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工程技术类课程专创融合教学改革

时间:2022-11-22

工程技术类课程专创融合教学改革

摘要:工程技术类专业专创融合教学符合国家重大人才培养战略需求,同时也是下一步工科专业课程教学改革的重要方向。以“流体力学与设备”课程为例,在详细分析课程教学现状的基础上,通过对课程内容、教学方法、创新平台、考核方式等方面的专创融合改革,得出了合理可行的实施方案。教改方案着重培养学生的专业知识及创新创业意识,所得到的结论可为类似工程技术类课程专创融合提供依据。

关键词:专创融合;工程技术类课程;流体力学与设备;教学改革

在国家大力提倡大众创业、万众创新的大背景下,在现行高等教育体系中,探索基于产教融合、专创融合培养模式已成为应用型本科院校重点培养的方向与提升途径[1]。教育部出台《关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》指出,在高等学校开展创新创业教育,是落实以创业带动就业、促进高校毕业生充分就业的措施。工程技术类专业的专业基础课与专业课是专创融合的重要载体,而其培育的重点要放在大学生的创新意识、创业能力与家国情怀等方面[2]。专业课程尤其是工程技术类课程需要重点关注创新创业教育的融合,探索如何将专业知识点融入到工程实践的创新创业之中,以很好地将基础理论知识推至市场,转化为为行业企业和社会服务的关键[3]。现行课程教学体系、课程设置、教学方法等与专创融合相去甚远,需要对它们进行重新优化和改革,以达到培养学生专创意识的目的[4]。论文以工程技术类高等学校的“流体力学与设备”课程为例,介绍基于专创融合的课程改革的方案,以期为相关专业课程改革提供依据。“流体力学与设备”是材料科学与工程、能源与动力工程、土木建筑工程、水资源工程、冶金工程等工程技术类专业的重要专业基础课与必修课。课程主要是让学生通过学习流体力学的基本概念、基本理论与基本原理,培养学生利用流体的理论知识解决实际工程问题的能力,进一步掌握流体设备的基本结构、工作原理及其在各个行业中的应用,同时培养学生的应用所学知识解决工程实际难题、创新能力及研发能力,为今后的技术革新、新产品及相关测试设备的开发打下基础。

1“流体力学与设备”课程教学现状

1.1课程内容设置理论性偏强,实践性偏弱

与工程技术类专业课程一样,“流体力学与设备”涉及到大量的理论公式的推导,可以说是与数学结合最为紧密的课程之一,其中的续性方程、欧拉运动方程、N-S方程、伯努利能量方程等,要求学生具有较强的高等数学功底。课程中各类型的知识点零散且繁多,知识点联系性偏弱,这就导致课程内容非常枯燥,单纯地学习流体的基本知识与性能,如果不加以与实际相结合,就很难引起学生的学习兴趣,同时学生对基本的定义、理论理解起来困难,学习效果较差。在课程设置方面,工程技术类专业课程一般开设在大三的上、下学期,大量的课程集中压缩至这2个学期,这就导致这2个学期需要修的门数较多,学生很难对一理论性偏强的课程产生较浓兴趣。

1.2课程教学方法单一,学生兴趣不足

目前,“流体力学与设备”课程教学以课堂教学为主,教师讲,学生听。但由于现今学生获取信息的手段丰富多样,关注点新且注意力集中时间短,学生课上与课下更多关注抖音、快手、哔哩哔哩等短视频,在取得快速娱乐的同时获取相关信息。而工程技术类专业传统的教学方法是以黑板板书、简单的PPT设置为主,其形式及内容相对单一,缺乏对知识点的重新认知,课堂表现形式更新迭代速度慢,导致了现今工科专业课程已经不能很好地吸引学生的注意力,学生学习课程的兴趣明显不足。

1.3创新创业意识与专业融合不足

专创融合经过几年的普及已经被广大工程技术专业的师生所接受,但将创新创业的知识点与专业知识点融合在一起的工作现在距离国家对高校的要求还远远不够。“流体力学与设备”课程是与工程技术实践结合最为紧密的课程之一。课程知识在工农业生产、日常生活、科学研究等均应用广泛,且知识点日新月异,进展迅速,大量新的教学案例、研究方法等层出不穷,如果不能将新的知识点与技术输送给学生,就会造成学生所学知识与工程技术实践脱节严重,培养出来的人才不能很好地适应现今社会尤其是行业的发展。因此,如何有效解决创新实践与工程实践专业融合的问题成为重要的研究方向。

