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“土木工程概论”课程教学的几点思考与探索
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内容提示：“土木工程概论”课程讲授应注重课程体系尤其是知识体系的介绍,引导学生重视技术哲学和工程哲学,并重点介绍建筑工程、道路与桥梁工程、水工与岩土三个专业课程组,把主要专业基础课和专业课按基本研究方法分成四种基本类型,即基础理论类、应用理论类、工程实践类和管理类。对前三类课程在逻辑结构和学习方法上重点讲解,使学生真正了解土木工程中相关专业方向的工作内容和特点。
“土木工程概论”课程是土木工程专业的必修课。作为学生入学以后接触到的第一门专业课,在整个课程体系中起着十分重要的先导作用。它肩负着把这些完全外行的学生引入土木工程行业大门,使他们了解并热爱这个专业的重要使命。土木工程专业在1999年才正式进入专业目录。从大土木的意义上讲,在土木工程专业的所有课程中,“土木工程概论”是相对比较新的一门课程。尽管近年来先后出版的若干教材已经为各高校所普遍采用〔1~3〕,各高校也开发了一些多媒体课件并撰写了相关的文章〔4〕。但是相对于其他已经讲授多年的课程而言,在拓宽专业范围的特定背景下,“土木工程概论”这门课程无论从教学实践还是从教学研究方面来看,都不能认为是成熟的,相信各高校在这门课程的教学上都在探索,有些研究成果和实践经验的总结可以见诸教研文章〔5~6〕。（参考《建筑中文网》）
本文不拟对“土木工程概论”课程作全面的论述(有关这方面的论述可见参考文献〔5〕和〔6〕),而仅就其中几个问题展开讨论。其中包括:(1)按照知识体系而不是仅仅按课程体系向学生介绍知识;(2)讲解这些知识在思维方法上的特点,以指导学生对如何学习这些知识在思想上有所准备并随时准备调整其学习方法;(3)较全面地讲授三个主要专业方向,旨在指导学生选择专业模块,同时使学生初步掌握土木工程中这几个主要专业的内容和特征。
一、课程体系和知识体系
知识体系指相对完整的一些知识的集合,在本文中仅局限于本科生将学到,以及继续深造将会遇到,且在现阶段能够理解的那些知识。需要指出的是,课程体系不等于知识体系。这是因为:一方面某个知识体系中的一些重要内容并不包含在本科所开设课程中;另一方面,有些分别属于不同知识体系的内容可能会被安排在同一门课程中。把课程体系和知识体系介绍给学生,可以使得学生知道自己在学什么,所学的内容与其他内容之间的关系,尚有哪些内容需要进一步学习。这对学生的学习主动性会产生积极乃至重大的影响〔7〕。
我们知道,一般的教科书在章节的安排上都是由易到难,由浅入深,以便于学生掌握。也就是说教科书是主要考虑符合学习规律来安排章节的。在这个前提下才会进一步考虑知识的系统性和逻辑关系。所以有经验的教师在上第一节课时,会首先把本课程内容的结构或构成(而不仅仅是章节顺序)介绍给学生。同样地,在安排土木工程本科课程的教学时,主要考虑的也是课程的前后衔接,甚至考虑在同一个学期内课时不能过多之类的问题,以便完成教学任务。但是由此产生的结果必然是学生对所学课程的整体认识基本上处于先见树木后见森林的境地。在此过程中,由于学生不清楚所学知识在整个体系中的地位和结构,而导致影响到学习效果。到了学生毕业时,在学习了四十门以上的各种课程以后,多数学生也许根本没有能力或者没有想到回头来看一下这些课程之间究竟是什么关系。更何况各门课程开课的时间顺序并不能反映各课程之间的内在联系。由于,限于课时、学分以及学生选修的内容,学生在大学本科所学习的课程在知识体系上更是不可避免地会有一定欠缺。这样,学生在本科阶段所学习的仅仅是课程体系中的一部分,更不用谈知识体系的总体框架。所以仅仅按开课的顺序介绍要学习的内容是不可取的。如前所述,有些本质独立的内容被组织在同一门课程中了。例如“土力学和地基基础”等课程就是一个原理和设计混合在一起讲授的典型例子(尽管这样做是有一定好处的)。所以仅仅以课程为单位来讲解知识体系是不合适的。为了向学生展示这些知识体系的轮廓,我们不但把本科的大多数课程列入体系的框架,同时考虑到体系在逻辑上的完整,还列出少部分研究生课程,这样还可以起到开阔学生眼界的作用。
