面向?qū)嶋H應(yīng)用能力培養(yǎng)的水力學(xué)課程教學(xué)改革

唐蓮 張衛(wèi)兵

[摘 要]水力學(xué)課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)抽象、計(jì)算公式較多，對(duì)數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)要求較高，工程應(yīng)用性強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中對(duì)所學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際的聯(lián)系理解不夠深刻，應(yīng)用能力較弱。文章針對(duì)該課程授課過程中存在的上述問題，提出以工程實(shí)例為導(dǎo)向、以應(yīng)用能力為主導(dǎo)的課程教學(xué)模式改革，引導(dǎo)學(xué)生從單純理解所學(xué)知識(shí)向結(jié)合工程背景解決實(shí)際問題轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)面向工程的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)要求。

[關(guān)鍵詞]水力學(xué)；工程實(shí)例；應(yīng)用能力；教學(xué)模式改革

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）01-0055-03

水力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，尤其是在農(nóng)業(yè)水利工程、水利水電工程、交通工程、市政工程、橋梁隧道工程等專業(yè)的課程設(shè)置中，水力學(xué)都占有重要地位。對(duì)于寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院來說，水力學(xué)課程是4個(gè)專業(yè)8個(gè)教學(xué)班開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課之一，選課學(xué)生達(dá)到200多人，其后續(xù)課程包括水力學(xué)及橋涵水文、水力學(xué)Ⅱ、水文及水力計(jì)算、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水工程等多門課程，是我院一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。

水力學(xué)的研究對(duì)象是以水為代表的液體，它沒有一定的形狀，且具有流動(dòng)性；課程內(nèi)容設(shè)置概念多、公式多、理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)抽象，研究涉及力學(xué)問題，課程本身難度較大；研究方法與固體質(zhì)點(diǎn)系法完全不一樣，學(xué)生受慣性思維的影響，理解困難，學(xué)習(xí)難度大[1]。但同時(shí)該課程實(shí)用性、應(yīng)用性又很強(qiáng)，而且與工程實(shí)際聯(lián)系非常緊密，是后續(xù)很多專業(yè)課程水力計(jì)算的基礎(chǔ)。目前，針對(duì)水力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、模式、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等已開展了系統(tǒng)的改革，改革效果較好，教學(xué)手段也轉(zhuǎn)變?yōu)橐远嗝襟w教學(xué)為主結(jié)合板書的混合教學(xué)模式，極大地克服了課時(shí)壓縮及板書對(duì)圖表顯示、動(dòng)畫模擬的約束等問題，提高了課堂教學(xué)效率。但傳統(tǒng)的從理論到理論、理論脫離實(shí)際的模式依然是授課的主導(dǎo)模式，受課程特點(diǎn)及多種因素的影響，目前的教學(xué)方式還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，同時(shí)對(duì)學(xué)生的工程背景及實(shí)際應(yīng)用能力方面的培養(yǎng)及提升，以及與工程單位對(duì)人才實(shí)際操作能力的需求還不匹配。如何在雙一流建設(shè)過程中，以培養(yǎng)學(xué)生能力為主導(dǎo)，加強(qiáng)課堂教學(xué)的改革，進(jìn)一步適應(yīng)工程類人才的工程背景及實(shí)操能力培養(yǎng)，是這門課程教學(xué)改革的重要目標(biāo)。

一、課程的特點(diǎn)及存在問題

和其他力學(xué)課程類似，從教材內(nèi)容來看，水力學(xué)課程大多數(shù)是公式、定理、推導(dǎo)等，學(xué)生感到枯燥難懂，學(xué)習(xí)積極性不高。水力學(xué)課程的力學(xué)“三大理論”、連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程、歐拉平衡微分、方程式、液體的平衡、靜水總壓力的計(jì)算、達(dá)西公式等內(nèi)容對(duì)學(xué)生的高數(shù)和物理水平要求較高，有大量的理論公式及公式推導(dǎo)[2]，涉及高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)和材料力學(xué)等相關(guān)的知識(shí)，且理論性、邏輯性強(qiáng)，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中緊跟教材內(nèi)容及教師講課思路，在深刻理解數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)原理的基礎(chǔ)上應(yīng)用到水力學(xué)研究中，才能對(duì)整個(gè)課程知識(shí)體系有較好的掌握。但這一點(diǎn)往往受到學(xué)生基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)薄弱的影響，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的畏難情緒，從而影響這部分內(nèi)容的課堂講授效果。

