農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計選題及灌區(qū)沙盤模型的作用

馬 亮，趙經(jīng)華，洪 明

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

1 農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)對畢業(yè)生的素質(zhì)要求

農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)本科畢業(yè)生應(yīng)能滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)人才的需求，其素質(zhì)要求主要包括以下兩方面。

（1）知識結(jié)構(gòu)。本專業(yè)的學(xué)生主要學(xué)習(xí)水力學(xué)、土力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)工程學(xué)及灌溉排水工程學(xué)等基本理論知識，學(xué)習(xí)水利工程的設(shè)計、施工、管理各個環(huán)節(jié)的基本技能及研究方法，接受課程設(shè)計、試驗儀器操作和現(xiàn)場實習(xí)等多方面的實踐訓(xùn)練。課程強調(diào)理論、技能與工程實踐的有機結(jié)合，使學(xué)生成為會設(shè)計、能施工、懂管理的專業(yè)技術(shù)人員。

（2）專業(yè)技能。要求具有水利工程規(guī)劃、設(shè)計和施工的基本能力；能對建筑物進(jìn)行鑒定、加固、維修、檢測，并具有簡單處理工程質(zhì)量事故的能力；在工程技術(shù)工作中能夠運用計算機進(jìn)行計算及輔助設(shè)計；熟悉水利工程行業(yè)的相關(guān)政策法規(guī)。

2 畢業(yè)設(shè)計選題依據(jù)

按照我國教育部的要求，畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計的合格標(biāo)準(zhǔn)為：選題的性質(zhì)、難度、工作量、綜合訓(xùn)練等情況結(jié)合實際，基本符合培養(yǎng)目標(biāo)要求；畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計規(guī)范，質(zhì)量合格。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)在2005年制定了“新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)指導(dǎo)本專科畢業(yè)設(shè)計（論文）工作暫行條例”，對有關(guān)畢業(yè)設(shè)計的選題原則作出明確規(guī)定，要求畢業(yè)設(shè)計選題結(jié)合生產(chǎn)實踐，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際問題作為畢業(yè)設(shè)計選題；選題的深度、難度要與本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求相適應(yīng)，題目適中，工作量飽滿；畢業(yè)設(shè)計原則上1人1題，工科類允許多人同一題目，但應(yīng)有不同子題或?qū)⒃O(shè)計任務(wù)分解等［1］。

我校水利與土木工程學(xué)院的畢業(yè)設(shè)計根據(jù)專業(yè)類型可分為水工建筑物、水電站建筑物、農(nóng)業(yè)水利工程、土木工程、水利工程管理等，畢業(yè)設(shè)計時間為12周。灌區(qū)沙盤模型為農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)本科生的畢業(yè)設(shè)計提供了一種全新的視角和平臺。

3 畢業(yè)設(shè)計選題內(nèi)容

選題恰當(dāng)、設(shè)計內(nèi)容明確，是搞好畢業(yè)設(shè)計的前提，而畢業(yè)設(shè)計是考查學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識能否綜合運用的一種重要考核形式，也是學(xué)生畢業(yè)前進(jìn)行的最后一次綜合訓(xùn)練。根據(jù)我校“理論聯(lián)系實際，教學(xué)結(jié)合生產(chǎn)”的辦學(xué)宗旨和新疆的地域特點，我院農(nóng)業(yè)水利工程的本科畢業(yè)設(shè)計選題主要有滴灌工程設(shè)計和灌區(qū)灌溉排水工程設(shè)計兩大類。

