課程在本科二年級(jí)下學(xué)期開設(shè)，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)完成了大部分通識(shí)教育課程的學(xué)習(xí)，處于通識(shí)教育與專業(yè)教育的過渡階段，對(duì)專業(yè)的認(rèn)知相對(duì)模糊。因此，該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣和專業(yè)認(rèn)同感具有重要作用。從多年的授課情況看，課程在講授過程中明顯存在以下問題：

（1）本科二年級(jí)學(xué)生普遍未涉及生產(chǎn)實(shí)習(xí)階段，對(duì)工程實(shí)踐問題知之甚少，對(duì)力學(xué)知識(shí)在實(shí)際工程中的應(yīng)用了解較少。而傳統(tǒng)習(xí)題訓(xùn)練模式枯燥乏味且效率不高，雖然學(xué)生計(jì)算能力較強(qiáng)，但對(duì)力學(xué)定性分析能力弱，對(duì)經(jīng)典力學(xué)理論的靈活應(yīng)用和創(chuàng)新意識(shí)有待提高。

（2）學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)差距較大，尤其是經(jīng)過專業(yè)分流之后，礦物加工工程專業(yè)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握能力明顯偏低。部分學(xué)生高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等基礎(chǔ)知識(shí)偏弱，導(dǎo)致其對(duì)于課堂授課過程中常規(guī)的公式分析和基礎(chǔ)理論講解的直觀感受是枯燥難懂。

（3）課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，目前的教學(xué)方式側(cè)重于理論知識(shí)講授，教學(xué)內(nèi)容、課程特點(diǎn)、價(jià)值理念、思維方法等對(duì)應(yīng)的案例不夠典型。同時(shí)，課程知識(shí)復(fù)雜，但師生間、學(xué)生間的互動(dòng)交流較少，學(xué)生往往死記硬背應(yīng)付考試，難以達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)。相關(guān)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后，在從課堂走向企業(yè)從事相關(guān)的工作的過程中，遇到實(shí)際問題時(shí)，存在對(duì)所學(xué)知識(shí)缺乏融會(huì)貫通、靈活運(yùn)用的能力，這就給高校培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才帶來了挑戰(zhàn)。

二、課程教學(xué)中存在的問題

與此同時(shí)，通過對(duì)現(xiàn)有知識(shí)體系和教學(xué)方式進(jìn)行梳理與實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該課程的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)模式等與現(xiàn)有教學(xué)方式匹配程度較差，未形成有效的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)支撐體系，主要體現(xiàn)在以下方面：

（一）課程內(nèi)容與其他專業(yè)課程銜接不緊密，不能很好發(fā)揮專業(yè)基礎(chǔ)課程的紐帶作用

現(xiàn)有的教學(xué)體系前后課程缺少內(nèi)容的系統(tǒng)規(guī)劃，課程與后續(xù)專業(yè)課程相關(guān)知識(shí)聯(lián)系不夠緊密，學(xué)生找不到所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的“出口”，造成教學(xué)重點(diǎn)不能前后呼應(yīng)，部分內(nèi)容存在重復(fù)講授，難以實(shí)現(xiàn)課程的高階性。

（二）教學(xué)內(nèi)容重理論偏實(shí)踐，難以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力和創(chuàng)新思維

工程教育專業(yè)認(rèn)證提出了培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的要求，傳統(tǒng)教學(xué)方案與新工科建設(shè)目標(biāo)差距較大。傳統(tǒng)的工程流體力學(xué)課程內(nèi)容重理論輕實(shí)踐，學(xué)生的力學(xué)基本功與創(chuàng)新思維訓(xùn)練成為矛盾體，創(chuàng)新能力培養(yǎng)深度和廣度不足，培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才面臨困境。

（三）教學(xué)模式傳統(tǒng)，不能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

教學(xué)仍采用“以教為中心”的傳統(tǒng)模式，以知識(shí)傳授為主，對(duì)教學(xué)的評(píng)價(jià)則以“評(píng)教”為主，評(píng)價(jià)以考核為主，未實(shí)現(xiàn)形成性評(píng)價(jià)，不能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)度不高。

三、教學(xué)改革及實(shí)踐

針對(duì)上述問題，授課團(tuán)隊(duì)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，在課程體系、學(xué)習(xí)資源、教學(xué)方法、育人模式等方面開展了持續(xù)的改革與實(shí)踐，不斷提升課程的教學(xué)效果。

（一）以“新工科”建設(shè)為目標(biāo)，重構(gòu)知識(shí)緊密的課程體系

以學(xué)生發(fā)展為中心，以“新工科”建設(shè)為目標(biāo)，發(fā)揮各專業(yè)特色，找準(zhǔn)切入點(diǎn)，凝練優(yōu)勢(shì)科研反哺教學(xué)［4］，在系統(tǒng)梳理工程流體力學(xué)課程和后續(xù)專業(yè)課相關(guān)性的基礎(chǔ)上，反向設(shè)計(jì)課程的知識(shí)體系、教學(xué)活動(dòng)和課程案例，確保知識(shí)體系的緊密性和高階性。新的課程體系以知識(shí)的“出口”為依托，且緊密結(jié)合專業(yè)內(nèi)容，成為專業(yè)理論的基礎(chǔ)，筑強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)根基。

