CDIO与“以学生为中心”结合的“流体力学”教学改革实践

胡昊 黄健 朱曙光

[摘 要] 新时代对人才需求的变化及大学生思想行为的变化，为高等学校的教育带来了新的挑战，传统教学模式亟待改变。针对“流体力学”课程在新形势下表现出的一些问题，探讨了在其教学模式、教学内容、教学活动与组织、教学方法、教学手段及教学评价方面进行教学改革的可行性，采用国际公认的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育模式与“以学生为中心”的教学方式相结合，展开“流体力学”课程的教学改革实践探索。结果表明：该教学模式提升了学生的学习积极性和动手操作能力，是一种适合新形势的“流体力学”的教学模式。

[关键词] CDIO;学生中心;流体力学;教学改革

[基金项目] 2019年度安徽建筑大学校级质量工程“基于CDIO工程教育模式的流体力学课程教学改革（2019jy17）”;2019年度安徽省一流本科人才示范引领基地“环能一流本科人才示范引领基地（2019jrcsfjd058）”;2020年度安徽省级质量工程“水质工程学教学团队”（2020jxtd061）

[作者简介] 胡 昊（1981—），男，安徽淮南人，工学博士，安徽建筑大学环境与能源工程学院讲师，硕士生導师，主要从事海绵城市雨水净化与资源化利用研究;朱曙光（1976—），男，安徽淮北人，博士，安徽建筑大学环境与能源工程学院教授，院长（通信作者），主要从事水环境综合治理与控制研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）19-0071-05   [收稿日期] 2020-12-24

一、引言

新时代对人才需求的变化推动着教育不断改变;大学生所处的环境发生变化，使得大学生的思想和行为特质也发生了变化，这些都对高校的教学方法提出了新的挑战[1]。教师的教学观念也渐渐发生改变，教学方式逐渐由教师主导型向以学生为主体的方式转变。此外，计算机和网络的飞速发展使学生获取知识的方式也不断增多，这对传统的教学方式产生了很大影响[2]，教师应该从传统的灌输式教学向引导型教学转变，引导学生自主学习，培养学生自主学习能力。笔者团队教授的“流体力学”是学校老牌专业给排水科学与工程专业的基础课，开设时间较久，教学资料较为完整和齐全，具有较强的师资力量。同时本团队也长期服务于土木工程、道路桥梁及应用物理等相关专业的“流体力学”教授工作。与理论课相配套的“流体力学实验室”成立于1987年，经过多年的积累，仪器设备齐全。本课程所依托的给排水科学与工程专业建立了多个校外实践基地，通过校外实训基地的实习，学生可清晰深刻地了解流体力学在工程上的应用。

本课程的教学虽有一定基础，但是在新形势下仍表现出一些问题，主要体现在以下几个方面：（1）理论教学与实际工程差距较大，造成学生学习完理论后在实践工程中很难应用，制约了学生的实践工程应用能力;（2）公式复杂和理论繁多，采用传统的教学方式学生没有兴趣，教学困难，教学效果差;（3）传统的笔试，考核方式单一，造成学生学习均以应试为目的，考核的结果也很难衡量学生实践工程能力。因此，本课程教学改革汲取麻省理工学院的工程教学理念CDIO，即构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）的教学模式[3]，拟将CDIO教育理念引入“流体力学”的课程教学中，提高学生的工程实践能力。此外，学生的认知建构是在课堂这个特定社会环境中形成的，其是由学生和教师共同来完成的[4]。因此，学习目标确定、学习效果的考核等都应当让学生参与，以提高学生的学习主动性。本研究提出“CDIO工程教育模式耦合以学生为中心教学方式的‘流体力学教学改革”。

二、教学改革的实现

（一）教学模式

采用传统教学模式与现代教学模式相结合的教学模式。一方面采用教师系统地传授和学生全面学习课本知识的传统教学模式，另一方面以学生为中心，教师引导学生在教学和实践活动中自主学习，两种教学模式相结合。一堂课可采用一种教学模式，或者两种教学模式相结合，灵活多变，相互补充，既发挥了传统讲授型教学模式的优点，又结合了现代以学生为中心教学模式的特点，可以取得较好的教学效果。

（二）教学内容

传统的“流体力学”教学内容已经不能满足当今社会对流体力学类工程人才的要求。基于CDIO工程教育理念构建的新课程体系对教学内容有大的调整，强化工程实践环节，通过实践加强学生对基础知识的积累和运用能力，重视对学生动手能力的培养。同时，课程内容也会介绍流体力学的最新发展，以构建新型、多层次课程教学内容，极大地吸引学生的学习兴趣。

（三）教学活动与组织

教学活动与组织一般布置三个环节：第一个环节，教师系统地传授理论知识，学生系统地学习理论知识;第二个环节，教师辅导学生设计方案解决流体力学实际工程问题;第三个环节，设置学生互评和教师点评相结合的评价机制，制订每次任务的打分细则，给每个同学评价打分。

第一个环节主要以教室为教学活动场所，第二个环节主要以实验室或实训基地为主要教学活动场所，第三个环节以教室和实验室/实训基地相结合为教学活动场所。多方位教学活动场所使学生的注意力回归到教学活动中，运用灵活多样的教学活动，引导学生从被动式学习转化为主动式学习，提高学生的操作动手能力和工程思维。

（四）教学方法

采用巴班斯基提出的三类教学方法相结合的教学方法：第一类：组织和自我组织学习认识活动的方法;第二类：激发学习和形成学习动机的方法;第三类：检查和自我检查教学效果的方法[5]。

（五）教学手段

采用传统教学手段与现代化教学手段相结合。传统教学手段主要采用教科书、粉笔、黑板等;现代化教学手段采用各种电化教育器材和教材，把投影仪、计算机、现代网络技术平台和软件等引入课堂。本研究采用雨课堂加网络课堂的教学手段，学生通过微信小程序加入雨课堂，可以实时与教师互动，留言提问，查看教师上课PPT，提交发布作业;教师可以通过雨课堂进行学生分组，布置任务，查看学生作业，评价学生作业，课堂上教师可通过雨课堂随机点名和提问。