“新工科”背景下流体力学全英文教学实践与探索

杨扬 叶丁丁 王宏 黄云

摘 要：随着国际交流的增强，以及对外开放的不断深入，在这种国内、国际新形势下，我国工程技术领域对既懂得专业知识又通英语的复合型、国际型人才的需求日益增加，复合型、国际型工科人才匮乏的问题日益突出，因此全英文课程建设是“新工科”背景下高等教育课程改革的重要举措，也是顺应时代发展的需求。流体力学是能源动力专业的三大核心专业基础课，实现全英文教学是高等院校工科专业国际化的必然要求。然而，在教学实践过程中发现全英文教学存在国外教材“水土不服”、课程考核困难、学生专业词汇不足等问题，特对上述教学实践过程中的问题进行思考，并提出探索方向。

关键词：流体力学;全英文教学;能源与动力工程;新工科

中图分类号：G64          文献标识码：A          文章编号：1673-9132（2022）09-0003-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2022.09.001

一、高等院校“新工科”建设的背景

高等院校“新工科”建设，针对的是国际上新兴的技术产业，包括云计算、大数据、人工智能、量子技术等，也包括对传统意义上的工科专业提升改造，是我国为了主动面对新一轮科技革命和产业变革，在新经济、新起点的大背景下提出来的概念[1]。

与传统意义上的工科专业相比，“新工科”着重强调学科的综合性、实践性与交叉性，尤其注重媒体通讯、电气控制、软件构建等新兴技术与现有工科技术的相互结合。

高等院校“新工科”教育背景下培养出来的人才，应具有良好的工程实践和创新能力，具备相当的国际竞争力等，应该是全面的、国际化的工科人才。除此之外，能够主动适应创新型国家建设，主动迎接国际性竞争，满足国家经济建设和社会发展中面临的多样性、全方位、高水平的需求，成为德、智、体全面发展的专门技术人才[2-4]。

二、流体力学全英文教学重要意义

流体力学是高等学校机械及能源动力类工程学科和核科学与工程学科重要专业基础课，主要学习流体的基本概念与力学属性、流体运动描述、测量的基本原理与方法、流动相关能耗的分析计算原理与方法，及流体与固体间相互作用力的计算与分析等。

课程内容涉及流体机械运动的物理本质，需要大量应用多维连续函数微积分的理念与知识，对学生的数理思维及分析、计算、表达能力有较高的要求;课程的实验涉及许多尚未揭示清晰的流动现象，对学生的实验动手能力、观察能力及科学思维能力有很好的锻炼。

高等工科院校顺利开展全英文流体力学教学，对于学生来说有益于专业词汇的掌握，获取所在学科最前沿知识，为国际交流奠定良好的基础，同时有利于培养更多具有国际视野的复合型人才，因此开设流体力学全英文课程是“新工科”背景国际化工程教育的必然要求。此课程的开设，有助于提升我国流体力学教学的影响力[5]。

三、流体力学全英文教学现状及存在问题

本课程团队在流体力学全英文教学实践过程中设置了一份调查问卷，以了解学生对全英文流体力学课程的反馈情况，通过调查问卷发现一些问题。

比如：学生的英文沟通表达部分受阻，55%的大二学生选择基本能与别人用英文交流，40%的大二学生选择英文书面表达可以，但英语口语交流有稍许困难，只有5%的大学生选择能流利用英语与别人交流。由于缺少口语的语言氛围，以及本科阶段对英语专业口语表达的要求往往不足，国内很大一部分学生的专业英语水平表现很难达到课堂交流的水平，诸如微分（differential）、积分（integration）等基本数学用语授课开始阶段仍不清楚，对于諸如驻点（stagnation）、比热（specific heat）等专业英语术语更是模棱两可。

受英语专业口语水平和专业词汇的局限，一大部分学生不愿意用英语在课堂上与教师进行交流，师生之间的课堂沟通有所限制，本科生对教学活动的主要参与是被动听讲式：85%的学生认为全英文课程学习的最大障碍是个人专业英语词汇匮乏，80%的学生认为全英文课程学习的最大障碍是受限于个人的听说能力，另外有10%的学生认为教师全英文PPT理解起来较为困难。

此外，流体力学全英文课程与中文的授课内容大体上一致，但是对于具体的公式形式、标点符号，以及解题思路有部分区别，需要对上述问题进行注意。

现阶段，高等院校大多基于国外原版教材开展全英文教学。相较于国内教材，国外原版教材具有英文规范、表达清晰、内容新颖丰富，可读性好，能提供该领域较为前沿的专业知识，实践过程主要采用三本国外进口原版教材，分别是：《Fundamentals of Fluid Mechanics》，7th Edition，Bruce R.Munson，John Wiley and Sons，Inc.，2012;《Fluid Mechanics》，7th Edition，Frank White， Mcgraw-Hill Series in Mechanical Engineering，2009;《Fox and McDonalds Introduction to Fluid Mechanics》，8th Edition，Philip J. Pritchard， John Wiley and Sons，Inc.2011。然而，国外出版的流体力学教材种类很多，绝大多数是针对以英语为母语的学生编写教材，因此国内在教材选择方面还存在一些问题。

