研究生課程“相似理論與模擬試驗”教學改革研究

姚直書 薛維培 王曉健

摘 要 “相似理論與模擬試驗”課程在土木工程專業研究生教學過程中具有十分重要的地位，尤其是在研究生開展科研課題探究時具有重要的指導價值。針對前期學生反映的學習積極性不高、教學效果不佳等問題，通過創新教學方法、完善考核方式、加強能力培養、建設課程團隊等一系列教學改革措施，使得學生成為課程教學中的主體，提高了學生在教學過程中的參與度，學生的能力素質得到多方面培養，教學效果顯著提高。

關鍵詞 研究生課程 參與度 能力素質 教學改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.03.040

Research on the Teaching Reform of "Similarity Theory and

Simulation Experiment" for Postgraduate Course

YAO Zhishu， XUE Weipei， WANG Xiaojian

（School of Civil Engineering and Architecture， Anhui University of Science and Technology， Huainan， Anhui 232001）

Abstract The course of "similarity theory and simulation test" plays a very important role in the teaching process of graduate students majoring in civil engineering， especially it has important guiding value for graduate students to carry out scientific research. In view of the problems reflected by the students， such as low learning enthusiasm and poor teaching effect， through a series of teaching reform measures， such as innovating teaching methods， improving assessment methods， strengthening ability training， building course team， etc.， make students become the main body of course teaching， improve students' participation in the teaching process， cultivate students' ability and quality in all aspects， and significantly improve the teaching effect.

Keywords graduate courses; participation; ability and quality; teaching reform

0 引言

人類在探索自然界規律時通常以數學為工具，建立數學解析式進行研究。然而，自然界中的現象錯綜復雜，有許多實際問題單純地靠數學仍難以解析清楚，迫使人們不得不采用試驗的方法進行分析。但是試驗也存在一定的局限性，只能得到個別量之間的規律性關系。[1]此時，相似理論的提出有效地將數學解析法和試驗法的優點結合起來，成為科學研究的主要方法之一。以相似理論為指導，形成研究自然界和工程中各種相似現象的新方法稱為相似方法，模擬試驗就是相似方法中的重要內容，在近代科學研究設計工作中起到至關重要的作用。因此，“相似理論與模擬試驗”課程自始至終是我校土木工程專業學碩型研究生和專碩型研究生的一門重要專業必修課。通過本課程的學習，學生將掌握現象相似與物理量相似的關系，以及相似理論的三大定理，能夠運用相似理論進行模擬試驗設計，這對學生的實踐創新能力和科研能力培養起到至關重要的作用。

然而，以往教學過程中均是以教師為主體，師生互動偏少。[2-3]學生普遍反映該門課程枯燥、難學，并且課堂上給出的教學案例與學生擬開展的科研課題存在一定區別，進一步導致學生的學習熱情降低，從而使得教學效果大打折扣。[4-5]因此，有必要針對該門課程當前存在的問題進行認真梳理，有針對性地采取相應的教學改革措施，以聚焦學生能力素質培養為目的，優化課堂教學方式、創新教學方法。

1 存在的問題

1.1 學習主動性不高

近年來，隨著研究生招生規模不斷擴大，生源質量參差不齊，主要表現在基礎理論知識方面掌握不牢。[6]課程講授過程中涉及相似準則導出時，學生普遍反映難以理解，覺得純數學公式推導較為枯燥無味，從而慢慢失去了興趣。此外，課程面臨的工程對象很廣，涉及隧道工程、橋梁工程、海洋工程、井壁工程等，其中部分工程學生在本科階段甚至沒有接觸過，對其了解甚少，故在量綱確定時無從下手，久而久之也就對課程失去了興趣。同時，課程給出的典型案例較為陳舊，對當前復雜工程問題的解決借鑒價值十分有限，又由于學生基礎較弱，故無法獨立地根據所學知識去解決新的問題，進而產生錯覺誤以為學習該門課程的實用價值不高，學習主動性大幅下降。此外，教學過程采用的是大班教學，學碩型研究生和專碩型研究生一同上課，課程紀律難以管控，學生很容易產生從眾心理，久而久之即使個別成績好的同學也開始馬虎對待該門課程。

1.2 考核方式不全面

該門課程的考核方式由平時成績和考試成績兩部分組成，其中平時成績占30%、考試成績占70%，而平時成績則是以學生出勤率為打分依據，僅在上課前五分鐘進行點名，很難保證整個課堂講授過程中學生的專注性，并且由于該門課程缺乏教材，很少有學生主要找資料提前進行預習，課堂講授又采用填鴨式的教學方法，不可避免地使得一部分學生開小差去玩手機或做其他事情，甚至科研任務重的學生在簽到后出現早退現象。[7]考試題型設置也未必合理，其中判斷題、簡答題、論述題這三大類題型的分值占卷面總分值的70%以上，從而使得學生為了應對考試，在最后時刻臨時抱佛腳通過死記硬背也能夠取得較好的成績，學生對知識掌握的真實水平沒有測驗出來。最重要的是該種考核方式僅針對學生的應試能力進行考核，顯然該種考核方式還有待改進。

