线上线下相结合的工程流体力学教学模式探索

2022-07-06王雁冰张瑶瑶王宝珠

高教学刊 2022年19期

王雁冰张瑶瑶王宝珠

摘要：文章基于工程流体力学课程性质，提出线上线下相结合的工程流体力学教学模式，将该模式的探索分为课前、课中和课后三个阶段，将课前预习形式、课中教学方式、课后考察形式分别多元化。多元化的课前预习形式，让主动预习成为学生的习惯，为学生提供丰富的学习资源，为课堂质量的提升奠定基础;多元化的课中教学方式，增加了学生对课程的学习兴趣，拉近了教师与学生之间的距离，加大了学生的课堂参与度，虽是教师引导学生，但实际上学生的思维一直是主动的;多元化的课后考察形式，摒弃了传统教学中只重视期末考的現象，增强了平时学习过程的成绩比重，以量化课程考核来展示学习过程与期末考的等同重要性。在该模式下，线上线下教学各自发挥优势，互为补充，激发学生对学习的主动性，增强师生之间的互动交流，提升工程流体力学的课程教学水平。

关键词：线上线下;工程流体力学;教学方式

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2022）19-0119-04

Abstract： Based on the nature of engineering fluid mechanics， this paper proposes an online and offline engineering fluid mechanics teaching model， which is divided into three stages： pre-class， mid-class and post-class， the forms of pre-class， in-class teaching and after-class inspection will be diversified. The diversified forms of pre-class preview make active preview become students' habit， provide students with rich learning resources， and lay a foundation for the improvement of class quality; the diversified teaching methods in class increase students' interest in learning the course， it has shortened the distance between teachers and students and increased students' participation in class. Although teachers guide students， in fact， students' thinking has always been active， the phenomenon of only attaching importance to the final examination in the traditional teaching is abandoned， and the proportion of the grade in the ordinary learning process is strengthened. In this mode， the online and offline teaching each brings into play its own advantages and complements each other， stimulates students' initiative in learning， strengthens the interaction between teachers and students， and promotes the teaching level of fluid mechanics courses.

Keywords： online and offline; fluid mechanics; teaching style

工程流体力学作为众多工科专业的基础必修课程，主要研究流体力学的基本原理以及流体力学在实际工程问题中的应用，以便学生对本专业中流体运动规律以及流体传递过程的研究，并且为后续相关课程的高效学习奠定基础，既具备理论深度又具备实践基础，是未来从事流体力学相关行业人才的必备知识[1]。在学习工程流体力学时要具备较强的理论基础和缜密的逻辑，因此在学习该课程之前一般要先修高等数学、大学物理、理论力学等理论课程[2]。然而工程流体力学又是应用型课程，与前修理论课程相比，更加注重对学生自主学习能力、理论联系实际能力、创新实践能力的培养，更加有效地引导学生把专业基础理论知识与工程领域实例相结合[3]。在土木工程专业领域，对该门课程进行学习，是为了加强学生对流体力学的理论理解和基础运用，并作为一门过渡课程，逐渐培养学生分析工程问题的能力，为学生接下来学习土力学、土木工程施工等课程奠定了基础，其知识广泛应用于土木工程领域。

多年以来，工程流体力学教学内容相对固定，与越来越先进的现代工程渐行渐远，授课方式也是传统的线下授课，相比较其他课程的教学较为落后。因此本文提出线上线下相结合的工程流体力学教学模式，将互联网线上教学技术与线下授课有机结合、互为补充，提高了教学时效，丰富了教学手段，量化了课程学习。学生个人根据自身的学习需求，在互联网上寻找合适的学习资源，充分利用学校资源来制订个人学习计划，进行高效自主学习。教师可通过线上平台对学生的能力进行检测和提升。

