水力學(xué)與橋涵水文教學(xué)資源庫建設(shè)的研究

于洪江 李小偉 李力

【摘要】本文通過對國內(nèi)高等院校及德國馬格德堡大學(xué)水力學(xué)與橋涵水文教學(xué)資源庫、教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了充分調(diào)研，從教學(xué)資源庫建設(shè)的思路、內(nèi)容、資源庫的持續(xù)更新等方面，對高職水力學(xué)與橋涵水文教學(xué)資源庫的建設(shè)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】水力學(xué)與橋涵水文；教學(xué)資源庫；建設(shè)

由于水力學(xué)與橋涵水文運(yùn)用的數(shù)學(xué)、力學(xué)知識多，涉及的流動現(xiàn)象抽象復(fù)雜，在教學(xué)中師生們普遍反映這門課程“教師難教，學(xué)生難學(xué)”。近年來，很多高校的該門課程教學(xué)資源建設(shè)簡單化，致使網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)代教學(xué)設(shè)施大量低效率利用，嚴(yán)重阻礙了教育信息化的發(fā)展。因此，建設(shè)和應(yīng)用好水力學(xué)與橋涵水文的課程資源庫，并充分利用現(xiàn)代化的教育技術(shù)手段，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來的不足，大大提高該課程教學(xué)效果。

一、教學(xué)資源庫的建設(shè)思路

以滿足高等院校水力學(xué)與橋涵水文課程的教師和學(xué)生、社會學(xué)習(xí)者的專業(yè)需求為宗旨，按照“整體、先進(jìn)、共享、服務(wù)”的原則，深入企業(yè)和院校調(diào)研。依據(jù)企業(yè)的人才需求，高職道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，通過收集整理、購買引進(jìn)、自主開發(fā)等多種方式，建設(shè)原始素材庫；按照學(xué)科性、適用性、易用性原則循序漸進(jìn)地建設(shè)成品素材庫；立足課堂教學(xué)完善課程資源庫，建設(shè)代表高職水力學(xué)與橋涵水文教學(xué)改革特色和水平的標(biāo)志性教學(xué)資源庫，并通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，為我院和其他高職院校師生、企業(yè)和社會學(xué)習(xí)者提供資料檢索、信息查詢、資料下載、教學(xué)指導(dǎo)、學(xué)習(xí)咨詢、就業(yè)支持等服務(wù)，建成后的教學(xué)資源庫須建立共享、運(yùn)營機(jī)制，持續(xù)更新發(fā)展，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，增強(qiáng)社會服務(wù)能力。

二、教學(xué)資源庫內(nèi)容

教學(xué)資源庫的內(nèi)容包括：教學(xué)文件；法律法規(guī)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；教學(xué)設(shè)計(jì)；紀(jì)錄片、教學(xué)視頻、動畫素材；施工圖紙、圖片；實(shí)習(xí)、試驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)；工程案例；模型室建設(shè)；習(xí)題、試題庫；精品課程網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)等十個方面。

（一）教學(xué)文件

收集教育部、教委、學(xué)院的相關(guān)文件，道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)等。

（二）法律法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)

《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國公路法》等法律。建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例等法規(guī)?，F(xiàn)行公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范、公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范、公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范、公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則、公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范、公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)等。有關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)、工程定額等及其電子文本。

（三）教學(xué)設(shè)計(jì)

1.課程標(biāo)準(zhǔn)

課程標(biāo)準(zhǔn)是課程的性質(zhì)、目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施建議的教學(xué)指導(dǎo)性文件，開發(fā)具有普適性的課程標(biāo)準(zhǔn)，為課程建設(shè)和教學(xué)實(shí)施提供基本框架方案，同時，為具備區(qū)域或行業(yè)特色的院校留出特色空間。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）明確實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)系。理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)必須統(tǒng)一于培養(yǎng)目標(biāo)，基礎(chǔ)理論教學(xué)達(dá)到“必須、夠用”，實(shí)踐教學(xué)達(dá)到“必須、實(shí)用”，它們一定是以同一的現(xiàn)實(shí)需求為“度”。實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)必須相互結(jié)合和滲透。