1.3 教學方法不更新

該門課程具有課時量少、知識點多的特點，因此授課教師在上課過程中不得不追求速度以完成教學大綱規定的教學任務量，基本上采用的是PPT翻頁方式進行授課。這對學生的能力要求就很高，大部分學生很難在課堂上立馬消化掉授課老師講解的內容，從而使得教學過程沒有發揮出學生的主觀能力性，學生處于一種被動地接受知識狀態。此外，授課老師除了正常上課外，還要完成各類課題規定的考核指標，因此投入到教學中的時間也較為有限，沒有精力去了解學生各自的科研課題和其自身特點，教學案例分析無法面面俱到囊括所有學生的研究方向，很難做到因材施教。[8]同時本門課程不僅要注重理論教學，試驗教學也非常重要，但是這一點卻被忽略掉了，教學計劃中沒有預留試驗教學課時。學生在學習理論知識的時候更多的是紙上談兵，涉及具體運用相似理論知識去設計并開展模擬試驗時，往往因為實踐能力差，會遇到各種各樣的問題。

1.4 能力素質培養不全面

該門課程開設的初衷是培養土木工程專業研究生獨立運用所學知識解決實際科研過程中遇到的問題，但對于學生而言更多地是為了修滿學分達到畢業要求而已，學生在課堂學習過程中能力素質的培養得不到全面提高。主要原因還是在于考核方式和教學方法，以往教學對學生科研探索精神和實踐創新能力的要求極低，但是這一點對于碩士研究生而言非常不適用，國家高等教育學位授予中明確規定研究生不僅需要掌握堅實寬廣的基礎理論和深入系統的專業知識，而且還應具備從事科學研究和獨立擔負專門技術工作的能力，因此科研探索精神和實踐創新能力的培養在研究生從事科學研究時就顯得格外重要。[9]然而目前僅需要學生總評成績達到60分以上這是遠遠不夠的，甚至有些時候授課教師礙于情面等原因，往往還對學生網開一面存在放水現象。

2 教學改革措施

為了有效提高學生的學習積極性，切實掌握該門課程所學理論知識并在科研過程中靈活應用。故針對當前教學過程中存在的問題，確立了以學生為中心，強調人才培養過程中理論學習與實踐創新相耦合、案例教學與科研課題相銜接、考核方式與素質培養相掛鉤，[10]具體教學改革措施如下。

2.1 創新教學方法

為了有效打通課堂內外互動教學，基于騰訊QQ等交流平臺建立該門課程的班級群，課后授課教師則在班級群內發布相關討論話題或者學生針對課堂內未弄清的問題和同學及授課教師展開進一步交流。課堂教學則以小組為單位，以調動學生科學探索激情為目標開展情景式教學。以學生為主體進行模擬試驗設計，授課老師則在此過程中以引導為主;同時增設模擬試驗課，試驗內容盡量與學生的科研課題接近，指導學生如何在現場開展模擬試驗，鍛煉學生理論聯系實際的能力。此外，授課老師還通過收集最新的文獻資料，向學生介紹前沿的模擬試驗技術和發展動態，以及與學生自身科研課題密切相關的模擬試驗介紹與分析;同時也要求學生查閱相關方向文獻，小組討論時進行綜述。上述教學方法如圖1所示，不僅豐富了課程教學內容，而且講授的知識學生更樂意接受。

2.2 完善考核方式

提高平時成績所占比例至總評成績的50%，并且對平時成績組成進行重新劃分，具體由上課簽到、課堂互動、小組呈現、課后作業四大部分組成，調整后的考核方式指標組成及各項指標所占比例如表1所示。首先，大幅減少上課簽到這項考核指標所占的比例，教導學生學習是自己的事，最終受益人也是自己，故一定要擺正心態為自己去學習。其次，通過新增課堂互動和小組呈現這兩項考核指標，且將其比例提高到35%，這一舉措能夠有效提高學生的學習參與度，調動學生的學習積極性，切實讓學生在課堂中成為主體。課后作業形式則是多樣化，既可以是給定案例進行模擬試驗設計，也可以要求學生查閱文獻，總結與學生所研究的科研課題相關前沿模擬試驗內容等。同時筆試考核將閉卷考試改為開卷考試，使學生的主要精力從應付考試向對知識的靈活應用出發，不再是考前死記硬背知識點，而是注意平時學生對自身能力素質的培養，對解決實際問題能力鍛煉。

