河流模擬線下一流課程建設(shè)研究與探索

張曉雷 張羽 王鵬濤

摘? 要：課程不僅是高等學(xué)校教學(xué)建設(shè)的基礎(chǔ)，也是人才培養(yǎng)的核心要素，課程建設(shè)質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。在專業(yè)認證、“雙一流”建設(shè)及新工科建設(shè)的大背景下，以華北水利水電大學(xué)河流模擬課程為例，從課程內(nèi)容、課程資源、教學(xué)團隊、教學(xué)模式、課程評價及改革成效六個方面詳細闡述線下一流課程的建設(shè)情況，并對課程建設(shè)的特色和創(chuàng)新進行歸納，以期能為工科類線下一流課程建設(shè)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：河流模擬；線下；一流課程；課程建設(shè)；人才培養(yǎng)

Abstract： Curriculum is not only the basis of teaching construction in colleges and universities， but also the core element of personnel training. The quality of curriculum construction directly determines the quality of personnel training. Under the background of professional certification， "double first-class" construction and new engineering construction， taking the River Simulation course of North China University of Water Conservancy and Hydropower as an example， the construction of offline first-class courses is elaborated in detail from six aspects： course content， curriculum resources， teaching team， teaching mode， course evaluation and reform effectiveness， and the characteristics and innovations of course construction are summarized. It is expected to provide reference for the construction of offline first-class courses in engineering.

Keywords： River Simulation; offline; first-class courses; course construction; talent training

工程教育專業(yè)認證是工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的重要環(huán)節(jié)，旨在通過改進人才需要的知識結(jié)構(gòu)、學(xué)生所需要的專業(yè)思維結(jié)構(gòu)，教師的教學(xué)方式方法、教學(xué)內(nèi)容等，實現(xiàn)專業(yè)自身內(nèi)部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終實現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高[1]?！靶鹿た啤边@一概念自2016年提出不到一年時間就先后形成了“復(fù)旦共識”與“天大行動”[2]，2017年，教育部發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》[3]。2019年，教育部提出全面開展一流本科課程建設(shè)，樹立課程建設(shè)新理念，推進課程改革創(chuàng)新的目標[4]。其中，線下一流課程建設(shè)對課程改革與質(zhì)量提升有著重要的作用，高校建設(shè)線下一流課程勢在必行。線下一流課程主要指以面授為主的課程，以提升學(xué)生綜合能力為重點，重塑課程內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，打破課堂沉默狀態(tài)，煥發(fā)課堂生機活力，較好發(fā)揮課堂教學(xué)主陣地、主渠道、主戰(zhàn)場作用[5]。這類課程強調(diào)改革傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)，突出以學(xué)生為中心，鼓勵增加體現(xiàn)多學(xué)科思維融合、產(chǎn)業(yè)技術(shù)與學(xué)科理論融合、跨專業(yè)能力融合、多學(xué)科項目實踐融合的教學(xué)內(nèi)容，注重教學(xué)方法創(chuàng)新，深入開展師生、生生互動交流，煥發(fā)課堂生機活力。

本文以河流模擬課程為例，結(jié)合作者的教學(xué)實踐，闡明傳統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)過程中存在的問題及改進措施，對其線下一流課程的建設(shè)路徑進行了研究與探索。

一? 課程建設(shè)情況

河流模擬是根據(jù)港口航道與海岸工程專業(yè)的發(fā)展和行業(yè)的需求，為了研究河流模擬的基礎(chǔ)理論知識，包括河流模擬的基本原理、模擬技術(shù)及河工模型試驗的基本操作方法，使之更好地運用模擬技術(shù)解決實際工程問題，特此開設(shè)的課程。

