以能力培养为导向的水力学课程教学改革

李琳+赵涛+谭义海+邱秀云+牧振伟

摘要：文章针对水力学课程在课堂和实验教学中存在的问题，提出了水力学课程教学改革的背景与建设目标，介绍了水力学课程教学改革的内容和方法，对以职业能力培养为导向的水利类专业水力学课程教学改革与实践做了初步探讨和总结。

关键词：能力培养；力学；教学改革；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0057-03

《水力学》课程是高等工科院校水利类专业学生必修的一门专业基础课。由于该课程紧密结合水利工程实际，基础概念和公式繁多，理论推导复杂，不少学生反映《水力学》是一门难学的课程，并且出现学生学习困难和积极性不高的问题。针对以上课程特点和教学中出现的问题，为了提高学生的学习兴趣并培养学生的实践能力和创新能力，对《水力学》课程进行教学改革是十分必要的。

一、水力学课程教学改革的背景

随着社会对应用型人才需求量地增大，培养具有实践能力和创新精神的高级工程技术人员成为地方高校的主要目标。这个培养目标的确立对地方高校学科建设和教学工作提出了新的要求。水力学作为水利类专业的重要专业基础课，在水利类本科专业的培养方案中被列为必修的学科基础主干课程，是学生从基础课学习过渡到专业课学习的重要纽带。《水力学》[1]课程由两大部分组成，即水力学基本原理和工程水力学。学生在这门课程的学习中，不仅要掌握水力学的基本知识，还要了解水力学的相关应用，以便在今后水利工程实际工作中对水力设计的基本理论和计算方法融会贯通。因此，本课程在水利类专业的教学安排中应该在培养学生确立工程概念、解决实际问题方面加大比重。但是随着高等教育的改革与发展，高等教育体制和课程设置及学时分配都发生了重大变化，水力学的教学课时正不断被压缩，在这种背景下，传统的教学体系已暴露出许多不合理的地方。一方面传统的教学大纲中，水力学基本原理和水力学的工程应用两部分内容共需要100多个学时，而现在水力学课程总学时数减少至70学时，但是教学内容仍然按老教学大纲执行，这就要求老师在少的学时数下讲授较多的内容，课堂信息量过大，学生在短时间内很难接受，更谈不上对所学知识的应用了。另一方面，近些年随着高等教育改革地深入和专业划分愈来愈精细，水利类专业除了原来的农田水利专业外，又包含了水利水电工程专业、水利工程管理专业、水土保持专业，不同专业对水力学课程的教学内容特别是水力学工程应用部分的教学内容提出了不同要求。比如，随着节水灌溉技术在农业中的广泛应用，农田水利专业对管道水力学特别是其在微小管道水力计算中的应用提出了要求，而其他专业对此却又无具体要求或者需求。而随着高坝大库的不断建设，水利水电工程专业要求学生熟练掌握和应用泄水建筑物下游消能、堰流的相关知识，而农田水利专业则对这些内容的要求不断弱化。总之，随着信息量骤增的新世纪的到来，这门课程从教学内容、课程体系到教学方法、教学手段都与当前发展形势很不适应，与培养具有实践能力和创新性人才的要求产生了明显冲突。例如，教学内容不能随着学科的发展而及时调整和更新；课程教学方法落后并导致课堂理论教学与实践教学环节严重脱节。这些都严重影响到《水力学》课程教学的开展，进行课程教学改革刻不容缓。

