基于案例教學(xué)的水利水電工程施工課程思政體系構(gòu)建與實(shí)踐

胡志根，劉 全，嚴(yán) 鵬，陳 明，楊 磊

（武漢大學(xué) 水利水電學(xué)院，武漢 430072）

水利工程建設(shè)貫穿著人類的發(fā)展，無論是群眾生活、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，還是洪澇災(zāi)害的治理背后都離不開水利工程的支持[1]。水利水電工程施工課程是武漢大學(xué)的“雙一流”專業(yè)——水利工程專業(yè)的核心課程。教學(xué)目標(biāo)是講授工程建設(shè)專業(yè)知識，是水利水電工程專業(yè)本科生的必修課。水利水電工程施工課程以水利工程建筑物施工為對象，以數(shù)字化、信息化資源為載體，結(jié)合國內(nèi)外水利水電工程施工的研究成果與工程實(shí)踐，通過典型標(biāo)志性工程的新方法、新技術(shù)和新工藝的施工案例分析及其課堂研討，實(shí)現(xiàn)水利水電工程施工技術(shù)與組織管理的基本概念、原理及其方法、施工規(guī)程規(guī)范與工程應(yīng)用的融通融合，培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程思維、分析解決水利水電工程施工問題的能力與創(chuàng)新實(shí)踐能力[2]。

武漢大學(xué)水利水電工程施工課程經(jīng)過4 代教師40多年的建設(shè)，主編的《水利工程施工》教材是普通高等教育“十一五”國家規(guī)劃教材和“十二五”普通高等教育本科國家規(guī)劃教材、高等學(xué)校水利學(xué)科專業(yè)規(guī)范核心課程教材，首屆全國優(yōu)秀教材（高等教育類）二等獎(jiǎng)。水利工程施工課程2005 年獲評國家級精品課程、2016 年國家級精品資源共享課課程、2020 年水利水電工程施工遴選為教育部國家級一流本科課程——線下一流課程，在國內(nèi)形成具有示范和引領(lǐng)作用的教學(xué)資源[3]。

依托武漢大學(xué)水利工程科學(xué)“雙一流”建設(shè)，水利水電工程施工按照其學(xué)科體系、基礎(chǔ)理論與方法及其專業(yè)規(guī)范、教學(xué)體系要求，通過課程和教材的持續(xù)不斷建設(shè)，對課程學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)及其運(yùn)用，分析問題與解決問題的方法、途徑，通過課程的數(shù)字化、信息化建設(shè)實(shí)現(xiàn)講授、研討、案例和實(shí)踐等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)融合，使學(xué)生掌握水利水電工程施工的基本原理、基本建設(shè)程序、施工過程和施工組織等，實(shí)現(xiàn)水利水電工程施工教材、課程和教學(xué)的融合[4-5]。

一、課程思政教學(xué)體系的構(gòu)建

在教材、課程建設(shè)和教學(xué)過程中，通過水利工程建設(shè)技術(shù)和發(fā)展規(guī)律的講授和分析，加深學(xué)生對歷史唯物主義、科學(xué)發(fā)展觀、社會(huì)主義制度優(yōu)越性的理解，潛移默化地提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與家國情懷[6-7]。根據(jù)水利水電工程施工課程的特點(diǎn)，課程組在多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，課程教學(xué)主要結(jié)合對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)方法、考核方式的改革[8]，在教學(xué)過程中挖掘思政教育潛入點(diǎn)，融入思政教學(xué)[9-10]。課程思政教學(xué)內(nèi)容見表1。

表1 課程思政教學(xué)內(nèi)容

二、教學(xué)案例設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一）教學(xué)目標(biāo)

