高強(qiáng) 李曉慶 柏濤

摘 ? ?要：針對(duì)水利類專業(yè)課程教學(xué)中存在的不足，主動(dòng)契合新時(shí)期行業(yè)發(fā)展的新需求以及學(xué)生成才就業(yè)的內(nèi)在期望，聚焦地方院校的培養(yǎng)定位，引入建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建模技術(shù)與專業(yè)課程的融合，及大學(xué)生競賽的延伸拓展，構(gòu)建了基于建模技術(shù)支撐下的學(xué)生專業(yè)培養(yǎng)主線，實(shí)踐表明學(xué)生質(zhì)量得到顯著提高。

關(guān)鍵詞：水利類專業(yè);專業(yè)課;建模技術(shù);SketchUp;改革與探索

中圖分類號(hào)：G640 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2021）02-0089-02

一、前言

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及模擬技術(shù)的發(fā)展，高等教育的教學(xué)理念及教學(xué)方式已然發(fā)生巨大的變革。這些先進(jìn)的技術(shù)手段將被用于營造師生互動(dòng)的友好學(xué)習(xí)環(huán)境，呈現(xiàn)更為直觀的教學(xué)素材以及提供更便利的學(xué)習(xí)手段和豐富多彩的共享資源庫等諸多方面。技術(shù)革命為我們實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)帶來了手段上的便捷和多元的選擇[1]。水利類專業(yè)是傳統(tǒng)工科專業(yè)，專業(yè)課在專業(yè)人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用，在“水工建筑物”課程中嘗試引入建模技術(shù)（SketchUp草繪大師軟件），繼而引發(fā)一系列的課程教學(xué)探索和改革。

二、專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前教育教學(xué)改革的重點(diǎn)之一就是推進(jìn)“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變[2]，在這個(gè)轉(zhuǎn)變過程中教師主要解決兩方面的問題：一是“師傅領(lǐng)進(jìn)門”，即如何培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和專業(yè)的興趣，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的前提和基礎(chǔ);二是“個(gè)人修行”，即如何培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，并提升自主學(xué)習(xí)的成效，以實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)。而現(xiàn)實(shí)專業(yè)課教學(xué)中此兩方面均缺乏積極的引導(dǎo)和成體系的促進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（一）“根深蒂固”的傳統(tǒng)教學(xué)模式亟待改變

水利作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，專業(yè)領(lǐng)域的新技術(shù)、新型式、新材料的研發(fā)和市場認(rèn)可到工程應(yīng)用不但周期長，而且因工程問題的獨(dú)特性限制了技術(shù)的普適性等特點(diǎn)，造成了專業(yè)知識(shí)和專業(yè)設(shè)計(jì)理論的更新緩慢，教材體系和內(nèi)容很難支撐現(xiàn)實(shí)的需求和發(fā)展。因此“以教師為中心”的教學(xué)模式比較普遍。如何借助教育教學(xué)新理念和依托新技術(shù)實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變不僅是水利類專業(yè)，也是傳統(tǒng)工科專業(yè)面臨的普遍問題。

（二）建筑物空間建構(gòu)能力偏弱是專業(yè)學(xué)習(xí)的隱性障礙

由于學(xué)生的“空間建構(gòu)”能力相對(duì)較弱，造成專業(yè)教師授課時(shí)往往“言之有物”，而學(xué)生卻“云里霧里，不知所云”。甚至到了課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)階段學(xué)生還一直在糾結(jié)如何認(rèn)識(shí)和想象建筑物的空間結(jié)構(gòu)和相互空間關(guān)系?？上攵?，缺乏對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)知和想象，水工建筑物的工作方式、設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)思想就成了空中樓閣，無從落地。建筑物空間建構(gòu)能力弱項(xiàng)直接影響到工科學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)及創(chuàng)新活動(dòng)[3]，對(duì)其職業(yè)生涯也將產(chǎn)生重要影響。

建筑物空間建構(gòu)能力偏弱，有水利工程及水工建筑物遠(yuǎn)離人們?nèi)粘Ｉ睿瑢W(xué)生感性認(rèn)識(shí)缺乏的因素;更深層次的原因是低年級(jí)圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)完成后，其延續(xù)應(yīng)用及拓展未充分進(jìn)行甚至中斷，腦科學(xué)中所謂的“多用則靈，不用則廢”即是如此。因此，在專業(yè)課程中延續(xù)圖學(xué)教學(xué)的成果，勢(shì)必會(huì)大幅提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，繼而進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭力。

