基于復雜工程問題的研究導向型教學模式探索

陶山山 董勝 張日 于通順

【摘要】復雜工程問題承擔著專業認證工作中畢業生能力層次培養的任務，基于復雜工程問題的研究導向型教學能夠充分激發學生自主學習的熱情。以《可靠性與風險分析》課程為例，展示了這一教學模式，并通過案例分析和調查問卷對教學效果進行了評價。結果表明學生非常享受以問題為導向的學習過程，并且通過分組和PPT講解等教學環節獲得了很多知識以外的能力。

【關鍵詞】復雜工程問題 研究導向 分組教學 能力培養

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）22-0246-01

引言

隨著2020年新高考制度的實行，高考錄取即將采用專業平行志愿或院校專業組平行志愿進行招生，各高校對專業和學科的全國排名越來越重視在專業特別是工科專業方面，近十余年來的工程教育專業認證工作引領了工科專業的人才培養方向[1]。

在工程教育專業認證體系中，復雜工程問題承擔著畢業生能力層次培養的任務[2]。若不考慮復雜工程問題，認證中培養目標、畢業要求、課程體系對畢業生深度的要求就是空談[3]。復雜性是現代工程的本質，需要考慮并協調各種非工程因素[4]。在課程教學中，需要改進的是教學方法，而不是單純增加“解決復雜工程問題的教學內容”[2]。

研究導向型教學模式由西交利物浦大學提出，在應用中取得了可喜的成果[5，6]。通過教師針對課程知識的理論引導，激發學生興趣，讓他們自主提出問題，并且通過查閱資料、動手實踐、綜合分析，最終給出結論報告。它以人的健康成長為目標，能夠幫助學生提高自主學習的能力，培養發現、分析并且創造性地解決問題的能力，很大程度上增強了學生的組織和領導能力。

針對海洋工程系課程《可靠性與風險分析》，開展“基于復雜工程問題的研究導向型教學研究”，對于學生自主學習能力的提高有很大幫助。基于可靠性的風險分析是保證結構安全，開展科學、合理的工程設計工作的基礎科學。海岸工程安全性要求較高，該類工程的可靠性與風險分析值得深入學習和研究。該課程的學習能夠幫助同學們熟悉相應規范、拓展研究視野。

一、基于復雜工程問題的研究導向型教學模式

教學理應以學生學到什么為考核標準，教師講得再好，如果學生無法消化吸收也是枉然。研究導向型教學的關鍵在于學生改變其學習行為、老師改變其教學方式、學校構筑資源環境和支撐體系。這種教學方式通過現象性的問題為導向，引導學生通過研究自主學習[6]，因此非常有利于學生創造力的培養。

以《可靠性與風險分析》課程為例，介紹基于復雜工程問題的研究導向型教學模式。教學方法采用啟發式和互動式相結合，簡單案例和復雜案例相結合。另外，通過分組進行頭腦風暴，并推進團隊協作。課程中有兩次分組，第一次為自愿組合，第二次為教師分配。通過兩種方式的分組可以培養學生適應不同環境和群體的能力。課程從社會現象和生活中最常見的事物出發，提出現實問題，逐步激發學生對“風險”的興趣。而后引入海岸工程和海洋災害的實例，鼓勵同學們通過手機等電子手段查詢資料，提出自己的問題或觀點，進而在小組內進行課上及課下的討論，形成報告并進行PPT匯報。通過討論引出風險分析和結構可靠性的基本原理，并將可靠度的各種計算方法分給各個小組，通過研討科研論文，掌握原理，并且學會應用。最后請同學們針對自己的專業特色，對防波堤、船舶或海洋平臺等進行構件、系統或全生命周期等可靠度的計算或設計。

通過以上教學內容和教學方法的改進，幫助同學們“將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決海岸工程中的復雜工程問題”，且相關問題具有綜合性、涉及各種工程變量，并且能夠利用不同方法、通過建立合適的數學模型加以解決。

二、課程案例分析

下面以某學期《可靠性與風險分析》課程的一個具體問題為例，對基于復雜工程問題的研究導向型教學模式進行說明。課程通過引導并且與同學們交流，提出了一些具體的工程案例。其中關于“膠州灣大橋和海底隧道建設必要性”的討論引起了同學們的極大興趣。

第二次課程結束之前，以我國的超級工程——港珠澳大橋建設項目為引子，激發同學們的思考，聯想到杭州灣大橋、膠州灣大橋，以至膠州灣海底隧道。教師引導“為什么在這么狹小的膠州灣內同時建設這兩個項目呢？”之后同學們開始討論，提出問題，比如“膠州灣大橋有必要建嗎？為什么？”，“大橋與海底隧道可以二選一嗎？”，“大橋對膠州灣有什么影響？”等等。將問題留在課下，請大家分組研討，解答問題，并給出理由，甚至自己設計方案。

第四次課上，請各小組匯報自己的研究報告。課堂氣氛極為活躍，同學們對問題研究的深度令人振奮。有一個小組對膠州灣大橋建設的必要性提出了8點理由，論證充分。他們關于膠州灣大橋建成后對市內交通壓力緩解的過程說明令人印象深刻。有的小組對于膠州灣建成后導致房價的變動也進行了深入的研討和分析。還有小組開展了隧道和大橋對膠州灣生態影響的研究，思路十分開闊。通過這一小問題，引發了同學們這么深入的研究，實在是教學模式的改變帶來的。以學生為中心，看學生學到了什么，才應該是教學最應當關心的事情。

結論

本文提出了基于復雜工程問題的研究導向型教學模式，可以充分激發學生的創造力，開展自我導向學習，實現了專業認證要求的以學生為中心、產出為導向的教學目標。課程中復雜工程問題的選取和簡化非常重要，是教師需要精心預備的。以現象性問題為引導，并創造合適的學習情景和研究環境，將課堂教授轉變為學生自主學習是未來教學的重要方向。

參考文獻：

[1]華爾天，計偉榮，吳向明.中國加入《華盛頓協議》背景下工程創新人才培養的探索與實踐[J].中國高教研究，2017，（1）：82-85.

[2]李志義.對我國工程教育專業認證十年的回顧與反思之二：我們應該防止和摒棄什么[J].中國大學教學，2017，（1）：8-14.

[3]蔣宗禮.本科工程教育：聚焦學生解決復雜工程問題能力的培養[J].中國大學教育，2016，（11）：27-30，84.

[4]林健.如何理解和解決復雜工程問題——基于《華盛頓協議》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2015，（5）：17-26，38.

[5]席酉民.研究型教學：并非在傳統教學中加點研究佐料[J].中國高等教育，2016，（21）：42-44.

[6]張曉軍，李圭泉，李鵬飛，張琳.以學生為中心的育人體系——西交利物浦大學人才培養模式案例分析[J].世界教育信息，2014，（22）：54-57.