(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

1 引言

水工建筑物是一門綜合性和實踐性很強(qiáng)的長學(xué)時課程，涉及許多學(xué)科領(lǐng)域[1-5]，除基礎(chǔ)學(xué)科外，還與水力學(xué)、水文學(xué)、工程力學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)、建筑材料以及水利勘測、水利規(guī)劃、水利工程施工、水利管理等密切相關(guān)。以天津大學(xué)林繼鏞主編的《水工建筑物》（第5版）為例[1]，該書共12章，涉及到重力壩、拱壩、土石壩、水閘、水工隧洞、溢洪道等，每種不同的水工建筑物又涉及到抗滑穩(wěn)定性分析、應(yīng)力計算、剖面(結(jié)構(gòu)型式)設(shè)計、地基處理、泄洪消能等，這導(dǎo)致該課程內(nèi)容多而繁復(fù)，學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)時理不清頭緒。針對如何使學(xué)生有效地學(xué)習(xí)水工建筑物，筆者嘗試基于結(jié)構(gòu)性知識進(jìn)行水工建筑物課程教學(xué)，獲得了良好的教學(xué)效果?，F(xiàn)將筆者這個嘗試簡單介紹如下，供同行參考。

2 結(jié)構(gòu)性知識及在水工建筑物課程教學(xué)中的嘗試

2.1 結(jié)構(gòu)性知識的含義

結(jié)構(gòu)性知識是學(xué)生語義網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)，其中，語義網(wǎng)絡(luò)指有關(guān)某一課題的命題結(jié)構(gòu)。一個語義網(wǎng)絡(luò)是概念互相關(guān)聯(lián)的一個集合以及這些概念之間的許多連結(jié)。結(jié)構(gòu)性知識的理論基礎(chǔ)是圖式理論[6]。圖式理論認(rèn)為有意義的信息以相互聯(lián)系的事實或概念網(wǎng)絡(luò)的形式儲存在長時記憶中，這種網(wǎng)絡(luò)即圖式。圖式理論最重要的原則是[6]：學(xué)習(xí)者不斷地將新學(xué)習(xí)的知識聯(lián)系到頭腦中原有的知識圖式之中，利用原有的圖式對新知識進(jìn)行組合，使其與原有的圖式發(fā)生聯(lián)系，以便對新知識進(jìn)行理解，把新知識與學(xué)習(xí)者原有圖式進(jìn)行聯(lián)系的過程，就是學(xué)習(xí)者理解知識的過程。新知識一旦與學(xué)習(xí)者頭腦中原有的知識聯(lián)系起來，有意義的學(xué)習(xí)就發(fā)生了，學(xué)習(xí)者理解了新的知識，包含新知識的圖式更新了原有的圖式。如果新的知識完全不能與原有的學(xué)習(xí)者頭腦中的圖式發(fā)生聯(lián)系，那么學(xué)習(xí)者就要建立一個新知識的圖式。

由結(jié)構(gòu)性知識的含義可見：（1）結(jié)構(gòu)是所有知識固有的；（2）在諸多知識間建立結(jié)構(gòu)性聯(lián)系可以促進(jìn)回憶和便于理解；（3）在現(xiàn)有的知識和新的知識之間連接被形成，新的知識能被更好地整合和理解；（4）人類記憶是客觀世界中存在的知識結(jié)構(gòu)的一面鏡子等。為此，筆者基于結(jié)構(gòu)性知識進(jìn)行水工建筑物課程教學(xué)研究，期望基于結(jié)構(gòu)性知識的課程教學(xué)，把專家的思維過程再現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生像專家那樣思維，以形成專家似的結(jié)構(gòu)性知識，培養(yǎng)學(xué)生以聯(lián)系的觀念和方法學(xué)習(xí)知識，以達(dá)到有意義的學(xué)習(xí)。