（2）構(gòu)建完善的水力學(xué)與橋涵水文實(shí)踐教學(xué)體系。在制訂教學(xué)計(jì)劃時，對實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、頂崗實(shí)習(xí)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的優(yōu)化與完善，明確各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在總體培養(yǎng)目標(biāo)中的作用。把專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合在一起，逐步形成完善的、能夠體現(xiàn)基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性和現(xiàn)代性教學(xué)內(nèi)容的高職水力學(xué)與橋涵水文實(shí)踐教學(xué)體系。

（3）結(jié)合工程實(shí)際開發(fā)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。根據(jù)教學(xué)對象和教學(xué)目標(biāo)，確定合適的教學(xué)起點(diǎn)與終點(diǎn)，將教學(xué)諸要素有序、系統(tǒng)地優(yōu)化安排。例如，教師給出當(dāng)?shù)匾粭l河流的水文地質(zhì)特征，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的水文地質(zhì)相關(guān)知識，設(shè)計(jì)一座橋梁（包括橋位選擇、設(shè)計(jì)流量的計(jì)算、基礎(chǔ)埋置深度的計(jì)算、橋面和引導(dǎo)路堤最低標(biāo)高的確定等），可以將橋涵設(shè)計(jì)，橋涵水力水文、工程地質(zhì)等專業(yè)性的知識綜合運(yùn)用于教學(xué)中，利于知識的傳授，效果頗佳。

3.教材選用

選用國家級規(guī)劃教材或編寫具有高職特色和符合高級應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的水力學(xué)與橋涵水文相關(guān)教材，收集相關(guān)的參考文獻(xiàn)。

4.編寫教學(xué)大綱、教案，制作相應(yīng)課件

課程教學(xué)大綱、教案及大多數(shù)學(xué)習(xí)單元應(yīng)在全國范圍內(nèi)具有普適性，個別學(xué)習(xí)單元可兼顧課程建設(shè)院校的區(qū)域或行業(yè)特色，另外也將收集行業(yè)企業(yè)相關(guān)的培訓(xùn)課程大綱及其培訓(xùn)學(xué)習(xí)單元納入其中。

以學(xué)習(xí)單元為單位開發(fā)配套的教學(xué)課件，為學(xué)習(xí)者服務(wù)，幫助學(xué)習(xí)者更好的融入課堂，理解知識，更好的完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

5.課程負(fù)責(zé)人說課

收集整理課程負(fù)責(zé)人說課的PPT，為課程建設(shè)和實(shí)施提供參考。

（四）紀(jì)錄片、教學(xué)視頻、動畫素材

以學(xué)習(xí)單元為單位開發(fā)配套的教學(xué)錄像，收集整理了中國水文、明渠均勻流、消能、長江與黃河、水循環(huán)等核心內(nèi)容的記錄片、教學(xué)視頻。幫助學(xué)習(xí)者更好地理解專業(yè)基礎(chǔ)知識，有效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

研制各類展示橋涵水力水文教學(xué)內(nèi)容的動畫教學(xué)資源，動畫作品涵蓋課程10個以上的知識點(diǎn)。

（五）施工圖紙、圖片

典型的特大橋、大橋、中橋、小橋、各種類型的涵洞的全套施工圖紙各至少1套。橋涵施工機(jī)械設(shè)備、施工現(xiàn)場、生產(chǎn)場景、生產(chǎn)過程、試驗(yàn)室、項(xiàng)目經(jīng)理部、基地實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)照片等，德國的馬格德堡水橋見圖1所示。

（六）實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)

1.根據(jù)課程內(nèi)容安排學(xué)生到施工現(xiàn)場參觀實(shí)習(xí)

