“海岸動力學”課程教學改革的思考

梅 歡，劉 倩，吳祥柏，王 彬

（江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮江 212100）

引言

高等教育是高校為培養高等專業人才而進行的專業教育和職業教育，其中工程教育是我國高等教育的重要組成部分［1］。工程教育專業認證是目前工程教育最具科學性的評價體系和質量保障制度，是實現工程教育和工程師資格國際互認的重要基礎，以學生為中心，成果為導向，評價工科畢業生達到行業認可的質量標準要求，致力于使學生的工程知識和問題分析能力滿足當前國際社會工程實際的發展要求［2］。為促進工程專業的發展需求，積極接軌國際工程教育發展的要求和趨勢，江蘇科技大學港口航道與海岸工程專業（簡稱“港航專業”）于2016年通過了工程教育認證［3］。

“海岸動力學”是港航專業的一門專業基礎課程，也是工程教育專業認證的核心課程，其核心內容包含海岸動力地貌過程的自然規律、海岸動力和形態變形的基本理論、海岸工程防護建設的實例等，目的是為海岸資源環境和經濟發展提供科學依據和手段［4］。該課程主要支撐港航專業教學大綱中關于工程知識的畢業要求：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題；相關的指標點為：掌握專業所需的自然科學知識，能夠將其用于解決復雜的專業工程問題。鑒于當前我校在“海岸動力學”課程教學中的不足，本文關于探索和研究適合工程教育專業認證的“海岸動力學”課程改革具有極其重要的意義。

一、課程目標的設定

“海岸動力學”課程系統介紹海岸工程環境下的各種海岸動力因素（波浪、海流等）、泥沙運動以及海岸變形規律的基本概念，并重點介紹不同海岸動力因素之間的相互聯系；著重培養港航專業本科生的基礎理論學習和理論知識運用能力，建立海岸工程各動力因素之間的基本知識框架。通過學習本課程，學生應達到如下學習目標：（1）熟悉海岸的類型、概念和特征，了解海岸動力學的研究對象和研究方法。（2）了解海岸常見的動力因素，掌握波浪、水流的理論和基本計算方法。（3）掌握基于輻射應力推導的近岸環流和波浪增減水現象理論。（4）掌握沙質和淤泥質泥沙運動，明確海岸的變化規律。（5）清晰海岸軟（硬）防護的原理和方法。針對上述課程目標的設定和港航專業關于工程知識的畢業要求，“海岸動力學”課程建立了如下課程目標與畢業要求之間的關系，如表1所示。

表1 課程目標與畢業要求的關系

二、教學內容的選擇

“海岸動力學”課程是繼本科生學習了“高等數學”“大學物理”“理論力學”“水力學”和“河流動力學”等前期課程之后的一門課程，其后續還包括“海岸工程學”等課程。根據上述課程目標，本課程教學充分考慮了學生的實際情況，制定了相應的學習要求，設定如下。

1.明確海岸分類、海岸動力學研究對象和研究方法。學習要求：了解海岸相關背景知識，明確課程研究的主要對象、特點和常用的基本研究方法。

2.掌握海岸常見動力現象。（1）波浪理論：了解和掌握線性波浪理論的構建和計算、非線性波浪理論、不規則波浪、波浪近岸變形和破碎規律及相關計算方法。學習要求：掌握線性波浪理論的假設條件、控制方程和邊界條件，熟知相關結論；理解非線性二階Stokes波浪理論與線性波浪理論的區別，了解橢圓余弦波和不規則波理論；掌握波浪近岸傳播、變形和破碎的計算方法。（2）潮波理論和近岸水流：掌握潮波定義、近岸水流垂向流速分布理論及其剪切應力、波浪剪切應力、波流共存剪切應力計算等。學習要求：了解潮波方程的推導和簡化（如開爾文波的運行規律），理解水流流速計算公式的前提條件、推導過程以及波浪對水流垂向分布的影響，掌握波、流和波-流共存床面剪切應力的計算。

3.近岸環流系統。掌握輻射應力的概念和公式、波浪增減水計算、沿岸流和海岸低頻波浪的成因。學習要求：理解輻射應力的意義、波浪增減水現象的原理，掌握相關計算方法，理解并掌握海岸波生流的形成原理和計算方法，了解近岸環流的組成部分，理解海岸低頻波浪的形成原因和對泥沙運動的影響。

4.泥沙運動、海岸變形。掌握沙質和淤泥質海岸的短期和長期變形、沙質和淤泥質海岸建筑物對沿岸輸沙的影響。學習要求：熟悉短期海岸和長期海岸變形的成因和規律，以及沙質、淤泥質海岸之間的異同，理解平衡輸沙和平衡海岸的概念，掌握沙質、淤泥質海岸建筑物對沿岸輸沙影響規律的異同。

5.海岸軟硬防護。了解海岸軟硬防護的概念和分類、軟硬防護優缺點和綜合應用的原則方法。學習要求：了解海岸防護的目的和方法，了解軟硬防護對實際工程環境的影響和作用，了解海岸軟硬防護組合應用的優點和缺點。

本課程各教學內容學時分配如表2，并可在具體實施時根據學生學習效果做適當調整。

表2 教學內容學時分配情況

三、教學方法的選取

本課程注重理論、實踐和學科交叉的教學方式，可歸結為知識的儲備階段、知識應用階段和多學科交叉階段，不同階段采用特定的教學方案，具體如下。

1.知識儲備階段。理論教學以課堂講授為主，習題課和交流研討為輔的方法，重點講授海岸動力學基本理論，主要為波浪、泥沙動力和海岸變形之間的動力聯系，使學生掌握該課程的基本理論框架和計算方法；課堂授課包括多媒體PPT教學展示和板書詳細推導相關理論過程，結合MOOC等網絡教學資源的課堂教學內容和課程案例分析，并結合課后作業統一分析、講解和答疑重要章節的知識難點，最后在課內讓學生就相關問題分享個人學習思路和解決問題的策略，以鞏固學生在這門課程中的學習效果［5］。

