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土木工程专业“流体力学”课程教学改革与探索

2024-08-12 70 上传者：管理员

摘要：“流体力学”是防灾科技学院土木工程专业的一门专业基础课，教学过程中普遍存在课堂教学枯燥、学习难度大、实践环节单一、学生学习积极性不高、考核不全面等问题。针对这些问题，文章重点在课程资源与团队建设、教学模式与过程考核、实验教学与动手能力三方面进行教学改革与探索，较好地改善了课堂教学效果，提高了课堂教学质量，实现了“流体力学”课程对土木工程专业人才的培养目标。

关键词：
“流体力学”
土木工程
培养人才
教学改革
教学质量
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“致天下之治者在人才，成天下之才者在教化。”培养人才是教育的核心职能，高质量人才培养根本要依靠高质量教育。教育部《关于一流本科课程建设的实施意见》指出，课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。为贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，落实新时代全国高等学校本科教育工作会议要求，必须深化教育教学改革，必须把教学改革成果落实到课程建设上[1]。

“流体力学”主要研究流体的机械运动规律及其应用[2]，其理论知识体系大致可分为流体的基本物理和力学特性、流体力学三大基本方程（连续性方程、能量方程和动量方程）、理论知识在工程实际中的应用。通过课程的学习，要求学生能够掌握流体运动的基本概念、基本原理、基本方法，并具备一定的实验技能。防灾科技学院土木工程专业的“流体力学”课程一般在大二上学期开设，课程总学时32学时，其中理论课28学时、实验课4学时。由于学时有限，课程教学通常采用传统讲授法。该方法以教师为主体，通过教师向学生描绘情境、叙述事实、解释概念、论证原理和阐明规律[3]。然而，教学过程中普遍存在课堂教学枯燥、学习难度大、实践环节单一、学生学习积极性不高、考核不全面等问题，很多学生都是机械地学习、应付考试，常常是“台上滔滔不绝，台下昏昏欲睡”，效果不尽人意。

针对这些问题，为了提高学生学习的积极性和主动性，培养学生分析、解决实际问题的能力，在近3年的教学过程中，课程组重点在课程资源与团队建设、教学模式与过程考核、实验教学与动手能力三方面进行教学改革，并取得了较好的效果，为进一步推进“流体力学”一流本科课程的建设奠定了基础。

1、课程资源与教学团队建设

1.1 优化课程教学资源

优质教学资源是高质量课程教学的基石。课程组编写了高质量的电子教案，既涵盖了课堂讲授的基本内容，又体现了基于基本知识处理实际问题的需求；优化了课程讲解内容，广泛引入工程实例分析，注重培养学生的工程意识和安全责任感；完善了各个章节的配套习题，以便学生加深对基本知识的理解，更好地掌握课程内容；丰富了拓展性阅读资源，帮助学生开拓思维、增加知识面、提升学习兴趣，为学有余力的学生提供更多的学习资源。

1.2 开展课程思政建设

课程组在充分理解课程思政内涵的基础上，制定了“流体力学”课程思政的实施方案，充分挖掘蕴含在课程中的思政元素，将时代的、社会的正能量引入课堂，把筑梦新时代、奋进新征程的精神融入课程，提升学生的家国情怀、责任担当，引导学生树立正确的人生观和培养良好的职业素养，构建了“价值引领、知识传授、能力培养”三位一体的教学模式[4-5]。例如，在讲解“流体静力学”中平面上静水压力的计算时，联系三峡工程中5级船闸人字平板闸门的受力情况，既可以让学生感受到三峡工程的宏伟，激发民族自豪感，又可以让学生认识到流体力学在实际工程中的重要性，坚定学习信念。

1.3 加强课程信息化建设

《中国教育现代化2035》提出加快信息化时代教育变革[6]。课程组结合新时代大学生“互联网原住民”的特点，积极融合信息技术，充分使用网络优质课程资源（中国大学MOOC、学堂在线等），充分利用现代化教学工具（雨课堂等），赋能课程教学。通过课前初学、课上听讲、课后讨论以及自测情况，任课老师可以及时了解学生的学习状态和知识掌握程度，同时延长了学生的学习线，学习效果得到提高。智慧课堂的建设不仅方便了课堂管理、课堂测验、作业批改，而且回放功能为难点的再学习提供了便利。此外，建立微信群、钉钉群等多种现代化沟通方式，将课堂互动延伸到课下，方便学生随时与任课老师交流在学习中遇到的问题。

1.4 加强教学团队建设

“绳短不能汲深井，浅水难以负大舟”，高校教师肩负着“为党育人、为国育才”的重要职责。因此，不断提升自身业务能力、增加知识储备，是高校教师应时刻关注的问题。课程组成员除了应该积极参加各类教学技能大赛外，还应定期开展教学研讨，集体备课，通过“个人初备→集体研讨→修正教案→相互听课→课后交流”的模式，主抓教学中的重点、难点、弱点、疑点、易错点、易混点，以提高课程教学质量。

2、拓展教学模式，注重过程考核

2.1 制定导学教案，构建思维导图

为使“讲”和“学”效率更高，课程组准确把握教学目标，认真钻研课程内容，妥善安排教材，力求用一根线贯穿所讲内容[7]，让学生学起来有头绪，重点突出。制定并完善导学教案，明确标注学生在课前、课中、课后的学习任务，细化各课时教学内容、教学资源、教学方法，合理安排互动时间和互动内容，向学生提出有价值的问题。此外，学习过程中，还注重引导学生构建思维导图，帮助学生更好地整理思路、管理知识点，提高学习效率。

