OBE 理念下融合课程思政的“工程流体力学”课程教学改革

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展，迫切需要工科教育进行改革创新，促使以产出为导向的工程教育理念成为各工科专业教学改革的主要方向和依据[1]。同时，在坚持全员、全过程、全方位育人的时代需求下，强调培养学生解决复杂工程问题能力与立德树人并举，打破以往以知识传授为主的工科教育思维模式，形成基于专业能力培养和社会主义核心价值观培育及实践的协同育人模式[2]。因此，基于OBE思想，以学生能力培养为主线，侧重形成性评价和持续改进的教育理念是新工科教育发展的必然趋势。“工程流体力学”作为一门重要的机械工程专业基础课，是研究流体机械运动规律及其工程应用的一门学科，在学生能力培养和知识结构体系中起着“承上启下”的作用，具有知识点多、理论性强、抽象性高等特点[3]。在当前立德树人和OBE的培养理念下，传统的以“教师讲授、内容为本”的教学模式已不能满足当前全方位人才培养的需要。针对上述情况，学者对“工程流体力学”课程的教学理念、内容、方法等开展了一系列探索和改革。聂欣等以“工程流体力学”课程为例，探索将哲学应用于专业课程教学的通用方法，将辩证唯物主义思想系统融通应用于高校专业理论课程教学。[4]钱剑安等提出在沟通的基础上，多种平台结合开展线上线下混合的“工程流体力学”教学，同时通过多种手段融合、多学科交叉进行案例教学设计以提高教学质量。[5]南军虎等针对流体力学内容艰涩、理论性和逻辑性强等特点，提出将课程思政贯穿教学始终，树立学生的学习自信，构建流体力学的基础知识模块，夯实学生的理论基础，挖掘专业领域和学科前沿中的流体力学特色教学案例，打造学生的专业核心能力，将现代信息技术与教学深度融合，提升学生的课堂参与度和获得感。[6]王亮等针对“工程流体力学”课程的教学特点，提出了“理论推演—实验研究—数值模拟—互动式案例”的教学模式。[7]兰景岩等分析当前少学时“工程流体力学”存在的不足，引入研究型、互动式的教学模式，重视理论联系实际，总结生活中的流体力学现象教学改革措施，利用板书、多媒体技术、网络辅助教学相结合的教学手段进行优化。[8]还有学者对项目式教学和CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育模式等展开研究，均为“工程流体力学”课程的教学模式、方法和评价的改革与实践提供了借鉴。[9-10]然而，大多数机械专业“工程流体力学”课程教学过程仍存在以下问题：（1）课程教学过程仍以教师为中心，未能有效契合以学生为中心的理念。（2）课程教学设计仍以内容为目标，未体现学生能力培养的课程目标顶层设计。（3）课程考核手段以结果评价为主，忽视可衡量、可执行的形成性课程评价体系。（4）缺乏与时俱进的持续改进理念，改进措施用于学生培养的可执行性不足。（5）课程思政与课程内容割裂、形式机械，不能全程渗透德育教育。因此，亟需融合OBE工程教育理念，对机械专业“工程流体力学”课程开展教学研究和改革，形成以学生为中心、学生能力培养为主线、侧重形成性评价和持续改进的人才培养理念和模式，全过程渗透式融入德育教育，发挥基础课程作为能力培养和知识结构体系中起着“承上启下”的关键作用，调动学生学习兴趣和主动性，激发爱国主义热情，有效保证课程目标、毕业要求达成，支撑培养目标实现。一、课程教学改革的实施方案（一）教学改革思路一是贯彻立德树人和以学生为中心的教育理念，由知识灌输向能力养成和教书育人转变。二是进行目标产生为导向的教学设计手段设计，基于培养目标、毕业要求进行课程目标科学分解并形成有效支撑。三是设计科学可衡量、可评价的形成性评价体系，实施多元的形成性考核评价，将课程教学与创新创业项目相结合。四是构建具有时代特征的持续改进机制，全环节持续改进能有效用于学生培养，改进过程融入与时俱进的教学手段和课程思政内涵。（二）具体实施方案1.根据教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》和河南省教育厅《关于推进本科高校课程思政建设的指导意见》，定期组织项目组教师参加教育教学研究与改革、新工科人才培养模式改革与专业建设、实践教学改革与大学生创新创业能力培养、专业课程思政内涵建设、专业认证等相关研修培训，开展项目组教师调研、宣讲、座谈讨论等活动，内化立德树人和以学生为中心的教学理念，实现由知识灌输向学生能力养成和教书育人培养理念的转变。2.