應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)力學(xué)知識(shí)體系改造★

姜銘閱 董艷英 宋志斌

(河北科技師范學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，河北 秦皇島 066004)

0 引言

應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)力學(xué)教育的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生將力學(xué)用于實(shí)際工程的實(shí)踐能力，而項(xiàng)目式教學(xué)法是目前國際工程教育領(lǐng)域較為流行的教學(xué)方法，能夠有效地提高學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力，因此項(xiàng)目式教學(xué)非常適用于應(yīng)用型大學(xué)的土木工程專業(yè)力學(xué)教育。但目前項(xiàng)目式教學(xué)法在我國卻難以大規(guī)模施行，下面就土木工程專業(yè)力學(xué)教學(xué)中項(xiàng)目式教學(xué)所遇到問題的深層原因做具體討論，并提出解決辦法。

1 我國施行項(xiàng)目式教學(xué)法的主要瓶頸在于知識(shí)體系的不適應(yīng)性

1.1 項(xiàng)目式教學(xué)法的概念

項(xiàng)目式教學(xué)法是目前國際工程教學(xué)領(lǐng)域比較先進(jìn)的教學(xué)方法，這種方法主張由學(xué)生獨(dú)立或結(jié)組完成一個(gè)來源于實(shí)際的工程項(xiàng)目，教師主要負(fù)責(zé)觀察和引導(dǎo)。項(xiàng)目式教學(xué)法強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，遇到問題自己尋找資料，自由探索解決辦法，并自行構(gòu)建知識(shí)體系，教師在教學(xué)過程中主要起輔助作用。

德國聯(lián)邦職教所2003年就實(shí)行了以行動(dòng)為導(dǎo)向的項(xiàng)目式教學(xué)模式，由教師按照聯(lián)邦職教所和手工業(yè)、工商業(yè)行會(huì)聯(lián)合頒布施行的教學(xué)計(jì)劃，仿造實(shí)際工程項(xiàng)目制定項(xiàng)目合同，按小組方式，讓學(xué)生從教師、互聯(lián)網(wǎng)、業(yè)內(nèi)人士等各種可能接觸的信息源中搜集信息、整理信息，并自行制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、對(duì)過程進(jìn)行監(jiān)測、評(píng)價(jià)和總結(jié)。教師在這個(gè)過程中，主要任務(wù)是根據(jù)學(xué)生實(shí)際面對(duì)的問題，進(jìn)行相應(yīng)專業(yè)知識(shí)的講授，以夠用為原則，避免大而全的知識(shí)灌輸方式，并對(duì)學(xué)生階段性成果進(jìn)行評(píng)價(jià)和建議。

1.2 應(yīng)用型大學(xué)本科階段土木工程專業(yè)力學(xué)教育中實(shí)行項(xiàng)目式教學(xué)的瓶頸

應(yīng)用型大學(xué)以培養(yǎng)注重實(shí)踐的應(yīng)用型人才為主，具體到土木工程專業(yè)力學(xué)教育領(lǐng)域，則應(yīng)將力學(xué)嵌入到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體項(xiàng)目中進(jìn)行。采用項(xiàng)目式教學(xué)，才能知行合一，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。如果土木工程專業(yè)力學(xué)教育脫離實(shí)際工程應(yīng)用背景，這種力學(xué)教學(xué)將成為無根之萍。

但在踐行土木工程專業(yè)力學(xué)項(xiàng)目式教學(xué)方法的過程中，卻發(fā)現(xiàn)了很多問題，導(dǎo)致項(xiàng)目式教學(xué)難以順利實(shí)施。除去硬件及師資等可短期解決的問題外，深層原因在于高校傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系的不適應(yīng)性。

項(xiàng)目式教學(xué)主張學(xué)生自主探索，過程比較靈活，可能會(huì)涉及多重知識(shí)分支，不拘泥于固定流程。教師在項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)主要困難在于我國傳統(tǒng)知識(shí)體系的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系不明確，學(xué)生搜集、整理知識(shí)體系的工作量過大，最后在限時(shí)完成的壓力下，很容易演變成照抄案例。