2“流体力学与设备”课程改革措施

2.1重组课程内容,融入专创思想

针对目前工业社会对行业发展的多元化需求,结合课程的内容设置,将课程现有知识点进行模块化处理,建立认知递次增加的知识模块,同时无痕融入课程思政内容与专创思维,形成以OBE理念的课程内容设计,以成果导向及专业创新创业元素融合为引导,进而优化课程内容。具体做法是根据OBE理念,从知识、能力和育人目标重构内容[3]。学生在知识层面需要重点掌握流体的力学定义与性能、流体静止与流动、流体阻力、流体机械等方面的基本知识与基本理论,学会基本理论公式的推导,掌握每个流体基本定律的应用条件。在此基础上,对流体设备进行基本参数的认知与把握,可以利用学过的知识进行参数的调节及检修。在重组课程内容的同时,还需要注重各章节知识体系的衔接及内在逻辑性,帮助学生形成流体性质与分类—流体静力学—流体动力学—流体阻力—相似理论—流体设备这条知识主线的设置,同时在每一个知识体系中还要给学生养成学习基本知识点—学会基本理论点—掌握基本应用点—熟练应用知识点的逻辑性思维。在这2个逻辑点实施过程中,实现知识点与应用的融合。同时,在教学中增加节能环保、设计开发、民族自豪感等内容来培养学生创新创业及科学的思维方法,同时塑造学生为国为民的爱国主义情怀。

2.2丰富知识与专创融合内容,优化教学方法

现行工程实践类课程教学内容理论性偏强,这需要教师针对学生的知识架构与认识特点有针对性地设计知识与内容,建立知识与专创内容融合的案例库,同时根据不同的教学内容探索不同的教学方法,提升学生求知欲与教学效果。首先,在大学生慕课网、超星学习通等学习平台选取与专创融合相关的线上视频或资源给学生进行预习或复习,根据固定的知识模块内容,结合工程技术实例给定相应的工程能力测验题,让学生根据所学知识点进行创新思路的设计与工作,并付诸实施,达到锻炼学生动手能力、培养学生创新意识的目的。例如,在介绍虹吸现象时,首先让学生通过伯努利方程对虹吸管的基本构造、工作原理进行深入了解,在此基础上,通过分组进行专项实验设计,确定设计管道内径的大小、直管长度、弯管形状及个数,完成一个鱼缸抽水的虹吸体系,进一步激发学生设计开发相关类似设备的兴趣,培养学生的创新创业意识。其次,在实际工程实践课程实施过程中,采用项目驱动教学方法,结合教师的科研课题或者行业发展前沿,将现有的科学技术难题、企业实际问题、工程实践作为案例进行研讨与实施,从理论思想到实验设计到归纳总结,提高学生的总结知识点、理论联系实际、团队意识及创新意识。比如,通过讲解皮托管的工作原理,结合伯努利方程的应用条件,结合流体实践中流体速度、压力测量的原理,让同学们进行独立设计、思考,完成简单的流速、压力等参数的测试工具设计与制作。再次,在每一次课程结束后,给学生布置工程案例或者科研项目课题,引导学生通过查阅大量文献,了解行业发展最新进展及所面临的问题,提高学生的学习兴趣与创新思维。比如通过引入水切割的工作原理,让学生深入了解流体与固体壁面作用力的问题,同时,也能够使学生了解到如果流体速度过高,极易在流动过程中导致液体流动的空化现象。目前这类现象已经在实际过程中得到了广泛应用,引导学生通过查阅文献等手段,了解空化现象在核潜艇打击过程中的应用及在震荡、清洗污染物中的应用与发展趋势;结合课程内容设置,引导学生掌握空化现象在流体机械中产生的机理,进而引出汽蚀现象,通过工程技术实际案例说明其对大型船舶设备螺旋桨的损害,引导学生得出预防措施,锻炼学生的敢于面对科学技术难题、勇于创新的精神。最后,鼓励学生通过参加大学生挑战杯创新创业大赛,结合自己所学知识进行创业训练。例如,以流体力学中的测试设备文丘里流量计为例,从基本理论讲起,使学生了解其基本结构、工作性能,进而在此基础上鼓励学生查阅文献或专利,启发他们进行自主思考与探究,充分发挥他们的主观能动性与自主性,扩大学生对课程的专业认知与视野。在教学方法方面,采用线上+线下教学相结合方法。线上教学方面主要为学生提供基本基础知识的学习,增加虚拟仿真的部分内容,通过CFD技术将虚拟的流体力学问题采用喜闻乐见的形式表现出来,使复杂的流体力学难题形象化。同时将更多的工程技术类问题研讨、学习时间留给线下教学。线下教学中采用讨论法、项目驱动法、问题导向法等方式,通过设置兴趣小组最大限度地提高学生的参与度,提高他们的学习兴趣及学习效果。注重理论知识与实践教学的相互融合,将知识点模块化后根据实际内容设计专题实验。例如,在流体性质中设置流体粘性的测试,要求学生根据牛顿内摩擦实验进行方案设计;在流体静力学模块,根据等压面的原理要求学生设计出正压与负压大小的测定以及未知流体密度的测试实验;在流体的动力学部分,根据毕托管工作原理设计管道内流速的测试仪器;在流体的阻力部分,设计渐缩管、渐扩管及弯管的阻力损失测试;在流体相似理论部分,要求学生查阅文献设计火箭模型;在流体设备方面,要求学生设计一整套风机性能测试系统等。这些实践内容可有效锻炼学生的动手能力、思考能力与创新理念。

