《水力學(xué)》課程“123教學(xué)模式”的探索與實(shí)踐

何文學(xué)，陳冬云，李東風(fēng)，馮建江，吳婉玲

(浙江水利水電?？茖W(xué)校，浙江 杭州 310018)

《水力學(xué)》是研究液體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其工程應(yīng)用的一門科學(xué)［1］，是水利、土木、環(huán)境、機(jī)械、熱能、化工、礦山、冶金等諸多專業(yè)都需要掌握的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，也是許多工科專業(yè)的核心課程，是學(xué)生專業(yè)能力形成及其職業(yè)崗位任職能力發(fā)展必不可少的依托.無論學(xué)生從事何種與專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)工作，水力計(jì)算能力都是其職業(yè)能力的重要組成部分.因此，構(gòu)建適合高職層次的《水力學(xué)》課程教學(xué)模式，是課程教學(xué)改革的必然要求，也是教學(xué)實(shí)踐中常談常新的話題.

1 “123教學(xué)模式”概述

水力學(xué)基本原理、工程水力學(xué)、水力實(shí)驗(yàn)原理是水力學(xué)課程的三大組成部分，其關(guān)注的重點(diǎn)各有不同和側(cè)重.水力學(xué)基本原理又包括流束理論和流場理論兩個(gè)理論體系，工程水力學(xué)更是針對不同專業(yè)方向與不同培養(yǎng)層次，有諸多內(nèi)容可供選擇.面對《水力學(xué)》課程龐大的體系、諸多的內(nèi)容以及“概念多、公式多、系數(shù)多、計(jì)算繁難”的特點(diǎn)，必須根據(jù)高職特點(diǎn)與專業(yè)培養(yǎng)要求，對課程體系進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，對課程內(nèi)容進(jìn)行合理取舍.其中，《水力學(xué)》課程“123教學(xué)模式”突出了“職業(yè)能力培養(yǎng)”，是值得進(jìn)一步研究與探索的課程教學(xué)模式.

123教學(xué)模式是指“一個(gè)理論基礎(chǔ)、兩個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用、三項(xiàng)職業(yè)技能”的高職水力學(xué)課程教學(xué)模式.“一個(gè)理論基礎(chǔ)”是指流束理論基礎(chǔ)，“兩個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用”是指有壓管道恒定流與明渠恒定均勻流的工程應(yīng)用，“三項(xiàng)職業(yè)技能”是指水流現(xiàn)象分析技能、簡單水力計(jì)算技能、基本水力要素量測技能.

2 “123教學(xué)模式”的特點(diǎn)

2.1 “一個(gè)理論基礎(chǔ)”踐行“必需、夠用”原則

水力學(xué)理論基礎(chǔ)包括“流束理論”和“流場理論”兩個(gè)體系.作為高職層次，限于學(xué)生的實(shí)際水平與學(xué)時(shí)，考慮到職業(yè)崗位的實(shí)際工作需要，舍棄“流場理論”，只講“流束理論”，以滿足工程實(shí)際中常見水力計(jì)算的應(yīng)用需要.同時(shí)，也使得“以流束理論為基礎(chǔ)，以實(shí)際工作需要為目標(biāo)”的水力學(xué)課程教學(xué)基本理論的選擇有了明確的方向.

2.2 “兩個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用”強(qiáng)調(diào)職業(yè)崗位的實(shí)際工作能力

工程水力學(xué)強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際問題，自然成為學(xué)生職業(yè)崗位必需的教學(xué)內(nèi)容，是學(xué)生完成實(shí)際工作任務(wù)能力的重要體現(xiàn).為此，在教學(xué)內(nèi)容安排方面，所占學(xué)時(shí)比例較大，而且以明渠水力學(xué)與管道水力學(xué)中的基礎(chǔ)內(nèi)容(恒定流內(nèi)容)為教學(xué)重點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)生的水力計(jì)算能力.舍棄流場理論與相對較難而應(yīng)用較少的非恒定流問題.

