“工程水文學(xué)”選修課程教學(xué)方法探討

楊海清?周小平

摘要：根據(jù)土木工程專業(yè)“工程水文學(xué)”選修課程的特點，針對學(xué)生學(xué)習(xí)積極性低，教學(xué)效果差等問題，從教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容上探討了“工程水文學(xué)”課程教學(xué)模式。教學(xué)實踐表明，讓學(xué)生編程完成課后作業(yè)的方式能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增加課件中圖片和工程實例講解可以增強教學(xué)效果，引導(dǎo)式和互動式課堂教學(xué)可以使學(xué)生更大程度地參與到課堂教學(xué)中來，實踐環(huán)節(jié)對學(xué)生掌握課程內(nèi)容有著不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：工程水文學(xué)；教學(xué)模式；教學(xué)改革；實踐環(huán)節(jié)

作者簡介：楊海清（1983-），男，江西瑞金人，重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，講師；周小平（1970-），男，江西贛州人，重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，教授。（重慶 400045）

基金項目：本文系長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃（項目編號：IRT1045）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0123-02

“工程水文學(xué)”是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。工程水文學(xué)這門課程幾乎涉及陸地水文專業(yè)所有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，如水文學(xué)原理、水文測驗學(xué)、橋涵水文、水文預(yù)報、水文分析與計算等。通過學(xué)習(xí)“工程水文學(xué)”這門課程，學(xué)生能系統(tǒng)掌握河川徑流形成過程、水文信息采集與處理、橋涵孔徑設(shè)計、橋位沖刷計算、設(shè)計年徑流和設(shè)計洪水等基本原理與方法，提高分析和解決實際工程水文問題的能力，為土木工程施工與設(shè)計中遇到的水文相關(guān)工作提供理論保障。

人們?yōu)榱烁浞值乩盟Y源，同時盡可能降低洪水、干旱、水污染等災(zāi)害的影響，建造了大量的涉水工程，包括水利水電大壩、橋梁、涵洞等，這些涉水土木工程從興建到運行過程中都要經(jīng)歷規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)及運營管理三個階段，并且每個階段都與水文情勢密切相關(guān)。工程水文學(xué)就是將水文學(xué)的基本原理和方法應(yīng)用于土木工程設(shè)計與施工中的一門基礎(chǔ)課程。因此，掌握工程水文學(xué)基本原理對優(yōu)化涉水工程的合理施工，促進工程與自然環(huán)境的和諧發(fā)展具有重要的推動作用。

然而，經(jīng)過一段時期以來的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，相對于其他土木工程專業(yè)主干課程，學(xué)生似乎不重視“工程水文學(xué)”這門課程，他們的學(xué)習(xí)積極性低，學(xué)習(xí)效果差。根據(jù)筆者近幾年來的教學(xué)經(jīng)驗，目前土木工程專業(yè)“工程水文學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容體系和人才培養(yǎng)模式等方面還存在著課程內(nèi)容體系與土木工程實踐聯(lián)系不夠緊密、教學(xué)手段單一、課程實踐環(huán)節(jié)比重小、課程考核方式單一化等問題。鑒于此，本文對土木工程專業(yè)“工程水文學(xué)”這門課程的教學(xué)模型進行探索，提出一些有益的教學(xué)方法，從而使本課程更好地服務(wù)于土木工程專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)知識的培養(yǎng)。

一、土木工程專業(yè)“工程水文學(xué)”課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的若干問題

雖然國內(nèi)外許多高校為土木工程專業(yè)的本科生開設(shè)了“工程水文學(xué)”這門課程，但是由于開設(shè)的時間不長，筆者承擔(dān)了“工程水文學(xué)”這門課程的教學(xué)任務(wù)。經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)按照以往的教學(xué)模式很難上好該課程，主要的問題有以下幾點：

1.學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，課程教學(xué)內(nèi)容枯燥

課程課堂授課學(xué)時不斷減少，任課教師為在有限課時內(nèi)最大限度地傳授知識，通常采用灌輸式的教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生積極思考能力得不到很好地培養(yǎng)，創(chuàng)新能力較差。另外，不同專業(yè)的授課內(nèi)容和重點應(yīng)有所側(cè)重，土木工程專業(yè)授課內(nèi)容應(yīng)當(dāng)結(jié)合土木工程實踐。但是，目前各專業(yè)的課程內(nèi)容體系有“同一化”的趨勢，授課內(nèi)容和重點基本一致，沒有針對各專業(yè)的特點制定符合各專業(yè)特色的課程教學(xué)大綱。筆者在授課過程中就有不少工民建專業(yè)的學(xué)生問“修房子和河流到底有多大關(guān)系”。