2.3开设课外创新创业活动平台

整合校院两级的实验实践资源,建成创新创业活动平台。充分利用现有设置的流体粘性测试平台、流体静力学平台、流体流动平台、雷诺测试平台、沿程阻力与局部阻力测试平台、大型风机测试平台等锻炼学生设计实验、引导实验及创造实验的能力;通过设置实验超市的形式,让学生根据所学知识自主组装实验台与实验测试设备,设计实验步骤,锻炼学生的协同合作、勇于创新的能力及思维。利用认识实习、生产实习、毕业实习机会,让更多学生走进工程、走进企业,认知流体力学现象,了解流体设备的工作状况,进而为创新创业打下基础,比如,通过在水泥生产企业的实习,让学生走近流体设备,关注设备的运行参数及运行机理,再通过中控室内运行过程及一体化建设的认知,了解现有成套系统的运行规则,厚植学生们的大局观、创新意识。建设校企合作创新创业平台,在此平台上通过学科竞赛、挑战杯、大学生科技训练计划、创新实验室、夏令营活动等锻炼学生的创新创业能力。结合课程单元知识点建立基于工程技术方案的复合型专创融合课程案例库,充分利用现有数字化、网络化资源,搭建流体力学与设备的仿真实验室,实现课程基础知识与工程实践的结合。

2.4改变考核方式

修正原有期末考试作为终结性考核的传统方法,采用过程化考核与终结性考核相结合的模式。加大过程化考核在最终成绩评定时的比例,同时着力建成过程化考核与评价体系,根据不同知识点有针对性地设计考核指标。在具体实施过程中,过程化考核主要包含学习过程表现及学习效果表现。学习过程表现可以分为出勤情况、讨论表现情况、线上学习情况、课下查阅文献、大论文书写、实验实践过程中组织协作情况、实验实践交流情况等,学习效果评价包括课堂测试、课下作业、读书报告完成、实验实践成品等方面。过程化考核要注重创新创业能力及素养方面的考核,并且根据考核指标得出的结论,有针对性地提出反馈及改进措施,进一步提升学生素养。比如在流体粘度测试方面,在完成牛顿内摩擦实验基本知识的学习后,鼓励学生利用该原理进行实验设计,由牛顿第三运动定律联想到力矩,再根据力矩的测试想到旋转的形式,进而让学生设计开发出类似布氏粘度计的设备,完成对学生创新创业的设计与考核,根据学生在完成任务过程中的表现与最终产品给定过程化考核的分数。在终结性考核方面,仍以最终的考试试卷为基础,在内容方面减少绝对基础理论及知识的考核,删除大量的公式推导,同时大大增加开放性课题或与工程实践紧密结合的行业问题,并在其中融入创新创业、素质培养的等因素。这样通过OBE闭环反馈机制可进一步激发学生求知欲,助力提高学生的创新创业能力,比如在流体动力学考核方面,修正原有直接考核伯努利方程公式的做法,采用水塔供水的工程实例进行考核,这样既可以考核基础知识,又能增加对流体设备方面的认知,达到知识和能力共同考核的目标。

3结束语

本文基于国家与社会对大学生综合素质的需求,针对现有工程技术类课程专业知识与创新创业融合不足的现状,以“流体力学与设备”课程为例,从教学内容、教学方法、平台建设及考核方式等方面论述了专业教育与双创教育融合方案,以期实现二者取长补短,使学生既掌握基础知识,又具有学生创新创业思维,走入社会后能够成为具有扎实基本功、广阔视野和能敏锐把握机会的工程人才。同时,通过本研究的实施,也可为在校学生打造创新创业平台、提高专创融合机制进而提升培养高校人才水平提供依据。

作者:段广彬 刘宗明 赵蔚琳 姜媛媛 许潇雨 单位:济南大学材料科学与工程学院

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