“寒區水力計算”課程內容的選擇與分析

戴長雷 王羽 張凱文

摘 ?要：“寒區水力計算”是水利類寒區特色課程，目前國內尚沒有相關教材，其內容組織問題亟待解決。文章依據黑龍江大學“寒區水力計算”課程的實際情況和內容組織目的，選取《調水工程冰期輸水數值模擬及冰情預報關鍵技術》《冰情監測與預報》《河冰管控工程設計手冊》作為參考材料，確定課程內容的編排順序、知識要點以及要求學生掌握的程度，內容難易程度適中，授課效率高，此內容組織方法具有一定可行性。

關鍵詞：寒區水力計算;內容;組織

作者簡介：戴長雷，黑龍江大學水利電力學院教授，博士，研究方向為寒區地下水及國際河流方向的教學與科研工作;王羽，黑龍江大學;張凱文，黑龍江大學。（黑龍江 哈爾濱 150080）

基金項目：本文系黑龍江省高等教育教學改革一般研究項目（編號：SJGY20180405）、黑龍江省教育科學規劃專項課題（編號：G546）的研究成果。

中圖分類號：G642 ? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1671-0568（2019）24-0069-03

寒區是指溫度低且固體降水在總降水中所占比重較大的地區，其面積可達到國土面積的一半以上，在我國的地理分區中占有非常重要的位置，因此針對寒區（寒區現象）的水科學研究具有重要意義。冰情是一種寒區常見的問題，但在本科教學中對于冰情方面的教學沒有系統的理論，也沒有合適的教材可以使用。黑龍江大學位于黑龍江省哈爾濱市，處于典型的寒區地帶，是一所地域特色非常明顯的高校，尤其在水利領域?！昂畢^水力計算”作為一門寒區特色課程，其內容的組織至關重要。

“寒區水力計算”是針對水利類專業本科三年級學生開設的一門專業選修課程，共30個學時。課程內容組織的目的是：①培養本科生正確分析和解決寒區冰情及水力計算問題能力，培養和提高綜合運用所學課程及其他先修課程的基本理論和基礎知識，結合生產實際去分析和解決復雜工程問題的能力;②形成一套相對科學系統的教學內容體系，提高授課效率;③吸收國內外最新的研究成果，相互補充綜合利用特色材料教學，使內容與時俱進。

一、“寒區水力計算”課程參考材料的選擇

參考材料選擇的原則包括：選擇的教材內容難易要適中，學生能理解;所選的內容應當與時代發展、水利學科發展合拍，應當注意吐故納新;所選材料要能促使內容組織目的的實現。

從參考材料選擇的原則出發，本研究主要針對寒區冰情中的河冰問題，在國內外河冰研究相關的著作中選擇公認度和知名度高且適合本科生學習的3-4本著作作為“寒區水力計算”課程的參考材料，結果如表1所示。

二、“寒區水力計算”課程內容的選擇

在課程內容的選擇上，分別選取了《調水工程冰期輸水數值模擬及冰情預報關鍵技術》的第1章、《冰情監測與預報》的第1章、第2章、第3章、第6章以及《河冰管控工程設計手冊》的第5章、第6章、第7章、第9章、第10章、第11章。另外，課程內容還加入了寒區水文地理方面的知識，以增加學生對寒區基本情況的了解，拓寬學生知識面。具體內容及順序編排如表2所示。