華北水利水電大學(xué)港口航道與海岸工程專業(yè)作為國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點，一直以來把專業(yè)課程建設(shè)放在重要位置，不斷提高課程建設(shè)質(zhì)量，服務(wù)人才培養(yǎng)目標。河流模擬作為港口航道與海岸工程專業(yè)主干課程，課程建設(shè)取得了一定的成果，但是依然存在不足之處：例如，①本課程教材一直使用1990年水利電力出版社出版，謝鑒衡院士主編的《河流模擬》一書，該書作為介紹河流模擬技術(shù)的主流教材，除了系統(tǒng)闡述河流模擬基本理論外，也注重介紹我國河流模擬技術(shù)的經(jīng)驗和成果。但是由于該書出版時間較早，以及河流模擬技術(shù)近30年的高速發(fā)展，已經(jīng)不能較好地反映河流模擬領(lǐng)域出現(xiàn)的新方法、新技術(shù)、新成果。因此本課程亟需一本既能夠反映基本理論又能夠反映河流模擬領(lǐng)域“三新”的教材，然而，現(xiàn)今的圖書市場上并不能找到一本滿足上述需求的教材。作者認為，隨著一流課程的建設(shè)，可以通過自編教材這一途徑解決教材內(nèi)容陳舊、與新時期教學(xué)目標不相適應(yīng)的問題，更好服務(wù)于一流課程、一流專業(yè)、一流學(xué)科的建設(shè)工作。②本課程的課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)案例單一，歷年來均使用南沙干流某水庫一個工程案例來進行水庫一維水沙數(shù)學(xué)模型沖淤計算，缺乏一定的多樣性與選擇性，本工程案例在數(shù)值模擬理論應(yīng)用上能夠基本滿足實踐需求，初步達到了鍛煉目的，但是針對探究能力強并有較高學(xué)習(xí)需求的同學(xué)來說，不能更好地鍛煉此類學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對這一問題，作者認為可以在水庫一維水沙數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上增加有支流匯入的一維水沙數(shù)學(xué)模型、河道型一維水沙數(shù)學(xué)模型、簡單平面二維水沙數(shù)學(xué)模型等不同挑戰(zhàn)度的模型，并以此構(gòu)建課程設(shè)計模型案例庫，滿足不同學(xué)生的多樣化需求，實現(xiàn)課程的高階性、創(chuàng)新性以及挑戰(zhàn)度。

為配合港口航道與海岸工程專業(yè)認證的要求，以社會需求和行業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，本課程的教學(xué)大綱經(jīng)過多次修改和完善，在明確的教學(xué)目標下，以學(xué)生為中心，形成了更加合理的授課方式和考核形式。

（一）? 課程定位與目標

河流模擬課程定位為港口航道與海岸工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課，課程共有40學(xué)時課堂教學(xué)內(nèi)容，另外還安排有1學(xué)分的課程設(shè)計。課堂教學(xué)內(nèi)容主要介紹河流模擬技術(shù)，分為數(shù)學(xué)模型與河工模型兩部分。前者包括基本方程式、數(shù)值方法基礎(chǔ)、一維及平面二維泥沙數(shù)學(xué)模型；后者包括量綱分析，相似理論基礎(chǔ)，定床、動床河工模型試驗，其他各種模型試驗、模型試驗的設(shè)備及運行。通過學(xué)習(xí)課堂教學(xué)內(nèi)容，以提高學(xué)生對河流模擬技術(shù)的認識，特別地，要能從數(shù)學(xué)模型和物理模型兩種模擬手段出發(fā)，掌握河流模擬的基礎(chǔ)理論知識，能夠初步運用兩種模擬技術(shù)解決實際工程問題。

河流模擬課程設(shè)計是河流模擬課程后續(xù)的一個重要的實踐環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計，學(xué)生不僅加深對理論課所學(xué)知識的理解，而且初步掌握運用河流模擬理論知識解決實際問題的基本方法。該課程設(shè)計的目的是培養(yǎng)港口航道與海岸工程專業(yè)學(xué)生運用所學(xué)的水文、河流動力學(xué)、河流模擬理論和技術(shù)，解決港口航道與海岸工程和水利工程中的水沙運動規(guī)律及沖淤特性等問題，進一步提高學(xué)生運算、繪圖和使用規(guī)范、手冊和技術(shù)資料的能力。通過本課程設(shè)計，鞏固河流模擬中一維水沙數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生原始資料的收集、整理、分析和繪圖能力；引導(dǎo)學(xué)生掌握獨立分析和解決問題的基本技能。

