水力學(xué)課程教學(xué)模式的探索與改進(jìn)

李金燕

摘 要 根據(jù)水力學(xué)課程的內(nèi)容與特點(diǎn)，首先確定教學(xué)主線，將基本理論和基本原理作為該課程的根本立足點(diǎn)，充分吸收社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水利行業(yè)發(fā)展的最新成果，廣泛收集工程案例，將其融入課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中；進(jìn)一步結(jié)合學(xué)校人才培養(yǎng)模式和該課程特點(diǎn)，探討水力學(xué)教學(xué)過程中如何把多學(xué)科知識(shí)交叉滲透到課堂理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，如何將案例教學(xué)吸收和納入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)手段，形成理論教學(xué)、案例教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的多種教學(xué)手段并存的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞 水力學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 TV131 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）06-0077-03

寧夏大學(xué)己于2008年9月成為211工程院校中的一員，學(xué)校和每一位教師都將此作為一次殊榮而繼續(xù)努力拼搏和奮斗，但與此同時(shí)對(duì)教師也提出新的更高的要求。怎樣能夠提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)教學(xué)效果，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)成為擺在每一位教師面前的嚴(yán)峻課題。

水力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象。歷屆學(xué)生都反映這門課程難學(xué)、不易理解，因此，怎樣從課程本身的性質(zhì)和特點(diǎn)著手，變抽象為簡(jiǎn)單，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，從根本上改變學(xué)生對(duì)這門課程的認(rèn)識(shí)和理解，從而增強(qiáng)教學(xué)效果，是每一位從事水力學(xué)教學(xué)工作的教師應(yīng)深思的問題。筆者有以下幾方面的體會(huì)。

1 把握課程定位，理清課程特點(diǎn)，確立教學(xué)主線

教師在講授任何一門課程之前，首先對(duì)整個(gè)課程的內(nèi)容、定位以及課程特點(diǎn)都要有一個(gè)宏觀和系統(tǒng)的把握與認(rèn)識(shí)，了解課程各部分內(nèi)容之間的相互聯(lián)系，以便教學(xué)過程中將各部分內(nèi)容融會(huì)貫通起來(lái)，并確立教學(xué)主線。

把握課程內(nèi)容以及課程定位 水力學(xué)課程是研究水體靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門科學(xué)，因此，它的內(nèi)容也就劃分為三大塊：水靜力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、各自在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。各部分內(nèi)容既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，尤其是水動(dòng)力學(xué)部分的內(nèi)容融入了許多水靜力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。

水力學(xué)是寧夏大學(xué)土木與水利工程專業(yè)水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程、土木工程、交通工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，有著承上啟下的作用，是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課的必備課程基礎(chǔ)，在整個(gè)課程體系里占據(jù)著十分重要的地位。然而，目前從全國(guó)范圍來(lái)講，水力學(xué)課程面臨共同的問題——學(xué)時(shí)壓縮。寧夏大學(xué)水力學(xué)課程由原來(lái)的60多個(gè)學(xué)時(shí)減到30多個(gè)學(xué)時(shí)，這就對(duì)教師的教學(xué)方法與手段提出更高的要求：在對(duì)課程定位以及課程內(nèi)容在宏觀上有了明確的把握以后，要想在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)將課程重要的內(nèi)容傳授給學(xué)生，就迫切地需要教師對(duì)自己的教學(xué)方法與思路做出改進(jìn)。

理清課程特點(diǎn) 在對(duì)整個(gè)課程內(nèi)容以及定位有了宏觀的認(rèn)識(shí)和把握以后，就需要進(jìn)一步理清課程的特點(diǎn)。筆者通過不斷總結(jié)，認(rèn)為水力學(xué)課程有四個(gè)顯著特點(diǎn)。

1）知識(shí)面廣。課程涉及高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)。

2）理論性強(qiáng)。課程中基本概念和基本公式多，在學(xué)習(xí)中需要對(duì)基本概念有清楚的了解，并且這些基本理論和知識(shí)都依賴于其他學(xué)科中的基本理論，尤其是三大方程涉及的三大定律，只有對(duì)每一章主要的計(jì)算公式和應(yīng)用條件都熟練掌握以后，才有可能系統(tǒng)連貫地掌握整個(gè)課程的知識(shí)主線，更好地把握整個(gè)課程知識(shí)點(diǎn)。

3）實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)。水力學(xué)課程中的三大方程、有壓管道中的恒定流、明渠流等知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)際運(yùn)用中的許多環(huán)節(jié)都結(jié)合得非常緊密，這就對(duì)該課程的實(shí)際應(yīng)用提出較高的要求。