2.3 “三項(xiàng)職業(yè)技能”提升學(xué)生的實(shí)際工作能力

“水流現(xiàn)象分析技能、簡單水力計(jì)算技能、基本水力要素量測技能”在實(shí)際工作中各有應(yīng)用和側(cè)重，三者互相補(bǔ)充、互相依賴.水文測驗(yàn)、水工設(shè)計(jì)、工程施工等實(shí)際工作，都會涉及到這三方面的技能.而三項(xiàng)水力學(xué)技能在某種程度上是其工作熟練程度、勝任程度的重要標(biāo)志.因此，“三項(xiàng)職業(yè)技能”就成為提升學(xué)生實(shí)際工作能力的重要支撐.

2.4 “123教學(xué)模式”有利于學(xué)生可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)

考慮到部分學(xué)生可能參加自學(xué)考試、3+2專升本或后續(xù)深造等情況，對水力學(xué)課程中基于微積分的內(nèi)容還應(yīng)有適當(dāng)介紹，以建立微小流束過渡到總流的思想，為后續(xù)進(jìn)一步提升水力學(xué)層次奠定基礎(chǔ).此外，對一些水力學(xué)課程發(fā)展的前沿性問題或?qū)嵱眯录夹g(shù)，穿插在教學(xué)內(nèi)容中介紹，以開闊學(xué)生視野，促進(jìn)學(xué)生成長，并為今后從事開創(chuàng)性專業(yè)工作打基礎(chǔ).比如，隨著水環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，有利于生態(tài)環(huán)境修復(fù)的生態(tài)水力學(xué)應(yīng)運(yùn)而生.利用生態(tài)水力學(xué)原理控制渠道滋生雜草技術(shù)、引水口不引進(jìn)釘螺技術(shù)等，都在明渠恒定均勻流渠道設(shè)計(jì)中予以補(bǔ)充.對學(xué)有余力的同學(xué)，鼓勵其應(yīng)用計(jì)算程序完成相對簡單的水力計(jì)算，為后續(xù)學(xué)習(xí)與將來工作提供強(qiáng)有力的水力計(jì)算能力支撐.

3 “123教學(xué)模式”實(shí)施要點(diǎn)

3.1 根據(jù)課程性質(zhì)與任務(wù)，探索“教－學(xué)－做一體化”模式

技術(shù)基礎(chǔ)課的性質(zhì)與緊密聯(lián)系工程實(shí)際的特點(diǎn)，使得《水力學(xué)》課程的內(nèi)容豐富、應(yīng)用范圍廣，而課程概念又比較抽象，尤其是系數(shù)與經(jīng)驗(yàn)公式變化多.教學(xué)過程中，應(yīng)以職業(yè)能力培養(yǎng)為立足點(diǎn)，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)與學(xué)生的實(shí)際水平，合理取舍教學(xué)內(nèi)容，綜合應(yīng)用教學(xué)方法，靈活運(yùn)用教學(xué)手段，使抽象概念能聽懂，各類公式會應(yīng)用，不同邊界條件下的相關(guān)系數(shù)會查找，基本水力計(jì)算方法能掌握，突出“教與學(xué)”.至于“做”的環(huán)節(jié)，則主要依托實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)基地，分以下三個(gè)層次實(shí)施.

(1)依托水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室與水利仿真實(shí)驗(yàn)室，開展以學(xué)生為主的課程實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn).

(2)依托與科研機(jī)構(gòu)共建共享的試驗(yàn)基地，鼓勵和引導(dǎo)少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生參與校外實(shí)踐指導(dǎo)教師的工程試驗(yàn)項(xiàng)目，協(xié)助教師完成少量的水力要素測試任務(wù).

