水力學與橋涵水文教學資源庫建設的研究

于洪江 李小偉 李力

【摘要】本文通過對國內高等院校及德國馬格德堡大學水力學與橋涵水文教學資源庫、教學實踐進行了充分調研，從教學資源庫建設的思路、內容、資源庫的持續更新等方面，對高職水力學與橋涵水文教學資源庫的建設進行了研究。

【關鍵詞】水力學與橋涵水文；教學資源庫；建設

由于水力學與橋涵水文運用的數學、力學知識多，涉及的流動現象抽象復雜，在教學中師生們普遍反映這門課程“教師難教，學生難學”。近年來，很多高校的該門課程教學資源建設簡單化，致使網絡及現代教學設施大量低效率利用，嚴重阻礙了教育信息化的發展。因此，建設和應用好水力學與橋涵水文的課程資源庫，并充分利用現代化的教育技術手段，可以彌補傳統教學模式帶來的不足，大大提高該課程教學效果。

一、教學資源庫的建設思路

以滿足高等院校水力學與橋涵水文課程的教師和學生、社會學習者的專業需求為宗旨，按照“整體、先進、共享、服務”的原則，深入企業和院校調研。依據企業的人才需求，高職道路橋梁工程技術專業的人才培養目標，通過收集整理、購買引進、自主開發等多種方式，建設原始素材庫；按照學科性、適用性、易用性原則循序漸進地建設成品素材庫；立足課堂教學完善課程資源庫，建設代表高職水力學與橋涵水文教學改革特色和水平的標志性教學資源庫，并通過網絡信息技術，為我院和其他高職院校師生、企業和社會學習者提供資料檢索、信息查詢、資料下載、教學指導、學習咨詢、就業支持等服務，建成后的教學資源庫須建立共享、運營機制，持續更新發展，以提高人才培養質量，增強社會服務能力。

二、教學資源庫內容

教學資源庫的內容包括：教學文件；法律法規、規范標準；教學設計；紀錄片、教學視頻、動畫素材；施工圖紙、圖片；實習、試驗、實訓；工程案例；模型室建設；習題、試題庫；精品課程網絡平臺建設等十個方面。

（一）教學文件

收集教育部、教委、學院的相關文件，道路與橋梁工程技術專業的人才培養方案、課程標準等。

（二）法律法規、規范、標準

《中華人民共和國安全生產法》、《中華人民共和國環境保護法》、《中華人民共和國公路法》等法律。建設工程質量管理條例等法規。現行公路工程水文勘測設計規范、公路橋涵施工技術規范、公路工程地質勘察規范、公路橋涵設計通用規范、公路涵洞設計細則、公路圬工橋涵設計規范、公路橋涵地基與基礎設計規范、公路工程質量檢驗評定標準等。有關地方標準、工程定額等及其電子文本。

（三）教學設計

1.課程標準

課程標準是課程的性質、目標、內容、實施建議的教學指導性文件，開發具有普適性的課程標準，為課程建設和教學實施提供基本框架方案，同時，為具備區域或行業特色的院校留出特色空間。

2.教學設計

（1）明確實踐教學與理論教學的關系。理論教學和實踐教學必須統一于培養目標，基礎理論教學達到“必須、夠用”，實踐教學達到“必須、實用”，它們一定是以同一的現實需求為“度”。實踐教學與理論教學必須相互結合和滲透。

（2）構建完善的水力學與橋涵水文實踐教學體系。在制訂教學計劃時，對實習、實訓、畢業設計、頂崗實習等實踐性教學環節進行全面的、系統的優化與完善，明確各實踐教學環節在總體培養目標中的作用。把專業基礎課程和專業課程與實踐教學有機融合在一起，逐步形成完善的、能夠體現基礎性、系統性、實踐性和現代性教學內容的高職水力學與橋涵水文實踐教學體系。

（3）結合工程實際開發課程設計項目。根據教學對象和教學目標，確定合適的教學起點與終點，將教學諸要素有序、系統地優化安排。例如，教師給出當地一條河流的水文地質特征，要求學生根據所學的水文地質相關知識，設計一座橋梁（包括橋位選擇、設計流量的計算、基礎埋置深度的計算、橋面和引導路堤最低標高的確定等），可以將橋涵設計，橋涵水力水文、工程地質等專業性的知識綜合運用于教學中，利于知識的傳授，效果頗佳。