3.1 滴灌工程設(shè)計

滴灌技術(shù)是當(dāng)今世界上最節(jié)水的灌溉技術(shù)，是與機械化配套、易于實現(xiàn)自動控制，特別適宜于果樹、蔬菜、設(shè)施農(nóng)業(yè)、大田行播作物種植的一種現(xiàn)代化精準(zhǔn)灌水技術(shù)［2］。新疆的節(jié)水灌溉面積位居全國前列，滴灌技術(shù)的應(yīng)用已從單一的棉花推廣到林果、小麥等作物。結(jié)合新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢確定的本科畢業(yè)滴灌工程設(shè)計題目，是從教師主持設(shè)計過的工程項目中選擇氣候特點具有代表性、滴灌灌溉面積適中、基礎(chǔ)資料翔實的灌區(qū)作為設(shè)計基礎(chǔ)資料編寫設(shè)計任務(wù)書，設(shè)計內(nèi)容涵蓋水量平衡計算、系統(tǒng)流量推算、系統(tǒng)工作壓力確定、主干管長度確定、滴灌區(qū)各級管路規(guī)劃、管網(wǎng)水力計算、水錘計算、附屬建筑物（如沉沙尺、閘井、鎮(zhèn)墩等）設(shè)計及工程量與材料明細(xì)表等［3］。畢業(yè)設(shè)計提交的成果有設(shè)計說明書及設(shè)計圖集（8～10張），主要包括滴灌系統(tǒng)工程平面布置圖、節(jié)點壓力圖、地埋干管縱橫斷面圖、管路節(jié)點連接圖及附屬建筑物設(shè)計圖等［4］。

3.2 灌區(qū)灌溉排水工程設(shè)計

新疆灌溉水利用系數(shù)較低，渠道防滲工程依然是目前大型灌區(qū)改造的重要內(nèi)容。針對新疆渠道防滲工程的改建與新建項目，進(jìn)行典型灌區(qū)灌溉排水工程的畢業(yè)設(shè)計，使畢業(yè)設(shè)計與自治區(qū)水利事業(yè)的發(fā)展緊密相連。我校農(nóng)業(yè)水利工程畢業(yè)設(shè)計選題以培養(yǎng)水利事業(yè)實用型人才為目標(biāo)，設(shè)計內(nèi)容涵蓋灌區(qū)規(guī)劃、水土平衡分析、渠道水力計算、渠道縱橫斷面設(shè)計、渠系建設(shè)物設(shè)計、道路工程、農(nóng)田防護(hù)林工程等。畢業(yè)設(shè)計提交的成果有設(shè)計說明書及設(shè)計圖集，主要包括灌區(qū)規(guī)劃平面布置圖、渠道縱橫斷面設(shè)計圖、渠系建筑物設(shè)計圖、道路縱橫斷面設(shè)計圖等。

4 灌區(qū)沙盤模型在畢業(yè)設(shè)計中的作用

灌區(qū)沙盤模型能客觀、真實地表達(dá)灌區(qū)現(xiàn)場的地形地貌、地物特征（道路、農(nóng)田、渠道、居民住宅、水庫、防風(fēng)林等）和相關(guān)專題信息［5－6］，從而使觀察者得到灌區(qū)清晰的印象。灌區(qū)沙盤模型的作用主要有以下幾點：

（1）真實、客觀地反映灌區(qū)實際情況。灌區(qū)沙盤模型中的渠道、分水閘、道路、橋梁、涵洞、林帶等都可在平時見到。在課堂教學(xué)中進(jìn)行演示時，通過沙盤模型的使用，可以增強學(xué)生的理性認(rèn)識，使得日常生活中所看到的灌區(qū)水利工程更加趨于形象化、具體化，這是利用板書教學(xué)所不能比擬的。

（2）沙盤模型具有較強的實踐性。教師在課堂上對灌區(qū)沙盤模型的演示，實質(zhì)上是一種特殊性質(zhì)的實踐活動。學(xué)生通過對沙盤模型的認(rèn)真觀察，也會有身臨其境的感覺，從而對灌區(qū)有宏觀上的把握與理解。將這種特殊性質(zhì)的實踐活動引入畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，實現(xiàn)了由實踐到認(rèn)識的一般過程［7－9］。

（3）可以激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維與空間想象力。教師的教學(xué)方式對學(xué)生有著較大影響，如果教師能夠在課堂上采用實物模型激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，將會引導(dǎo)學(xué)生通過構(gòu)建實物模型的方法來解決問題、開拓思路，逐步提高自己的實踐意識和能力［10］。

