水資源系統(tǒng)分析研究生課程教學(xué)探索

摘 要：傳統(tǒng)的研究生課程教學(xué)內(nèi)容和以傳授式教學(xué)為中心的課程教學(xué)方法，以及單一的考核方式，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代研究生教育的發(fā)展。本文參考國(guó)內(nèi)外水資源系統(tǒng)分析相關(guān)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面進(jìn)行了探索，通過(guò)近幾年的教學(xué)實(shí)踐，在提高教學(xué)效果和研究生的科研能力方面效果顯著。

關(guān)鍵詞：水資源系統(tǒng)分析；研究生課程；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2013）02-0032-02

一、背景

研究生課程教學(xué)不同于本科生教學(xué)，目的在于培養(yǎng)研究生的研究能力和創(chuàng)新思維，拓寬學(xué)生的研究視野，為未來(lái)從事科研工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。水資源系統(tǒng)分析課程是水文學(xué)及水資源工程專業(yè)研究生的必修課，也是水利水電工程、農(nóng)業(yè)水土工程等相關(guān)專業(yè)研究生的選修課。該課程的目的是將系統(tǒng)分析的思想、概念、理論和方法應(yīng)用于水資源系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理的實(shí)踐中，是一門理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程。過(guò)去該門課程教學(xué)內(nèi)容以優(yōu)化方法及模擬技術(shù)為主，未體現(xiàn)出最新研究進(jìn)展，如人工智能算法等；教學(xué)方法上以傳授式為主，學(xué)生積極性不高；以論文和課后作業(yè)為考核方式，存在學(xué)生抄襲現(xiàn)象、考核評(píng)價(jià)難于區(qū)分學(xué)生的真實(shí)能力等問(wèn)題。為了提高課程教學(xué)效果和公平評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)該門課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面進(jìn)行了探索，通過(guò)三年的教學(xué)實(shí)踐，課程教學(xué)效果和研究生科研能力取得了明顯的提高。

二、教學(xué)內(nèi)容

（一）國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程的調(diào)查

對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)專業(yè)研究生課程開(kāi)設(shè)的水資源系統(tǒng)分析相關(guān)課程進(jìn)行了調(diào)查，如美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（University of Texas at Austin）市政建筑與環(huán)境工程系的水資源規(guī)劃與管理課程、馬薩諸塞大學(xué)（University of Massachusetts）市政與環(huán)境工程系的水資源系統(tǒng)分析課程、麻省理工學(xué)院Massachusetts Institute of Technology市政與環(huán)境工程系的水資源系統(tǒng)課程；國(guó)內(nèi)河海大學(xué)水文學(xué)與水資源專業(yè)碩士學(xué)位專業(yè)基礎(chǔ)課程水資源系統(tǒng)工程分析，專業(yè)課程水資源系統(tǒng)規(guī)劃與管理，博士研究生課程水資源大系統(tǒng)多目標(biāo)理論；武漢大學(xué)水利工程碩士專業(yè)課程方向必修課水資源系統(tǒng)工程，選修課現(xiàn)代水資源規(guī)劃與管理，系統(tǒng)工程專業(yè)碩士研究生課程選修課水資源系統(tǒng)工程、多目標(biāo)決策理論與方法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與應(yīng)用。

（二）國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容

美國(guó)水資源學(xué)科有關(guān)水資源系統(tǒng)分析相關(guān)課程，在教學(xué)內(nèi)容上主要包括優(yōu)化方法、模擬技術(shù)、時(shí)間序列模擬、水資源經(jīng)濟(jì)學(xué)，以及優(yōu)化與模擬技術(shù)在河流流域模型、水質(zhì)模擬、地下水模擬等方面的應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)一流學(xué)科相關(guān)課程內(nèi)容主要包括優(yōu)化方法、模擬技術(shù)、多目標(biāo)問(wèn)題、隨機(jī)模型、模糊模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。國(guó)內(nèi)水文水資源學(xué)科中本科階段設(shè)置有水利工程經(jīng)濟(jì)學(xué)課程，因此，研究生水資源系統(tǒng)分析課程內(nèi)容沒(méi)有水資源經(jīng)濟(jì)學(xué)這部分內(nèi)容。

（三）本課程教學(xué)內(nèi)容

本課程教學(xué)內(nèi)容既要保留傳統(tǒng)的優(yōu)化方法與模擬技術(shù)等教學(xué)內(nèi)容，也要體現(xiàn)最新的系統(tǒng)分析方法及其在水資源系統(tǒng)的應(yīng)用。借鑒國(guó)內(nèi)外一流學(xué)科課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容，本課程教學(xué)內(nèi)容不但包括常規(guī)的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法和模擬技術(shù)，也增加了近年來(lái)發(fā)展較快、應(yīng)用較多的人工智能算法、模糊規(guī)劃及大系統(tǒng)理論。優(yōu)化方法包括線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃，模擬方法介紹系統(tǒng)模擬方法，人工智能方法包括遺傳算法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，每個(gè)理論都有應(yīng)用實(shí)例介紹。