2.2 精心设计翻转课堂

翻转课堂不仅能提高学生学习的主动性，还能有效锻炼学生的语言表达能力，增强学习成就感、获得感。首先，课程组精心选择让学生“跳一跳，够得着”的章节，比如无黏性流体运动微分方程的推导及其伯努利积分，该推导思路已在学习流体平衡微分方程时掌握，而后在特定条件下对其进行积分便可；其次，录制或选取10min左右微视频讲解该部分核心内容；再次，提前一周布置翻转课堂任务，要求学生观看微视频并查阅相关资料开展课下自学；最后，以学生授课讲解、学生提问讨论、老师补充点评的方式开展课堂教学。

2.3 合理设置课前作业

课前向辅导员、班长和先修课程老师等了解班级学生情况，根据学生们的前期基础，合理设置课前作业。课程组精心录制或选取每节课的微视频，针对核心内容向学生提供清晰、明确、简洁的讲解，并设计相关练习题，提前一周发布，让学生熟悉理论知识。教师在学生递交课前作业后及时批阅，批阅完成后再次回传给学生。课前互动既可以帮助学生发现自己的不足之处，也可让教师的课堂讲解有的放矢，达到事半功倍的效果。

2.4 加强辅导和答疑

由于“流体力学”课程的学习难度较大，根据课程内容和教学进度，课程组分阶段及时安排辅导和答疑。例如，学完第1～2章安排第一次辅导答疑，强化流体静力学基本公式和静水总压力的计算；学完第3～4章安排第二次辅导答疑，强化连续性方程、能量方程、动量方程的应用；学完第5～6章安排第三次辅导答疑，强化水头损失的计算和量纲分析的П定理法；学习完全部课程内容后，安排第四次辅导答疑，并对全课程进行归纳总结和复习。

2.5 加强过程性考核

为革除一考定输赢的弊端，流体力学教学中严格过程管理，注重培养学生的自主学习能力和独立思考能力，课程成绩采取多种方式进行评定，以期客观公正地全面评价学生的学习过程和学习效果。例如，期末闭卷考试对基本知识进行考核，占总成绩的50%；过程性考核综合考虑学生的课前初学情况、课堂学习效率、作业完成情况、实验操作过程及报告编写等方面，占总成绩的50%，并尽量以雨课堂平台数据为考核依据，结合教师记录进行评定。见图1。

3、优化实验教学，增强学生动手能力

因课时有限，“流体力学”课程课内实验仅开设了伯努利方程综合实验、动量定理实验、雷诺实验和局部水头损失实验等验证性实验项目，不能充分培养学生动手能力和创新能力。为最大程度发挥实验教学的作用，一方面，课程组充分利用网络资源建立了“流体力学”实验教学多媒体库，包括尼古拉兹实验、达西实验等实验室不具备条件开展的项目，实验教学多媒体库的建成不仅可以加强学生的感性认识，也为他们提供了更好的学习条件，以便随时随地查看相关实验教学视频；另一方面，在现有实验设备的条件下，全方位开放实验室，给学生提供分析问题、解决问题的场所，让学生可以在课余时间根据自己的兴趣选择实验项目，既有利于学生个性的发展，又能充分调动他们在实验过程中的积极性和创造性，增强动手能力和创新能力。同时，实验室全方位开放也提高了实验场地和仪器设备的利用率。

图1 土木工程专业2021级某班“流体力学”课程部分学习过程数据

表1 2021级土木工程专业流体力学课程学生评教结果

4、改革成效分析

以2021级土木工程专业97名学生为教学对象，进行“流体力学”多元化教学改革，取得了较好的效果。根据学生评教的反馈（表1），大部分学生对课程改革表示支持和赞同，与改革之前的教学成效相比，改革后课堂气氛活跃、学习积极性提高、师生之间交流频繁、课程成绩提高。课程总评分97.13分，排名全校第18名。

5、总结与展望

随着我国经济的快速发展，对人才培养的要求越来越高，对教育质量的要求也越来越高。当代教育正在从“知识本位”走向“综合素质本位”，即走向知识、能力与情感、态度和价值观融为一体的教育[8]。课程改革如果没有教师自我革命的勇气只会流于形式。教师要不断守正创新、反思和更新自身的教学理念，并在教学方法上不断改进，才能保证教学质量的不断提升。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部.教育部关于一流本科课程建设的实施意见(教高[2019]8号)[EB/OL].2019.

[2]刘鹤年.流体力学(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3]王玉才.多元化教学模式在水力学课程中的应用[J].湖南科技学院学报,2019,40(6):92-93.

[4]中华人民共和国教育部.教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知(教高[2020]3号)[EB/OL].2020.

[5]金建华,周青云,韩娜娜,等.思政教育融入“水力学”课程教学的实践与探索[J].天津农学院学报,2021,28(3):93-96.

[6]新华社.中共中央国务院印发《中国教育现代化2035》[EB/OL].2019.

[7]徐芝纶.怎样提高课堂讲授质量[J].人民教育,1979(10):27-29.

[8]陈玉琨.“翻转课堂”:从舶来品到本土化[J].山西教育(管理),2014,(06):60.

[9]北京大学新结构经济学研究院.吴岩司长在首届新结构经济学师资培训大会上的讲话[EB/OL].2019.

基金资助:防灾科技学院教研教改项目(JY2021B09);防灾科技学院一流本科课程建设项目(ylkc202316);

文章来源:王欣,张海通.土木工程专业“流体力学”课程教学改革与探索[J].安徽建筑,2024,31(08):112-113+139.