目前，課程教學(xué)條件具備，課程教學(xué)大綱齊備，教學(xué)環(huán)節(jié)安排合理，教材及教學(xué)輔助資料完整、規(guī)范，教學(xué)現(xiàn)狀及效果良好，軟硬件建設(shè)均已達到一定水平。

（二）? 課程體系建設(shè)

堅持以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，以提升學(xué)生綜合能力為重點，按照新工科建設(shè)的要求，在優(yōu)化河流模擬課程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突出系統(tǒng)思維、創(chuàng)新思維、融合思維，以輸入知識、輸出能力為主線，綜合運用“教、學(xué)、研、賽、用”等措施，構(gòu)建河流模擬課程體系，如圖1所示。即通過制定培養(yǎng)高素質(zhì)、高質(zhì)量、應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)目標，將理論教學(xué)、課程設(shè)計、前沿技術(shù)和國際視野融入線下課堂，提升學(xué)生的理論能力、實踐能力、自主能力和創(chuàng)新能力，達到社會滿意、市場需要、單位認可、個人出彩的人才培養(yǎng)質(zhì)量，再通過高質(zhì)量人才反哺于課程建設(shè)，實現(xiàn)以多沙河流治理技術(shù)為特色的河流模擬課程建設(shè)良性循環(huán)，助力華北水利水電大學(xué)港口航道與海岸工程一流學(xué)科創(chuàng)建工作。

（三）? 課程資源建設(shè)

一是加強課程精品案例庫建設(shè)。針對當前教材案例陳舊，不能反映新技術(shù)、新方法，與教學(xué)目標不相適應(yīng)的問題，教學(xué)團隊結(jié)合實際工程，搜集相關(guān)資料，并通過本專業(yè)畢業(yè)生獲取新的工程案例，通過多媒體技術(shù)建設(shè)了具有特色的河流模擬教學(xué)案例庫。二是結(jié)合河流環(huán)境與河流模擬工程實驗室，基于物理模型、數(shù)學(xué)模型對河流模擬的全過程進行試驗及仿真。三是完善校企合作、專業(yè)實習(xí)、課程設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目前學(xué)校已經(jīng)初步建立了港口航道與海岸工程專業(yè)實習(xí)基地，涉及設(shè)計、施工等各個領(lǐng)域，隨著進一步建設(shè)范圍還將繼續(xù)擴大。

（四）? 教學(xué)團隊建設(shè)

高水平、高素質(zhì)、高層次的課程教學(xué)團隊是建設(shè)河流模擬線下一流課程的必要保障[6]。第一，課程采用高水平人才隊伍，保證高水平教學(xué)質(zhì)量。第二，課程任課教師均有一定的工程實際經(jīng)驗，保證課程講授理論與實踐相結(jié)合。第三，與兄弟院校開展專業(yè)課程交流互鑒，保證課程發(fā)展方向。既向兄弟院校專業(yè)課程學(xué)習(xí)，做到引進來，又邀請兄弟院校高層次人才、專家等到校參觀，做到走出去。第四，鼓勵任課老師參加講課大賽，引導(dǎo)以賽促講、能力提升的新風(fēng)氣。由此，力爭打造高學(xué)歷、高職稱任課的頂尖課程教學(xué)團隊，為建設(shè)河流模擬線下一流課程打下堅實基礎(chǔ)。

（五）? 教學(xué)模式建設(shè)

1? 以學(xué)生為中心

高校教學(xué)應(yīng)堅持以人為主，而不是傳統(tǒng)的以課為主[7]。課堂教學(xué)要以學(xué)生為中心，體現(xiàn)出以高水平教學(xué)培養(yǎng)高質(zhì)量人才的一流課程特色。具體而言，在河流模擬課的教學(xué)中，教師與學(xué)生要有互動，老師既可布置針對性問題也可布置開放性問題，學(xué)生針對教師的問題提出自己的看法。教師應(yīng)改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，通過創(chuàng)新教學(xué)方式有效調(diào)動學(xué)生積極性，通過翻轉(zhuǎn)課堂讓教學(xué)活起來[8]，化學(xué)生被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

