荊海曉 王雯 王義民 左娟莉

[摘 要] 為了提高河流動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)效果，適應(yīng)我國西北地區(qū)水利工程建設(shè)、河流生態(tài)保護(hù)等對(duì)人才工程應(yīng)用能力的需求，結(jié)合河流動(dòng)力學(xué)課程特點(diǎn)及課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程現(xiàn)狀及教學(xué)過程中存在的主要問題進(jìn)行了分析，從課程內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法、課程考核等方面提出將培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力貫穿于課堂教學(xué)的思考，為高校水利工程雙一流建設(shè)提供支撐，也為相關(guān)課程的教學(xué)改革提供參考借鑒。

[關(guān)鍵詞] 河流動(dòng)力學(xué);工程應(yīng)用能力;課程改革

[基金項(xiàng)目] 2017年度陜西省教育廳“水利水電學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育建設(shè)的探索與實(shí)踐”;陜西省高等教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（17bz022） （王義民，王雯）;2016年度西安理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“‘河流動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)方法改革與創(chuàng)新研究”（xqj1624）（荊海曉）;2017年度西安理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“基于啟發(fā)式教學(xué)法的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)”（xqj1709）（王雯）

[作者簡介] 荊海曉（1986—），男，山西運(yùn)城人，博士，西安理工大學(xué)水利水電工程學(xué)院講師，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究;王雯（1986—），男，陜西寶雞人，博士，西安理工大學(xué)水利水電工程學(xué)院副教授，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究;王義民（1972—），男，山西新絳人，博士，西安理工大學(xué)水利水電工程學(xué)院副院長，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事水文水資源研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）29-0161-03 ? ?[收稿日期] 2019-09-24

“河流動(dòng)力學(xué)”是水利類專業(yè)的一門重要專業(yè)課，其目的是讓學(xué)生掌握河流水流泥沙基本特性、水流中泥沙運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及其計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解河床演變的基本原理、不同河型的演變規(guī)律及應(yīng)用[1]。本課程內(nèi)容主要分為泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律和河道演變原理及應(yīng)用兩部分，具有較強(qiáng)的理論性和經(jīng)驗(yàn)性，同時(shí)又有明顯的學(xué)科交叉特點(diǎn)。涉及水力學(xué)、水文學(xué)等學(xué)科的原理和方法，經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式較多，學(xué)科相對(duì)不成熟。該課程知識(shí)在河道治理、水資源開發(fā)利用、河流水環(huán)境保護(hù)治理、灌溉排水工程、引水工程、水庫建設(shè)及水力發(fā)電等工程問題中均有所涉及，應(yīng)用范圍非常廣[2，3]。

西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院長期堅(jiān)持立足西北、面向全國開展水利水電教學(xué)研究。其中，水文與水資源工程專業(yè)和水利水電工程專業(yè)是我校的特色本科專業(yè)，兩個(gè)專業(yè)都開設(shè)“河流動(dòng)力學(xué)”課程，以適應(yīng)水資源開發(fā)、河流水環(huán)境保護(hù)、水庫建設(shè)及水力發(fā)電等方向?qū)θ瞬诺男枨?。特別是對(duì)于西北黃土地區(qū)，河流泥沙問題更為突出和關(guān)鍵，是相關(guān)水利工程建設(shè)必須要考慮的問題之一。但由于課程特點(diǎn)及多因素的影響，該課程目前仍以理論講解為主，缺乏與實(shí)際工程問題的有效結(jié)合，目前的教學(xué)方式還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對(duì)學(xué)生工程實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)和提升，也無法滿足工程單位對(duì)人才解決工程問題能力的需求。因此，如何考慮工程需求，合理安排教學(xué)內(nèi)容，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力是這門課程教學(xué)改革的重要目標(biāo)，也是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。

