洪 明 付秋萍 趙經(jīng)華 馬 亮 陶洪飛

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)改革的思考
——以新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)為例

洪 明 付秋萍 趙經(jīng)華 馬 亮 陶洪飛

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

“灌溉排水工程學(xué)”是新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)針對新疆工程建設(shè)中水土保持植物措施在自然條件下實施困難，必須采取配套灌溉措施的現(xiàn)狀而為水土保持專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課程。在分析了水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀及特點的基礎(chǔ)上，提出了對水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)的改革措施：首先，應(yīng)加強學(xué)生灌溉系統(tǒng)選型能力的培養(yǎng)；其次，應(yīng)優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容；第三，強化學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)；第四，引導(dǎo)學(xué)生積極開展科技創(chuàng)新實踐活動。課程教學(xué)改革后，逐步構(gòu)建了較為完整的課程教學(xué)體系，學(xué)生的實踐及創(chuàng)新能力顯著提升，專業(yè)技能顯著增強。

水土保持；灌溉排水工程學(xué)；教學(xué)改革

近年來，國家提出的“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略為新疆社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供了新的機遇，但同時，隨著能源、環(huán)保、交通、航運、水利、通訊、廣播、電視、防災(zāi)減災(zāi)、教育、衛(wèi)生等涉及民生的基礎(chǔ)設(shè)施的大量開工建設(shè)[1]，使原本脆弱的綠洲生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重，土地沙漠化加劇，生態(tài)環(huán)境惡化，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)。隨著社會對水土保持專業(yè)人才需求量的增大，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院積極整合師資力量與教學(xué)資源，在新疆率先開設(shè)了水土保持與荒漠化防治本科專業(yè)，并于2012年招收了第一屆學(xué)生，共42人。經(jīng)過4年的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，這一屆水土保持專業(yè)的學(xué)生全部按期完成學(xué)業(yè)，順利畢業(yè)，就業(yè)率達(dá)到了90%以上。除了4名學(xué)生考取了北京林業(yè)大學(xué)、陜西師范大學(xué)及本校的碩士研究生繼續(xù)深造外，其余絕大多數(shù)畢業(yè)生均奔赴全疆各地從事與水土保持相關(guān)的工作。

一、水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

新疆的建設(shè)項目經(jīng)常位于戈壁荒漠等生態(tài)脆弱區(qū)，對生態(tài)環(huán)境破壞大，且恢復(fù)困難[2]。作為重要的水土保持防治措施之一的植物措施在該地區(qū)建設(shè)項目中經(jīng)常被采用[3]，通過造林種草實現(xiàn)增加植被覆蓋率，維護(hù)和提高土地生產(chǎn)力，最大程度地減少水土流失。由于新疆地處內(nèi)陸，氣候干旱少雨，植被需水主要依靠灌溉供給，植物措施中配套的灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計與管理就顯得尤為重要。因此，“灌溉排水工程學(xué)”成為了以新疆為代表的西北干旱區(qū)水土保持專業(yè)重要的專業(yè)選修課程之一。

在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，“灌溉排水工程學(xué)”主要為農(nóng)業(yè)水利工程、水利水電工程、水利水電工程管理、水文與水資源工程及水土保持與荒漠化防治專業(yè)5個涉水專業(yè)開設(shè)，均為52個學(xué)時；其中理論教學(xué)46學(xué)時，試驗教學(xué)6學(xué)時。根據(jù)新疆實際的情況，“灌溉排水工程學(xué)”開設(shè)了3個教學(xué)實驗：渠道模型實驗、滴灌帶灌水均勻度及制造偏差測定實驗、明溝排水實驗。教學(xué)大綱要求該課程教學(xué)均在第7學(xué)期完成。其中，作為專業(yè)必修課的農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)安排有2周的課程設(shè)計，主要進(jìn)行灌區(qū)灌排工程規(guī)劃及灌排渠系設(shè)計。而作為專業(yè)選修課的其他4個專業(yè)，除水土保持專業(yè)設(shè)有1.5周的課程設(shè)計外，其他3個專業(yè)僅安排了52學(xué)時的教學(xué)，未開設(shè)課程設(shè)計，課程教學(xué)均分專業(yè)開展。

