研究生课程“相似理论与模拟试验”教学改革研究

姚直书 薛维培 王晓健

摘 要 “相似理论与模拟试验”课程在土木工程专业研究生教学过程中具有十分重要的地位，尤其是在研究生开展科研课题探究时具有重要的指导价值。针对前期学生反映的学习积极性不高、教学效果不佳等问题，通过创新教学方法、完善考核方式、加强能力培养、建设课程团队等一系列教学改革措施，使得学生成为课程教学中的主体，提高了学生在教学过程中的参与度，学生的能力素质得到多方面培养，教学效果显著提高。

关键词 研究生课程 参与度 能力素质 教学改革

中图分类号：G424                                   文献标识码：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

人类在探索自然界规律时通常以数学为工具，建立数学解析式進行研究。然而，自然界中的现象错综复杂，有许多实际问题单纯地靠数学仍难以解析清楚，迫使人们不得不采用试验的方法进行分析。但是试验也存在一定的局限性，只能得到个别量之间的规律性关系。[1]此时，相似理论的提出有效地将数学解析法和试验法的优点结合起来，成为科学研究的主要方法之一。以相似理论为指导，形成研究自然界和工程中各种相似现象的新方法称为相似方法，模拟试验就是相似方法中的重要内容，在近代科学研究设计工作中起到至关重要的作用。因此，“相似理论与模拟试验”课程自始至终是我校土木工程专业学硕型研究生和专硕型研究生的一门重要专业必修课。通过本课程的学习，学生将掌握现象相似与物理量相似的关系，以及相似理论的三大定理，能够运用相似理论进行模拟试验设计，这对学生的实践创新能力和科研能力培养起到至关重要的作用。

然而，以往教学过程中均是以教师为主体，师生互动偏少。[2-3]学生普遍反映该门课程枯燥、难学，并且课堂上给出的教学案例与学生拟开展的科研课题存在一定区别，进一步导致学生的学习热情降低，从而使得教学效果大打折扣。[4-5]因此，有必要针对该门课程当前存在的问题进行认真梳理，有针对性地采取相应的教学改革措施，以聚焦学生能力素质培养为目的，优化课堂教学方式、创新教学方法。

1 存在的问题

1.1 学习主动性不高

近年来，随着研究生招生规模不断扩大，生源质量参差不齐，主要表现在基础理论知识方面掌握不牢。[6]课程讲授过程中涉及相似准则导出时，学生普遍反映难以理解，觉得纯数学公式推导较为枯燥无味，从而慢慢失去了兴趣。此外，课程面临的工程对象很广，涉及隧道工程、桥梁工程、海洋工程、井壁工程等，其中部分工程学生在本科阶段甚至没有接触过，对其了解甚少，故在量纲确定时无从下手，久而久之也就对课程失去了兴趣。同时，课程给出的典型案例较为陈旧，对当前复杂工程问题的解决借鉴价值十分有限，又由于学生基础较弱，故无法独立地根据所学知识去解决新的问题，进而产生错觉误以为学习该门课程的实用价值不高，学习主动性大幅下降。此外，教学过程采用的是大班教学，学硕型研究生和专硕型研究生一同上课，课程纪律难以管控，学生很容易产生从众心理，久而久之即使个别成绩好的同学也开始马虎对待该门课程。

1.2 考核方式不全面

该门课程的考核方式由平时成绩和考试成绩两部分组成，其中平时成绩占30%、考试成绩占70%，而平时成绩则是以学生出勤率为打分依据，仅在上课前五分钟进行点名，很难保证整个课堂讲授过程中学生的专注性，并且由于该门课程缺乏教材，很少有学生主要找资料提前进行预习，课堂讲授又采用填鸭式的教学方法，不可避免地使得一部分学生开小差去玩手机或做其他事情，甚至科研任务重的学生在签到后出现早退现象。[7]考试题型设置也未必合理，其中判断题、简答题、论述题这三大类题型的分值占卷面总分值的70%以上，从而使得学生为了应对考试，在最后时刻临时抱佛脚通过死记硬背也能够取得较好的成绩，学生对知识掌握的真实水平没有测验出来。最重要的是该种考核方式仅针对学生的应试能力进行考核，显然该种考核方式还有待改进。

