劉丙軍 胡茂川 蔡錫填 譚學(xué)志

［摘 要］工程水文與水利計算課程是水利工程專業(yè)的一門重要核心課程。文章針對工程水文與水利計算課程中存在的課程知識創(chuàng)新性不足、教學(xué)手段單一、重理論輕實踐等問題，圍繞新工科和“卓越工程師”教育體系對工程專業(yè)人才的需求，以培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才為目標(biāo)，提出工程水文與水利計算課程建設(shè)需開展線上線下相結(jié)合的多元化教學(xué)模式、重視前沿學(xué)科知識、強化課程實踐教學(xué)等措施，不斷提升學(xué)生的實踐能力、科研創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］工程水文與水利計算；創(chuàng)新實踐能力；課程改革；教學(xué)模式

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）20-0062-04

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，高等學(xué)校工程專業(yè)人才培養(yǎng)理念與目標(biāo)正不斷發(fā)生變化。2018年，《教育部 工業(yè)和信息化部 中國工程院關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0的意見》明確指出，“為適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的新趨勢，緊緊圍繞國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需要，加快建設(shè)發(fā)展新工科，探索形成中國特色、世界水平的工程教育體系，促進(jìn)我國從工程教育大國走向工程教育強國”“深入開展新工科研究與實踐”“建設(shè)一批新型高水平理工科大學(xué)、多主體共建的產(chǎn)業(yè)學(xué)院和未來技術(shù)學(xué)院、產(chǎn)業(yè)急需的新興工科專業(yè)、體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)最新發(fā)展的新課程等” [1]的要求。基于新工科對工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，水利工程專業(yè)人才培養(yǎng)以新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)為依托，以培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才為目標(biāo)，服務(wù)水利事業(yè)發(fā)展，由以水災(zāi)害防御為主轉(zhuǎn)化為解決水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水安全綜合問題，不斷優(yōu)化水利工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系。

工程水文與水利計算課程是水利工程專業(yè)的一門重要核心課程，其主要教學(xué)任務(wù)是分析河川、湖泊、水庫、河口等水體的水文現(xiàn)象，研究并提出經(jīng)濟合理和安全可靠的水利工程設(shè)計方案以及規(guī)劃設(shè)計參數(shù)和運行調(diào)度管理優(yōu)化方案等[2]。工程水文與水利計算課程是一門應(yīng)用性很強的專業(yè)課程，要求理論與實踐并重，教師在課程講授過程中可通過工程專題討論和實踐教學(xué)研討，不斷培養(yǎng)并提升學(xué)生工程水文分析和水利計算的動手能力與實際工作能力。

一、工程水文與水利計算課程實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

工程水文與水利計算課程涉及水文學(xué)基礎(chǔ)理論、水文統(tǒng)計分析、水利計算等多個領(lǐng)域，課程知識點豐富、研究性與實踐性強，要求學(xué)生具備十分扎實的實踐動手能力。對照新工科與“卓越工程師”教育體系對工程專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，現(xiàn)階段該課程在實踐教學(xué)與創(chuàng)新方面仍存在諸多需要改進(jìn)之處。

（一）課程教學(xué)以傳授專業(yè)基礎(chǔ)知識為主，缺乏創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的意識

新工科與“卓越工程師”教育體系下，高等學(xué)校要落實立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生具備國際學(xué)術(shù)視野以及創(chuàng)新實踐等多項能力。有的工程水文與水利計算課程教學(xué)目標(biāo)，往往強調(diào)工程水文分析、水利計算基本知識、原理與方法的教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)成績以考試分?jǐn)?shù)為評定標(biāo)準(zhǔn)。該課程在教學(xué)的過程中存在對學(xué)生創(chuàng)新能力、科研實訓(xùn)能力、思維能力等綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)重視不夠等不足，與新工科與“卓越工程師”人才培養(yǎng)要求不匹配。