（二）優(yōu)化學(xué)習(xí)資源，確保發(fā)揮核心課程作用

面向兩性一度的課程要求［5］，教學(xué)團(tuán)隊(duì)不斷拓展教學(xué)資源和平臺(tái)，應(yīng)用精品的國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材和中國(guó)大學(xué)精品慕課資源，并結(jié)合McGrawHill"Education出版的Fluid"Mechanics"with"Engineering"Applications（Tenth"Edition）教材內(nèi)容，在課程中結(jié)合最新的研究理論和實(shí)踐應(yīng)用設(shè)置高階性知識(shí)，建立課程資源庫(kù)。在此基礎(chǔ)上，通過開展多樣化教輔活動(dòng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和能動(dòng)性。授課期間，教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過開展課程相關(guān)的講座、參觀、研討等教輔活動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。課程教學(xué)過程中，每屆安排1～2場(chǎng)前沿知識(shí)講座；結(jié)合課程教學(xué)參觀2～3個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生自主實(shí)踐觀摩，啟發(fā)學(xué)生對(duì)“流體力學(xué)的工程應(yīng)用”進(jìn)行深入思考；開展4次線上和線下專題討論。

（三）以工程問題為導(dǎo)向，基于OBE理念實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)的過程式教學(xué)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)以工程教育專業(yè)認(rèn)證為抓手，在教學(xué)過程中建立流體力學(xué)知識(shí)與工程實(shí)踐的密切聯(lián)系，基于OBE理念，以成果為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)化學(xué)生全程參與開展教學(xué)活動(dòng)［6］。與此同時(shí)，應(yīng)用PBL教學(xué)法科學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜工程問題案例，引導(dǎo)學(xué)生深刻理解工程流體力學(xué)的知識(shí)原理。為保證教學(xué)質(zhì)量，借助雨課堂、學(xué)習(xí)通等平臺(tái)，增加課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生建立知識(shí)體系框架；授課中注重對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)的深入剖析與解讀；課后布置并監(jiān)督學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)，同時(shí)設(shè)置師生同步討論與答疑。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，定時(shí)、定量設(shè)置專題討論與素質(zhì)拓展環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的外延式訓(xùn)練，采用情境式、討論式、合作式和案例式等多種教學(xué)方式，營(yíng)造獨(dú)立思考、自由探索和勇于創(chuàng)新的良好氛圍，逐步提升知識(shí)的挑戰(zhàn)度。設(shè)計(jì)課前、課中、課后教學(xué)任務(wù)進(jìn)度觀測(cè)點(diǎn)與質(zhì)量觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度與成果進(jìn)行評(píng)估，形成自我評(píng)價(jià)與外部評(píng)價(jià)相結(jié)合的過程考核機(jī)制。

基于上述工作，結(jié)合歷屆全國(guó)大學(xué)生科技競(jìng)賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，在課程教學(xué)中設(shè)計(jì)競(jìng)賽案例，訓(xùn)練學(xué)生的定性分析能力、創(chuàng)新思維以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，為培養(yǎng)能夠適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革需求的復(fù)合型高素質(zhì)工程技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)，支持創(chuàng)新型社會(huì)的建設(shè)。為保證教學(xué)效果，教學(xué)團(tuán)隊(duì)探索創(chuàng)新了“工程為主—問題導(dǎo)向—案例驅(qū)動(dòng)—科研反哺—育人優(yōu)先”的教學(xué)模式。工程實(shí)例導(dǎo)入課程和教學(xué)互動(dòng)保證了教學(xué)的“工程性”；設(shè)計(jì)與工程關(guān)聯(lián)的“高階性”問題，拓展學(xué)生思維，體現(xiàn)知識(shí)的“實(shí)用性”；課程知識(shí)拓展和典型工程案例，體現(xiàn)了知識(shí)的“立體性”；科研成果引入教學(xué)過程，解決復(fù)雜工程問題，體現(xiàn)了知識(shí)的“創(chuàng)新性”；鼓勵(lì)學(xué)生探索工程奧秘，通過交流判別學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，為教學(xué)過程注入“情感”。

（四）建立了“多維度、體系化”案例庫(kù)，豐富了課程的案例教學(xué)體系

圍繞課程知識(shí)并總結(jié)課程中的科學(xué)人物、典型工程和事故分析案例，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了“多維度、體系化”的課程案例庫(kù)，明確了案例與課程知識(shí)點(diǎn)的融合策略及思政目標(biāo)（下圖），致力于培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷、工匠精神以及科學(xué)家精神［7］。

課程案例與知識(shí)維度對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

四、實(shí)施效果及推廣價(jià)值

基于前期的探索與實(shí)踐，課程團(tuán)隊(duì)針對(duì)新工科專業(yè)核心課的特點(diǎn)，以培養(yǎng)一流工程技術(shù)人才為目標(biāo)，重構(gòu)“工程流體力學(xué)”的課程體系，探索了“工程為主—問題導(dǎo)向—案例驅(qū)動(dòng)—科研反哺—育人優(yōu)先”的教學(xué)模式，構(gòu)建了“多維度、體系化”的案例庫(kù)以及“學(xué)生主體，教師參與”的課程建設(shè)方案。基于設(shè)計(jì)的教學(xué)方法、具有啟發(fā)創(chuàng)新思維特色的教輔活動(dòng)和課內(nèi)外多元教學(xué)評(píng)價(jià)模式，有力保障了課程的“兩性一度”。研究成果基于OBE理念，致力于工程教育“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”的“五新”目標(biāo)達(dá)成，對(duì)相應(yīng)專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證具有重要促進(jìn)作用。

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作者簡(jiǎn)介：劉文剛（1981—"），男，漢族，山東濰坊人，博士，教授，研究方向：礦物加工理論與工藝。