基于学生应用能力提高的《水力学》课堂教学改革

李 雪,杨秀英,赵明雨,刘 派,王岳如

(沈阳工学院 能源与水利学院，辽宁 抚顺 113122)

《水力学》作为水利水电工程专业的专业基础课，是学生从基础课学习过渡到专业课程学习的重要纽带，学生学习这门课程，不仅要掌握《水力学》基本理论知识，还要了解水力学的相关应用[1]，以便为后续专业课学习和未来就业打下坚实的基础，但以往的《水力学》课堂教学以教师灌输为主且课堂内容理论性较强，学生课堂学习热情不高，不能很好地将理论与实践相结合。

1.传统课题教学存在问题

1.1 教学内容

以往课堂教学过程中，以理论教学为主，再加上水力学的概念多、公式多，公式的推导繁琐，又涉及不同水利工程的水力计算，学生较容易学了后面的忘了前面的，减弱了学生的学习热情，再加上学时的限制，大部分课堂时间都用于理论知识的讲解，课堂内容与实践联系较少。

1.2 教学方法

以往的课堂教学以讲授、提问为主，课堂教学方法以教师为中心，教学方法单一，缺少相互作用、个体化、实践等教学方法。学生对知识的掌握仅停留在对理论的理解层面，对如何运用知识没有概念，更缺少主动思考如何实践创新的意愿[1]。

1.3 考核方式

《水力学》以往考核成绩的方法主要以期末闭卷考核为主，其中期末考试成绩50%，实验成绩40%，平时成绩10%，过程考核占比较少，大量学生在考试前几天才对重点概念进行突击，而在课堂教学过程中对细节知识点重视程度不够，没有深刻理解知识点应用。

1.4 教学模式

传统课堂以大班教学模式为主，以往《水力学》课程三个班级一起上课，学生人数达100人以上，学生人数多，教师课堂管理很难照顾到每一个学生，学生课堂参与度不高，学习缺少主动性，工程案例讨论时，教学效果较差。

2.课堂教学改革实施方案

基于以上原因，从教学内容、教学方法和考核方式等方面对《水力学》课程进行课堂教学改革，逐步提高学生的学习热情、提高学生的应用能力和持续发展能力。

2.1 教学内容改革方案

本轮讲授过程中重新梳理教学内容，归纳总结教材中各章节的相通之处，减少相似知识点的讲授时间，增加工程应用方面的学习时长。同时为了提高学生的应用能力，本轮教授过程中，每个知识点都增加了相应的工程实例，更好地实现理论与实践相结合。另外由于学时的限制，有些需要了解且较简单的内容，不在课堂上进行讲授，通过课前布置任务，课上随机抽查的方式来完成教学，这样既培养了学生自主学习、独立思考的能力，同时也调动了学生的学习热情。具体总结如下：

2.1.1 重新梳理教学内容，归纳总结教材中各章节的相通之处，减少相似知识点的讲授时间。例如：计算作用于平面上的静水压力有两种方法，一种是解析法，另一种是图解法，其中图解法用到静水压强及其特性，所以将静水压强与计算作用于平面上静水压力结合起来讲解；对于孔口、管嘴出流与有压管流的水力计算，与能量方程应用联系紧密，在讲解能量方程应用时与孔口、管嘴出流融合起来。学生在学习时也能更好地将理论与实践结合起来，更好地提高学生利用水力学所学习的基本知识和技能解决工程相关问题的能力。

2.1.2 重要知识点增加工程案例，收集整理各种水利工程中与水力学有关的案例，将原来教材中学习的理论知识与工程案例相结合，实现理论向实践转变。例如，教材中讲到圆管流量计算的例题，同学们对题目的应用场景比较难理解，如果将题目改成是施工现场有一个圆柱形水缸，体积可计算，问水缸多长时间放满，这样学生有了比较感性的应用场景，能将生活、工作中遇到的实际问题运用科学工程知识来解决，使学生获得学习兴趣，既能吸引学生的注意力，又提高了学生解决实际问题的能力。

2.1.3 让学生成为学习的主人，在满足教学大纲要求知识点的前提下，对学生需要掌握的知识点进行重点讲解，对于要求学生了解的知识点，如孔口与管嘴出流、明渠非均匀流基本概念及水面曲线分析，不再在课堂上讲解，而作为自学的内容让学生自学，在课堂上进行随机抽查。对于需要学生熟悉的知识点，例如压强的计算标准和度量单位、液柱式测压计，液体的相对平衡，梯形断面渠道的水力最优断面等内容，教师教授完理论知识后把学生分成若干小组，每一小组分配一个知识点，由小组全体成员共同学习、讨论并制作相关内容的课件，从相关小组随机抽取一名学生向全体同学讲解，并根据其讲解情况，进行无记名评分。通过这种翻转课堂的形式丰富课堂教学内容。

2.2 教学方法改革方案

打破以往课堂教学以教师灌输为主的教学方法，引入启发式、讨论式等教学方法，课堂前期向学生抛出与本节课重点内容相关的问题，提高学生的注意力；课堂中期通过严谨的教学设计一步一步拨开解决课前提出问题的核心知识点，加深学生对知识点的理解，同时也能提高学生的应用能力；课堂后期通过设置练习题，检验学生学习成果，让学生了解自身的不足。通过教学方法的改革，逐步形成“问、学、检”的课堂教学方法，同时增加课堂讨论，能兼顾到学生的课堂表现，提高课堂授课质量，增强学生学习兴趣和学生实践应用能力[2]。具体实施过程如下：