（二）教學(xué)內(nèi)容以基本理論知識與計算方法為主，對前沿創(chuàng)新性知識、實踐案例介紹不足

目前的工程水文與水利計算課程教材主要編撰于20世紀(jì)七八十年代，以滿足完成大量水利工程建設(shè)與運行水文分析、水利計算任務(wù)所需為主。教材沿用至今，缺乏對當(dāng)今相關(guān)科學(xué)技術(shù)中新問題、新方法、新技術(shù)的介紹，尤其是缺乏對當(dāng)代水利工程建設(shè)中重大工程關(guān)鍵前沿技術(shù)、理論方法的總結(jié)分析。同時，工程水文與水利計算課程教學(xué)大都依賴教材對傳統(tǒng)基礎(chǔ)知識、原理和方法進(jìn)行講授，對前沿創(chuàng)新性知識與實踐案例講授不足。

（三）實踐教學(xué)手段單一，學(xué)生探索性學(xué)習(xí)動力不足

工程水文與水利計算課程教學(xué)往往以教師講授和多媒體課件展示、學(xué)生課堂訓(xùn)練與課后作業(yè)為主，教學(xué)手段比較單一、教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味，不夠重視充分運用線上線下結(jié)合、科研實訓(xùn)、前沿進(jìn)展討論等多形式多樣化的授課手段，對典型工程實踐案例剖析深度不足，容易影響學(xué)生實踐能力與學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)[3]。

二、基于學(xué)生創(chuàng)新實踐能力強化的課程教學(xué)探討

（一）實施線上與線下相結(jié)合的教學(xué)模式，突出多元化實踐教學(xué)

工程水文與水利計算課程涉及大量分析計算和相關(guān)實訓(xùn)[4]，傳統(tǒng)以教室課堂教學(xué)為主的教學(xué)模式已經(jīng)不適應(yīng)新工科人才與“卓越工程師”的培養(yǎng)要求。比如工程水文與水利計算課程的極端暴雨、洪水的觀測、分析與計算等知識內(nèi)容，其教學(xué)往往受制于實驗場地與設(shè)備，加之野外測量工況異常復(fù)雜，洪澇、風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害發(fā)生過程容易危及學(xué)生人身安全，因而沒有得到有效開展。學(xué)生在學(xué)習(xí)上述知識內(nèi)容時一般不具備水文要素監(jiān)測、模擬的專業(yè)基礎(chǔ)，導(dǎo)致其難以理解所學(xué)內(nèi)容，學(xué)習(xí)效果不佳。基于上述情況，課程教學(xué)團隊采取了線上與線下相結(jié)合的教學(xué)模式，在課程相關(guān)理論知識與方法授課前，依托課程教學(xué)團隊研發(fā)的“河口水循環(huán)過程虛擬仿真實訓(xùn)”虛擬仿真平臺，提前布置預(yù)習(xí)作業(yè)，讓學(xué)生熟悉了解有關(guān)水文氣象要素觀測、陸地徑流過程模擬、河口徑流過程模擬的工程案例與實踐內(nèi)容；在課堂教學(xué)過程中，授課教師依托虛擬仿真平臺幫助學(xué)生掌握水文循環(huán)要素監(jiān)測技術(shù)、理解水文現(xiàn)象的物理機制和相互轉(zhuǎn)化關(guān)系原理、學(xué)會運用相關(guān)水文水動力模型構(gòu)建與演算等，實現(xiàn)了線上教學(xué)與線下教學(xué)的有機融合。

（二）不斷更新教學(xué)理念，突出學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)

工程水文與水利計算課程教學(xué)需要重視學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。授課過程中需要按照學(xué)習(xí)認(rèn)知理論與規(guī)律，將理論知識與具體工程實踐相結(jié)合，構(gòu)建從簡單到復(fù)雜、從單項到綜合的課程建設(shè)體系，實現(xiàn)教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的互相協(xié)調(diào)，不斷提高學(xué)生的理解能力和學(xué)習(xí)興趣[5]。