一、“河流動(dòng)力學(xué)”課程現(xiàn)狀

（一）課程基本情況

西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院水文與水資源工程、水利水電工程兩個(gè)專業(yè)開設(shè)“河流動(dòng)力學(xué)”課程，其中水文水資源專業(yè)2個(gè)班，水利水電工程專業(yè)4個(gè)班，課時(shí)為32學(xué)時(shí)（包括6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課）。課程教材選用《河流動(dòng)力學(xué)》第二版（邵學(xué)軍、王興奎，清華大學(xué)出版社出版，2013）。此外，《河流泥沙動(dòng)力學(xué)》（張瑞瑾，中國水利水電出版社，2014）、《河流動(dòng)力學(xué)專論》（徐國賓，中國水利水電出版社，2013）等作為教學(xué)參考書。教學(xué)內(nèi)容方面主要包括：河流泥沙的來源、泥沙顆粒的基本特性、床面形態(tài)與水流阻力、泥沙起動(dòng)、推移質(zhì)和懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)、水流挾沙力、河道演變基本原理、沖積河流的河型。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括：彎道環(huán)流實(shí)驗(yàn)、泥沙起動(dòng)流速實(shí)驗(yàn)、沙波運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、懸移質(zhì)含沙量垂線分布實(shí)驗(yàn)4個(gè)。教學(xué)方法主要為課堂講授和實(shí)驗(yàn)?？己朔绞綖槠谀┛荚嚦煽儯ㄕ急?0%）、實(shí)驗(yàn)成績（占比10%）和平時(shí)作業(yè)（占比20%）。

（二）課程的特點(diǎn)

“河流動(dòng)力學(xué)”課程主要包括泥沙運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律和河道演變原理及規(guī)律兩部分。其中泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律部分主要從力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來分析泥沙的起動(dòng)、運(yùn)動(dòng)和分布規(guī)律。而河道演變基本原理及規(guī)律部分主要通過觀測、經(jīng)驗(yàn)等建立河道演變的基本規(guī)律。該課程的主要特點(diǎn)為：（1）新概念多、學(xué)科交叉多。河流是水流、泥沙與河床三者在自然及人類活動(dòng)影響下相互作用的產(chǎn)物[4]。河道水流、泥沙運(yùn)動(dòng)及河道演變是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過程，對(duì)其進(jìn)行認(rèn)識(shí)和研究往往涉及到地質(zhì)地貌學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地理信息系統(tǒng)等方面的交叉。在研究過程中，涉及大量新概念，如泥沙沉速、床面形態(tài)、水流挾沙力、河相關(guān)系等。（2）理論不完善、經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)。河流水流、泥沙運(yùn)動(dòng)及河道演變涉及湍流、兩相流問題，目前理論上研究仍不完善，理論結(jié)果無法直接應(yīng)用，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)，大量的經(jīng)驗(yàn)公式出現(xiàn)在各個(gè)章節(jié)。而對(duì)于河道演變規(guī)律部分，教材內(nèi)容仍為對(duì)河流河型的判斷及影響因素的分析，包含許多假說，無完善的理論。（3）工程應(yīng)用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣?！昂恿鲃?dòng)力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容涉及的工程應(yīng)用范圍廣泛，如河道治理、水庫泥沙淤積、灌區(qū)渠道淤積等。針對(duì)不同工程問題的時(shí)間、空間尺度不同，所采取的研究思路和方法也有所不同。

（三）課程教學(xué)存在問題

1.課程數(shù)學(xué)推導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)公式多，學(xué)生感到枯燥難懂，學(xué)習(xí)積極性不高

河流動(dòng)力學(xué)中研究問題的方法主要為力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，這對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)和物理水平要求較高，有大量的理論和經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)涉及高等數(shù)學(xué)、概率論、水力學(xué)、理論力學(xué)等相關(guān)的知識(shí)，理論性、邏輯性強(qiáng)，要求學(xué)生對(duì)物理問題、力學(xué)模型和數(shù)學(xué)推導(dǎo)都有較好掌握。這使得有部分同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中望而卻步，沒信心、沒興趣。數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的抵觸甚至厭學(xué)情緒，從而影響課程的課堂講授效果。還有部分同學(xué)糾結(jié)于個(gè)別公式的推導(dǎo)和理解，對(duì)課程的知識(shí)體系和整體研究思路不清，進(jìn)而對(duì)課程失去學(xué)習(xí)興趣[5]。

