水利類專業一流本科課程建設研究與實踐

姜艷　王笑峰　孟凡香

摘? ? 要：作為水利類專業的重要專業基礎課程之一，“結構力學”具有較強的理論性、抽象性等特點，對于夯實學生的專業基礎知識、培養學生綜合實踐能力，使之成為能夠承擔中華民族偉大復興重任的水利工程類人才具有重要的意義。在建設“一流本科課程”背景下，文章分別從課程教學目標調整、教學內容改革、教學過程及考核方式創新、課程改革實施成效四個方面，闡述了水利類專業“結構力學”課程體系的構建過程。

關鍵詞：水利類專業;一流本科課程;結構力學;教學改革

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

2015 年國務院印發《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》，2019年4月，教育部辦公廳發布《關于實施一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知》，明確提出“雙一流”建設的戰略部署[1]。2021年是國家教育部建設一萬個國家級一流本科專業點和一萬個省級一流本科專業點即推行首輪“雙萬計劃”的最后一年，打造“金課”，建設“一流本科課程”已成為各個高校本科教學的工作重點。

2021年中央一號文件明確指出了未來大型灌區改造和水庫除險加固的重要性[2]，“農業是國家的根本，水利是農業的命脈”。因此，加強水利類人才的培養力度，對于提高我國農業現代化水平、保障國家糧食安全具有重要的戰略意義。課程建設是人才培養的基礎，教育部在一流本科課程建設實施方案中明確提出，要進一步優化課程的內涵，形成具有中國特色和世界水平的一流本科課程體系。“結構力學”作為水利類專業的專業基礎課，是水利類專業“三大力學”之一，是研究水利工程結構力學特性、各部分結構組成內力關系，以及科學合理設計結構形式的一門工程技術科學，對學生后續“鋼筋混凝土結構”“水工鋼結構”“灌排工程學”等專業課的學習，以及未來從事專業技術工作具有重要的奠基意義。

在國家工程教育專業認證和國家“雙萬計劃”的推動下，國內高校在“結構力學”課程建設方面提出了許多創新性和實用性較強的成果，但目前課程建設中仍存在一些不足之處，如教學內容與專業實踐結合不夠緊密;課程考核缺少對學生綜合能力培養的體現等。因此，如何依據水利類人才培養標準，細化和完善與“一流本科專業”建設及工程教育專業認證相適應的“結構力學”課程體系和教學目標，并改進教學思路和教學模式，構建科學合理的課程評價體系、達成度評價方法和質量保障機制，對于未來水利類人才培養，提高農業現代化水平，促進智慧水利發展具有重要的意義。

一、“結構力學”課程體系構建

在新的歷史時期以及水利事業迅猛發展的大好機遇下，水利類本科院校應以人才培養模式改革為突破口，為水利行業培養更多的應用型和創新型本科人才。本文以筆者所在的黑龍江大學開設的“結構力學”課程為例，對課程的教學目標、教學內容、教學方法及考試方式的構建進行簡要論述。

（一）調整課程教學目標

黑龍江大學水利電力學院通過對水利類專業相關單位訪談，根據“一流本科專業”建設及工程教育專業認證對水利類人才培養的要求，全面修訂、完善和細化教學大綱。調整傳統理論授課學時和案例學時的比例，簡化傳統教材中繁瑣的理論公式推導過程，如拱、剛架等內力的推導計算，從實際應用的角度闡述理論知識的應用;通過優化案例教學設計，提升學生對復雜知識點和理論公式學習的積極性，促使學生將實際工程和結構力學理論知識融會貫通。基于上述思路，根據結構力學各知識模塊之間的邏輯關系，將教學目標修訂為以下四個方面：第一，通過桿件材料的強度、剛度、穩定性等方面基礎知識，掌握結構力學基本概念和計算方法，掌握靜定結構和超靜定結構的內力和變形計算方法。第二，能夠應用靜定、超靜定結構內力和變形的計算方法，進行結構的強度和剛度的驗算工作;具有對計算結構進行校核、對內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基礎知識。第四，掌握靜定結構和超靜定結構的內力與變形計算方法，并能夠分析影響結果的原因。

（二）改革課程教學內容

“結構力學”課程具有理論性強、課程內容抽象復雜等特點，需要學生具備豐富的水利工程構件空間構造力和抽象思辨與創造力，學習難度較大。為了順應新時代綜合性人才的培養目標，提升水利專業人才的培養水平，探索如何在保持當前學時不變、甚至減少的前提下，提高“結構力學”課程的教學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內容進行改革。

1.簡化重復性和理論性強的知識點，增加實用性和操作性強的章節內容。筆者以往講授水利類三個涉水專業結構力學課時，由于不同章節之間和不同課程之間內容的邏輯性，經常會出現重復講解知識點的問題，一方面浪費了課時，另一方面也導致部分內容由于課時量不足的原因而無法講授清楚。如在“結構力學”課程中講解單跨梁和等截面連續梁時有關內力圖的做法時，由于與“材料力學”中靜定梁彎矩圖和剪力圖的做法是相似的，“材料力學”中已經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;矩陣位移法將傳統結構力學與矩陣相結合，理論性較強，且采用計算機作為計算手段進行電算結構分析，在后續的工作中應用較少，因此可以減少教學內容。由于各個高校“結構力學”課時量普遍偏少，很多高校減少了動力學的相關內容，而這一章是很多高校考研時必考的內容，為幫助學生建立完整的課程邏輯框架，可舍去重復知識點的講解，而側重于講授對學生更具有實用價值的章節。