為了提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，在教學(xué)任務(wù)與內(nèi)容設(shè)置方面，課程教學(xué)團隊將以單一知識點授課的形式調(diào)整為以模塊化知識點授課的形式，將工程水文與水利計算課程內(nèi)容設(shè)計為四大知識模塊，即水文頻率分析知識模塊（圍繞水文要素“三性”審查→水文頻率分析計算→計算結(jié)果合理性檢驗的任務(wù)主線）、防洪調(diào)節(jié)計算知識模塊（圍繞水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理→由流量推求設(shè)計洪水→水庫防洪實時調(diào)度的任務(wù)主線）、水庫興利調(diào)節(jié)計算知識模塊（圍繞水庫來進(jìn)行需水基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理→設(shè)計年徑流計算→水庫損失水量計算→年調(diào)節(jié)水庫興利調(diào)節(jié)計算的任務(wù)主線）、水庫水能分析計算知識模塊（圍繞水文水能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理→設(shè)計年徑流計算→保證出力計算→年調(diào)節(jié)水能計算的任務(wù)主線）。通過這四個知識模塊的設(shè)置，能有效將零散知識內(nèi)容形成串并聯(lián)的反饋模式，使學(xué)生易于掌握。要求學(xué)生在課后學(xué)習(xí)中，通過小組合作學(xué)習(xí)的形式完成知識模塊的課程作業(yè)，提升學(xué)生的團隊協(xié)作能力和實踐實訓(xùn)能力。

在授課內(nèi)容方面，緊密結(jié)合課程基礎(chǔ)知識點內(nèi)容，加強典型工程實踐案例的分析講解，提升學(xué)生對工程的認(rèn)知與實踐能力。在講授工程水文與水利計算的服務(wù)對象時，引入三峽工程建設(shè)的專題討論，分析工程水文與水利計算在服務(wù)重大水利工程建設(shè)、運行與管理中的作用；在講授設(shè)計洪水過程推求原理時，結(jié)合三峽大壩設(shè)計洪水位的推求，講解如何利用黃陵廟水文站歷史洪水痕跡推求歷史特大洪水計算過程，以及如何利用宜昌站長系列洪水資料推求設(shè)計洪水值及其洪水過程；在講授水庫興利調(diào)節(jié)計算時，引入珠江三角洲水資源配置工程供水規(guī)模論證案例，講解經(jīng)濟社會發(fā)展對區(qū)域需水的影響以及供水工程規(guī)模優(yōu)選方法；在講授水能分析計算時，引入我國西南梯級電站的建設(shè)歷程，分析電網(wǎng)調(diào)度、生態(tài)環(huán)境、移民征遷等要素對梯級電站規(guī)模的影響；等等。通過引入經(jīng)典工程案例，解決傳統(tǒng)教學(xué)重理論輕實踐的問題，不斷提升學(xué)生對水利工程的感性認(rèn)識，幫助學(xué)生積累工程實踐經(jīng)驗，做到教、學(xué)、做、練一體化融合，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上完成實踐，在實踐過程中總結(jié)學(xué)習(xí)理論。

在授課方法方面，強調(diào)研究型教學(xué)，實現(xiàn)由教師授課為主轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒咏逃秊橹?，加強師生互動，注重引?dǎo)學(xué)生積極參與課程教學(xué)過程，注重引導(dǎo)和啟發(fā)，做到 “教好”和“學(xué)好”的有機統(tǒng)一。按照“課程導(dǎo)入—目標(biāo)—前測—參與式學(xué)習(xí)—后測—總結(jié)（BOPPPS）”的有序教學(xué)模式[6]，廣泛發(fā)動學(xué)生主動參與到教學(xué)過程中的各個環(huán)節(jié)，調(diào)動學(xué)生主動思考和創(chuàng)新的積極性。教師在該課程授課過程中，可靈活運用課堂教室、多媒體技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)資源等豐富授課與考核的內(nèi)容與形式。為提升學(xué)生思考、分析和解決問題的能力以及創(chuàng)新思維水平，教師可結(jié)合課程基礎(chǔ)知識點，融入計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、系統(tǒng)分析技術(shù)、 復(fù)雜理論，在教學(xué)環(huán)節(jié)增加高強度環(huán)境變化下水文過程非一致性非平穩(wěn)性變化問題、水庫實時洪澇精準(zhǔn)預(yù)報調(diào)度、水資源目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度、流域梯級群生態(tài)優(yōu)化調(diào)度等前沿課題進(jìn)行專題討論。為增強學(xué)生動手能力，教師可引導(dǎo)學(xué)生利用Matlab、Python等計算機語言，編輯水文頻率分析、水文統(tǒng)計等分析軟件，掌握大數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)算法在水文分析、預(yù)報等領(lǐng)域的運用。為培養(yǎng)學(xué)生的國際學(xué)術(shù)視野，教師在授課過程中可增加相關(guān)國際最新前沿文獻(xiàn)解讀，講解科技論文寫作要求。