具體而言，一般學(xué)生拿到項(xiàng)目任務(wù)要求后，都是從模仿某個(gè)案例開始，遇到新問題或新需求則獨(dú)立探索可行路徑。但應(yīng)用型大學(xué)一般是普通本科高校轉(zhuǎn)型而來，其知識(shí)體系是按照傳統(tǒng)科目進(jìn)行組織的，所以學(xué)生首先需要猜測問題可能屬于的科目章節(jié)，然后到該章節(jié)中進(jìn)行查找。另外即使找到知識(shí)點(diǎn)，但該知識(shí)點(diǎn)常常會(huì)牽扯到其他知識(shí)點(diǎn)，比如在實(shí)際項(xiàng)目中常常涉及到大規(guī)模試算，就需要學(xué)生跳出力學(xué)領(lǐng)域，查找程序設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。這種循環(huán)往復(fù)的搜索工作，對(duì)本科學(xué)生來說有時(shí)是極為困難和繁瑣的。如果僅有一兩個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目需要這么做，還不失為一種很好的訓(xùn)練，但在頻繁使用項(xiàng)目式教學(xué)法且時(shí)間有限的情況下，會(huì)帶給學(xué)生一種挫敗感，最后導(dǎo)致學(xué)生不愿進(jìn)行新的嘗試，而是照抄原案例。究其原因，在于應(yīng)用型大學(xué)仍然沿襲傳統(tǒng)教學(xué)的知識(shí)體系組織方式，知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系不明確，理論知識(shí)過多，實(shí)踐類知識(shí)較少，知識(shí)點(diǎn)過于離散，缺乏一種真正適用于項(xiàng)目式教學(xué)的知識(shí)體系，學(xué)生容易陷入文獻(xiàn)搜索這種低效勞動(dòng)的泥沼，最終無奈放棄而照抄原型案例，導(dǎo)致項(xiàng)目式教學(xué)半途而廢。

2 應(yīng)用型大學(xué)土木工程力學(xué)項(xiàng)目式教學(xué)所要求的知識(shí)體系與傳統(tǒng)知識(shí)體系之間的差異性

土木工程專業(yè)力學(xué)教育中項(xiàng)目式教學(xué)法所要求的知識(shí)體系和傳統(tǒng)教學(xué)法的知識(shí)體系有著巨大的差別。

2.1 “窄而深”和“寬而淺”的差別

項(xiàng)目式教學(xué)每次主要是針對(duì)某種專項(xiàng)工程，因此往往具有單核心的特點(diǎn)，幾乎所有的知識(shí)信息都是圍繞某個(gè)具體項(xiàng)目深挖細(xì)掘，呈現(xiàn)出“窄而深”的特點(diǎn)。

高校傳統(tǒng)的力學(xué)教學(xué)，授課時(shí)講究面面俱到，是多核心的；而且實(shí)踐項(xiàng)目的匱乏和高校理論知識(shí)相對(duì)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的滯后，又使得高校傳統(tǒng)教學(xué)中大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)淺嘗輒止，不符合工程實(shí)踐的要求。學(xué)生的實(shí)踐能力有待于進(jìn)入企業(yè)后在實(shí)際工作中加強(qiáng)，甚至需要進(jìn)行再培訓(xùn)才能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目要求，所以高校傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系體現(xiàn)得更多的是一種模塊化，而不是專業(yè)化，呈現(xiàn)出“寬而淺”的特點(diǎn)。

2.2 “有邊界”和“無邊界”的差別

項(xiàng)目式教學(xué)的邊界較為清晰，項(xiàng)目所提供的生產(chǎn)條件，使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，以及所達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)都是明確的；使用的生產(chǎn)技術(shù)基于具體生產(chǎn)條件，較為單一，注重當(dāng)前的可行性，不需要將現(xiàn)有各種生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行比較之后做最優(yōu)選擇。

高校傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系的邊界是不清晰的。因?yàn)楦咝５闹R(shí)組織邏輯，除了就業(yè)外，還有知識(shí)本身的自組織邏輯的要求，需要解釋大量技術(shù)方法背后的歷史由來、原理、與其他技術(shù)手段的差別。這是一種高屋建瓴的俯視角度，希望盡可能囊括相關(guān)知識(shí)，體現(xiàn)出知識(shí)的嚴(yán)密性和全面性，因此高校傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系的邊界是外延的，模糊不清的。

2.3 “重可行性”和“重原理”的差別

項(xiàng)目式教學(xué)傾向于實(shí)踐，可行性是最重要的，有些看似武斷的安排，是為了生產(chǎn)流程的更加順暢，避免歧義性的干擾。

高校傳統(tǒng)力學(xué)教學(xué)過程中學(xué)生面對(duì)的不是非常具體的生產(chǎn)環(huán)境，而是具有假想性的多種生產(chǎn)環(huán)境。這種情況下，高校傳統(tǒng)力學(xué)教學(xué)知識(shí)體系更加強(qiáng)調(diào)背后的原理，以便學(xué)生能夠適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境。