2.3 加強能力培養

將該門課程能力培養具體落實到知識獲取能力、實踐創新能力、團隊協作能力、文獻閱讀與綜述能力、實際動手能力這五大方面，以期培養出綜合型高素質人才。這五大方面能力的培養并不是獨立的，而是相互之間存在一定聯系的，這與教學方法和考核方式的改革息息相關。例如課堂教學過程中以小組為單位則是注重培養學生之間團隊協作能力，情景式教學則是針對學生的知識獲取能力和實踐創新能力的一種提高鍛煉。學習最新文獻資料則是對學生文獻閱讀能力與綜述能力的培養，同時增設試驗教學則是重點培養學生的實際動力能力。只有打破傳統的應試能力培養，這樣培養出來的學生才更具有競爭力。同時在學生能力培養過程中最重要的一點就是融入思政元素，教導學生科技強國，將來利用所學專業知識為祖國的建設貢獻出一份力量。

2.4 建設課程團隊

建設一支以學術帶頭人為負責人的課程教學團隊，團隊成員均具有高級職稱或博士學位，均主持過省部級以上科研項目或教研項目，擁有豐富的科研實踐經驗以及研究生培養經驗。該門課程的理論教學由一名二級教授負責講授，該教授在土木工程領域尤其是礦井建設領域具有很高的學術影響力，講授了近十年的“相似理論與模擬試驗”理論課時，能夠熟練地運用理論知識解決實際科研中遇到的問題。試驗教學則由二名副教授負責，在實驗室現場針對具體的模擬試驗進行講解并引導學生動手去設計，去處理試驗過程中的各個細節;同時這二名副教授也負責QQ群日常答疑工作以及收集最新的文獻資料供學生閱讀。此外，課后作業評閱也由二名副教授負責，便于就課后作業遇到的問題及時在QQ群與學生進行討論交流。同時課程教學團隊也能夠發揮出很好的“傳、幫、帶”作用，對學科發展和建設來說，人才隊伍的可持續尤為重要，同樣對于一門課程更是如此。[11]

上述四項教學改革措施相互之間存在著密切聯系，只有建設出一支層次結構合理的課程教學團隊，這樣才能更好地進行教學方法創新，而考核方式則是根據創新的教學方法重新進行制定，能夠進一步督促學生去自主學習探索知識，并且在這個過程中學生多方面能力自然而然地得到了鍛煉，學生對該門課程的學習熱情也隨之大幅提高，對授課老師的知識儲備量和教學技能要求也在增加，使得授課老師也在不斷充電更新最前沿的知識，最終形成了一個良性循環。如上所述，各項教學改革措施之間的邏輯關系如圖2所示。

3 結語

“相似理論與模擬試驗”該門課程采用上述教學改革措施后，學生的上課積極性大增，由被動學習轉為主動學習，并最終成為課堂上的主角，這是因為學生能夠切實地感受到該課程對今后科研活動以及學術能力培養的重要性。同時授課教師在教學改革過程中也在不斷與時俱進，業務能力水平以及知識儲備量也在不斷提高，從而形成了一種良性循環。由課程改革后的考核結果來看，學生綜合成績得到大幅提高，能力素質也在不斷增加，在科研過程中相遇到類似問題能夠獨立解決，顯然該門課程的教學改革取得了預期效果。

基金項目：安徽理工大學研究生核心課程建設項目（2018HX004）

參考文獻

[1] 楊俊杰.相似理論與結構模型試驗[M].武漢：武漢理工大學出版社，2014.

[2] 趙小燕.研究生教學質量監督評價與激勵體系探索[J].工業和信息化教育，2019（7）：39-42.

[3] 王諾.基于課程體系建設的碩士研究生培養質量提升探索研究[J].現代交際，2018（11）：103-104.

[4] 徐曉飛，丁效華.面向可持續競爭力的新工科人才培養模式改革探索[J].中國大學教學，2017（6）：6-10.

[5] 南志剛.基于“師—生雙主體”的研究生課程教學改革的思考與實踐：以寧波大學文史專業為例[J].寧波大學學報（教育科學版），2012，34（6）：1-4.

[6] 王戰軍，張微.70年探索奮斗：中國研究生教育發展規律與啟示[J].學位與研究生教育，2019（9）：43-48.

[7] 王典.創造性教學：研究生課程教學問題分析與對策[J].教育教學論壇，2018（11）：157-158.

[8] 鄧雪萍.“小班化專題研討式”教學在碩士研究生教學中的探索與實踐[J].佳木斯職業學院學報，2018（1）：177-180.

[9] 于占科，倪明放，武欣嶸，等.教為主導、學為主體的研究生課程教學的設計與實踐[J].教育教學論壇，2014（25）：212-213.

[10] 王孫愚，等.我國研究生教育質量狀況綜合調研報告[J].中國高等教育，2007（9）：33-35.

[11] 余偉健，袁超，吳海.研究生課程“高等采礦學”教學特色及過程建設[J].教書育人（高教論壇），2020（30）：105-107.