《工程水文及水利計算》課程教學中研究性學習探索

王龍，龍曉敏，楊蕊

摘要：在課程教學中通過研究性學習引導，可有效提高學生解決問題和創新的能力。以《工程水文與水利計算》中的頻率分析教學內容為案例，構建了研究性學習的途徑與手段，以期達到提高教學質量目的。

關鍵詞：工程水文及水利計算；研究性學習；探索

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2014）15-0098-02

研究性學習（Problem-Based Learning/Project-Based Learning，PBL，又稱探究性學習，與研究性教學、探究性教學、發現學習同義），是指通過與研究相類似的認知方式和心理過程來了解、接受、理解、記憶和應用人類已有文明以及國家或學校的舉辦者所規定的內容的認知活動[1]。在高等教育中，研究性學習是指學生通過研究性的方式提出、理解和解決問題，并在此過程中形成學習能力、創造能力與相關專業精神的活動。有關學生學習法歷來有兩種傳統：一種是靠重述和對原文的遵奉去積累知識的學習法，一種是教師通過質詢的方法使學生獲得知識的學習法。前者依賴于模仿與記憶，發展到現在形成所謂淺層學習法；后者依賴于學生內在的智慧，發展到現代形成所謂深層學習法。研究性學習本質上是深層學習[2-4]。

一、研究性學習的實踐意義

學習方式論認為研究性學習是指學生在教師指導下，從學習生活和社會生活中選擇并確定研究專題，用類似科學研究的方式，主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動[6]。隨著高等教育規模的持續擴大和高等教育體制改革的不斷深入，提高辦學水平和保障人才培養質量成為中國高校最重要最緊迫的任務。為落實《2003—2007年教育振興行動計劃》，實施高校教學質量與教學改革工程，教育部發布了《意見》，第11條特別強調：高校應積極推動研究性教學，提高大學生的創新能力。要增加綜合性與創新性實驗，提供豐富的教學參考資料，積極推進討論式教學、案例教學等教學方法和合作式學習方式，引導大學生了解多種學術觀點并開展討論、追蹤本學科領域最新進展，提高自主學習和獨立研究的能力。要讓大學生通過參與教師科學研究項目或自主確定選題開展研究等多種形式，進行初步的探索性研究工作。來茂德指出，研究型大學要發揮自身優勢，積極推進本科研究性教學，在研究中教與學，培養和提高大學生的創新精神和科研能力[2-5]。

二、研究性學習的實現途徑

《工程水文與及水利計算》是水利水電工程、農業水利工程等專業基礎課程之一，水利類專業一般將其劃分為必修課。課程是一門應用廣泛、實用性強的學科，主要介紹水文學的基本知識、水文計算和水利計算的基本原理和方法。其作用在于通過理論教學和實踐教學，使學生全面系統地掌握水文計算和水利計算的原理和方法，為將來從事這方面的技術與科研工作打下一定的理論基礎。課程不但理論性強，要求學生掌握基本原理，而且計算實踐要求高，要求學生必須掌握基本計算方法。課程教學主要以傳統教學模式為主，即以教師講解為主，配合書中的例題，用語言文字來表達和傳遞信息，加之計算部分主要以現行的規范為依據，從而在一定程度上不利于學生研究性學習，在當今多元化社會對人才需求的背景下，難以滿足需求。同時，課程具有較強的理論擴展空間，教學方法與數學課程教學方法相似，可以通過如下途徑實現研究型學習：（1）在問題的引申中實施研究性學習；（2）在問題的推廣中實施研究性學習；（3）在方法的探討中實施研究性學習；（4）在數學建模的過程中實施研究性學習[6]。

三、《工程水文與水利計算》研究性教學案例

水文頻率分析（hydrologic frequency analysis）是根據某水文現象的統計特性，利用現有水文資料，分析水文變量設計值與出現頻率（或重現期）之間的定量關系是課程中的核心內容之一。按照我國相關規范規定，在進行水文頻率分析計算時，頻率分布曲線線型一般應采用皮爾遜Ⅲ型（P-Ⅲ）曲線，統計參數可先用矩法初估，再用適線法調整確定。教學過程中，大多數學生均能對這一方法具有較好的理解和應用，能夠滿足將來實際工作的需要，但是，在目前出現的非一致性條件下的頻率分析，直接采用教材或者規范中指出的方法不能滿足需求，尤其是學生在后續攻讀水文水資源方向研究生中的過程中，本科教學內容并沒有為學生解決新問題的思路和方法，因此，結合教學內容的變化和學生多層次需求，在該部分內容探索研究性學習具有重要的價值，同時，該部分也是實踐研究性教學良好的教學素材。