2.4 “短閉環(huán)”和“長閉環(huán)”的差別

項(xiàng)目式教學(xué)中，實(shí)踐和理論之間的閉環(huán)較短。項(xiàng)目式教學(xué)以一個(gè)個(gè)短期實(shí)踐項(xiàng)目為主線，每個(gè)短期項(xiàng)目都能實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐之間的閉環(huán)。項(xiàng)目實(shí)踐出現(xiàn)問題，很快就能得到反饋，并找到知識(shí)體系上的相應(yīng)錯(cuò)誤，迅速修正，進(jìn)而指導(dǎo)新的實(shí)踐。

高校傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系中，前期進(jìn)行大量的鋪墊性講解，然后隔了好幾個(gè)學(xué)期才在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中做一個(gè)固定流程的涉及整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的簡單案例，實(shí)踐和理論知識(shí)之間的閉環(huán)較長。

2.5 “高內(nèi)聚”和“高離散”的差別

項(xiàng)目式教學(xué)的知識(shí)環(huán)節(jié)之間是環(huán)環(huán)相扣的，是在一個(gè)共同的具體目標(biāo)下組織起來的，無用的知識(shí)會(huì)在流程的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中被弱化并逐漸淘汰，只有有用的知識(shí)才能被留存下來，知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系牢靠明確，具有高度的內(nèi)聚性。

高校傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系離散性非常高。高校傳統(tǒng)教學(xué)方法的學(xué)習(xí)次序首先是基礎(chǔ)課，然后是專業(yè)基礎(chǔ)課，最后是專業(yè)課。看起來邏輯清晰、基礎(chǔ)牢固、逐層遞進(jìn)，但在實(shí)際工作中，大量的原理性、推導(dǎo)性知識(shí)都被工具軟、硬件屏蔽起來了，除非做科研或二次開發(fā)，一般來說普通工作人員只要會(huì)使用軟件及硬件，并不需要深刻掌握其背后的原理，前后課程的理論邏輯關(guān)聯(lián)并不那么重要，整個(gè)知識(shí)體系前后嚴(yán)密的邏輯聯(lián)系被弱化了。

因此，很多畢業(yè)生告誡學(xué)弟學(xué)妹的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)就是哪些課程將來用不上，及格就行；哪些課程將來是安身立命之本，要認(rèn)真學(xué)。這種知識(shí)邏輯關(guān)聯(lián)的弱化不僅體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)學(xué)業(yè)的要求上，也體現(xiàn)在教師的課程內(nèi)容組織上，很多教師授課只從本課程的角度出發(fā)，對(duì)前期和后續(xù)專業(yè)課的滲透很少顧及。

綜上，高校土木工程專業(yè)傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系和項(xiàng)目式教學(xué)知識(shí)體系之間存在巨大差異，需要根據(jù)差異性對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)體系進(jìn)行改革，方能適應(yīng)項(xiàng)目式教學(xué)的要求。

3 依據(jù)項(xiàng)目式教學(xué)要求重塑應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)力學(xué)知識(shí)體系

3.1 以知識(shí)點(diǎn)為基本單元

首先要確定的是進(jìn)行知識(shí)組織的基本單元。如果按照傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)組織方式采用章節(jié)作為知識(shí)體系的基本單元，粒級(jí)過粗。以往的教學(xué)實(shí)踐也證明，章節(jié)內(nèi)部必須分出專題，并指明各專題的邏輯聯(lián)系，學(xué)生才能深入理解；而且學(xué)生在應(yīng)用力學(xué)知識(shí)的時(shí)候，也不是以章節(jié)為單位回憶的，而是采用具象性的聯(lián)想回憶方式。因此，采用知識(shí)點(diǎn)作為力學(xué)知識(shí)組織的基本單元較為合適。

3.2 知識(shí)點(diǎn)采用具象性的表達(dá)方式

知識(shí)點(diǎn)的表達(dá)方式目前常見思路是采用人工智能的自然語言處理的語義網(wǎng)絡(luò)方法，但該方法目前還難以應(yīng)用于實(shí)踐。語義網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜知識(shí)體系的表達(dá)中會(huì)造成語義的組合爆炸，不具備可行性。另外語義網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上是人腦中某種全息信息加工的結(jié)果，是為了配合計(jì)算機(jī)功能限制的一種表達(dá)方式，人腦更擅長模糊化聯(lián)想，對(duì)人腦而言往往全息信息本身更加高效。比如一張圖，用語言清楚的描述可能需要幾百字，而記憶圖片本身比記憶幾百個(gè)文字要容易得多，應(yīng)用上也更加靈活，所以知識(shí)點(diǎn)采用具象性的表達(dá)方式進(jìn)行比較合適。

