水工建筑物教學方法探討
——以河西學院農業水利工程專業為例

尚國秀，滕美玲

（1.河西學院土木工程學院河西走廊水資源保護利用研究所，甘肅張掖，734000；2.黑龍江水利水電學校，黑龍江大慶，163000）

引言

《水工建筑物》課程是農業水利工程專業理論與實踐緊密結合的專業主干課程之一，通過對本門課程的學習，使學生認識和掌握水利工程樞紐中各種建筑物的工作原理、結構組成、工程特點、設計計算方法及運行維護等，對學生今后從事水利類相關的勘測、規劃設計、施工、運行管理等工作打下良好的基礎。

《水工建筑物》在綜合運用水力學、土力學、鋼筋混凝土結構、工程水文學、結構力學、彈性力學及有限元理論等基本知識的基礎上，需結合在生產實踐中總結的經驗教訓。對學生學習本門課程提出了較高要求，學生普遍反映學習難度較大。只有全面掌握基礎知識和建筑物設計理論方法，才能較高質量地完成水工建筑物課程設計，同時為畢業設計奠定基礎。另一方面，為保證教學質量，要求教師對基礎理論知識有較全面的掌握，同時具備較為豐富的工程實踐經驗，注重專業積累、拓寬知識面和視野、關注前沿的水利科學研究及技術問題。

水利工程具有規模大、地形地質條件復雜、一次性投資大、建設周期長等特點，而水工建筑物所處地理位置特殊、種類繁多、結構組成及運行條件復雜，加之新材料、新技術、新理論、新工藝等在工程實踐中的不斷推廣和應用，使得現行的教學方法、理論及實踐教學環節設置不能滿足工程實踐對教學的需要。本文就本課程的教學現狀、教學內容及方法，做簡單探討。

1 本課程教學現狀

河西學院土木工程學院農業水利工程專業開設自2013年9月，水工建筑物課程的講授歷時較短，主要由青年教師擔任授課任務，工程實踐經驗相對缺乏，課程建設還處在初步發展階段，在教學過程中存在以下幾個方面的問題。

1.1 教學內容、課時、教材選擇問題

水工建筑物教學內容涵蓋面廣，除常規的重力壩、拱壩、土石壩、水閘、溢洪道、水工隧洞、渠系建筑物外，新壩型、新材料、新工藝、新技術等不斷出現，本課程總學時為68學時，教師無法在有限的時間將水工建筑物主要內容全面、完整地講授給學生。與其它基礎課程結合緊密，相關公式不做推倒，注重應用。由于部分學生前期學習基礎沒有打好，出現脫節現象。整體造成課程內容與學時之間的矛盾。

在教材選擇方面，我院農業水利工程專業選擇河海大學沈長松教授主編的《水工建筑物》（第二版），該教材為“十二五”普通高等教育本科國家規劃教材及全國水利行業“十三五”規劃教材。本教材內容全面、豐富，有一定深度及難度。不同水利類專業、不同層次院校的《水工建筑物》教材應具有一定針對性和側重點，體現共同性及差異性。不能讓教師在教學過程中根據個人意愿選擇性教學，不能既注重廣度又注重深度，針對我校農業水利工程專業學生可適當降低理論分析難度，注重整體概念的認識和主要理論設計方法學習。

1.2 課程體系缺乏系統優化

水工建筑物是一門綜合性專業課程，涉及面非常廣，基本涵蓋了學生之前所學的所有基礎類課程。本課程的學習和應用不像基礎課程只需將已知條件帶入相應公式分析計算即可得出結果，大部分學生不清楚應該從哪里著手，更沒有較為全面的設計思路。如果把基礎課程比喻成做一道提供主材的菜，那么專業課程就是要做一餐桌的盛宴，要求自主性和綜合應用性更強。

更重要的是，基礎課程與專業課內容缺乏對接，課程與課程之間內容存在重復或脫節現象，基礎課程的學習未強調與專業課程之間的聯系，教學內容缺乏整體和系統優化，使學生在基礎課程的學習過程中只注重知識本身而不清楚這些知識點在專業中如何應用。例如，土石壩的變形分析、邊坡穩定計算可放在土力學課程中講解，又如孔口尺寸的計算、消能設計和滲流計算可放在水力學中講解。

大壩應力分析、水閘結構計算中的結構簡化可在材料力學和結構力學中適當擴充以為專業課的學習做好準備。而相關課程教師應加強溝通交流，加強基礎課程與專業課程間的銜接和聯動。

2 合理安排教學內容，注重學生分析、解決問題的能力

2.1 把握課程規律，合理安排教學內容

本課程包括許多建筑物，涉及的基本概念、基本理論、基本方法較多，而且各種建筑物的構造和組成各不相同。表面上它們之間似乎是相互獨立的，但透過現象看本質，發現它們在內容上有一定的規律。可從以下幾方面來分析。一是綜合布置。任何建筑物都要布置在其特有的地形地質條件之上。布置的總體原則基本上是一致的。二是荷載及組合，水工建筑物的作用是控制和利用水流，各種水工建筑物所承受的荷載具有統一性和差異性，但荷載組合的方法和計算原則是相同的。三是結構計算，結構計算的目的是對建筑物進行應力分析，校核建筑物強度是否滿足要求，一般采用材料力學強度理論公式進行校核。四是穩定計算，一般采用理論力學中的靜力平衡法，即抗滑力大于等于滑動力，并考慮不同因素選取合適的抗滑穩定安全系數。五是水力計算，水力計算的目的是要確定孔口尺寸和消能工設計，主要方法是水力學法；六是型式與構造，每個建筑物都有適合其自身的工作條件和構造要求，且構造措施和原則亦是相同的，例如水工建筑物的水下部位結構措施，主要是防滲和排水，即上堵下排[1]。