（一）教學內容的引申

關于頻率分析，現行教材或者相關規范一般做如下描述：“國際上關于線型的選用差別很大，常用的線型達20余種之多”，“我國分析一直采用P-Ⅲ型曲線”。這樣的描述方法往往讓學生形成思維慣性：頻率分析與P-Ⅲ型曲線的適線存在等同性。因此為滿足研究性學習的需求，可以將教學內容引申到：（1）采用P-Ⅲ型曲線就一定科學嗎？（2）如果不采用P-Ⅲ型曲線，又應如何推求制定頻率下的設計值？通過這樣的教學內容引申，將問題引導回到頻率分析的本質。

（二）引入問題的解決步驟與思路

1.如何評價一種理論頻率曲線與經驗點據的擬合好壞？擴展到數學問題中的誤差分析。

2.如果能夠通過誤差分析之后，選定一種擬合較好的理論頻率曲線之后，如何進行概率密度參數估計的問題？擴展參數估計的數學問題。

3.在參數估計的基礎上，如何進行指定頻率的設計值計算？

（三）教學過程中教師的主要工作

1.提供研究文獻。本科階段學生對文獻查閱的掌握不能和研究生相提并論，因此，在進行該部分內容教學時，核心的研究文獻需由教師事先提供，由學生回溯、擴展，查閱解決上述問題的文獻。這樣可以提高學生查閱文獻、信息收集的能力，為解決新問題奠定基礎。

2.提供研究數據。教材中的例題、習題提供的數據無法滿足引入內容的需求，這就要求教師必須事先準備需要的數據，為學生進行研究性學習提供素材。

3.提供必要的研究工具。上述研究內容涉及到大量的計算過程，而這些計算是很難用手工計算完成，因此，事先準備相應的計算工具是必要的。在本例中為學生提供了easy fit試用版，matlab軟件及必要的代碼。通過學生自己上機計算，有效提高學生掌握新工具、新方法的能力。

4.批閱學生的研究性成果。通過該例的實施，要求學生以論文的形式提供成果，這樣可以有效提高學生論文撰寫能力，學會清晰地表達研究成果，通過教師的批閱、講評，可為進一步學習和將來工作奠定基礎。

四、小結

研究性學習對學生創新能力的培養具有先導作用，對學生解決新問題能力具有極大的促進作用，同時，對人的學習方式和教學模式產生著深刻的影響，在《工程水文與水利計算》的教學中，具有開展研究性學習的很多基礎和優勢，研究性學習的重要性必將進一步得到體現，其實施途徑也必將多樣化，本案例只是對研究性學習的實施途徑作了初步的探討，其根本目的還在培養學生的實踐意識、創新意識，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]文新華.關于研究性學習的研究[J].教育發展研究，2002，（4）：52-54.

[2][英]馬爾科姆.泰特.高等教育研究：進展與方法[M].候定凱，譯.北京：北京大學出版社，2007：67.

[3]霍益萍，張人紅.研究性學習的特點和課程定位[J].課程.教材.教法，2000，（11）：8-10.

[4]張肇豐.試論研究性學習[J].課程.教材.教法，2000，（6）：42-45.

[5]來茂德.發揮研究型大學優勢？搖推進本科研究性教學[J].中國高等教育，2005，（17）：28-29.

[6]王金紅.大學數學實施研究性學習的若干途徑[J].大學數學，2007，（4）：11-13.

基金項目：國家級“質量工程”邊疆民族地區農業工程創業人才培養模式創新實驗區。

作者簡介：王龍（1975-），男，四川射洪人，碩士研究生，副教授，主要從事農業水土工程領域教學及研究工作。endprint