二、水力学课程教学改革的内容与方法

（一）教学改革的内容

《水力学》课程是力学的一个分支，它是介于基础科学和工程技术之间的一门技术科学。它的主要任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动规律及其实际应用。课程主要概括为两部分内容，即水力学基本原理和工程水力学两部分。因此在教学内容的安排上，既要突出重点内容，使得学生在学习过程中抓住课程的主线和重点，同时还需注意课程内容的连贯，不能出现基本知识点的断链情况。在课程教学改革中应处理好传统内容与现代内容、继承与创新及逻辑性与结构性的关系，必须根据水力学的课程内容明确两条教学主线。一条主线是水力学基本原理和基本理论，主要包括水静力学、液体一元恒定总流的基本原理和液流形态与水头损失，这些内容是课程的基础和骨架。对于不同的专业，技术基础知识的薄厚要求可能不一样，骨架可大可小，但均要坚实、牢固。另一条主线是基本应用，主要包括有压管流、明渠恒定流动、堰流及闸孔出流、泄水建筑物下游水流消能与衔接，这些内容是基础的添加物和骨架上的肉。因此，应充分吸收现代科学技术和学科发展的最新成果，注意体现当代学科发展的水平和特征，将多学科的知识交叉与渗透反映到教学内容中来，两条教学主线相互联系，相互补充，缺一不可。根据以往的教学经验来看，传统的“大合班”教学模式无法充分考虑不同专业对本课程的教学要求，按照两条教学主线进行教学时，课程的部分教学内容可能对于不同专业的关系不十分明显，学生的学习目标不明确，很难引起学生的兴趣，学习效果较差。因此，应该改用模块式教学结构将理论知识进行整合，即将课程内容分为多个模块并根据专业的不同强化其所需模块的内容，进而使学生明确本课程与其专业的关系，以便提高学生的学习热情和效果。在教学方法上，应该避免在授课过程中搞“满堂灌”，每堂课都要安排一定的时间来进行答疑，鼓励学生发表自己的想法和见解，鼓励学生通过互相讨论的方式解决问题。同时，通过在教学内容中增加一些与本学科联系紧密的工程实例来激发学生的学习积极性，提高教学效果。

（二）教学改革的手段与方法

1.改变传统的大合班教学模式。根据《水力学》课程的两条教学主线的内容和要求不同，第一条主线水力学基本原理和基本理论部分是课程的基础和骨架，虽然对于不同专业，技术基础知识的薄厚要求可能不一样，但同样要坚实和牢固。因此，第一条主线所涉及的内容，从教学模式上讲可以将水利水电工程专业、水利工程管理专业、农田水利专业进行合班教学，将理论知识进行整合，突出共性，强化概念，避免因专业分班课引起的课堂教学内容循环重复。但是，《水力学》课程的第二条教学内容是关于基本原理应用，就应该对不同专业在教学内容上侧重点不同，在讲授其在工程实际中的应用时应有所突出，有侧重点地讲授，能够使不同专业的学生了解到该课程在自己行业的应用，拉近与学生的距离，让学生做到有的放矢，带着问题去听课。因此，对于工程水力学应用部分，从教学模式上讲，应将不同专业进行分班级教学，结合各个专业的特点和需求，选择有针对性的教学内容进行授课，进而提高学生的学习积极性和课堂教学效果。endprint

2.改变传统的教学方法。将传统的“教学资源导向型”教学方法向“能力训练导向型”教学方法转变，其实质就是要发挥学生的主观能动性，提高学生的动手实践能力并培养其创新意识。因此，在教学环节上，应该始终注重理论联系工程实际，以探讨和启发性思维的开放式教学为主，通过问题讲义的方式，针对具体的工程问题进行讲解和讨论。同时，注重学生对知识原理的理解和应用，尽量通过工程实例并结合知识内容解释在现实生活中所出现的水力学现象，这样不但可以加深学生对水力学基本理论的理解，同时又培养了学生发现问题和解决问题的能力。