4）系統(tǒng)性強(qiáng)。課程每一章節(jié)的內(nèi)容都是緊密相關(guān)的，前面章節(jié)的理論是后面章節(jié)推導(dǎo)和應(yīng)用的理論依據(jù)，而后面章節(jié)的理論知識(shí)又驗(yàn)證著前面的理論，使得整個(gè)課程內(nèi)容形成一個(gè)不可分割的有機(jī)整體。這就要求對(duì)水力學(xué)課程每一個(gè)環(huán)節(jié)的知識(shí)點(diǎn)都要掌握得十分扎實(shí)，才不會(huì)對(duì)后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)造成障礙，而后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)又是對(duì)前面知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)和鞏固。

確定課程教學(xué)主線 把握了水力學(xué)課程內(nèi)容和課程定位，明確了課程特點(diǎn)以后，就需要教師據(jù)此確立自己的教學(xué)主線。水力學(xué)課程是寧夏大學(xué)水利水電專業(yè)、農(nóng)田水利專業(yè)、交通工程專業(yè)、土木工程專業(yè)的一門必修課程，與高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、化學(xué)等基礎(chǔ)理論課程有所區(qū)別，是一門理論性、應(yīng)用性、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，同時(shí)也是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程的必備基礎(chǔ)。因此，結(jié)合課程自身的特點(diǎn)，為適應(yīng)教學(xué)需求，首先進(jìn)行適度的教學(xué)內(nèi)容整合、精簡(jiǎn)，以教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用的一致性、適度夠用性為原則，將基本原理和基本理論作為教學(xué)的立足點(diǎn)，但要適當(dāng)?shù)酵茖?dǎo)，舍棄一些落后的試算法、圖解法、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以及抽象難懂且占較少比例的理論知識(shí)，與此同時(shí)充分吸收社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水利行業(yè)發(fā)展的最新成果，廣泛收集工程案例，將其融入課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，從而加強(qiáng)水工建筑物靜水壓力、管道水力計(jì)算、水流現(xiàn)象分析等應(yīng)用性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)環(huán)節(jié)與學(xué)生未來(lái)的工作領(lǐng)域結(jié)合更加緊密。

2 教學(xué)思路與方法

精心做好課前準(zhǔn)備工作

1）廣泛閱讀各類參考教材。高校教師不能死盯著一本授課教材，一捧就是幾十年，應(yīng)廣泛涉獵各類參考教材，看得多了，總會(huì)對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)萌生一些新的啟發(fā)，從而對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行必要的刪除與補(bǔ)充。

2）要對(duì)上一年度該部分內(nèi)容的講授過程，學(xué)生的反應(yīng)、作業(yè)情況進(jìn)行回顧與必要的反思，對(duì)授課內(nèi)容做出調(diào)整。

3）要對(duì)講授內(nèi)容做一明確定位，是屬于理論性的還是應(yīng)用性的？應(yīng)當(dāng)采取什么方法去講授？

4）要精心設(shè)計(jì)教學(xué)方法與手段，將多媒體教學(xué)與板書進(jìn)行有機(jī)結(jié)合[1]。

合理將多學(xué)科的知識(shí)滲透到課堂教學(xué)內(nèi)容中 之前已經(jīng)談到水力學(xué)課程具有知識(shí)面廣的特點(diǎn)，涉及高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)，當(dāng)涉及其他課程的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，授課前通常會(huì)要求學(xué)生對(duì)相應(yīng)內(nèi)容做必要的回顧和預(yù)習(xí)。如：水靜力學(xué)中解析法求靜水壓力涉及理論力學(xué)中的靜面矩和慣性矩定理；水動(dòng)力學(xué)中三大方程涉及物理學(xué)中的質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、動(dòng)量定理，那么就要求學(xué)生對(duì)這三大方程的理論基礎(chǔ)和在其他課程中的一些應(yīng)用非常熟悉。因此，在講授這部分內(nèi)容之前就要提前告訴學(xué)生，并要求學(xué)生課后提前預(yù)習(xí)這些相應(yīng)課程中的理論內(nèi)容，達(dá)到能夠說(shuō)出定理內(nèi)容并舉出一個(gè)相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例的程度。同時(shí)，下次上課之前首先會(huì)通過抽查提問的方式幫助學(xué)生回顧和熟悉這些內(nèi)容，將這些內(nèi)容講透吃透后，再開始新的教學(xué)內(nèi)容。采用這樣的方法和手段就不會(huì)造成其他學(xué)科內(nèi)容成為該門課程學(xué)習(xí)的障礙[2]。