2.課程學(xué)時(shí)少，理論教學(xué)與實(shí)際工程聯(lián)系不夠。我校兩個(gè)專業(yè)“河流動(dòng)力學(xué)”的課程學(xué)時(shí)均為32學(xué)時(shí)，其中還包括6個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程。由于課時(shí)有限，在課堂教學(xué)中為了完成教學(xué)內(nèi)容，無法結(jié)合實(shí)際工程問題進(jìn)行擴(kuò)展，只能針對(duì)課堂內(nèi)容，簡單介紹應(yīng)用背景，在課后作業(yè)中布置一些有工程應(yīng)用的題目或讓學(xué)生課后查閱相關(guān)資料。但教材上的題目都是將工程問題進(jìn)行了一定簡化或理想化的，前后知識(shí)連貫性差，無法達(dá)到對(duì)學(xué)生分析解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本課程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)與操作，能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識(shí)與培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力。但目前“河流動(dòng)力學(xué)”的實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求較低。每堂實(shí)驗(yàn)課中老師會(huì)將實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、測量參數(shù)、分析方法、注意事項(xiàng)等進(jìn)行示范講解，學(xué)生只需將示范過程重復(fù)一遍，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可。這種方式導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣不濃，僅僅對(duì)所做實(shí)驗(yàn)有所了解，無法達(dá)到提高學(xué)生創(chuàng)新能力、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的目的。

4.課堂教學(xué)方式單一，教學(xué)效果差。良好的課堂教學(xué)效果是保證課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，目前本課程的課堂教學(xué)大多仍以教師講為主的方式。這種方式常導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果較差。特別對(duì)于“河流動(dòng)力學(xué)”課程，經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)公式較多、概念多、各種理論或方法多，枯燥無味，學(xué)生如果只是在課堂上被動(dòng)地接受這些知識(shí)，很難完全理解和掌握。而且部分學(xué)生完全依賴課堂學(xué)習(xí)，其他時(shí)間投入到課程學(xué)習(xí)中的時(shí)間很少。由于信息技術(shù)的發(fā)展，近些年出現(xiàn)了多種不同的教學(xué)方式，如慕課、雨課堂、云課堂等[6]，也有許多不同的教學(xué)方式，如翻轉(zhuǎn)課堂等。因此，如何結(jié)合目前學(xué)生的情況，合理地選用多種教學(xué)方式結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而保證課堂教學(xué)效果，是課程改革要考慮的重要問題之一。

二、課程教學(xué)改革思路

在課堂教學(xué)學(xué)時(shí)較少的情況下，教師要最大限度地優(yōu)化課程內(nèi)容，注重講授過程中工程應(yīng)用背景的介紹、解決問題思路和方法的完整性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，有效地利用課余時(shí)間，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力、綜合解決實(shí)際問題能力的提升。作者結(jié)合課程的特點(diǎn)及教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)改革思路。

（一）樹立工程應(yīng)用的理念、將工程背景滲透到習(xí)題中

在“河流動(dòng)力學(xué)”的課堂教學(xué)過程中，始終樹立工程應(yīng)用的理念，從課程開始就引導(dǎo)學(xué)生了解該課程在水利工程中的地位。從不同專業(yè)的工程問題中提取與課程相關(guān)的工程問題，針對(duì)解決工程問題所涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，并精心選擇工程案例，讓學(xué)生在工程實(shí)例分析與討論中能進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解，將抽象難懂的概念、模型與直觀形象的工程聯(lián)系起來，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性，以及解決工程實(shí)際問題的能力。

