水利類專業(yè)一流本科課程建設(shè)研究與實踐

姜艷　王笑峰　孟凡香

摘? ? 要：作為水利類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，“結(jié)構(gòu)力學(xué)”具有較強的理論性、抽象性等特點，對于夯實學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力，使之成為能夠承擔(dān)中華民族偉大復(fù)興重任的水利工程類人才具有重要的意義。在建設(shè)“一流本科課程”背景下，文章分別從課程教學(xué)目標調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)過程及考核方式創(chuàng)新、課程改革實施成效四個方面，闡述了水利類專業(yè)“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程體系的構(gòu)建過程。

關(guān)鍵詞：水利類專業(yè);一流本科課程;結(jié)構(gòu)力學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2022）02-0027-03

2015 年國務(wù)院印發(fā)《統(tǒng)籌推進世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》，2019年4月，教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于實施一流本科專業(yè)建設(shè)“雙萬計劃”的通知》，明確提出“雙一流”建設(shè)的戰(zhàn)略部署[1]。2021年是國家教育部建設(shè)一萬個國家級一流本科專業(yè)點和一萬個省級一流本科專業(yè)點即推行首輪“雙萬計劃”的最后一年，打造“金課”，建設(shè)“一流本科課程”已成為各個高校本科教學(xué)的工作重點。

2021年中央一號文件明確指出了未來大型灌區(qū)改造和水庫除險加固的重要性[2]，“農(nóng)業(yè)是國家的根本，水利是農(nóng)業(yè)的命脈”。因此，加強水利類人才的培養(yǎng)力度，對于提高我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平、保障國家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義。課程建設(shè)是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，教育部在一流本科課程建設(shè)實施方案中明確提出，要進一步優(yōu)化課程的內(nèi)涵，形成具有中國特色和世界水平的一流本科課程體系?！敖Y(jié)構(gòu)力學(xué)”作為水利類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是水利類專業(yè)“三大力學(xué)”之一，是研究水利工程結(jié)構(gòu)力學(xué)特性、各部分結(jié)構(gòu)組成內(nèi)力關(guān)系，以及科學(xué)合理設(shè)計結(jié)構(gòu)形式的一門工程技術(shù)科學(xué)，對學(xué)生后續(xù)“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”“水工鋼結(jié)構(gòu)”“灌排工程學(xué)”等專業(yè)課的學(xué)習(xí)，以及未來從事專業(yè)技術(shù)工作具有重要的奠基意義。

在國家工程教育專業(yè)認證和國家“雙萬計劃”的推動下，國內(nèi)高校在“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程建設(shè)方面提出了許多創(chuàng)新性和實用性較強的成果，但目前課程建設(shè)中仍存在一些不足之處，如教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)實踐結(jié)合不夠緊密;課程考核缺少對學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的體現(xiàn)等。因此，如何依據(jù)水利類人才培養(yǎng)標準，細化和完善與“一流本科專業(yè)”建設(shè)及工程教育專業(yè)認證相適應(yīng)的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程體系和教學(xué)目標，并改進教學(xué)思路和教學(xué)模式，構(gòu)建科學(xué)合理的課程評價體系、達成度評價方法和質(zhì)量保障機制，對于未來水利類人才培養(yǎng)，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，促進智慧水利發(fā)展具有重要的意義。

一、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程體系構(gòu)建

在新的歷史時期以及水利事業(yè)迅猛發(fā)展的大好機遇下，水利類本科院校應(yīng)以人才培養(yǎng)模式改革為突破口，為水利行業(yè)培養(yǎng)更多的應(yīng)用型和創(chuàng)新型本科人才。本文以筆者所在的黑龍江大學(xué)開設(shè)的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程為例，對課程的教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考試方式的構(gòu)建進行簡要論述。

