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海岸工程课程设计改革与实践——以海南省自贸港为例
发布时间:2014年06月12日 09:46 点击: 42 发布:海南大学
海岸工程课程设计改革与实践
           ——以海南省自贸港为例
于曰旻       
(海南大学 土木建筑工程学院,海南 海口 570228)
 
[摘 要]随着海南省自贸港总体方案的发布,从海南省自贸港发展的定位和需要出发,立足海南,培养本土海洋工程与技术专业本科及以上人才成为必不可少的环节。本文阐述了海岸工程课程设计的传统教学方法和存在的问题。分别从实践教学体系、课程设计对象、课程设计内容、实践教学模式和考核成绩方法等五个方面,进行了实践教学改革和创新。教学实践表明,所提出的实践教学方法可以丰富课程设计任务、强化工程实践意识、增强实践创新能力,取得了较好的教学效果。
[关键词]海南省自贸港;海岸工程;课程设计;实践教学改革
[基金项目]2020年度海南大学教育教学改革研究项目,自贸港背景下“海岸工程及课程设计”课程建设研究,(项目编号:hdjy2057)。
[作者简介]于曰旻(1979—),男,吉林敦化人,博士,海南大学土木建筑工程学院讲师,主要从事海洋工程与技术方面研究工作。
[中图分类号]G642   [文献标识码]A    
 
基于海南省自贸港发展定位和需要,大力培养本土本科层次及以上的人才,成为当前海南省可持续健康发展的重要推动力。此外,海南省在海洋工程与技术专业的本科教育资源严重不足,目前,仅有海南大学和海南热带海洋学院开设海洋工程类本科专业,其中海南大学船舶与海洋工程学硕点还在申报中,还没有形成海洋工程与技术学科,这与海洋大省的身份不相匹配,与海洋强省的发展目标还有较大的距离。海南省自贸港在现代服务业、旅游业和新兴产业等方面的大力发展,迫切需要与之相匹配的人才储备。
海岸工程是海洋工程与技术专业的本科生在学习了海洋科学导论、海洋工程环境、理论力学、土力学、工程水文学、工程制图等基础专业课程以后,所开设的一门非常重要的专业课,同一学期开设了与之相对应的实践教学环节——海岸工程课程设计。海岸工程课堂教学侧重理论,而课程设计更注重实践。通过实践教学环节,学生可以运用海岸工程的理论知识,开展海岸工程建筑物的结构选型,掌握结构稳定性的计算方法,从而指导学生从实际工程角度出发,以工程师的专业视角平稳过渡到毕业设计的实践教学环节中[1]
通过对海岸工程和海岸工程课程设计的教学和实践,发现传统的海岸工程课程设计的教学方法难以满足海南省自贸港发展定位和需要,因此迫切需要开展实践教学改革,从海南省自贸港建设中现代服务业、旅游业和新兴产业需求出发,培养适合海南自贸港发展模式的海洋工程与技术专业本土人才,特别是本科及以上人才储备。为此,本文对海岸工程课程设计的实践教学环节所存在的问题进行系统地分析和研究,提出了适合海南省自贸港背景下海岸工程课程设计的改革和创新,并对改革和实践效果进行了探讨。
一、传统教学方法和存在的问题
海洋工程与技术专业的实践教学环节主要包括六大类[2]:认识实习、生产实习、毕业实习、专业实验、课程设计和毕业设计。各个实践教学环节之间相对比较孤立,无法相互串联形成有机的整体,很难将跨学科交叉“热带海洋工程与技术”新工科建设理念与海洋工程与技术专业实践教学体系深度融合,无形上对培养学生的跨专业交叉融合能力和实践能力设置了障碍[3];此外,实践教学环节的设置尚未建立与海南省经济联动机制[4]。海南大学海洋工程与技术专业已毕业两届本科生,通过调查走访,了解到毕业生大都根据所学习的专业课程寻找就业单位,这在无形中缩小了就业范围,同时也很难适应海南省自贸港建设中新兴产业未来发展所需要的人才储备机制。
目前国内海洋工程类各高校均开设了海岸工程的实践教学环节,课程设计的对象主要是海岸防护工程结构物的设计,每位学生分配不同的水文和地质参数,开展海岸防护工程结构物的结构稳定性计算、边坡稳定性计算、地基沉降计算和基底承载力计算,以及进行平面布置图和横截面图的绘制。以斜坡式防波堤为例,整个实践教学环节主要包括以下内容:学生根据设计任务书,参照《港口工程结构设计算例》[5],依据现行设计规范,进行断面尺度确定、异型块体确定、垫层块石确定、护底块石确定、防浪墙抗滑和抗倾稳定性计算等,同时绘制堤身断面图,撰写设计计算书。
海岸工程包括理论基础和课程设计两部分内容,其中课堂教学讲述的是海岸工程基础理论,由于课时分配原因,无法将课程设计的部分进行全面详细的讲解。课程设计采用的教学方法主要是学生自学,辅以答疑的方式进行。海岸工程课堂教学内容是课程设计基础知识的一部分,而海岸工程课程设计需要综合海岸工程、土力学、工程制图等课程的内容进行,同时需要根据现行的相关设计规范开展。此外,现有的《港口工程结构设计算例》书中采用的规范基本已经被新的规范所替代,学生需要自觉地精读相关的现行规范。
随着海南省自贸港建设总体方案的发布,推进具有中国特色海南自贸港建设,同时也需要立足海南,加大力度努力培养本土海洋工程与技术专业本科及以上人才。海岸工程课程设计的内容和方式,已经很难适应目前海南省自贸港建设对海洋工程与技术专业人才培养的市场就业需求,因此,针对海南省自贸港建设中现代服务业、旅游业和新兴产业对人才缺口的迫切需要,以及通过实施科技兴海和人才强海来加快建设海洋强省的目标,积极开展海岸工程课程设计的教学改革和实践创新势在必行。
 