與當(dāng)?shù)刂拇笮蜆蚝┕て髽I(yè)進(jìn)行合作，緊密聯(lián)系，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)習(xí)基地，收集合作的橋涵施工企業(yè)的企業(yè)名單及簡介，在水力學(xué)與橋涵水文的課程教學(xué)中，對均勻流、非均勻流、水跌、水躍、消能設(shè)施、橋位選擇等，安排學(xué)生到野外現(xiàn)場參觀實(shí)習(xí)，現(xiàn)場講解均勻流、非均勻流、水跌、水躍、消能設(shè)施的特點(diǎn)、橋位選擇注意事項(xiàng)等知識。

2.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課的教學(xué)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，編寫實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書，合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，有計(jì)劃地開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，收集學(xué)生的試驗(yàn)報告和原始記錄。

（七）工程案例

收集整理均勻流、非均勻流、橋位選擇、橋梁墩臺基礎(chǔ)埋深、橋梁沖刷等典型工程案例，包括成功與不足之處，并與國內(nèi)知名橋涵施工企業(yè)的網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)鏈接。

例如：（1）重慶大渡口區(qū)伏牛溪大橋在4～5跨之間跨越伏牛溪河，伏牛溪河寬約7.8米，屬于小支流河道。非洪水暴發(fā)期，河水深度約為0.4～1.0米。洪水暴發(fā)期，由于上游來水較大，河道常常被灌滿，水深可達(dá)4米以上，但洪水期時間較短，一般在每年七八月份發(fā)生。施工單位在修施工便道時順著伏牛溪河并排埋設(shè)了兩根直徑2米的臨時鋼筋混凝土管涵排水。原施工方案是修建簡支板橋跨越伏牛溪河，然后在橋上搭設(shè)滿堂支架，支撐現(xiàn)澆箱梁模板。監(jiān)理人員通過認(rèn)真熟悉設(shè)計(jì)圖紙，多次深入現(xiàn)場實(shí)地勘察，了解該區(qū)域內(nèi)伏牛溪河的地質(zhì)水文情況，包括歷史水文情況、平時水位、漲水水位，漲水時間，洪水泄洪等情況，查閱了施工圖紙，分析了橋梁支架受力狀況，經(jīng)過深入細(xì)致地調(diào)查分析工作，對該段橋梁支架所受恒載、活載和偶然荷載進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了初步驗(yàn)算，認(rèn)識到采用修建便橋方式，造價較高，工期長、安全風(fēng)險較大。提出了更加優(yōu)化的建議，即采用已埋設(shè)的臨時過水管涵替代支承便橋，現(xiàn)場施工時埋設(shè)的涵管為Ⅱ級管，涵管上方回填3米厚碾壓密實(shí)的砂石層，在砂石層上方再澆筑0.15米厚C20素混凝土找平墊層，然后搭設(shè)現(xiàn)澆箱梁支架，涵管承受的土壓力和支架等荷載達(dá)到149.9kN/m2，大于Ⅱ級管裂紋荷載134kN/m2。為彌補(bǔ)涵管開裂造成不利影響，監(jiān)理提出在涵管內(nèi)徑處加入豎向鋼管支撐，鋼管支撐橫向間距與立桿橫向步距一致為0.6米。支撐頂部采用方木和涵管接觸并抵緊，底部采用可調(diào)底座。同時要求在洪水汛期到來之前，完成第該聯(lián)現(xiàn)澆箱梁的結(jié)構(gòu)施工，拆除模板支架及臨時管涵，恢復(fù)河道原來的狀況，保證泄洪安全。該方案具有施工周期短、施工容易、受力情況較好、造價低、拆除恢復(fù)容易等特點(diǎn)。

（2）重慶大渡口區(qū)伏牛溪大橋4～6跨高大模板支架所處的水文情況、地質(zhì)地形情況、周邊環(huán)境非常復(fù)雜，場地存在地下障礙及重大危險設(shè)施，支架搭設(shè)安全風(fēng)險非常大，這種情形在全國的橋梁工程中都很少見，其中支架南側(cè)有攔油池壩，是為防止輸油管燃油泄漏，順伏牛溪河水漂流，引發(fā)火災(zāi)蔓延而設(shè)置的。部分支架搭設(shè)在混凝土攔油池壁斜坡上，攔油池坡角為30度，該處滿堂支架高達(dá)30米，支架地基處理不當(dāng)，很容易滑落至攔油池中，造成支架垮塌引發(fā)安全事故。