巧妙處理重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，化難為易 對(duì)于水力學(xué)課程教學(xué)中的重點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容，教師不能只是一味地強(qiáng)調(diào)它如何重要，一定要掌握，而是要想辦法化難為易。如在講授水靜力學(xué)部分內(nèi)容時(shí)涉及真空的概念，這一概念是靜力學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，因?yàn)樗绊懙胶罄m(xù)章節(jié)中虹吸管和水泵應(yīng)用的學(xué)習(xí)，并且這一概念在日常生活和工程實(shí)踐中應(yīng)用也很廣泛，但概念卻比較抽象，每屆學(xué)生剛接觸時(shí)都反映這個(gè)概念難以理解。此時(shí)通過講解后，只要求學(xué)生從字面上記住并對(duì)這個(gè)概念有一個(gè)初步的感性認(rèn)識(shí)，不理解沒關(guān)系。在講授虹吸管和水泵的應(yīng)用時(shí)再次涉及真空的概念，并且此時(shí)是和工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)講解這一概念，學(xué)生往往對(duì)這一內(nèi)容都非常感興趣，帶著興趣去學(xué)習(xí)這一內(nèi)容。

此時(shí)面對(duì)這個(gè)重難點(diǎn)問題，講授前要求學(xué)生從日常生活及生產(chǎn)實(shí)際中找出虹吸管及真空現(xiàn)象實(shí)例，授課時(shí)由學(xué)生舉出虹吸管及真空現(xiàn)象實(shí)例并分析其原理，然后教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析真空變化與壓強(qiáng)大小及測(cè)壓管液面之間的關(guān)系。這樣一種方式使得課堂氣氛十分活躍，學(xué)生在不知不覺中已掌握了這一重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容[3]。

將案例教學(xué)引入課程教學(xué)中 水力學(xué)課程作為一門應(yīng)用性極強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在其課堂授課中非常有必要引入工程實(shí)例教學(xué)法，通過教師講授與工程實(shí)例演示激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

考慮到當(dāng)前水力學(xué)課程課時(shí)少的現(xiàn)實(shí)情況，為適應(yīng)該教學(xué)模式，首先進(jìn)行適度的教學(xué)內(nèi)容整合、精簡(jiǎn)。根據(jù)課程內(nèi)容，通過對(duì)實(shí)際工作任務(wù)分析，將整合后的授課內(nèi)容整體劃分成幾個(gè)不同的教學(xué)模塊和相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。進(jìn)一步收集工程案例，案例收集過程中工程實(shí)例的真實(shí)性是十分重要的，一般來(lái)說(shuō)工程現(xiàn)場(chǎng)或科研實(shí)踐活動(dòng)中的實(shí)際問題讓學(xué)生有身臨其境的感覺，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。主要通過以下途徑收集工程案例：1）通過與往屆畢業(yè)學(xué)生的溝通搜集工程實(shí)例；2）通過科研工作過程積累工程實(shí)例；3）通過實(shí)習(xí)過程搜集工程實(shí)例。然后將收集到的工程案例巧妙地融入教學(xué)環(huán)節(jié)中。

在各模塊及任務(wù)學(xué)習(xí)時(shí)，針對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)，引入典型工程案例，教師首先介紹案例基本背景和應(yīng)用，提出問題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這一模塊的學(xué)習(xí)能夠解決什么工程實(shí)際問題；帶著問題，結(jié)合案例進(jìn)行有關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)的講解；學(xué)生在教師講解基礎(chǔ)上進(jìn)行基本知識(shí)練習(xí)；掌握了相關(guān)的基本理論知識(shí)后，再次引入經(jīng)典案例，引導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行案例分析討論，教師作總結(jié)評(píng)價(jià)；最后進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行案例水力計(jì)算與設(shè)計(jì)，并將其中一案例作為一次模塊學(xué)習(xí)任務(wù)結(jié)束后的大型作業(yè)，作為課程效果評(píng)價(jià)的主要依據(jù)[3]。

自學(xué)與課堂討論相結(jié)合 根據(jù)水力學(xué)課程的特點(diǎn)和學(xué)時(shí)所限，討論課僅能占總學(xué)時(shí)很少的一部分，這樣就要求教師授課前認(rèn)真考慮和挑選課堂自學(xué)和討論的內(nèi)容。針對(duì)水力學(xué)課程的內(nèi)容體系以及特點(diǎn)，將有壓管道恒定流水力計(jì)算這一章作為學(xué)生自學(xué)與課堂討論的內(nèi)容。因?yàn)檫@一章內(nèi)容恰好是水動(dòng)力學(xué)基本理論——三大方程講述完畢之后水力學(xué)能量方程具體應(yīng)用的一章內(nèi)容，從研究的內(nèi)容及范圍來(lái)看，這類問題與日常生活密切相關(guān)，且學(xué)生已經(jīng)對(duì)能量方程理論及應(yīng)用有一定的認(rèn)識(shí)，較為適合采用自學(xué)與課堂討論相結(jié)合。要求學(xué)生事先做好這一章內(nèi)容的教學(xué)課件，課堂上隨機(jī)抽取學(xué)生講授一部分內(nèi)容，再由教師做必要的補(bǔ)充講解，這樣做既加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，也加深了學(xué)生對(duì)能量方程應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，同時(shí)又達(dá)到節(jié)省課時(shí)的目的[4-5]。