5 灌區(qū)模型的制作

5.1 總體設(shè)計原則及要求

（1）合理確定比例尺及制作材料［11］。根據(jù)沙盤模型的區(qū)域范圍和地理特點，合理確定沙盤模型的水平比例尺和垂直比例尺；根據(jù)盤體的凈面積和區(qū)域內(nèi)容，確定制作方案。選擇合適的材料制作地形地貌模塊及渠系建筑物模塊等。

（2）正確處理各要素間關(guān)系。道路、渠道、林帶、排渠、田地等地形要素的關(guān)系要相容搭配，表現(xiàn)要合理、自然，色彩關(guān)系處理要協(xié)調(diào)，以便客觀、生動地反映實地的景觀。可選擇不同的表示方法，并根據(jù)用途及要求確定表現(xiàn)手法。

（3）制訂合理的施工計劃［12］。施工前期的準(zhǔn)備工作包括材料、工具、資料和技術(shù)人員的準(zhǔn)備工作，以及資料的技術(shù)處理和底盤的制作等；施工階段的主要工作包括底盤的處理與糾正、地形要素的建立、各項要素的制作及電路系統(tǒng)的安裝、盤內(nèi)整飾及分塊盤體間各要素的銜接等；整體的組裝和調(diào)試工作要求各部分拼裝準(zhǔn)確，總體效果表現(xiàn)協(xié)調(diào)一致。

5.2 灌區(qū)沙盤制作

灌區(qū)沙盤教學(xué)模型按照1∶5 000的比例制作，模型平面尺度為2m×1m，模擬實際灌區(qū)面積5 000 ha。模型制作分為以下幾個步驟［13］：

（1）沙盤教學(xué)模型的地形模擬及制作。選用泡沫苯板材料，根據(jù)實際灌區(qū)地形坡度進(jìn)行修補，使模型坡度與實際灌區(qū)地形坡度相符。

（2）制作灌溉渠道模型。根據(jù)模型地形坡度，按照國家灌排規(guī)范原則布置完整的灌溉渠道（干、支、斗、農(nóng)渠等），完成灌區(qū)渠道模型。采用不同顏色的LED燈帶表示不同灌溉渠道。

（3）制作排水溝道模型。根據(jù)模型地形坡度，按照國家灌排規(guī)范原則布置完整的排水系統(tǒng)（干、支、斗、農(nóng)溝等），完成灌區(qū)排水系統(tǒng)的模型制作。排水系統(tǒng)采用明溝排水模式，根據(jù)模型地形坡度布置排水渠系，采用不同顏色的LED燈帶表示不同排水渠道。

（4）灌區(qū)建筑物模型的布置。根據(jù)建筑物布置的原則及交通要求，在灌區(qū)適當(dāng)位置設(shè)置建筑物。以滿足灌溉、排水及交通的要求。

（5）田間道路模型制作。根據(jù)灌溉系統(tǒng)及排水系統(tǒng)的布置，將道路布置于灌溉渠道或排水渠道的一側(cè)。道路坡度盡量采用地形坡度。道路模型采用不同顏色塑料板條制作。

（6）田間林帶模型制作。根據(jù)農(nóng)田防護(hù)林的要求，在條田四周應(yīng)布置林帶。林帶模型采用綠色塑料仿真樹代替，主防護(hù)林模型樹高7cm，副防護(hù)林模型樹高5cm。

（7）灌區(qū)模型簡介板采用綠底白色泡沫板制作。將灌區(qū)面積、地形坡度、灌區(qū)氣候條件、渠系布置形式、建筑物數(shù)量等信息予以展示，以便于學(xué)生對模型有一個總體的了解。