(3)以學(xué)校附近的、建成并投入運(yùn)行的水利工程項(xiàng)目為原型，設(shè)計(jì)水力學(xué)綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，在較好地實(shí)踐“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)理念的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了“教－學(xué)－做一體化”教學(xué)模式的嘗試.

3.2 依托優(yōu)質(zhì)教材和課程網(wǎng)站，提升教學(xué)水平和質(zhì)量

《水力學(xué)》是一門應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛的技術(shù)基礎(chǔ)課，其教材種類也相當(dāng)多.不同機(jī)構(gòu)或部門組織編寫的規(guī)劃教材或精品教材，在很大程度上滿足了目前水力學(xué)教學(xué)的需要，較好地保證了教學(xué)工作的順利進(jìn)行.但這些教材往往是在出版社或某個(gè)機(jī)構(gòu)的組織策劃下，由不同學(xué)校教師瓜分編寫，參編人員良莠不齊，存在前后內(nèi)容缺乏有機(jī)聯(lián)系、整體風(fēng)格不一、符號混亂等問題.為此，很有必要根據(jù)課程特點(diǎn)與專業(yè)需求，通過與行業(yè)或企業(yè)合作的方式，編寫具有明顯高職特色的水力學(xué)教材.此外，在信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的推動下，課程網(wǎng)站以成為學(xué)生學(xué)習(xí)、師生交流必不可少的平臺.《水力學(xué)》課程學(xué)習(xí)主頁(http://shuilixue.zjwchc.com/)就曾包括:師資隊(duì)伍、課程學(xué)習(xí)、工學(xué)結(jié)合、個(gè)人收藏、工程圖片、在線考試、動畫視頻、課程錄像、給我留言等欄目.其中，課程學(xué)習(xí)欄目中，除教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、電子教案、多媒體課件、思考題與習(xí)題等項(xiàng)目外，還及時(shí)補(bǔ)充自學(xué)考試題、綜合實(shí)訓(xùn)參考資料、計(jì)算小軟件等學(xué)生學(xué)習(xí)必需的實(shí)用資料.從整體風(fēng)格上來看，課程網(wǎng)站涵蓋了課程學(xué)習(xí)的諸多方面，又不局限于課程內(nèi)容，其建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)是力求使課程網(wǎng)站真正成為學(xué)習(xí)的得力助手.

3.3 針對不同教學(xué)內(nèi)容，靈活運(yùn)用多種教學(xué)技巧

(1)設(shè)置適宜情景，激疑導(dǎo)問

“水往低處流”，似乎是一條人盡皆知的道理.但仔細(xì)分析，是否完全正確呢?如果不正確，應(yīng)該怎么表述才對?帶著這個(gè)問題講解能量方程，學(xué)生就有興趣聽.并通過引導(dǎo)學(xué)生思考，解決能量方程的應(yīng)用問題.“千里長堤，潰于蟻穴”，請同學(xué)們思考真的是小小的螞蟻洞讓大堤不堪重負(fù)?還是螞蟻洞的存在，引起了滲流水力要素的變化，從而引發(fā)工程事故.

(2)選擇適當(dāng)物理問題，競猜遐想

引入“靜水奇象”這個(gè)物理問題，請同學(xué)展開想象，猜想原因.當(dāng)學(xué)生掌握了曲面靜水總壓力的求解方法之后，再認(rèn)識“靜水奇象”問題，似乎水到渠成.利用著名的“阿基米德與王冠”故事，引導(dǎo)學(xué)生完成多向曲面(如球面)壓力體的繪制.

(3)依托水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

“恒定流”與“非恒定流”是最基本的水力學(xué)概念.從水箱水位變動情況下，孔口出流射程遠(yuǎn)近可直觀感受“恒定流”與非恒定流”的不同.可提醒學(xué)生及時(shí)去水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，利用明渠水槽及堰閘模型，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，演示并觀察恒定流和非恒定流現(xiàn)象.