教材上例題和習(xí)題偏理想化、學(xué)術(shù)化，一般只有對(duì)工程背景的簡單介紹，而且前后知識(shí)的連貫性差，這就使學(xué)生的學(xué)習(xí)缺乏明確的工程目標(biāo)。加上大二學(xué)生因自身工程常識(shí)的缺失而往往不知道所學(xué)知識(shí)能解決什么工程問題，于是認(rèn)為力學(xué)沒用，難以理解學(xué)習(xí)的目的和意義，這不僅不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也不利于對(duì)學(xué)生分析解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。個(gè)別學(xué)生即使考試成績很高，但也不具備用所學(xué)力學(xué)知識(shí)分析、解決實(shí)際工程問題的能力，因?yàn)樗鶎W(xué)理論和實(shí)踐是脫節(jié)的，不能學(xué)以致用[3]。

在目前的教學(xué)中，由于課時(shí)限制，還是由教師為主導(dǎo)，配合多媒體教學(xué)，采用課堂講授的方式進(jìn)行。教材版本較多，但基本編排體系不變，習(xí)題類型是配合章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，缺乏整體性。雖然有實(shí)驗(yàn)課作為實(shí)踐環(huán)節(jié)，但課堂教學(xué)中卻很少設(shè)置實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新教育環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)又不能完全結(jié)合實(shí)際工程展開，造成學(xué)生理論水平高于知識(shí)實(shí)際應(yīng)用水平。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多年來一直是本課程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)與操作，能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識(shí)與培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力。但是受課時(shí)及實(shí)驗(yàn)條件限制，大部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)依然是按照實(shí)驗(yàn)原理—目的—操作步驟—教師演示—學(xué)生操作—撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的流程在開展，教師講解示范，學(xué)生被動(dòng)聽，按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求做，實(shí)驗(yàn)報(bào)告及計(jì)算大家都一樣，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程缺乏師生互動(dòng)和學(xué)生積極思考，因此很多學(xué)生興趣不濃，往往做完實(shí)驗(yàn)依然是知其然不知其所以然。

教學(xué)學(xué)時(shí)的壓縮導(dǎo)致理論教學(xué)學(xué)時(shí)欠缺，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)也沒有充足時(shí)間開展。水力學(xué)課程學(xué)時(shí)的大量壓縮，使學(xué)生對(duì)水力學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力都有所下降[4]，這是目前多數(shù)工科學(xué)校面臨的普遍問題。從我校的情況來說，這門課程的學(xué)時(shí)從20年前的100左右壓縮到10年前的40多，到現(xiàn)在基礎(chǔ)部分只有30學(xué)時(shí)了。課程理論教學(xué)難度本身較大，教師花在理論教學(xué)上的時(shí)間本來就比較多，受學(xué)時(shí)大量壓縮的影響，實(shí)踐主要依靠常規(guī)實(shí)驗(yàn)課，根本無法設(shè)計(jì)較多的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

新技術(shù)、新計(jì)算手段、新的計(jì)算工具等知識(shí)的欠缺。隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)及各種模擬分析軟件的出現(xiàn)大大方便了工程應(yīng)用中的力學(xué)計(jì)算，很多軟件工程單位都已經(jīng)在使用了，但現(xiàn)行的水力學(xué)課程還沒有對(duì)其進(jìn)行深入的介紹和結(jié)合，其教學(xué)內(nèi)容依然是傳統(tǒng)的計(jì)算方法和手段，嚴(yán)重滯后于工程單位的技術(shù)更新，缺乏創(chuàng)新性。因此，需要改變傳統(tǒng)中只教授力學(xué)原理的內(nèi)容安排，適當(dāng)增添工程問題力學(xué)的數(shù)學(xué)模擬方法的原理和方法以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來替代人工計(jì)算過程[5]。簡單的問題，教師可以利用工程實(shí)例給學(xué)生做介紹，然后讓他們自己動(dòng)手去實(shí)踐；復(fù)雜的數(shù)值模擬軟件則介紹其原理及適用條件，給學(xué)生打開一扇門，開闊其眼界，引導(dǎo)其探索工程問題解決的先進(jìn)方法及模式，以提升其對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工程分析技術(shù)的認(rèn)識(shí)水平和能力。

二、課程教學(xué)改革思路

在基礎(chǔ)理論教學(xué)學(xué)時(shí)大量壓縮的情況下，教師要最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力、綜合解決實(shí)際問題能力的提升。筆者結(jié)合這門課程的特點(diǎn)及自身多年的教學(xué)實(shí)踐，將以工程為導(dǎo)向，以實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)為主導(dǎo)的教學(xué)改革思路總結(jié)如下。

