《工程水文及水利計算》課程教學(xué)中研究性學(xué)習(xí)探索

王龍，龍曉敏，楊蕊

摘要：在課程教學(xué)中通過研究性學(xué)習(xí)引導(dǎo)，可有效提高學(xué)生解決問題和創(chuàng)新的能力。以《工程水文與水利計算》中的頻率分析教學(xué)內(nèi)容為案例，構(gòu)建了研究性學(xué)習(xí)的途徑與手段，以期達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量目的。

關(guān)鍵詞：工程水文及水利計算；研究性學(xué)習(xí)；探索

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2014）15-0098-02

研究性學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning/Project-Based Learning，PBL，又稱探究性學(xué)習(xí)，與研究性教學(xué)、探究性教學(xué)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)同義），是指通過與研究相類似的認(rèn)知方式和心理過程來了解、接受、理解、記憶和應(yīng)用人類已有文明以及國家或?qū)W校的舉辦者所規(guī)定的內(nèi)容的認(rèn)知活動[1]。在高等教育中，研究性學(xué)習(xí)是指學(xué)生通過研究性的方式提出、理解和解決問題，并在此過程中形成學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力與相關(guān)專業(yè)精神的活動。有關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)法歷來有兩種傳統(tǒng)：一種是靠重述和對原文的遵奉去積累知識的學(xué)習(xí)法，一種是教師通過質(zhì)詢的方法使學(xué)生獲得知識的學(xué)習(xí)法。前者依賴于模仿與記憶，發(fā)展到現(xiàn)在形成所謂淺層學(xué)習(xí)法；后者依賴于學(xué)生內(nèi)在的智慧，發(fā)展到現(xiàn)代形成所謂深層學(xué)習(xí)法。研究性學(xué)習(xí)本質(zhì)上是深層學(xué)習(xí)[2-4]。

一、研究性學(xué)習(xí)的實踐意義

學(xué)習(xí)方式論認(rèn)為研究性學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下，從學(xué)習(xí)生活和社會生活中選擇并確定研究專題，用類似科學(xué)研究的方式，主動地獲取知識、應(yīng)用知識、解決問題的學(xué)習(xí)活動[6]。隨著高等教育規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大和高等教育體制改革的不斷深入，提高辦學(xué)水平和保障人才培養(yǎng)質(zhì)量成為中國高校最重要最緊迫的任務(wù)。為落實《2003—2007年教育振興行動計劃》，實施高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程，教育部發(fā)布了《意見》，第11條特別強(qiáng)調(diào)：高校應(yīng)積極推動研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力。要增加綜合性與創(chuàng)新性實驗，提供豐富的教學(xué)參考資料，積極推進(jìn)討論式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法和合作式學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)大學(xué)生了解多種學(xué)術(shù)觀點并開展討論、追蹤本學(xué)科領(lǐng)域最新進(jìn)展，提高自主學(xué)習(xí)和獨立研究的能力。要讓大學(xué)生通過參與教師科學(xué)研究項目或自主確定選題開展研究等多種形式，進(jìn)行初步的探索性研究工作。來茂德指出，研究型大學(xué)要發(fā)揮自身優(yōu)勢，積極推進(jìn)本科研究性教學(xué)，在研究中教與學(xué)，培養(yǎng)和提高大學(xué)生的創(chuàng)新精神和科研能力[2-5]。

二、研究性學(xué)習(xí)的實現(xiàn)途徑

《工程水文與及水利計算》是水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程等專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，水利類專業(yè)一般將其劃分為必修課。課程是一門應(yīng)用廣泛、實用性強(qiáng)的學(xué)科，主要介紹水文學(xué)的基本知識、水文計算和水利計算的基本原理和方法。其作用在于通過理論教學(xué)和實踐教學(xué)，使學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握水文計算和水利計算的原理和方法，為將來從事這方面的技術(shù)與科研工作打下一定的理論基礎(chǔ)。課程不但理論性強(qiáng)，要求學(xué)生掌握基本原理，而且計算實踐要求高，要求學(xué)生必須掌握基本計算方法。課程教學(xué)主要以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，即以教師講解為主，配合書中的例題，用語言文字來表達(dá)和傳遞信息，加之計算部分主要以現(xiàn)行的規(guī)范為依據(jù)，從而在一定程度上不利于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)，在當(dāng)今多元化社會對人才需求的背景下，難以滿足需求。同時，課程具有較強(qiáng)的理論擴(kuò)展空間，教學(xué)方法與數(shù)學(xué)課程教學(xué)方法相似，可以通過如下途徑實現(xiàn)研究型學(xué)習(xí)：（1）在問題的引申中實施研究性學(xué)習(xí)；（2）在問題的推廣中實施研究性學(xué)習(xí)；（3）在方法的探討中實施研究性學(xué)習(xí)；（4）在數(shù)學(xué)建模的過程中實施研究性學(xué)習(xí)[6]。