与中文教材相比，国外出版的教材在标点符号运用、公式表达、解题思想方面存在一定差异，给学生在使用教材的过程中带来一些困难[6]。

最后，对于全英文学习的质量考核不易控制，例如：受英文水平的限制，学生在习题中对规范写作表达和把握标准不到位，课程作业往往存在表达不清晰、水平参差不齐、前后顺序不统一等，上述问题在考试中同样存在。

此外，流体力学课程中公式推导众多，涉及大量专业词汇，学习过程中有的学生侧重掌握专业词汇，有的侧重掌握和理解专业知识重难点，考虑到每个学生的基础和学习能力不同，考试标准很难制定和统一。

四、全英文教学模式的实践与探索

在近几年的教学实践中，本课程组有意识地陆续从多个角度申请了几项相关“新工科”素质培养的教研项目，包括：叶丁丁教授主持的重庆市2020年高等教育课程思政重点项目——以思政目标引领的工程流体力学与思政教育协同探索，杨扬博士主持的重庆大学2020年全英文授课项目等。

通过这些项目的实施，本课程组梳理了教学内容，整合了教学策略，进行了很多有益的尝试，积累了相关的研究经验，并形成了现在的教学模式。

（一）针对具体章节内容，选择合适的教学和考核方法

课程组讲课思路以重庆大学何川教授主编、机械工业出版社出版的《流体力学（少学时）》思路讲授，推荐学生以外文教材——《Fluid Mechanics》，7th Edition，Frank White，Mcgraw-Hill Series in Mechanical Engineering，2009和孔珑教授主编、中国电力出版社出版的第四版《工程流体力学》为两种主要教辅资料。

本课程的主要教学内容包括流体力学基本概念、流体静力学、流体运动学与动力学基础等，课程组针对不同的内容选择贴近机械工程、能源与动力工程专业自身的实例，例如结合泵/风机的原理来学习流体动力学，同时我们将在教学中穿插大量工程研究案例，拓宽学生的工程视野。

本课程组通过穿插讲述有趣的历史研究典故和自身的研究经历调动学生的积极性，不时关注学生自身情感，及时关心学生的认知反映、学习过程和学习效果，建立师生之间全英文交流的常态化，最终提高英文教学质量[7]。

为了解决全英文教学中的考核不易控制的问题，本课程组将题型结构优化为四种：（1）概念题;（2）分析题;（3）计算题;（4）实验测试题，并调整概念题和分析题的题量比例，重点考核学生对基本知识的理解能力与分析、解决工程实际问题的能力。

（二）灵活运用多种教学方法，不断提高教学效果

本团队在授课中采用循序渐进的方式，首先通过穿插进行外语教学，然后随着讲解的不断深入，以及学生专业知识的提高和理解能力的增强，逐步过渡到全英文的授课模式。

与此同时，本课程组在授课中对于非重点知识少讲或略讲，例如：对势流理论基础，包括：流函数、势函数的概念，势流场中的压强分布，以及基本解叠加法求解势流流动的方法要略讲;对气体高速流动基础，包括：气体高速流动的分类，声速与马赫数，一元流动基本方程及其应用，流道截面变化对气流速度的影响规律，激波及波阻的概念，气流在喷嘴中的流动在教学实践中要少讲，只针对前两小节进行简单介绍。

本课题组还充分利用现代多媒体技术的发展不断提高教学质量和学生学习的效果，规划、设计具有启迪性、系统性的教案，在此基础上开发适合于机械工程、能源与动力工程学科特点的教学案例，调查问卷结果显示90%的学生认为有必要开设全英文流体力学课程，95%的学生认为通过本门课程的学习可以提高对本专业词汇的认知能力，75%的学生认为提高了英语听说读写能力，55%的学生认为提高了思维能力。课堂教学中全面采用多媒体教学，利用“微助教”课堂互动教学工具，丰富课堂互动形式和强化学生学习兴趣。

（三）结合专业特点，举行流体力学专题讲座

本课程在重庆大学机械工程、能源与动力工程两个专业开设。

针对这两个专业培养目标的不同，可以开展不同方向的流体力学专题讲座[8]。

针对机械工程专业，可以开展流体力学在现代制造与机电控制中应用的讲座。

针对能源与动力工程专业，可以开展电厂、新能源方向讲座。

本团队通过这些专题讲座使学生明确流体力学在机械、土木、能动专业的应用，激发其学习兴趣。更重要的是，希望学生通过专题讲座能对工程实际中的流动问题进行分析、计算及测量，应具备能将数学知识用于工程问题分析的能力;能在数理逻辑、工程意识、思维理念方面得到提升，在严谨的科学作风及观察事物的洞察力方面得到锻炼。