二、 实践教学改革和创新
近些年,海岸工程不再局限于海岸防护工程、河港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、围海工程[6],作为海洋工程的重要组成部分,已经逐步向深海延伸。海洋牧场、深海网箱养殖、海洋资源开发和利用等成为助力海南省自贸港建设的新兴业态,也是实现海洋强省目标的重要载体,它们属于海岸工程与其他学科的交叉,需要以海岸工程知识作为基础,结合相关学科的内容,从工程的视角出发开展研究和实践。针对海岸工程课程设计传统教学模式所存在的问题,结合海南省自贸港建设中对海洋工程与技术本科专业人才的需求,以就业市场为导向,分别从实践教学体系、课程设计对象、课程设计内容、实践教学模式和考核成绩方法等五个方面进行教学改革和创新。
1. 实践教学体系
海南大学实验教学平台建设项目——海洋工程波流水槽实验室,正在加快推进,进一步丰富了海洋工程与技术专业的实践教学体系[7],学生可以通过波浪模型试验,了解海岸工程课程设计中主要动力载荷的作用过程和机制,以及与课程设计相关的现行规范中参数选取的工程意义。此外,通过校企合作[8],聘请海南省海洋与渔业科学院专业导师共同指导学生开展课程设计,一方面,可以将实际工程中的新技术和新理念融入实践教学体系;另一方面,将理论知识与工程实践相结合,搭建起以就业市场需求为导向的产学研一体化平台[9]
2. 课程设计对象
传统的海岸工程课程设计对象为防波堤,结构选型主要包括斜坡式和直立式两种。结合海南省自贸港建设新兴业态,将人工鱼礁设计添加到可选课程设计对象中,包括底鱼礁和浮鱼礁两种结构形式。其中,底鱼礁设计仍然基于海岸工程理论,学生可参照防波堤设计实例开展课程设计。而浮鱼礁的设计理论在海岸工程课堂教学中较少提及,学生需要查阅相关参考文献,结合前续课程所学的知识,开展浮鱼礁、锚绳受力和锚块质量计算,但是相对于底鱼礁设计,减少了地基承载力和礁体沉降量的计算部分。
3. 课程设计内容
海岸工程课程设计任务书包括必修设计和选修设计两大部分[10]。以斜坡式防波堤设计为例,其中必修设计是每位学生必须完成的基本设计任务,主要分为:断面尺度确定、异型块体确定、垫层块石确定、护底块石确定、防浪墙抗滑和抗倾稳定性计算。选修设计顾名思义学生可以选择性地进行设计,发挥主观能动性,根据任务书给定的地质参数,结合土力学所学知识,查阅相关参考文献,开展边坡稳定性和地基沉降的手算工作,进一步结合程序和软件开展电算工作,并与手算结果进行对比分析。
4. 实践教学模式
在依据设计任务书开展课程设计前,根据《港口工程结构设计算例》中有关防波堤的工程案例进行分组验算,每组由4~5位同学自由组成,采用汇报答辩的形式。汇报内容主要包括两大部分:第一部分是按照算例详细给出验算过程和结果;另一部分是用现行规范替换旧规范进行计算,并列表给出新、旧规范的差别,分析该差别是否影响结构计算结果。每次汇报答辩需要考勤,作为平时成绩的一部分,每一组汇报结束后是提问环节,其他组同学可以提问,由汇报组成员进行现场回答,在这一环节,指导教师可以进一步了解学生对设计计算内容和相关现行规范的理解和掌握程度。
5. 考核成绩方法
海岸工程课程设计根据水文(主要包括:水位和波要素)、地质条件(主要包括不同土层的内摩擦角和粘聚力),以及结构选型(主要包括:斜坡堤、直立堤)等不同参数设置每人一题,课程设计结束后学生上交设计计算书和配套图纸,最终成绩分为平时成绩和卷面成绩两部分。其中,卷面成绩占60%~70%,根据学生完成的设计任务进行评价,包括设计计算书和配套图纸。此外,平时成绩占30%~40%,主要包括平时考勤和大作业(汇报答辩)。布置大作业的同时,需要制定并告知评定标准,汇报PPT过程中需要列出每位成员的贡献,并据此进行平时成绩的评定。
 