图1 教学法实施步骤

2.3 考核方式改革方案

本轮《水力学》课程考核增加过程考核比例，规避“突击通过”。成绩考核分三部分：期末考试成绩：（占50%），实验成绩：（占20%），平时成绩（占30%）：测试10%、项目考核15%、作业5%。通过多种考核方式的结合，能更好地达成教学目标。具体实施步骤如下：

开学第一周，向学生公布本课程的考核方式及相应比例。本课程采用期末考试成绩+平时成绩+实验成绩相结合的考评法，三部分比例为5∶3∶2，突出平时考核所占的比例。增强学生对平时课堂学习的重视度，提高学生的课堂参与度。

在平时考核过程中，以课后作业、其中测试、项目考核（完成老师分配的某一具体工程案例）为主，其中，作业以与每一章理论知识相关的模拟案例为主，需要学生结合所学的理论知识及查找资料进行求解；设置期中考试，并将期中考试成绩按一定比例计入总成绩，目的为进一步督促学生加强《水力学》后续课程的学习；项目考核包括3～5个不同的工程情境案例，综合考虑工程案例完成情况，给出案例计算成绩。在平时成绩考核中，主要考查学生在任务完成过程中的计算、软件操作、团结协作、表达等能力，并给予成绩评定，提高了学生对每节课堂学习的重视程度。

在实验考核过程中，以学生对实验原理的理解程度、实验操作的规范性和熟练程度、实验结果的准确性，给予成绩评定。

期末考试采取闭卷形式进行考试，增加学生的重视程度，试卷中增加与实际工程相关的计算题、综合题等主观题的比重，重点考核学习对水力学基本概念的理解和解决实际工程问题能力。考试结束后，教师要对学生期末试卷进行试卷分析，总结其中的难易程度，针对错题率较高的题型进行重点分析，总结其中的原因，为下一轮授课提供参考依据。

2.4 教学模式改革方案

小班授课，减少不必要的课堂管理时间，在课堂工程案例讨论时，学生学习兴趣浓厚，大部分学生主动参与课堂，主动思考，跟上教师的课堂教学节奏；教师也能照顾到大部分学生的学习状态，适时地调整教学内容、教学方法；小班授课不仅培养了学生学习热情，同时推动教师教学内容和方法的改革[3]。

3.课堂教学改革阶段性成果

本次《水力学》课堂改革对象：19级水利水电工程专业1-3班所有学生（共计101人），通过与18级水利水电工程专业1-3班学生（108人）《水力学》总成绩对比图（如图2）可知：19级学生的总成绩优良率均高于18级学生，不及格率及69分以下的学生比例均低于18级学生，同时19级水利水电专业学生总成绩分布呈正态分布趋势，说明在课堂教学改革方案的实施下，学生对《水力学》课程知识的掌握情况得到了显著提高。

图2 18、19级《水力学》总成绩对比分析图

学生对课程教学设计方面的满意度评价（如图3）：此方面问题共10项，学生对本课程教学设计的满意度平均值为 95.14。其中，学生对生动案例或真实情景教学、课堂气氛活跃等问题的满意度较高，达到95.36以上；学生对课内外教学环节综合设计、创新能力培养满意度相对较低，低于95%。

图3 学生对课程教学设计中 10 项内容的满意度调查

学生对课程学以致用方面的满意度评价（如图4）：调查对象是我校2017～2019级水利水电专业学生，从图中可以看出学生对本课程学以致用的满意度逐年提高，其中2019级学生对《水力学》课程学以致用的满意度高达97.52%，说明课堂教学改革有效支撑我校培养应用型人才目标达成，更加注重知识、能力、素质培养，提高学生的应用能力。

图4 各级学生对学以致用的满意度调查

4.结论及建议

4.1 结论

《水力学》课程作为水利水电工程专业的四大基础课之一，是学生学习专业课和后续从事本专业工作的基础桥梁。本课程通过教学方法、教学内容、考核方式、教学模式等方面进行课堂教学改革，加深学生对知识点的理解和掌握，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力，培养学生自主学习能力，提高学生课堂参与度和学习兴趣，为日后学生的学习和工作打下了良好的基础。

4.2 建议

从课堂教学层面来提升学生的应用能力，需要学校、教师及学生共同努力，《水力学》课程的很多知识点很抽象，通过简单的讲解很难使学生深刻掌握，日后可利用校内即将建成的BIM仿真实训中心模拟现场教学，使学生更加直观地了解水流的运动规律；同时可以多组织些水工模型设计竞赛，让学生结合所学知识，开发创新思维，自己动手参与模型设计，为学生营造良好的科研环境氛围；另外，在消力池、渠道等章节讲解时，可带领学生参观实际的各种水工建筑物，变抽象为实际，使学生在学习这些章节时能有的放矢[4]。日后还需不断地完善《水力学》课堂教学设计，不断地激发学生的学习热情和创造性，切实地提高学生的应用能力。