水利类专业一流本科课程建设研究与实践

姜艳　王笑峰　孟凡香

摘    要：作为水利类专业的重要专业基础课程之一，“结构力学”具有较强的理论性、抽象性等特点，对于夯实学生的专业基础知识、培养学生综合实践能力，使之成为能够承担中华民族伟大复兴重任的水利工程类人才具有重要的意义。在建设“一流本科课程”背景下，文章分别从课程教学目标调整、教学内容改革、教学过程及考核方式创新、课程改革实施成效四个方面，阐述了水利类专业“结构力学”课程体系的构建过程。

关键词：水利类专业;一流本科课程;结构力学;教学改革

中图分类号：G642.0          文献标识码：A         文章编号：1002-4107（2022）02-0027-03

2015 年国务院印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，2019年4月，教育部办公厅发布《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》，明确提出“双一流”建设的战略部署[1]。2021年是国家教育部建设一万个国家级一流本科专业点和一万个省级一流本科专业点即推行首轮“双万计划”的最后一年，打造“金课”，建设“一流本科课程”已成为各个高校本科教学的工作重点。

2021年中央一号文件明确指出了未来大型灌区改造和水库除险加固的重要性[2]，“农业是国家的根本，水利是农业的命脉”。因此，加强水利类人才的培养力度，对于提高我国农业现代化水平、保障国家粮食安全具有重要的战略意义。课程建设是人才培养的基础，教育部在一流本科课程建设实施方案中明确提出，要进一步优化课程的内涵，形成具有中国特色和世界水平的一流本科课程体系。“结构力学”作为水利类专业的专业基础课，是水利类专业“三大力学”之一，是研究水利工程结构力学特性、各部分结构组成内力关系，以及科学合理设计结构形式的一门工程技术科学，对学生后续“钢筋混凝土结构”“水工钢结构”“灌排工程学”等专业课的学习，以及未来从事专业技术工作具有重要的奠基意义。

在国家工程教育专业认证和国家“双万计划”的推动下，国内高校在“结构力学”课程建设方面提出了许多创新性和实用性较强的成果，但目前课程建设中仍存在一些不足之处，如教学内容与专业实践结合不够紧密;课程考核缺少对学生综合能力培养的体现等。因此，如何依据水利类人才培养标准，细化和完善与“一流本科专业”建设及工程教育专业认证相适应的“结构力学”课程体系和教学目标，并改进教学思路和教学模式，构建科学合理的课程评价体系、达成度评价方法和质量保障机制，对于未来水利类人才培养，提高农业现代化水平，促进智慧水利发展具有重要的意义。

一、“结构力学”课程体系构建

在新的历史时期以及水利事业迅猛发展的大好机遇下，水利类本科院校应以人才培养模式改革为突破口，为水利行业培养更多的应用型和创新型本科人才。本文以笔者所在的黑龙江大学开设的“结构力学”课程为例，对课程的教学目标、教学内容、教学方法及考试方式的构建进行简要论述。

（一）调整课程教学目标

黑龙江大学水利电力学院通过对水利类专业相关单位访谈，根据“一流本科专业”建设及工程教育专业认证对水利类人才培养的要求，全面修订、完善和细化教学大纲。调整传统理论授课学时和案例学时的比例，简化传统教材中繁琐的理论公式推导过程，如拱、刚架等内力的推导计算，从实际应用的角度阐述理论知识的应用;通過优化案例教学设计，提升学生对复杂知识点和理论公式学习的积极性，促使学生将实际工程和结构力学理论知识融会贯通。基于上述思路，根据结构力学各知识模块之间的逻辑关系，将教学目标修订为以下四个方面：第一，通过杆件材料的强度、刚度、稳定性等方面基础知识，掌握结构力学基本概念和计算方法，掌握静定结构和超静定结构的内力和变形计算方法。第二，能够应用静定、超静定结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度和刚度的验算工作;具有对计算结构进行校核、对内力分布的合理性作出定性判断的能力，得出合理的计算成果与设计方案。第三，进一步掌握进行水工程安全问题所必需的力学基础知识。第四，掌握静定结构和超静定结构的内力与变形计算方法，并能够分析影响结果的原因。

（二）改革课程教学内容

“结构力学”课程具有理论性强、课程内容抽象复杂等特点，需要学生具备丰富的水利工程构件空间构造力和抽象思辨与创造力，学习难度较大。为了顺应新时代综合性人才的培养目标，提升水利专业人才的培养水平，探索如何在保持当前学时不变、甚至减少的前提下，提高“结构力学”课程的教学效果成为课程改革的一大难题。笔者通过多年研究与实践，拟从以下三个方面对课程教学内容进行改革。