3.教材選用

選用國家級規劃教材或編寫具有高職特色和符合高級應用技術人才培養目標的水力學與橋涵水文相關教材，收集相關的參考文獻。

4.編寫教學大綱、教案，制作相應課件

課程教學大綱、教案及大多數學習單元應在全國范圍內具有普適性，個別學習單元可兼顧課程建設院校的區域或行業特色，另外也將收集行業企業相關的培訓課程大綱及其培訓學習單元納入其中。

以學習單元為單位開發配套的教學課件，為學習者服務，幫助學習者更好的融入課堂，理解知識，更好的完成學習任務。

5.課程負責人說課

收集整理課程負責人說課的PPT，為課程建設和實施提供參考。

（四）紀錄片、教學視頻、動畫素材

以學習單元為單位開發配套的教學錄像，收集整理了中國水文、明渠均勻流、消能、長江與黃河、水循環等核心內容的記錄片、教學視頻。幫助學習者更好地理解專業基礎知識，有效地完成學習任務。

研制各類展示橋涵水力水文教學內容的動畫教學資源，動畫作品涵蓋課程10個以上的知識點。

（五）施工圖紙、圖片

典型的特大橋、大橋、中橋、小橋、各種類型的涵洞的全套施工圖紙各至少1套。橋涵施工機械設備、施工現場、生產場景、生產過程、試驗室、項目經理部、基地實習實訓照片等，德國的馬格德堡水橋見圖1所示。

（六）實習、實驗、實訓

1.根據課程內容安排學生到施工現場參觀實習

與當地知名的大型橋涵施工企業進行合作，緊密聯系，為學生創造良好的實習基地，收集合作的橋涵施工企業的企業名單及簡介，在水力學與橋涵水文的課程教學中，對均勻流、非均勻流、水跌、水躍、消能設施、橋位選擇等，安排學生到野外現場參觀實習，現場講解均勻流、非均勻流、水跌、水躍、消能設施的特點、橋位選擇注意事項等知識。

2.加強實驗實訓課的教學

在實驗教學方面，編寫實驗教學指導書，合理安排實驗教學內容，有計劃地開設相關實驗項目，收集學生的試驗報告和原始記錄。

（七）工程案例

收集整理均勻流、非均勻流、橋位選擇、橋梁墩臺基礎埋深、橋梁沖刷等典型工程案例，包括成功與不足之處，并與國內知名橋涵施工企業的網站實現鏈接。

例如：（1）重慶大渡口區伏牛溪大橋在4～5跨之間跨越伏牛溪河，伏牛溪河寬約7.8米，屬于小支流河道。非洪水暴發期，河水深度約為0.4～1.0米。洪水暴發期，由于上游來水較大，河道常常被灌滿，水深可達4米以上，但洪水期時間較短，一般在每年七八月份發生。施工單位在修施工便道時順著伏牛溪河并排埋設了兩根直徑2米的臨時鋼筋混凝土管涵排水。原施工方案是修建簡支板橋跨越伏牛溪河，然后在橋上搭設滿堂支架，支撐現澆箱梁模板。監理人員通過認真熟悉設計圖紙，多次深入現場實地勘察，了解該區域內伏牛溪河的地質水文情況，包括歷史水文情況、平時水位、漲水水位，漲水時間，洪水泄洪等情況，查閱了施工圖紙，分析了橋梁支架受力狀況，經過深入細致地調查分析工作，對該段橋梁支架所受恒載、活載和偶然荷載進行了分析，并進行了初步驗算，認識到采用修建便橋方式，造價較高，工期長、安全風險較大。提出了更加優化的建議，即采用已埋設的臨時過水管涵替代支承便橋，現場施工時埋設的涵管為Ⅱ級管，涵管上方回填3米厚碾壓密實的砂石層，在砂石層上方再澆筑0.15米厚C20素混凝土找平墊層，然后搭設現澆箱梁支架，涵管承受的土壓力和支架等荷載達到149.9kN/m2，大于Ⅱ級管裂紋荷載134kN/m2。為彌補涵管開裂造成不利影響，監理提出在涵管內徑處加入豎向鋼管支撐，鋼管支撐橫向間距與立桿橫向步距一致為0.6米。支撐頂部采用方木和涵管接觸并抵緊，底部采用可調底座。同時要求在洪水汛期到來之前，完成第該聯現澆箱梁的結構施工，拆除模板支架及臨時管涵，恢復河道原來的狀況，保證泄洪安全。該方案具有施工周期短、施工容易、受力情況較好、造價低、拆除恢復容易等特點。