一是講好緒論課，讓學(xué)生樹立工程應(yīng)用的理念。從第一課開始，以各種工程實(shí)例為引子，先從認(rèn)識(shí)基本工程建筑物入手，剖析工程實(shí)例中遇到的水力學(xué)問題及其與基礎(chǔ)力學(xué)的聯(lián)系，總結(jié)本課程中將要涉及的水力學(xué)問題的本質(zhì)，點(diǎn)出該課程與前后課程的關(guān)聯(lián)點(diǎn)和相關(guān)性，講清楚該課程在本專業(yè)常見工程中的具體應(yīng)用并簡單舉例，然后再介紹課程體系、學(xué)習(xí)方法、發(fā)展歷程等。從第一堂課開始就引導(dǎo)學(xué)生了解該課程的地位，以及讓“工程應(yīng)用”理念成為本課程的關(guān)鍵詞。

二是重視對(duì)水力學(xué)問題的物理意義及工程背景的講解。由于學(xué)生的數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理基礎(chǔ)薄弱，教師在講解公式推導(dǎo)及相應(yīng)的基本概念過程中，除了要注意總體分析思路的闡述外，還要注重做好對(duì)這些現(xiàn)象物理意義、數(shù)學(xué)意義、力學(xué)意義的解釋，幫助學(xué)生建立對(duì)本課程的研究內(nèi)容與上述課程之間的聯(lián)系，同時(shí)結(jié)合工程背景知識(shí)的加強(qiáng)和強(qiáng)化，更好地體現(xiàn)本課程承上啟下的作用，使學(xué)生更有效地掌握從工程背景到認(rèn)識(shí)水力學(xué)現(xiàn)象繼而理解它們的數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)本質(zhì)的分析過程，并且能從力學(xué)本質(zhì)來解釋水力學(xué)現(xiàn)象，繼而應(yīng)用到工程實(shí)例中去。

三是教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

任課教師應(yīng)該讓學(xué)生看到力學(xué)在實(shí)際工程中的用處，并教會(huì)學(xué)生用力學(xué)知識(shí)與方法處理實(shí)際問題的思路，具備處理一些簡單的實(shí)際問題的能力[4]。為此，將大綱內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致梳理，對(duì)于特定知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工程問題則精心選擇工程案例，在講解理論之前，先分析工程案例中的問題，將問題抽象化后與知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系理清楚，然后講述理論，讓學(xué)生在工程實(shí)例分析與討論中能進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解，將抽象難懂的力學(xué)知識(shí)與直觀形象的實(shí)際工程聯(lián)系起來，直觀地體會(huì)到本課程知識(shí)的用處，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性，以及解決工程實(shí)際問題的能力。

四是將工程背景滲透到例題、小作業(yè)中。目前可以見到的大部分教材及參考書中的例題及習(xí)題基本上都是配合章節(jié)理論教學(xué)單獨(dú)設(shè)計(jì)的，相關(guān)的工程背景沒有介紹或者成為已知條件出現(xiàn)在習(xí)題中，相對(duì)較為理想化、學(xué)術(shù)化。學(xué)生要做的就是按照例題照貓畫虎去計(jì)算，很多學(xué)生都會(huì)計(jì)算，也能和書中的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，但幾乎很少去考慮該習(xí)題練習(xí)的目的和意義，也不知道該知識(shí)點(diǎn)與解決工程問題的聯(lián)系，這種現(xiàn)象在畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)得非常突出。學(xué)生常常拿到實(shí)際工程問題卻不知道應(yīng)該用書上的哪種方法、哪些知識(shí)來解決，甚至不知道應(yīng)該如何分析工程問題并將其轉(zhuǎn)換為力學(xué)問題。這反映出教學(xué)中工程背景介紹以及實(shí)踐與理論相結(jié)合的缺失。考慮到課后習(xí)題及例題的經(jīng)典性，加上教師的工程背景，可在教學(xué)過程中將一些工程中專業(yè)貼近度較高的實(shí)際計(jì)算事例（如畢業(yè)設(shè)計(jì)的部分計(jì)算、實(shí)際工程設(shè)計(jì)的部分內(nèi)容）做一些處理，分解到各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)當(dāng)中，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。同時(shí)增強(qiáng)對(duì)例題和課后習(xí)題工程背景的介紹，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)及練習(xí)的工程目標(biāo)。

