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應(yīng)用型土木工程專業(yè)力學(xué)知識體系改造

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應(yīng)用型土木工程專業(yè)力學(xué)知識體系改造

摘要:項目式教學(xué)非常適用于應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)力學(xué)教學(xué),但在我國卻難以大規(guī)模施行,原因在于高校傳統(tǒng)教學(xué)方式與項目式教學(xué)知識體系之間存在巨大差異,應(yīng)針對這些差異對傳統(tǒng)教學(xué)知識體系進(jìn)行改造,以適應(yīng)項目式教學(xué)。

關(guān)鍵詞:應(yīng)用型大學(xué),土木工程,力學(xué),項目式教學(xué)

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)用于實際工程的實踐能力,而項目式教學(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)生的工程實踐應(yīng)用能力,因此項目式教學(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我國施行項目式教學(xué)法的主要瓶頸在于知識體系的不適應(yīng)性

1.1項目式教學(xué)法的概念

項目式教學(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)生獨立或結(jié)組完成一個來源于實際的工程項目,教師主要負(fù)責(zé)觀察和引導(dǎo)。項目式教學(xué)法強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主動性,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年就實行了以行動為導(dǎo)向的項目式教學(xué)模式,由教師按照聯(lián)邦職教所和手工業(yè)、工商業(yè)行會聯(lián)合頒布施行的教學(xué)計劃,仿造實際工程項目制定項目合同,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,并自行制定計劃、實施計劃、對過程進(jìn)行監(jiān)測、評價和總結(jié)。教師在這個過程中,主要任務(wù)是根據(jù)學(xué)生實際面對的問題,進(jìn)行相應(yīng)專業(yè)知識的講授,以夠用為原則,避免大而全的知識灌輸方式,并對學(xué)生階段性成果進(jìn)行評價和建議。

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

應(yīng)用型大學(xué)以培養(yǎng)注重實踐的應(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)計的具體項目中進(jìn)行。采用項目式教學(xué),才能知行合一,提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力。如果土木工程專業(yè)力學(xué)教育脫離實際工程應(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)致項目式教學(xué)難以順利實施。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)知識體系的不適應(yīng)性。項目式教學(xué)主張學(xué)生自主探索,過程比較靈活,可能會涉及多重知識分支,不拘泥于固定流程。教師在項目式教學(xué)實踐中,發(fā)現(xiàn)主要困難在于我國傳統(tǒng)知識體系的知識點聯(lián)系不明確,學(xué)生搜集、整理知識體系的工作量過大,最后在限時完成的壓力下,很容易演變成照抄案例。具體而言,一般學(xué)生拿到項目任務(wù)要求后,都是從模仿某個案例開始,遇到新問題或新需求則獨立探索可行路徑。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。另外即使找到知識點,但該知識點常常會牽扯到其他知識點,比如在實際項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)計相關(guān)的知識點。這種循環(huán)往復(fù)的搜索工作,對本科學(xué)生來說有時是極為困難和繁瑣的。如果僅有一兩個實踐項目需要這么做,還不失為一種很好的訓(xùn)練,但在頻繁使用項目式教學(xué)法且時間有限的情況下,會帶給學(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)的知識體系組織方式,知識點之間關(guān)系不明確,理論知識過多,實踐類知識較少,知識點過于離散,缺乏一種真正適用于項目式教學(xué)的知識體系,學(xué)生容易陷入文獻(xiàn)搜索這種低效勞動的泥沼,最終無奈放棄而照抄原型案例,導(dǎo)致項目式教學(xué)半途而廢。

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

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

2.1“窄而深”和“寬而淺”的差別

項目式教學(xué)每次主要是針對某種專項工程,因此往往具有單核心的特點,幾乎所有的知識信息都是圍繞某個具體項目深挖細(xì)掘,呈現(xiàn)出“窄而深”的特點。高校傳統(tǒng)的力學(xué)教學(xué),授課時講究面面俱到,是多核心的;而且實踐項目的匱乏和高校理論知識相對企業(yè)生產(chǎn)實踐的滯后,又使得高校傳統(tǒng)教學(xué)中大多數(shù)知識點淺嘗輒止,不符合工程實踐的要求。學(xué)生的實踐能力有待于進(jìn)入企業(yè)后在實際工作中加強(qiáng),甚至需要進(jìn)行再培訓(xùn)才能適應(yīng)實際生產(chǎn)項目要求,所以高校傳統(tǒng)力學(xué)知識體系體現(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。

2.2“有邊界”和“無邊界”的差別

項目式教學(xué)的邊界較為清晰,項目所提供的生產(chǎn)條件,使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件,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)知識體系的邊界是不清晰的。因為高校的知識組織邏輯,除了就業(yè)外,還有知識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,體現(xiàn)出知識的嚴(yán)密性和全面性,因此高校傳統(tǒng)力學(xué)知識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

項目式教學(xué)傾向于實踐,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

項目式教學(xué)中,實踐和理論之間的閉環(huán)較短。項目式教學(xué)以一個個短期實踐項目為主線,每個短期項目都能實現(xiàn)理論和實踐之間的閉環(huán)。項目實踐出現(xiàn)問題,很快就能得到反饋,并找到知識體系上的相應(yīng)錯誤,迅速修正,進(jìn)而指導(dǎo)新的實踐。高校傳統(tǒng)力學(xué)知識體系中,前期進(jìn)行大量的鋪墊性講解,然后隔了好幾個學(xué)期才在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)中做一個固定流程的涉及整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的簡單案例,實踐和理論知識之間的閉環(huán)較長。

