唐蓮 張衛(wèi)兵

[摘 要]水力學課程內容知識點抽象、計算公式較多，對數(shù)學物理基礎要求較高，工程應用性強，學生在學習的過程中對所學內容與工程實際的聯(lián)系理解不夠深刻，應用能力較弱。文章針對該課程授課過程中存在的上述問題，提出以工程實例為導向、以應用能力為主導的課程教學模式改革，引導學生從單純理解所學知識向結合工程背景解決實際問題轉變，以適應面向工程的應用型人才培養(yǎng)目標要求。

[關鍵詞]水力學；工程實例；應用能力；教學模式改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）01-0055-03

水力學是土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，尤其是在農業(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)的課程設置中，水力學都占有重要地位。對于寧夏大學土木與水利工程學院來說，水力學課程是4個專業(yè)8個教學班開設的專業(yè)基礎平臺課之一，選課學生達到200多人，其后續(xù)課程包括水力學及橋涵水文、水力學Ⅱ、水文及水力計算、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水工程等多門課程，是我院一門重要的專業(yè)基礎課。

水力學的研究對象是以水為代表的液體，它沒有一定的形狀，且具有流動性；課程內容設置概念多、公式多、理論性強、知識點抽象，研究涉及力學問題，課程本身難度較大；研究方法與固體質點系法完全不一樣，學生受慣性思維的影響，理解困難，學習難度大[1]。但同時該課程實用性、應用性又很強，而且與工程實際聯(lián)系非常緊密，是后續(xù)很多專業(yè)課程水力計算的基礎。目前，針對水力學課程的教學內容、方法、模式、實驗設備等已開展了系統(tǒng)的改革，改革效果較好，教學手段也轉變?yōu)橐远嗝襟w教學為主結合板書的混合教學模式，極大地克服了課時壓縮及板書對圖表顯示、動畫模擬的約束等問題，提高了課堂教學效率。但傳統(tǒng)的從理論到理論、理論脫離實際的模式依然是授課的主導模式，受課程特點及多種因素的影響，目前的教學方式還遠遠不能適應學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，同時對學生的工程背景及實際應用能力方面的培養(yǎng)及提升，以及與工程單位對人才實際操作能力的需求還不匹配。如何在雙一流建設過程中，以培養(yǎng)學生能力為主導，加強課堂教學的改革，進一步適應工程類人才的工程背景及實操能力培養(yǎng)，是這門課程教學改革的重要目標。

一、課程的特點及存在問題

和其他力學課程類似，從教材內容來看，水力學課程大多數(shù)是公式、定理、推導等，學生感到枯燥難懂，學習積極性不高。水力學課程的力學“三大理論”、連續(xù)性方程、能量方程、動量方程、歐拉平衡微分、方程式、液體的平衡、靜水總壓力的計算、達西公式等內容對學生的高數(shù)和物理水平要求較高，有大量的理論公式及公式推導[2]，涉及高等數(shù)學、大學物理、理論力學和材料力學等相關的知識，且理論性、邏輯性強，需要學生在學習過程中緊跟教材內容及教師講課思路，在深刻理解數(shù)學、物理、力學原理的基礎上應用到水力學研究中，才能對整個課程知識體系有較好的掌握。但這一點往往受到學生基礎數(shù)學、力學基礎薄弱的影響，學生在學習過程中容易產生強烈的畏難情緒，從而影響這部分內容的課堂講授效果。

教材上例題和習題偏理想化、學術化，一般只有對工程背景的簡單介紹，而且前后知識的連貫性差，這就使學生的學習缺乏明確的工程目標。加上大二學生因自身工程常識的缺失而往往不知道所學知識能解決什么工程問題，于是認為力學沒用，難以理解學習的目的和意義，這不僅不利于激發(fā)學生的學習興趣，而且也不利于對學生分析解決實際問題能力的培養(yǎng)。個別學生即使考試成績很高，但也不具備用所學力學知識分析、解決實際工程問題的能力，因為所學理論和實踐是脫節(jié)的，不能學以致用[3]。

在目前的教學中，由于課時限制，還是由教師為主導，配合多媒體教學，采用課堂講授的方式進行。教材版本較多，但基本編排體系不變，習題類型是配合章節(jié)內容進行單獨設置，缺乏整體性。雖然有實驗課作為實踐環(huán)節(jié)，但課堂教學中卻很少設置實踐教學和創(chuàng)新教育環(huán)節(jié)，實驗設計又不能完全結合實際工程展開，造成學生理論水平高于知識實際應用水平。