三、实践教学改革效果
通过上述的实践教学改革和创新,海岸工程课程设计的教学效果得到了显著的改善。主要体现在以下三个方面:
1. 丰富课程设计任务
通过改进海岸工程课程设计的实践教学环节,课程设计对象既包括传统课程设计中要求的直立式或者斜坡式防波堤,又增加了海南省自贸港建设新兴业态中的人工鱼礁,并分为底鱼礁和浮鱼礁两个设计对象。课程设计内容及包括传统课程设计中要求的必修设计部分,又增加了选修设计部分。因此,海岸工程课程设计任务从传统的设计手算、工程制图,发展成为查阅文献、设计手算、工程制图、设计电算、对比分析。极大地丰富了实践教学体系,达到了综合设计的目的。
2. 强化工程实践意识
在实际工程中,往往是以项目组为基本单位开展工程设计任务,项目组成员之间的关系既相互独立,又相互协作。作为“双师”[11],通过实践教学环节的精心布置,逐步强化学生的工程实践意识。作为工科类本科生,通过课程设计,一方面需要掌握实际工程的设计方法,另一方面需要培养实际工程中的团队协作精神。在海岸工程课程设计过程中,通过选修设计部分的分组实践,组员之间分工合作、相互学习、扬长避短,共同完成选修设计的任务,这也正是工程实践中团队协作精神的体现。
3. 增强实践创新能力
海南省建设具有中国特色的自贸港,既要有制度和政策的创新来引领,同时也要有科技和文化的创新去推动。通过海岸工程课程设计任务和实践环节的改革,让学生在掌握海岸工程必修设计部分的前提下,以实际工程的视角开展选修设计部分的分工协作。发挥学生的主体作用,从查阅文献为切入点,结合前序课程所掌握的知识开展设计手算,通过校企合作,在两位导师的指导下,采用实际工程常用软件进行设计电算,与设计手算的结果进行对比分析和结构优化,既充分调动了学生的主观能动性,又增强了学生的实践创新能力。
 