1.3 教学方法不更新

该门课程具有课时量少、知识点多的特点，因此授课教师在上课过程中不得不追求速度以完成教学大纲规定的教学任务量，基本上采用的是PPT翻页方式进行授课。这对学生的能力要求就很高，大部分学生很难在课堂上立马消化掉授课老师讲解的内容，从而使得教学过程没有发挥出学生的主观能力性，学生处于一种被动地接受知识状态。此外，授课老师除了正常上课外，还要完成各类课题规定的考核指标，因此投入到教学中的时间也较为有限，没有精力去了解学生各自的科研课题和其自身特点，教学案例分析无法面面俱到囊括所有学生的研究方向，很难做到因材施教。[8]同时本门课程不仅要注重理论教学，试验教学也非常重要，但是这一点却被忽略掉了，教学计划中没有预留试验教学课时。学生在学习理论知识的时候更多的是纸上谈兵，涉及具体运用相似理论知识去设计并开展模拟试验时，往往因为实践能力差，会遇到各种各样的问题。

1.4 能力素质培养不全面

该门课程开设的初衷是培养土木工程专业研究生独立运用所学知识解决实际科研过程中遇到的问题，但对于学生而言更多地是为了修满学分达到毕业要求而已，学生在课堂学习过程中能力素质的培养得不到全面提高。主要原因还是在于考核方式和教学方法，以往教学对学生科研探索精神和实践创新能力的要求极低，但是这一点对于硕士研究生而言非常不适用，国家高等教育学位授予中明确规定研究生不仅需要掌握坚实宽广的基础理论和深入系统的专业知识，而且还应具备从事科学研究和独立担负专门技术工作的能力，因此科研探索精神和实践创新能力的培养在研究生从事科学研究时就显得格外重要。[9]然而目前仅需要学生总评成绩达到60分以上这是远远不够的，甚至有些时候授课教师碍于情面等原因，往往还对学生网开一面存在放水现象。

2 教学改革措施

为了有效提高学生的学习积极性，切实掌握该门课程所学理论知识并在科研过程中灵活应用。故针对当前教学过程中存在的问题，确立了以学生为中心，强调人才培养过程中理论学习与实践创新相耦合、案例教学与科研课题相衔接、考核方式与素质培养相挂钩，[10]具体教学改革措施如下。

2.1 创新教学方法

为了有效打通课堂内外互动教学，基于腾讯QQ等交流平台建立该门课程的班级群，课后授课教师则在班级群内发布相关讨论话题或者学生针对课堂内未弄清的问题和同学及授课教师展开进一步交流。课堂教学则以小组为单位，以调动学生科学探索激情为目标开展情景式教学。以学生为主体进行模拟试验设计，授课老师则在此过程中以引导为主;同时增设模拟试验课，试验内容尽量与学生的科研课题接近，指导学生如何在现场开展模拟试验，锻炼学生理论联系实际的能力。此外，授课老师还通过收集最新的文献资料，向学生介绍前沿的模拟试验技术和发展动态，以及与学生自身科研课题密切相关的模拟试验介绍与分析;同时也要求学生查阅相关方向文献，小组讨论时进行综述。上述教学方法如图1所示，不仅丰富了课程教学内容，而且讲授的知识学生更乐意接受。

2.2 完善考核方式

提高平时成绩所占比例至总评成绩的50%，并且对平时成绩组成进行重新划分，具体由上课签到、课堂互动、小组呈现、课后作业四大部分组成，调整后的考核方式指标组成及各项指标所占比例如表1所示。首先，大幅減少上课签到这项考核指标所占的比例，教导学生学习是自己的事，最终受益人也是自己，故一定要摆正心态为自己去学习。其次，通过新增课堂互动和小组呈现这两项考核指标，且将其比例提高到35%，这一举措能够有效提高学生的学习参与度，调动学生的学习积极性，切实让学生在课堂中成为主体。课后作业形式则是多样化，既可以是给定案例进行模拟试验设计，也可以要求学生查阅文献，总结与学生所研究的科研课题相关前沿模拟试验内容等。同时笔试考核将闭卷考试改为开卷考试，使学生的主要精力从应付考试向对知识的灵活应用出发，不再是考前死记硬背知识点，而是注意平时学生对自身能力素质的培养，对解决实际问题能力锻炼。