此外，本教学团队也建议学校、教务处从国际化视野培养、鼓励创新思维以及专业认知与职业道德教育等方面，对学生培养进行进一步改进。开设大量的全英文人文素养类讲座，加强出国留学与交流、校内国际交流、以及双语和全英文课程建设等方面的工作。

（四）规划和实施与时俱进的综合性流体力学基础实验

工程流体力学课程具有知识面宽、实践性强的特点，课堂教学侧重于学习理论知识，有许多知识点单纯通过课堂教学是远远不够的，只有通过相应的基础实验教学才能使学生深入的理解该知识点，故基础实验教学对本课程是必不可少的[9-10];同时，在基础实验教学的设计上需要重点关注下面三个环节：

1.开展教学案例分析，要求学生认真完成作业，完成情况记入学生的流体力學课程总成绩;

2.拓展流体力学基础课外兴趣，分小组阅读Physics Review Letter、Applied Physics Letter等物理领域顶尖期刊中关于本学科最前沿的研究，对文章中的最新理论进行辩证性分析，分小组用英文进行汇报和现场评述;

3.开展1个以上的设计与开创性试验，提高学生自主学习的能动性，特别是在流动阻力性能与流动方式等知识点上结合实验展开。

通过规划和实施综合型、开放型流体力学的基础教学实验，学生能够基于流体力学学到的原理并采用科学方法研究工程实践中与流动相关的问题;通过设计实验、分析与解释实验结果、通过信息综合得到合理的结论。

本课程依靠能源与动力电气国家级虚拟仿真实验教学中心、重庆大学—东方锅炉（集团）股份有限公司国家级工程实践教育中心、工程材料国家级实验教学示范中心、“低品位能源利用技术及系统”教育部重点实验室、多能互联互补分布式能源技术及系统重庆工程技术中心等多平台实施综合型、开放型流体力学基础教学实验。

五、结语

2017年2月，教育部提出“新工科”的概念并在复旦大学举行了“综合性高校工程教育发展战略研讨会”，会议形成的“复旦共识”拉开了我国“新工科”建设的序幕;2018年3月，教育部公布了612个首批“新工科”;2019年2月，各高校针对如何实施“新工科”进行了再讨论。

新一轮科技革命与产业变革迫使我国“新工科”必须走国际化道路，我国工程技术领域需要培养既精通专业知识又精通英语，可以用英语熟练交流的复合型、国际型人才，在目前高等教育现状下，复合型、国际型工科人才匮乏的问题日显突出，而全英文课程建设是高等教育国际化的关键一环，流体力学作为在工程领域广泛应用的专业基础课程，顺应新时代国内和国际的发展和要求，必须进行全英文课改建设。

本文建议从教学体系、师资国际化、课程教学内容、教材遴选、课件讲义习题以及相应教学方法等方面进行探索革新，进而提高工科学生的培养质量及英语使用能力，提升学生思维的国际化水平，拓展他们的国际化视野，深化具有创新能力的国际化人才的培养，希望全英文课程建设得到师生、教育教学专家的认可。

参考文献：

[1] 尤佳，李擎，崔家瑞.面向新工科建设的数电课程教学模式探索[J].高等理科教育，2019（3）：95.

[2] 曹福亮，刘英，王伊宁，等.面向新工科的工程专业实践赋能教育路径[J].昆明理工大学学报（社会科学版），2021（3）：85.

[3] 谢冰蕾，吴琳华.融入区域发展的新工科教育建设：逻辑、挑战与进路[J].中国高教研究，2021（7）：51.

[4] 史广泰.新工科背景下能源与动力工程专业人才培养模式探究[J].高教学刊，2021（7）：148.

[5] 高杰，郑群，谭晓京.面向国际化的工程流体力学全英文课程建设探索与实践[J].高教学刊，2019（8）：8.

[6] 岳亚楠，徐艳茹，万祥.英文《传热学》教学过程中的思考[J].教育教学论坛，2016（42）：208.

[7] 毛军，梁小燕，Marc Hen.流体力学课程双语教学的实践与思考[J].高等建筑教育，2011（4）：120.

[8] 張洁，黄宏伟.“双一流”背景下全英文课程建设案例分析及建议[J].研究生教育研究，2021（3）：57.

[9] 吴迪，宋维源，孙可明.以工程实例为导向的流体力学教学模式改革初探[J].科教导刊（下旬），2017（5X）：93.

[10] 张勃阳.煤矿工程实例在流体力学教学中的应用[J].课程教育研究，2018（52）：162.