周凱（淮海工學院222005）

結(jié)合編程計算的《工程水文學》教學改革

周凱（淮海工學院222005）

工程水文學中很多手工計算方法繁復費時，學生普遍感覺深奧難懂。為解決這個問題，提出與編程計算相結(jié)合的教學方法，并論證該教學方法的必要性和實施辦法，討論實施中會遇到的問題和解決方法，使學生能掌握該門課程的知識點，并提高學生動手解決實際問題的能力。

工程水文學編程教學方法

工程水文學是水利工程學科港口航道與海岸工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。它是水文學的一個分支，研究地球上各種水體（江、河、湖、海）的存在、循環(huán)和分布，化學和物理性質(zhì)以及它們對環(huán)境的影響的一門科學。為工程規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)及運行管理各個環(huán)節(jié)提供水文依據(jù)，包括有關(guān)控制或利用河川和海洋資源所建造的工程。工程水文學在河流的開發(fā)、利用與治理以及港口與航道工程建設(shè)中起著重要的作用[1]。同樣，對給排水工程、水務工程等專業(yè)學生的綜合素質(zhì)和實踐能力也具有重要作用[2]，有些高校也把其作為這些專業(yè)的必修課。這門課程不論是對促進高校的學科交叉，還是擴大學生今后的就業(yè)面都具有重要的意義。

工程水文學主要包括河川水文學和海洋水文學兩大部分，包括緒論、河川水文基礎(chǔ)知識、河川水文測驗、水文統(tǒng)計基礎(chǔ)知識、河道工程設(shè)計水位及流量推求、海浪、潮汐、近岸海流。主要任務是水文分析計算和水文預報兩方面，研究方法有成因方法和數(shù)理統(tǒng)計方法[1]。水文現(xiàn)象是多種因素綜合作用下不斷變化的過程，帶有隨機性，水文參數(shù)可看作隨機變量，因而研究中大量地應用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方法。

一、結(jié)合編程教學的必要性

工程水文學在港口、航道與海岸工程專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，既對高等數(shù)學、水力學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等課程進行應用，又為港口工程、航道工程等專業(yè)課打下基礎(chǔ)。但在教學實踐中，學生普遍對有實際應用背景的內(nèi)容感興趣，一部分學生只對專業(yè)主干課程感興趣，而對工程水文學看不到的實際用處，缺乏重視和學習積極性低。

課程中有很多計算方法（比如求矩適線法、風浪要素的推求、波浪折射圖的繪制等），需要查圖查表然后手工計算。一則手工計算方法存在主觀判斷的因素，每個人得出的結(jié)果不完全相同，容易導致人為誤差。再則手工計算方法往往費時費力，即使熟練掌握，一個案例做下來要個把小時甚至更長時間。學生做案例習題的時候，做過一次永遠不想再做第二次。三則在考試環(huán)節(jié)，考試時間通常只有兩個小時，很難有充足的時間對這些手工計算方法的掌握進行完整考察。

工程水文學的特點是以大量水文數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，處理數(shù)據(jù)本身比較枯燥。而由數(shù)據(jù)形成的圖、表和經(jīng)驗公式，既繁瑣又抽象。學生普遍感覺就是“難”，對其學習容易失去信心，教學效果差。導致在后續(xù)學習主干課程時，基礎(chǔ)知識不牢固，還要“返工”，回頭解釋之前基礎(chǔ)課里面的內(nèi)容，這些問題都亟待解決。而解決這一問題的方法就是在工程水文學教學中結(jié)合計算機編程計算。在現(xiàn)在計算機技術(shù)如此普及的時代，這些繁瑣的手工計算過程更加顯得效率低下。高效、直觀的計算機技術(shù)，不僅快速算出結(jié)果，還消除手工計算中的主觀性。此外，能讓學生之前所學的編程知識學以致用，提高其學習興趣。因此，對工程水文學中復雜抽象的計算過程，編程電算化是良好解決方案，也十分必要。

二、實施步驟與可行性

（一）具體步驟

首先調(diào)研行業(yè)內(nèi)計算軟件現(xiàn)狀，了解編程這些軟件所用語言和功能；然后根據(jù)實際情況確定開發(fā)語言和目標；其次，在學生中組建小組，通過講解、討論、實踐的過程編寫程序；再次，把軟件用回課堂教學觀察其效果，并改進；最后，完成教學改革并總結(jié)成果。

