研究生課程“相似理論與模擬試驗(yàn)”教學(xué)改革研究

姚直書 薛維培 王曉健

摘 要 “相似理論與模擬試驗(yàn)”課程在土木工程專業(yè)研究生教學(xué)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(shí)具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。針對(duì)前期學(xué)生反映的學(xué)習(xí)積極性不高、教學(xué)效果不佳等問題，通過創(chuàng)新教學(xué)方法、完善考核方式、加強(qiáng)能力培養(yǎng)、建設(shè)課程團(tuán)隊(duì)等一系列教學(xué)改革措施，使得學(xué)生成為課程教學(xué)中的主體，提高了學(xué)生在教學(xué)過程中的參與度，學(xué)生的能力素質(zhì)得到多方面培養(yǎng)，教學(xué)效果顯著提高。

關(guān)鍵詞 研究生課程 參與度 能力素質(zhì) 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guī)律時(shí)通常以數(shù)學(xué)為工具，建立數(shù)學(xué)解析式進(jìn)行研究。然而，自然界中的現(xiàn)象錯(cuò)綜復(fù)雜，有許多實(shí)際問題單純地靠數(shù)學(xué)仍難以解析清楚，迫使人們不得不采用試驗(yàn)的方法進(jìn)行分析。但是試驗(yàn)也存在一定的局限性，只能得到個(gè)別量之間的規(guī)律性關(guān)系。[1]此時(shí)，相似理論的提出有效地將數(shù)學(xué)解析法和試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成為科學(xué)研究的主要方法之一。以相似理論為指導(dǎo)，形成研究自然界和工程中各種相似現(xiàn)象的新方法稱為相似方法，模擬試驗(yàn)就是相似方法中的重要內(nèi)容，在近代科學(xué)研究設(shè)計(jì)工作中起到至關(guān)重要的作用。因此，“相似理論與模擬試驗(yàn)”課程自始至終是我校土木工程專業(yè)學(xué)碩型研究生和專碩型研究生的一門重要專業(yè)必修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握現(xiàn)象相似與物理量相似的關(guān)系，以及相似理論的三大定理，能夠運(yùn)用相似理論進(jìn)行模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)，這對(duì)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和科研能力培養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用。

然而，以往教學(xué)過程中均是以教師為主體，師生互動(dòng)偏少。[2-3]學(xué)生普遍反映該門課程枯燥、難學(xué)，并且課堂上給出的教學(xué)案例與學(xué)生擬開展的科研課題存在一定區(qū)別，進(jìn)一步導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情降低，從而使得教學(xué)效果大打折扣。[4-5]因此，有必要針對(duì)該門課程當(dāng)前存在的問題進(jìn)行認(rèn)真梳理，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的教學(xué)改革措施，以聚焦學(xué)生能力素質(zhì)培養(yǎng)為目的，優(yōu)化課堂教學(xué)方式、創(chuàng)新教學(xué)方法。

1 存在的問題

1.1 學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高

近年來，隨著研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，生源質(zhì)量參差不齊，主要表現(xiàn)在基礎(chǔ)理論知識(shí)方面掌握不牢。[6]課程講授過程中涉及相似準(zhǔn)則導(dǎo)出時(shí)，學(xué)生普遍反映難以理解，覺得純數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)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(duì)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(xué)生在本科階段甚至沒有接觸過，對(duì)其了解甚少，故在量綱確定時(shí)無從下手，久而久之也就對(duì)課程失去了興趣。同時(shí)，課程給出的典型案例較為陳舊，對(duì)當(dāng)前復(fù)雜工程問題的解決借鑒價(jià)值十分有限，又由于學(xué)生基礎(chǔ)較弱，故無法獨(dú)立地根據(jù)所學(xué)知識(shí)去解決新的問題，進(jìn)而產(chǎn)生錯(cuò)覺誤以為學(xué)習(xí)該門課程的實(shí)用價(jià)值不高，學(xué)習(xí)主動(dòng)性大幅下降。此外，教學(xué)過程采用的是大班教學(xué)，學(xué)碩型研究生和專碩型研究生一同上課，課程紀(jì)律難以管控，學(xué)生很容易產(chǎn)生從眾心理，久而久之即使個(gè)別成績(jī)好的同學(xué)也開始馬虎對(duì)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(shí)成績(jī)和考試成績(jī)兩部分組成，其中平時(shí)成績(jī)占30%、考試成績(jī)占70%，而平時(shí)成績(jī)則是以學(xué)生出勤率為打分依據(jù)，僅在上課前五分鐘進(jìn)行點(diǎn)名，很難保證整個(gè)課堂講授過程中學(xué)生的專注性，并且由于該門課程缺乏教材，很少有學(xué)生主要找資料提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，課堂講授又采用填鴨式的教學(xué)方法，不可避免地使得一部分學(xué)生開小差去玩手機(jī)或做其他事情，甚至科研任務(wù)重的學(xué)生在簽到后出現(xiàn)早退現(xiàn)象。[7]考試題型設(shè)置也未必合理，其中判斷題、簡(jiǎn)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(xué)生為了應(yīng)對(duì)考試，在最后時(shí)刻臨時(shí)抱佛腳通過死記硬背也能夠取得較好的成績(jī)，學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的真實(shí)水平?jīng)]有測(cè)驗(yàn)出來。最重要的是該種考核方式僅針對(duì)學(xué)生的應(yīng)試能力進(jìn)行考核，顯然該種考核方式還有待改進(jìn)。