（三）專業(yè)學(xué)習(xí)引導(dǎo)持續(xù)力缺乏

追逐新奇、敢于冒險(xiǎn)、不斷嘗試是大學(xué)生的青春特征，在專業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)自我是學(xué)生心中的美好愿景。專業(yè)教師也是盡其所能向?qū)W生展現(xiàn)專業(yè)領(lǐng)域的高科技、新技術(shù)、新材料的信息，期望這些刺激不斷沖擊學(xué)生的大腦并產(chǎn)生積極的反應(yīng)。學(xué)生會(huì)在內(nèi)心涌起學(xué)習(xí)的沖動(dòng)，并或多或少地進(jìn)行初期的探索活動(dòng)，但由于學(xué)生的建模興趣和探索活動(dòng)未與專業(yè)學(xué)習(xí)相結(jié)合，缺乏持續(xù)引導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的成效不高，學(xué)生專業(yè)獲得感體驗(yàn)不足，最終導(dǎo)致絕大多數(shù)學(xué)生均是以“半途而廢”收?qǐng)觥?/p>

三、教學(xué)改革探索與成效

水利類專業(yè)作為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的優(yōu)勢(shì)專業(yè)，圍繞著應(yīng)用型地方院校的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格及服務(wù)面向，持續(xù)進(jìn)行著教育教學(xué)的改革和探索[4]。2016年首次在“水工建筑物”課程中引入SketchUp以來，并逐漸應(yīng)用到后續(xù)的專業(yè)課及實(shí)踐教學(xué)中。在學(xué)生間已形成了自主探索、相互交流、榜樣引領(lǐng)的自主學(xué)習(xí)氛圍，并將這種學(xué)習(xí)模式與影響擴(kuò)散到更為寬廣的領(lǐng)域和范圍。

（一）建模技術(shù)與專業(yè)課程的融合

基于建模技術(shù)的虛擬空間的游戲，復(fù)雜結(jié)構(gòu)及建造過程模擬的視頻信息大量進(jìn)入學(xué)生的日常生活，成為工科學(xué)生的興趣點(diǎn)之一。最初“水工建筑物”課程引入

SketchUp軟件的目的就是將學(xué)生的興趣點(diǎn)引導(dǎo)至專業(yè)學(xué)習(xí)，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有更為清晰的認(rèn)識(shí)，更好地理解建筑物的工作條件及工作方式，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則和解決方案。如：通過重力壩三維建模，得以理解平面應(yīng)變問題的概化原理;對(duì)在壩體上設(shè)置橫縫對(duì)地基不均勻沉降造成的原因及解決方案將會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí);分離壩段的設(shè)置對(duì)重力壩細(xì)節(jié)構(gòu)造止水系統(tǒng)的作用及布置的認(rèn)識(shí)就可以實(shí)現(xiàn)“水到渠成”。

“水電站”課程進(jìn)行三維建模從結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)延伸到了施工領(lǐng)域，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)尾水管層、水輪機(jī)層、發(fā)電機(jī)層、發(fā)電廠房層的分層結(jié)構(gòu)認(rèn)知，而且充分理解了整個(gè)水電站的建造順序及設(shè)計(jì)要求。后期還引導(dǎo)學(xué)生使用Revit軟件探索解決水電站內(nèi)部管道布設(shè)的碰撞問題。

畢業(yè)設(shè)計(jì)中要求學(xué)生借助建模技術(shù)來表現(xiàn)設(shè)計(jì)成果，學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的興趣，初期主要是學(xué)生自主學(xué)習(xí)，現(xiàn)已發(fā)展成以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師專業(yè)指導(dǎo)為輔的學(xué)習(xí)模式。2020年在畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用建模技術(shù)的學(xué)生比例已達(dá)到15%以上，涉及樞紐工程整體建模、復(fù)雜結(jié)構(gòu)銜接、建造施工演示、地基開挖及工程量計(jì)算等諸多方面。在此過程中學(xué)生專業(yè)獲得感得到滿足，對(duì)下一屆學(xué)生產(chǎn)生了專業(yè)學(xué)習(xí)的積極影響。