依据《华北水利水电大学基于OBE的专业质量监控与持续改进实施办法》和《机械学院专业人才培养质量评价实施细则》，以目标产生为导向，充分理解课程对毕业要求和培养目标的支撑内涵，利用文献调查统计和头脑风暴方法设计课程教学过程，理解“工程流体力学”课程对工程知识、问题分析和研究3个毕业要求指标点的有效支撑，定期向行业企业专家咨询课程内容及考核设置的合理性和先进性，确保以目标产生为导向的教学设计手段设计合理，课程目标分解科学，对毕业要求和培养目标支撑较有效，详见表1。3.采用定性评价和定量评价相结合的可衡量、可评价的形成性评价体系，科学设置问卷调查内容，确保定性评价准确，评价结果可用于达成性分析；构建课堂考核、实验考核、结课考试考核和综合大作业考核的多元形成性评价方法（见表2）；将课程考核与工程实践和生活现象相结合，采用“现象—问题—知识—设计—创新—能力”六环相扣的开放性综合大作业考核，使课程学习与教师科研项目、学生创新创业项目相结合（见图1），确保形成性评价科学可衡量。图1以特斯拉阀为例的六环相扣开放性综合大作业表2各考核环节定量评价构成4.从流体力学发展史和科学家故事培养学生家国情怀，阐述流体力学研究方法和策略，培养学生辩证法思想，解释工程案例中的流体力学内涵，培养学生工匠精神，将课程思政实施与专业知识教学紧密联系，达到隐形思政与显性思政协同构建全课程育人格局，通过个例和统计对比、问卷调查、达成评价分析学生能力培养状态，为持续改进措施提供依据，构建具有时代特征的持续改进机制，改进过程融入与时俱进的教学手段和课程思政内涵。二、课程思政设计（一）厚植爱国主义，培养民族自信基于“工程流体力学”发展史，介绍古今中外工程流体力学及应用的案例和研究成果，如公元前300年，李冰父子修建的都江堰水利工程，科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，充分发挥水体自调、避高就下、弯道环流特性，变水害为水利。又如近代著名的空气动力学家钱学森，冲破重重阻挠回国，推进中国两弹一星的研发，为中国几十年的和平发展创造了前提。这些能激发学生的民族自豪感和使命感，点燃学生为中华之崛起而读书的雄心壮志。（二）传承辩证思想，培养科学精神从流体运动的欧拉描述和拉格朗日描述到量纲分析法，从流体系统于控制体的关联和三大方程的微分描述和积分描述，无处不渗透自然辩证法的学术思想。如量纲分析法和相似理论作为指导实验设计的理论基础，将物理量之间复杂函数关系式转换成无量纲量关系式，避开物理量大小及单位的羁绊，从本源上反映物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，反映了物理量之间的内在本质联系。同时，相似原理中针对不同流动过程中的主导因素，基于相似原则进行试验设计，渗透着“抓住主要矛盾，解决关键问题”的自然辩证法思维。（三）渗透课程德育，提升道德修养自上古时期中国的大禹治水，公元前3、4世纪的都江堰和古罗马供水系统，到近现代流体力学伯努利、欧拉、拉格朗日、普朗特、冯卡门，以及中国的钱学森、郭永怀、陆士嘉等流体力学专家，通过对流体力学发展史及我国伟大的流体力学家攻坚克难解决重大国家工程项目和科研事迹，阐明创新精神、求真务实、精益求精之科学素养。通过介绍塔科马海峡大桥坍塌、虎门大桥抖动等重大事件，促进学生职业素养和科学世界观以及科学严谨的工程伦理道德养成。三、教学改革创新之处本文基于OBE理念，从培养理念、课程教学设计、形成性评价体系和与时俱进持续改进四方面进行机械工程基础课程教学改革研究。具有以下创新。1.针对当前立德树人和以学生为中心的教育教学理念难以内化问题，结合以教师为中心的人才培养模式与新时代人才培养需求内涵不符现状，开展基于OBE理念的机械专业工程基础课程教学理念改革。2.针对传统以知识灌输和课程内容为目标，忽视课程之于课程体系和培养目标的支撑作用问题，以目标产出为导向，充分理解课程对毕业要求和培养目标的支撑内涵，进行先进可行的教学手段设计，课程目标分解科学合理，对毕业要求和培养目标支撑有效。3.针对课程考核以结果评价为主的现状，实施“现象—问题—知识—设计—创新—能力”六环相扣课程教学设计和考核方法，加大课程学习与教师科研项目、学生创新创业项目结合，构建评价科学可衡量的课程目标达成度评价。4.针对持续改进措施空洞陈旧、效果评价不清晰、缺乏时代内涵问题，通过个例和统计对比、问卷调查、达成评价分析学生能力培养状态，持续跟踪改进措施与效果的先进性和科学性，全过程渗透课程思政，构建动态化的持续改进机制。四、课程改革实施效果及总结1.通过课程改革的研究和实施，课程教学理念更加先进，教师课程教学设计科学合理，课程形成性评价可衡量，持续改进措施可有效，