《工程水文水利计算》课程教学中性学习

摘 要 ：在课程教学中通过研究性学习引导,可有效提高学生解决问题和创新的能力.以《工程水文与水利计算》中的频率分析教学内容为案例,构建了研究性学习的途径与手段,以期达到提高教学质量目的.

关 键 词 ：工程水文及水利计算；研究性学习；探索

中图分类号：G642.4 文献标志码：A?摇 文章编号：1674-9324（2014）15-0098-02

研究性学习（Problem-Based Learning/Project-Based Learning,PBL,又称探究性学习,与研究性教学、探究性教学、发现学习同义）,是指通过与研究相类似的认知方式和心理过程来了解、接受、理解、记忆和应用人类已有文明以及国家或学校的举办者所规定的内容的认知活动[1].在高等教育中,研究性学习是指学生通过研究性的方式提出、理解和解决问题,并在此过程中形成学习能力、创造能力与相关专业精神的活动.有关学生学习法历来有两种传统：一种是靠重述和对原文的遵奉去积累知识的学习法,一种是教师通过质询的方法使学生获得知识的学习法.前者依赖于模仿与记忆,发展到现在形成所谓浅层学习法；后者依赖于学生内在的智慧,发展到现代形成所谓深层学习法.研究性学习本质上是深层学习[2-4].

一、研究性学习的实践意义

学习方式论认为研究性学习是指学生在教师指导下,从学习生活和社会生活中选择并确定研究专题,用类似科学研究的方式,主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动[6].随着高等教育规模的持续扩大和高等教育体制改革的不断深入,提高办学水平和保障人才培养质量成为中国高校最重要最紧迫的任务.为落实《2003―2007年教育振兴行动计划》,实施高校教学质量与教学改革工程,教育部发布了《意见》,第11条特别强调：高校应积极推动研究性教学,提高大学生的创新能力.要增加综合性与创新性实验,提供丰富的教学参考资料,积极推进讨论式教学、案例教学等教学方法和合作式学习方式,引导大学生了解多种学术观点并开展讨论、追踪本学科领域最新进展,提高自主学习和独立研究的能力.要让大学生通过参与教师科学研究项目或自主确定选题开展研究等多种形式,进行初步的探索性研究工作.来茂德指出,研究型大学要发挥自身优势,积极推进本科研究性教学,在研究中教与学,培养和提高大学生的创新精神和科研能力[2-5].

二、研究性学习的实现途径

《工程水文与及水利计算》是水利水电工程、农业水利工程等专业基础课程之一,水利类专业一般将其划分为必修课.课程是一门应用广泛、实用性强的学科,主要介绍水文学的基本知识、水文计算和水利计算的基本原理和方法.其作用在于通过理论教学和实践教学,使学生全面系统地掌握水文计算和水利计算的原理和方法,为将来从事这方面的技术与科研工作打下一定的理论基础.课程不但理论性强,要求学生掌握基本原理,而且计算实践要求高,要求学生必须掌握基本计算方法.课程教学主要以传统教学模式为主,即以教师讲解为主,配合书中的例题,用语言文字来表达和传递信息,加之计算部分主要以现行的规范为依据,从而在一定程度上不利于学生研究性学习,在当今多元化社会对人才需求的背景下,难以满足需求.同时,课程具有较强的理论扩展空间,教学方法与数学课程教学方法相似,可以通过如下途径实现研究型学习：（1）在问题的引申中实施研究性学习；（2）在问题的推广中实施研究性学习；（3）在方法的探讨中实施研究性学习；（4）在数学建模的过程中实施研究性学习[6].

三、《工程水文与水利计算》研究性教学案例

水文频率分析（hydrologic frequency analysis）是根据某水文现象的统计特性,利用现有水文资料,分析水文变量设计值与出现频率（或重现期）之间的定量关系是课程中的核心内容之一.按照我国相关规范规定,在进行水文频率分析计算时,频率分布曲线线型一般应采用皮尔逊Ⅲ型（P-Ⅲ）曲线,统计参数可先用矩法初估,再用适线法调整确定.教学过程中,大多数学生均能对这一方法具有较好的理解和应用,能够满足将来实际工作的需要,但是,在目前出现的非一致性条件下的频率分析,直接采用教材或者规范中指出的方法不能满足需求,尤其是学生在后续攻读水文水资源方向研究生中的过程中,本科教学内容并没有为学生解决新问题的思路和方法,因此,结合教学内容的变化和学生多层次需求,在该部分内容探索研究性学习具有重要的价值,同时,该部分也是实践研究性教学良好的教学素材.

(一)教学内容的引申

关于频率分析,现行教材或者相关规范一般做如下描述：“国际上关于线型的选用差别很大,常用的线型达20余种之多”,“我国分析一直采用P-Ⅲ型曲线”.这样的描述方法往往让学生形成思维惯性：频率分析与P-Ⅲ型曲线的适线存在等同性.因此为满足研究性学习的需求,可以将教学内容引申到：（1）采用P-Ⅲ型曲线就一定科学吗?（2）如果不采用P-Ⅲ型曲线,又应如何推求制定频率下的设计值?通过这样的教学内容引申,将问题引导回到频率分析的本质.

(二)引入问题的解决步骤与思路

1.如何评价一种理论频率曲线与经验点据的拟合好坏?扩展到数学问题中的误差分析.

2.如果能够通过误差分析之后,选定一种拟合较好的理论频率曲线之后,如何进行概率密度参数估计的问题?扩展参数估计的数学问题.

3.在参数估计的基础上,如何进行指定频率的设计值计算?

(三)教学过程中教师的主要工作

1.提供研究文献.本科阶段学生对文献查阅的掌握不能和研究生相提并论,因此,在进行该部分内容教学时,核心的研究文献需由教师事先提供,由学生回溯、扩展,查阅解决上述问题的文献.这样可以提高学生查阅文献、信息收集的能力,为解决新问题奠定基础.

2.提供研究数据.教材中的例题、习题提供的数据无法满足引入内容的需求,这就要求教师必须事先准备需要的数据,为学生进行研究性学习提供素材.

3.提供必要的研究工具.上述研究内容涉及到大量的计算过程,而这些计算是很难用手工计算完成,因此,事先准备相应的计算工具是必要的.在本例中为学生提供了easy fit试用版,matlab软件及必要的代码.通过学生自己上机计算,有效提高学生掌握新工具、新方法的能力.

4.批阅学生的研究性成果.通过该例的实施,要求学生以论文的形式提供成果,这样可以有效提高学生论文撰写能力,学会清晰地表达研究成果,通过教师的批阅、讲评,可为进一步学习和将来工作奠定基础.

四、小结

研究性学习对学生创新能力的培养具有先导作用,对学生解决新问题能力具有极大的促进作用,同时,对人的学习方式和教学模式产生着深刻的影响,在《工程水文与水利计算》的教学中,具有开展研究性学习的很多基础和优势,研究性学习的重要性必将进一步得到体现,其实施途径也必将多样化,本案例只是对研究性学习的实施途径作了初步的探讨,其根本目的还在培养学生的实践意识、创新意识,提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力.