基于一流課程建設的水力學全時程教學探索

李 娟，馬 軼

（寧夏大學 a.土木與水利工程學院；b.旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心；c.旱區現代農業水資源高效利用教育部創新團隊，寧夏 銀川 750021）

引言

2019年，教育部印發的《關于一流本科課程建設的實施意見》中明確提出，課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量。要求夯實基層教學組織，提高教師教學能力，完善以質量為導向的課程建設激勵機制，形成多類型、多樣化的教學內容與課程體系［1］，從而構建更高水平的人才培養體系。

水力學是力學的分支，主要研究以水為代表的液體平衡和機械運動規律及其在工程中的應用［2］?！八W”是一門重要的專業基礎課程，也是水利工程及其相關專業重要的核心課程；是銜接基礎課程與專業課程間的重要橋梁，也是學習專業課程、解決工程中的水力學問題、構建專業邏輯思維、從事科學研究的重要基礎。課程內容在城市建設、環境保護、機械制造、水文預報、交通航運甚至醫學領域都有廣泛的應用。課程的主要任務是使學生掌握水力學的基本概念、基本理論，構建水力學知識體系，具備解決專業相關問題的分析、設計、建模能力，并能進行相關研究［3］。在新時代、新形勢、新要求下，對“水力學”課程的教學方法、教學形式與課程考核進行了總結，并不斷探索，以期激發學生的學習興趣，增強教學效果，為培養高質量人才、實現專業培養目標打下基礎。

一、“水力學”課程的開設情況

“水力學”課程是面向水利水電工程、農業水利工程、土木工程、交通工程、港口與航道工程、水文水資源工程、環境工程、給水排水工程等專業開設的本科生課程。目前高校中的“水力學”課程大多開設在二、三年級，根據專業需求設置“水力學1/2”“流體力學1/2”“水力學A”“基礎水力學”“專門水力學”等具體課程，在一個學期或兩個學期內完成相應的教學內容，在掌握基礎內容、經典理論的前提下，不同專業的學習內容及要求、教學的側重點略有不同。

二、“水力學”課程的教學特點及難點

高度凝練總結課程的教學特點，才能有的放矢地提出高效的教學思路與方法。依據多年的教學經驗與工作總結，筆者認為“水力學”課程主要有以下特點及難點。

（一）學習基礎要求高

“水力學”是一門對基礎課程要求較高的課程。學生只有較好地掌握難度相對較大的課程，比如“高等數學”“大學物理”“理論力學”“材料力學”等課程的相關內容后，才能更好地、更靈活地將其應用到“水力學”課程的學習與實踐中。

（二）教學時間有限，教學內容多

結合學生多元化的培養要求及本科生培養方案，各學校設置的“水力學”課程的學時數均相對有限。相關高?！八W”課程的學分、學時安排如下：“水力學”課程為4.5～5.5學分，72～88學時。在一學期或兩個學期的有限的教學時間內，需要完成緒論、水靜力學、液體運動的流束理論與流場理論、液流運動的型態及水頭損失、有壓管道的恒定流與非恒定流、明渠恒定均勻流與非均勻流、滲流、堰流及閘孔出流、水流的銜接與消能等內容的理論與實驗教學任務，且無單獨的課程設計安排與專門訓練時間，因此對于教師和學生而言，均是“時間緊、任務重”的挑戰和考驗［4］。

（三）公式多、推導過程復雜且應用難度較大

“水力學”課程中公式繁多、推導過程復雜且應用難度較大［5］。如最基礎的連續性方程、能量方程、動量方程的推導過程，涉及物理學中的能量、動量守恒定律，在推導微小流束理想液體的理論公式的基礎上，引入相應的修正系數，才可得出實際液體總流尺度的“三大方程”，并且運用方程解決問題時的應用條件及注意事項較多；在進行液流水頭損失計算時，既要考慮不同型態（層流/湍流不同區）下水頭損失計算公式的推導，又需熟知不同情況下經驗公式的使用條件；在液體運動的流場理論中，連續性方程、N-S方程的推導過程復雜且不易理解，邊界條件確定分析較難，應用求解難度也較大，因此公式的學習運用對學生在課下的自學與總結提出了較高的要求。