一、线下教学存在的问题

（一）教学方式单一，缺乏主动性，教学效果差

传统的教学方法主要是以课本为基础的课堂教学，教师占主导地位（以教师为教学中心），由教师课前提前备课，课上按照书本的内容授课，学生根据老师的讲解才形成自己的知识体系，这就导致学生习惯于被动学习，不可避免会缺乏创新思维和自主学习的兴趣，不利于培养学生主动学习的好习惯，不利于形成师生之间的良好教学关系[4]。即使在课堂上进行多媒体辅助教学，即使教师可以将知识系统地、逻辑清晰地传授给学生，学生还是处于被动接收知识的机械模式，教师只能“授之以鱼”，并不能很好地培养学生对学习的主动性和创新能力，从而达不到“授之以渔”的初衷。

（二）教学工作量少，难度大

工程流体力学作为一门理论性较强的学科，有其理论教学课时，但是由于对其他理论课的同步学习，学校安排的课时大幅度缩短，只能达到理论教学课时的一半。课时的缩短使教师难以按照课本规定的教学步骤完成教学，这就要求教师与学生配合起来，共同提升教学效率，才能按照预期完成教学目标和教学质量[5]。因此，为了课堂时间的高效利用，教师方面，一定是首先注重理论讲解，其次才能注意到学生的课堂反馈、活跃程度等;学生方面，课程的开始可能是兴致勃勃的，但是随着枯燥难懂的知识越来越多，甚至是越来越复杂，课堂气氛也会越来越沉闷，学生积极性也会越来越差。

（三）个体差异，无法具体化，缺乏互动

考虑到学生的力学知识与数学基础水平参差不齐，教师需要考虑所有学生的综合素质进行教学，无法顾及个别学生的需求，不能够为学生制订个性化学习计划，学习能力强的学生在课堂上无法专项拔高，基础差的同学也不一定都能跟上老师的授课节奏。在课堂互动方面，也只是学生被要求回答教师所提出的问题，教师无法根据课堂提问来改进教学内容，学生也无法通过课堂提问透露出薄弱点，师生互动的缺乏对教学效率的影响有待解决[3]。

（四）考核方式

最终考核成绩=平时成绩（20%）+期末考试成绩（80%），期末考试成绩在工程流体力学这门课最终成绩中占主要部分，使得学生注重期末考而忽视平时知识的积累[6]。很多学生抱着“期末猛复习”的心理，在平时上课时不注重听课、课后作业不认真完成，旷课、不交作业现象常有发生，对课程学习的重视程度很低，不会将课程内容用于生活，不会研究考试之外的课程问题，更不会研究课程的深度意义，他们仅仅是临近考试时，通过重点复习考试范围来达到不挂科的目的。在这种情况下，学生往往只拥有对考试范围内知识点的短期记忆，对知识点的理解也是浮于表面，不能实质上掌握理论知识，更达不到应用和创新的高水平要求。

二、线上教学存在的问题

线上教学有着独特的教学优点，不受时间空间限制、学习信息量大、学习途径广，等等。疫情期间中国矿业大学（北京）进行了一个学期的线上授课，这使线上教学的缺点展现出来。

工程流体力学是一门应用性很强的课程，有的知识点比较抽象，需要结合实际来解释，并根据某些流动问题设计实验，通过学生的动手实验来对一些知识有感性的认识，用实验现象和直观的实验数据来加深学生对定义、公式、定理的深入理解。这种融入学生体验感的教学效果是纯粹通过线上教学难以实现的[7]。

老师和学生之间隔着屏幕，少了面对面的接触效应，教师没辦法直观感受到学生听课的情绪反馈，学生所收到的老师的情绪也大打折扣，使得教学氛围达不到面对面授课所能达到的效果。老师与学生之间的面对面互动本可以带来熟悉感，达到通过老师的特色来记忆课程特色的效果，学生可能会因为老师的某一互动而对课程产生浓厚的兴趣，也可能因为某一动手实验而激发对课程的钻研精神，这一系列线下互动都有可能给学生带来不一样的收获。这些收获都是线上教学没办法达到的，也是传统教学至今不被摒弃的理由。

线上教学过多依赖学生的自主性，没有了线下课堂的严肃氛围，对于约束能力差的部分学生，想要做到全程集中精力观看线上课程比较困难，且容易受到周围环境的影响，容易产生走神、听讲不耐心等消极态度[8]。比如公式推导环节，复杂的过程会使学生渐渐失去耐心，自主性差的学生，课后不主动去弥补知识欠缺，导致知识无法掌握。但如果是线下教学，自主性差的同学尽管听不懂，甚至是不想听了，但是课堂教学的气氛还在，学习态度消极的同学会被学习积极的同学带动，即使听不懂也不至于落下太多。

