河流模擬線下一流課程建設研究與探索

張曉雷 張羽 王鵬濤

摘? 要：課程不僅是高等學校教學建設的基礎，也是人才培養的核心要素，課程建設質量直接決定人才培養質量。在專業認證、“雙一流”建設及新工科建設的大背景下，以華北水利水電大學河流模擬課程為例，從課程內容、課程資源、教學團隊、教學模式、課程評價及改革成效六個方面詳細闡述線下一流課程的建設情況，并對課程建設的特色和創新進行歸納，以期能為工科類線下一流課程建設工作提供參考。

關鍵詞：河流模擬；線下；一流課程；課程建設；人才培養

Abstract： Curriculum is not only the basis of teaching construction in colleges and universities， but also the core element of personnel training. The quality of curriculum construction directly determines the quality of personnel training. Under the background of professional certification， "double first-class" construction and new engineering construction， taking the River Simulation course of North China University of Water Conservancy and Hydropower as an example， the construction of offline first-class courses is elaborated in detail from six aspects： course content， curriculum resources， teaching team， teaching mode， course evaluation and reform effectiveness， and the characteristics and innovations of course construction are summarized. It is expected to provide reference for the construction of offline first-class courses in engineering.

Keywords： River Simulation; offline; first-class courses; course construction; talent training

工程教育專業認證是工程專業人才培養過程中的重要環節，旨在通過改進人才需要的知識結構、學生所需要的專業思維結構，教師的教學方式方法、教學內容等，實現專業自身內部的結構優化，最終實現人才培養質量的提高[1]。“新工科”這一概念自2016年提出不到一年時間就先后形成了“復旦共識”與“天大行動”[2]，2017年，教育部發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》[3]。2019年，教育部提出全面開展一流本科課程建設，樹立課程建設新理念，推進課程改革創新的目標[4]。其中，線下一流課程建設對課程改革與質量提升有著重要的作用，高校建設線下一流課程勢在必行。線下一流課程主要指以面授為主的課程，以提升學生綜合能力為重點，重塑課程內容，創新教學方法，打破課堂沉默狀態，煥發課堂生機活力，較好發揮課堂教學主陣地、主渠道、主戰場作用[5]。這類課程強調改革傳統線下課堂教學，突出以學生為中心，鼓勵增加體現多學科思維融合、產業技術與學科理論融合、跨專業能力融合、多學科項目實踐融合的教學內容，注重教學方法創新，深入開展師生、生生互動交流，煥發課堂生機活力。

本文以河流模擬課程為例，結合作者的教學實踐，闡明傳統專業課程教學過程中存在的問題及改進措施，對其線下一流課程的建設路徑進行了研究與探索。

一? 課程建設情況

河流模擬是根據港口航道與海岸工程專業的發展和行業的需求，為了研究河流模擬的基礎理論知識，包括河流模擬的基本原理、模擬技術及河工模型試驗的基本操作方法，使之更好地運用模擬技術解決實際工程問題，特此開設的課程。

華北水利水電大學港口航道與海岸工程專業作為國家級一流本科專業建設點，一直以來把專業課程建設放在重要位置，不斷提高課程建設質量，服務人才培養目標。河流模擬作為港口航道與海岸工程專業主干課程，課程建設取得了一定的成果，但是依然存在不足之處：例如，①本課程教材一直使用1990年水利電力出版社出版，謝鑒衡院士主編的《河流模擬》一書，該書作為介紹河流模擬技術的主流教材，除了系統闡述河流模擬基本理論外，也注重介紹我國河流模擬技術的經驗和成果。但是由于該書出版時間較早，以及河流模擬技術近30年的高速發展，已經不能較好地反映河流模擬領域出現的新方法、新技術、新成果。因此本課程亟需一本既能夠反映基本理論又能夠反映河流模擬領域“三新”的教材，然而，現今的圖書市場上并不能找到一本滿足上述需求的教材。作者認為，隨著一流課程的建設，可以通過自編教材這一途徑解決教材內容陳舊、與新時期教學目標不相適應的問題，更好服務于一流課程、一流專業、一流學科的建設工作。②本課程的課程設計實踐環節案例單一，歷年來均使用南沙干流某水庫一個工程案例來進行水庫一維水沙數學模型沖淤計算，缺乏一定的多樣性與選擇性，本工程案例在數值模擬理論應用上能夠基本滿足實踐需求，初步達到了鍛煉目的，但是針對探究能力強并有較高學習需求的同學來說，不能更好地鍛煉此類學生的創新能力。針對這一問題，作者認為可以在水庫一維水沙數學模型的基礎上增加有支流匯入的一維水沙數學模型、河道型一維水沙數學模型、簡單平面二維水沙數學模型等不同挑戰度的模型，并以此構建課程設計模型案例庫，滿足不同學生的多樣化需求，實現課程的高階性、創新性以及挑戰度。