通過補(bǔ)充綜合性例題，將知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化 水力學(xué)的一大特點(diǎn)就是系統(tǒng)性強(qiáng)，課程每一章節(jié)的內(nèi)容都是緊密相關(guān)的，而目前水力學(xué)教材中的習(xí)題、例題大多數(shù)是圍繞單獨(dú)章節(jié)內(nèi)容而設(shè)置的，缺乏系統(tǒng)性。學(xué)生常反映水力學(xué)千頭萬(wàn)緒，知識(shí)點(diǎn)多，而事實(shí)上水力學(xué)課程中眾多知識(shí)點(diǎn)都可以進(jìn)行整合、串聯(lián)。針對(duì)這種情況，在課堂教學(xué)中針對(duì)每一章節(jié)內(nèi)容，講解之前都要理出一條內(nèi)容主線，層次分明，標(biāo)明知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)腦海里就不至于是一鍋粥了，并且每一內(nèi)容的學(xué)習(xí)目的性也很明確。課后進(jìn)一步要求學(xué)生根據(jù)自己的理解寫出這一章的學(xué)習(xí)總結(jié)，并且作為一次作業(yè)計(jì)入平時(shí)成績(jī)，打好每一章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的相互聯(lián)系，進(jìn)一步總結(jié)各章節(jié)之間的相互關(guān)聯(lián)性和差別性，幫助學(xué)生理清整個(gè)課程的學(xué)習(xí)思路，并通過補(bǔ)充綜合性例題來(lái)體現(xiàn)各章節(jié)之間的聯(lián)系。如第二章水動(dòng)力學(xué)基本理論、第三章水頭損失這兩章內(nèi)容之間有很強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系，就將這兩章內(nèi)容放在一起給學(xué)生進(jìn)行課堂總結(jié)，同時(shí)補(bǔ)充1～2道有代表性的綜合例題。學(xué)生便能將這兩章內(nèi)容有機(jī)地聯(lián)貫起來(lái)，變零散的知識(shí)點(diǎn)為有序有機(jī)的整體，學(xué)習(xí)起來(lái)也就輕松了很多。

3 實(shí)踐教學(xué)條件和環(huán)境的改進(jìn)

2005年以來(lái)在寧夏大學(xué)北校區(qū)建了新的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)大廳，實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備全部得到更新，目前水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室已有實(shí)驗(yàn)類和演示類兩個(gè)系列共12種國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，主要有水靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)、能量方程實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)、畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)、動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)、雷諾實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)、沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)、局部水頭損失實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)、堰流實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)，大水槽1條、流線演示儀1套、孔口與管嘴出流演示儀1臺(tái)、水面曲線演示儀1臺(tái)、水擊現(xiàn)象演示儀1臺(tái)，完全滿足了課程大綱的要求，實(shí)驗(yàn)開出率為100%。

此外，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室還從武漢大學(xué)引進(jìn)國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)CAI軟件，該系列軟件仿真度高，界面動(dòng)態(tài)效果真實(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)值可靠，教學(xué)輔助功能齊全，可供學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)過程的操作、數(shù)據(jù)采集與成果分析。所附的實(shí)驗(yàn)原理、問題及解答可供學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與答疑之用。通過仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的水力學(xué)思想和方法、儀器的結(jié)構(gòu)和原理的理解，可以達(dá)到實(shí)際實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的效果，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能、深化水力學(xué)知識(shí)的目的，同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，大大提高了水力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)水平。

隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的更新和實(shí)驗(yàn)要求的提高，認(rèn)真、及時(shí)做好實(shí)驗(yàn)教材的修編工作，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加操作實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)缺乏項(xiàng)目，如綜合實(shí)驗(yàn)、流線演示等內(nèi)容。同時(shí)建立校外參觀實(shí)習(xí)基地，結(jié)合工程、科研單位的實(shí)際研究項(xiàng)目，帶學(xué)生參觀生產(chǎn)試驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程觀念，提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

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