2? 以賽促學(xué)

教師應(yīng)通過“一基礎(chǔ)一平臺N提升”的教學(xué)方式，以理論知識為基礎(chǔ)，以各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽為平臺，著力提升學(xué)生各種能力。通過以賽促學(xué)，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性、激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、合作精神等[9]。例如，鼓勵學(xué)生參加中國水利教育協(xié)會、教育部高等學(xué)校水利類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會聯(lián)合主辦的全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽，共青團中央、中國科協(xié)等舉辦的“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽，教育部等舉辦的中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，使學(xué)生做到專業(yè)理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，以此促進學(xué)生各類能力的全面發(fā)展。

3? 以實踐輔助教學(xué)

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。在人才培養(yǎng)的過程中，教師不僅要讓學(xué)生了解、學(xué)習(xí)、掌握河流模擬課的基本理論知識，還要讓學(xué)生用理論指導(dǎo)實踐，切實地參與到實際項目中去，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題。因此要緊密圍繞河流模擬線下一流課程建設(shè)目標，加強校企合作，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研用一體化人才培養(yǎng)模式[10]。

（六）? 課程成績評定方式

在教學(xué)效果評價方面，任課教師可以通過將河流模擬課程要求具體化，結(jié)合課程實際教學(xué)內(nèi)容，制定一套河流模擬課程特色評價方式。在課程建設(shè)中，河流模擬課程采用目標性評價與過程性評價并重的課程考核方式。在學(xué)生達成目標性評價的基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方式，增強解決實際問題的思維與能力，從而將學(xué)生培養(yǎng)成適應(yīng)水利高質(zhì)量發(fā)展的應(yīng)用型、技術(shù)型、復(fù)合型、綜合性工科人才[11]。

河流模擬課程成績評定包括兩大部分，分別為結(jié)課考核（70%）與平時考核（30%），結(jié)課考核的方式為開卷考試，平時考核包括課堂表現(xiàn)和課堂筆記、作業(yè)、出勤。基于能力評價為目標的結(jié)課考核主要考察三大內(nèi)容：一是一、二維水沙數(shù)學(xué)模型的控制方程、數(shù)值求解方法、程序運行、資料的收集和整理以及計算參數(shù)的率定等方法（30%）。二是掌握河工模型設(shè)計的基本原理，了解模型制作過程和模型試驗系統(tǒng)的基本配置，學(xué)會試驗的基本方法（40%）。三是掌握運用數(shù)學(xué)模型和河工模型解決實際工程問題的能力（30%）?；谶^程評價為目標的平時考核主要包括以下三大內(nèi)容，一是課堂表現(xiàn)和課堂筆記（40%），主要考察學(xué)生與教師有情感和內(nèi)容的交流，以及學(xué)習(xí)的認真程度。二是作業(yè)（40%），此部分包括課堂作業(yè)、課后作業(yè)與自主學(xué)習(xí)三部分，主要考察學(xué)生對課堂基礎(chǔ)內(nèi)容的理解能力，對課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容及時復(fù)習(xí)，加以鞏固的再思考的能力，運用課程知識解決問題的創(chuàng)新能力。三是出勤（20%），在一定程度上督促學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)。

（七）? 課程評價及改革成效情況

1? 學(xué)生分析解決問題能力明顯提升

線下一流課程河流模擬實現(xiàn)了以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向，評估的對象聚焦于學(xué)生成果，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等都圍繞學(xué)生成果目標展開，注重特色化教育和學(xué)生的全面發(fā)展。學(xué)生參加全國性大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽取得了優(yōu)異成績，分析解決問題的能力顯著提升。通過課程結(jié)束后的問卷調(diào)查，顯示學(xué)生的課程目標達成情況持續(xù)變好、綜合能力持續(xù)提高，對課程的滿意度顯著提高。通過學(xué)校督導(dǎo)團教學(xué)質(zhì)量評價和同行互相聽課反饋來看，該課程整體評價優(yōu)秀。

