基于“专创融合”的《水力学》教学改革与研究

2022-10-18韩淑新付敦

创新创业理论研究与实践 2022年18期

韩淑新，付敦

（宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州 234000）

研究创新教育与专业教育协同发展，提高专业教育与创新教育的广度和深度，改革“双创”教学体系，是近年高等教育着力解决的重点和难点[1]。基于应用型本科高校的定位及人才培养目标，则更应将专业教育与创新教育有机结合，为应用型本科高校毕业生的高质量就业提供助力[2]。对于应用型工科本科毕业生而言，对力学知识的理解和运用能力将直接影响学生创新创业能力[3]。

《水力学》是土木工程、水利工程、给排水工程、市政工程等工科专业课程结构中非常重要的专业基础课。其公认的课程特点为：研究对象抽象、理论推导复杂、计算公式繁多等，虽然《水力学》的定位是专业基础课，实则在工程中应用广泛。因此，在传统教学的基础上融入创新创业教育，将有助于提高《水力学》课程教学效果，更有助于培养应用型人才[4-5]。

1 课程特点及存在的问题

学生对水并不陌生，然而当面对自然界及水利工程中实际的复杂多变的水流现象时，学生的认知则是模糊的。从课程体系分析，《水力学》课一般安排在第三学期，虽然学生已具备了一定的高等数学和物理基础，但对专业的系统认知和理解还不足，不能很好地进行课程间的链接。基于《水力学》的课程特点，目前“纯理论教学+验证性实验”依然是授课的主导模式，现有理论、实验教学方式及考核形式难以适应“双创”能力的培养，也不符合应用型本科高校的培养目标[6-7]。

2 分层次课堂教学设计体系

完整的课堂教学设计体系应包括教学目标设计、课程内容设计、学法教法设计、教学环境设计等。首先，教学目标要明确，基于“专创融合”的教学目标应以记忆和理解为基础，以应用和分析为提高，以评价和创造为最终目标[8]，结合课程内容，建立《水力学》“专创融合”教学目标如表1所示。

表1 基于“专创融合”的层次教学目标

其次，课程内容和授课方式是完成课程目标的主要途径，《水力学》课程理论内容较多且杂，各章节均涉及新的概念、新的理论和新的公式。基于课时安排和学生基础，在保证基本讲授内容的基础上弱化公式理论推导，将更多的课时留给学生和互动创新[9]。

在绪论课中，首先引入某设计院需完成在既定河流上设计一座水闸的工程任务，引导学生思考需要解决的水力学问题，也可明确本课程与前后课程之间的关系，进而使学生形成工程应用理念。水静力学内容可引导学生基于静压传递原理设计测量不同液体密度的装置，以此激发学生创新思维。水动力学和流动阻力内容具有很强的理论性，涉及很多重要公式，是后续章节的重要基础，在课程中可引导学生绘制思维导图，思维导图是表述大脑思维的一种可视化图解工具[10]，通过课前初绘、课上补充、课后整理激发学生对理论内容的思考和探讨，学生可以最大限度地发挥自己的想象力和创造力。后续章节中的压管道流动、明渠流动、堰流及闸孔出流、水流衔接与消能等内容本身就是水力学在不同类型水利工程中的应用，在学生已掌握基本理论内容的基础上，通过翻转课堂提高教学质量，培养学生自主思考、自主学习的能力。同时后续章节在学习过程中以实际工程为依托[11]，教师通过实习基地、科研项目、校企合作等方式收集实际案例，学生也可通过社会实践收集案例，让学生在解决问题的过程中了解专业性质和行业需求，获得学习的成就感，进而提高学生的整体思维能力和动手创新能力。基于“专创融合”的课程体系如表2所示。

表2 基于“专创融合”的课程体系

3 互动式实验教学体系

实验教学是《水力学》课程教学中必不可少的组成部分，通过实验既可巩固理论知识，又可培养学生团队协作能力、动手能力、分析与解决问题能力[12]。将传统以验证性实验为主的实验方式改革为师生互动体系、教学和科研互动体系，可以充分调动学生主动思考的积极性，有利于激发学生的创新思维和求知欲（如图1所示）。

图1 互动式实验教学体系

实验前先由教师提出问题，并说明已有实验设备和仪器，由小组讨论问题并经分析提出初步的实验过程设计，进而由教师和学生共同确定实验方案，最后由学生对实验内容进行具体操作，在师生互动体系下将验证性实验转换为探索性实验。在此过程中，让学生成为实验教学过程中的主导者，提高学生的有效参与度。

结合课题组正在进行的相关科研实验深入开展实验教学，建立教学和科研互动体系。如参与某水闸下游消能设施模型实验中，将书本描述的消能措施形象化，通过调整护坦高程，观察下游水深，进而思考控制水跃的因素。在此过程中，学生可以接触书本以外的知识，让学生对水力学在工程中的实际应用有了亲身体会，可以培养学生的工程素养。

4 多元化课程考核体系

课程考核是保证教学质量、检验学习效果的有效手段之一，改革传统以考试为主的考核方式对提高教学质量和培养创新型人才具有重要意义[13]。基于《水力学》课程的特点和在人才培养方案里的重要性，综合考虑学生背景，对考核形式进行改革，以考核学生基本专业能力和创新思维能力为根本，提出“专注过程考核、创新考试内容”的课程考核体系。学生通过多元的课程考核克服困难、突破自我，可促进“双创”能力的提高。

专注过程考核，将平时成绩的构成由传统的“考勤（40%）+作业（40%）+实验（20%）”，改革为“作业（含实验报告，40%）+课堂积分（40%）+创新（20%）”。首先，平时作业采用自制视频提交，学生通过手机自拍解题过程，将已掌握的知识形象化，避免单一作业抄袭及被动性，教师也可根据学生的视频反馈了解到学生的实际情况。其次，鼓励学生通过课上和课后为自己积分，如课前参与小组导读、课上积极主动回答或提出问题、课后总结知识点并分享给同学或教师等，授课教师根据实际情况为学生进行积分。最后，为激发学生创新思维、鼓励学生参与创新创业类项目，凡提出创新项目书或参与大学生创新创业项目等均可获得此项成绩，实现理论知识内容与创新创业融合和联动，满足学生的成就感。

创新考试内容，通过丰富试卷内容综合考查学生的学习效果。设立不同的题型，如填空、选择题，以考查学生基础知识掌握为主；简答题可引导学生建立沿程水头损失计算、“三大方程”间关系等不同知识点的思维导图，综合考查学生对章节整体的把握能力和思维活跃能力；计算题目实行“真题真做”[14]，根据校企合作，将真实项目作为课程考核计算题目，题目可逐年更新，避免学生通过搜寻题库及以往经验机械套用公式进行计算。