新工科背景下“水工建筑物”課程教學(xué)改革創(chuàng)新

王愛芹，李 剛，湯 驊

（石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆維吾爾自治區(qū)石河子 832000）

一、引言

新工科是我國新經(jīng)濟背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇。水利水電工程專業(yè)作為我國傳統(tǒng)的工科專業(yè)，其專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量對于人才培養(yǎng)至關(guān)重要。因此，專業(yè)課程教學(xué)應(yīng)改變重理論輕實踐、重灌輸輕創(chuàng)新的傳統(tǒng)教學(xué)理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)過程等方面開展教學(xué)改革，提升學(xué)生的工程實踐能力，培養(yǎng)出適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程技術(shù)人才。

二、“水工建筑物”課程特點

“水工建筑物”是水利類專業(yè)的核心主干課程。該課程知識面覆蓋廣、實踐性強，其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生初步理解水利工程中各種水工建筑物的工作原理、構(gòu)造特點、體型布置、適用條件，理解水利樞紐的布置方式與原則，掌握典型的擋水、泄水和輸水建筑物的設(shè)計理論和方法?！八そㄖ铩笔呛罄m(xù)“水利工程施工”“水利工程項目管理”“水電站”等專業(yè)課程的先修課程，又為學(xué)生未來從事水利工程技術(shù)工作提供必不可少的知識儲備，因此，該課程在專業(yè)人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用。

三、“水工建筑物”課程教學(xué)存在的問題

隨著高等教育教學(xué)改革的持續(xù)推進，傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足新工科發(fā)展的需要，亟須進行教學(xué)改革。目前，該課程存在以下問題。

（一）教學(xué)內(nèi)容相對陳舊，面向行業(yè)需求深化教學(xué)內(nèi)容改革的力度較弱

教材部分內(nèi)容不能與時俱進，如生態(tài)水利及河道修復(fù)等工程的建設(shè)，大量的橡膠壩、鋼閘壩、合頁活動壩、自密實堆石混凝土壩等工程的設(shè)計與興建[1]，在《水工建筑物》教材中幾乎沒有涉及。

（二）教學(xué)過程重理論、輕實踐，學(xué)生工程實踐能力有待進一步提升

封閉式課堂授課，使學(xué)生接觸水工模型及原型的機會較少，對水利工程的建設(shè)缺少直觀認(rèn)識，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，導(dǎo)致學(xué)生缺乏發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程問題的能力[2]。

（三）學(xué)生職業(yè)認(rèn)同感較低，工程素養(yǎng)有待進一步提升

專業(yè)課教師未將授課內(nèi)容與思政元素充分融合，在課程中融入思政元素時仍以說教為主，缺乏親和力和針對性[3]，導(dǎo)致學(xué)生對于水利工程行業(yè)的認(rèn)同感較低，職業(yè)規(guī)劃相對不明確，工程素養(yǎng)還有待進一步提升。

目前，“水工建筑物”課程面向本科三年級學(xué)生開設(shè)。在此之前，學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了“基礎(chǔ)力學(xué)”“工程水文學(xué)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程，具備了初步的數(shù)理思維和分析問題能力，且已于第五學(xué)期初開展了認(rèn)識實習(xí)，對水利水電工程有了基本的、宏觀的認(rèn)識，學(xué)習(xí)專業(yè)課的主觀意愿和積極性較強，因此，如何優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、提升學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力、增強學(xué)生職業(yè)認(rèn)同感成為本課程教學(xué)中亟待解決的突出問題。

四、“水工建筑物”課程教學(xué)改革策略

文章針對從“水工建筑物”課程教學(xué)過程中梳理出的問題與難點，分別從課程內(nèi)容、教學(xué)模式與教學(xué)過程3 個方面進行了教學(xué)改革與實踐。