2.3 加强能力培养

将该门课程能力培养具体落实到知识获取能力、实践创新能力、团队协作能力、文献阅读与综述能力、实际动手能力这五大方面，以期培养出综合型高素质人才。这五大方面能力的培养并不是独立的，而是相互之间存在一定联系的，这与教学方法和考核方式的改革息息相关。例如课堂教学过程中以小组为单位则是注重培养学生之间团队协作能力，情景式教学则是针对学生的知识获取能力和实践创新能力的一种提高锻炼。学习最新文献资料则是对学生文献阅读能力与综述能力的培养，同时增设试验教学则是重点培养学生的实际动力能力。只有打破传统的应试能力培养，这样培养出来的学生才更具有竞争力。同时在学生能力培养过程中最重要的一点就是融入思政元素，教导学生科技强国，将来利用所学专业知识为祖国的建设贡献出一份力量。

2.4 建设课程团队

建设一支以学术带头人为负责人的课程教学团队，团队成员均具有高级职称或博士学位，均主持过省部级以上科研项目或教研项目，拥有丰富的科研实践经验以及研究生培养经验。该门课程的理论教学由一名二级教授负责讲授，该教授在土木工程领域尤其是矿井建设领域具有很高的学术影响力，讲授了近十年的“相似理论与模拟试验”理论课时，能够熟练地运用理论知识解决实际科研中遇到的问题。试验教学则由二名副教授负责，在实验室现场针对具体的模拟试验进行讲解并引导学生动手去设计，去处理试验过程中的各个细节;同时这二名副教授也负责QQ群日常答疑工作以及收集最新的文献资料供学生阅读。此外，课后作业评阅也由二名副教授负责，便于就课后作业遇到的问题及时在QQ群与学生进行讨论交流。同时课程教学团队也能够发挥出很好的“传、帮、带”作用，对学科发展和建设来说，人才队伍的可持续尤为重要，同样对于一门课程更是如此。[11]

上述四項教学改革措施相互之间存在着密切联系，只有建设出一支层次结构合理的课程教学团队，这样才能更好地进行教学方法创新，而考核方式则是根据创新的教学方法重新进行制定，能够进一步督促学生去自主学习探索知识，并且在这个过程中学生多方面能力自然而然地得到了锻炼，学生对该门课程的学习热情也随之大幅提高，对授课老师的知识储备量和教学技能要求也在增加，使得授课老师也在不断充电更新最前沿的知识，最终形成了一个良性循环。如上所述，各项教学改革措施之间的逻辑关系如图2所示。

3 结语

“相似理论与模拟试验”该门课程采用上述教学改革措施后，学生的上课积极性大增，由被动学习转为主动学习，并最终成为课堂上的主角，这是因为学生能够切实地感受到该课程对今后科研活动以及学术能力培养的重要性。同时授课教师在教学改革过程中也在不断与时俱进，业务能力水平以及知识储备量也在不断提高，从而形成了一种良性循环。由课程改革后的考核结果来看，学生综合成绩得到大幅提高，能力素质也在不断增加，在科研过程中相遇到类似问题能够独立解决，显然该门课程的教学改革取得了预期效果。

基金项目：安徽理工大学研究生核心课程建设项目（2018HX004）

参考文献

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[3] 王诺.基于课程体系建设的硕士研究生培养质量提升探索研究[J].现代交际，2018（11）：103-104.

[4] 徐晓飞，丁效华.面向可持续竞争力的新工科人才培养模式改革探索[J].中国大学教学，2017（6）：6-10.

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[9] 于占科，倪明放，武欣嵘，等.教为主导、学为主体的研究生课程教学的设计与实践[J].教育教学论坛，2014（25）：212-213.

[10] 王孙愚，等.我国研究生教育质量状况综合调研报告[J].中国高等教育，2007（9）：33-35.

[11] 余伟健，袁超，吴海.研究生课程“高等采矿学”教学特色及过程建设[J].教书育人（高教论坛），2020（30）：105-107.