水土保持專業(yè)的“灌溉排水工程學(xué)”課程選擇了汪志農(nóng)教授主編的《灌溉排水工程學(xué)》第2版作為教材，并將其中的第1章農(nóng)田灌溉原理、第2章灌水方法與技術(shù)、第3章灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、第4章灌溉管道系統(tǒng)、第6章排水原理、第7章農(nóng)田排水技術(shù)、第8章明溝排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計作為教學(xué)的主要內(nèi)容。重點介紹了農(nóng)田灌溉原理、噴灌、微灌工程規(guī)劃設(shè)計、灌區(qū)規(guī)劃及渠道規(guī)劃設(shè)計，而對灌溉管道系統(tǒng)及排水原理、排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計僅做了簡單介紹，不作為重點。此外，水土保持專業(yè)的“灌溉排水工程學(xué)”課程增加了1.5周的課程設(shè)計，同時對課程設(shè)計內(nèi)容也進(jìn)行了調(diào)整。針對水土保持專業(yè)所涉及的工程建設(shè)項目中與灌溉相關(guān)的植物措施往往都呈點狀或帶狀分布，且植物措施中的林草措施多采用滴灌、微噴灌或小管出流等作為主要配套的灌溉技術(shù)的特點，確定了課程設(shè)計內(nèi)容為滴灌工程設(shè)計，設(shè)計的作物種類涵蓋了新疆主要農(nóng)作物和特色果樹，如棉花、小麥、玉米、番茄、紅棗、核桃等。課程設(shè)計內(nèi)容的改變，可以使學(xué)生充分理解滴灌設(shè)計的基本思路，依據(jù)作物栽培模式選擇適宜的灌水技術(shù)，進(jìn)而確定每種灌水技術(shù)所對應(yīng)的灌水技術(shù)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行管網(wǎng)的水力學(xué)設(shè)計，完成配套灌溉措施的規(guī)劃設(shè)計任務(wù)。

二、水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)的特點

“灌溉排水工程學(xué)”是農(nóng)業(yè)工程類農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的一門必修專業(yè)課，也是其他涉水專業(yè)的必修課程或輔助課程?！肮喔扰潘こ虒W(xué)”課程實踐性較強，主要是使學(xué)生了解和掌握灌溉與排水的基本原理及其主要技術(shù)，學(xué)習(xí)灌排系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計方法以及灌排工程管理的基本知識和方法，為學(xué)生畢業(yè)后從事與灌溉排水相關(guān)的水利工程規(guī)劃設(shè)計、施工與管理打下堅實的基礎(chǔ)[4]。由于專業(yè)的差異，水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)有其自身的特點。

(一)課程教學(xué)的重點有別于其他專業(yè)

農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)的重點是灌區(qū)規(guī)劃及灌排渠系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，而在水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)中卻不做過高要求。因為水土保持工程項目中植物措施配套灌溉系統(tǒng)多采用噴灌、微灌和低壓管道灌，因此，水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)的重點是噴灌、微灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計。以微灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計教學(xué)為例，水土保持專業(yè)講授的課程內(nèi)容包括灌溉系統(tǒng)規(guī)模的確定，各級灌溉管道的鋪設(shè)長度、管徑、水頭損失等參數(shù)的具體計算方法等，涉及了“節(jié)水灌溉技術(shù)”課程的部分知識。因此，水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)超越了農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程的教學(xué)范疇。在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，水土保持專業(yè)側(cè)重于微灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計方法的訓(xùn)練，如系統(tǒng)選型、管網(wǎng)布置、系統(tǒng)水力學(xué)計算等，而農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)則側(cè)重于灌區(qū)規(guī)劃、灌排渠系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方面的能力培養(yǎng)。