另外,高等数学对土木工程专业的学生也是十分重要的,对准备进一步攻读硕士博士学位的学生更是如此。“土木工程概论”课的任课教师是学生接触的第一个专业课教师,他以专业课教师的身份强调数学和力学在工程中的重要性,无疑对学生的学习积极性有很大的促进作用,文献〔3〕中就以两节的篇幅来介绍这方面的内容。但目前在高等数学这个大的概念之下,实际上含有几个不同的知识体系。把这些体系的概要介绍给学生,对学生的学习一定会有很大帮助,正如我们按图1所示框图向学生介绍分析数学的体系和各种量的体系一样(在此之前,学生已知道什么是导数和积分了)。
图1 分析数学和各种量的知识体系
图1给人以科普知识的印象,因为从数学的角度上看,该框图中的简单解释是不严格的。但是考虑到要用一句能切中核心的话概括这些全新领域的内容或其主要特征,使学生在现阶段能听得懂,这样做是有效的。事实上,“土木工程概论”课本身也正是在对学生讲本专业的科普知识。既然是“科普”,那么学生容易听懂就是问题的关键,因为只有听得懂才能激发起继续学习的兴趣。尽管如此,我们在进行如上讲解的时候还是告诉学生,希望他们能够尽早地发现框图中的概括并不严格(正如趋向于极限的严格表述应该用语言一样)。并且我们建议,学生在今后的学习中,一定要搞清楚所学到的每一门课程的内容、特点以及本课程与其他课程的关系。相信这样会有助于学生对所学知识有一个清晰的总体把握。
这里仅举了一个例子。其实这样的框图还包括:工程中的力学体系,设计类课程的知识体系,施工类课程的知识体系等。限于篇幅,此处不再一一介绍。
二、课程的思维方法和学习方法
可以说掌握和拓展思维方法比学习知识本身更重要、更深刻,也更有普遍意义。这里主要谈的是体现在大学课程中的思维方法。这些方法基本上属于科学哲学、技术哲学和工程哲学的范畴。这些哲学具有很强的实践性和应用价值,对工程师及从事工程实践和工程科学研究者都有重要的指导意义。正如中国工程院院长徐匡迪所说:“工程需要有哲学支撑,工程师需要有哲学思维”。大学所培养的学生不应该是工匠,而是具有创造性和实践能力,以哲学思维为底蕴的真正意义上的工程师。所以,十分有必要使学生对工程和工程科学中的方法论有初步认识。对科学家和工程师的思维方法及其各自的特点有一个初步的认识,可为今后的学习和工作打下入门基础。从这个意义上讲,“土木工程概论”课程还起着工程哲学和技术哲学先导课的作用,并且这一功能是其他课程所不可能替代的。当然,在大学本科这个阶段就直接讨论工程哲学和技术哲学明显是不合适的。但不同学科甚至不同的课程在研究方法论方面各有其特征,存在显著差异。这些特征和差异是学生所不得不面对的,并将直接导致学习方法的差异。而了解这些特点和差异,并在思想上有所准备,会使学习少走弯路。尽管我们还可以用比较的方法,指出大学与中、小学在培养目标、方法和内容上的不同(这些是完全必要的),但是这仅仅是表面的或浅层次的,不足以解决上述论及的问题。我们有必要在此基础上向前进一步。从方法论的层面上,以深入浅出的方式在这方面进行引导。
因此,在我们一开始介绍什么是土木工程时,针对“土木工程”这一概念的多种不同含义(见参考文献〔2〕),我们告诉学生,面对这样的现象不但不应该感到茫然,相反应该产生浓厚的兴趣。因为这已经表明,学生不但在专业知识方面开始进入一个新的领域,更重要的是他们的思维触角也已经开始在向新的方向延伸,他们在思维方法上已经开始从幼稚走向成熟,已经开始接触和学习一些他们所不熟悉,但更加客观而重要的思维领域———工程师的哲学思维领域。同时指出通过大学课程的学习,除了掌握常规大纲中要求掌握的知识而外,应该注意自觉培养起科学家和工程师的思维方法,并把这作为提高自身素质的一项重要任务。
从具体讲授方面看,我们在按常规方式介绍本科所开设的课程体系的同时,把大学本科的主要专业基础课和专业课按基本研究方法分成四种基本类型:基础理论类、应用理论类、工程实践类和管理类,并对前三类课程在逻辑结构和学习方法上作重点讲解。其概要如下:
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201001/14205.htm
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