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摘要：《工程流体力学》是大多数院校环境工程专业本科教学的重要选修课程之一。本文以环境专业《工程流体力学》本科教学为研究对象，剖析传统教学中存在的问题和弊端，从教学内容、教学方法与教学实践三个方面，提出了新形势下课程改革建设方案，通过改革课程框架、优化教学方法、建立教学合作等具体实施，完善了教学大纲、创建了形式多元，内容丰富的全新教学模式。最后通过期末试卷分数统计、调查问卷等途径，分析了实际教学改革中所取得的初步成效。
关键词：工程流体力学；环境工程；本科教学；课程改革
本文引用格式：刘悦忆,等.环境工程专业《工程流体力学》课程改革与建设探析[J].教育现代化,2019,6(86):131-134,140.
Analysis of Improvement and Construction on the Lecture of Engineering Fluid Mechanics for the Major of Environmental Engineering
LIU Yue-yi,ZHENG Hang
(School of Environment and Civil Engineering,Dongguan University of Technology,Dongguan Guangdong)
Abstract:Engineering Fluid Dynamics is one of the most important elective courses in the undergraduate teaching of environmental engineering in most universities.This paper takes the undergraduate teaching of Engineering Fluid Dynamics in environmental specialty as the research object,analyses the existing problems and drawbacks in the traditional teaching,and puts forward the curriculum reform and construction plan under the new situation from three aspects of teaching content,teaching methods and teaching practice.Through reforming the curriculum framework,optimizing teaching methods and establishing teaching cooperation,the paper puts forward the curriculum reform and construction plan.Such concrete implementation has perfected the syllabus and created a new teaching mode with diversified forms and rich contents.Finally,through the final examination scores statistics,questionnaires and other ways,the preliminary results achieved in the actual teaching reform are analyzed.
Key words:Engineering fluid dynamics;Environmental engineering;Undergraduate teaching;Curriculum reform
《工程流体力学》是大多数院校环境工程专业本科教学的重要选修课程之一。环境专业类本科生对流体力学的基本概念、基本理论及计算方法的掌握，不仅为后续相关课程和科学研究的展开奠定相关理论基础，同时也是毕业后，从事工程设计、管理等作实际工作的必要知识储备[1-3]。由于学科特点和历史原因，目前大多数院校环境专业的本科课程《工程流体力学》教学沿袭了经典力学的教学方法，将教学目标分解为离散模块和知识点分别详细讲解。这样的方法对于本科生教学有一定的优势，表现为：各章节之间相对独立、逻辑鲜明；易于采用闭卷答题方法进行单个知识点的掌握进行考察。但在教学实践中，传统方法也存在一系列的困惑和问题[4-6]。本文以环境专业《工程流体力学》本科教学为研究对象，剖析传统教学中存在的问题和弊端，提出了新形势下课程改革和建设方案，并分析了该方案在实际教学改革中所取得的初步成效。
一传统《工程流体力学》教学存在的问题