（三）強化課程設(shè)計訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力

為強化學(xué)生對工程水文與水利計算基礎(chǔ)理論知識的運用、提升學(xué)生的專業(yè)實踐能力，本課程在理論知識講解后安排了相應(yīng)的課程設(shè)計任務(wù)[7]。工程水文與水利計算課程設(shè)計一般是以實際工程資料為基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)基礎(chǔ)理論方法，按照水文分析、水利計算兩大部分內(nèi)容開展專項設(shè)計。在課程設(shè)計教學(xué)過程中，課程教學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生存在對課程設(shè)計認(rèn)識不夠、對基本原理方法理解不透、團隊協(xié)作意識不足等問題。為解決上述問題，需要對課程設(shè)計的內(nèi)容、形式、考核方式等方面進(jìn)行優(yōu)化。在布置課程設(shè)計任務(wù)前，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行水庫、梯級電站的實踐認(rèn)知學(xué)習(xí)，讓學(xué)生初步具備水利工程的總體布局、主體建筑物及其運行調(diào)度等的基本認(rèn)知，增進(jìn)學(xué)生對工程水文與水利計算課程的服務(wù)對象、目標(biāo)與要求等的了解；在課程設(shè)計內(nèi)容方面，可設(shè)置水文頻率分析、防洪調(diào)節(jié)計算、水庫興利調(diào)節(jié)計算、水庫水能分析計算等多個模塊，擴大課程設(shè)計選題范圍，提高學(xué)生對課程設(shè)計的興趣，降低學(xué)生相互抄襲的可能性；在課程設(shè)計形式方面，按照分組分類的形式，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好，每五六個人組建一個課程設(shè)計小組，組內(nèi)學(xué)生分工協(xié)作完成某一知識模塊的設(shè)計內(nèi)容，提升學(xué)生團隊協(xié)作能力；在考核方式方面，強調(diào)在完成課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生積極閱讀學(xué)科前沿領(lǐng)域論文，優(yōu)化課程設(shè)計內(nèi)容與方法，如在水文頻率分析中考慮水文非一致頻率分析內(nèi)容、在防洪調(diào)節(jié)計算方面考慮動態(tài)汛限水位的影響、在水庫興利調(diào)節(jié)計算中考慮多目標(biāo)優(yōu)化算法的運用、在水電能源設(shè)計中考慮生態(tài)需水的需求等。通過不斷完善工程水文與水利計算課程設(shè)計的形式與要求，有效培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實踐能力，強化學(xué)生的團隊協(xié)作能力與創(chuàng)新思維。

三、結(jié)語

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展， 新工科與“卓越工程師”教育體系下的水利工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式發(fā)生了顯著變化。以培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才為目標(biāo)，工程水文與水利計算課程體系建設(shè)需要通過線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，提升實踐教學(xué)質(zhì)量；實時更新學(xué)科前沿知識，強化學(xué)生創(chuàng)新思維與能力培養(yǎng)；不斷強化課程設(shè)計訓(xùn)練，改善重理論輕實踐的狀況，提升學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)知識的運用與專業(yè)實踐能力。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 教育部，工業(yè)和信息化部，中國工程院.教育部 工業(yè)和信息化部 中國工程院關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0的意見[EB/OL].（2018-12-31）[2023-04-13].https：//

www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5443530.htm.

[2] 原文林， 高倩雨. 水文水利計算課程教學(xué)中存在的問題及改進(jìn)思路探討[J]. 西部素質(zhì)教育， 2017，3（8）：96.

[3] 高仕春， 萬飚， 張翔， 等.《工程水文及水利計算》互動式教學(xué)與實踐[J]. 教育教學(xué)論壇，2015（2）：125-126.

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[5] 陳燕飛， 陳彥美，文浩.基于多元智能發(fā)展理論的《水文水利計算》教學(xué)研究[J].科技資訊， 2015，13（30）：176.

[6] 何婷婷， 韓艷萍， 劉美艷. 混合式教學(xué)在工程水文與水利計算課程的應(yīng)用[J]. 山西建筑， 2021，47（17）：178-179.

[7] 靳娟娟， 何敏.工程水文及水利計算課程設(shè)計教學(xué)探討[J]. 現(xiàn)代職業(yè)教育，2016（1）：166-167.

［責(zé)任編輯：龐丹丹］