建構“創新”基因，改革巖土塑性力學研究生教材

　　【摘要】研究生教育是國家人才競爭和科技競爭的集中體現。研究生教材是研究生培養質量的重要保障。充分考慮研究生的培養規律，以建構主義學習理論為依據，從科學范式與內容模塊化設計、研究方法與內容深度融合、創新過程“非理性突躍”和“預見性”創新特質培養等角度，重塑巖土塑性力學教材新體系，充分激發研究生自主學習潛力，建構研究生的創新基因，形成基于研究生培養規律的教材建設理論。通過40余年的努力，新教材取得了良好的教學效果，在國內外均有較大影響，對提升研究生教育質量具有一定的推動作用。

　　【關鍵詞】研究生教育教材建設創新學科前沿

　　研究生教育是國家人才競爭和科技競爭的集中體現，是建設創新型國家的核心要素之一。改革開放以來國家高度重視研究生教育，出臺了一系列重要政策，明確了研究生教育的戰略地位和發展目標，圍繞服務需求、提高質量的主題主線，全面深化研究生教育改革。研究生培養規模穩步提升、結構不斷優化，形成了學術型與應用型人才并重的培養格局，培養了大批服務于國家和地方經濟社會發展、科學技術進步、文化傳承創新的優秀人才，國際影響不斷擴大。研究生教材是研究生培養質量的重要保障，是教學內容和教學方法的載體，也是研究生培養單位教學水平、科研水準的重要體現。

　　因此，研究生教材建設受到國家教育部門、研究生培養單位與教師的高度重視。針對早期我國研究生教育中優秀研究生教材匱乏現象，王宏元提出研究生教材建設要為人才培養目標服務，適應學科發展和現代化建設的需要，同時應反映培養單位的學科優勢和特色。[1]黃建濱等通過對1999～2008年國內出版的45種非英語專業研究生英語教材的調查分析，發現教材日益注重研究生英語學習的特點和需求，體現出人性化、多樣化和實用化，凸顯出“個性化、協作化、模塊化和超文本化”等先進教學理念。[2]

　　李玉蘭等對國內外機械工程學科研究生教材進行了比較，分析了相關教材的出版情況、生命周期、版本更新、章節內容等特征，發現國外研究生教材的生命周期較長，教材修訂和再版的比例明顯比國內大，出現了不少歷久彌新的經典教材。[3]比如，RussellCHibbele著的《EngineeringMechanics：Dynamics》2016年再版至第14版，經常脫銷，是力學教材中的“常青樹”。[4]

　　當前，我國研究生培養模式已經由學術型為主轉換到學術性、應用型并重，孫益等分析了歐美日等主要發達國家研究生教材遴選與管理的歷史、現狀與特征，特別是部分直接用于學習方法和研究方法培養的研究生教材[5]，例如《博士論文研究方法》[6]《文獻整理技巧》[7]等等。工程專業學位研究生的培養目標是向國有大中型企業輸送應用型、復合型高層次工程技術和工程管理人才，培養過程側重于工程應用，注重理論與實踐的緊密結合。劉金旺等提出應基于“大工程觀”理論，改革應用數理統計課程，以教育心理學建構主義理論指導教材改革，加大知識應用內容。[8]

　　陳煜等整理了理論與工程實踐相結合的大量案例，編撰專門教材《火炸藥設計技術與方法》，注重對學生分析、解決問題的實踐創新能力培養。通過對國內外研究生教材建設現狀的總結分析，發現優質研究生教材的建設過程具有如下規律：①以人才培養為核心，以學生為本，倡導人性化、多樣化，凸顯學科優勢和特色[1，2];②以動態觀點關注教材建設的全周期過程，出版刊出不是終結，后續的完善、優化、修訂、再版有力推進，強調歲月打磨與歷史積淀[3，4];③知識浸潤與基礎科研素養培養并重[57]，對于工程學科，還應注重理論與實踐并重。[8，9]本文結合研究生的培養規律，基于本教研團隊巖土塑性力學課程40年教材著述與應用的改革與實踐，在充分吸收上述高品質研究生教材建設規律的基礎上，建立進一步激發研究生自主學習潛力和強化創新素質培養的研究生教材建構理論，可為相關課程教材改革提供參考依據。