（一）調(diào)整課程教學(xué)目標

黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院通過對水利類專業(yè)相關(guān)單位訪談，根據(jù)“一流本科專業(yè)”建設(shè)及工程教育專業(yè)認證對水利類人才培養(yǎng)的要求，全面修訂、完善和細化教學(xué)大綱。調(diào)整傳統(tǒng)理論授課學(xué)時和案例學(xué)時的比例，簡化傳統(tǒng)教材中繁瑣的理論公式推導(dǎo)過程，如拱、剛架等內(nèi)力的推導(dǎo)計算，從實際應(yīng)用的角度闡述理論知識的應(yīng)用;通過優(yōu)化案例教學(xué)設(shè)計，提升學(xué)生對復(fù)雜知識點和理論公式學(xué)習(xí)的積極性，促使學(xué)生將實際工程和結(jié)構(gòu)力學(xué)理論知識融會貫通?；谏鲜鏊悸?，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)各知識模塊之間的邏輯關(guān)系，將教學(xué)目標修訂為以下四個方面：第一，通過桿件材料的強度、剛度、穩(wěn)定性等方面基礎(chǔ)知識，掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念和計算方法，掌握靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計算方法。第二，能夠應(yīng)用靜定、超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的計算方法，進行結(jié)構(gòu)的強度和剛度的驗算工作;具有對計算結(jié)構(gòu)進行校核、對內(nèi)力分布的合理性作出定性判斷的能力，得出合理的計算成果與設(shè)計方案。第三，進一步掌握進行水工程安全問題所必需的力學(xué)基礎(chǔ)知識。第四，掌握靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形計算方法，并能夠分析影響結(jié)果的原因。

（二）改革課程教學(xué)內(nèi)容

“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程具有理論性強、課程內(nèi)容抽象復(fù)雜等特點，需要學(xué)生具備豐富的水利工程構(gòu)件空間構(gòu)造力和抽象思辨與創(chuàng)造力，學(xué)習(xí)難度較大。為了順應(yīng)新時代綜合性人才的培養(yǎng)目標，提升水利專業(yè)人才的培養(yǎng)水平，探索如何在保持當(dāng)前學(xué)時不變、甚至減少的前提下，提高“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的教學(xué)效果成為課程改革的一大難題。筆者通過多年研究與實踐，擬從以下三個方面對課程教學(xué)內(nèi)容進行改革。

1.簡化重復(fù)性和理論性強的知識點，增加實用性和操作性強的章節(jié)內(nèi)容。筆者以往講授水利類三個涉水專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課時，由于不同章節(jié)之間和不同課程之間內(nèi)容的邏輯性，經(jīng)常會出現(xiàn)重復(fù)講解知識點的問題，一方面浪費了課時，另一方面也導(dǎo)致部分內(nèi)容由于課時量不足的原因而無法講授清楚。如在“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程中講解單跨梁和等截面連續(xù)梁時有關(guān)內(nèi)力圖的做法時，由于與“材料力學(xué)”中靜定梁彎矩圖和剪力圖的做法是相似的，“材料力學(xué)”中已經(jīng)很詳細地進行了講解，此處就可以簡單帶過，重點說明兩者的不同即可;矩陣位移法將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)與矩陣相結(jié)合，理論性較強，且采用計算機作為計算手段進行電算結(jié)構(gòu)分析，在后續(xù)的工作中應(yīng)用較少，因此可以減少教學(xué)內(nèi)容。由于各個高?！敖Y(jié)構(gòu)力學(xué)”課時量普遍偏少，很多高校減少了動力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，而這一章是很多高?？佳袝r必考的內(nèi)容，為幫助學(xué)生建立完整的課程邏輯框架，可舍去重復(fù)知識點的講解，而側(cè)重于講授對學(xué)生更具有實用價值的章節(jié)。