為配合港口航道與海岸工程專業認證的要求，以社會需求和行業發展為導向，本課程的教學大綱經過多次修改和完善，在明確的教學目標下，以學生為中心，形成了更加合理的授課方式和考核形式。

（一）? 課程定位與目標

河流模擬課程定位為港口航道與海岸工程專業的一門專業核心課，課程共有40學時課堂教學內容，另外還安排有1學分的課程設計。課堂教學內容主要介紹河流模擬技術，分為數學模型與河工模型兩部分。前者包括基本方程式、數值方法基礎、一維及平面二維泥沙數學模型；后者包括量綱分析，相似理論基礎，定床、動床河工模型試驗，其他各種模型試驗、模型試驗的設備及運行。通過學習課堂教學內容，以提高學生對河流模擬技術的認識，特別地，要能從數學模型和物理模型兩種模擬手段出發，掌握河流模擬的基礎理論知識，能夠初步運用兩種模擬技術解決實際工程問題。

河流模擬課程設計是河流模擬課程后續的一個重要的實踐環節。通過課程設計，學生不僅加深對理論課所學知識的理解，而且初步掌握運用河流模擬理論知識解決實際問題的基本方法。該課程設計的目的是培養港口航道與海岸工程專業學生運用所學的水文、河流動力學、河流模擬理論和技術，解決港口航道與海岸工程和水利工程中的水沙運動規律及沖淤特性等問題，進一步提高學生運算、繪圖和使用規范、手冊和技術資料的能力。通過本課程設計，鞏固河流模擬中一維水沙數學模型的基礎理論和專業知識，培養學生原始資料的收集、整理、分析和繪圖能力；引導學生掌握獨立分析和解決問題的基本技能。

目前，課程教學條件具備，課程教學大綱齊備，教學環節安排合理，教材及教學輔助資料完整、規范，教學現狀及效果良好，軟硬件建設均已達到一定水平。

（二）? 課程體系建設

堅持以學生為中心，以產出為導向，以提升學生綜合能力為重點，按照新工科建設的要求，在優化河流模擬課程結構的基礎上，突出系統思維、創新思維、融合思維，以輸入知識、輸出能力為主線，綜合運用“教、學、研、賽、用”等措施，構建河流模擬課程體系，如圖1所示。即通過制定培養高素質、高質量、應用型、復合型人才培養目標，將理論教學、課程設計、前沿技術和國際視野融入線下課堂，提升學生的理論能力、實踐能力、自主能力和創新能力，達到社會滿意、市場需要、單位認可、個人出彩的人才培養質量，再通過高質量人才反哺于課程建設，實現以多沙河流治理技術為特色的河流模擬課程建設良性循環，助力華北水利水電大學港口航道與海岸工程一流學科創建工作。

（三）? 課程資源建設

一是加強課程精品案例庫建設。針對當前教材案例陳舊，不能反映新技術、新方法，與教學目標不相適應的問題，教學團隊結合實際工程，搜集相關資料，并通過本專業畢業生獲取新的工程案例，通過多媒體技術建設了具有特色的河流模擬教學案例庫。二是結合河流環境與河流模擬工程實驗室，基于物理模型、數學模型對河流模擬的全過程進行試驗及仿真。三是完善校企合作、專業實習、課程設計等實踐教學環節。目前學校已經初步建立了港口航道與海岸工程專業實習基地，涉及設計、施工等各個領域，隨著進一步建設范圍還將繼續擴大。