线上教学信息繁多，学生一旦抓不住重点，盲目学习，就会浪费自主学习的时间，自主性提高的同时，学习效率反而降低了。抓不住重点地盲目学习，对自主性强的学生来说，不尽人意的学习成果会使他们丧失信心，更甚产生自我怀疑。此时，一味地盲目学习并不管用，需要教师的引导，线上交流老师不一定能够知道学生学习中所面临的困难，学生也不一定能够完全理解老师所表达的意思，教师给学生讲题需要口述的同时也要给学生写下来过程，对学生来说这样才是最好的学习方式。所以对于自主性强但学习能力差的学生，有时候完全的线上教学并不能够事半功倍，反而是事倍功半。

三、线上线下相结合模式的实施

随着互联网技术的稳步发展，丰富的知识、信息大量地出现在大众视野中，人们无时无刻不在学习新知识，互联网教学逐渐进入人们的生活。本文提出线上线下相结合的教学模式，将互联网技术应用于工程流体力学的教学中，充分发挥线上线下教学各自的优势，弥补不足，提高教学效果[9]。线上线下结合教学对学生的时间管理能力有较高的要求，体现在课前线下的预习效果，直接影响了课堂上教师的教学进度与学生的听课效果，并对整个学习过程产生影响。为了更加清晰地分析学生的学习效果，将工程流体力学课程分为课前、课中、课后三个环节[10]。课程构架表见表1。

（一）课前

首先教师在网络平台上将学习任务以问题的形式发布，引发学生课前的思考，并激发学生的学习兴趣，让学生带着问题完成预习。其次根据工程流体力学的课程特点，收集和发布线上教学资料，在网络平台提前上传教学大纲、教学计划、PPT课件、电子教材、微视频等教学资源。课前充分给予学生自主学习的时间，进行线上教学资源的理论学习，使学生走进教室时带有较好的知识基础，从而减少概念和理论公式的线下教学用时，为工程流体力学基础知识的工程应用提供课堂讨论时间，强化学生基础知识的累积，提高线下课堂教学质量。在线视频的学习有两部分，其中一部分重要知识点视频的线上学习需要完成一定的任务点，并且在第一次播放视频时，进度条不可拖动，且教师端可以看见任务点的完成情况，起到监督学生自主预习的作用;另一部分是教师在课堂上没时间展开来讲的内容，比如知识点延伸、工程示例等，这部分往往对学生更具有吸引力，可以将知识点穿插在其中，作为学生的课前选读内容，增强学生的学习积极性的同时让学生温习知识点[10]。学生在课前预习的整个过程之中，可将自己的疑问在讨论区进行发表，其他同学可以加入讨论，教师也要实时关注讨论区的动态，并为同学们解答，讨论较多、难度较大的问题教师可以在线下课堂上统一解答[9]。讨论区的设置可以为学生的自主学习提供便利，也可以增加教师对学生知识点掌握情况的了解，为线下教学计划的制订提供前提。最后是线上的章节前测，以选择和判断两种题型为主，用来检测学生的自主学习情况[10];教师根据前测和讨论判断学生对知识点的预习程度，并实时更新课堂教学计划。

（二）课中

课堂教学采用多元化教学方式，应以学生为教学的中心，以学生的受教成果为衡量标准，及时对教学方式做出调整。

线下教学中公式、理论等知识点的梳理采用板书和多媒体两种教学形式相结合的形式。板书教学和多媒体教学相比较，学生往往更容易吸收板书教学的内容，但板书教学耗费时间;学生对多媒体教学更加有兴趣，但理解知识需要时间思考，有时跟不上多媒体教学的速度，以至于知识学习的不牢固。在向学生介绍概念和原理时，可以采用多媒体教学，用更具吸引力的图片和动画来解释枯燥乏味的理论内容，使同学们对复杂理论的理解更加透彻;在遇到复杂的章节和公式的推导演绎时使用板书教学，在教师的引导下，学生不但会减少对困难的逃避心理，反而会思路更加清晰[4]。