2.2 結(jié)構(gòu)性知識在水工建筑物課程教學(xué)中嘗試

當(dāng)前的水工建筑物教材主要分為 3大類，一類是天津大學(xué)版的水工建筑物，該教材對不同類型水工建筑物逐一進(jìn)行介紹；另外一類是河海大學(xué)版的水工建筑物，該教材與天津大學(xué)版的水工建筑物不同之處在于，其將重力壩和拱壩所共有的關(guān)于泄水消能部分單獨成章介紹；還有一類是清華大學(xué)版的水工建筑物，該教材與天津大學(xué)版的水工建筑物內(nèi)容設(shè)置相近，但內(nèi)容講解的更深入。綜觀這三種不同版本的水工建筑物教材，雖然對于某種壩型的介紹，多少具有一定的結(jié)構(gòu)性，但該結(jié)構(gòu)性顯得松散，不明確。為此，筆者嘗試基于結(jié)構(gòu)性知識進(jìn)行水工建筑物課程教學(xué)。具體課堂教學(xué)基本思路和方法如下：

（1）首先結(jié)合水工建筑物課程教學(xué)中的重點內(nèi)容進(jìn)行試點，建立該重點內(nèi)容的結(jié)構(gòu)性知識圖式。

以抗滑穩(wěn)定分析為例，在巖基上的重力壩、拱壩、土石壩、水閘等章節(jié)均要重點介紹該教學(xué)內(nèi)容，但由于該教學(xué)內(nèi)容較為繁復(fù)，以致學(xué)生難以理清頭緒，更談不上對不同類型水工建筑物的抗滑穩(wěn)定分析進(jìn)行縱向聯(lián)系。例如，在介紹重力壩抗滑穩(wěn)定分析時，在 4個學(xué)時內(nèi)，需要介紹穩(wěn)定分析的種類、抗滑穩(wěn)定分析的方法、抗滑穩(wěn)定分析的內(nèi)容、抗滑穩(wěn)定分析的模型、抗滑穩(wěn)定分析的公式、抗滑穩(wěn)定分析的評價、抗滑穩(wěn)定分析的工程措施等。其中，抗滑穩(wěn)定分析的內(nèi)容又包括沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析、深層抗滑穩(wěn)定分析、岸坡抗滑穩(wěn)定分析等，內(nèi)容繁復(fù)。但對這些教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析可知，這些繁復(fù)的內(nèi)容背后隱藏了一定的結(jié)構(gòu)性，如果能建立該繁復(fù)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)性圖式，那么不僅可以大大方便學(xué)生對重力壩抗滑穩(wěn)定分析的學(xué)習(xí)，而且在后續(xù)拱壩、土石壩、水閘等抗滑穩(wěn)定分析內(nèi)容學(xué)習(xí)時，可以促使學(xué)生不斷地將新學(xué)習(xí)的知識聯(lián)系到頭腦中原有的知識圖式之中，利用原有的圖式對新知識進(jìn)行組合，使其與原有的圖式發(fā)生聯(lián)系，以便對新知識進(jìn)行理解，從而達(dá)到高效的學(xué)習(xí)目的。如圖1所示。

圖1 不同章節(jié)抗滑穩(wěn)定性分析內(nèi)容

具體在教學(xué)實踐時，筆者以Why-How-What的提問方式作為切入點，即為什么要進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析(Why)-怎么進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析(How)-抗滑穩(wěn)定分析需要學(xué)習(xí)那些內(nèi)容(What)，如圖2，從而引出抗滑穩(wěn)定分析結(jié)構(gòu)性知識介紹。另外，在教學(xué)過程中，必須及時獲得學(xué)生聽課后的反饋。例如在教學(xué)過程中，定期與相關(guān)的學(xué)生座談來獲得學(xué)生對結(jié)構(gòu)性知識學(xué)習(xí)后的掌握情況，及時進(jìn)行結(jié)構(gòu)性知識圖式的優(yōu)化調(diào)整。建立的抗滑穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)性知識圖式如圖3所示。