6 效果評價

通過問卷調(diào)查來檢驗灌區(qū)沙盤模型用于本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)實踐的效果。調(diào)查問卷涉及灌區(qū)總體規(guī)劃布置最大的難題、渠系布置、灌排渠道如何與道路銜接、對模型的總體感覺、對灌區(qū)模型的修改意見及建議等問題。調(diào)查對象為我校2007級和2008級農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的民族班、2008級和2009級該專業(yè)漢族班，調(diào)查人數(shù)約200人。

對問卷調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析。在收回的問卷中，有72.5%的學(xué)生認(rèn)為參觀完灌區(qū)模型總體感覺有效果或有一定的效果；81%的學(xué)生認(rèn)為參觀完灌區(qū)模型對畢業(yè)設(shè)計有幫助或有一定的幫助。有8%的學(xué)生提出了對該模型的修改建議，主要建議內(nèi)容是：

（1）灌區(qū)規(guī)劃模型中斗渠和農(nóng)渠系沒有采用LED燈帶表示，如果也采用不同顏色的LED燈帶表示，那么輪灌組如何劃分將會更加清晰；

（2）希望在模型中更加細(xì)致地反映建筑物，如橋、涵、閘等建筑物的布局。

有70%以上的學(xué)生認(rèn)為灌區(qū)沙盤模型對完成畢業(yè)設(shè)計有一定的幫助，特別是在灌區(qū)規(guī)劃等方面。總體來看，將該模型用于實踐教學(xué)比采用單純的書本講述方式效果要好，它不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且使學(xué)生更容易理解灌區(qū)布置的原則和方法。

7 結(jié)論與討論

筆者在多年的農(nóng)業(yè)水利工程教學(xué)工作中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對灌區(qū)整體布局缺少全面的認(rèn)識，在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中存在灌溉渠系規(guī)劃布置不合理、灌排渠系不協(xié)調(diào)、道路規(guī)劃不統(tǒng)一等問題，無法將灌溉、排水、道路、林網(wǎng)和建筑物等統(tǒng)一考慮、全面布局，甚至對整個灌區(qū)的水利工程布局把握不清，以致出現(xiàn)規(guī)劃方案與規(guī)范不符的問題。通過灌區(qū)模型的建立，把枯燥的圖面符號轉(zhuǎn)換成了立體直觀的微縮景觀，使學(xué)生能夠?qū)鄥^(qū)規(guī)劃布置有一個總體的感性認(rèn)識，這為農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計提供了一種全新的視角和平臺。

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［1］趙經(jīng)華，馬亮，馬英杰.對農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計選題模式的研究［J］.實驗技術(shù)與管理，2010，27（4）：33－35.

［2］周衛(wèi)平，宋廣程，邵思.微灌工程技術(shù)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

［3］張志新.滴灌工程規(guī)劃設(shè)計原理與應(yīng)用［M］.北京：中國水利水電出版社，2007.

［4］李安國，建功，曲強.渠道防滲工程技術(shù)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

［5］劉文忠.沙盤模型設(shè)計及制作初探［J］.測繪通報，2001（7）：43－44.

［6］趙京生，張吉光，朱建國.沙盤的數(shù)字化制作技術(shù)［J］.河南測繪，2002（3）：2－3.

［7］歐陽云.電子沙盤模型在高速公路機電項目中的應(yīng)用［J］.中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2006（7）：129－130.

［8］羅仲凱.城市沙盤模型制作與評價對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2014（10）：48－49.

［9］沈健.沙盤模型在地理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.新課程學(xué)習(xí)：中，2014（12）：96.

［10］袁朝興.基于ASP的數(shù)字沙盤模型在化工工程中的應(yīng)用芻議［J］.河南科技，2013（3）：62.

［11］趙宇亮.可視化沙盤模型在氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用淺析［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013（6）：195.

［12］蘇志軍.多媒體互動沙盤模型研究與實踐［J］.測繪技術(shù)裝備，2012（4）：16－19.

［13］楊紅衛(wèi)，劉勇，許民.沙盤模型設(shè)計與實踐［J］.地理空間信息，2010（6）：95－97.