2.知識應用階段。課程注重實際案例的分析，例如，海岸動力因素（從波浪到近岸水流）如何引起近岸環流現象（如裂流、沿岸流等）、海岸沙壩等自然現象，以及相關的沙質泥沙和淤泥質泥沙的運動規律，進一步由泥沙運動引起的海岸變形等，是一個環環相扣的理論發展變化過程，應結合實際的海岸案例進行講解，從理論推導過程和實際現象相結合的角度，解釋相關的海岸動力學現象，從而將所學知識應用于港口建設和海岸防護等工程，引導學生從物理本質思考和理解本課程的主要內容。

3.學科交叉階段。海岸動力學不是一門獨立的學科，其與很多學科具有交叉的知識點，如流體力學、海洋動力學、沉積動力學等，筆者結合自身的專業特點，主要建議從如下兩個方面的學科交叉進行授課：（1）流體力學是本課程水動力條件的根本，由波浪和水流運動造成的泥沙運動和岸灘演變，歸根結底是水動力條件的變化引起的，應不斷引導學生打牢扎實的流體力學基礎，通過一些簡單的實驗如伯努利試驗、牛頓剪切實驗等理解波浪控制方程（伯努利方程）的動能、重力勢能和壓力勢能的平衡，以及波浪和水流近底邊界層的概念；（2）海洋動力和海岸動力息息相關，海洋波浪傳播到近岸、洋流對近岸的影響、天氣系統引起的海洋極端事件（風暴潮和海嘯等）、風驅動的海洋環流、氣候變化的影響（海平面上升）都可以歸結為海洋動力學的變化引起的海岸動力變化，了解深遠海的影響，學習和理解海岸動力，不局限于近岸本身，可以拓寬學生的知識面，讓學生能夠更加全面地分析問題［6］。

四、課程考核及目標達成評價體系

本課程考核環節由平時成績（40%）和期末考核（60%）兩部分組成，對應各課程目標和教學內容的分值分配見表3。平時成績包括作業得分、課堂提問、課堂出勤率三部分。期末考核采用考試或課程論文的形式，常規考試可對學生課堂學習和自主學習知識點的效果進行檢驗，課程論文的考核形式可視為對課程學習的總結升華，須參考10篇以上的科研論文和參考書，這不僅是對學生課程知識點掌握的檢驗，還是對其在當前科學研究前沿認識的促進。以上全面的課程考核評價體系，有助于引導學生自主學習意識的培養，也有利于學生科學和工程綜合素質的提升［7］。

表3 總評成績各考核環節評價參考分值

以考試方式進行的期末考核采用閉卷形式，考試時間設定120分鐘，滿分100分，占總成績的60%。試題難度分為基本題（選擇題和填空題）、分析題（簡答題）和綜合題（計算題）三類題型，分值比例約為3∶5∶2。其中基本題考查學生對基本理論和基本知識的掌握情況，分析題考查學生分析解決簡單問題的能力，綜合應用題考查學生分析解決較為復雜工程實際問題的能力，課程考試成績加權綜合平時考核和期末考試兩部分，按照優秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（0～59分）區分五個等級。要注意的是，如果學生期末考試成績低于50分，則不計入平時考核成績。

以課程論文方式進行的期末考核則可由學生結合港航專業和“海岸動力學”課程所學內容自由選題，以2 000～3 000字為宜。同樣，課程總成績需計入平時考核得分和課程論文得分兩部分，若論文得分低于50分，則不計入平時考核成績。論文評分標準制定如下。

1.優秀（90～100分）。論文選題緊扣“海岸動力學”課程和港航專業科研或工程應用實際，知識綜合應用程度高，論文有實用價值，文獻綜述及引文質量高，全面完成論文所要講述的主題內容和提出的具體要求，語言精練通順，結構十分規范，圖表質量高，方案設計正確，數據或實例分析完備，工作量十分飽滿。

2.良好（80～89分）。論文選題較好地結合課程和專業特點，知識綜合應用程度較高，論文有價值，文獻綜述及引文質量高，較好地完成論文主題內容和要求，語言通暢，論文結構規范良好，圖表質量較高，方案設計較正確，數據或實例分析完備，工作量飽滿。

3.中等（70～79分）。論文選題基本上結合本課程和專業特點，有一定的專業綜合訓練，論文具有基本的參考價值，基本達到論文的主題內容和要求，語言基本通暢，論文結構規范性較好，圖表質量達標，數據或實例分析較完備，工作量較飽滿。

4.及格（60～69分）。論文選題與課程和專業特點結合一般，專業綜合素養一般，論文參考價值欠佳但無明顯錯誤，初步達到論文主題內容和要求，語言通暢性一般，論文結構規范性一般，圖表質量不夠高，數據或實例分析準確性一般，工作量一般。

5.不及格（50～59分）。論文選題與課程和專業特點無結合點，專業綜合素養差，論文有明顯錯誤且無參考價值，未達到論文的主題內容和要求，語言欠通暢，論文潦草，圖表質量較差，方案設計不規范，數據或實例分析有錯誤，工作量不足。

結語

本研究基于江蘇科技大學港航專業工程教育認證為背景，針對“海岸動力學”課程的教學實際，明確提出了課程目標、教學內容、教學方法、考核評價和目標達成度體系改革的新思路，重點提出了教學方法中關于理論知識、工程實踐和學科交叉的新思考，并給出了完備的課程考核評價體系，為“海岸動力學”課程教學效果的提升打下了堅實的基礎。