2.與其他專業(yè)課程學(xué)習(xí)時間分配上存在沖突

“工程水文學(xué)”在大部分高校土木工程專業(yè)都設(shè)置為專業(yè)選修課程，而且開課的學(xué)期都是大三上學(xué)期。眾所周知，在大三上學(xué)期土木工程專業(yè)才相繼開設(shè)專業(yè)課，甚至有些高校才開始分專業(yè)，這就導(dǎo)致大三上學(xué)期有若干門專業(yè)主干課程要同時開設(shè)，如“結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“混凝土設(shè)計原理”和“土力學(xué)”等。相比而言，學(xué)生們更加重視這些專業(yè)主干課程，他們把絕大部分時間和精力都放在了這些課程的學(xué)習(xí)上。因此，“工程水文學(xué)”作為一門選修課程，在學(xué)習(xí)時間分配上處于非常不利的地位，如果不增加課程的趣味性，教學(xué)效果將更加糟糕。

3.學(xué)生實踐環(huán)節(jié)少

“工程水文學(xué)”是一門實踐性很強的課程，但是大部分高校采用完全講授的形式，缺少實踐環(huán)節(jié)。有少部分高校采取了演示實驗的形式，但是收效甚微。實際教學(xué)過程中除了實驗以外，還有其他增強實踐性的手段可以用，例如讓學(xué)生編程解決課后水文計算問題。總之，土木工程專業(yè)工程水文學(xué)課程學(xué)時明顯偏少，不利于學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，實踐應(yīng)用能力不強，且學(xué)生應(yīng)用軟件和新技術(shù)解決實際問題的能力普遍較差。

二、課程教學(xué)新模式探索

教學(xué)方法是教師和學(xué)生為了實現(xiàn)共同的教學(xué)目標(biāo)，完成共同的教學(xué)任務(wù)，在教學(xué)過程中運用的方式與手段的總稱。[1]筆者經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性為教學(xué)指導(dǎo)思想，探索了以下幾點課程教學(xué)新模式：

1.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，突出水文學(xué)在土木工程中的應(yīng)用

“工程水文學(xué)”面向的工程對象主要是水利工程，作為土木工程專業(yè)開設(shè)的課程應(yīng)當(dāng)有所側(cè)重的調(diào)整工程水文學(xué)的教學(xué)重點內(nèi)容。傳統(tǒng)的水文學(xué)課程主要包括：水文循環(huán)與河川徑流、水文觀測與資料整理、水文預(yù)報原理與方法、水文統(tǒng)計基本原理、設(shè)計洪水推求、工程水文問題等幾個主要方面。[2-4]作為土木工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課，如果過多地講授水文學(xué)基本原理往往教學(xué)效果較差，內(nèi)容越抽象學(xué)生越不容易接受。因此，筆者試探著調(diào)整了教學(xué)內(nèi)容的重點，以32學(xué)時的課程教學(xué)為例，通常安排12個學(xué)時在講授水文循環(huán)與河川徑流、水文觀測與資料整理和水文統(tǒng)計基本原理等幾個偏原理的章節(jié)，安排20個學(xué)時用于講授工程水文預(yù)報原理與方法、設(shè)計洪水推求和工程水文問題等章節(jié)。其中，工程水文問題部分又細(xì)分為若干專題，按專題進行教學(xué)，如橋涵孔徑設(shè)計、橋下河床沖刷計算、城市水文問題和潮汐河口設(shè)計潮水位等工程問題。

2.通過讓學(xué)生編程序來激發(fā)學(xué)生動手能力

“工程水文學(xué)”有一個重要特點是這門課程用到了許多概率統(tǒng)計的知識，而概率統(tǒng)計知識相對于高等數(shù)學(xué)來說要容易掌握。本課程水文預(yù)報與計算方面大部分計算都采用了經(jīng)典的統(tǒng)計理論知識，書后也配備了習(xí)題，一般這些習(xí)題都要求學(xué)生交紙質(zhì)的作業(yè)。為了激發(fā)學(xué)生的動手能力，可以安排學(xué)生采用計算機分析軟件完成相關(guān)作業(yè)，如Excel和Matlab等。在課程成績評定過程，對積極參與程序編制的學(xué)生可以給予一些成績上的激勵。筆者在講授馬斯京干法洪水演算時，曾經(jīng)專門布置學(xué)生用Excel進行線性逼近和繪圖完成書上的例題，同時采用非線性逼近提高演算精度。這樣安排是考慮到現(xiàn)在的學(xué)生掌握計算機能力比較熟練，將經(jīng)典的計算方法用程序?qū)崿F(xiàn)出來也有利于加深其對基本原理的理解。同時，采用計算程序迎合了學(xué)生對工程計算的興趣，加大了學(xué)習(xí)的難度，增加了知識的靈活性。這種方法既適應(yīng)現(xiàn)代學(xué)科的發(fā)展，又鍛煉了學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，發(fā)揮了學(xué)生在計算機方面的特長，最終能使學(xué)生對工程水文學(xué)基本原理和計算步驟有一個深入的了解，鞏固了課堂教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)習(xí)的積極性。