1.简化重复性和理论性强的知识点，增加实用性和操作性强的章节内容。笔者以往讲授水利类三个涉水专业结构力学课时，由于不同章节之间和不同课程之间内容的逻辑性，经常会出现重复讲解知识点的问题，一方面浪费了课时，另一方面也导致部分内容由于课时量不足的原因而无法讲授清楚。如在“结构力学”课程中讲解单跨梁和等截面连续梁时有关内力图的做法时，由于与“材料力学”中静定梁弯矩图和剪力图的做法是相似的，“材料力学”中已经很详细地进行了讲解，此处就可以简单带过，重点说明两者的不同即可;矩阵位移法将传统结构力学与矩阵相结合，理论性较强，且采用计算机作为计算手段进行电算结构分析，在后续的工作中应用较少，因此可以减少教学内容。由于各个高校“结构力学”课时量普遍偏少，很多高校减少了动力学的相关内容，而这一章是很多高校考研时必考的内容，为帮助学生建立完整的课程逻辑框架，可舍去重复知识点的讲解，而侧重于讲授对学生更具有实用价值的章节。

2.强化理论知识点与水利工程结构的结合，改善和提升学生的主观能动性和实操协作能力。“结构力学”最大的特点就是理论性强，抽象且公式繁琐，较难理解[3]。所以，教师在进行知识点讲解时，多从计算简图开始，如桁架、梁、铰等典型的杆件结构，分析和计算其支座反力和内力。然而很多学生无法想象什么是桁架？什么是梁？什么是铰？无法与实践当中的水利工程有机结合起来，导致学生觉得所学知识没什么用，晦涩难懂，进而产生抵触情绪和厌学思想。实际上，“结构力学”中的桁架、梁、铰等典型的杆件结构与实际水利工程都是密切相关的，如讲解梁的内力时，可以采用某水库的工作桥作为案例，对桥的结构进行简化，然后引导学生进行内力分析，绘制内力图，最后全面系统地总结各种梁的内力特点。同时，由于结构力学实验本身对实验场地、实验材料要求较少，所需费用较低。因此，通过增加相关实验内容，鼓励学生参加结构设计大赛，让学生有机会通过课程理论知识的学习，结合自身的生活经历，去设计相关结构构件，并亲自动手去操作、去制作，进而掌握相关结构构件的力学分析和计算方法，提高学生的科创主观能动性与实操协作能力，为后续能够顺利进入新的工作环境奠定牢固的理论和实践基础。

3.系统梳理知识领域和知识单元，合理规划知识点和学时的分配。根据工程教育专业认证的理念“以学生为中心、成果导向、持续改进”[4-5]，从黑龙江大学水利类专业人才培养的目标和毕业要求入手，对“结构力学”的知识领域和知识单元进行系统梳理，合理设计教学活动和配置教学资源，使知识点与课程目标相协调、相适应，最终形成一个知识领域和知识单元相呼应、学时和知识点相支撑的课程体系。如列举水利工程实例，分析杆件结构中杆件、支座、荷载及材料的简化特点，使学生获得简化知识结构体系的能力;对平面体系的几何组成分析、绘制杆件结构轴力图、剪力图和弯矩图的综合方法、图乘法及影响线等知识。引导学生自主查找资料、学习研究、实践探索， 提出解决问题的方法，培养学生独立分析和处理问题的能力;通过对基本原理、计算公式的推导与分析，使学生能掌握公式的应用方法与适用范围，具备依据杆件结构特点正确选择与运用公式进行力学分析的能力。

（三）创新教学方法

疫情期間，为了避免疫情的扩散、有效控制疫情，黑龙江大学水利电力学院通过线上教学平台来实现教学活动的有序进行。同时，课堂上已经教授的内容或与其他课程重复的知识点，可以共享到QQ群或微信群中，供学生复习时参考，进而提高对理论知识的掌握程度，提高学习效率。课后，学生也可以通过QQ群、微信群、短信等多媒体平台与教师进行沟通和交流，有利于促进教师和学生之间的关系，构建良好的学习氛围和学习环境。

教学思路不拘小节，教学模式层次性和多元化更强更明显。如上课期间，教师可以适当改变原有“教师台上讲、学生台下听”的传统“填鸭式”授课模式，通过师生互换角色，“让学生成为‘教师’，在讲台上讲解某一知识点，然后教师及其他同学点评”的“互换课堂角色”新型教学模式，使学生成为课堂的“引导者”、教师成为课程的“追随者”，有效地提升了学生的学习积极性和主动性，进而改变了原来课堂的“无声”模式课堂氛围更加活跃，学生对知识点的掌握更加深刻。同时，改变了原来单纯以PPT或板书对相关理论的讲解模式，增加了视频或动画，使抽象的理论变得更加立体且便于理解和学习。