（四）? 教學團隊建設

高水平、高素質、高層次的課程教學團隊是建設河流模擬線下一流課程的必要保障[6]。第一，課程采用高水平人才隊伍，保證高水平教學質量。第二，課程任課教師均有一定的工程實際經驗，保證課程講授理論與實踐相結合。第三，與兄弟院校開展專業課程交流互鑒，保證課程發展方向。既向兄弟院校專業課程學習，做到引進來，又邀請兄弟院校高層次人才、專家等到校參觀，做到走出去。第四，鼓勵任課老師參加講課大賽，引導以賽促講、能力提升的新風氣。由此，力爭打造高學歷、高職稱任課的頂尖課程教學團隊，為建設河流模擬線下一流課程打下堅實基礎。

（五）? 教學模式建設

1? 以學生為中心

高校教學應堅持以人為主，而不是傳統的以課為主[7]。課堂教學要以學生為中心，體現出以高水平教學培養高質量人才的一流課程特色。具體而言，在河流模擬課的教學中，教師與學生要有互動，老師既可布置針對性問題也可布置開放性問題，學生針對教師的問題提出自己的看法。教師應改變傳統的教學方式，通過創新教學方式有效調動學生積極性，通過翻轉課堂讓教學活起來[8]，化學生被動學習為主動學習。

2? 以賽促學

教師應通過“一基礎一平臺N提升”的教學方式，以理論知識為基礎，以各類創新創業比賽為平臺，著力提升學生各種能力。通過以賽促學，調動學生的主觀能動性、激發學習積極性，培養學生創新精神、合作精神等[9]。例如，鼓勵學生參加中國水利教育協會、教育部高等學校水利類專業教學指導委員會聯合主辦的全國大學生水利創新設計大賽，共青團中央、中國科協等舉辦的“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽，教育部等舉辦的中國“互聯網+”大學生創新創業大賽等，使學生做到專業理論知識與生產實踐相結合，以此促進學生各類能力的全面發展。

3? 以實踐輔助教學

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。在人才培養的過程中，教師不僅要讓學生了解、學習、掌握河流模擬課的基本理論知識，還要讓學生用理論指導實踐，切實地參與到實際項目中去，發現、分析、解決問題。因此要緊密圍繞河流模擬線下一流課程建設目標，加強校企合作，構建產學研用一體化人才培養模式[10]。

（六）? 課程成績評定方式

在教學效果評價方面，任課教師可以通過將河流模擬課程要求具體化，結合課程實際教學內容，制定一套河流模擬課程特色評價方式。在課程建設中，河流模擬課程采用目標性評價與過程性評價并重的課程考核方式。在學生達成目標性評價的基礎上，再讓學生養成良好的學習習慣、學習方式，增強解決實際問題的思維與能力，從而將學生培養成適應水利高質量發展的應用型、技術型、復合型、綜合性工科人才[11]。

河流模擬課程成績評定包括兩大部分，分別為結課考核（70%）與平時考核（30%），結課考核的方式為開卷考試，平時考核包括課堂表現和課堂筆記、作業、出勤?；谀芰υu價為目標的結課考核主要考察三大內容：一是一、二維水沙數學模型的控制方程、數值求解方法、程序運行、資料的收集和整理以及計算參數的率定等方法（30%）。二是掌握河工模型設計的基本原理，了解模型制作過程和模型試驗系統的基本配置，學會試驗的基本方法（40%）。三是掌握運用數學模型和河工模型解決實際工程問題的能力（30%）。基于過程評價為目標的平時考核主要包括以下三大內容，一是課堂表現和課堂筆記（40%），主要考察學生與教師有情感和內容的交流，以及學習的認真程度。二是作業（40%），此部分包括課堂作業、課后作業與自主學習三部分，主要考察學生對課堂基礎內容的理解能力，對課堂學習內容及時復習，加以鞏固的再思考的能力，運用課程知識解決問題的創新能力。三是出勤（20%），在一定程度上督促學生學習習慣的培養。