武漢大學(xué)水利水電工程專業(yè)的本科生培養(yǎng)，堅(jiān)持以“創(chuàng)造、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)”為核心，培養(yǎng)具有堅(jiān)定民族精神和開闊國際視野、強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感和使命感、人格健全、知識寬厚、能力全面、能夠引領(lǐng)未來社會(huì)進(jìn)步和文明發(fā)展的國家脊梁，成為相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程的勘測、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和工程管理工作的團(tuán)隊(duì)核心成員或領(lǐng)導(dǎo)者[11]。在水利水電工程施工教學(xué)教案設(shè)計(jì)中，將GNSS、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)與水利水電工程施工新技術(shù)、方法、工藝和規(guī)程規(guī)范的運(yùn)用，以及思政教學(xué)的內(nèi)容有機(jī)融合，通過典型工程的教學(xué)案例[12]，以數(shù)字化、信息化資源為載體和課堂研討[13]，使學(xué)生對施工專業(yè)知識與分析其工程問題有機(jī)融通。培養(yǎng)和提升學(xué)生解決工程問題的能力和適應(yīng)不同環(huán)境的能力。

本文以水利工程河道截流施工為例，通過案例使學(xué)生掌握施工截流的全過程，理解截流的基本概念、方式和計(jì)算方法以及施工截流的知識運(yùn)用，同時(shí)案例本身就是課程思政元素。

（二）教學(xué)內(nèi)容

理論教學(xué)內(nèi)容：施工截流全過程及其基本方法，截流重要水力參數(shù)，截流水力計(jì)算，截流材料和備料量。

課堂展示內(nèi)容：典型工程的河道截流圖片、影像資料，河道截流動(dòng)畫，信息化數(shù)字化的工程實(shí)踐案例（BIM結(jié)合截流水力計(jì)算）。

（三）思政教育的切入點(diǎn)和教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

思政教育的切入點(diǎn)：通過長江葛洲壩、三峽水利工程建設(shè)中截流施工的圖片、影像資料的展現(xiàn)和工程分析，引出國家在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的實(shí)力與技術(shù)進(jìn)步，科技工作者和工程建設(shè)者迎難而上，攻堅(jiān)克難的奉獻(xiàn)精神[14]。

課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)：截流的基本方法，截流水力計(jì)算模型概化及其計(jì)算方法，施工截流的信息化及數(shù)字化。

課程學(xué)習(xí)的難點(diǎn)：截流水力計(jì)算；信息化、數(shù)字化在施工截流中的應(yīng)用。

（四）教學(xué)過程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）以典型工程施工截流為對象，以河道截流圖片、影像資料、截流數(shù)字孿生等信息化、數(shù)字化的工程實(shí)踐案例為載體，通過影像資料直觀了解施工截流的工程問題，使學(xué)生有身臨其境的感受，理解施工截流的全過程。

（2）通過施工截流的影像資料和案例的分析，概化提出施工截流的基本概念、方法、方式的相關(guān)知識，以前序水力學(xué)和水工建筑物的課程知識基礎(chǔ)，施工截流計(jì)算的概化模型及其計(jì)算方法，以及施工截流的重點(diǎn)和難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對典型工程及其相關(guān)數(shù)字化資料與專業(yè)知識理解的融通。通過課堂提問和研討培養(yǎng)提升學(xué)生的工程思維、分析解決工程問題的能力。

（3）在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，以5 位同學(xué)為實(shí)驗(yàn)小組，開展截流模型實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)。通過實(shí)驗(yàn)室模型的現(xiàn)場講解、操作、技術(shù)指標(biāo)的測試和物理特征的觀測，加深學(xué)生對截流知識點(diǎn)的理解和工程問題的認(rèn)知，提升學(xué)生實(shí)踐能力和知識的運(yùn)用能力。

（4）課程成績采用全程化考核和評定，考核內(nèi)容包括：課堂研討、課堂作業(yè)、模型實(shí)驗(yàn)、課程結(jié)課考試4 個(gè)部分。

（五）教學(xué)實(shí)施方案

1.施工截流典型工程案例選擇

通過選擇我國具有里程碑意義的長江葛洲壩、三峽水利水電工程施工截流及其實(shí)施過程介紹，學(xué)生通過影像資料直觀了解施工截流的工程主要問題，有身臨其境的感受。內(nèi)容包括，河道截流圖片、影像資料，河道截流三維數(shù)字模型。