1.3 教學(xué)方法不更新

該門課程具有課時(shí)量少、知識(shí)點(diǎn)多的特點(diǎn)，因此授課教師在上課過程中不得不追求速度以完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)任務(wù)量，基本上采用的是PPT翻頁方式進(jìn)行授課。這對(duì)學(xué)生的能力要求就很高，大部分學(xué)生很難在課堂上立馬消化掉授課老師講解的內(nèi)容，從而使得教學(xué)過程沒有發(fā)揮出學(xué)生的主觀能力性，學(xué)生處于一種被動(dòng)地接受知識(shí)狀態(tài)。此外，授課老師除了正常上課外，還要完成各類課題規(guī)定的考核指標(biāo)，因此投入到教學(xué)中的時(shí)間也較為有限，沒有精力去了解學(xué)生各自的科研課題和其自身特點(diǎn)，教學(xué)案例分析無法面面俱到囊括所有學(xué)生的研究方向，很難做到因材施教。[8]同時(shí)本門課程不僅要注重理論教學(xué)，試驗(yàn)教學(xué)也非常重要，但是這一點(diǎn)卻被忽略掉了，教學(xué)計(jì)劃中沒有預(yù)留試驗(yàn)教學(xué)課時(shí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候更多的是紙上談兵，涉及具體運(yùn)用相似理論知識(shí)去設(shè)計(jì)并開展模擬試驗(yàn)時(shí)，往往因?yàn)閷?shí)踐能力差，會(huì)遇到各種各樣的問題。

1.4 能力素質(zhì)培養(yǎng)不全面

該門課程開設(shè)的初衷是培養(yǎng)土木工程專業(yè)研究生獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際科研過程中遇到的問題，但對(duì)于學(xué)生而言更多地是為了修滿學(xué)分達(dá)到畢業(yè)要求而已，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中能力素質(zhì)的培養(yǎng)得不到全面提高。主要原因還是在于考核方式和教學(xué)方法，以往教學(xué)對(duì)學(xué)生科研探索精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力的要求極低，但是這一點(diǎn)對(duì)于碩士研究生而言非常不適用，國(guó)家高等教育學(xué)位授予中明確規(guī)定研究生不僅需要掌握?qǐng)?jiān)實(shí)寬廣的基礎(chǔ)理論和深入系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)，而且還應(yīng)具備從事科學(xué)研究和獨(dú)立擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作的能力，因此科研探索精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在研究生從事科學(xué)研究時(shí)就顯得格外重要。[9]然而目前僅需要學(xué)生總評(píng)成績(jī)達(dá)到60分以上這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，甚至有些時(shí)候授課教師礙于情面等原因，往往還對(duì)學(xué)生網(wǎng)開一面存在放水現(xiàn)象。

2 教學(xué)改革措施

為了有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，切實(shí)掌握該門課程所學(xué)理論知識(shí)并在科研過程中靈活應(yīng)用。故針對(duì)當(dāng)前教學(xué)過程中存在的問題，確立了以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)過程中理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐創(chuàng)新相耦合、案例教學(xué)與科研課題相銜接、考核方式與素質(zhì)培養(yǎng)相掛鉤，[10]具體教學(xué)改革措施如下。