四、结论
海南省自贸港建设,需要通过技术的创新去推动这一重大举措的实现,加快本土人才的培养是确保其可持续发展的最重要资源。对工程实际应用较强的海洋工程与技术专业而言,课堂教学内容需要随着工程技术的革新和发展而加以丰富,十分有必要通过课程设计过程进行实践和掌握。本文以海南省自贸港为例,介绍了海洋工程与技术专业海岸工程课程设计所使用的传统教学方法,以及分析了传统教学方法存在的问题,在以下五个方面阐述了进行海岸工程实践教学环节改革与实践的举措:
(1)通过海洋工程波流水槽实验室教学平台的加快推进,以及聘请校外导师共同指导课程设计,进一步丰富了海洋工程与技术专业的实践教学体系。
(2)将传统的设计对象防波堤进行拓宽,增加海南省自贸港建设中新兴产业的内容,例如人工鱼礁的设计。
(3)将海岸工程课程设计内容分为必修部分和选修部分,在完成必修设计内容的前提下,开展选修部分的设计,柔性地解决学生对深度和广度的探索。
(4)通过进行实际工程案例的学习和验算,以及将现行规范与算例中旧规范进行替换的环节,可以更高效地引导学生开展课程设计。
(5)通过分组汇报答辩相互学习,不同组之间的作业内容是相互联系且密不可分的,及时发现问题,并现场解决问题,同时也丰富了课程考核的内涵。
实践表明,这些方法极大地丰富了课程设计任务,与此同时,强化了学生的工程实践意识,以及增强了学生的实践创新能力。
 
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[3]余杨, 李焱, 段庆昊. 工程科技领军人才情商培养的探索——以天津大学海洋与船舶工程专业教学改革为例[J]. 高等工程教育研究, 2020,(2): 93-98.
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[5]交通部第一航务工程勘察设计院 编. 港口工程结构设计算例[M]. 北京: 人民交通出版社, 1998.
[5]严恺 主编. 海岸工程[M]. 北京: 海洋出版社, 2002.
[7]刘自强. 水土保持与荒漠化防治专业实践教学改革探讨[J]. 低碳世界, 2021,11(2): 233-234.
[8]李涛,刘波, 陈慧娴, 常雅儒. 地下空间工程新工科专业升级与实践教学探索[J]. 高教学刊, 2021,(9): 92-95.
[9]李红艳. 校企合作的实践教学模式探析——以计算机科学与技术专业为例[J]. 电脑知识与技术, 2021,17(6): 123-124.
[10]董美蓉, 龙嘉健, 陆继东. 基于“新工科”理念的锅炉原理课程设计改革与实践[J]. 高等工程教育研究, 2020,(4): 71-74.
[11]易丽, 夏建国, 王娟. 新工科“双师”队伍建设的诉求与探索[J]. 高等工程教育研究, 2020,(4): 61-65.
 
Reform and practice of the curriculum design on coastal engineering under the background of the Hainan Free Trade Port
                            YU Yue-Min
(College of Civil Engineering and Architecture, Hainan University, Haikou 570228, China)
 
Abstract: With the release of the overall plan of the Hainan Free Trade Port, it is necessary to cultivate local undergraduates in the ocean engineering and technology, based on the positioning and needs of the Hainan Free Trade Port. The traditional teaching methods and existing problems in the curriculum design of coastal engineering are analyzed and investigated. A series of teaching reform measures are carried out from five aspects, which are the system of practical teaching, the object of curriculum design, the content of curriculum design, the pattern of practical teaching and the method of grade examination respectively. The practical teaching reform shows the practical teaching method can enrich the task of curriculum design, strengthen the consciousness of engineering practice, and enhance the ability of practical innovation, which has achieved good teaching effect.
Key words:Hainan Free Trade Port; coastal engineering; curriculum design; practical teaching reform
 
 
 

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