2? 課程教學(xué)團隊能力顯著提高

線下一流課程建設(shè)對教師提出了更高的要求，案例教學(xué)成為常態(tài)，需要教師融入科研成果、學(xué)科思維，有意識地培養(yǎng)學(xué)生的問題分析、設(shè)計能力等，提升創(chuàng)新意識、社會責(zé)任感及專業(yè)精神等。通過線下一流課程建設(shè)，該課程形成了組成合理、教學(xué)基本功過硬、教學(xué)經(jīng)驗豐富的授課教師團隊，在師資上保證了教學(xué)效果。

二? 課程特色與創(chuàng)新

（一）? 課程特色

1）根據(jù)課程實際，以學(xué)生為中心，多維度培養(yǎng)學(xué)生的能力，開闊學(xué)生的視野。華北水利水電大學(xué)河流模擬課程已形成以能力培養(yǎng)為核心的課程體系，按照課程性質(zhì)和培養(yǎng)方向的不同，結(jié)合學(xué)生自身的條件和興趣，遵循河流模擬課程的特點，堅持基礎(chǔ)理論扎實、實踐經(jīng)驗豐富、創(chuàng)新能力突出的教學(xué)特色，人才培養(yǎng)效果顯著。

2）毫不動搖地推進一流課程建設(shè)，做到理論聯(lián)系實際，不斷優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，緊跟時代前沿，堅持推進課程理論和教學(xué)手段的體系化、前沿化。強化教師的責(zé)任意識與教學(xué)能力建設(shè)，全面提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）? 課程創(chuàng)新

1）在教學(xué)理念上，堅持“以學(xué)生為中心”，始終把遵循學(xué)生的認知規(guī)律，彰顯學(xué)生個性和挖掘?qū)W生潛能，作為重要的教學(xué)目標和質(zhì)量標準，促進教學(xué)模式從以教師教學(xué)為中心向以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心轉(zhuǎn)變，努力培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，充分提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2）在教學(xué)方式上，努力轉(zhuǎn)變單純傳授知識與技能的觀念，加強學(xué)生分析問題能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力“三種能力”的培養(yǎng)。注重理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，每一個主要知識點都配以實例分析，運用案例分析的方法，結(jié)合工程實際問題，幫助學(xué)生透徹理解概念、原理、方法和計算過程，使學(xué)生能夠融會貫通地掌握各知識點的聯(lián)系與區(qū)別。

3）在教學(xué)形式上，結(jié)合理論課、實驗課、課程設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)，參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，參與承擔(dān)的科研項目，真正地讓學(xué)生動手參與到教學(xué)過程中，實現(xiàn)理論和實踐相結(jié)合，提高學(xué)生的主觀能動性。

4）在教學(xué)手段上，采用多媒體課件、電子備課和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合進行教學(xué)。結(jié)合各章節(jié)的特點，多媒體與傳統(tǒng)板書相結(jié)合，具體方法與常用軟件相結(jié)合，多種手段相配合，使學(xué)生全面掌握主要知識點。

三? 結(jié)束語

在專業(yè)認證、“雙一流”建設(shè)及新工科建設(shè)的大背景下，河流模擬線下一流課程建設(shè)中，教學(xué)理念上突出學(xué)生的中心地位，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上進行重構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容方面，結(jié)合新時代發(fā)展體現(xiàn)課程內(nèi)容的先進性、高階性與創(chuàng)新性，教學(xué)模式方面結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展進行教學(xué)方法和教學(xué)手段的重構(gòu)。

在后續(xù)課程建設(shè)過程中，進一步提高教學(xué)團隊的教學(xué)水平，加強教學(xué)改革與創(chuàng)新；及時更新高質(zhì)量的教材和編寫自用教材及參考書；利用學(xué)校超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)線上課程，完善本課程的網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)；增加實踐教學(xué)資源，加強實驗室建設(shè)及虛擬仿真實驗建設(shè)。

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