（七）? 課程評價及改革成效情況

1? 學生分析解決問題能力明顯提升

線下一流課程河流模擬實現了以學生為中心、產出為導向，評估的對象聚焦于學生成果，教學內容、教學方法等都圍繞學生成果目標展開，注重特色化教育和學生的全面發展。學生參加全國性大學生創新創業大賽取得了優異成績，分析解決問題的能力顯著提升。通過課程結束后的問卷調查，顯示學生的課程目標達成情況持續變好、綜合能力持續提高，對課程的滿意度顯著提高。通過學校督導團教學質量評價和同行互相聽課反饋來看，該課程整體評價優秀。

2? 課程教學團隊能力顯著提高

線下一流課程建設對教師提出了更高的要求，案例教學成為常態，需要教師融入科研成果、學科思維，有意識地培養學生的問題分析、設計能力等，提升創新意識、社會責任感及專業精神等。通過線下一流課程建設，該課程形成了組成合理、教學基本功過硬、教學經驗豐富的授課教師團隊，在師資上保證了教學效果。

二? 課程特色與創新

（一）? 課程特色

1）根據課程實際，以學生為中心，多維度培養學生的能力，開闊學生的視野。華北水利水電大學河流模擬課程已形成以能力培養為核心的課程體系，按照課程性質和培養方向的不同，結合學生自身的條件和興趣，遵循河流模擬課程的特點，堅持基礎理論扎實、實踐經驗豐富、創新能力突出的教學特色，人才培養效果顯著。

2）毫不動搖地推進一流課程建設，做到理論聯系實際，不斷優化知識結構，緊跟時代前沿，堅持推進課程理論和教學手段的體系化、前沿化。強化教師的責任意識與教學能力建設，全面提高教學質量。

（二）? 課程創新

1）在教學理念上，堅持“以學生為中心”，始終把遵循學生的認知規律，彰顯學生個性和挖掘學生潛能，作為重要的教學目標和質量標準，促進教學模式從以教師教學為中心向以學生學習為中心轉變，努力培養學生的自主學習能力，充分提高學生的學習效率。

2）在教學方式上，努力轉變單純傳授知識與技能的觀念，加強學生分析問題能力、解決問題能力和創新能力“三種能力”的培養。注重理論聯系實際，培養學生創新能力，每一個主要知識點都配以實例分析，運用案例分析的方法，結合工程實際問題，幫助學生透徹理解概念、原理、方法和計算過程，使學生能夠融會貫通地掌握各知識點的聯系與區別。

3）在教學形式上，結合理論課、實驗課、課程設計等教學環節，參與大學生創新創業訓練計劃項目，參與承擔的科研項目，真正地讓學生動手參與到教學過程中，實現理論和實踐相結合，提高學生的主觀能動性。

4）在教學手段上，采用多媒體課件、電子備課和傳統教學相結合進行教學。結合各章節的特點，多媒體與傳統板書相結合，具體方法與常用軟件相結合，多種手段相配合，使學生全面掌握主要知識點。

三? 結束語

在專業認證、“雙一流”建設及新工科建設的大背景下，河流模擬線下一流課程建設中，教學理念上突出學生的中心地位，在教學內容和教學模式上進行重構。教學內容方面，結合新時代發展體現課程內容的先進性、高階性與創新性，教學模式方面結合信息技術的發展進行教學方法和教學手段的重構。

在后續課程建設過程中，進一步提高教學團隊的教學水平，加強教學改革與創新；及時更新高質量的教材和編寫自用教材及參考書；利用學校超星網絡教學平臺建設線上課程，完善本課程的網絡資源建設；增加實踐教學資源，加強實驗室建設及虛擬仿真實驗建設。

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