分類、歸納、對(duì)比法在水工建筑物教學(xué)中的應(yīng)用

李天科 王春堂 劉經(jīng)強(qiáng) 劉仲秋 王艷艷

摘 要：本文從教師和學(xué)生兩個(gè)不同角度分析怎樣才能上好專業(yè)課，對(duì)水工建筑物課程的教學(xué)內(nèi)容串聯(lián)成一條主線，分為五部分內(nèi)容：即課程地位、擋水問題、泄水問題、滲流問題、基礎(chǔ)處理問題。利用分類、歸納、對(duì)比的方法進(jìn)行綜合分析講述，使學(xué)生概念明確，思路清晰，能全局的、系統(tǒng)的理解掌握本課程內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法 歸納對(duì)比 階段回顧 水工建筑物

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）03（a）-0067-02

經(jīng)過多年的《水工建筑物》教學(xué)，從教與學(xué)的兩個(gè)不同角度，分析了怎樣才能教好專業(yè)課。

從學(xué)生的角度看，水工建筑物抽象，頭腦中沒有整體形象，內(nèi)容多，雜而亂，理論性、系統(tǒng)性不強(qiáng)。部分學(xué)生還不知道學(xué)了本課程干什么，因此可能對(duì)本課程不感興趣。

從教的角度看，本課程的邏輯性、理論性無法與數(shù)學(xué)、力學(xué)等課程相比。因此，水工建筑物教學(xué)在開課的緒論中，必須通過以往工程的重大事故和建設(shè)成就，來抓住學(xué)生的責(zé)任感和學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生知道他將來的工作對(duì)社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)及一生中要承擔(dān)的責(zé)任。這是緒論要解決的問題。

在教學(xué)中，后緒內(nèi)容與以前講過的內(nèi)容相關(guān)時(shí)，就前后對(duì)比，即分清共性與個(gè)性（差別），又復(fù)習(xí)了前的內(nèi)容，幾次反復(fù)對(duì)比后，學(xué)生概念就清楚了，最后在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中通過分類、歸納、對(duì)比等方法培養(yǎng)學(xué)生的整體性概念，增加對(duì)水工建筑物的理解與記憶。

1 分類、歸納、對(duì)比

講課中，尤其是講完本課程后，面臨考試和學(xué)生考研面試時(shí)，學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)欲望是空前高漲的，你不講他還要問你，在此時(shí)歸納總結(jié)效果更佳。本人教學(xué)中必須歸納的內(nèi)容有以下幾方面。

1.1 世界、中國、山東的建設(shè)成就歸納對(duì)比

對(duì)比世界、中國、山東省的最大水庫，不同類型的最大壩高、水庫的最大水面面積，水電站最大裝機(jī)容量，總水量、人均占用水量等指標(biāo)，看世界發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)性；中國的局部領(lǐng)先（如三峽水電站裝機(jī)容量世界第一、錦屏一級(jí)拱壩為世界最高拱壩、葛洲壩大江截流為比最大等）和存在的問題；找山東省的差距，要求學(xué)生看到水利工作者的希望和應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任，提高學(xué)習(xí)興趣和信心。

1.2 攔河壩的歸納對(duì)比

工程中常見的壩有拱壩、重力壩、砼面板堆石壩、土壩四種，它們是中高擋水建筑物，因結(jié)構(gòu)形式和材料不同，設(shè)計(jì)上有本質(zhì)的區(qū)別。

而橡膠壩不是壩（本人這樣理解），它屬于水閘的一個(gè)特類，將其劃歸到水閘等低水頭系列中對(duì)比。壩工特征對(duì)比（見表1）。

要求學(xué)生能居高臨下的根據(jù)壩址處地形、地質(zhì)、建材等條件能準(zhǔn)確判斷應(yīng)選用的壩形（即河道的上游，高山峽谷區(qū)，河床溢流適宜建拱壩、重力壩；河道中游及兩岸丘陵地區(qū)地形開闊，土料豐富，適宜建面板壩、土石壩），簡(jiǎn)單計(jì)算工程量和建筑工程費(fèi)用，并比較出哪種壩型適用且經(jīng)濟(jì)。

1.3 橡膠壩與水閘的歸納對(duì)比

1.3.1 特點(diǎn)對(duì)比

橡膠壩（H=2～5 m），水閘（H=5～10 m）均為低水頭水工建筑物，多建于河道下游。閘壩前水深小，對(duì)水量的調(diào)節(jié)能力低。兼顧擋水、泄水、調(diào)節(jié)水位等多個(gè)功能。兩者的特性見表2。

1.3.2 水力計(jì)算對(duì)比

除以上特點(diǎn)外，橡膠壩與水閘的過水能力計(jì)算和消能防沖計(jì)算較復(fù)雜，也很有趣，還往往被設(shè)計(jì)者忽視或搞錯(cuò)。