（二）建模技術(shù)向競賽活動(dòng)的延伸

搭建大學(xué)生競賽平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生參與競賽活動(dòng)?！耙再惔賹W(xué)、以賽促練、以賽促創(chuàng)”是當(dāng)前各高校教學(xué)改革熱點(diǎn)之一[5]。因此，將學(xué)生建模技術(shù)的學(xué)習(xí)也向相關(guān)賽事活動(dòng)進(jìn)行拓展延伸。在大一階段進(jìn)行校級(jí)的工程制圖大賽，為課堂理論教學(xué)的補(bǔ)充與提升;在大二階段舉行校級(jí)CAD大賽，覆蓋全校所有的工科學(xué)院學(xué)生，為通用技能的鍛煉和拓展應(yīng)用;到大三、大四年級(jí)階段參加全國“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，為專業(yè)工程實(shí)踐能力的掌握和專業(yè)認(rèn)知。2019年，佳木斯大學(xué)學(xué)生在建模組競賽單元獲得2個(gè)一等獎(jiǎng)、3個(gè)二等獎(jiǎng)，團(tuán)體第四名（二等獎(jiǎng)）的好成績。大學(xué)生競賽平臺(tái)豐富了實(shí)踐教學(xué)形式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與工程實(shí)踐活動(dòng)的興趣，學(xué)生通過競賽對(duì)通用技能的掌握和創(chuàng)新能力有顯著提高與改善。

（三）構(gòu)建學(xué)生培養(yǎng)主線

經(jīng)過不斷教學(xué)探索和實(shí)踐，建模技術(shù)的引入在促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)方面取得了顯著成效，逐漸構(gòu)建和完善了一條學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的培養(yǎng)主線。即以建模技術(shù)為紐帶，將前序課程延伸，向后續(xù)課程拓展，將相關(guān)課程緊密聯(lián)合成為一個(gè)體系，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、教師適度引導(dǎo)的方式貫穿于本科四年教學(xué)中，其培養(yǎng)體系框架如下（以“水工建筑物”課程為例）。

該培養(yǎng)主線分為三個(gè)層次。首先，建模技術(shù)應(yīng)用的圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與技能的準(zhǔn)備。即：“畫法幾何”課程中重點(diǎn)掌握繪圖基本原理和技巧，“水利工程制圖”面向工程，增加學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，“水工CAD”課程中強(qiáng)化3D建模的實(shí)訓(xùn)。其次，是將圖學(xué)教學(xué)成果與專業(yè)結(jié)合，通過建模作品的展示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。即在“水工建筑物”課程中引入建模技術(shù)（SketchUp軟件），改變?cè)瓉斫處熣n堂講解的教學(xué)方式，讓學(xué)生將學(xué)與用結(jié)合，進(jìn)行各種類型和形式的水工建筑物3D建模，在建模過程中理解和體會(huì)建筑物組成、構(gòu)造以及相互關(guān)系。最后，在實(shí)踐課程中提供展示和應(yīng)用平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深層次的專業(yè)化學(xué)習(xí)。即在“水工課程設(shè)計(jì)”和“水工畢業(yè)設(shè)計(jì)”中，讓學(xué)生應(yīng)用CAD（二維）、

SketchUp（三維）、Revit、Civil3D軟件進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和成果展示，既夯實(shí)學(xué)生二維平面設(shè)計(jì)的基本功，又適應(yīng)工程設(shè)計(jì)三維化的水利行業(yè)新需求。

在具體的每門課程中，教師可以感受到學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力來源于專業(yè)學(xué)習(xí)成效的展現(xiàn)以及專業(yè)獲得感。學(xué)校及教師的首要工作就是要制造情景、營造氛圍、打造平臺(tái)、適時(shí)引導(dǎo)、激勵(lì)保障，這樣“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式就逐漸形成了。

四、結(jié)語

水利類專業(yè)作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，面臨新時(shí)期的行業(yè)發(fā)展需求以及學(xué)生期望成才的自身要求，借助新興技術(shù)讓其重新煥發(fā)新活力是教育者破題的路徑之一。通過對(duì)水利專業(yè)課程教學(xué)的實(shí)踐與探索，興趣引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)熱情;專業(yè)浸潤，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)，收獲專業(yè)成就感;最終促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位的逐步形成，學(xué)生的就業(yè)競爭力顯著增強(qiáng)，從而達(dá)到課程教學(xué)改革的最終目的。

參考文獻(xiàn)：

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編輯∕李夢(mèng)迪