“海岸动力学”课程教学改革的思考

［摘 要］ “海岸动力学”课程是一门多学科交叉的技术性课程，良好的理论知识储备和学科交叉融合是学习课程的重要因素。基于江苏科技大学港口航道与海岸工程专业通过工程教育专业认证的背景，针对江苏科技大学“海岸动力学”课程教学实际，对“海岸动力学”课程教学改革进行了探索和研究，提出了课程教学中课程目标、教学内容、教学方法、考核评价和目标达成度的完整体系，重点关注教学方法和课程考核的新思考，给出了一系列教学新方案和改革措施，以确保港航专业学生在课程学习中满足工程教育专业认证和毕业的要求。

［关键词］ 海岸动力学；工程教育专业认证；课程教学改革

［基金项目］ 2021年度国家自然科学基金面上项目“南海西北部岛屿和中尺度涡的相互作用研究”（42076005）

［作者简介］ 梅 欢（1983—），男，安徽宁国人，博士，江苏科技大学船舶与海洋工程学院副教授，主要从事海洋动力学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）12-0059-04 ［收稿日期］ 2023-01-18

引言

高等教育是高校为培养高等专业人才而进行的专业教育和职业教育，其中工程教育是我国高等教育的重要组成部分［1］。工程教育专业认证是目前工程教育最具科学性的评价体系和质量保障制度，是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要基础，以学生为中心，成果为导向，评价工科毕业生达到行业认可的质量标准要求，致力于使学生的工程知识和问题分析能力满足当前国际社会工程实际的发展要求［2］。为促进工程专业的发展需求，积极接轨国际工程教育发展的要求和趋势，江苏科技大学港口航道与海岸工程专业（简称“港航专业”）于2016年通过了工程教育认证［3］。

“海岸动力学”是港航专业的一门专业基础课程，也是工程教育专业认证的核心课程，其核心内容包含海岸动力地貌过程的自然规律、海岸动力和形态变形的基本理论、海岸工程防护建设的实例等，目的是为海岸资源环境和经济发展提供科学依据和手段［4］。该课程主要支撑港航专业教学大纲中关于工程知识的毕业要求：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题；相关的指标点为：掌握专业所需的自然科学知识，能够将其用于解决复杂的专业工程问题。鉴于当前我校在“海岸动力学”课程教学中的不足，本文关于探索和研究适合工程教育专业认证的“海岸动力学”课程改革具有极其重要的意义。

一、课程目标的设定

“海岸动力学”课程系统介绍海岸工程环境下的各种海岸动力因素（波浪、海流等）、泥沙运动以及海岸变形规律的基本概念，并重点介绍不同海岸动力因素之间的相互联系；着重培养港航专业本科生的基础理论学习和理论知识运用能力，建立海岸工程各动力因素之间的基本知识框架。通过学习本课程，学生应达到如下学习目标：（1）熟悉海岸的类型、概念和特征，了解海岸动力学的研究对象和研究方法。（2）了解海岸常见的动力因素，掌握波浪、水流的理论和基本计算方法。（3）掌握基于辐射应力推导的近岸环流和波浪增减水现象理论。（4）掌握沙质和淤泥质泥沙运动，明确海岸的变化规律。（5）清晰海岸软（硬）防护的原理和方法。针对上述课程目标的设定和港航专业关于工程知识的毕业要求，“海岸动力学”课程建立了如下课程目标与毕业要求之间的关系，如表1所示。

二、教学内容的选择

“海岸动力学”课程是继本科生学习了“高等数学”“大学物理”“理论力学”“水力学”和“河流动力学”等前期课程之后的一门课程，其后续还包括“海岸工程学”等课程。根据上述课程目标，本课程教学充分考虑了学生的实际情况，制定了相应的学习要求，设定如下。