(4)聯(lián)系生活實(shí)際，概念類比

描述液體運(yùn)動的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法，也是籃球比賽中挑選運(yùn)動員的教練員和記分員采取的工作方法.挑選運(yùn)動員的教練員和記分員的工作任務(wù)不同，觀看同一場比賽時(shí)采用的工作方法自然不同.將油和水同時(shí)潑到地上，那個(gè)流的比較快，說明那個(gè)抵抗剪切變形的能力小，粘滯性就小.這一點(diǎn)，正好與人用手摸油和摸水的粘性感覺一致.諸多的水流概念分類，是學(xué)生理解的難點(diǎn).可從每個(gè)人的性別、籍貫、民族、血型、膚色、生長地域等不同分類角度去比照理解，一元流、恒定流、均勻流、急變流等概念的理解似乎就容易多了.

3.4 針對課程特點(diǎn)，突出重點(diǎn)、分散難點(diǎn)

水力學(xué)課程的特點(diǎn)是“三多一難”，即概念多、公式多、系數(shù)多、計(jì)算繁難.為此，在課程教學(xué)過程中，必須根據(jù)課程特點(diǎn)，兼顧高職學(xué)生的知識基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)目的性，突出重點(diǎn)，分散難點(diǎn).比如，在授課過程中盡可能簡化復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，盡可能用通俗的語言或舉例闡釋水力學(xué)概念，重點(diǎn)講解水力計(jì)算公式的應(yīng)用范圍與計(jì)算技巧，包括公式中相關(guān)系數(shù)的查圖、查表技巧.對水力計(jì)算方法則采用例題演示、課堂練習(xí)、課后作業(yè)的“三步走”方式.在學(xué)生自主練習(xí)的基礎(chǔ)上，逐步掌握.在綜合實(shí)訓(xùn)階段，要求學(xué)生完成以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景的典型水力計(jì)算.其中，對水力計(jì)算的基本方法試算——圖解法、查圖法必須講解透徹，并要求學(xué)生掌握.但在計(jì)算機(jī)技術(shù)已相當(dāng)普及的今天，如果還局限于只介紹試算法、圖解法、查圖法等傳統(tǒng)方法，顯然是不合時(shí)宜的.課堂教學(xué)和綜合實(shí)訓(xùn)中必須引入電算解法，這是大勢所趨、與時(shí)俱進(jìn)的必然選擇.課堂上，可以鼓勵學(xué)生自己開發(fā)應(yīng)用程序或利用EXCEL的計(jì)算功能完成水力學(xué)習(xí)題.教師也可將自己開發(fā)和收集一些常用電算程序提供給學(xué)生使用，教會學(xué)生利用這些程序完成一些基本的水力計(jì)算.必須強(qiáng)調(diào)，盡管提供了電算解法和程序，但對學(xué)生而言，仍然要求首先掌握傳統(tǒng)的計(jì)算方法，并用傳統(tǒng)方法完成適當(dāng)數(shù)量的作業(yè)和綜合實(shí)訓(xùn)，不能單純以電算解法完成作業(yè)或綜合實(shí)訓(xùn).因?yàn)?，傳統(tǒng)解算方法對掌握水力計(jì)算思路與脈絡(luò)必不可少.

3.5 重視課程教學(xué)的過程管理，探索多種考評方式

教師必須牢固樹立過程精品意識，重視課程教學(xué)的過程管理.切忌“上課照本宣科、課后不聞不問、期末考試定終身”的教學(xué)態(tài)度.課堂上，要根據(jù)學(xué)生的課堂反應(yīng)及時(shí)調(diào)整講課速度;適當(dāng)采用課堂提問、課堂討論等方式活躍課堂氣氛;設(shè)計(jì)難易適度的課堂小測驗(yàn);設(shè)計(jì)由易到難、梯度合理的課程作業(yè);提倡并鼓勵學(xué)生利用電算程序驗(yàn)證習(xí)題解算的正確性;提倡并鼓勵學(xué)生建立興趣小組，開展討論學(xué)習(xí)與研究式學(xué)習(xí).以上幾方面教學(xué)環(huán)節(jié)的綜合，是評定學(xué)生平時(shí)成績的基礎(chǔ).至于期末考試，最好能依托試題庫，采用隨機(jī)方式抽取試題，以嚴(yán)肅、公正的考試過程，檢驗(yàn)學(xué)生一學(xué)期的學(xué)習(xí)成效.只有極探索多種形式的學(xué)生成績考評方式，才能比較全面公正地評價(jià)每位學(xué)生的課程學(xué)習(xí)成效.