三、《工程水文與水利計算》研究性教學(xué)案例

水文頻率分析（hydrologic frequency analysis）是根據(jù)某水文現(xiàn)象的統(tǒng)計特性，利用現(xiàn)有水文資料，分析水文變量設(shè)計值與出現(xiàn)頻率（或重現(xiàn)期）之間的定量關(guān)系是課程中的核心內(nèi)容之一。按照我國相關(guān)規(guī)范規(guī)定，在進(jìn)行水文頻率分析計算時，頻率分布曲線線型一般應(yīng)采用皮爾遜Ⅲ型（P-Ⅲ）曲線，統(tǒng)計參數(shù)可先用矩法初估，再用適線法調(diào)整確定。教學(xué)過程中，大多數(shù)學(xué)生均能對這一方法具有較好的理解和應(yīng)用，能夠滿足將來實際工作的需要，但是，在目前出現(xiàn)的非一致性條件下的頻率分析，直接采用教材或者規(guī)范中指出的方法不能滿足需求，尤其是學(xué)生在后續(xù)攻讀水文水資源方向研究生中的過程中，本科教學(xué)內(nèi)容并沒有為學(xué)生解決新問題的思路和方法，因此，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的變化和學(xué)生多層次需求，在該部分內(nèi)容探索研究性學(xué)習(xí)具有重要的價值，同時，該部分也是實踐研究性教學(xué)良好的教學(xué)素材。

（一）教學(xué)內(nèi)容的引申

關(guān)于頻率分析，現(xiàn)行教材或者相關(guān)規(guī)范一般做如下描述：“國際上關(guān)于線型的選用差別很大，常用的線型達(dá)20余種之多”，“我國分析一直采用P-Ⅲ型曲線”。這樣的描述方法往往讓學(xué)生形成思維慣性：頻率分析與P-Ⅲ型曲線的適線存在等同性。因此為滿足研究性學(xué)習(xí)的需求，可以將教學(xué)內(nèi)容引申到：（1）采用P-Ⅲ型曲線就一定科學(xué)嗎？（2）如果不采用P-Ⅲ型曲線，又應(yīng)如何推求制定頻率下的設(shè)計值？通過這樣的教學(xué)內(nèi)容引申，將問題引導(dǎo)回到頻率分析的本質(zhì)。

（二）引入問題的解決步驟與思路

1.如何評價一種理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)的擬合好壞？擴(kuò)展到數(shù)學(xué)問題中的誤差分析。

2.如果能夠通過誤差分析之后，選定一種擬合較好的理論頻率曲線之后，如何進(jìn)行概率密度參數(shù)估計的問題？擴(kuò)展參數(shù)估計的數(shù)學(xué)問題。

3.在參數(shù)估計的基礎(chǔ)上，如何進(jìn)行指定頻率的設(shè)計值計算？

（三）教學(xué)過程中教師的主要工作

1.提供研究文獻(xiàn)。本科階段學(xué)生對文獻(xiàn)查閱的掌握不能和研究生相提并論，因此，在進(jìn)行該部分內(nèi)容教學(xué)時，核心的研究文獻(xiàn)需由教師事先提供，由學(xué)生回溯、擴(kuò)展，查閱解決上述問題的文獻(xiàn)。這樣可以提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)、信息收集的能力，為解決新問題奠定基礎(chǔ)。

2.提供研究數(shù)據(jù)。教材中的例題、習(xí)題提供的數(shù)據(jù)無法滿足引入內(nèi)容的需求，這就要求教師必須事先準(zhǔn)備需要的數(shù)據(jù)，為學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)提供素材。

3.提供必要的研究工具。上述研究內(nèi)容涉及到大量的計算過程，而這些計算是很難用手工計算完成，因此，事先準(zhǔn)備相應(yīng)的計算工具是必要的。在本例中為學(xué)生提供了easy fit試用版，matlab軟件及必要的代碼。通過學(xué)生自己上機(jī)計算，有效提高學(xué)生掌握新工具、新方法的能力。

4.批閱學(xué)生的研究性成果。通過該例的實施，要求學(xué)生以論文的形式提供成果，這樣可以有效提高學(xué)生論文撰寫能力，學(xué)會清晰地表達(dá)研究成果，通過教師的批閱、講評，可為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和將來工作奠定基礎(chǔ)。

四、小結(jié)

研究性學(xué)習(xí)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有先導(dǎo)作用，對學(xué)生解決新問題能力具有極大的促進(jìn)作用，同時，對人的學(xué)習(xí)方式和教學(xué)模式產(chǎn)生著深刻的影響，在《工程水文與水利計算》的教學(xué)中，具有開展研究性學(xué)習(xí)的很多基礎(chǔ)和優(yōu)勢，研究性學(xué)習(xí)的重要性必將進(jìn)一步得到體現(xiàn)，其實施途徑也必將多樣化，本案例只是對研究性學(xué)習(xí)的實施途徑作了初步的探討，其根本目的還在培養(yǎng)學(xué)生的實踐意識、創(chuàng)新意識，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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基金項目：國家級“質(zhì)量工程”邊疆民族地區(qū)農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)。

作者簡介：王龍（1975-），男，四川射洪人，碩士研究生，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程領(lǐng)域教學(xué)及研究工作。endprint