1.明确海岸分类、海岸动力学研究对象和研究方法。学习要求：了解海岸相关背景知识，明确课程研究的主要对象、特点和常用的基本研究方法。

2.掌握海岸常见动力现象。（1）波浪理论：了解和掌握线性波浪理论的构建和计算、非线性波浪理论、不规则波浪、波浪近岸变形和破碎规律及相关计算方法。学习要求：掌握线性波浪理论的假设条件、控制方程和边界条件，熟知相关结论；理解非线性二阶Stokes波浪理论与线性波浪理论的区别，了解椭圆余弦波和不规则波理论；掌握波浪近岸传播、变形和破碎的计算方法。（2）潮波理论和近岸水流：掌握潮波定义、近岸水流垂向流速分布理论及其剪切应力、波浪剪切应力、波流共存剪切应力计算等。学习要求：了解潮波方程的推导和简化（如开尔文波的运行规律），理解水流流速计算公式的前提条件、推导过程以及波浪对水流垂向分布的影响，掌握波、流和波-流共存床面剪切应力的计算。

3.近岸环流系统。掌握辐射应力的概念和公式、波浪增减水计算、沿岸流和海岸低频波浪的成因。学习要求：理解辐射应力的意义、波浪增减水现象的原理，掌握相关计算方法，理解并掌握海岸波生流的形成原理和计算方法，了解近岸环流的组成部分，理解海岸低频波浪的形成原因和对泥沙运动的影响。

4.泥沙运动、海岸变形。掌握沙质和淤泥质海岸的短期和长期变形、沙质和淤泥质海岸建筑物对沿岸输沙的影响。学习要求：熟悉短期海岸和长期海岸变形的成因和规律，以及沙质、淤泥质海岸之间的异同，理解平衡输沙和平衡海岸的概念，掌握沙质、淤泥质海岸建筑物对沿岸输沙影响规律的异同。

5.海岸软硬防护。了解海岸软硬防护的概念和分类、软硬防护优缺点和综合应用的原则方法。学习要求：了解海岸防护的目的和方法，了解软硬防护对实际工程环境的影响和作用，了解海岸软硬防护组合应用的优点和缺点。

本课程各教学内容学时分配如表2，并可在具体实施时根据学生学习效果做适当调整。

三、教学方法的选取

本课程注重理论、实践和学科交叉的教学方式，可归结为知识的储备阶段、知识应用阶段和多学科交叉阶段，不同阶段采用特定的教学方案，具体如下。

1.知识储备阶段。理论教学以课堂讲授为主，习题课和交流研讨为辅的方法，重点讲授海岸动力学基本理论，主要为波浪、泥沙动力和海岸变形之间的动力联系，使学生掌握该课程的基本理论框架和计算方法；课堂授课包括多媒体PPT教学展示和板书详细推导相关理论过程，结合MOOC等网络教学资源的课堂教学内容和课程案例分析，并结合课后作业统一分析、讲解和答疑重要章节的知识难点，最后在课内让学生就相关问题分享个人学习思路和解决问题的策略，以巩固学生在这门课程中的学习效果［5］。

2.知识应用阶段。课程注重实际案例的分析，例如，海岸动力因素（从波浪到近岸水流）如何引起近岸环流现象（如裂流、沿岸流等）、海岸沙坝等自然现象，以及相关的沙质泥沙和淤泥质泥沙的运动规律，进一步由泥沙运动引起的海岸变形等，是一个环环相扣的理论发展变化过程，应结合实际的海岸案例进行讲解，从理论推导过程和实际现象相结合的角度，解释相关的海岸动力学现象，从而将所学知识应用于港口建设和海岸防护等工程，引导学生从物理本质思考和理解本课程的主要内容。

3.学科交叉阶段。海岸动力学不是一门独立的学科，其与很多学科具有交叉的知识点，如流体力学、海洋动力学、沉积动力学等，笔者结合自身的专业特点，主要建议从如下两个方面的学科交叉进行授课：（1）流体力学是本课程水动力条件的根本，由波浪和水流运动造成的泥沙运动和岸滩演变，归根结底是水动力条件的变化引起的，应不断引导学生打牢扎实的流体力学基础，通过一些简单的实验如伯努利试验、牛顿剪切实验等理解波浪控制方程（伯努利方程）的动能、重力势能和压力势能的平衡，以及波浪和水流近底边界层的概念；（2）海洋动力和海岸动力息息相关，海洋波浪传播到近岸、洋流对近岸的影响、天气系统引起的海洋极端事件（风暴潮和海啸等）、风驱动的海洋环流、气候变化的影响（海平面上升）都可以归结为海洋动力学的变化引起的海岸动力变化，了解深远海的影响，学习和理解海岸动力，不局限于近岸本身，可以拓宽学生的知识面，让学生能够更加全面地分析问题［6］。