2.強化理論知識點與水利工程結(jié)構(gòu)的結(jié)合，改善和提升學(xué)生的主觀能動性和實操協(xié)作能力?！敖Y(jié)構(gòu)力學(xué)”最大的特點就是理論性強，抽象且公式繁瑣，較難理解[3]。所以，教師在進行知識點講解時，多從計算簡圖開始，如桁架、梁、鉸等典型的桿件結(jié)構(gòu)，分析和計算其支座反力和內(nèi)力。然而很多學(xué)生無法想象什么是桁架？什么是梁？什么是鉸？無法與實踐當(dāng)中的水利工程有機結(jié)合起來，導(dǎo)致學(xué)生覺得所學(xué)知識沒什么用，晦澀難懂，進而產(chǎn)生抵觸情緒和厭學(xué)思想。實際上，“結(jié)構(gòu)力學(xué)”中的桁架、梁、鉸等典型的桿件結(jié)構(gòu)與實際水利工程都是密切相關(guān)的，如講解梁的內(nèi)力時，可以采用某水庫的工作橋作為案例，對橋的結(jié)構(gòu)進行簡化，然后引導(dǎo)學(xué)生進行內(nèi)力分析，繪制內(nèi)力圖，最后全面系統(tǒng)地總結(jié)各種梁的內(nèi)力特點。同時，由于結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗本身對實驗場地、實驗材料要求較少，所需費用較低。因此，通過增加相關(guān)實驗內(nèi)容，鼓勵學(xué)生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽，讓學(xué)生有機會通過課程理論知識的學(xué)習(xí)，結(jié)合自身的生活經(jīng)歷，去設(shè)計相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并親自動手去操作、去制作，進而掌握相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)分析和計算方法，提高學(xué)生的科創(chuàng)主觀能動性與實操協(xié)作能力，為后續(xù)能夠順利進入新的工作環(huán)境奠定牢固的理論和實踐基礎(chǔ)。

3.系統(tǒng)梳理知識領(lǐng)域和知識單元，合理規(guī)劃知識點和學(xué)時的分配。根據(jù)工程教育專業(yè)認證的理念“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”[4-5]，從黑龍江大學(xué)水利類專業(yè)人才培養(yǎng)的目標和畢業(yè)要求入手，對“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的知識領(lǐng)域和知識單元進行系統(tǒng)梳理，合理設(shè)計教學(xué)活動和配置教學(xué)資源，使知識點與課程目標相協(xié)調(diào)、相適應(yīng)，最終形成一個知識領(lǐng)域和知識單元相呼應(yīng)、學(xué)時和知識點相支撐的課程體系。如列舉水利工程實例，分析桿件結(jié)構(gòu)中桿件、支座、荷載及材料的簡化特點，使學(xué)生獲得簡化知識結(jié)構(gòu)體系的能力;對平面體系的幾何組成分析、繪制桿件結(jié)構(gòu)軸力圖、剪力圖和彎矩圖的綜合方法、圖乘法及影響線等知識。引導(dǎo)學(xué)生自主查找資料、學(xué)習(xí)研究、實踐探索， 提出解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和處理問題的能力;通過對基本原理、計算公式的推導(dǎo)與分析，使學(xué)生能掌握公式的應(yīng)用方法與適用范圍，具備依據(jù)桿件結(jié)構(gòu)特點正確選擇與運用公式進行力學(xué)分析的能力。

（三）創(chuàng)新教學(xué)方法

疫情期間，為了避免疫情的擴散、有效控制疫情，黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院通過線上教學(xué)平臺來實現(xiàn)教學(xué)活動的有序進行。同時，課堂上已經(jīng)教授的內(nèi)容或與其他課程重復(fù)的知識點，可以共享到QQ群或微信群中，供學(xué)生復(fù)習(xí)時參考，進而提高對理論知識的掌握程度，提高學(xué)習(xí)效率。課后，學(xué)生也可以通過QQ群、微信群、短信等多媒體平臺與教師進行溝通和交流，有利于促進教師和學(xué)生之間的關(guān)系，構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)氛圍和學(xué)習(xí)環(huán)境。

教學(xué)思路不拘小節(jié)，教學(xué)模式層次性和多元化更強更明顯。如上課期間，教師可以適當(dāng)改變原有“教師臺上講、學(xué)生臺下聽”的傳統(tǒng)“填鴨式”授課模式，通過師生互換角色，“讓學(xué)生成為‘教師’，在講臺上講解某一知識點，然后教師及其他同學(xué)點評”的“互換課堂角色”新型教學(xué)模式，使學(xué)生成為課堂的“引導(dǎo)者”、教師成為課程的“追隨者”，有效地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，進而改變了原來課堂的“無聲”模式課堂氛圍更加活躍，學(xué)生對知識點的掌握更加深刻。同時，改變了原來單純以PPT或板書對相關(guān)理論的講解模式，增加了視頻或動畫，使抽象的理論變得更加立體且便于理解和學(xué)習(xí)。