實驗環(huán)節(jié)多年來一直是本課程培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的重要環(huán)節(jié)，通過實驗教學與操作，能夠幫助學生更好地理解理論知識與培養(yǎng)實踐動手能力。但是受課時及實驗條件限制，大部分的實驗教學依然是按照實驗原理—目的—操作步驟—教師演示—學生操作—撰寫實驗報告的流程在開展，教師講解示范，學生被動聽，按實驗指導書的要求做，實驗報告及計算大家都一樣，整個實驗過程缺乏師生互動和學生積極思考，因此很多學生興趣不濃，往往做完實驗依然是知其然不知其所以然。

教學學時的壓縮導致理論教學學時欠缺，實踐教學環(huán)節(jié)也沒有充足時間開展。水力學課程學時的大量壓縮，使學生對水力學知識的運用能力、實驗動手能力都有所下降[4]，這是目前多數(shù)工科學校面臨的普遍問題。從我校的情況來說，這門課程的學時從20年前的100左右壓縮到10年前的40多，到現(xiàn)在基礎部分只有30學時了。課程理論教學難度本身較大，教師花在理論教學上的時間本來就比較多，受學時大量壓縮的影響，實踐主要依靠常規(guī)實驗課，根本無法設計較多的實踐環(huán)節(jié)。

新技術、新計算手段、新的計算工具等知識的欠缺。隨著社會發(fā)展進步，計算機技術及各種模擬分析軟件的出現(xiàn)大大方便了工程應用中的力學計算，很多軟件工程單位都已經在使用了，但現(xiàn)行的水力學課程還沒有對其進行深入的介紹和結合，其教學內容依然是傳統(tǒng)的計算方法和手段，嚴重滯后于工程單位的技術更新，缺乏創(chuàng)新性。因此，需要改變傳統(tǒng)中只教授力學原理的內容安排，適當增添工程問題力學的數(shù)學模擬方法的原理和方法以及應用計算機技術來替代人工計算過程[5]。簡單的問題，教師可以利用工程實例給學生做介紹，然后讓他們自己動手去實踐；復雜的數(shù)值模擬軟件則介紹其原理及適用條件，給學生打開一扇門，開闊其眼界，引導其探索工程問題解決的先進方法及模式，以提升其對現(xiàn)代計算機工程分析技術的認識水平和能力。

二、課程教學改革思路

在基礎理論教學學時大量壓縮的情況下，教師要最大限度地調動學生的學習積極性，促進學生創(chuàng)造性思維能力、綜合解決實際問題能力的提升。筆者結合這門課程的特點及自身多年的教學實踐，將以工程為導向，以實際應用能力培養(yǎng)為主導的教學改革思路總結如下。

一是講好緒論課，讓學生樹立工程應用的理念。從第一課開始，以各種工程實例為引子，先從認識基本工程建筑物入手，剖析工程實例中遇到的水力學問題及其與基礎力學的聯(lián)系，總結本課程中將要涉及的水力學問題的本質，點出該課程與前后課程的關聯(lián)點和相關性，講清楚該課程在本專業(yè)常見工程中的具體應用并簡單舉例，然后再介紹課程體系、學習方法、發(fā)展歷程等。從第一堂課開始就引導學生了解該課程的地位，以及讓“工程應用”理念成為本課程的關鍵詞。

二是重視對水力學問題的物理意義及工程背景的講解。由于學生的數(shù)學、力學、物理基礎薄弱，教師在講解公式推導及相應的基本概念過程中，除了要注意總體分析思路的闡述外，還要注重做好對這些現(xiàn)象物理意義、數(shù)學意義、力學意義的解釋，幫助學生建立對本課程的研究內容與上述課程之間的聯(lián)系，同時結合工程背景知識的加強和強化，更好地體現(xiàn)本課程承上啟下的作用，使學生更有效地掌握從工程背景到認識水力學現(xiàn)象繼而理解它們的數(shù)學、物理、力學本質的分析過程，并且能從力學本質來解釋水力學現(xiàn)象，繼而應用到工程實例中去。

三是教學的最終目的是培養(yǎng)學生的工程應用能力。

任課教師應該讓學生看到力學在實際工程中的用處，并教會學生用力學知識與方法處理實際問題的思路，具備處理一些簡單的實際問題的能力[4]。為此，將大綱內容進行細致梳理，對于特定知識點對應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點的關系理清楚，然后講述理論，讓學生在工程實例分析與討論中能進一步加深對理論知識的理解，將抽象難懂的力學知識與直觀形象的實際工程聯(lián)系起來，直觀地體會到本課程知識的用處，從而提高學生的學習興趣、積極性，以及解決工程實際問題的能力。