（2）重慶大渡口區伏牛溪大橋4～6跨高大模板支架所處的水文情況、地質地形情況、周邊環境非常復雜，場地存在地下障礙及重大危險設施，支架搭設安全風險非常大，這種情形在全國的橋梁工程中都很少見，其中支架南側有攔油池壩，是為防止輸油管燃油泄漏，順伏牛溪河水漂流，引發火災蔓延而設置的。部分支架搭設在混凝土攔油池壁斜坡上，攔油池坡角為30度，該處滿堂支架高達30米，支架地基處理不當，很容易滑落至攔油池中，造成支架垮塌引發安全事故。

采用池壁梯道植筋基礎的方法，為保證支架能夠在壩體面上搭設，需在壩面上設置混凝土臺階。臺階尺寸為0.7×0.4米，每一臺階上下各植入一排直徑12毫米的HRB335鋼筋，植入深度不小于15d（d為鋼筋公稱直徑），植筋間距0.15米，植筋孔洞大小適宜、植筋膠能有效填充孔洞，植筋后對植筋錨固強度進行拉拔試驗，拉拔試驗合格。臺階面縱向等間距布置5根直徑10毫米的HPB300水平鋼筋，水平鋼筋與植入鋼筋用扎絲梅花型綁扎。攔油池斜坡面上的污泥、雜物、粉塵必須清理干凈，安裝模板澆筑C30鋼筋混凝土臺階，并對混凝土臺階進行抗滑移驗算，確保斜坡上支架的安全，成功地解決了在坡度為30度的河道攔油（汽、柴油）池混凝土壁上架設支架技術疑難問題。

（八）水力學與橋涵水文模型室建設

結合道橋專業的特點建設好水力學與橋涵水文模型室，在學院內建一包含路、橋、涵洞、護坡、水溝等實體模型，供道橋專業學生學習。

德國馬格德堡大學水力學與橋涵水文試驗室，模擬建了一條河流，可以控制河流的水流狀況，分析不同水流情況下河床的特征，以及對橋梁的影響，該模型直觀、形象，切合實際，可以讓學生學到較多的水力學與水文學相關知識，見圖2所示。

（九）習題、試題庫

建設好習題、試題庫及編寫公平、公正、公開的考核評價標準。以學習單元為單位開發配套的測試習題，幫助學習者完成單元學習后進行學習測試和評價，試題庫不少于10套試卷。

（十）精品課程網絡平臺建設

充分發揮精品課程網絡平臺的優勢，對各個模塊做到精益求精，及時進行資料的上傳和更新，可推薦精品課程鏈接入庫，所推薦的課程必須是國家級、省級以上精品課程和部分優秀院級精品課程。

三、資源庫的持續更新

為保證專業教學資源庫的可持續發展，按照共建共享、邊建邊用的原則，創建資源庫平臺運行管理和更新維護機制，確保教學資源持續更新滿足教學需求和技術發展的需要。通過校企合作和市場化運作，共同探討資源庫可持續的、良好的運行機制。

四、小結

水力學與橋涵水文教學資源庫的建設是十分必要和重要的，需要清楚地明白建設的思路、內容，激發課程組全體教師不斷參與教學資源庫建設的積極性與動態更新，做到精益求精、共建共享，對教師的教學和學生掌握水力學與橋涵水文的相關知識具有很大的幫助。

參考文獻

[1]張志宏，王沖，鄧輝.流體力學教學資源庫的建設與應用[J].黑龍江教育，2015（09）.