2.1 創(chuàng)新教學(xué)方法

為了有效打通課堂內(nèi)外互動(dòng)教學(xué)，基于騰訊QQ等交流平臺(tái)建立該門課程的班級(jí)群，課后授課教師則在班級(jí)群內(nèi)發(fā)布相關(guān)討論話題或者學(xué)生針對(duì)課堂內(nèi)未弄清的問題和同學(xué)及授課教師展開進(jìn)一步交流。課堂教學(xué)則以小組為單位，以調(diào)動(dòng)學(xué)生科學(xué)探索激情為目標(biāo)開展情景式教學(xué)。以學(xué)生為主體進(jìn)行模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)，授課老師則在此過程中以引導(dǎo)為主;同時(shí)增設(shè)模擬試驗(yàn)課，試驗(yàn)內(nèi)容盡量與學(xué)生的科研課題接近，指導(dǎo)學(xué)生如何在現(xiàn)場(chǎng)開展模擬試驗(yàn)，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。此外，授課老師還通過收集最新的文獻(xiàn)資料，向?qū)W生介紹前沿的模擬試驗(yàn)技術(shù)和發(fā)展動(dòng)態(tài)，以及與學(xué)生自身科研課題密切相關(guān)的模擬試驗(yàn)介紹與分析;同時(shí)也要求學(xué)生查閱相關(guān)方向文獻(xiàn)，小組討論時(shí)進(jìn)行綜述。上述教學(xué)方法如圖1所示，不僅豐富了課程教學(xué)內(nèi)容，而且講授的知識(shí)學(xué)生更樂意接受。

2.2 完善考核方式

提高平時(shí)成績(jī)所占比例至總評(píng)成績(jī)的50%，并且對(duì)平時(shí)成績(jī)組成進(jìn)行重新劃分，具體由上課簽到、課堂互動(dòng)、小組呈現(xiàn)、課后作業(yè)四大部分組成，調(diào)整后的考核方式指標(biāo)組成及各項(xiàng)指標(biāo)所占比例如表1所示。首先，大幅減少上課簽到這項(xiàng)考核指標(biāo)所占的比例，教導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)是自己的事，最終受益人也是自己，故一定要擺正心態(tài)為自己去學(xué)習(xí)。其次，通過新增課堂互動(dòng)和小組呈現(xiàn)這兩項(xiàng)考核指標(biāo)，且將其比例提高到35%，這一舉措能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，切實(shí)讓學(xué)生在課堂中成為主體。課后作業(yè)形式則是多樣化，既可以是給定案例進(jìn)行模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)，也可以要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)，總結(jié)與學(xué)生所研究的科研課題相關(guān)前沿模擬試驗(yàn)內(nèi)容等。同時(shí)筆試考核將閉卷考試改為開卷考試，使學(xué)生的主要精力從應(yīng)付考試向?qū)χR(shí)的靈活應(yīng)用出發(fā)，不再是考前死記硬背知識(shí)點(diǎn)，而是注意平時(shí)學(xué)生對(duì)自身能力素質(zhì)的培養(yǎng)，對(duì)解決實(shí)際問題能力鍛煉。

2.3 加強(qiáng)能力培養(yǎng)

將該門課程能力培養(yǎng)具體落實(shí)到知識(shí)獲取能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、文獻(xiàn)閱讀與綜述能力、實(shí)際動(dòng)手能力這五大方面，以期培養(yǎng)出綜合型高素質(zhì)人才。這五大方面能力的培養(yǎng)并不是獨(dú)立的，而是相互之間存在一定聯(lián)系的，這與教學(xué)方法和考核方式的改革息息相關(guān)。例如課堂教學(xué)過程中以小組為單位則是注重培養(yǎng)學(xué)生之間團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，情景式教學(xué)則是針對(duì)學(xué)生的知識(shí)獲取能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的一種提高鍛煉。學(xué)習(xí)最新文獻(xiàn)資料則是對(duì)學(xué)生文獻(xiàn)閱讀能力與綜述能力的培養(yǎng)，同時(shí)增設(shè)試驗(yàn)教學(xué)則是重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)力能力。只有打破傳統(tǒng)的應(yīng)試能力培養(yǎng)，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生才更具有競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)在學(xué)生能力培養(yǎng)過程中最重要的一點(diǎn)就是融入思政元素，教導(dǎo)學(xué)生科技強(qiáng)國(guó)，將來利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)為祖國(guó)的建設(shè)貢獻(xiàn)出一份力量。

2.4 建設(shè)課程團(tuán)隊(duì)