（一）優(yōu)化課程內(nèi)容

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水利工程行業(yè)中新方法、新技術(shù)、新材料層出不窮，而教材中理論知識的更新速度相對較慢。為了解決理論知識相對陳舊，一定程度上與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀脫軌的問題，專業(yè)課教師應(yīng)以學(xué)生為中心，以課程目標(biāo)達成為導(dǎo)向，對課程內(nèi)容進行更新?lián)Q代，即優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，去除過于陳舊的知識點，增加緊跟學(xué)科前沿、產(chǎn)業(yè)和技術(shù)最新發(fā)展的交叉性、研討類課程模塊。新的課程內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、實用技術(shù)、管理評估、監(jiān)測預(yù)報、環(huán)境保護、智慧水利、行業(yè)發(fā)展、學(xué)科前沿等，融入了新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)、新工藝[4]，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容知識結(jié)構(gòu)過于單一、陳舊的問題，提高了學(xué)生的工程問題分析能力與工程素養(yǎng)。

（二）創(chuàng)新教學(xué)模式

1.實踐出真知，構(gòu)建“五位一體”實踐教學(xué)體系

專業(yè)課教師調(diào)整傳統(tǒng)教學(xué)中重理論、輕實踐的教學(xué)模式，改變僅以課內(nèi)實驗作為衡量學(xué)生工程實踐能力的考核標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合課程注重實用性的特點，構(gòu)建了課內(nèi)實驗、虛擬仿真、課程設(shè)計、課程實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計緊密結(jié)合的“五位一體”實踐教學(xué)體系。

課內(nèi)實驗：開設(shè)了4 個綜合性實驗，提升學(xué)生文獻檢索、創(chuàng)新思維、獨立分析和解決問題、整合知識結(jié)構(gòu)的能力。

虛擬仿真：結(jié)合水利工程行業(yè)最新技術(shù)、一線工程案例和企業(yè)需求，借助現(xiàn)代信息化教學(xué)手段，建立虛擬仿真實驗室，使教學(xué)情境更加接近現(xiàn)實工作現(xiàn)場。學(xué)生可在虛擬情境中自主操作，有利于提高學(xué)習(xí)興趣，促進工程實踐能力的提升。

課程設(shè)計：以典型水利樞紐為設(shè)計選題，調(diào)整設(shè)計參數(shù)。學(xué)生2 人為一組，自主選擇擅長的設(shè)計類型，增強主觀能動性，充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”。設(shè)計過程中，要求學(xué)生查閱最新規(guī)范，了解與設(shè)計題目相關(guān)的學(xué)科前沿和研究動態(tài)，鼓勵創(chuàng)新?？己朔绞綖閷W(xué)生匯報自己的設(shè)計方案，提交計算書與設(shè)計圖紙，有利于鍛煉學(xué)生的設(shè)計與表達能力。

課程實習(xí)：依托認(rèn)識實習(xí)與生產(chǎn)實習(xí)，進一步消化課程內(nèi)容。在實習(xí)過程中加強監(jiān)管，注重培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)則與責(zé)任意識。多樣化考核實習(xí)效果，充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生將理論和實踐相結(jié)合的能力。

畢業(yè)設(shè)計：畢業(yè)設(shè)計階段重點培養(yǎng)學(xué)生對整個水利樞紐的規(guī)劃、設(shè)計，以及編寫設(shè)計說明書、繪制工程圖的能力，有利于充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，促進其個性發(fā)展，創(chuàng)作出獨一無二、極具創(chuàng)新性的設(shè)計作品[5]。

2.秉承工程認(rèn)證理念，將專業(yè)課教育融入學(xué)生培養(yǎng)全過程

教學(xué)工作服務(wù)人才培養(yǎng)全過程，從新生入學(xué)開始，相關(guān)課程教師進行集體備課，強化專業(yè)基礎(chǔ)課程在專業(yè)課程中的綜合應(yīng)用，保證教學(xué)內(nèi)容的連貫性與互通性。關(guān)注學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段的認(rèn)知水平，不斷提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

第一學(xué)期：通過“水利工程專業(yè)概論”等課程，教師講述水利工程學(xué)科與行業(yè)發(fā)展的歷程與輝煌成就，輔以介紹典型工程案例，增強學(xué)生對本專業(yè)的認(rèn)同感。

第二學(xué)期：通過“計算機輔助設(shè)計”等課程，學(xué)生掌握水利工程的工具——CAD 制圖，嘗試用專業(yè)工具與語言表達專業(yè)知識。

第三學(xué)期：掌握“三大力學(xué)”基礎(chǔ)知識，計算水工建筑物的強度和穩(wěn)定性，為水工建筑物的初步設(shè)計打下理論基礎(chǔ)。