采用池壁梯道植筋基礎(chǔ)的方法，為保證支架能夠在壩體面上搭設(shè)，需在壩面上設(shè)置混凝土臺階。臺階尺寸為0.7×0.4米，每一臺階上下各植入一排直徑12毫米的HRB335鋼筋，植入深度不小于15d（d為鋼筋公稱直徑），植筋間距0.15米，植筋孔洞大小適宜、植筋膠能有效填充孔洞，植筋后對植筋錨固強(qiáng)度進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，拉拔試驗(yàn)合格。臺階面縱向等間距布置5根直徑10毫米的HPB300水平鋼筋，水平鋼筋與植入鋼筋用扎絲梅花型綁扎。攔油池斜坡面上的污泥、雜物、粉塵必須清理干凈，安裝模板澆筑C30鋼筋混凝土臺階，并對混凝土臺階進(jìn)行抗滑移驗(yàn)算，確保斜坡上支架的安全，成功地解決了在坡度為30度的河道攔油（汽、柴油）池混凝土壁上架設(shè)支架技術(shù)疑難問題。

（八）水力學(xué)與橋涵水文模型室建設(shè)

結(jié)合道橋?qū)I(yè)的特點(diǎn)建設(shè)好水力學(xué)與橋涵水文模型室，在學(xué)院內(nèi)建一包含路、橋、涵洞、護(hù)坡、水溝等實(shí)體模型，供道橋?qū)I(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)。

德國馬格德堡大學(xué)水力學(xué)與橋涵水文試驗(yàn)室，模擬建了一條河流，可以控制河流的水流狀況，分析不同水流情況下河床的特征，以及對橋梁的影響，該模型直觀、形象，切合實(shí)際，可以讓學(xué)生學(xué)到較多的水力學(xué)與水文學(xué)相關(guān)知識，見圖2所示。

（九）習(xí)題、試題庫

建設(shè)好習(xí)題、試題庫及編寫公平、公正、公開的考核評價標(biāo)準(zhǔn)。以學(xué)習(xí)單元為單位開發(fā)配套的測試習(xí)題，幫助學(xué)習(xí)者完成單元學(xué)習(xí)后進(jìn)行學(xué)習(xí)測試和評價，試題庫不少于10套試卷。

（十）精品課程網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)

充分發(fā)揮精品課程網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢，對各個模塊做到精益求精，及時進(jìn)行資料的上傳和更新，可推薦精品課程鏈接入庫，所推薦的課程必須是國家級、省級以上精品課程和部分優(yōu)秀院級精品課程。

三、資源庫的持續(xù)更新

為保證專業(yè)教學(xué)資源庫的可持續(xù)發(fā)展，按照共建共享、邊建邊用的原則，創(chuàng)建資源庫平臺運(yùn)行管理和更新維護(hù)機(jī)制，確保教學(xué)資源持續(xù)更新滿足教學(xué)需求和技術(shù)發(fā)展的需要。通過校企合作和市場化運(yùn)作，共同探討資源庫可持續(xù)的、良好的運(yùn)行機(jī)制。

四、小結(jié)

水力學(xué)與橋涵水文教學(xué)資源庫的建設(shè)是十分必要和重要的，需要清楚地明白建設(shè)的思路、內(nèi)容，激發(fā)課程組全體教師不斷參與教學(xué)資源庫建設(shè)的積極性與動態(tài)更新，做到精益求精、共建共享，對教師的教學(xué)和學(xué)生掌握水力學(xué)與橋涵水文的相關(guān)知識具有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]張志宏，王沖，鄧輝.流體力學(xué)教學(xué)資源庫的建設(shè)與應(yīng)用[J].黑龍江教育，2015（09）.