建設(shè)一支以學(xué)術(shù)帶頭人為負(fù)責(zé)人的課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員均具有高級(jí)職稱或博士學(xué)位，均主持過省部級(jí)以上科研項(xiàng)目或教研項(xiàng)目，擁有豐富的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及研究生培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)。該門課程的理論教學(xué)由一名二級(jí)教授負(fù)責(zé)講授，該教授在土木工程領(lǐng)域尤其是礦井建設(shè)領(lǐng)域具有很高的學(xué)術(shù)影響力，講授了近十年的“相似理論與模擬試驗(yàn)”理論課時(shí)，能夠熟練地運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際科研中遇到的問題。試驗(yàn)教學(xué)則由二名副教授負(fù)責(zé)，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)具體的模擬試驗(yàn)進(jìn)行講解并引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手去設(shè)計(jì)，去處理試驗(yàn)過程中的各個(gè)細(xì)節(jié);同時(shí)這二名副教授也負(fù)責(zé)QQ群日常答疑工作以及收集最新的文獻(xiàn)資料供學(xué)生閱讀。此外，課后作業(yè)評(píng)閱也由二名副教授負(fù)責(zé)，便于就課后作業(yè)遇到的問題及時(shí)在QQ群與學(xué)生進(jìn)行討論交流。同時(shí)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)也能夠發(fā)揮出很好的“傳、幫、帶”作用，對(duì)學(xué)科發(fā)展和建設(shè)來說，人才隊(duì)伍的可持續(xù)尤為重要，同樣對(duì)于一門課程更是如此。[11]

上述四項(xiàng)教學(xué)改革措施相互之間存在著密切聯(lián)系，只有建設(shè)出一支層次結(jié)構(gòu)合理的課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，這樣才能更好地進(jìn)行教學(xué)方法創(chuàng)新，而考核方式則是根據(jù)創(chuàng)新的教學(xué)方法重新進(jìn)行制定，能夠進(jìn)一步督促學(xué)生去自主學(xué)習(xí)探索知識(shí)，并且在這個(gè)過程中學(xué)生多方面能力自然而然地得到了鍛煉，學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)熱情也隨之大幅提高，對(duì)授課老師的知識(shí)儲(chǔ)備量和教學(xué)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(shí)，最終形成了一個(gè)良性循環(huán)。如上所述，各項(xiàng)教學(xué)改革措施之間的邏輯關(guān)系如圖2所示。

3 結(jié)語

“相似理論與模擬試驗(yàn)”該門課程采用上述教學(xué)改革措施后，學(xué)生的上課積極性大增，由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，并最終成為課堂上的主角，這是因?yàn)閷W(xué)生能夠切實(shí)地感受到該課程對(duì)今后科研活動(dòng)以及學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的重要性。同時(shí)授課教師在教學(xué)改革過程中也在不斷與時(shí)俱進(jìn)，業(yè)務(wù)能力水平以及知識(shí)儲(chǔ)備量也在不斷提高，從而形成了一種良性循環(huán)。由課程改革后的考核結(jié)果來看，學(xué)生綜合成績(jī)得到大幅提高，能力素質(zhì)也在不斷增加，在科研過程中相遇到類似問題能夠獨(dú)立解決，顯然該門課程的教學(xué)改革取得了預(yù)期效果。

基金項(xiàng)目：安徽理工大學(xué)研究生核心課程建設(shè)項(xiàng)目（2018HX004）

參考文獻(xiàn)

[1] 楊俊杰.相似理論與結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2014.

[2] 趙小燕.研究生教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督評(píng)價(jià)與激勵(lì)體系探索[J].工業(yè)和信息化教育，2019（7）：39-42.

[3] 王諾.基于課程體系建設(shè)的碩士研究生培養(yǎng)質(zhì)量提升探索研究[J].現(xiàn)代交際，2018（11）：103-104.

[4] 徐曉飛，丁效華.面向可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的新工科人才培養(yǎng)模式改革探索[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2017（6）：6-10.

[5] 南志剛.基于“師—生雙主體”的研究生課程教學(xué)改革的思考與實(shí)踐：以寧波大學(xué)文史專業(yè)為例[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2012，34（6）：1-4.

[6] 王戰(zhàn)軍，張微.70年探索奮斗：中國(guó)研究生教育發(fā)展規(guī)律與啟示[J].學(xué)位與研究生教育，2019（9）：43-48.

[7] 王典.創(chuàng)造性教學(xué)：研究生課程教學(xué)問題分析與對(duì)策[J].教育教學(xué)論壇，2018（11）：157-158.

[8] 鄧雪萍.“小班化專題研討式”教學(xué)在碩士研究生教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（1）：177-180.

[9] 于占科，倪明放，武欣嶸，等.教為主導(dǎo)、學(xué)為主體的研究生課程教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2014（25）：212-213.

[10] 王孫愚，等.我國(guó)研究生教育質(zhì)量狀況綜合調(diào)研報(bào)告[J].中國(guó)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(xué)”教學(xué)特色及過程建設(shè)[J].教書育人（高教論壇），2020（30）：105-107.