第四學(xué)期：完成“工程地質(zhì)及水文地質(zhì)”“測量學(xué)”等專業(yè)課程的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，為水工建筑物的初步設(shè)計“熱身”。

第五學(xué)期：掌握“水資源及利用”“水工程法規(guī)”“水利工程概預(yù)算”等專業(yè)課程的基礎(chǔ)知識，為水工建筑物的設(shè)計提供保障與依據(jù)。

第六學(xué)期：完成“水工建筑物”課程的學(xué)習(xí)，與此同時，分組開展為期2 周的課程設(shè)計，全面檢測學(xué)生對該課程教學(xué)目標(biāo)的達成情況。

第七學(xué)期：通過掌握“水利工程經(jīng)濟”課程知識，能夠從經(jīng)濟的角度對水利工程建設(shè)方案進行比選，優(yōu)化水工建筑物選型，為設(shè)計出安全與經(jīng)濟并重的建筑物體型與尺寸服務(wù)。

第八學(xué)期：學(xué)生在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，開展畢業(yè)設(shè)計，完成計算書，并用圖紙表達設(shè)計方案。全方位檢測學(xué)生的專業(yè)知識水平、繪圖水平、獨立解決復(fù)雜工程問題的能力。

（三）豐富教學(xué)過程

1.增設(shè)以工程實例為載體的思政案例，打造思想政治教育“4+1”新模式

緊密圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)生不僅需要有扎實的專業(yè)知識和職業(yè)技能，更需要具備良好的工匠精神、道德情操和職業(yè)操守等[6]。因此，教師結(jié)合課程特點，借助多種形式向?qū)W生潛移默化地傳遞思政元素，把“三全育人”融入專業(yè)課程教育，分設(shè)了培養(yǎng)兵團精神、工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)與生態(tài)文明理念4 個主題模塊，主設(shè)一個培養(yǎng)愛國主義精神總目標(biāo)，打造了思想政治教育“4+1”新模式，進而著力培養(yǎng)具有較高的科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感，能夠在工程實踐中正確理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任的社會主義合格建設(shè)者和可靠接班人。具體內(nèi)容如下。

兵團精神主題：《取水樞紐》章節(jié)中關(guān)于渠系建筑物部分，融入新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團的水利史——修建和平渠，使學(xué)生感悟在當(dāng)時惡劣的環(huán)境下，兵團人在戈壁灘上開良田、建新城，將青春熱血灑在天山南北的亙古荒原上，形成了“熱愛祖國、無私奉獻、艱苦創(chuàng)業(yè)、開拓進取”的兵團精神，同時，引導(dǎo)學(xué)生思考“當(dāng)時的兵團人經(jīng)歷了什么樣的奮斗歷程”“作為新時代的大學(xué)生，應(yīng)該如何傳承并發(fā)揚兵團精神”[7]。

工匠精神主題：《巖基上的重力壩》章節(jié)中對于溢流壩面和非溢流壩面的剖面設(shè)計部分，強調(diào)合理的體型對于水利工程正常運行的重要性，在不斷的優(yōu)化設(shè)計中融入敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等工匠精神的基本內(nèi)涵。

職業(yè)素養(yǎng)主題：《土石壩》章節(jié)中關(guān)于工程運行與管理部分，融入工程案例——兩河口水利工程，使學(xué)生清楚地了解土石壩的修建過程，以及專業(yè)技術(shù)人員在面臨自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜、海拔高、高邊坡群、交通條件極差等難題時，表現(xiàn)出的職業(yè)技能、職業(yè)行為與職業(yè)意識，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

生態(tài)文明理念主題：《拱壩》章節(jié)中關(guān)于泄洪消能時不可避免地出現(xiàn)“霧化”現(xiàn)象部分，辯證地分析水利工程建設(shè)的利弊關(guān)系，介紹環(huán)境水利工程，引導(dǎo)學(xué)生在以后的工作崗位上，應(yīng)遵循生態(tài)保護原則，邊保護邊建設(shè)，即將水利工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護相結(jié)合，循環(huán)再生綜合利用，共生互補，協(xié)調(diào)發(fā)展。

