特色与创新

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依托特色混合教学模式打造“教研学创”联动机制

发布日期:2022-11-11    浏览量:

适度混合自建自治区一流课程、微信群“24小时无缝衔接课堂”、移动学习app和国内名师优质资源,有效混合课程思政和“543”教学法,打造了“教研学创”联动机制——教中生研、科研哺教、学中促创、科创馈学。课程思政融合提供科研思维、态度和方法,实践激活“543”教法激发学生创新创造热情,起到了显著效果。教师以教学中难啃骨头如湍流、涡旋等谜团为科研课题,创造新知,学生创造了许多优秀流体力学作品,并积极投身各类科创大赛。大赛经验和成果极大提升课程吸引力,形成良性循环。

一、优质平台架构和资源建设

包括自建《流体力学》课程思政国家慕课、自建自治区一流混合课程《流体力学》-突出工程、《流体输送与输配》-应用、自建公选课和便捷的微信交流群及移动学习app辅助平台。混合课程按章节内容内嵌工程案例、思政素材、名师课堂、可查询知识点、在线测试、典型习题精讲。名师课堂引用全国优质教学资源比如清华、上交、西交、北航、华科、哈工大、西工大等学校的名师课程,精选适合我校学生的内容和讲解方式将其按知识点碎片化,做成视频、音频和文本三种形式,同学们可以根据喜好甚至心情查询选看。在线测试将概念和原理及其应用尽可能通过真实图片、形象动画、生活工程短视频等置于真实场景,联系实际,直观应用。微信群QQ群可以不只是简单的通信工具,它完全可以是师生、生生的课后交流平台-“24小时无缝衔接课堂”,答疑解惑学生抢先,关键时诀窍处教师指点,好资源好想法群里先看,节日里师生情祝福满满,毕业后各种嗑还唠个没完。借助手机的“附体”功能,我们开发了自主知识产权的流体力学概念移动学习app,学生可以随时随地(茶余饭后、散步公交)学习流体力学重要概念和原理,帮助学生形成流体力课程思维。

混合课程开辟“流体力学科学园”版块,引导学生溯源历史、追踪前沿、朝拜大师、探索发现、欣赏流体力学的美和妙,同时也介绍我们团队关于流体力学的创新性研究成果及国内国际影响。

二、混合教学实施

将课程思政、“543”教学法、线上平台和线下课堂适度系统混合,重在适度。

图1公道杯实践案例混合教学模式

如图1,以公道杯实践案例混合教学模式为例,一般实施过程为:

课前:安排学生选择观看名师课堂或智慧树在线课程或阅读网络平台文本,完成每小节测试题目,教师通过微信群和平台统计了解学生学习状态和主要问题。如果有自由实验案例,就需要分组分层次设计完成实验、分析结果,得出结论用于课堂展示。

课中:①教师根据线上了解到的学生主要问题或者积累问题监测点提问,以便复习和确认,同时案例导入;②教师结合实际对重点概念和原理进行直观分层讲解;③针对确认问题和重点内容围绕典型工程案例进行定性分析和简单定量计算、讨论和深入学习。④将重要例题和习题作为案例实践的补充分层渐进反复实践孰能生巧,注意讲透方法(避免无法下手)并导-陪-督-助所有学生搞懂完成现场提交(避免课堂惰性、课后抄袭)。一般每章开头用典型工程案例导入(让学生开章就明白本章的根本目标、核心任务和最重要内容),围绕重要知识进行案例讲解(完成知识、能力与素质训练),最后学生提交案例,教师评述。

课后:思考、作业、微信和微信群“24小时无缝衔接课堂”。

三、课程考核评价机制

以过程考核为主,形成性评价为辅。增加过程性评价分值,采用激励、激发、督促和引导等方式调动学生积极主动学习,但守住两条线:诚信0线-不诚信该项成绩无效、目标底线-最重点内容、方法和能力100%掌握。

流体力学最终成绩由平时成绩(30%)+闭卷成绩(60%)+实验成绩(10%)三项构成。

平时成绩(30分)的考核是重中之重,包括课程思政线上课学习(5分)、线上流体力学内容学习和测试(5分)、课前回顾课堂实践(5分)、重要知识点问答(5分)和流体力学作品创作(5分)。

(1)线上学习《流体力学之美与哲学科学启示》,增强学习兴趣、激发学习热情和创新精神、提高素养和思想境界。最低要求根据老师安排观看相应章节并留言讨论。

(2)网络综合平台有针对性的学习和效果检验。于课前或者课后针对兴趣和不懂的内容选看名师课堂(每周时间不得低于20分钟)和文本阅读,并完成全部在线测试,提交课后作业。

(3)课前5分钟+课堂实践培养学生学习主动性和创造力。课前5分钟每章最重点内容反复书写、课堂案例(生活工程案例、例题、典型习题、演示实验、自由实验)反复练习。要领:做完课堂线上提交、线上留存、错误及时纠正、不会的当时教会。