（四） 改進考核方式

為了避免“一考定終身 一卷定終身”造成學(xué)生臨時抱佛腳的現(xiàn)象，可加強過程考核的力度。通過增加“期中考試”“課堂小測試”“課程作業(yè)”“課堂提問”等環(huán)節(jié)，將期末考試進行分解，提高平時作業(yè)、小測試和課堂討論的成績占比，將原來30%的平時成績，增加到40%或50%，而期末考試僅占50%～60%，有效提升了學(xué)生期末考試的通過率。

同時，由于“結(jié)構(gòu)力學(xué)”涉及大量復(fù)雜的、難以記憶的公式，學(xué)生在期末備考時，往往將大量的時間和精力用在公式的死記硬背上，忽略了對知識的活學(xué)活用，這與我們國家綜合性人才的培養(yǎng)目標是相違背的。實際上，在工程中應(yīng)用這些復(fù)雜的公式時，往往需要靈活地與水利工程中的相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件相結(jié)合，即公式只是一個工具，其核心在于應(yīng)用和實踐。因此，可參考我國相關(guān)專業(yè)注冊資格證書考試模式，將我校水利類專業(yè)“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的考試模式由原來的閉卷考試改為半閉卷考試模式，即考試時將復(fù)雜的、難以記憶的公式作為已知條件，直接印刷在試卷上，同時增加試卷中案例分析的比重，將考核的重點放在對知識點的歸納總結(jié)能力和實際問題的解決能力上。

二、課程改革成效

一流本科課程建設(shè)是一個長期、系統(tǒng)的工程，筆者及團隊在“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)過程中，以工程教育認證“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”的理念，嘗試將創(chuàng)新性思維模式、探索性思維模式以及實踐能力等多方面的能力培養(yǎng)滲透到日常的教學(xué)活動中。通過以上改革措施，使學(xué)生不僅可以掌握基本力學(xué)理論知識，還能夠較好地應(yīng)用其對實際工程進行結(jié)構(gòu)分析，具體表現(xiàn)如下：第一，我校水利類專業(yè)學(xué)生達成度有了一定程度的提升。與2017級相比，采用新的教學(xué)模式后，2019級水利類本科生136人課程目標二的達成度由原來的0.630提高到0.680，課程達成度由0.643提高到0.690。下一步筆者會在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，找出可優(yōu)化的問題，進一步細化課程體系并完善考核體系，持續(xù)改進課程教學(xué)。第二，我校水利類專業(yè)學(xué)生的主觀能動性和實操協(xié)作能力顯著改善。采用新的教學(xué)模式后，水利類本科生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、大學(xué)生SIPT等創(chuàng)新活動的積極性明顯提升。如2018年，我校水利類本科生在第八屆黑龍江省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽中獲得省級二等獎;2020年，在第十三屆全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽中獲得國家級優(yōu)秀獎1名、省級一等獎1名、省級二等獎11名;2021年，在第七屆全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽中獲得一等獎。第三，“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程作為水利類專業(yè)的主干課程之一，成為我校水利水電工程專業(yè)通過2020年水利類專業(yè)工程教育認證以及被評為國家級一流本科專業(yè)的重要助力。這為筆者下一步帶領(lǐng)團隊將成果融入教學(xué)，加大創(chuàng)新實踐和應(yīng)用知識的引入，擴展學(xué)生的知識面提供了新的契機。第四，形成了良好的教學(xué)傳遞模式。通過上下屆學(xué)生之間的相互影響，良好的學(xué)習(xí)氛圍在相互溝通和交流中得到了傳承。同時，多次在本科教學(xué)工作綜合評價被評為優(yōu)秀。畢業(yè)生給本門課程的評價為：知識點安排得當(dāng)、內(nèi)容充實豐富、關(guān)注結(jié)構(gòu)工程前沿、理論素養(yǎng)深厚，為學(xué)生未來從事工程實踐夯實了基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

黑龍江大學(xué)水利類專業(yè)“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程采用了全新的課程改革思路，打破了傳統(tǒng)的模式，構(gòu)建了新型教學(xué)體系，實踐證明，改革取得了良好的成效。在今后的教學(xué)工作中，本研究成果將直接應(yīng)用于黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院水利類專業(yè)“結(jié)構(gòu)力學(xué)”教學(xué)，每年直接或間接受益人數(shù)大約在400人左右，同時該成果也可為其他水利類本科院校的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的理論研究與課程改革提供一定的借鑒與參考。

參考文獻：

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