（四）圖形理解及分析要求高

“水力學”課程中的部分內容需配合圖形進行理解掌握才可加以使用，如靜水壓強分布圖、壓力體圖、能量方程中各項能量的圖示分析、恒定非均勻漸變流水面曲線繪制、斷面比能曲線、水躍函數曲線、地下河槽恒定非均勻漸變流浸潤線圖等，學生學習難度較大，因此需聯系理論，分析實際工程，方能掌握。

（五）理論學習與工程實踐的聯系相對薄弱

“水力學”課程內容和工程實踐與應用的聯系極為緊密。課程多開設在第二學年，學生尚未開展相關的工程實踐與認識實習，對實際生活中見到較少的堰、閘門、泄水建筑物等工程的概念及認知較少，因此很難將課程內容與實際工程聯系起來，學習與應用有一定的難度。

三、基于一流本科課程建設的“水力學”課程全時程教學探索

在傳統教學任務及要求的基礎上，結合一流課程“高階性、創新性、挑戰性”的建設原則，對照“水力學”課程樹立工匠精神及工程師的社會責任感，掌握基本理論和運用基本知識分析解決水力學問題，構建工科邏輯思維并解決實際工程問題，培養兼具綜合分析與團隊協作的創新思維能力的具體目標，同時對“水力學”課程的全時程教學進行探索。

（一）任課教師的提前介入及課程導入

依據目前的課程開設情況與教學模式，第一堂課基本是任課教師和學生的首次見面，也是課程教學活動中的重要起點，直接關系師生關系的確立發展和課程教學效果的實施。為了增加師生間的了解和互信，教師可以通過本科生導師制、創新實驗、科學研究、卓越工程師等多種途徑進行師生交流。教學活動正式開展后，繼續加強師生交流，教師可以其道德情操、人格魅力及系統的專業知識獲得學生的尊重和認可，學生“親其師”，進而“信其道”，教學才可取得事半功倍的效果。

（二）教學內容及形式的設計

1.教學內容的針對性設計。根據專業的不同，“水力學”課程的教學內容也有所不同。如土木工程、交通工程、工程管理等專業開設了“水力學1”（基礎水力學）課程，課程內容相對簡單；而水利水電工程、水文學及水資源、港口工程、給排水工程等專業除了開設“水力學1”課程外，還需開設“水力學2”（專門水力學）課程。因此，針對不同專業，教學內容、教學目標應有所側重，不能完全限于本專業的相關內容，需根據課程內容的新發展，對知識進行適當的補充與更新。

2.教學形式的創新與綜合。目前的水力學教學工作，多以“多媒體+傳統板書”的理論授課結合實驗操作的形式進行。應根據一流學科“多類型、多樣化的教學內容與課程體系”目標，創新多種教學方法及混合教學形式，可結合精品課程、在線課程、慕課、學習通、雨課堂、騰訊課堂、學習強國［6］等多種形式進行線上線下融合教學，設置課堂簽到、問題搶答、彈幕回饋等環節，從而實現傳統教學夯實基礎、線上教學提升學生能力與個性化培養的教學目標。