3.以职业能力培养为导向的教学内容设置。水力学基本原理、工程水力学、水力学实验原理是《水力学》课程的三大组成部分，其关注的重点各有不同和侧重。面对水力学课程庞大的体系，必须根据水利类不同专业的特点与专业培养要求，对课程体系进行科学设计，对课程内容进行合理取舍。水力学理论基础包括“流束理论”和“流场理论”两个体系。作为水文水资源、水利工程管理专业的学生，限于学时，同时考虑职业岗位的实际工作需要，可舍弃“流场理论”，只讲“流束理论”，以满足工程实际中常见的水力计算的应用需要。同时，也使得“以流束理论为基础，以实际工作需要为目标”的水力学课程教学基本理论的选择有了明确的方向。而工程水力学强调解决实际问题，自然成为学生职业岗位必须的教学内容，是学生完成实际工作任务能力的重要体现。为此，在教学内容安排方面，应根据不同专业的需求突出重点，对于农田水利专业的学生，可将重点放在明渠水力学和管道水力学部分，使学生学会设计渠道，熟练进行管网的水力计算，以满足节水灌溉系统的渠道和管网设计的需要。对于水利工程管理专业的学生，以明渠水力学、有压管道非恒定流、堰流和闸孔出流为教学重点，使学生可以对已建成的渠系建筑物、电站和引水枢纽进行合理的运行和管理。在完善课堂教学内容的同时，还需要增加实践教学环节的比重。例如，可以根据不同专业的培养需求，增添水力学课程设计项目。对于课程设计的内容，可以紧密结合各专业毕业设计选题来定，内容应涵盖专业基础实验技术、现代生产和社会应用紧密结合的实践项目，以及学科发展的前沿课题，形成由低到高、由基础到专业的逐级发展的“金字塔式”教学实践内容和环节。这样不但可以通过理论去指导学生的实践学习，而且可以通过实践促进学生对理论知识的理解。

4.教学方法多元化，创造灵活多变的课堂教学。传统的教学方法是教师通过板书给学生传播信息，该方法显然较费时间，而且效果差，有些水流运动的变化过程用静态图形是无法表现的，如，水跃、流线、水击传播过程等。多媒体教学[5]可以充分演示局部水流现象，还可以展现实际工程中的水流现象，如底流消能、挑流消能、堰流及闸孔出流等，增加了学生对相关原理的理解，又增加了感性认识，同时节约了教学时数，扩大了知识的信息量，可谓一举多得。但是纯粹的多媒体教学存在师生之间互动少、信息停留时间短、跳跃性强等缺点。特别是水力学中大量的公式推导和画图，如，静压强分布图、压力体图、水面线、总水头线及测压管水头线等内容在应用多媒体教学时，学生不易理解或印象不深。笔者在教学过程中，将多媒体课件、黑板板书、实物和模型教学方法紧密结合，取得了良好的教学效果。例如，在教学中讲到毕托管的测速原理时将毕托管带入课堂，让学生有充分的感性认识；在公式推导过程中采用黑板板书，给学生带来直观的心理感受。

在传统的教学过程中，师生往往习惯于“灌输式”教学方法，在这种教学方法中，无法充分调动学生的主观能动性，学生作为教学过程的客体，处于被动地位，提不起学习和讨论的兴趣，影响教学效果。因此，在课堂教学环节中应增加学生参与环节，在课堂上采用学生讲课、讨论、提问等方式，这样可增加学生的参与意识、活跃气氛，提高学生分析问题和解决问题的能力。例如，在明渠恒定均匀流的水力计算这一章，其研究内容较简单，又是实际生活中常见的水工建筑物形式，学生有一定的感性认识，适合采用自学与讨论的课堂教学模式。

三、结语

通过近年来的教学实践表明，以职业能力培养为导向的水利类专业《水力学》课程教学改革，在学时总量减少的情况下，学生们不仅学到了基础理论和分析问题、解决问题的方法，而且学到了更多有关于水力学的科学知识，开阔了学生的思路，这为高校向社会输送具有创新意识和实践能力的复合型水利人才打下了基础。同时还认识到，必须要不断加强《水力学》课程教学改革方案的实施，在实践过程中不断完善教学方法。这就要求教师不但要重视课堂教学并能熟练应用灵活多样的教学方法，还要在实践中不断提高完善教学内容、教学组织和教学方法。

参考文献：

[1]吴持恭.水力学[M].北京：中国高等教育出版社，1983.202-232.

[2]潘懋元.“协同创新”的高等教育研究[J].中国高教研究，2013，（6）：1-2.

[3]毛国红.大学生学习改革的内涵和方向[J].中国高教研究，2006，（11）：32-33.

[4]吴斌，林其荣.以教改研究为龙头全面推进教学改革与实践[J].中国高教研究，2001，（5）：62-64.

[5]李琳.水力学课件教学的利与弊[J].中国电力教育，2008，（24）：43-44.

基金项目：新疆农业大学教改项目（2012035）资助。

作者简介：李琳（1979-），女，山东青岛人，博士，副教授，研究方向：水利学及河流动力学。endprint