四、课程考核及目标达成评价体系

本课程考核环节由平时成绩（40%）和期末考核（60%）两部分组成，对应各课程目标和教学内容的分值分配见表3。平时成绩包括作业得分、课堂提问、课堂出勤率三部分。期末考核采用考试或课程论文的形式，常规考试可对学生课堂学习和自主学习知识点的效果进行检验，课程论文的考核形式可视为对课程学习的总结升华，须参考10篇以上的科研论文和参考书，这不仅是对学生课程知识点掌握的检验，还是对其在当前科学研究前沿认识的促进。以上全面的课程考核评价体系，有助于引导学生自主学习意识的培养，也有利于学生科学和工程综合素质的提升［7］。

以考试方式进行的期末考核采用闭卷形式，考试时间设定120分钟，满分100分，占总成绩的60%。试题难度分为基本题（选择题和填空题）、分析题（简答题）和综合题（计算题）三类题型，分值比例约为3∶5∶2。其中基本题考查学生对基本理论和基本知识的掌握情况，分析题考查学生分析解决简单问题的能力，综合应用题考查学生分析解决较为复杂工程实际问题的能力，课程考试成绩加权综合平时考核和期末考试两部分，按照优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（0～59分）区分五个等级。要注意的是，如果学生期末考试成绩低于50分，则不计入平时考核成绩。

以课程论文方式进行的期末考核则可由学生结合港航专业和“海岸动力学”课程所学内容自由选题，以2 000～3 000字为宜。同样，课程总成绩需计入平时考核得分和课程论文得分两部分，若论文得分低于50分，则不计入平时考核成绩。论文评分标准制定如下。

1.优秀（90～100分）。论文选题紧扣“海岸动力学”课程和港航专业科研或工程应用实际，知识综合应用程度高，论文有实用价值，文献综述及引文质量高，全面完成论文所要讲述的主题内容和提出的具体要求，语言精练通顺，结构十分规范，图表质量高，方案设计正确，数据或实例分析完备，工作量十分饱满。

2.良好（80～89分）。论文选题较好地结合课程和专业特点，知识综合应用程度较高，论文有价值，文献综述及引文质量高，较好地完成论文主题内容和要求，语言通畅，论文结构规范良好，图表质量较高，方案设计较正确，数据或实例分析完备，工作量饱满。

3.中等（70～79分）。论文选题基本上结合本课程和专业特点，有一定的专业综合训练，论文具有基本的参考价值，基本达到论文的主题内容和要求，语言基本通畅，论文结构规范性较好，图表质量达标，数据或实例分析较完备，工作量较饱满。

4.及格（60～69分）。论文选题与课程和专业特点结合一般，专业综合素养一般，论文参考价值欠佳但无明显错误，初步达到论文主题内容和要求，语言通畅性一般，论文结构规范性一般，图表质量不够高，数据或实例分析准确性一般，工作量一般。

5.不及格（50～59分）。论文选题与课程和专业特点无结合点，专业综合素养差，论文有明显错误且无参考价值，未达到论文的主题内容和要求，语言欠通畅，论文潦草，图表质量较差，方案设计不规范，数据或实例分析有错误，工作量不足。

结语

本研究基于江苏科技大学港航专业工程教育认证为背景，针对“海岸动力学”课程的教学实际，明确提出了课程目标、教学内容、教学方法、考核评价和目标达成度体系改革的新思路，重点提出了教学方法中关于理论知识、工程实践和学科交叉的新思考，并给出了完备的课程考核评价体系，为“海岸动力学”课程教学效果的提升打下了坚实的基础。

参考文献

［1］中国工程教育专业认证协会秘书处.工程教育认证工作指南［M］.北京：中国工程教育专业认证协会秘书处，2015：3-4.

［2］曹飞飞，梁丙臣，史宏达，等.基于工程教育认证的海岸动力学教学改革研究［J］.课程教育研究，2020（19）：255-256.