（一）课程内容方面
随着流体力学在环境学科中的广泛应用，尤其是计算机科学的快速更新，计算流体力学、环境流体力学等分支发展迅猛，学科之间融合应用大幅度提升。然而环境工程传统流体力学的本科教学的课程内容，却停留在流体力学基本的原理和公式的层面上，对原理所对应的实际的工程问题应用往往一带而过[7]。尤其是对于需要综合利用流体力学知识和现代技术手段进行解决的复杂问题的分析方法，更是未曾涉及[8]。传统工程流体力学的教学内容已不适应目前环境工程专业的科研和实践需求。
（二）教学模式方面
传统工程流体力学教学模式过于偏重理论，缺乏思维能力培养、实用技能培养和兴趣激发[9]。传统的流体力学教学理论是基于学科发展中形成的代表性成果综合而成的知识体系，经过大量的信息压缩和抽象，形成各章节相对独立的知识模块。这样的教学模式，易将学生对课程的认识固化为离散的知识点，不利于激发学生的好奇心与学习热情，且难以培养学生的综合思维能力和系统分析能力。
（三）目标培养方面
创新型人才培养需要国际交流的开拓和国际视野的引领。在传统教学中，由于受到教学地点的限制，在课程国际交流、实践项目横向对比、中外师资拓展等方面尚有欠缺。除少数赴海外交流访问的本科生外，大部分学生对国内外先进的学科理念和前沿进展缺乏基本了解，也缺乏与国际一流高校师生的交流和互动，视野受到了较大的局限，落后于当前我国本科教学培养创新性人才、国际性人才的宗旨和目标。
二 教学改革设计
本次教学改革设计面向环境工程专业《工程流体力学》本科教学，以培养应用型、创新型、国际性人才为目标，探讨教学过程中关于教学内容、教学方法与教学实践三个方面的改革与建设。通过调整教学内容、优化教学方法以及探索教学实践三者相互结合、相互贯穿，将理论和实践有机融合，形成知识与案例、历史与前沿纵横交织新课程架构。以引导式、启发式思维教学代替传统知识教学，搭建国际合作和交流的渠道和平台，培养学生在学习过程中的自主学习能力、分析思考及解决复杂问题的能力、创新探索能力，创建适应于新时代人才需求的新型教学模式。
（一）总体设计
1.深化教学、优化内容，建立与实践需求相适应的课程新框架
改革后的教学内容，以经典理论和基本原理为基础，拓展工程实践和学科前沿两个方面的相关内容。选取环境专业现实需求中与流体力学相关的经典案例分析、学科前沿阅读材料，结合现场认识实践作为原有课程内容的补充，形成理论实践相互贯通、历史前沿相互辉映的内容体系和课程框架。通过案例不仅让学生掌握、深刻理解相关理论知识，更培养学生独立分析能力和解决实际问题的方法。
2.改革课程授课方式，建立以学生为主、师生互动的教学新模式
由于传统教学内容的限制，传统教学方式往往以教师单向讲授为主，造成作为教学主体的学生反而参与感和积极性偏弱。为充分发挥学生在教学中的积极性和主动性，本次教学改革，改变了传统模式中单向性信息传输，重视和发挥学生在教学中的主体作用。以实际问题为导向，通过教师引领——学生独立探索——教师讲授的方式实现师生之间的信息互动。小组讨论结合教师解答的新教学模式，提升了学生对课程的感性认识，调整教师和学生在课堂中的角色和地位，在加深基础知识印象的同时，培养学生自主创新及合作解决复杂问题的能力。
3.探索基于互联网的国际教学合作，构建师生资源互置新平台
本次改革充分利用互联网，打造与国外高校相关课程的线上线下联合共建。邀请海内外一流高校的专家学者参与授课，借助海内外学者对学科前沿的高度把握、发现新问题的能力、多年实践创新的积累，丰富学生的知识量和视野；建立合作课堂，双方学生多角度多层次交流互动、合作作业等，促进学生相互启发、积极探索。邀请海外院校学生组织联合实践、联合作业等方式，提高国内学生的国际视野、创新意识和综合素质。
（二）具体方案
本次教学改革的实施，从教学大纲设计、教学内容优化、授课形式、考核方式等方面进行了教学的全过程更新，力求使改革后的教学目标和课程内容更丰富，集中体现当代环境专业的实际需求，教学和考核形式更加多样灵活，全方面提升学生能力。
1.课程内容和课程大纲设计
传统课程体系和课程内容是由数代科学家及教学名师编写总结，逻辑体系和基础理论已较为成熟、全面。本次改革在课程框架和教学内容方面，将以案例分析和认识实践为重点。选取与本课程相关的环境典型实践案例，融入到课程框架中。在课程内容安排上，弱化理论知识的讲解，重点加强应用实践环节，以当前环境领域的实际需求为引领，培养和发展学生思维能力，尤其是分析问题、解决问题的应用能力。在这次教学改革中，重新编排了教学大纲进行，根据原有的重点理论知识，补充实践环节、增加实用案例，加强重点内容的教学力度。课程内容和教学方式设计如表1。
