提高河流动力学教学效果的有利措施研究

张俊宏 陈璐

摘要：本文针对河流动力学课程自身的特点、学生专业背景以及授课中存在的问题，提出需要进行必要的教学内容优化和丰富教学手段、改进实验教学方式方法、提高学生的实践学习能力、增强工程科学学习动力等几个方面的有利措施，同时指出学生学习兴趣的引导以及学习主动性、积极性培养的重要性和有效方法。本文的研究可为河流动力学和相关学科的有效教学方法研究以及今后相关课程的教学改革提供一定的参考。

关键词：河流动力学；教学方法；改进措施

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0181-02

河流动力学是研究河道水流、泥沙运动、河床演变规律以及污染物运移等问题的学科，在水利、交通、环保等诸多领域有着广泛的应用。河流动力学是水利工程等相关专业的一门专业基础课，具有很强的理论性和经验性，同时又有明显的交叉学科特点[1]。作为水利专业学科的重要课程，河流动力学存在概念抽象、理论复杂、经验性强等诸多授课问题[2，3]，倘若处理不当，会使学生常常处于学习困难的状态，久而久之则使之失去了学习该课程的兴趣。所以，改善教师教学方法，提高教学效果，让复杂的理论教学变得更加生动、容易理解，全面培养学生的兴趣就显得尤为重要。增强学生对河流动力学中各种物理现象的快速理解能力，不断夯实学生的专业基础，扩大研究视野，努力将学生培养成能够适应社会需求的高素质复合型技术人才，这是全国高校教学实施改革的中心任务。因此，在河流动力学的教学环节中，首先需要在熟知本课程特点的基础上，总结教学中经常存在的问题，以进一步明确采取何种有效的改进措施，全面培养学生的学习兴趣，让学生变被动学习为主动学习，这是本文研究的主要内容。

一、河流动力学课程特点

作为水利类专业学生的一门必修课，河流动力学主要针对河道水流运动规律、泥沙输移特性、河床演变过程、河床变形预测以及相关问题进行学习，使学生从微观的泥沙运动到宏观的河道演变都有一定的认识，熟练掌握水文泥沙数据观测、采集、分析以及计算方法，并能应用于具体问题的分析，同时还应掌握在河道边界条件改变和人为干扰等作用下河道演变的基本特性。因此，本课程的学习对于刚入门的本科生有一定的难度，这也是由该课程的如下特点所决定的。

1.概念性强、学科交叉。河流是水流与河床在各种自然因素及人类活动的影响下相互作用的产物，河流运动过程是水流、泥沙及可动边界的各种运动和变化叠加而成的。人们在改造或适应河流的过程中，不断总结经验，积累成果，逐渐形成了系统的知识，成为一门学科——河流动力学，该学科是以微观力学的方法研究河流及其过程的学科。自建立之时起，河流动力学就不断与其他学科相互交叉发展：与地貌学交叉形成河流动力地貌学，与环境学科交叉形成环境泥沙学，与3S技术交叉形成河流动力学信息系统等。学科的大量交叉使河流动力学涉及的知识面非常广，需要学习的基本概念多，对于初学者来说在短时间内快速掌握有一定的困难。

2.经验性强、公式推导烦琐。河流动力学课程不仅基本概念多而且基本公式、经验公式以及半经验公式也比较多，大量理论公式的推导过程一般都较为复杂，同时还有大量数据拟合处理和经验公式参数率定等问题。因此，在授课过程中需要介绍这些公式中蕴含的理论基础以及推导过程，由于经验性公式较多，对于公式参数尺度的把握需要有较好的经验基础并发现其内在的逻辑性强，学生在学习中也需要对基本概念有比较清楚的了解，在预习教材内容的基础上紧跟教师的讲解思路，循序渐进，才能系统、全面地掌握整个课程要点。

3.应用性强、模型建立过程复杂。河流动力学在河道治理、灌溉排水、水力发电以及港航工程中都有着极其广泛的应用，对于不同的工程研究需要建立不同比尺的概化模型，涉及不同的力学机理，模型建立过程往往比较复杂。把具体模型学习同河流动力学经典理论各部分内容中所涉及的因果关系、逻辑关系或研究中的不同学派关系，形象地表达出来，难免使初学者感觉头绪纷乱。

二、教学中存在的问题

1.课程内容枯燥、学习难度大。河流动力学课程概念性很强，涉及高等数学、水力学、理论力学等大量学科的交叉内容，新的概念较多、公式结构复杂使课程学习难度大，学习过程枯燥，学生在课堂学习中容易走神，一旦中间某个环节没有跟上则很难理解后续讲解。据调查，大部分学生认为河流动力学课程公式复杂且都具有相应的理论基础，伴有很强的经验性，觉得大多公式难以记忆，特别是对一些数学基础薄弱的同学更是如此。