3.增加圖片和工程實例，加深學(xué)生印象

本課程以課堂講授為主，基本概念、原理及計算方法的介紹占很大一部分，講課中采用傳統(tǒng)板書與現(xiàn)代化多媒體技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)手段。工程水文學(xué)的教材都比較薄，如果照本宣科地講是達(dá)不到教學(xué)目的的。如果采用圖片為主的多媒體教學(xué)手段，既可以豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，還可以把抽象的內(nèi)容圖像化，更能激發(fā)學(xué)生的關(guān)注度，加深其對知識的記憶。[5]如水文信息采集的各種儀器，可以通過圖片更直觀感知，如何采集數(shù)據(jù)時，可以加入水文站工作錄像進行講述，使學(xué)生在課堂上就能掌握實踐操作，達(dá)到較好教學(xué)效果。此外，教學(xué)課件制作時可以增加一些工程實例。教學(xué)實踐表明采用案例教學(xué)法能增強學(xué)生的應(yīng)用能力，也能加深學(xué)生的印象。例如，“橋涵孔徑設(shè)計”這一章內(nèi)容教學(xué)時，由于教材主要是敘述性的內(nèi)容和大量的經(jīng)驗公式，邏輯推理性不強，表面文字沒有什么難度，按教材宣讀不僅枯燥無味，學(xué)生根本領(lǐng)會不到這些計算公式如何使用。為此，作者嘗試通過講解做過的一些工程實例來教學(xué)，通過大量的工程現(xiàn)場圖片和設(shè)計圖紙增加了學(xué)生的印象，也使學(xué)生深刻認(rèn)識到工程水文學(xué)在土木工程設(shè)計中的重要性。

4.設(shè)置懸疑與推理環(huán)節(jié)調(diào)動學(xué)生積極性

工程水文學(xué)教材內(nèi)容沒有太復(fù)雜的公式推導(dǎo)，也沒有用到力學(xué)理論，但是卻有許多經(jīng)驗公式，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程普遍反映很不適應(yīng)。造成這種不適應(yīng)的原因是對教材內(nèi)容缺乏深入理解，不明白各章節(jié)之間的聯(lián)系。鑒于此，為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在教學(xué)過程中任課教師需要把教材內(nèi)容吃透，將若干重要的知識點精煉成幾個問題，通過問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，也就是采用引導(dǎo)式和互動教學(xué)相結(jié)合的方法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，在講解流速測量時，采用引導(dǎo)式教學(xué)，讓學(xué)生思考：天然河流中過水?dāng)嗝鎯?nèi)不同深度的流速是一樣的嗎？對于這個問題學(xué)生般能回答出一部分，回答這個問題的時候?qū)W生就會聯(lián)系起來剛學(xué)過的水力學(xué)知識，當(dāng)然最初學(xué)生的回答都不完整。于是，教師就可以進一步講解垂線流速分布規(guī)律以及其影響因素，同時把流速測試方法結(jié)合在一起，這樣就形成了一個知識點集群，便于學(xué)生掌握。由于學(xué)生也參與了知識點集群的構(gòu)建，因此，學(xué)生普遍反映對這知識點群掌握較好。另外，在課堂教學(xué)時可以布置任務(wù)給學(xué)生，要求學(xué)生自己提出問題，將課程所學(xué)知識的重點和難點說出來，引導(dǎo)其他同學(xué)主動思考，形成真正以學(xué)生為主的教學(xué)模式。

5.增加實踐環(huán)節(jié)

許多老師認(rèn)為增加實踐環(huán)節(jié)就是增加實驗，其實實踐環(huán)節(jié)包含多種形式，例如筆者曾經(jīng)組織土木工程專業(yè)學(xué)生到嘉陵江北碚水文站參觀實習(xí)，由于該水文站離學(xué)校不遠(yuǎn)，實習(xí)時間只安排了一天。實習(xí)期間邀請了水文站的工作人員講解水文站的功能和主要工作，同時，學(xué)生也親自參與了水文站流速、流量和水文測量記錄工作，參觀了水文站已有的水文資料成果，熟悉了各種測試儀器的工作原理。學(xué)生對測試工作的熱情也很高漲，甚至有部分學(xué)生提出了自己對實驗儀器的改進辦法。在實踐環(huán)節(jié)結(jié)束后要求學(xué)生寫實習(xí)報告或者在課堂上談自己的體會，任課老師通在平時成績激勵學(xué)生積極參與。

三、結(jié)語

根據(jù)“工程水文學(xué)”課程的內(nèi)容，結(jié)合土木工程專業(yè)學(xué)生的實際情況，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性為教學(xué)指導(dǎo)思想，采用激勵和引導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。筆者在2008級、2009級土木工程專業(yè)工民建、巖土、測量等方向的本科生教學(xué)實踐，獲得了較好的教學(xué)效果。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，土木工程專業(yè)培養(yǎng)方式也在不斷更新，作為教師也要與時俱進，不斷地豐富和拓展相關(guān)知識，及時把新理論和新方法傳授給學(xué)生，教學(xué)過程中力求與當(dāng)前熱點工程問題聯(lián)系起來，以求達(dá)到更好的教學(xué)效果。

參考文獻：

[1]蘭盈盈.《工程水文學(xué)》現(xiàn)代的教學(xué)方法與手段探討[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2010，（34）：35.

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[3]齊梅蘭.工程水文學(xué)[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2009.

[4]雒文生.水文學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[5]朱立，李躍忠，錢敏，等.《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學(xué)模式創(chuàng)新探討[J].東華理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011，30（1）：77-80.

（責(zé)任編輯：宋秀麗）