　　一、基于研究生培養規律的教材建設理論

　　(一)研究生教育的核心———創新精神

　　研究生教育的重要標志是強調專業教育，注重專業問題的深度和解決方案的首創性，致力于建構學生的科研素養。這決定了研究生的學習內容具有鮮明而深刻的專業背景，同時，學習過程還帶有科研性質，學生畢業以后也將有更多的機會從事專業技術密集型工作。《國家中長期人才發展規劃綱要(2010—2020年)》也指出，應探索并推行創新型教育方式方法，突出培養學生的科學精神、創造性思維和創新能力。

　　科學研究和教學過程融合是研究生教育顯著不同于其他層次教育的重要特征，科學研究總是不斷探索新領域、新問題，研究生教材要更鮮明地突出科學方法與科學觀點，富于啟迪。因此，研究生教育的核心特征是“創新”，應將其深刻融入研究生教材的編著過程中。巖土塑性力學是陸軍勤務學院拳頭專業———巖土工程研究生層次的核心課程，巖土塑性力學教材作為實現上述培養目標的重要載體和基礎，其內容要突出前沿性、與時俱進，注重激發研究生的創新能力。

　　(二)研究生學習的教育心理學特征———自驅感明顯

　　自我實現的需要是人格形成、發展、擴充、成熟的驅動力，對學習成效有重要影響，成人學習者具備能動性、有效性和相對獨立性的自主學習特征。[10]通過對研究生的心理和學習特點的研究，發現他們具有很強的獨立自主意識、較為完整的知識結構和突出的自主學習能力，已經具備實現有意義學習的先決條件。因此，為進一步保持、深度激發這種有利條件，研究生教材的編寫要適應創新教育趨勢，符合研究生自主學習的特點，激發學生內在驅動，充分開發潛能，達到自覺、主動、創造性地自我實現學習。

　　學習愿望和興趣又是學生自發性和主動性的重要影響因素，教材內容本身決定學生是否產生直接興趣，對學習自主性、學習成效有重要影響。因此，研究生教材的編撰應深入淺出，引人入勝，能激發研究生的創新激情和興趣，注重研究方法培養，促進自主學習與提升研究能力，提高研究生學習效率。

　　(三)緊貼研究生培養規律的工科研究生教材建構理論

　　隨著教學改革研究的深入，建構主義學習理論[11]受到了國內外學者與教師的高度重視。建構主義的理論起源于皮亞杰的結構與建構觀、維果茨基的心理發展理論和布魯納的認知建構論。學習是學生基于已有知識和經驗，通過一系列高層次思維活動(如有目的、有意識、連貫性地對知識進行分析、綜合、應用、反思和評價等)對新知識進行的主動建構過程，注重積極自主的自我管理和調節。

　　學習具有社會互動性和情境性，學習者及助學者形成協作團體，利用必要的學習材料(如教材)，通過意義建構的方式獲得新知。在充分激發研究生自主學習潛力的基礎上，研究生教學的價值應集中體現在“創新素養”的培養上，這一理念符合研究生教育的特點和培養目標，對我國研究生教材改革具有重要的理論指導意義。本研究立足研究生培養規律，著力發揮研究生自主學習的自驅感，建構“創新”基因，建立巖土塑性力學教材新體系，激發學生的學習興趣與創新激情，促進研究生創新能力的培養，提升我國研究生教育的培養質量：

　　(1)根據巖土力學不同發展階段的科學范式，構建巖土塑性力學模塊，促進研究生的自主學習;注重層次性，便于學生在熟悉的基礎上構建新知識，有利于研究生自主探索;巖土塑性力學的跳躍發展范式，能使研究生體驗到巖土塑性力學激蕩起復的革命歷程，激發他們的創新意識。(2)研究方法與教材內容深度融合，授人以漁，助力研究生的自主學習與研發。不同研究方法與課程內容有機融合，再現了知識的產生過程，體現了新知識建構的生動情境，培養了研究生的創新潛質。

　　(3)創新的非理性過程與教材的“理性拋光”有機融合，實現研究生創新的過程教育�？蒲袆撔率菑碗s的高級腦力勞動，是非理性的頓悟，教材編排過度注重邏輯，會掩蓋原創過程。本教材結合作者新知識的創新親身經歷，開展新知識的理性表述，輔以新知識“突變”創造過程描述，為研究生構建創新的過程情景，激發他們的創新激情。(4)突出預見性思維案例的產生過程描述，培養“預見性”創新特質。預見性是最有價值的創新思維，本教材結合預見性思維案例和學科發展趨勢，突出預見性范例的產生過程表述，著力預見性思維的學習與訓練，建構學生的“預見性”創新特質。