（四） 改进考核方式

为了避免“一考定终身 一卷定终身”造成学生临时抱佛脚的现象，可加强过程考核的力度。通过增加“期中考试”“课堂小测试”“课程作业”“课堂提问”等环节，将期末考试进行分解，提高平时作业、小测试和课堂讨论的成绩占比，将原来30%的平时成绩，增加到40%或50%，而期末考试仅占50%～60%，有效提升了学生期末考试的通过率。

同时，由于“结构力学”涉及大量复杂的、难以记忆的公式，学生在期末备考时，往往将大量的时间和精力用在公式的死记硬背上，忽略了对知识的活学活用，这与我们国家综合性人才的培养目标是相违背的。实际上，在工程中应用这些复杂的公式时，往往需要灵活地与水利工程中的相关结构构件相结合，即公式只是一个工具，其核心在于应用和实践。因此，可参考我国相关专业注册资格证书考试模式，将我校水利类专业“结构力学”的考试模式由原来的闭卷考试改为半闭卷考试模式，即考试时将复杂的、难以记忆的公式作为已知条件，直接印刷在试卷上，同时增加试卷中案例分析的比重，将考核的重点放在对知识点的归纳总结能力和实际问题的解决能力上。

二、课程改革成效

一流本科课程建设是一个长期、系统的工程，笔者及团队在“结构力学”的教学过程中，以工程教育认证“以学生为中心、成果导向、持续改进”的理念，尝试将创新性思维模式、探索性思维模式以及实践能力等多方面的能力培养渗透到日常的教学活动中。通过以上改革措施，使学生不仅可以掌握基本力学理论知识，还能够较好地应用其对实际工程进行结构分析，具体表现如下：第一，我校水利类专业学生达成度有了一定程度的提升。与2017级相比，采用新的教学模式后，2019级水利类本科生136人课程目标二的达成度由原来的0.630提高到0.680，课程达成度由0.643提高到0.690。下一步笔者会在现有基础上，找出可优化的问题，进一步细化课程体系并完善考核体系，持续改进课程教学。第二，我校水利类专业学生的主观能动性和实操协作能力显著改善。采用新的教学模式后，水利类本科生参加结构设计大赛、大学生SIPT等创新活动的积极性明显提升。如2018年，我校水利类本科生在第八届黑龙江省大学生结构设计竞赛中获得省级二等奖;2020年，在第十三届全国周培源大学生力学竞赛中获得国家级优秀奖1名、省级一等奖1名、省级二等奖11名;2021年，在第七届全国大学生水利创新设计大赛中获得一等奖。第三，“结构力学”课程作为水利类专业的主干课程之一，成为我校水利水电工程专业通过2020年水利类专业工程教育认证以及被评为国家级一流本科专业的重要助力。这为笔者下一步带领团队将成果融入教学，加大创新实践和应用知识的引入，扩展学生的知识面提供了新的契机。第四，形成了良好的教学传递模式。通过上下届学生之间的相互影响，良好的学习氛围在相互沟通和交流中得到了传承。同时，多次在本科教学工作综合评价被评为优秀。毕业生给本门课程的评价为：知识点安排得当、内容充实丰富、关注结构工程前沿、理论素养深厚，为学生未来从事工程实践夯实了基础。

三、结语

黑龙江大学水利类专业“结构力学”课程采用了全新的课程改革思路，打破了传统的模式，构建了新型教学体系，实践证明，改革取得了良好的成效。在今后的教学工作中，本研究成果将直接应用于黑龙江大学水利电力学院水利类专业“结构力学”教学，每年直接或间接受益人数大约在400人左右，同时该成果也可为其他水利类本科院校的应用型人才培养的理论研究与课程改革提供一定的借鉴与参考。

参考文献：

[1]教育部.教育部办公厅关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知[EB/OL].教育部网站，（2019-04-04）[2021-08-30].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201904 /t20190409_377216.html.

[2]新华社.2021年中央一号文件公布提出全面推进乡村振兴[EB/OL].（2021-02-21）[2021-08-06].http：//www.gov.cn/zhengce/2021-02/21/content_5588100.htm.

[3]刘二强，张旭红，刘利亭，等.新工科背景下一般院校工程力学专业《结构力学》教学探索[J].教育现代化，2018（5）.

[4]崔先泽.面向工程教育专业认证的结构力学课程实践教学改革[J].课程教育研究，2017（46）.

[5]沈丽，刘艳娟，罗胜铁.基于OBE理念的环境工程专业核心课程群建设研究——以唐山学院环境工程专业核心课程群建设为例[J].绿色科技，2018（11）.

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