课堂讨论可以有效衔接线上线下教学。由于课前线上课程的开展，学生带着知识进入课堂。教师适当地压缩每节课的教学时长，在梳理知识点时，减少对次要内容的补充，突出对重难点进行讲解，根据学生的需求进行课堂教学。将课前讨论区难理解的内容、多数同学的疑问，利用课堂剩余时间进行讲解，并展开课堂讨论，减少老师和学生的距离感，实际地为学生解决问题，形成教师与学生的有效互动，衔接好线上线下的学习。

思维导图的绘制过程会建立起学生的知识体系。教师要求学生在下课时上交一个本节课内容的思维导图，每个学生对知识的接受能力不同，因此不规定绘制思维导图的时间，进行开放式管理，教师讲解的时候边听边总结、讲解完思考、讨论时思考等。绘制思维导图的提出，一方面，相当于给学生提出了需要整个课堂时间来解决的问题，让学生带着问题去听课，知道了自己要学什么，这样往往会使思维更加灵敏，增强了学习的主动性;另一方面，布置的任务给学生带来了压迫感，自制力不强的学生不得不认真听讲，提高了课堂效率。

小组合作汇报可增强学生之间的沟通与配合。4～5个学生自由组合成为一个小组，在教师进行每个章节教学的这段时间，学生小组准备好本章节工程应用的实例，其中对工程实际问题的分析与求解是小组讨论的重点。只有将所学知识归纳、整理，小组成员深入思考并达成一致后才能选择出合适的工程实例，因此在工程实例的选择上，充分发挥了学生的主动性，强化了学生对课程内容的思考，培养了学生的合作能力。教师结束每个章节的课程后，都会留一堂课的时间给学生，学生以组为单位对工程实际问题进行汇报，汇报以PPT形式展现。在汇报的过程中，学生对知识点进行归纳总结，不仅增强了学生对知识的熟悉程度，加深了学生对知识点的记忆，还让学生获得成就感，增强了学生对工程流体力学的兴趣[5]。

（三）课后

经过课堂上的深度学习，学生进行知识点的巩固与提高，教师要对学生的学习情况进行掌握以制订教学计划。教师根据近期课堂教学内容，在网络平台上发布课后内容推送，包括课后作业、章节测试、知识点扩展以及在讨论区设置案例分析[11]。课中学生在教师的引导下，会有意识地对易混知识点、重难点的掌握情况进行自检，从而有针对性地进行复习，同時，学生在完成教师布置的课后作业的过程中，自行查漏补缺，对知识点进行回顾。教师发布的章节测试，由学生在规定时间内完成，作为本章节学习成果的检验。教师在线上讨论区发布的案例讨论，以学生掌握知识点的应用为目标，所以学生的回答和提问可以是开放性的。课后借助线上平台，学生可以获得知识的巩固、拓展和提高，教师可根据学生的章节测试和讨论区发言推测学生的学习情况，从而提供进一步的指导。

线上线下相结合的教学模式拥有新的考核机制。教师调整了成绩考核标准，调整了平时表现和期末考试的权重，达到了课堂线下教学、课外线上学习有机结合的效果。量化考核包括线上和线下两种方式，线上考核分为课前预习、课后作业、章节测试三个考核环节，线下考核分为思维导图考勤、小组汇报和期末考试三个考核环节，各个考核环节占比见表2。

四、结束语

线上线下教学虽然是两种不同的教学模式，但是都有着相同的教学目标，一方面，提高了学生对日常学习的关注度，另一方面，提高了学生学习的主动性，学习效果也随之提高。线下教学发挥了其学习氛围感强、师生近距离互动、课堂反馈及时等优势，线上教学发挥了其个性化、课余时间充足、学生主动性强等优势。将线上线下教学相结合，发挥各自的优势，补全各自的劣势，既体现了教师在教学中的引导作用，又激发了学生在学习中的主动性，教与学相互融合，才能提高课程效率。

参考文献：

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