如果為了嚴(yán)密性和完整性必須給出抽象的定義和定理，就要以具象性的例子作為引子，引導(dǎo)學(xué)生建立抽象語言描述，也就是說抽象必須以具象為基礎(chǔ)。經(jīng)驗(yàn)上看，一般5 min～10 min能夠講透的具象性內(nèi)容，可以作為一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，時(shí)長再多學(xué)生就容易注意力渙散。

3.3 要建立公共知識(shí)體系網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

傳統(tǒng)的知識(shí)組織是紙媒的，將科目分門別類羅列出來，各自為政。即使進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)上的知識(shí)體系仍然是紙媒的照搬，各課程科目仍然是彼此分離的，沒有各個(gè)知識(shí)實(shí)體之間的有機(jī)連接。

因此有必要以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)重新建立公共專業(yè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，把力學(xué)知識(shí)點(diǎn)攤開、平面化，使得知識(shí)點(diǎn)之間的鏈接更加方便，讓各科目教師和學(xué)生能夠面對(duì)同一個(gè)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)實(shí)體進(jìn)行操作，在不同的項(xiàng)目任務(wù)之間反復(fù)迭代，使知識(shí)點(diǎn)互相連接并流動(dòng)起來。

有了以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，才可能進(jìn)行后續(xù)的各種操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式教學(xué)知識(shí)體系的再組織，這是至關(guān)重要的一步。

3.4 打造項(xiàng)目式教學(xué)知識(shí)體系的垂直連接

項(xiàng)目式教學(xué)方法中教師必須首先做一些前期工作，要按照項(xiàng)目任務(wù)要求對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行垂直方向跨科目的適當(dāng)再組織，使知識(shí)點(diǎn)有多重歸屬，這樣才能便于學(xué)生短時(shí)間內(nèi)在頭腦中形成網(wǎng)狀知識(shí)地圖，更方便快捷地進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)。

3.5 利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式教學(xué)的情景化

項(xiàng)目式教學(xué)的情景化非常重要，真實(shí)情境的背景能夠帶給學(xué)生一些潛移默化的情緒上的動(dòng)力，比如扮演設(shè)計(jì)院的具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員，對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖，指出其中存在的問題，并伴隨虛擬獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰，比如升職或開除。這和學(xué)生的未來擇業(yè)息息相關(guān)，學(xué)生很容易代入情境。

在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，因?yàn)檎n時(shí)有限、資源有限，這種模擬很難做到，但在網(wǎng)上，這種情景化是可以做到的。

3.6 采用短閉環(huán)搭建知識(shí)體系

知識(shí)和實(shí)踐之間的閉環(huán)不宜太長，否則正反饋會(huì)變慢甚至斷裂。要盡可能采用短閉環(huán)，要對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)體系進(jìn)行重新整理，將長閉環(huán)破開。力學(xué)教學(xué)中，每個(gè)階段性的知識(shí)點(diǎn)集合，都要建立一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，以便形成實(shí)踐和理論之間的短閉環(huán)。最后這些短期項(xiàng)目可以合并達(dá)到大項(xiàng)目的要求。

這種辦法也可以解決學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的問題。通過按項(xiàng)目切割，減小閉環(huán)長度，快速解決實(shí)際問題，學(xué)生能夠頻繁獲得成就感，品嘗到學(xué)習(xí)的樂趣，有利于迅速獲得內(nèi)生動(dòng)力。內(nèi)生動(dòng)力能夠替代考試等外生動(dòng)力，避免學(xué)生押題和臨時(shí)抱佛腳等怠學(xué)的情況。

傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系經(jīng)過上述這些方法的改造之后，能夠符合應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)力學(xué)的項(xiàng)目式教學(xué)要求：由寬泛的多核心介紹，變成關(guān)鍵核心項(xiàng)目的具體實(shí)現(xiàn)；注重具體場景和生產(chǎn)條件，避免了無限制蔓延的知識(shí)羅列；提高對(duì)項(xiàng)目直接相關(guān)知識(shí)的關(guān)注，減少了過于抽象的原理性探索；將實(shí)踐和理論之間的過長閉環(huán)，破開為反應(yīng)迅速的短閉環(huán)；加強(qiáng)了知識(shí)和具體流程之間的對(duì)應(yīng)，體現(xiàn)出高度的內(nèi)聚性。

4 結(jié)語

在應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)的力學(xué)教學(xué)中采用項(xiàng)目式教學(xué)，在我國還是一種新的嘗試，任重而道遠(yuǎn)，需要更多的探索實(shí)踐才能建立完整高效的項(xiàng)目式教學(xué)體系。對(duì)傳統(tǒng)力學(xué)知識(shí)體系結(jié)合信息技術(shù)進(jìn)行改造，使其更適合應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)力學(xué)的項(xiàng)目式教學(xué)，是一種有益的嘗試。