2.典型工程的施工截流影像

葛洲壩工程大江截流錄像截圖如圖1 所示。

圖1 葛洲壩工程大江截流錄像截圖

3.典型工程的施工截流圖片

截流戧堤進(jìn)占施工和布置如圖2 所示，利用水文測量船在截流龍口量測水力參數(shù)如圖3 所示。

圖2 截流戧堤進(jìn)占

圖3 截流龍口及其水力參數(shù)的量測

4.施工截流過程的三維數(shù)字模型

三峽工程三期明渠截流的三維數(shù)字模型如圖4 所示，雙向進(jìn)占的立堵截流物理模型實(shí)驗(yàn)如圖5 所示。

圖4 明渠截流的三維數(shù)字模型

圖5 雙向進(jìn)占立堵截流物理模型

5.施工截流的概念及其計(jì)算模型的概化

（1）截流的基本概念。以案例介紹中提供的圖片、影像資料和數(shù)字模型為基礎(chǔ)，介紹我國長江葛洲壩采用單戧立堵截流方式；三峽工程三期截流采用雙戧立堵截流方式；羅馬尼亞-南斯拉夫鐵門水電站采用鋼橋平堵截流方式等。通過課堂研討，給出施工截流的全過程及相關(guān)概念包括：截流戧堤，戧堤進(jìn)占，龍口、合龍、閉氣等提出施工截流的基本概念；提出截流流量、截流時(shí)段選擇，單戧堤立堵截流、單戧堤平堵截流的計(jì)算分析問題，并說明截流計(jì)算參數(shù)及其分析在水利水電工程施工中的重要性。

（2）截流計(jì)算模型的概化。以河道單戧立堵截流為例，如圖6 所示，可以將河道截流龍口水流水力參數(shù)計(jì)算模型概化為水力學(xué)課程中的變斷面寬頂堰模型。

（3）截流相關(guān)工程問題及其計(jì)算。結(jié)合課程的工程影像資料和網(wǎng)絡(luò)資源，說明截流基本方法應(yīng)用時(shí)需解決的工程問題及其相關(guān)指標(biāo)、工程參數(shù)。介紹解決此工程問題的方法，利用截流水力計(jì)算求取相關(guān)的截流水力指標(biāo)、參數(shù)，包括：龍口各水力參數(shù)、截流材料指標(biāo)等。截流水力計(jì)算的目的是確定龍口水力參數(shù)的變化規(guī)律，主要解決兩個(gè)問題：確定截流過程中龍口水力參數(shù)。如單寬流量、落差及流速等的變化規(guī)律。確定截流材料的類型、尺寸（或重量）及相應(yīng)的數(shù)量等。

（4）討論：通過典型工程截流教學(xué)案例分析，使學(xué)生具有強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感和使命感；通過對河道截流課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識水利工程建設(shè)與GNSS、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)應(yīng)用的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生開闊學(xué)術(shù)視野；針對施工截流的工程問題、基本概念及相關(guān)理論計(jì)算內(nèi)容的課堂討論，增強(qiáng)對施工截流、計(jì)算方法、主要的技術(shù)指標(biāo)理解。

三、結(jié)束語

在水利水電工程施工教學(xué)教案設(shè)計(jì)中，通過河道截流圖片、影像資料、截流數(shù)字孿生等信息化、數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)河道工程截流問題及其重要性與思政教學(xué)的內(nèi)容有機(jī)融合，并導(dǎo)入施工截流技術(shù)、計(jì)算模型構(gòu)建及其實(shí)現(xiàn)方法，采用課堂講授、案例研討與實(shí)踐，使學(xué)生深刻理解工程建設(shè)者與管理者的攻堅(jiān)克難與奉獻(xiàn)精神，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)技術(shù)超越的重要性與使命感、自豪感，實(shí)現(xiàn)對施工專業(yè)知識與分析其工程問題有機(jī)融通，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)和探究水利水電工程施工的興趣，培養(yǎng)和提升學(xué)生解決工程問題的能力，又提高了課程教學(xué)的效果和效率，對水利工程學(xué)科的思政教學(xué)有一定示范作用。