工程教育认证海岸动力学教学改革研究

工程教育认证海岸动力学教学改革研究

【摘要】为提高海岸动力学课程的教学效果,文章基于工程教育认证的要求及目标,围绕课程教学改革进行了探讨,以学生为中心,以培养目标为导向,明确了教学目标,并提出了教学改革策略,优化教学体系,利用参考资料及课程网站,采用传统教学与多媒体教学、工程案例教学、实践教学相结合的教学手段,多样化考核方式,并完善持续改进机制,以提高教学质量,激发学生学习的主动性和创新性,培养综合性工程人才。

【关键词】海岸动力学;工程教育认证;教学方法;持续改进

工程教育是我国高等教育的重要组成部分,在高等教育体系中“三分天下有其一”。针对工程教育开展的中国工程教育认证工作由中国工程教育专业认证协会组织开展,其目标是:构建中国工程教育的质量监控体系,推进中国工程教育改革,进一步提高工程教育质量;建立与工程师制度相衔接的工程教育认证体系,促进工程教育与企业界的联系,增强工程教育人才培养对产业发展的适应性;促进中国工程教育的国际互认,提升国际竞争力。[1]工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础,其核心是确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求,是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。为促进工程专业发展,提高学生专业素养与能力,加快工程教育国际化进度,中国海洋大学响应国家号召,于2017年开展并顺利通过了港口航道与海岸工程专业认证。海岸动力学作为港航专业的核心课程,是学生实现毕业要求,达到培养目标的重要保障。

一、课程介绍

海岸动力学是海岸工程和海岸带资源综合开发利用的理论基础,对于利用与开发海岸带、保护海岸工程至关重要,更是海港建设的关键。海岸动力学主要任务包括:研究自然动力因素(主要是波浪、波生流、潮流)对于海岸及海岸建筑物的作用;掌握海岸泥沙运动规律;了解海岸变形(冲刷和淤积以及海岸地貌的形成和演变)规律。

二、课程目标

学生将通过学习该课程,了解海岸动力环境的基础知识;掌握微幅波理论、有限振幅波理论以及各种波浪理论的适用范围;掌握波浪短期统计特性和波浪谱概念,掌握波浪传播变形、辐射应力以及波生流物理产生机理;掌握推移质输沙率、悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率;了解海滩上的泥沙运动与岸线变形并掌握海滩平衡剖面概念;了解淤泥质海岸上港口及航道回淤量的估算方法和岸滩演变、海岸防护;使学生在港口规划布置及海岸工程的环境影响等方面有一定的基础知识,为学习专业课程以及今后从事科学研究打下基础。

三、课程的教学改革

(一)优化教学体系

海岸动力学与多门课程有着密切联系,在教学内容安排上要注重前后课程的衔接,使学生所学的知识具有连贯性和系统性。[3]修读该课程需要具备《水力学》、《高等数学》等课程基础,可借鉴《河流动力学》中河流泥沙运动规律的研究及《工程水文学》中海洋环境动力因素的介绍,通过该课程的学习,又为《港口水工建筑物》、《海岸工程学》、《航道工程学》、《港口规划布置》等课程奠定基础。在海岸动力学的课程设计中需要综合考虑以上相关课程的教学内容,对于相似知识点需要有不同的侧重以避免大量重复教学;同时作为其他课程的先修课,则需要针对将来要学习的相关知识点做好规划,使学生能够有足够的知识储备。此外,还需要在授课过程中提前告知学生需要进行的准备工作以达到温故知新的效果,并阐明各课程之间的关联性,使学生在学习的过程中有明确的课程体系,利于学生发现已学知识的用途,同时认识到该课程在后续学习过程中的重要性。

(二)丰富教学方法

海岸动力学内容涉及理论与实际工程应用,课程教学应充分调动学生的积极性,借鉴传统教学方式,活用现代教学技术,利用教学资源,丰富教学模式。

1.课程参考资料及网站资源教学

教育部“十一五”部级教材规划通知指出:“教材是体现教学内容和教学要求的知识载体,是进行教学的基本工具,是提高教学质量的重要保证。”按照目前的课程体系,“海岸动力学”是港口、航道与海岸工程专业的专业基础课,帮助学生从全局上学习了解海岸动力的各种因素,了解各个分支的关系,兼顾实用性和研究性学习的教学要求,对理论和技术基础的深入研究都起到了推动作用。[4]但目前的教材理论性较强,对实际工程应用涉及较少,加之课程课时量有限,需要补充其他学习资料以辅助教学。在课程概述中,为学生列出参考书目清单,并在教学过程中,为学生提供了《流体力学》、《工程海岸学》、《中国海岸工程进展》、《海洋工程波浪力学》、《港口与航道水文规范》、《工程环境海洋学》等相关材料,以便学生在课间传阅。此外,随着MOOC等网络平台的发展,网站资源日渐丰富,其中河海大学开展建设的《海岸动力学》国家精品课程网站面向公众开放了大量视频、课件及讲义等优质资源,以便学生课下学习,通过线上教学的形式对课堂教学进行补充。