圖2 Why-How-What切入教學(xué)內(nèi)容

圖3 抗滑穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)性知識圖式

（2）接著對所建立的重點內(nèi)容的結(jié)構(gòu)性知識圖式，進(jìn)行教學(xué)實踐，不斷改進(jìn)該圖式，并在教學(xué)實踐中將最新的科學(xué)研究成果以“軟接軌”式融入到該結(jié)構(gòu)性知識圖式。

仍以抗滑穩(wěn)定分析為例，對于重力壩，規(guī)范規(guī)定以剛體極限平衡法為主要設(shè)計依據(jù)，有限元法作為輔助方法。考慮到目前有限元法強(qiáng)大的工程問題分析能力，在教學(xué)中，必然需要介紹采用有限元法進(jìn)行重力壩的抗滑穩(wěn)定分析。由于采用有限元法進(jìn)行重力壩抗滑穩(wěn)定分析時，存在揚壓力如何施加、強(qiáng)度參數(shù)和彈性參數(shù)如何折減等問題，需要順暢地將這些問題的最新研究成果嵌入抗滑穩(wěn)定分析的結(jié)構(gòu)性知識圖式。為此，筆者在抗滑穩(wěn)定分析教學(xué)實踐時，將這個問題與圖2和圖3中結(jié)構(gòu)性知識圖式的“How?”、分析模型、計算公式及評價指標(biāo)等進(jìn)行“軟接軌”。當(dāng)然，不同的重點教學(xué)內(nèi)容的最新科學(xué)研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)性知識圖式“軟接軌”的具體模式，需具體問題具體分析，以及根據(jù)學(xué)生座談反饋，然后進(jìn)行完善。

（3）最后將結(jié)構(gòu)性知識圖式推廣于水工建筑物課程其他教學(xué)內(nèi)容，通過建立結(jié)構(gòu)性知識圖式來促進(jìn)學(xué)生的高效學(xué)習(xí)。

在對教學(xué)重點內(nèi)容試點成功后，筆者在第二個學(xué)年的水工建筑物教學(xué)中，依據(jù)水工建筑物教學(xué)大綱，啟動了由“點到面”的推廣，例如，將結(jié)構(gòu)性知識圖式推廣到應(yīng)力計算、水力設(shè)計、剖面設(shè)計、地基處理、溫度控制、滲流控制等。

具體在通過教學(xué)實踐建立結(jié)構(gòu)性知識的圖式時，筆者綜合采用表格式、線性圖式、結(jié)構(gòu)框圖、概念圖、左右排列的大括弧形式、上下排列的樹狀結(jié)構(gòu)、環(huán)形分布圖等不同的形式來建立結(jié)構(gòu)性知識圖式。當(dāng)然，“點到面”的推廣，對上課教師的綜合素質(zhì)和能力也是嚴(yán)格的考驗，需要在教學(xué)實踐中不斷完善。

3 結(jié)語

在水工建筑物課程的教學(xué)實踐中，筆者感觸到水工建筑物課程內(nèi)容多而繁復(fù)，使學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)時理不清頭緒。針對如何使學(xué)生高效地學(xué)習(xí)水工建筑物，筆者嘗試基于結(jié)構(gòu)性知識進(jìn)行水工建筑物課程教學(xué)，獲得了良好的教學(xué)效果，希望能給同行一點借鑒。

[1]林繼鏞.水工建筑物(第5版) [M].北京:中國水利水電出版社,2009.

[2]左東啟,王世夏,林益才.水工建筑物[M].南京:河海大學(xué)出版社,1995.

[3]張楚漢.水工建筑物學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[4]陳勝宏.水工建筑物[M].北京:中國水利水電出版社,2004.

[5]Novak,P. Moffat,A.I.Nalluri,C.et.al. Hydraulic structures,4thedition Taylor & Francis 2007.

[6]Slavin R.E. Educational psychology,7thEdition, Pearson Education,Inc.2003.

[7]黃耀英,周宜紅.關(guān)于水利工程概論課程教學(xué)改革的一個商榷[J].大眾科技,2011(12):177-178.