過流能力計(jì)算的通式為：

。

（1）橡膠壩過流：同一座橡膠壩過流可能會(huì)因m、σ變化，出現(xiàn)實(shí)用堰、寬頂堰，自由水流、淹沒出流四種組合下的4種計(jì)算公式。

（2）水閘過流：同一座水閘過流可能因m、n、σ變化，出現(xiàn)實(shí)用堰與寬頂堰、堰流與孔流、自由出流與淹沒出流八種組合下的8種計(jì)算公式。

（3）過水流量計(jì)算中有間斷點(diǎn)。

橡膠壩為塌壩堰頂過水，由壩上水頭和壩袋曲線關(guān)系，前期為實(shí)用堰，m=0.42，后期為寬頂堰，m=0.35（規(guī)范推薦采用值）。計(jì)算結(jié)果在兩種堰型分界點(diǎn)處出現(xiàn)間斷點(diǎn)。

水閘為閘門開啟底部閘孔過水，由于閘門開啟度（e/h）不同，前期小開度為孔流n=1/2，后期大開度為堰流，n=3/2，計(jì)算結(jié)果在孔流與堰流分界點(diǎn)處出現(xiàn)間斷點(diǎn)。

工程實(shí)際運(yùn)用中不存在計(jì)算中的間斷點(diǎn)，因此應(yīng)對(duì)計(jì)算公式加以修正。

上課中可將問題講一半，余下一半留學(xué)生自己課后解決，下一次課再一起討論，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)意想不到的效果。

（4）消能設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

全開啟（或塌壩）過水時(shí)，兩者相同；

小流量過水時(shí)，橡膠壩為壩頂溢流，水流豎向速度大，伴隨有脈動(dòng)壓力，水流不穩(wěn)定，消能效果好，影響范圍短。對(duì)消力池斜坡段穩(wěn)定不利，在水流落點(diǎn)處不宜設(shè)結(jié)構(gòu)縫。

小流量過小時(shí)，水閘為閘孔出流，水流水平速度大，產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，影響范圍長(zhǎng)，沖刷力大，挾沙水流對(duì)消力池表面磨損嚴(yán)重，但對(duì)穩(wěn)定影響不大，要求混凝土表面抗沖耐磨。

1.3.3 滲流計(jì)算歸納對(duì)比

水工建筑物滲流計(jì)算包括土壩壩體滲流、壩基滲流、堤防滲流、水閘閘下滲流等幾十個(gè)計(jì)算公式，有些公式十分抽象，不易理解，更難以記憶。

教學(xué)中為便于學(xué)生記憶，先講清滲流成因，如壩體、壩基滲流為無壓重力流，邊界不固定；水閘滲流為有壓滲流，邊界固定。

再對(duì)計(jì)算公式向有利于理解記憶的方面化簡(jiǎn)，形成記憶最簡(jiǎn)式，幾個(gè)簡(jiǎn)單的化簡(jiǎn)過程為：

（1）壩體滲流計(jì)算的裘皮爾公式（通式）。

（2）壩基滲流計(jì)算公式。

（3）水閘阻力系數(shù)法。

閘下任意一點(diǎn)底板下壓力水頭為，將其改寫為

式中：k為土壤滲透系數(shù)（m/s）；H1、H2為分別為上游、下游水深（m）；L為滲流區(qū)長(zhǎng)度（m）；T為基礎(chǔ)透水區(qū)平均厚度（m）；H為水頭差，H=H1—H2（m）。

以上幾個(gè)公式形式不同，計(jì)算目的不同，但經(jīng)化簡(jiǎn)后都表現(xiàn)為：滲流的單寬流量=平均滲透流速×平均滲水深度，即。

2 結(jié)論

教學(xué)是一項(xiàng)事業(yè)，為國家培養(yǎng)人才，要有責(zé)任感；教學(xué)也是一項(xiàng)有趣的工作過程，在這個(gè)過程中不斷提高、完善自己，在教學(xué)中能找到快樂。

學(xué)生是自己的朋友，在年齡上也是孩子，對(duì)學(xué)生能像對(duì)自己的孩子一樣，在教學(xué)中就一定有責(zé)任心、沒有困難。

每一學(xué)科的設(shè)計(jì)理念、計(jì)算方法、材料應(yīng)用等都是發(fā)展變化的，平時(shí)多積累相關(guān)資料信息，溶于講義中，不斷更新知識(shí)，在上課中多講一些失敗的教訓(xùn)會(huì)比講成功的經(jīng)驗(yàn)更有價(jià)值，“活到老，學(xué)到老”，學(xué)無止境，愿同行們一起努力，教好每一節(jié)課。