2.強化理論知識點與水利工程結構的結合，改善和提升學生的主觀能動性和實操協作能力。“結構力學”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、鉸等典型的桿件結構，分析和計算其支座反力和內力。然而很多學生無法想象什么是桁架？什么是梁？什么是鉸？無法與實踐當中的水利工程有機結合起來，導致學生覺得所學知識沒什么用，晦澀難懂，進而產生抵觸情緒和厭學思想。實際上，“結構力學”中的桁架、梁、鉸等典型的桿件結構與實際水利工程都是密切相關的，如講解梁的內力時，可以采用某水庫的工作橋作為案例，對橋的結構進行簡化，然后引導學生進行內力分析，繪制內力圖，最后全面系統地總結各種梁的內力特點。同時，由于結構力學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，通過增加相關實驗內容，鼓勵學生參加結構設計大賽，讓學生有機會通過課程理論知識的學習，結合自身的生活經歷，去設計相關結構構件，并親自動手去操作、去制作，進而掌握相關結構構件的力學分析和計算方法，提高學生的科創主觀能動性與實操協作能力，為后續能夠順利進入新的工作環境奠定牢固的理論和實踐基礎。

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

（三）創新教學方法

疫情期間，為了避免疫情的擴散、有效控制疫情，黑龍江大學水利電力學院通過線上教學平臺來實現教學活動的有序進行。同時，課堂上已經教授的內容或與其他課程重復的知識點，可以共享到QQ群或微信群中，供學生復習時參考，進而提高對理論知識的掌握程度，提高學習效率。課后，學生也可以通過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生之間的關系，構建良好的學習氛圍和學習環境。

教學思路不拘小節，教學模式層次性和多元化更強更明顯。如上課期間，教師可以適當改變原有“教師臺上講、學生臺下聽”的傳統“填鴨式”授課模式，通過師生互換角色，“讓學生成為‘教師’，在講臺上講解某一知識點，然后教師及其他同學點評”的“互換課堂角色”新型教學模式，使學生成為課堂的“引導者”、教師成為課程的“追隨者”，有效地提升了學生的學習積極性和主動性，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習。

（四） 改進考核方式

為了避免“一考定終身 一卷定終身”造成學生臨時抱佛腳的現象，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”“課堂提問”等環節，將期末考試進行分解，提高平時作業、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%，有效提升了學生期末考試的通過率。

同時，由于“結構力學”涉及大量復雜的、難以記憶的公式，學生在期末備考時，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活用，這與我們國家綜合性人才的培養目標是相違背的。實際上，在工程中應用這些復雜的公式時，往往需要靈活地與水利工程中的相關結構構件相結合，即公式只是一個工具，其核心在于應用和實踐。因此，可參考我國相關專業注冊資格證書考試模式，將我校水利類專業“結構力學”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

一流本科課程建設是一個長期、系統的工程，筆者及團隊在“結構力學”的教學過程中，以工程教育認證“以學生為中心、成果導向、持續改進”的理念，嘗試將創新性思維模式、探索性思維模式以及實踐能力等多方面的能力培養滲透到日常的教學活動中。通過以上改革措施，使學生不僅可以掌握基本力學理論知識，還能夠較好地應用其對實際工程進行結構分析，具體表現如下：第一，我校水利類專業學生達成度有了一定程度的提升。與2017級相比，采用新的教學模式后，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。下一步筆者會在現有基礎上，找出可優化的問題，進一步細化課程體系并完善考核體系，持續改進課程教學。第二，我校水利類專業學生的主觀能動性和實操協作能力顯著改善。采用新的教學模式后，水利類本科生參加結構設計大賽、大學生SIPT等創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生結構設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生力學競賽中獲得國家級優秀獎1名、省級一等獎1名、省級二等獎11名;2021年，在第七屆全國大學生水利創新設計大賽中獲得一等獎。第三，“結構力學”課程作為水利類專業的主干課程之一，成為我校水利水電工程專業通過2020年水利類專業工程教育認證以及被評為國家級一流本科專業的重要助力。這為筆者下一步帶領團隊將成果融入教學，加大創新實踐和應用知識的引入，擴展學生的知識面提供了新的契機。第四，形成了良好的教學傳遞模式。通過上下屆學生之間的相互影響，良好的學習氛圍在相互溝通和交流中得到了傳承。同時，多次在本科教學工作綜合評價被評為優秀。畢業生給本門課程的評價為：知識點安排得當、內容充實豐富、關注結構工程前沿、理論素養深厚，為學生未來從事工程實踐夯實了基礎。

三、結語

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

參考文獻：

[1]教育部.教育部辦公廳關于實施一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知[EB/OL].教育部網站，（2019-04-04）[2021-08-30].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201904?/t20190409_377216.html.

[2]新華社.2021年中央一號文件公布提出全面推進鄉村振興[EB/OL].（2021-02-21）[2021-08-06].http：//www.gov.cn/zhengce/2021-02/21/content_5588100.htm.

[3]劉二強，張旭紅，劉利亭，等.新工科背景下一般院校工程力學專業《結構力學》教學探索[J].教育現代化，2018（5）.

[4]崔先澤.面向工程教育專業認證的結構力學課程實踐教學改革[J].課程教育研究，2017（46）.

[5]沈麗，劉艷娟，羅勝鐵.基于OBE理念的環境工程專業核心課程群建設研究——以唐山學院環境工程專業核心課程群建設為例[J].綠色科技，2018（11）.

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