　　二、突出“創新建構”的教材改革

　　(一)科學范式與內容模塊化設計事物的發展變化一般具有連續性和漸進性，然而，庫恩在研究科學技術發展史時，發現科技發展并不是“連續的、線性的、螺旋上升的”，而是一種新概念、新理論和新技術取代舊概念、舊理論和舊技術的過程，并且該過程往往比較迅速，具有明顯的“跳躍感”和“突變感”。[12，13]借用“政治革命”這一政治概念，庫恩稱其為“科學革命的結構”，即舊范式的坍塌和新范式的興起。新范式和舊范式之間甚至沒有繼承性，新范式之所以崛起，是因為它不僅能解決舊范式能解決的科學問題，更重要的是它的適用范圍更廣，可以解決舊范式不能解 決的重要難題。整個科學史遵循著“前科學時期→常規科學時期→反常和危機時期→科學革命時期→新的常規科學時期”的規律，不斷周期運動而向前推進和發展。

　　(二)突出研究方法與內容的結合研究方法是研究生從事科研工作的核心競爭力。幫助研究生掌握科學研究方法，可以增強研究生創新意識，培養研究生科研素質與實踐運用能力，促進學科交叉創新，提高研究生自主學習與研發能力。研究方法培養受到國際一流名校的高度重視。然而，忽視研究方法的傳授，不重視研究思想的熏陶，僅僅進行知識灌輸的現象卻在國內研究生教育中大量存在。目前，即便是關于研究方法的講授途徑也大多是抽象的方法描述，容易脫離知識內容，缺乏與內容之間建立聯系，導致教師講述研究方法時經常是難以詳細描述，更難以做到生動具體，授課往往晦澀難懂。

　　(三)創新過程的“非理性突躍”與教材的“理性拋光”創新不僅是我國，也是當今世界上出現頻率非常高的一個詞。創新素質是研究生培養的核心。創新是以新穎獨創的方法解決難題的思維過程。突破常規思維的界限，以超常規甚至反常規的方法、視角去思考問題，提出獨特的解決方案，從而出現獨到的、有價值的思維成果。

　　學習是學習者主動建構內部心理表征的過程，不僅包括結構性的知識，還包括大量非結構性的知識。學習過程相當復雜，往往是對以往經驗出現選擇性注意作為開始，然后信息的加工處理交替發生在長時記憶、短時記憶、瞬時記憶中，最終促成意義建構成功。本教材講述的知識，尤其涉及到廣泛概念的相互作用，且實例間差異性顯著，屬于典型的結構不良領域知識，教學過程屬于高級知識傳授過程。這種高級學習、創新過程心理環節繁雜，復雜程度高，往往充斥著非理性思維活動，尤其是有趣的創新過程，更是思維跳躍感強烈，充滿了一個個“蘋果砸在牛頓頭上的頓悟”。然而，教材編排必須要符合邏輯，注重循循善誘，強調理性，否則就成為“天書”。

　　于是，矛盾之處出現了：創新鼓勵突破常規，甚至允許天馬行空，而還原科研突破過程的教材卻要符合邏輯，注重理性，兩者之間出現了“撕裂感”。正如筆者編寫的《高等巖土塑性力學》，在研究主應力軸旋轉對巖土本構模型的影響時，創造性地提出巖土彈塑性理論完全應力增量表述體系[15]，該新思想的“突躍”創新思維過程充滿了“頓悟”色彩，與教材的“理性”表述完全不同。

　　該創新突破的真實過程是從巖土剪應力—體積變形方面聯想產生的頓悟，但教材編撰時采用的表述是：巖土增量應力—應變關系的廣義推廣，十分符合知識邏輯。這種“理性拋光”雖然邏輯性強，便于理解，但卻掩蓋了新知識的真實產生過程。筆者作為新知識的創造者，在教材編撰過程中，不僅對新知識做理性、系統地表述，同時，還注重結合自己的科研過程，再現知識創造的“突變”過程，激發研究生頓悟，激發他們的好奇心與創新激情。