（二）可行性

計算機編程和計算平臺[3-4]。有EXCEL、MAPLE、MATLAB等強大并且功能豐富的可視化數(shù)據(jù)處理工具，并且學校在低年級普遍開設(shè)了VB、C、VC++等編程類課程，學生具備編程基礎(chǔ)。

學生感興趣。編程類課程中的練習題，一般是數(shù)組求和、排序等與專業(yè)背景聯(lián)系不密切的案例，學生上完課對這些所學知識應用的機會也很少。剛剛走入編程世界的大門，有強烈使用這些使用這些工具的愿望。如同剛學會開車，特別有想開車的愿望，讓其對工程計算編程剛好滿足其心理。

學生課余時間較多。港口、航道與海岸工程專業(yè)高年級課程負擔較少，有充足的課余時間對編程進行研究討論。

教學條件良好。學院有自己的機房，投影、教學軟件、計算軟件等教學設(shè)備都比較齊備，方便安排上機實習。

學校的支持，學校多年大力支持教學改革和創(chuàng)新。

三、遇到的困難與解決方法

1.增加編程內(nèi)容，提高了課程難度，并不是所有學生都有興趣、有能力完成。學生剛剛學過編程類課程，讓其在這門課中應用，這本身可以提高其學習興趣。課堂上以完整的程序進行演示講解的教學為主，理解吸收難度較低；課后興趣小組以討論和編寫程序為主，提高其動手和實踐能力。

2.工程水文學學時較少，本身只有24課時，很難在這么少的課堂教學時間中，完成大量內(nèi)容的講授。為解決這一問題：首先，課堂教學中要對內(nèi)容進行取舍。重新梳理課程中的內(nèi)容，分清主要知識點與次要知識點，突出重點[5]。對一個問題的行業(yè)規(guī)范推薦方法、常用方法重點講授，對不常用的理論和方法，一語帶過或者改為課下自學；其次，更多地利用課外時間。以編程愛好活動小組形式組織，每個小組獨立討論，可對同一案例采取多種不同解決路線。對積極參與和完成效果較好的學生給予成績上的獎勵；再次，調(diào)整今后專業(yè)培養(yǎng)方案。合理增加課程課時，增設(shè)課程設(shè)計、實踐環(huán)節(jié)，使工程水文學這門課程更加完善和豐滿。

3.缺少實踐環(huán)節(jié)?？梢蚤_設(shè)專門的上機實習課時，對EXCEL、MAPLE、MATLAB等工具進行講解。增加實踐環(huán)節(jié)，可以提高學生對所學知識的綜合運用能力，對課堂所學的計算方法有更深層次的理解，不僅鞏固了知識點，而且增強了動手解決實際問題的能力。

四、結(jié)語

工程水文學其研究方法是以實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，存在許多經(jīng)驗公式和表格、曲線，需要大量的手工計算，其特點非常適合結(jié)合編程來學習，用計算機輔助計算有其必要性。并且，從學校和學生的角度分析，也都具備把編程融入教學的條件和可行性。

通過把編程計算融入工程水文學的教學，將繁瑣的手工計算方法電算化，不僅節(jié)省大量時間，而且激發(fā)學生學習興趣。在這個過程中還能讓學生對所學的知識點融會貫通，有更深層的理解。對于解決問題的方法不能因循守舊，應善于使用新的技術(shù)解決實際問題，這對工科學生尤其重要。

[1]邱大洪.工程水文學（第四版）[M].北京:人民交通出版社,2011:5.

[2]李國芳.抓住課程特點，提高課堂教學質(zhì)量——以“工程水文學”為例[J].科教導刊：中旬刊,2011(12):86-88.

[3]徐冬梅.“工程水文學”課程教學改革探討[J].科教文匯：下旬刊,2010(1):114-134.

[4]楊海清,周小平.“工程水文學”選修課程教學方法探討[J].中國電力教育,2013(7):123-124.

[5]賴克龍.水利中專工程水文學教學的特點[J].長江水利教育,1997(3):23-24.

（責編張宇）