2.实践环节薄弱、学生自行设计能力较差。实验教学是河流动力学课程学习中的重要环节。通过实验学习，学生可以加深对课堂知识的理解，培养学生动手、分析问题以及解决问题的能力，但是河流动力学实验教学基本要求仍然偏低。对于大多数试验，都是相关教师做好了前期准备，学生仅仅是记录几组数据或是调整下参数的简单工作。例如，对于物理模型试验部分，基本都是针对已经做好的试验模型，学生试验过程就是放水测数据、写报告，学生对于具体的模型设计方案缺少必要的思考；对于数学模型试验部分，一般都是教师将现成的模型程序发给学生，学生试验过程就是修改模型参数、输入已知变量计算结果，整个过程就像一个黑箱子，这样很难达到培养学生创新意识的目的。

3.学生缺乏课程学习的积极性。河流动力学课程教学内容多、涉及知识面宽、公式参数取值经验性较强，加上学生的自学能力有限，因此经过一段时间学习后，倘若学生没有认真复习总结，就会给进一步学习带来困难，一旦出现知识点的脱节就很难跟上，这样一来学生逐渐失去了继续认真学习的兴趣，最终学习的动力也仅剩应付考试，以上是在河流动力学教学中遇到的一些常见问题。针对该课程所具有的典型特点和存在的主要问题，我们在教学过程中采取了一些有益措施，基本达到了提高教学效果，培养学生创新意识的目的。

三、教学方法改革探索

1.教学内容优化及教学手段多样化。河流动力学是一门多学科交叉的学科，涉及的知识点较多，倘若进行系统深入的学习，一学期时间尚有不足，况且在如今众多高校大幅削减专业基础课课时的情况下，要想较好地掌握本课程，就需要教師在教学内容的安排上提前做好组织设计。首先要选本合适的教材，这是因为不同的具体专业对教材的需求也是不同的。例如，《河流动力学》（王昌杰，人民交通出版社，2004）[4]更加适合于港口航道专业学生使用，封面也有明确的标示；《河流泥沙动力学》（张瑞瑾，中国水利水电出版社，1998）[5]，这本教材系统阐述了河流水力学基本原理、泥沙运动及计算方法等，更加注重基本概念和理论。在授课前，教师需要根据具体的专业定位来选择合适的教材。同时还应该注意的是，每本教材的侧重点也各有不同，在选定教材后还需要根据教材章节来安排授课的具体内容，使之自成体系。

2.改进实验教学，提高学生实践能力。在进行教学实验的过程中，还需要逐渐培养学生对工程科学的兴趣，让学生掌握基本的工程意识和科学试验的基本素养。其中，工程实例教学法[6]就特别适合河流动力学的学习，针对教学的不同章节、学生的专业背景以及工程特点等，适时引入工程实例，并结合课堂教学内容进行剖析，同时配合多媒体动画等教学手段提高学生的学习兴趣，进而激发学习的主动性和积极性。对工程实例的讲解不仅有助于学生对理论知识点的掌握，同时也使学生对理论的应用有一个深刻的认识，增强了学生对专业知识用途的理解，提高了学习工程科学的动力。

3.注重学生兴趣引导，培养学生学习的积极性。德国教育家第斯多惠曾说：“教学的艺术不在于传授本领，而于激励、唤醒、鼓舞。”教师在教学中，要善于运用不同的教学手段，不断给学生以鼓励，让每个学生都有一个循序渐进的进步过程，让学生在学习中不断尝到知识获得的成就感，以此激发学生的学习兴趣，树立坚定的自信心，从而使学生主动学习。

此外，在培养学生学习兴趣的过程中需要帮助学生建立合适的奋斗目标，只有学生有了理想才会有努力学习的动力，兴趣才能得以保持，在学习中遇到挫折时才不至于被击垮。当学生在学习过程中，不断努力取得新的成绩，不断战胜新的困难的时候，他们的努力学习行为便成为了一种习惯，这时学生就已经具备了学习的主动性和积极性。

四、结语

河流动力学是水利工程相关专业一门重要的专业基础课，本文从河流动力学课程内容特点及在教学过程中存在的课程概念性强、教学内容枯燥、学生掌握难度大等问题出发，结合教学经验，提出从教学方法、教学手段、实践环节以及学生兴趣培养等多方面入手，优化教学内容，丰富教学手段，加强实验指导，将学生的个人成长和学习兴趣培养融入到河流动力学理论教学，在教学内容及教学方法上进行有益的改进，全面提高学生的学习兴趣，从而提高教学效果。

参考文献：

[1]邵学军，王兴奎.河流动力学概论[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]曹叔尤.水力学及河流动力学基本问题研究的现状与任务[J].四川大学学报：工程科学版，2002，34（1）：1-5.

[3]关于《河流动力学》实验教学方法及手段改进的思考[J].时代教育，2015，（7）：161.

[4]王昌杰.河流动力学[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]張瑞瑾.河流泥沙动力学[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[6]工程实例教学法在水力学课程教学中的应用与实践[J].河北农业大学学报（农林教育版），2014，16（2）：94-97.