計(jì)算機(jī)技術(shù)在水利專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用探索

21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，水利工程也不例外。水利工程的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性綜合性強(qiáng)的工程，整個(gè)建設(shè)周期中都會(huì)涉及到數(shù)據(jù)的計(jì)算分析。傳統(tǒng)方法耗費(fèi)大量的人力、物力且效率低下。比如傳統(tǒng)的人工勘測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，已完全不能適應(yīng)現(xiàn)代水利的發(fā)展要求；如傳統(tǒng)的前期實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)縮小比例的物理模型來(lái)測(cè)試設(shè)計(jì)參數(shù)，成本較高。而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸應(yīng)用到水利工程領(lǐng)域，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、科學(xué)性以及設(shè)計(jì)效果。現(xiàn)代化水利的發(fā)展和建設(shè)無(wú)疑對(duì)高校學(xué)生的計(jì)算機(jī)素質(zhì)提出了要求。

然而，縱觀我校水利專業(yè)的教學(xué)。幾乎所有課程都在按照教材上的傳統(tǒng)方法教學(xué)。例如，消能是水利工程中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)危害整個(gè)水工建筑物的安全運(yùn)行。因此，關(guān)于消能的設(shè)計(jì)計(jì)算是《水力學(xué)》課程中極為重要的一部分內(nèi)容。教材中底流消能的設(shè)計(jì)計(jì)算中，采用的是查圖并手工試算的方式來(lái)逼近正確解。這種方法繁瑣并且由于讀圖誤差導(dǎo)致最終計(jì)算精度不高。再如，土石壩設(shè)計(jì)是水利專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)題目。《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，對(duì)1級(jí)、2級(jí)壩和高壩應(yīng)采用數(shù)值計(jì)算確定滲流場(chǎng)的各種滲流因素。對(duì)其他情況可采用公式進(jìn)行計(jì)算。雖如此，歷屆水利專業(yè)學(xué)生絕大多數(shù)都是采用公式法進(jìn)行計(jì)算，鮮有采用數(shù)值方法。總之，從課堂教學(xué)，到最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們教給學(xué)生的水力計(jì)算和水工設(shè)計(jì)幾乎都是傳統(tǒng)手算方式。顯然，這與社會(huì)對(duì)人才計(jì)算機(jī)技術(shù)的要求有一定的差距。

另一方面，獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生基礎(chǔ)水平較差，學(xué)習(xí)自主性不足。雖然在課后作業(yè)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，老師鼓勵(lì)學(xué)生采用計(jì)算機(jī)程序、軟件模擬等手段進(jìn)行水力計(jì)算或水工設(shè)計(jì)，但絕大多數(shù)的學(xué)生不愿意嘗試，仍然選擇傳統(tǒng)的手算方式進(jìn)行計(jì)算。即使是學(xué)習(xí)成績(jī)好、自學(xué)能力強(qiáng)的學(xué)生也不敢嘗試用軟件進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的計(jì)算，這些足以說(shuō)明學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)踐能力不足有待提高。

綜上可以看到，現(xiàn)代社會(huì)要求我們培養(yǎng)計(jì)算機(jī)素質(zhì)高的技術(shù)型人才，然而，我們專業(yè)目前對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)方式離這個(gè)目標(biāo)還有一定的距離。因此，改革教學(xué)方式，提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)素質(zhì)以適應(yīng)現(xiàn)代化水利建設(shè)的需求是非常有必要的。

對(duì)于水利專業(yè)來(lái)講，水力學(xué)是水利專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)水工建筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算起著非常關(guān)鍵的作用。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用的過(guò)程，能夠使得學(xué)生對(duì)水工設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)過(guò)程有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。因此，本文以水力學(xué)課程和水利專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，對(duì)于提高學(xué)生計(jì)算機(jī)素質(zhì)提出如下四點(diǎn)建議。

一、課堂教學(xué)過(guò)程中的滲透。

主要是在課堂上講清楚基本理論和傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，教會(huì)學(xué)生如何采用計(jì)算機(jī)技術(shù)求解。例如，在水力學(xué)中關(guān)于消力池計(jì)算部分，一方面教給學(xué)生消力池設(shè)計(jì)中手工試算法的原理、步驟以及手這種方法的缺點(diǎn)，另一方面，給學(xué)生展示已有的完整Excel公式計(jì)算和計(jì)算機(jī)程序計(jì)算的便捷，要求大多數(shù)學(xué)生學(xué)會(huì)使用已有成果進(jìn)行計(jì)算，鼓勵(lì)基礎(chǔ)較好的學(xué)生學(xué)會(huì)自己編寫(xiě)。