第一部分第1章“冰的形成發展過程及特點”要求學生掌握冰的物理性質和熱力學性質、懸冰壩的成因及危害，理解雪冰的成因，了解冰的熱增長、動態冰蓋的形成以及開河現象。第2章“寒區冰情”要求學生掌握河冰的類型及其物理性質，了解冰凇、冰花、棉冰、泥冰、岸冰、流冰、水內冰、冰礁、冰橋、清溝、解凍、連底凍這些河冰生成時的現象和冰上有水、冰上流水、冰上結冰、岸邊融冰、冰層浮起、冰層滑動、流冰、流冰堆積這些融冰期常伴隨的現象。第3章“冰壩和冰塞”要求學生掌握冰壩和冰塞的概念，理解冰壩的形成的三類因素——河道特征、動力因素和熱力因素和冰塞的成因，并理解冰壩凌汛洪水和冰塞凌汛洪水的異同。第4章“河冰監測”要求學生掌握河冰監測主要項目內容和河冰固定點監測選點原則以及鑿孔工具和量冰尺兩類冰厚測量工具及它們的分類。了解河冰監測時的水溫監測要求和河段冰塞和冰塞觀測的主要項目。第5章為“冰凌輸沙”要求學生掌握冰凌輸沙的類型和形成機制，理解水內冰輸沙、冰底挾沙、冰層挾沙和冰凌推沙的過程，并掌握河道結冰斷面濕周的估算公式、凍結含沙量的估算公式以及河冰輸沙量的估算公式。

第二部分第6章“冰力對工程結構的作用”要求學生掌握估算風和水對冰拖曳力的計算公式以及冰擠壓的三種模式，了解當一定厚度的冰層破碎在一定寬度的建筑物上時產生作用力的估算步驟和冰的彎曲破壞。第7章“冰作用下的泥沙輸移”要求學生掌握冰挾帶和輸移泥沙的機理、冰塞下的局部沖刷、河冰對河岸的影響以及纖路的概念及其形成的原因，理解冰蓋對河流流速分布和河床局部高程的影響，了解河道因變量及相關參數的處理。第8章“河道浮冰層承載力”要求學生掌握在理想條件下一個浮冰塊臨界承載力的計算公式及應用和浮冰層的荷載的3種類型——“短期荷載”“移動荷載”和“長期荷載”的特點。第9章“河道冰塞防治措施”要求學生掌握河道冰塞防治的永久性措施、預防性措施以及應急措施。

第三部分要求學生掌握松遼流域片流域分區圖、松遼流域片流域政區圖、亞洲14條主要大型河流流域分布圖、俄羅斯遠東聯邦管區陸緣海、島（群）位置分布圖、黑龍江地表水區劃圖以及黑龍江流域行政區劃圖，了解中國水系分區圖和松花江流域水系分布圖。

三、結論

綜上所述，本研究所選三本著作具有權威性、先進性，可作為“寒區水利計算”課程的內容組織參考材料。1-9章的內容組織涵蓋了大部分河冰方面的知識，又加入了目前國內外河流冰情研究的最新成果;10-12章寒區水文地理方面的內容即是對本科生知識面的拓展，又是黑龍江大學地域特色的體現。內容整體難易適中，學生容易接受;關于本科對冰情方面的教學沒有系統的理論，也沒有合適的教材，通過一個學期的教學實踐，授課效率高，期末考試通過率高，本文所述課程內容的組織方法是可行的。

參考文獻：

[1]楊培林，文永紅，陳麗.復雜工程問題解決能力培養中《機械設計基礎課程設計》教學內容與組織[J].機械設計，2018，35（S2）：65-67.

[2]馮慶東，楊樣，田青云.基于專業認證和企業需求的《汽車機械基礎》課程內容組織探索與教學實踐[J].內燃機與配件，2018（24）：239-240.

[3]曾文靜.基于課程內容組織原則對數學教材適切度分析的研究——以人教版義務教育階段三角形知識內容為例[J].課程教學研究，2018（12）：48-53.

[4]張冬青.新媒體時代“電子商務綜合實驗”課程的內容設計和組織[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2018（11）：30-31.

[5]林凌，曾周末，栗大超，等.“電路、信號與系統”課程內容組織體系[J].電氣電子教學學報，2018，40（5）：52-56.

[6]戴長雷，于成剛，廖厚初，等.冰情監測與預報[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[7]美國陸軍工程兵團.河冰管控工程設計手冊[M].汪易峰，譯.北京：中國水利水電出版社，2013

[8]楊開林，王軍，郭新蕾，等.調水工程冰期輸水數值模擬及冰情預報關鍵技術[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

責任編輯 ?郝 ?嬋

實習編輯 ?高 ?欣