具体地：在绪论中增加工程流体力学在环境领域的应用、前沿热点及未来发展等模块，邀请国外专家进行讲授，培养学生对学科的兴趣和应用实践的感性认识。在水动力学三大方程这个传统课程体系的重点章节中，增加HEC_RAS软件的介绍及综合练习模块，让学生根据实际案例，分组完成一维恒定流的水动力学模拟，深入掌握三大方程在实际中的联合应用。在有压管流和明渠流动两章节中，增加目前世界上最领先、经过实际工程验证最多的专业软件Mike介绍，选取其中一维河网Mike11,二维河口与地表水体Mike21，城市供水系统MIKENET与城市排水系统MIKEMOUSE及其在环境领域的应用实例，使学生深入了解有压管流和明渠流动的计算在实际工程中的重要地位。通过学科前沿介绍与实际案例，连接原本模块化的离散知识点，拓展和演绎原有的知识理论。
2.项目课堂实施
本次课程改革的课堂实施以环境工程本科生《工程流体力学》课程为依托，充分发挥当前的互联网条件，与海外院校开展教学合作共建，邀请国内外行业专家和知名学者参与教学，构建双方师资共享、学生互动方便的交流渠道。现场教学与线上教学相结合的模式，打破传统空间和时间约束，扩大授课资源，使学生能够在学习知识的同时，参与到国内外实践前沿和热点问题中。
在拓展学生实践和交流渠道方面，建立海内外院校学生的交流平台，构建长效稳定合作渠道。在课程中设置交叉分组、小组答辩及共同完成课程大作业等环节，促进国内外学生长期稳定交流。
具体实施步骤包括：（1）创建交叉式项目讨论小组：每组成员5-8人，其中包含海外学生2-3人，并推荐1人为组长，负责协调组员和教师之间的互动交流，组织本组成员进行讨论，协调组内分工，带领组员对讨论结果进行总结归纳；（2）根据教师提出的项目背景和情景假设，结合课堂的相关基础知识讲授和工具介绍，每组组员分工合作，进行实地考察调研、文献资料查阅、工具使用探究，提出基于问题的合理解释或解决方案，对项目中提出的问题进行深入交流讨论并予以解决；（3）充分利用互联网：在分组讨论的过程中，教师根据学生的疑难问题进行针对性课后辅导和解答，引导学生进行深入思考；（4）学生在课堂上对项目完成过程和完成情况进行汇报，教师进行点评和分析，并将小组讨论和展示结果纳入期末考试成绩中。
3.考核方式改革
改革后的考核评价方式打破了以往“期末一张卷”的方法，按照知识和能力并重的原则，采取闭卷考试和项目作业成绩综合加权的办法，综合考察学生对于基本概念、基本理论、基本方法等理论知识的掌握及学生分析问题、解决问题的能力。闭卷考试主要考核学生掌握基本知识的情况，案例大作业、综合设计练习部分以陈述答辩、小组作业等方式进行考核。根据具体的专业需求和课程需求，设置相应的比例与评分细则，以确保互动型授课模式的效果及成绩的公平度。考核方式及考核重点变化如表2、表3所示。
三 实施效果
（一）建立理论与实践结合的新时代化课程框架
本次改革从课程框架和课程内容上进行了改进，突破了以往单一理论式的教学框架。在内容方面，融入了学科发展前沿、相关工程实践等多个元素，从多个角度完善并丰富相关教学内容的探索，形成由基础理论、相关案例、学科前沿组成的新教学框架，以应用于教学实践。期末考试试卷成绩分析显示：采用了新教学方法的班级，在水力学三大方程、有压管流和明渠流等题目中的得分情况，明显高于往届及其他班级的平均分，说明新课程框架，通过理论与实践结合的方式，有效提升了学生对知识点的理解程度，提高了教学质量。
（二）创建形式多元，内容丰富的全新教学方法
采取传统教授和项目式学习为主的混合教学方法，基础知识讲授采用传统教学，突出重点，项目式学习以学生为主体，教师引领，两者相互补充融合，建立教师和学生之间良好的沟通互动机制，引导学生们参与到教学中来。通过基础知识的讲解，让学生充分掌握知识点，通过项目式的案例教学，使学生通过理论知识点联系实际，在各种各样的实际问题中，找到课堂上所学的理论知识在实际工程中的原型，并通过对这些案例的分析和思考，提高学生对知识的理解能力和应用能力。
教学质量平台和课后无记名调查问卷结果显示：超过80%的学生认为改革后的教学模式更加丰富多元，对个人学习的提升和对专业的认识具有促进作用，提高了学习积极性，开阔了思维和视野，锻炼了知识归纳和分析思考的能力。
（三）创建线上线下异地同步的国际联合教学新模式
通过国内外联合授课，实现实时互动、师资共享、共同完成案例实践及小组答辩等方式，激发科学思维，提高学生的应用能力，并巩固其所学的基础知识。多院校、多团队的联合授课的新模式，可以有效的实现中外双方资源互补，理论和实践相互结合，研究与教育同步并进。
四 小结
本次教学改革设计面向环境工程专业《工程流体力学》本科教学，探讨了教学过程中关于教学内容、教学方法与教学实践三个方面的改革与建设。通过调整教学内容、优化教学方法以及探索教学实践三者相互结合、相互贯穿，以引导式、启发式思维教学代替传统知识教学，搭建国际合作和交流的渠道和平台，取得了较好的反响和教学效果。
学生在课程学习过程中的自主学习能力、分析思考及解决复杂问题的能力不断得到提高，学习兴趣不断提升，实现了理论和实践相结合、教育和研究共同进步的新思路。
参考文献
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