三、教學(xué)方法

國(guó)外教學(xué)方法包括課堂講授、小組項(xiàng)目研討、查閱文獻(xiàn)等方式。本課程在教學(xué)方法改革中，以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為平臺(tái)，將教學(xué)模式在傳統(tǒng)的講授式模式基礎(chǔ)上發(fā)展成為講授式、查閱式與小組研討式模式相結(jié)合。課程的理論部分由教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師講授，而理論與應(yīng)用相結(jié)合的部分通過(guò)文獻(xiàn)查閱、小組項(xiàng)目研討實(shí)施。要求研究生通過(guò)課外查閱文獻(xiàn)完成小組討論和大作業(yè)的部分內(nèi)容。課時(shí)分配按講授課時(shí)和研討課時(shí)分別占總課時(shí)的80%和20%分配。

（一）小組研討式教學(xué)

小組研討式教學(xué)在提高研究生科研能力、自主學(xué)習(xí)能力的同時(shí)，也激發(fā)了研究生的創(chuàng)造力和想象力[2]。本課程以理論為基礎(chǔ)，以水資源系統(tǒng)實(shí)際問(wèn)題或文獻(xiàn)為案例；以掌握理論和方法為目標(biāo)和任務(wù)[3]，開(kāi)展研討式教學(xué)。

小組研討式的教學(xué)流程包括學(xué)生分組、確定研究項(xiàng)目、分組研究、分組匯報(bào)討論以及研討成績(jī)?cè)u(píng)估5部分。

1.學(xué)生分組。研究生學(xué)業(yè)繁重，學(xué)生分組團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生協(xié)作研究的能力，在有限時(shí)間內(nèi)保證學(xué)習(xí)的深度和廣度，達(dá)到共同提高的目的。按3—4人一組，由學(xué)生自由分組。

2.確定小組研討項(xiàng)目。教師提前準(zhǔn)備10個(gè)左右的研討項(xiàng)目，學(xué)生可以根據(jù)興趣選擇教師提供的項(xiàng)目，也可從查閱的其他文獻(xiàn)中選擇感興趣的水資源問(wèn)題或參與的導(dǎo)師課題為研討項(xiàng)目。教師提出項(xiàng)目研究的成果要求，如要求小組匯報(bào)的內(nèi)容包括小組人員分工與貢獻(xiàn)、文獻(xiàn)資料綜述、問(wèn)題的提出、解決的思路與方法、數(shù)學(xué)建模、求解與編程、結(jié)果與討論等部分內(nèi)容。

3.分組研究。分組研究在課后完成，一般1—2周。要求研討小組用本課程所介紹的方法之一對(duì)研討項(xiàng)目建立優(yōu)化模型或模擬模型，并用MATLAB或其他算法語(yǔ)言編程，調(diào)試程序，并求解。團(tuán)隊(duì)成員分工包括查閱文獻(xiàn)、提出系統(tǒng)問(wèn)題、建立系統(tǒng)模型、求解方法、編程求解以及制作PPT演示文稿。分組研究既鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、建立模型、求解模型的能力，掌握計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的編程能力，也使學(xué)生通過(guò)相互交流達(dá)到共同提高的目的。

4.分組匯報(bào)與討論。分組課堂匯報(bào)用10—12分鐘時(shí)間用多媒體匯報(bào)并演示，一個(gè)小組匯報(bào)時(shí)，其他小組成員可以提問(wèn)，由匯報(bào)小組的成員回答。課堂討論5—8分鐘。全體學(xué)生可以參與討論，教師作為平等參與，并最后點(diǎn)評(píng)。

5.研討成績(jī)?cè)u(píng)估。小組成員研討成績(jī)由小組團(tuán)隊(duì)成績(jī)和個(gè)人貢獻(xiàn)成績(jī)構(gòu)成。小組團(tuán)隊(duì)成績(jī)由教師根據(jù)小組選題的難度、查閱文獻(xiàn)的數(shù)量、跟蹤前沿的情況、數(shù)學(xué)建模及編程能力、結(jié)果正確、匯報(bào)效果等方面進(jìn)行評(píng)估。個(gè)人貢獻(xiàn)成績(jī)由小組自評(píng)和討論參與情況確定。小組自評(píng)由小組成員討論后根據(jù)各自貢獻(xiàn)統(tǒng)一評(píng)估；個(gè)人在討論中的參與情況根據(jù)參與討論的次數(shù)確定成績(jī)。