在課后習(xí)題和思考題方面，大部分教材及參考書中均針對(duì)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)的題目，對(duì)相關(guān)的工程背景進(jìn)行簡化處理，學(xué)生在做題過程中只需按照例題解題過程去計(jì)算，學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)很容易，但卻無法真正與解決實(shí)際工程問題聯(lián)系起來。因此，需要教師結(jié)合工程問題設(shè)計(jì)綜合性的課后習(xí)題，通過這些題目可以將不同章節(jié)的內(nèi)容或知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，解決工程問題，提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。

（二）優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、注重研究思路和研究方法

針對(duì)“河流動(dòng)力學(xué)”學(xué)時(shí)少的問題，首先可以結(jié)合不同專業(yè)的教學(xué)要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)取舍，在保證知識(shí)體系完整性的前提下，將和專業(yè)關(guān)系緊密度不高的內(nèi)容進(jìn)行簡化。由于“河流動(dòng)力學(xué)”理論不成熟、經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，在內(nèi)容講解上，注重解決問題的思想和思路，將煩瑣的推導(dǎo)過程或細(xì)節(jié)留給學(xué)生課后掌握，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)工程問題，解決工程問題的能力。如泥沙沉速部分的講解，可按照以下思路進(jìn)行：第一，從工程問題出發(fā)提出為什么要研究泥沙沉速（研究的意義是什么）;第二，天然河道泥沙顆粒大小、密度、形狀等各不相同，如何研究（簡化為單顆粒圓球）;第三，單顆粒圓球的沉速公式推導(dǎo)（沉速公式的形式）;第四，如何考慮泥沙顆粒大小、形狀、顆粒群體相互作用等對(duì)沉速的影響（沉速公式系數(shù)的實(shí)驗(yàn)修正）;第五，不同泥沙沉速公式的介紹和應(yīng)用。通過這一部分內(nèi)容的講解，學(xué)生對(duì)研究泥沙沉速問題的思路有了清晰的認(rèn)識(shí)，而不是僅僅學(xué)會(huì)了使用泥沙沉速公式，培養(yǎng)了學(xué)生解決河流動(dòng)力學(xué)相關(guān)問題的能力。

（三）改革課程考核方式、注重過程考核和綜合應(yīng)用能力

目前的課程考核方式仍是以期末考試成績?yōu)橹?，?dǎo)致學(xué)生不注重學(xué)習(xí)過程，通過考前突擊復(fù)習(xí)以取得高分。此外，由于考試題目類似，部分學(xué)生只需對(duì)歷年考題進(jìn)行練習(xí)就可以取得高分。因此，應(yīng)注重教學(xué)過程中的質(zhì)量控制和考核，適當(dāng)加大平時(shí)成績所占比重。平時(shí)成績主要包括課后習(xí)題、工程案例分析、到課率和課堂提問等形式。期末考試試題選擇時(shí)，適當(dāng)增加工程案例分析、知識(shí)綜合運(yùn)用等題目的占比，加重主觀題的分量，減少客觀題的比重。培養(yǎng)學(xué)生注重知識(shí)的積累和靈活運(yùn)用，提升學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力。

此外，可通過現(xiàn)代化的教學(xué)手段，如多媒體、資源共享課、慕課、虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，將工程案例添加到課堂教學(xué)中，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)工程問題的了解，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力，讓學(xué)生在探索與實(shí)踐中掌握課程的知識(shí)。

三、結(jié)語

“河流動(dòng)力學(xué)”是水利工程相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，該課程對(duì)解決水利工程中的泥沙問題、河道演變問題等提供了研究思路和解決方法，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文從課程的現(xiàn)狀出發(fā)，提出課程教學(xué)過程中存在的相關(guān)問題，從培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力方面考慮，提出在課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面的改革思考和建議，為培養(yǎng)具有工程應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的工程人才提供保障，為我校水利工程雙一流建設(shè)提供支撐。本文研究也可為相關(guān)專業(yè)課程改革提供參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

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