2.5“高內(nèi)聚”和“高離散”的差別

項目式教學(xué)的知識環(huán)節(jié)之間是環(huán)環(huán)相扣的,是在一個共同的具體目標(biāo)下組織起來的,無用的知識會在流程的運轉(zhuǎn)過程中被弱化并逐漸淘汰,只有有用的知識才能被留存下來,知識點之間關(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),但在實際工作中,大量的原理性、推導(dǎo)性知識都被工具軟、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,整個知識體系前后嚴(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)。這種知識邏輯關(guān)聯(lián)的弱化不僅體現(xiàn)在學(xué)生對學(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)知識體系和項目式教學(xué)知識體系之間存在巨大差異,需要根據(jù)差異性對傳統(tǒng)知識體系進(jìn)行改革,方能適應(yīng)項目式教學(xué)的要求。

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

3.1以知識點為基本單元

首先要確定的是進(jìn)行知識組織的基本單元。如果按照傳統(tǒng)力學(xué)知識組織方式采用章節(jié)作為知識體系的基本單元,粒級過粗。以往的教學(xué)實踐也證明,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)知識的時候,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,采用知識點作為力學(xué)知識組織的基本單元較為合適。

3.2知識點采用具象性的表達(dá)方式

知識點的表達(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)用于實踐。語義網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜知識體系的表達(dá)中會造成語義的組合爆炸,不具備可行性。另外語義網(wǎng)絡(luò)事實上是人腦中某種全息信息加工的結(jié)果,是為了配合計算機(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文字要容易得多,應(yīng)用上也更加靈活,所以知識點采用具象性的表達(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)驗上看,一般5min~10min能夠講透的具象性內(nèi)容,可以作為一個知識點,時長再多學(xué)生就容易注意力渙散。

3.3要建立公共知識體系網(wǎng)絡(luò)平臺

傳統(tǒng)的知識組織是紙媒的,將科目分門別類羅列出來,各自為政。即使進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)信息時代,網(wǎng)絡(luò)上的知識體系仍然是紙媒的照搬,各課程科目仍然是彼此分離的,沒有各個知識實體之間的有機(jī)連接。因此有必要以知識點為基礎(chǔ)重新建立公共專業(yè)知識網(wǎng)絡(luò)平臺,把力學(xué)知識點攤開、平面化,使得知識點之間的鏈接更加方便,讓各科目教師和學(xué)生能夠面對同一個力學(xué)知識點實體進(jìn)行操作,在不同的項目任務(wù)之間反復(fù)迭代,使知識點互相連接并流動起來。有了以知識點為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)平臺,才可能進(jìn)行后續(xù)的各種操作,進(jìn)而實現(xiàn)項目式教學(xué)知識體系的再組織,這是至關(guān)重要的一步。

3.4打造項目式教學(xué)知識體系的垂直連接

項目式教學(xué)方法中教師必須首先做一些前期工作,要按照項目任務(wù)要求對知識點進(jìn)行垂直方向跨科目的適當(dāng)再組織,使知識點有多重歸屬,這樣才能便于學(xué)生短時間內(nèi)在頭腦中形成網(wǎng)狀知識地圖,更方便快捷地進(jìn)行項目式教學(xué)。3.5利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)項目式教學(xué)的情景化項目式教學(xué)的情景化非常重要,真實情境的背景能夠帶給學(xué)生一些潛移默化的情緒上的動力,比如扮演設(shè)計院的具體項目設(shè)計人員,對一個結(jié)構(gòu)設(shè)計施工圖,指出其中存在的問題,并伴隨虛擬獎勵和懲罰,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)實教學(xué)中,因為課時有限、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)搭建知識體系

知識和實踐之間的閉環(huán)不宜太長,否則正反饋會變慢甚至斷裂。要盡可能采用短閉環(huán),要對傳統(tǒng)知識體系進(jìn)行重新整理,將長閉環(huán)破開。力學(xué)教學(xué)中,每個階段性的知識點集合,都要建立一個實踐項目,以便形成實踐和理論之間的短閉環(huán)。最后這些短期項目可以合并達(dá)到大項目的要求。這種辦法也可以解決學(xué)生學(xué)習(xí)動力的問題。通過按項目切割,減小閉環(huán)長度,快速解決實際問題,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)生動力。內(nèi)生動力能夠替代考試等外生動力,避免學(xué)生押題和臨時抱佛腳等怠學(xué)的情況。傳統(tǒng)力學(xué)知識體系經(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)的項目式教學(xué)要求:由寬泛的多核心介紹,變成關(guān)鍵核心項目的具體實現(xiàn);注重具體場景和生產(chǎn)條件,避免了無限制蔓延的知識羅列;提高對項目直接相關(guān)知識的關(guān)注,減少了過于抽象的原理性探索;將實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)了知識和具體流程之間的對應(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),需要更多的探索實踐才能建立完整高效的項目式教學(xué)體系。對傳統(tǒng)力學(xué)知識體系結(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)的項目式教學(xué),是一種有益的嘗試。

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作者:姜銘閱 董艷英 宋志斌 單位:河北科技師范學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院

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