土木工程本科专业《水力学》课程建设与改革

张 明

（郑州航空工业管理学院土木建筑学院 河南·郑州 450015）

目前，我国本科院校总数1243所。其中，绝大多数定位为应用型本科。我国高等教育进入大众化阶段以来，应用型本科教育是主流的高等教育类型，定位是培养面向施工、设计一线的实践型高级技术人才，为当地经济和社会发展提供人才与技术支持。

水力学属于物理学中力学的分支，是以水为对象研究液体平衡与运动的规律。它在交通土建、市政工程、水利工程以及环境保护等诸多方面均有广泛应用。水力学是土木工程专业基本的专业基础课，牢固掌握水力学课程知识点，有助于对后续专业主干课的学习。可见，结合土木工程专业特点，继承与创新水力学课程内容与教学方法，是本专业发展必须认真思考与创新实践的现实问题。

本教学团队，自2015年以来，以土木工程建工方向本科教育为研究对象，认真分析了水力学课程在土木类专业人才培养过程中的位置和作用，针对水力学课程和后续专业主干课程之间的关系，在教学实践过程中尝试了一系列的课程建设与改革。

1 研究背景

1.1 水力学教材和普通本科院校土木类办学定位不适应

普通本科院校土木类的办学定位均以应用型为主，以动手能力和工程实践培养为教学重点，强调解决处理工程实践的能力。目前，国内大多数土木类水力学教材过于突出课程的理论性，强调演绎和公式推导，而在工程应用上不够突出。尤其是在课堂授课学时大幅缩减的新常态下，课堂上基本没时间讲授水力学所具有的工程应用属性。而工科专业培养的应用型人才重应用、强实践技能，两者主导思想不相适应。

1.2 教材内容与土木专业内涵结合不紧密

众所周知，不同专业对水力学知识点需要的侧重点亦不相同。例如，对于土木工程专业建工方向而言，水力学授课重点应集中在水静力学、地下水甚至渗流部分，对于闸坝部分可以不讲；给水排水工程专业，对有压短、长管流和明渠水流的相关水力计算就应重点讲解，而对于闸坝水力计算可以少讲或不讲；对于道桥专业而言，水力学授课需侧重于水动力学、水文水资源等内容。目前，国内大多数水力学教材在课程内容上考虑的专业区别有限，而且教材内容与土木工程专业结合度不高，重点亦不突出，特别是土木工程专业以工程应用为办学宗旨的课程，这一突出问题急需解决。

1.3 教学方法亟须创新

目前，高校教师多已采用多媒体教学手段开展课堂授课任务。疫情以来，部分学校已具备网课能力。但对于水力学这一理论性较强的基础学科而言，传统的课堂板书教学方式尤为重要和可贵。其具有即时、互动、生动以及有针对性，且能够充分展示教师的主导作用，活跃水力学枯燥课堂的学习氛围。从土木工程本科专业的培养目标出发，在教学过程中，如何使线上与线下、板书与多媒体有机地结合，值得认真研究。

在上述背景下，根据土木工程专业自身特点，改变传统水力学课堂教学理念，更新教学内容、教学手段与教学方式，优化水力学课程教学，以适新形势下土木工程本科人才培养具有重大意义。

2 水力学课程改革的基本内容与效果

2.1 课程教学内容改革

课程建设的核心是课程教学内容的改革，更是优质教学的实现基础。目前土木工程专业水力学课程教学时数不断减少（例如，本课程组2015年48课时；2019年减至40；2020年减至32），土木工程这一实践型人才培养又有着自身特点，课程组在不断完善水力学课程教学大纲。在课程教学中开展了以下创新与探索：

（1）结合土木工程专业特点优化水力学教学内容。强调了工程实践性强的内容，强化了与土木工程专业相关的基本概念与理论的理解，减少了水力学原理的公式推导过程，砍掉了明渠水流、水文数据数理统计等与土木工程专业相关性不强的部分。授课过程中，注意与材料力学、弹塑性力学等有关静力学、动力学、应力与应变、面积矩等方面的工程力学知识点保持协同。同时，关注本科三年级后续专业主干课需求，将内容划分为专业基础理论与应用、学科体系性理论两部分。专业基础性理论与应用由水力学的基本概念、基本原理以及基本方程组成，这是土木工程本科专业水力学课程的主要学习内容。对于涉及水力学课程的各工科专业而言，水力学上述基础理论是相通的；但对土木工程专业，应用部分授课需要结合土木工程自身专业特点开展，包括教学内容、例题、思考题以及习题等。