根據水利學科的發展，結合專業的教學大綱和人才培養目標，就學時少的問題，應對專業課程的教學內容做適當調整、刪減和補充。例如，重力壩是典型的水工建筑物，學生可通過對重力壩的學習，掌握一般水工建筑物規劃、設計的理論和方法。荷載及組合、穩定計算在重力壩章節中做重點講解，其它建筑物可做借鑒。再如，水工建筑物地基處理，巖基的處理以重力壩為代表，軟土地基的處理以水閘為代表。就各類水工建筑物的概述，可增加我國乃至世界最前沿的，最具代表性的建筑物，使學生在了解專業動向的同時增強專業自信。

2.2 圍繞課程教學，培養學生分析問題、解決問題的能力

授人以魚，不如授人以漁。《水工建筑物》課程教學的關鍵，是教會學生在掌握基本理論、基本方法的前提下，利用所學的理論知識分析和解決工程實踐中的問題。例如，在學習一類水工建筑物時，首先從它的功用、工作原理、基本類型入手，針對該建筑物的特點和工作運行中可能出現的問題，采取相應的處理措施。不同建筑物之間應注意橫向對比，例如重力壩、土石壩與拱壩的差異。

再如，水工建筑物的結構計算，多是在一定的假定前提下，對其進行結構簡化，從而利用已學的力學知識進行應力分析計算。結構計算的關鍵是抓住三個要點，一是計算其作用荷載及荷載的組合，二是在一定的假定前提下進行結構簡化，并作出結構計算簡圖，三是根據建筑物的工作條件和結構型式選擇恰當的計算方法。這樣學生在做課程設計時，有一個整體的思路，能夠克服對結構計算的畏懼心理，專心研究設計本身，根據已知條件查找資料，尋求解決問題的方法，不至于眉毛胡子一把抓。

2.3 加入工程現場理論教學環節

理論教學環節中，可適當加入工程現場教學環節，根據實際情況，到學校周邊的工程規模適宜、布置結構型式典型的水工建筑物現場結構理論知識講解，使學生對建筑物組成、細部構造、結構型式等有更為直觀的認識。當然本環節要使課程進度、課程計劃和課程內容而定。因客觀因素限制而不能現場學習的情況，可利用結構模型作為輔助教學[2]。

3 注重培養學生綜合能力

3.1 結合生產實習，強化課程設計

河西學院土木工程學院一直注重校企合作，在學校政策的大力支持下，努力與張掖市內及周邊多家設計、施工企業建立長期的合作關系，為學生的實習提供支持和幫助。其中最典型的是大三學生為期一個月的生產實習。實習過程中，學生就實習單位相關已完成的或未完成的簡單的問題，做相應的計算和分析。例如某水工建筑物的水力計算、結構計算等。可適當將生產實習與學生課程和畢業設計相結合，延長設計周期，減輕學生學習壓力，專心做設計。同時增強生產實習的目標性和實用性，課程指導教師把控學生的設計思路、設計方法和具體步驟，實習單位可幫助把關，就設計的全面性、完整性提供相應的指導。學生在專業、規范的設計訓練后，對水工建筑物的設計有全面的掌握，加強學生分析解決問題能力、計算能力、繪圖識圖能力、表達能力的培養，為今后從事水利類工程生產設計及施工相關工作奠定良好基礎。

3.2 提高綜合運用軟件的能力

水工建筑物設計內容廣、計算量大，很多工程問題依靠手工計算量大或無法解決，如渠道的水面線計算、拱壩的應力計算、土石壩的滲流分析等，在教學過程中，教師可通過有限元軟件建立結構仿真模型，直觀展示變化過程及分析過程。學生也可查找相關資料，通過VB等軟件自行編輯小型程序，解決簡單的水工建筑物計算問題。還可通過CAD等軟件建立水利模型，增化對水工建筑物整體結構的掌握。

3.3 制作水工模型，提高動手能力

水工建筑物種類眾多，各建筑物結構型式多樣，學生可根據需求制作滿足一定要求的簡易水工模型，作為教師教學過程中的輔具，提高學生動手能力及團隊協作能力。

4 結束語

水工建筑物作為一門水利類專業核心課程，根據不同專業、不同層次需求，適當調整教學內容、教材選擇，尤其是新增水利類專業，結合人才培養目標及方案，在教學方法上可做一定的嘗試，尋求適合學校、適合當地、適合本專業學生的教學模式，提高教學質量，不可盲目更風、生搬硬套。

[1]楊邦柱.《水工建筑物》教學的認識和實踐[J].教學與研究,1994,(04):35-38.

[2]楊世鋒,柴啟輝.《水工建筑物》課程教學研究淺析[J].當代教育實踐與教學研究, 2017, (04):254-255.

[3]孫學智.《水工建筑物》課程教學體會[J].中國科教創新導刊, 2008,(09):137.

[4]唐欣薇，譚茶生.水工建筑物課程內容和教學體系的改革[J].高等建筑教育，2016，(02):96-99.

[5]張志宇，郝娜.《水工建筑物》課程教學現狀調查分析與改革對策—以河北農業大學農業水利工程專業為例[J].河北農業大學學報（農林教育版），2012,(02):125