二、課程考核方式的改革。

傳統(tǒng)的教學(xué)考核為期末筆試，這種考核方式更注重結(jié)果而非過(guò)程。方式比較簡(jiǎn)單，但是存在著弊端。對(duì)于一些需要試算的內(nèi)容，比如前文所述的消力池設(shè)計(jì)計(jì)算，一方面由于非常重要考試的時(shí)候必考，另一方面由于考試時(shí)間有限，試算過(guò)程復(fù)雜，不能讓學(xué)生實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。這樣會(huì)導(dǎo)致一些學(xué)生對(duì)于實(shí)際工程中的消能設(shè)計(jì)理解不夠深刻，僅僅是為了應(yīng)付考試死記硬背。

為了改變這種現(xiàn)狀，建議增加與課程內(nèi)容相關(guān)的工程設(shè)計(jì)，例如消力池設(shè)計(jì)，水能規(guī)劃設(shè)計(jì)等，而同時(shí)降低期末筆試成績(jī)比例。具體可將班級(jí)同學(xué)分組，每組需完成教師規(guī)定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過(guò)程鼓勵(lì)學(xué)生編程或采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)完成后組織答辯環(huán)節(jié)，督促學(xué)生理清設(shè)計(jì)原理和思路。在這一過(guò)程中學(xué)生既可以熟悉相關(guān)軟件在水利工程中的應(yīng)用，又可以加深理論知識(shí)的理解。為大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)和日后就業(yè)打好基礎(chǔ)。

三、縮小畢業(yè)設(shè)計(jì)題目范圍。

以往畢業(yè)設(shè)計(jì)題目范圍較寬廣，設(shè)計(jì)內(nèi)容也較多。比如，××水電站的重力壩設(shè)計(jì)，這一題目一般包括重力壩的非溢流剖面，溢流剖面以及細(xì)部設(shè)計(jì)等內(nèi)容。學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，加之一些同學(xué)的惰性心理，不愿意花時(shí)間學(xué)習(xí)新的軟件進(jìn)行計(jì)算，所以結(jié)果往往是學(xué)生依照規(guī)范公式進(jìn)行計(jì)算。

針對(duì)這種情況，作者認(rèn)為，可以適當(dāng)縮小畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的范圍。可將××水電站的重力壩設(shè)計(jì)改為××水電站的重力壩應(yīng)力分析，而在設(shè)計(jì)內(nèi)容上，要求學(xué)生計(jì)算重力壩上的荷載，采用材料力學(xué)方法和有限單元法分別進(jìn)行計(jì)算。這樣一來(lái)，由于省去了非溢流剖面，溢流剖面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容減少，學(xué)生可以有較多的時(shí)間去學(xué)習(xí)有限元軟件，用有限單元法進(jìn)行重力壩的應(yīng)力分析。

這種方式已在今年的畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用，結(jié)果良好。學(xué)生能夠自己用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行重力壩的建模、計(jì)算和分析。

四、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容貼近現(xiàn)代企業(yè)要求。

近幾年來(lái)，BIM技術(shù)逐漸應(yīng)用到各個(gè)建筑行業(yè)，水利行業(yè)也不例外。BIM技術(shù)可應(yīng)用于水利工程的布置規(guī)劃、土石方量計(jì)算、施工進(jìn)度控制等。在水利專業(yè)教學(xué)中，除了在教學(xué)計(jì)劃中增添相關(guān)課程外，也可以嘗試在畢業(yè)設(shè)計(jì)中布置一部分BIM相關(guān)的畢設(shè)題目，使學(xué)生逐漸掌握這一技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)要求。

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到水利工程設(shè)計(jì)施工的各個(gè)階段，高校也理應(yīng)培養(yǎng)出適應(yīng)這一大環(huán)境的高素質(zhì)人才。本文針對(duì)實(shí)際教學(xué)過(guò)程中計(jì)算機(jī)應(yīng)用不足以及學(xué)生水平較差這一現(xiàn)狀，對(duì)提高學(xué)生計(jì)算機(jī)素質(zhì)提出了幾點(diǎn)建議。希望在未來(lái)我們能夠培養(yǎng)出更適應(yīng)信息化發(fā)展的水利專業(yè)人才。

（作者單位：天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院）