(二)注重培養(yǎng)學(xué)生的灌溉系統(tǒng)選型能力

灌溉排水工程學(xué)研究的主要對象均為灌區(qū)內(nèi)的條田，面積相對集中，且灌溉系統(tǒng)多為固定式滴灌系統(tǒng)。因此，在傳統(tǒng)的水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)中僅以固定式滴灌系統(tǒng)作為重點，簡單介紹移動式、半固定式滴灌系統(tǒng)，對灌溉系統(tǒng)的選型并未做過多的介紹。但近年來各地土地經(jīng)營模式不斷轉(zhuǎn)變，土地流轉(zhuǎn)速度加快，灌溉系統(tǒng)逐漸向規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展[5]，若仍采取傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，將會導(dǎo)致學(xué)生選型能力的弱化。如水土保持專業(yè)所涉及生產(chǎn)建設(shè)項目中的線性工程——道路、鐵路、渠道等兩側(cè)的植物措施，多呈現(xiàn)窄長型分布，若忽略了灌溉系統(tǒng)的選型，直接將灌溉配套措施設(shè)計成固定式滴灌系統(tǒng)，那么，灌溉系統(tǒng)的干管或分干管會很長，水頭損失偏大，首部需要的揚程較大，最終導(dǎo)致灌溉系統(tǒng)運行成本高；如果分段設(shè)計成若干個系統(tǒng)，灌溉系統(tǒng)造價就會偏高，而《中華人民共和國水土保持法》規(guī)定，經(jīng)水行政部門審核并批準(zhǔn)后的水土保持方案必須要實施，否則整個建設(shè)項目不能通過工程項目驗收。上述兩種情況均會造成方案實施困難?；谏鲜銮闆r，水土保持專業(yè)對灌溉系統(tǒng)的合理選型要求更高，因此，教師在進(jìn)行水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)時應(yīng)注重加強學(xué)生選型能力的培養(yǎng)。

(三)注重培養(yǎng)學(xué)生的灌溉管網(wǎng)布置能力

傳統(tǒng)的滴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計在進(jìn)行灌溉管網(wǎng)布置時，毛管通常沿著種植行向布置，支管垂直于毛管，分干管又垂直于支管，干管垂直于分干管，干管通常布置在條田上端，見圖1(a)，因此管網(wǎng)布設(shè)形式相對單一，只要求設(shè)計人員能夠根據(jù)作物種植行向，依次布置各級管網(wǎng)即可。但是，在水土保持方案中典型的線狀工程，見圖1(b)，兩側(cè)植被灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)布置，形式相對較多：如布置形式一，首部設(shè)置在兩側(cè)的中間位置，設(shè)置干管+支管+毛管三級管道，支管兩側(cè)供水；布置形式二，首部設(shè)置在一側(cè)，設(shè)置干管+支管+毛管三級管道，支管單項供水；布置形式三，首部設(shè)置在一側(cè)，設(shè)置干管+分干管+支管+毛管四級管道，干管穿越線狀工程(渠道或道路)后接分干管，其他管網(wǎng)的布設(shè)形式可采用布置形式一或二。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，水土保持方案的線狀工程兩側(cè)植被灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)布設(shè)形式比大田滴灌工程的管網(wǎng)布設(shè)形式更多，同時管網(wǎng)布設(shè)還要考慮林草種植模式、施工條件等因素的限制。因此，水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程應(yīng)更加注重學(xué)生灌溉管網(wǎng)布置能力的培養(yǎng)。

圖1 灌溉工程管網(wǎng)布置示意圖

三、水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)改革的措施

(一)加強灌溉系統(tǒng)選型能力的培養(yǎng)

由于前期“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)忽略了灌溉系統(tǒng)選型方面的訓(xùn)練，學(xué)生在進(jìn)行圖1(b)中線狀工程灌溉系統(tǒng)設(shè)計時，絕大多數(shù)選擇了采用固定式滴灌，雖然技術(shù)上可行，但經(jīng)濟(jì)上并不是最優(yōu)。因此，應(yīng)加強學(xué)生灌溉系統(tǒng)選型能力的培養(yǎng)，使學(xué)生在進(jìn)行配套灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計時，能夠依據(jù)工程實際情況合理地進(jìn)行灌溉系統(tǒng)選型，真正做到“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理”。