五是進(jìn)一步增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)。在信息時(shí)代，考慮到學(xué)生對(duì)新的教學(xué)手段的認(rèn)同，教師可將知識(shí)點(diǎn)制作成微課或小視頻，學(xué)生在上實(shí)驗(yàn)課前可以通過移動(dòng)終端隨時(shí)隨地地了解和學(xué)習(xí)，完成自我學(xué)習(xí)在前、老師講授補(bǔ)充在后的過程，提高自學(xué)能力。此外，實(shí)驗(yàn)課要增加提問環(huán)節(jié)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及的基本理論設(shè)置問題，每個(gè)學(xué)生都要回答，教師對(duì)其回答打分并登記成績。教師還可將近年來和水力學(xué)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)獲獎(jiǎng)作品進(jìn)行展示，并簡述其涉及的水力學(xué)原理及理論，來引起學(xué)生的創(chuàng)新興趣，然后引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新。比如教師上實(shí)驗(yàn)課時(shí)可對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備的不足之處進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；針對(duì)節(jié)水中的一些小問題提出節(jié)水創(chuàng)新方案等，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際問題的能力。

六是改革考核方式（注重過程性考核）。對(duì)于本課程的考核方式，應(yīng)注重教學(xué)過程中的質(zhì)量控制和考核，加大平時(shí)成績所占比重（40%）。課堂考核主要包括工程案例分析大作業(yè)、課后習(xí)題、出勤和課堂提問等形式。實(shí)驗(yàn)考核包括學(xué)生動(dòng)手能力、對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的理論知識(shí)的認(rèn)知、學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生如能設(shè)計(jì)出工程方面的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)裝置或展示更有效的實(shí)驗(yàn)過程及改進(jìn)措施等可以加分。期末考試采用卷面成績加平時(shí)成績按比例確定。改變學(xué)生過去只重視期末突擊而不重視平時(shí)積累的學(xué)習(xí)風(fēng)氣，注重知識(shí)的融會(huì)貫通，將“教知識(shí)”轉(zhuǎn)換為“提能力”，提升工科學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力。

七是針對(duì)學(xué)時(shí)壓縮問題，結(jié)合各專業(yè)教學(xué)要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)取舍，將和專業(yè)關(guān)系緊密度不是很高的內(nèi)容以及理論性過強(qiáng)的公式推導(dǎo)進(jìn)行簡化，同時(shí)適當(dāng)強(qiáng)化工程應(yīng)用部分的分析過程。部分難度較低的內(nèi)容則采取學(xué)生組成自學(xué)小組制作PPT并當(dāng)堂講述、學(xué)生教師提問題、教師總結(jié)三者相結(jié)合的方式開展，這樣既可以節(jié)約課堂教學(xué)時(shí)間，也可以增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，鞏固學(xué)習(xí)成果。

八是借助各種教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合核心課程建設(shè)，將教材、多媒體課件、視頻文件、工程實(shí)例照片、習(xí)題、網(wǎng)絡(luò)資源等進(jìn)行整合，同時(shí)開展線上線下交互式專題討論及課后教學(xué)延伸、提交作業(yè)、答疑等，跟上時(shí)代發(fā)展的信息化步伐，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語

培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力是工科高等院校的重要目標(biāo)。在水力學(xué)課程教學(xué)中，通過多種方式貫穿和加強(qiáng)工程導(dǎo)向，培養(yǎng)和提升學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后解決相關(guān)工程問題的實(shí)際應(yīng)用能力，可為本課程及其他理論性較強(qiáng)且有較好的工程應(yīng)用背景的力學(xué)課程教學(xué)提供參考。

[[ 參 考 文 獻(xiàn) ]]

[1] 彭?xiàng)?微課教學(xué)在《水力學(xué)》課程中的應(yīng)用淺析[J].教育教學(xué)論壇，2017（1）：70-71.

[2] 李娟.水力學(xué)課程教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)思考與探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2017（20）：103-105.

[3] 屠冰冰.以工程應(yīng)用為導(dǎo)向的《材料力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容改革與實(shí)踐[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2017（12）：101.

[4] 楊揚(yáng)，劉海蘋，丁劍霆.基于能力培養(yǎng)的水力學(xué)課程教學(xué)方式方法改革與實(shí)踐[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)2017（3）：68-71.

[5] 蘭界.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的工程力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].建材與裝飾，2017（10）：155-156.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]