愛國主義精神：在全階段教學(xué)過程中，教師引入實際工程案例，從古代的大禹治水、京杭大運河、都江堰等工程[8]，到近年來的南水北調(diào)與三峽水利工程，再到在建的兩河口等大型水利工程，無一不體現(xiàn)出古代勞動人民的智慧結(jié)晶、當(dāng)代人的創(chuàng)新與責(zé)任，引導(dǎo)學(xué)生感受水利強國的魅力與風(fēng)采，增強學(xué)生的民族自信心與自豪感。

2.豐富過程性考核，多維度評價學(xué)習(xí)成果

調(diào)整、豐富“水工建筑物”課程的考核方式，多維度、多方式、全面、客觀地評價學(xué)生對課程目標(biāo)的達成度。具體方式與占比分別為工程匯報（10%）、思政報告（5%）、課內(nèi)實驗（10%）、虛擬仿真（10%）、課程作業(yè)（15%）與課程考試（50%）。其中，思政報告對應(yīng)該課程的“價值目標(biāo)”，工程匯報、課內(nèi)實驗與虛擬仿真對應(yīng)“能力目標(biāo)”，課程作業(yè)與課程考試對應(yīng)“知識目標(biāo)”。

工程匯報：學(xué)生自由組隊，5 人一組，選擇典型的水利工程，分別從工程名稱、工程等級、地理位置、樞紐布置、建筑物組成、工程效益、創(chuàng)新與難題等方面展開匯報。匯報時小組成員全員參與，表明每個學(xué)生在團隊中的分工與貢獻，考查學(xué)生個人表達能力及與團隊溝通能力。每組匯報時間為15 min。

思政報告：授課過程中，教師充分挖掘思政元素，結(jié)合具體工程案例，或展現(xiàn)水利強國魅力，或熏陶兵團精神，或遵守職業(yè)規(guī)范，或體現(xiàn)工匠精神，增強學(xué)生的民族自信心與自豪感。學(xué)生可圍繞“水利工程與兵團精神”“水利工程與工匠精神”“水利工程與職業(yè)素養(yǎng)”“水利工程與生態(tài)文明理念”4 個主題中的一個，通過查閱文獻資料，撰寫思政報告。

課內(nèi)實驗：開設(shè)三級水利樞紐模型參觀與分解實驗，使學(xué)生了解水工建筑物組成與作用；開展重力壩應(yīng)力分析實驗，使學(xué)生了解混凝土在重力壩不同部位的應(yīng)力分布，學(xué)會根據(jù)規(guī)范給定的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)進行強度校核；開展泄水建筑物消能及下游河道沖刷影響實驗，使學(xué)生了解水利工程中常用的消能防沖措施；開展多功能滲流實驗，使學(xué)生了解土石壩、水閘等土基上的水工建筑物的壩（閘）基滲流過程，探索提高防滲穩(wěn)定性的工程措施。

虛擬仿真：依托虛擬仿真實驗室，使學(xué)生借助虛擬仿真技術(shù)，開設(shè)“重力壩”“心墻土石壩”“面板堆石壩”“正槽溢洪道”“水閘”“水工隧洞”“梁式渡槽”“抽水蓄能電站”8大模塊。通過三維呈現(xiàn)各類水工建筑的結(jié)構(gòu)、作用與工作原理，再現(xiàn)實際工程現(xiàn)場。學(xué)生在操作中熟悉相關(guān)理論知識在社會生產(chǎn)中的具體運用，增強對實際工程的了解，理論聯(lián)系實際，使課堂教學(xué)和實際工程聯(lián)系得更加緊密。

五、結(jié)束語

經(jīng)過教學(xué)改革與創(chuàng)新，學(xué)生積極參與各類科技競賽并取得了豐碩的成果，工程實踐能力與職業(yè)素養(yǎng)得到了提升，專業(yè)認(rèn)同感與歸屬感增強，行業(yè)就業(yè)率不斷提升。教學(xué)改革進一步適應(yīng)了水利工程行業(yè)發(fā)展的新需求，培養(yǎng)了一批在水利工程及相關(guān)領(lǐng)域從事工程勘測、規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理和研究等方面工作的具有較高的科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感的創(chuàng)新型、應(yīng)用型卓越人才。