(二)優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

由于水土保持專業(yè)是新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)新增設(shè)的專業(yè)，實驗教學(xué)內(nèi)容還未完善，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計針對性不強，因此有必要對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。在實驗教學(xué)中，筆者保留了現(xiàn)有課程實驗中的“滴灌帶灌水均勻度及制造偏差測定的實驗”，去掉了針對性不強的實驗，同時借助農(nóng)業(yè)水利工程重點實驗室的人才及設(shè)備優(yōu)勢，引進(jìn)或自主研發(fā)實驗設(shè)備，開設(shè)了“土壤入滲”及“坡面產(chǎn)流”兩個與水土保持專業(yè)密切相關(guān)的實驗。這些實驗一方面可以加深學(xué)生對滴灌系統(tǒng)滴頭流量選擇、合理確定微噴灌噴灑強度等技術(shù)參數(shù)方面的感性認(rèn)識；另一方面，通過與其專業(yè)密切相關(guān)的實驗，提高學(xué)生分析、解決問題能力及動手能力[6]。

(三)強化學(xué)生的專業(yè)技能

在實際教學(xué)中，筆者已經(jīng)將“灌溉排水工程學(xué)”課程設(shè)計內(nèi)容由原來的灌區(qū)規(guī)劃及灌溉渠系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計改為了滴灌工程規(guī)劃設(shè)計，使學(xué)生較為系統(tǒng)地掌握了滴灌工程的設(shè)計方法，但滴灌工程設(shè)計仍然局限于大田滴灌工程。因為大田滴灌工程地塊相對集中、地面坡度較小，與水土保持專業(yè)所涉及的水土保持方案中的灌溉系統(tǒng)還有一定出入。因此，筆者在水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，增加了開發(fā)建設(shè)項目(如堤防工程、道路工程)，生產(chǎn)建設(shè)項目(如礦山)及坡面治理項目的灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容，從而使課程教學(xué)與實際生產(chǎn)緊密結(jié)合，進(jìn)一步強化了學(xué)生的專業(yè)技能。

(四)引導(dǎo)學(xué)生積極開展科技創(chuàng)新實踐活動

水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程的大部分教師或多或少都承擔(dān)著一些與水土保持相關(guān)的科研和技術(shù)咨詢工作。任課教師在進(jìn)行科研的同時，利用學(xué)校大學(xué)生科技創(chuàng)新項目的資金支持，積極引導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生開展科技創(chuàng)新實踐活動，將課堂教學(xué)延伸至生產(chǎn)與科研實踐的第一線[7]。學(xué)生通過參與科技創(chuàng)新實踐活動，將理論知識和創(chuàng)新實踐有機地聯(lián)系在一起，不僅激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，同時也提升了科技創(chuàng)新能力，增強了學(xué)生的使命感和社會責(zé)任感。

四、水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程教學(xué)改革的成效

通過改革，完善了水土保持專業(yè)“灌溉排水工程學(xué)”課程的理論與實踐教學(xué)內(nèi)容，逐步構(gòu)建了較為完整的課程教學(xué)體系。同時，學(xué)生對“灌溉排水工程學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣也在逐漸增加，實踐與創(chuàng)新能力得到顯著提升。目前，水土保持專業(yè)2013級2班34人中有15名學(xué)生參加了3項新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的大學(xué)生創(chuàng)新項目，參加人數(shù)接近全班總?cè)藬?shù)的44.1%。在就業(yè)方面，通過有針對性的專項訓(xùn)練，學(xué)生的專業(yè)技能得到顯著增強。從目前的就業(yè)形勢判斷，水土保持專業(yè)2017屆畢業(yè)生的就業(yè)率可達(dá)95%左右。

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[2] 楊衡，洪傳勛，馬英武，等.新疆公路工程建設(shè)中的水土流失危害及水土保持防治措施的探討——以S236公路為例[J].新疆水利，2010(4)：14-16.

[3] 王秀茹.水土保持工程學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2009：59-63.

[4] 汪志農(nóng).灌溉排水工程學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010：1-9.[5] 焉耆回族自治縣人民政府.高效節(jié)水向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)邁出新步伐[J].新疆水利，2012(3)：65-67.

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(責(zé)任編輯 王 偉)

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)校級教學(xué)改革項目“農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)卓越農(nóng)林人才計劃教學(xué)方法研究與綜合素質(zhì)培養(yǎng)研究”，項目編號201509005；“農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)模式改革及畢業(yè)設(shè)計選題開發(fā)研究”，項目編號201509101。