在研討式教學(xué)過(guò)程中，師生都處在平等的地位上，有利于師生之間教與學(xué)的合作。

（二）團(tuán)隊(duì)教學(xué)

水資源系統(tǒng)分析課程的特點(diǎn)是將系統(tǒng)分析方法應(yīng)用于水資源系統(tǒng)的實(shí)踐中，由于系統(tǒng)分析新理論新方法在不斷發(fā)展中，要求授課教師要掌握學(xué)科前沿，把學(xué)科最新理論與方法介紹給學(xué)生。不同教師對(duì)不同理論與方法掌握的程度不同，因此，需要發(fā)揮教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)。團(tuán)隊(duì)授課可以提高教學(xué)效果，使學(xué)生掌握和跟蹤最新學(xué)科動(dòng)態(tài)及研究方法。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員4名，其中教授2名，副教授2名，全部為博士。

（三）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

為給研究生的研究性學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)提供有效的學(xué)習(xí)平臺(tái)，建設(shè)了水資源系統(tǒng)分析課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。平臺(tái)提供了課程介紹、教學(xué)大綱、教師信息及教學(xué)材料。教學(xué)材料包括參考教材、教學(xué)講義、多媒體課件、程序代碼庫(kù)、案例庫(kù)、習(xí)題庫(kù)以及參考文獻(xiàn)、教學(xué)互動(dòng)、小組項(xiàng)目研討、相關(guān)下載資源等。

四、考核評(píng)價(jià)方式

對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行合理的監(jiān)督和評(píng)價(jià)是保證研究生教學(xué)質(zhì)量的重要措施。建立合理的課程考核評(píng)價(jià)機(jī)制非常重要。目前，國(guó)外從多方位評(píng)價(jià)學(xué)生的研究和實(shí)踐能力，常見(jiàn)的考核方式包括考試、項(xiàng)目和作業(yè)。考試從傳授知識(shí)的角度講具備一定的優(yōu)勢(shì)，學(xué)生可以比較牢固地掌握基本概念、基本方法等，但是卻很難充分反映學(xué)生的能力。項(xiàng)目研究這種考核方式給了學(xué)生較大的自主學(xué)習(xí)的空間，可以充分展示學(xué)生的能力[3]。

為了充分體現(xiàn)課程目標(biāo)、教學(xué)效果以及教學(xué)方法，水資源系統(tǒng)分析課程考核由課堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)、小組研討成績(jī)、期末開(kāi)卷考試成績(jī)組成。通過(guò)課堂測(cè)驗(yàn)考察是否系統(tǒng)扎實(shí)地掌握水資源系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)理論與方法，重點(diǎn)考察建立不同水資源系統(tǒng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型及選擇模型求解方法的能力；小組研討考察研究生解決某類實(shí)際水資源系統(tǒng)問(wèn)題的能力，包括綜合分析運(yùn)用能力、動(dòng)手編程能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及交流討論分析能力；期末開(kāi)卷考試考查學(xué)生對(duì)課程要求內(nèi)容的掌握程度以及查閱文獻(xiàn)跟蹤學(xué)科前沿進(jìn)行綜述的能力。課程成績(jī)分配如下：成績(jī)=課堂測(cè)驗(yàn)（20%）+小組研討（20%）+大作業(yè)（60%）。

近三年的教學(xué)改革實(shí)踐表明，以講授式、查閱式及研討式相結(jié)合的教學(xué)模式及團(tuán)隊(duì)教學(xué)方式能夠使教與學(xué)有機(jī)地融合在一起，在研究生課程“水資源系統(tǒng)分析”的教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果。一是培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生普遍反映通過(guò)小組研討和案例分析，加深了對(duì)某一理論和方法的理解，在建立模型、計(jì)算機(jī)編程及求解等方面培養(yǎng)了動(dòng)手能力；二是小組研討式教學(xué)發(fā)揮了研究生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的積極性和主動(dòng)性，在學(xué)習(xí)和掌握水資源系統(tǒng)分析課程理論與方法的同時(shí)，提高了研究生跟蹤學(xué)科方向的最新進(jìn)展和掌握相關(guān)的最新科研成果和方法的能力，同時(shí)培養(yǎng)了研究生良好的團(tuán)隊(duì)合作及優(yōu)秀的學(xué)術(shù)表達(dá)及交流能力；三是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)提高了課程教學(xué)的效果及效率。近年來(lái)，西北農(nóng)林科技大學(xué)水文學(xué)與水資源專業(yè)研究生應(yīng)用水資源系統(tǒng)分析理論與方法完成研究生畢業(yè)論文的部分或全部研究?jī)?nèi)容的論文明顯增多，說(shuō)明通過(guò)該門課程教學(xué)提高了研究生的科研能力。

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