（2）认真选择课堂例题与课后习题。容易理解的是，对知识的感性认识和初步的理性认识通过课堂学习实现；但要实现对知识从感性认识上升到理性认识，甚至获得应用自如的能力，则必须加强课后复习与开展相应的课后练习。由于水力学理论性强、概念抽象的特点，上述方式非常重要。所以，水力学课程组除了开展课堂理论教学，还针对各个知识点，均精心安排了相应的典型例题。做到了在每一章均布置了紧贴知识点的习题，且以综合计算题为主。课堂例题是课堂知识点的直接应用，并与实际工程结合紧密，课堂例题具有极强的示范性和针对性（如水动力学中的三选：选参考系、选计算断面与选计算点）；习题则是根据每章重要知识点，选择一定数量的综合性强、与工程实践结合紧密的习题，这样可以做到深入理解每章的基本原理与基本概念，达到对理论知识综合应用的目的，甚至含少量往年研究生考题。对应性编排课程授课内容、课堂例题以及课后习题，符合事物从感性认识到理性认识的上升，最终达到灵活应用的认知规律，具有更强的适用性。

2.2 改革课堂教学手段与教学方法

基于最新教育研究理念，教学被视为完整的生态系统。要求教师选择和利用最优的教学手段和方式开展控制，以期获得最好的教学效果。传授知识的过程应该是师生共同脑力劳动的互馈过程。在教学实践过程中，教、学双方的信息处于交融状态，教、学双方的积极性，特别是学生的积极性才能得到充分的调动和发挥。传统教学方法是填鸭式学习方式，学生只是以听为主，需要做出改变，增强教—学两者之间的信息交流，课程组努力开展了多方面的创新尝试，取得了一系列较好的效果。

2.2.1 开展启发式的教学方法

通过课堂讨论与教师主讲相结合的方式，或者有问有讲，可确保课堂上学生能够认真听讲和主动思考问题。例如，学期第一堂课，通过引用课程组成员曾经参与的某重大工程，从项目经理的视角，分析完成一个大型项目所涉及的水力学知识，从而引出水力学课程的意义以及需要重点掌握的课程知识。在教学过程中，教师每学期邀请学生开展无记名提建议活动，听取学生的意见，开展双向交流，确保课堂达到最佳的上课效果。

2.2.2 采用黑板教学与多媒体课件结合的教学方式

多媒体课件教学具有其表达内容直观、丰富以及信息量大等特征。黑板教学相比，多媒体课件教学可将微观的内容宏观化、抽象的内容具体化，达到有效增加单位时间内的授课知识量。例如，通过短视频形式了解雷诺试验；通过幻灯片快速查明三大方程建模以及理论推导过程；通过幻灯片形象表示连续介质假说。多媒体课件教学的缺点是，在课堂讨论、交互过程中，不能做到应对自如。原因是多媒体课件在课前已制作完毕，缺乏灵活性和预见性。更为重要的是，对于关键细节知识点不能够讲透说明。板书这一传统教学方法可通过教师现场的语言，灵活的形体动作以及表情与神态，弥补上述缺陷，且在活跃课堂学习氛围方面具有不可替代的作用。课程组在教学过程中，采用多媒体课件为主，“黑板+粉笔”为辅的教学手段，充分发挥两种教学方式的优点，有效增加课堂教学内容，提高教学质量，达到优化了教学效果的目的。

2.3 课后作业批改方法改革

课后作业是课程建设的延续，是学生掌握水力学课程内容的最后一个重要环节。课后查阅作业是授课教师了解上课质量和有针对性授课的重要手段。传统方法是，授课教师课后收取学生作业批阅，但是水力学课程作业批改量又很大。例如，极端情况下，课程组存在一个成员同时给200个学生授课。传统方法的弊端是：

（1）教师不能做到全面及时掌握听课学生的掌握情况。原因是教师与学生的交流是单向而且不充分。

（2）部分学生没有按时对作业中存在的错误予以修正与巩固，不能深刻认识错误，时间久了，没有掌握的知识累加效应明显。

（3）由于课后作业是最终成绩的组成部分，导致部分学生虽然没有掌握知识点，发生作业抄袭，获取作业成绩的现象。

课题组采用“face toface”式批改作业法，可有效解决上述问题，即要求学生在规定的时间节点提交作业（通常为周日下午14:00前），然后下一周第一次上课由教师逐次讲解习题知识要点，现场开展学生与教师之间的相互交流。需要强调的是，讲解并不是板书计算过程，仅提示关键知识点；此外，第一节课花费20分钟左右作为习题讲解，可帮助学生回顾上节课授课内容，一举两得。学生根据教师解答与交流复验自己的答题过程，要求学生针对错误之处必须加以注明，备注批语。由于学生数量过多，目前课程组所有班级均以将作业提交形式改为线上，这样有助学生永久保存批改痕迹。这种做法受到学生欢迎，原因是通过作业形式对授课知识点及时复习、消化和巩固，同时减少作业抄袭与应付差事现象，更避免了水力学课程作业批改量大、返回不及时的难题。

3 结论

土木工程专业水力学课程内容、教学方法与手段的改革是一项长期而艰巨的任务，本教学团队将在已经取得的课程建设与改革成果的基础上，立足土木工程专业变化趋势，围绕着应用型本科人才的培养方针，结合土木工程专业建设的需要，在课程改革中逐步完善与发展，将水力学课程建设与改革不断引向深入，为专业主干课程学习奠定扎实的水力学基础。