2.多媒体教学

海岸动力学是一门理论性较强的课程,讲解对象包括势流理论、波浪非线性问题、波浪增减水及沿岸流特性的数学描述,涉及微积分、数学物理方法等相关内容,公式推导复杂且抽象枯燥,教师在教学过程中需不断提高教学课件的可视化,通过PPT、视频、动画、图片等多媒体手段,将水质点的运动轨迹、波浪在传播过程中发生的浅水变形、绕射、折射、驻波现象及波浪破碎的形态等传统教学无法表达的课程内容生动形象展现出来。多媒体技术能对语言难以描述的问题进行形象化处理,创造色彩缤纷、图文并茂、动静相融的教学情境,使学生在有限的时间内获取更大的信息量,较彻底地分解信息的复杂度,减少信息在大脑中从形象到抽象,再由抽象到形象的加工转换过程,充分传达教学意图[5],从而吸引学生的注意力,提高课堂教学的质量。

3.工程案例教学

学习海岸动力学的目的是解决实际工程应用问题,需结合现有工程案例和规范进行分析讲授,将书面的理论知识落脚到实际的专业问题,即增加了学生的见识,又实现了授课内容的多样性和趣味性,可以充分调动学生的兴趣,通过自主思考和启发式学习来提高学习效率,以达到解决工程复杂问题的目的。在授课过程中先抛出工程案例,引导学生思考,让学生带着问题展开学习,在完成相关的理论学习后,开展研讨式教学[6],即检验了学生对理论知识的掌握情况,又锻炼了学生独立处理问题及表达自我观点的能力,提升了学生的成就感,提高学生学习的热情。

4.实践教学

目前执行的海岸动力学教学大纲取消了浅水变形、波浪破碎、驻波相关的实验教学环节,该内容纳入了综合实验课程中,以综合性实验的形式开展,有助于提高学生解决复杂工程问题的能力。但综合实验课程设置于大四下学期,开设时间较晚,为使学生对海岸动力学有更直观的认识,建议以研促教,在教学过程中将理论知识与科研工作相结合,组织学生利用课余时间对同期开展的与课程相关的科研实验、SRDP或科技竞赛等活动进行参观学习,以拓展学生的视野,扎实学生的理论知识,增加学生的学习兴趣。

(三)多样化考核方式

课程考核既能检验学生对课程知识的掌握情况,又能对学生学习起到强有力的督促作用,是教学过程中不可或缺的一环。传统的闭卷考试模式单一[7]、对学生的考核较片面,不能完全反映学生学习过程及能力。为充分调动学生积极性,提高学生对理论知识的应用,培养学生的工程实践能力,需采用多样化的方式对学生进行考核。根据教学经验及调研反馈,成绩考核采用百分制,综合评定方法涉及日常表现、课后作业及期末闭卷考核三部分。其中日常表现包括出勤、随堂测试、课堂提问、课堂研讨及课下学习交流,占总成绩的20%;课后作业占总成绩的10%;课程基本理论与计算方法主要采用期末闭卷考核的形式,占总成绩的70%。该多样化的考核方式可以激发学生日常学习的兴趣,以学生为中心,将被动考核转变为主动学习,比较全面的体现学生的学习过程及对课程知识点的掌握情况,符合人才培养的宗旨。

(四)完善持续改进机制

为不断提升教学质量,需要对教学过程进行监控及质量评价,以评促教,以评促改,不断完善持续改进机制。学校设有本科教学工作水平评估办公室,主要负责学校教学质量监控与评估工作,由学校领导、学校教学管理人员、教学督导(分校院两级)共同组成教学质量监控队伍。学校成立教学督导团,学院成立教学督导专家组,校、院两级教学督导组织分别在校行政、院系行政领导下,根据学校、院教学工作中心任务和改革发展目标,代表学校、院开展教学督促、检查、调研、指导工作,保证学校和院教学工作的决定、任务及规章制度得以贯彻落实,确保教学质量提高。此外,院系设有教研室,经常组织教师讨论教学大纲,进行教材分析;组织试讲和观摩教学,交流教学经验;积极开展专题研究,进行教学改革;开展课程教学队伍建设,优化教学团队结构。学校也设置了学生评教系统,用于学生对课程教学相关工作的评价,从而可以根据学生的心声,不断完善教学内容和教学方法,保证课程的持续改进,实现教学质量的不断提升。在课程教学中,同样为学生开通反馈渠道,随时听取学生意见,并在学期开始和结束时以不记名形式开展问卷调查,为课程改革提供参考依据。此外,还可以跟踪毕业生就业去向,建立与用人单位之间的沟通渠道,根据用人单位的调查反馈,全面了解用人单位的需求及毕业生的工作素质能力,并及时对教学内容、教学方式等进行必要调整。

四、结语

随着科技和海洋产业的迅速发展,军事和海岸工程建设的需求增加,海岸动力学成为研究的重要方向,而作为港口、航道与海岸工程建设的储备军,港航专业毕业生必须具备扎实的理论知识、具有足够的技术应用能力和科技创新精神。基于工程教育认证对海岸动力学进行的课程改革,以学生为中心,以培养目标为导向,明确了教学内容,既巩固了学生的理论基础,又构建了专业领域多学科交叉的知识框架,还培养了学生的自学能力,激发了学生的创新意识,培养了学生解决复杂工程问题的能力。

作者:曹飞飞 梁丙臣 史宏达 潘新颖 单位:中国海洋大学