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題基本上都是配合章節(jié)理論教學單獨設計的，相關的工程背景沒有介紹或者成為已知條件出現(xiàn)在習題中，相對較為理想化、學術化。學生要做的就是按照例題照貓畫虎去計算，很多學生都會計算，也能和書中的知識點聯(lián)系起來，但幾乎很少去考慮該習題練習的目的和意義，也不知道該知識點與解決工程問題的聯(lián)系，這種現(xiàn)象在畢業(yè)設計中表現(xiàn)得非常突出。學生常常拿到實際工程問題卻不知道應該用書上的哪種方法、哪些知識來解決，甚至不知道應該如何分析工程問題并將其轉換為力學問題。這反映出教學中工程背景介紹以及實踐與理論相結合的缺失?？紤]到課后習題及例題的經典性，加上教師的工程背景，可在教學過程中將一些工程中專業(yè)貼近度較高的實際計算事例（如畢業(yè)設計的部分計算、實際工程設計的部分內容）做一些處理，分解到各個知識點的教學當中，增強學生的感性認識。同時增強對例題和課后習題工程背景的介紹，進一步引導學生明確學習及練習的工程目標。

五是進一步增強實驗教學中的實踐環(huán)節(jié)。在信息時代，考慮到學生對新的教學手段的認同，教師可將知識點制作成微課或小視頻，學生在上實驗課前可以通過移動終端隨時隨地地了解和學習，完成自我學習在前、老師講授補充在后的過程，提高自學能力。此外，實驗課要增加提問環(huán)節(jié)，針對實驗中涉及的基本理論設置問題，每個學生都要回答，教師對其回答打分并登記成績。教師還可將近年來和水力學相關的創(chuàng)新實驗獲獎作品進行展示，并簡述其涉及的水力學原理及理論，來引起學生的創(chuàng)新興趣，然后引導學生創(chuàng)新。比如教師上實驗課時可對現(xiàn)有實驗設計、儀器設備的不足之處進行分析，引導學生開展實驗方案設計；針對節(jié)水中的一些小問題提出節(jié)水創(chuàng)新方案等，提升學生的學習興趣和解決實際問題的能力。

六是改革考核方式（注重過程性考核）。對于本課程的考核方式，應注重教學過程中的質量控制和考核，加大平時成績所占比重（40%）。課堂考核主要包括工程案例分析大作業(yè)、課后習題、出勤和課堂提問等形式。實驗考核包括學生動手能力、對實驗涉及的理論知識的認知、學生的實際操作能力和創(chuàng)新能力。學生如能設計出工程方面的創(chuàng)新型實驗裝置或展示更有效的實驗過程及改進措施等可以加分。期末考試采用卷面成績加平時成績按比例確定。改變學生過去只重視期末突擊而不重視平時積累的學習風氣，注重知識的融會貫通，將“教知識”轉換為“提能力”，提升工科學生的實際工程應用能力。

七是針對學時壓縮問題，結合各專業(yè)教學要求，對教學內容進行重點取舍，將和專業(yè)關系緊密度不是很高的內容以及理論性過強的公式推導進行簡化，同時適當強化工程應用部分的分析過程。部分難度較低的內容則采取學生組成自學小組制作PPT并當堂講述、學生教師提問題、教師總結三者相結合的方式開展，這樣既可以節(jié)約課堂教學時間，也可以增加實踐環(huán)節(jié)，鍛煉學生的自主學習能力，鞏固學習成果。

八是借助各種教學平臺，結合核心課程建設，將教材、多媒體課件、視頻文件、工程實例照片、習題、網絡資源等進行整合，同時開展線上線下交互式專題討論及課后教學延伸、提交作業(yè)、答疑等，跟上時代發(fā)展的信息化步伐，讓學生可以隨時隨地學習。

三、結語

培養(yǎng)學生的工程應用能力是工科高等院校的重要目標。在水力學課程教學中，通過多種方式貫穿和加強工程導向，培養(yǎng)和提升學生學習該課程后解決相關工程問題的實際應用能力，可為本課程及其他理論性較強且有較好的工程應用背景的力學課程教學提供參考。

[[ 參 考 文 獻 ]]

[1] 彭楊.微課教學在《水力學》課程中的應用淺析[J].教育教學論壇，2017（1）：70-71.

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

[3] 屠冰冰.以工程應用為導向的《材料力學》教學內容改革與實踐[J].當代教育實踐與教學研究，2017（12）：101.

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

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

[責任編輯：龐丹丹]