(4)课堂+课下重要知识点问答促进学生学习积极性和主动性,助力微信群“24小时无缝衔接课堂”。规则提问加分、答问加分、抽问答对加分答错扣分。

(6)流体力学作品创作大赛调动学生主动实践、自由探索、积极创造、分工合作。学生按3-6人分组,小组首先查阅资料讨论初步确定题目,然后进行可行性和经济性分析,最终确定题目并分配每个成员任务。之后开始试制、提交展示初步成果、教师指导如何创新、如何提高性能或者如何采取实验分析解释,进行进一步或者最终完善。最后提交成果包括①小组任务分配表,②创作过程图片和视频,③作品路演PPT,④作品word报告,⑤成果实物。小组成绩根据作品质量、创新性和实用性给定,组内根据每人的任务质量在小组成绩上下浮动。

上述第(3)、(4)、(5)项都采用分组考核,鼓励个人创造和竞争,同时兼顾组内合作,所以按每组总分确定等级成绩、同组参考组内平均分对每位同学上浮和下调等级成绩。

四、 打造“教研学创”联动机制

适度混合自建自治区一流课程、微信群“24小时无缝衔接课堂”和国内名师优质资源,有效混合课程思政和“543”教学法,打造了“教学研创”联动机制——教中生研、科研哺教、学中促创、科创馈学。

(1)科研提升师生创新能力、激发创造力、跟踪学科前沿进展

我们一直以来秉持教学和科学研究相互交融,教师生而为教、教学研究的升华就是科学研究,教学中难啃的骨头就是科学研究的目标。比如探索湍流世纪未解之大谜团,直面亥姆霍兹分解、涡量是否真正表示流体刚转、漩涡究竟如何表示和精确描述等长期困扰流体力学界的问题,质疑、存疑、解疑的过程是对世界本质的思考和洞察,是对前沿进展的追踪,可以大大提升教师认知、专业素质、素养和创新能力。同时将相关内容引入第七章N-S方程第一节流体运动分解、用于第四章第二节和第四节对湍流的理解,用于第一章对牛顿粘性定律基础作用认识和对基本定律的质疑等等,引导学生质疑、存疑、解疑,交给他们正确对待书本理论,明白真理的相对性,激发创新思维和创造力,学生也能了解学科的前沿进展。

因此,基于教学的科学研究也得到了国内和国际同行的好评和认可。在多孔介质湍流研究方面,提出了10种流动传热模型,推导了20多个流动阻力计算公式,其中6个与行业翘楚Egun公式相当,2个更优。为此美国化学学会对我们的研究成果给出了很高的评价和赞誉:

化工TOP期刊《INDUSTRIAL&ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH》评价:

“At ACS we recognize that your research is important.That's why ACS strives to maintain one of the fastest submission-to-web publication times in scientific publishing.It's what drives us to provide the highest quality technical editing and production services, to forego page charges or the use of color charges for your manuscript, and to highlight your research via a dynamic ACS Publications web platform that showcases your important work to a global community of scientists.”(在ACS(美国化学学会)我们知道你的研究很重要。所以ACS力求以最快的速度出版,而且提供最高质量的技术编辑和制作服务,免除您稿件的版面费和彩色费,并通过动态ACS出版网络平台向全球科学家社区展示你的重要工作。)

ACS荣誉证书及评价:”you have helped advance scientific excellence, made ACS the most trusted,most cited and most read.”(你们帮助推动了科学的卓越发展,使ACS成为最受信任、最受引用和最受阅读的机构。)

近期我们在流体动力学有大的突破,提出了新的流体力学本构方程、新N-S方程、新的速度分解、新的漩涡定义。同时基于这些原创性成果和对流体力学及湍流漩涡机理的深刻认识,创新性提出了与近百年发展起来的三代涡识别方法相当的一系列涡识别新方法:新涡量法、新Q法、新Ω法和Zheng-Fantex法。尤其是Zheng-Fantex方法,我们提出了一种全新的真正流体刚性转动定义,比目前最新且被国内外普遍认可的Liutex更简单,更易理解和更便于应用。这些成果已经首次出现在2022届毕业的研究生范友的硕士论文“基于Liutex的涡识别和动力学研究”中。

(2)科研案例提升教学的高阶性和挑战度

将成熟的科研案例引入教学过程让学生体会到知识真的很有用,其中的复杂性问题具有一定的挑战度,对其解决的过程锻炼了学生对理论和原理的熟练应用能力,提升了课程教学的高阶性。比如:对多孔介质流动机理和阻力方面的研究可以提升学生对管流流动状态理解,增强对管流绕流阻力计算的应用能力;三峡大坝世界最大的双线五级船闸和升船机可以让学生明白小原理如何解决大问题、三峡泄洪孔如何设计来消能减少对堤坝和河道的冲刷破坏等等。

(3)科研探索培养创新性人才

研究生、本科生通过研究这些真正创新性的科研问题,同时这些科研问题又是生长于教科书的理论点,更易激发同学们的研究兴趣、热情和探索精神。寓教于研、寓研于教、寓教研于乐是教学过程莫大的享受和体验。因此我们课题组多年来为西安交通大学、上海交通大学、大连理工大学、哈尔滨工程大学、北京科技大学、上海理工大学、北京工业大学等许多学校输送了许多优秀本科毕业生。同学们在《流体力学》课程教学模式的激发下勇于探索,积极参加各类科创比赛,留下了许多优秀科技作品。截至今年,获国家级奖项56项(其中国家一等奖9项、二等奖13项),获批专利31项,论文发表10余篇(其中top期刊1篇、SCI1篇、EI收录2篇)。