　　(四)創新“預見性”特質培養

　　建構主義對知識的客觀性和確定性提出了一定挑戰，強調知識的動態性。學習是學習者主動建構自己知識經驗的過程，注重新知識經驗與原有知識經驗的雙向的交互作用，建構過程造成經驗系統的“生長”、重新組織、轉換和改造。學生在接受新知的過程中，經驗系統處于動態運轉之中，不斷發生推理、分析、質疑、鑒別、預測等高級別思維活動，對學科的進一步發展、技術的未來趨勢等問題也開始有所思考。事實上，預見性是創新思維中最有價值的一部分。預防，是做好任何一件事情最重要、最經濟、最難能可貴的指導思想、基本原則和方式方法。重大工程裝備和武器系統在設計階段1美元的可靠性投入，可以節省30美元的制造、維修、保障費用;投入預防的醫學費用效費比遠遠高于投入治療的醫藥效費比。

　　三、巖土塑性力學教材改革歷程、效果與影響

　　本教材第一版《巖土塑性力學基礎》于1983年初成稿，是油印稿講義，主要涉及巖土本構關系相關的一些基本概念與原理。

　　1989年中國建筑工業出版社正式出版了《巖土塑性力學基礎》[18]，該書增加了滑移線與極限分析，獲水利部優秀科技圖書一等獎。將經典塑性力學原理擴大到廣義塑性力學范疇，2002年在中國建筑工業出版社出版了第二版《廣義塑性力學———巖土塑性力學原理》[14]，獲國家科學技術著作出版基金資助。引入有限元極限分析法等新發展，教材編寫者在中國建筑工業出版社出版了第三版《巖土塑性力學》[19]，并獲國家科學技術著作出版基金第二次資助。

　　吸收本研究團隊與國內外最新研究成果，重構“創新建構”的教材體系，使其更有利于研究生培養，出版了第四版的中文版《高等巖土塑性力學》[15](被列入“十三五”國家重點出版規劃項目)，英文版《PlasticMechanicsofGeomaterial》由中國科技出版傳媒股份有限公司[20]和SpringerPress[21]聯合出版，第三次獲國家科學技術學術著作出版基金資助，并列入“十三五”國家重點出版規劃。當前巖土力學與大數據等高新技術正在深 入交叉融合，團隊也在策劃本教材的第五版“大數據與巖土塑性力學”。

　　本系列教材自出版以來，一直受到巖土力學與工程界高校教師、研究生、科研與設計人員的歡迎，也被陸軍勤務學院、中科院武漢巖土力學研究所、清華大學等20余個研究生培養單位作為研究生教材或參考書。在中國科學院力學所、浙江大學等高校和研究所作過50余次巖土塑性力學的學術報告。學院巖土塑性力學領域的研究生培養成績斐然。研究生在中科院一區等國際優秀刊物發表系列論文，9篇學位論文獲得省部級優秀學位論文，兩篇學術論文被評為全國百篇最有影響的中文期刊論文，三位學生獲得重慶市自然科學三等獎，獲得重慶市基金資助12人次。

　　研究生論文發表知識： 研究生期間適合投稿論文的期刊

　　四、結論

　　本研究從研究生教育特征和研究生的學習心理學出發，以建構主義學習理論為依據，形成了基于研究生培養規律的教材建設理論。從科學范式與內容模塊化設計、突出研究方法與內容的結合、“非理性突躍”創新過程與“預見性”創新特質培養等角度，重構巖土塑性力學教材新體系，著力培養研究生自主學習的自驅感，建構研究生的創新基因，在教學中激發學生的學習興趣，促進研究生創新能力培養，提升我國研究生教育的培養質量。本教材再版四次，三次獲得國家科學技術學術著作出版基金資助，兩次列入“十三五”國家重點出版規劃項目，受到國內巖土領域重要研究生培養單位歡迎，學院巖土塑性力學領域的研究生培養成績斐然。

　　參考文獻

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　　[2]黃建濱，于書，林瑩.非英語專業研究生英語教材調查分析與思考[J].學位與研究生教育，2009(11)：3134.

　　[3]李玉蘭，孫銳，魏群義.國內外大學機械工程學科研究生課程教材的比較研究[J].研究生教育研究，2011(6)：3540.

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　　[5]孫益，陳露茜，王晨.高校研究生教材建設的國際經驗與中國路徑[J].學位與研究生教育，2018(2)：7277.

　　[6]丹·雷梅尼.社會科學系研究生的研究方法：在寫碩士、博士論文之前[M].小樽商科大學商業創造中心，譯.東京：同文館出版株式會社，2002.

　　[7]贊岐美智義.數字文獻整理術：最新EndNote活用指南[M].東京：克誠堂出版株式會社，2014.

　　作者：劉元雪姚未來陳進鄭穎人

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