（三）構建興趣性活躍課堂，打破單純“教與學”的模式

開設“水力學”課程時，學生對相關內容、規律概念的認知較少，同時，由于尚未開展教學實習，對工程認知更是空白，因此如何調動學生的學習興趣與積極性顯得尤為重要。學生的興趣是課堂氣氛與教學效果的興奮劑。充分調動學生的學習興趣與積極性，能激發教師的講課熱情與激情，打破“教師講、學生聽”的被動局面，實現課堂內容入腦入心。因此，在適當的教學內容中有機融入興趣元素與工程實例極為重要。如講到曲面受壓的壓力體，可結合中學物理學過的阿基米德定律，使學生明白階段性學習間的聯系；講到堰流，可配合位于四川省被譽為“世界水利文化鼻祖”的都江堰的工程建設情況、運行管理及文化旅游宣傳，引發學生對堰的濃厚興趣，提高課堂的關注度；在講到寬頂堰由于水頭損失及動能增大產生位置勢能降低的現象時，結合當地渠道通過某交通橋上游設置的底坎以降低渠道水位的實例，對比渠道通水和未通水時期的底坎及水位降落情況，使學生更加形象深入地理解能量間的轉化；講到滲流，可列舉饅頭浸泡在牛奶中的實例，將枯燥不易理解的書本知識具象化、生活化，讓學生明白滲潤、滲透、滲漏的不同階段，并能直接建立關于浸潤線、浸潤面的相關概念。同時，結合學習內容實時更新教學工程案例，加入我國三峽大壩、小浪底工程、南水北調等水利工程方面的重大突破與成就，激發學生的民族自豪感和專業使命感，實現課程思政的教學思路。

（四）探索性的實驗教學

實驗教學是水力學教學中的重要組成部分，約占總學時的20%，是加深學生認識現象、熟悉規律、理論聯系實際、培養學生動手能力及獨立思考能力的重要環節。目前的實驗形式多是對學生進行分組后，結合傳統實驗設備進行實驗現象演示及規律的驗證，實驗形式相對簡單，實驗成果多以包含實驗目的、實驗步驟、實驗結果分析等內容的實驗報告的形式呈現，并進行考核。

為了提高學生實驗的積極性、主動性，真正實現實驗的教學目的，可在實驗前期播放相關的實驗視頻資料，將學生的思緒引入實驗，讓其帶著問題進入實驗室。在常規實驗室設置創新設計型實驗區域，針對學生的不同層次開設小型的綜合設計型實驗，激發學生的自主創新思維，培養其思考、創新、動手及團隊協作能力，并鼓勵其參加相關的創新競賽。另外，實驗完成后，在學生尚未離開實驗室之前，應設計數據觀測處理、設備及相關規律、拓展內容思考等內容的口試與抽查等多樣化的考核與測試，完善實驗教學考核機制，構建由實驗報告撰寫（40%）、實驗過程反思與答辯（40%）、創新實驗設計（20%）的實驗成績體系，促使每一位學生都能認真對待實驗，并主動思考、系統學習，這樣既能實現基礎實驗的教學目的，又能鼓勵高層次學生展現創新能力，從而高質量完成實驗教學，真正實現“課程優起來、教師強起來、學生忙起來、管理嚴起來、效果實起來”的一流課程建設目標。

（五）多樣化、高階型的全時程考核評價體系構建

課程考核是階段性檢驗教學效果、實施教學反思的重要途徑。目前的考核成績多由平時考核（考勤、作業）、實驗考核及期末考試等形式構成，但是由于教學時間有限，考核形式相對簡單，因此其促進教學、提升教學質量的目的還需進一步深化。為了豐富教學內容及形式，實現“水力學”課程的專業核心教學目的，進一步提升教學質量，培養更高層次的人才，實行多樣化、高階型的全時程考核評價體系尤為必要。

1.多樣化的考核形式。在常規考核的基礎上，結合課堂教學內容，設置多樣化題庫，分章節、知識點、課程主線、課程應用等模塊進行線上線下的綜合考核，便于及時反饋學生的學習效果及存在的問題，并作為教學調整的重要依據。

2.基于高階要求的考核內容。在掌握課程基礎內容及應用的同時，設置章節思維導圖、課程自我總結梳理、微型課程設計、課程前沿應用、創新實驗等考核內容，激發學生的創新思維，實現自我挑戰，從而訓練學生的高階學習能力，優化學習梯隊。

結語

基于優化教學內容與課程體系、構建高水平人才培養體系等一流課程的建設目標，總結歸納了“水力學”課程教學的特點及困難，對教學過程中課程內容的針對性設計、教學形式的創新，以及綜合、興趣性活躍課堂的構建、探索性實驗教學過程、多樣化及高階型的考核評價體系等內容進行了全時程教學探討，從而提升了教學質量與效果，滿足了新時代、新形勢下的教學新要求，并為相關專業課程的建設提供了借鑒。