3.6 多種教育手段并用，創(chuàng)造“虛實(shí)結(jié)合”的課程教學(xué)環(huán)境

水力學(xué)課程的研究對象是以水為代表的液體，而“水無常形”的特征從客觀上要求針對不同工程實(shí)際情況，演示不同水流特征.只有運(yùn)用現(xiàn)代教育手段，才能使學(xué)生看到運(yùn)動的水流，聽到潺潺的水聲，并且使不少抽象的概念形象化，枯燥的理論因動畫演示而變得生動有趣、易于理解.比如，流束理論的基本概念——流線，本身是為形象理解與分析水力學(xué)問題而引入的概念，但借助多媒體課件就能形象地演示流線的變化過程.Flash制作的雷諾試驗(yàn)過程清晰地反映了不同流速引起的不同流態(tài)，較之以往傳統(tǒng)的講解直觀了許多.依賴水擊試驗(yàn)視頻，使眼睛看不見的水擊波(彈性波)通過小燈泡的明暗變化，形象地演示出了傳播過程.實(shí)際上，許多微觀的水力學(xué)現(xiàn)象與一些作圖過程(如壓力體繪制過程等)都可以借助動畫技術(shù)得到形象化的演示.潺潺水聲、溪流淙淙，這是傳統(tǒng)的粉筆黑板教學(xué)難以達(dá)到的境界.而網(wǎng)絡(luò)平臺的運(yùn)用，更是極大地豐富了課程內(nèi)容.比如，課程主頁中大量的水利工程圖片、視頻等資源，在豐富教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，也給學(xué)生以視覺沖擊.學(xué)生會從心底里認(rèn)識到:水利人是偉大的，建設(shè)的水利工程更是偉大的.這對鞏固專業(yè)思想、開拓專業(yè)視野有極大的好處.

4 結(jié)語

受傳統(tǒng)教育思想與教學(xué)習(xí)慣的影響，《水力學(xué)》課程與其它諸多的大學(xué)課程一樣，通常表現(xiàn)為“老師講、學(xué)生聽”.老師總是盡其可能地向?qū)W生灌輸大量的知識，并力求將每一個(gè)細(xì)節(jié)問題都講清楚.但學(xué)生的領(lǐng)受能力各不相同，這樣的教學(xué)方法未必能達(dá)到預(yù)期的效果.尤其是在社會環(huán)境趨于多元，各種信息鋪天蓋地的時(shí)代，學(xué)生獲取知識的途徑比較多，而學(xué)生的思想狀況也趨于多樣，重構(gòu)課程體系與探索教學(xué)模式自然就成為教學(xué)改革的熱點(diǎn).在教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上逐步形成的、以配套教材為支撐的《水力學(xué)》課程“123教學(xué)模式”較好地適應(yīng)了當(dāng)前高職教育的形勢，其鮮明的特點(diǎn)與當(dāng)前學(xué)生的實(shí)際狀況以及《水力學(xué)》課程的特點(diǎn)相吻合，實(shí)施要點(diǎn)明確了教學(xué)中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)與適宜的方法，源于課程教學(xué)實(shí)踐的教學(xué)模式較好地體現(xiàn)了《水力學(xué)》課程的改革方向，也取得了一定的實(shí)際效果，值得更多的教師在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索和研究.

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