基于案例教學的水利水電工程施工課程思政體系構建與實踐

胡志根，劉 全，嚴 鵬，陳 明，楊 磊

（武漢大學 水利水電學院，武漢 430072）

水利工程建設貫穿著人類的發展，無論是群眾生活、現代工業生產，還是洪澇災害的治理背后都離不開水利工程的支持[1]。水利水電工程施工課程是武漢大學的“雙一流”專業——水利工程專業的核心課程。教學目標是講授工程建設專業知識，是水利水電工程專業本科生的必修課。水利水電工程施工課程以水利工程建筑物施工為對象，以數字化、信息化資源為載體，結合國內外水利水電工程施工的研究成果與工程實踐，通過典型標志性工程的新方法、新技術和新工藝的施工案例分析及其課堂研討，實現水利水電工程施工技術與組織管理的基本概念、原理及其方法、施工規程規范與工程應用的融通融合，培養和提升學生的工程思維、分析解決水利水電工程施工問題的能力與創新實踐能力[2]。

武漢大學水利水電工程施工課程經過4 代教師40多年的建設，主編的《水利工程施工》教材是普通高等教育“十一五”國家規劃教材和“十二五”普通高等教育本科國家規劃教材、高等學校水利學科專業規范核心課程教材，首屆全國優秀教材（高等教育類）二等獎。水利工程施工課程2005 年獲評國家級精品課程、2016 年國家級精品資源共享課課程、2020 年水利水電工程施工遴選為教育部國家級一流本科課程——線下一流課程，在國內形成具有示范和引領作用的教學資源[3]。

依托武漢大學水利工程科學“雙一流”建設，水利水電工程施工按照其學科體系、基礎理論與方法及其專業規范、教學體系要求，通過課程和教材的持續不斷建設，對課程學習的知識點及其運用，分析問題與解決問題的方法、途徑，通過課程的數字化、信息化建設實現講授、研討、案例和實踐等環節的系統融合，使學生掌握水利水電工程施工的基本原理、基本建設程序、施工過程和施工組織等，實現水利水電工程施工教材、課程和教學的融合[4-5]。

一、課程思政教學體系的構建

在教材、課程建設和教學過程中，通過水利工程建設技術和發展規律的講授和分析，加深學生對歷史唯物主義、科學發展觀、社會主義制度優越性的理解，潛移默化地提升學生科學素養與家國情懷[6-7]。根據水利水電工程施工課程的特點，課程組在多年教學經驗和學情分析的基礎上，課程教學主要結合對教學內容、教學組織、教學方法、考核方式的改革[8]，在教學過程中挖掘思政教育潛入點，融入思政教學[9-10]。課程思政教學內容見表1。

表1 課程思政教學內容

二、教學案例設計與實踐

（一）教學目標

武漢大學水利水電工程專業的本科生培養，堅持以“創造、創新、創業”為核心，培養具有堅定民族精神和開闊國際視野、強烈社會責任感和使命感、人格健全、知識寬厚、能力全面、能夠引領未來社會進步和文明發展的國家脊梁，成為相關領域復雜工程的勘測、規劃、設計、施工和工程管理工作的團隊核心成員或領導者[11]。在水利水電工程施工教學教案設計中，將GNSS、人工智能、物聯網、云計算等技術與水利水電工程施工新技術、方法、工藝和規程規范的運用，以及思政教學的內容有機融合，通過典型工程的教學案例[12]，以數字化、信息化資源為載體和課堂研討[13]，使學生對施工專業知識與分析其工程問題有機融通。培養和提升學生解決工程問題的能力和適應不同環境的能力。

本文以水利工程河道截流施工為例，通過案例使學生掌握施工截流的全過程，理解截流的基本概念、方式和計算方法以及施工截流的知識運用，同時案例本身就是課程思政元素。

（二）教學內容

理論教學內容：施工截流全過程及其基本方法，截流重要水力參數，截流水力計算，截流材料和備料量。

課堂展示內容：典型工程的河道截流圖片、影像資料，河道截流動畫，信息化數字化的工程實踐案例（BIM結合截流水力計算）。

（三）思政教育的切入點和教學重點、難點

思政教育的切入點：通過長江葛洲壩、三峽水利工程建設中截流施工的圖片、影像資料的展現和工程分析，引出國家在基礎設施建設中的實力與技術進步，科技工作者和工程建設者迎難而上，攻堅克難的奉獻精神[14]。

課程學習的重點：截流的基本方法，截流水力計算模型概化及其計算方法，施工截流的信息化及數字化。

課程學習的難點：截流水力計算；信息化、數字化在施工截流中的應用。

（四）教學過程結構設計

（1）以典型工程施工截流為對象，以河道截流圖片、影像資料、截流數字孿生等信息化、數字化的工程實踐案例為載體，通過影像資料直觀了解施工截流的工程問題，使學生有身臨其境的感受，理解施工截流的全過程。

（2）通過施工截流的影像資料和案例的分析，概化提出施工截流的基本概念、方法、方式的相關知識，以前序水力學和水工建筑物的課程知識基礎，施工截流計算的概化模型及其計算方法，以及施工截流的重點和難點，實現學生對典型工程及其相關數字化資料與專業知識理解的融通。通過課堂提問和研討培養提升學生的工程思維、分析解決工程問題的能力。

（3）在課堂教學的基礎上，以5 位同學為實驗小組，開展截流模型實驗的實踐教學。通過實驗室模型的現場講解、操作、技術指標的測試和物理特征的觀測，加深學生對截流知識點的理解和工程問題的認知，提升學生實踐能力和知識的運用能力。

（4）課程成績采用全程化考核和評定，考核內容包括：課堂研討、課堂作業、模型實驗、課程結課考試4 個部分。

（五）教學實施方案

1.施工截流典型工程案例選擇

通過選擇我國具有里程碑意義的長江葛洲壩、三峽水利水電工程施工截流及其實施過程介紹，學生通過影像資料直觀了解施工截流的工程主要問題，有身臨其境的感受。內容包括，河道截流圖片、影像資料，河道截流三維數字模型。

2.典型工程的施工截流影像

葛洲壩工程大江截流錄像截圖如圖1 所示。

圖1 葛洲壩工程大江截流錄像截圖

3.典型工程的施工截流圖片

截流戧堤進占施工和布置如圖2 所示，利用水文測量船在截流龍口量測水力參數如圖3 所示。

圖2 截流戧堤進占

圖3 截流龍口及其水力參數的量測

4.施工截流過程的三維數字模型

三峽工程三期明渠截流的三維數字模型如圖4 所示，雙向進占的立堵截流物理模型實驗如圖5 所示。

圖4 明渠截流的三維數字模型

圖5 雙向進占立堵截流物理模型

5.施工截流的概念及其計算模型的概化

（1）截流的基本概念。以案例介紹中提供的圖片、影像資料和數字模型為基礎，介紹我國長江葛洲壩采用單戧立堵截流方式；三峽工程三期截流采用雙戧立堵截流方式；羅馬尼亞-南斯拉夫鐵門水電站采用鋼橋平堵截流方式等。通過課堂研討，給出施工截流的全過程及相關概念包括：截流戧堤，戧堤進占，龍口、合龍、閉氣等提出施工截流的基本概念；提出截流流量、截流時段選擇，單戧堤立堵截流、單戧堤平堵截流的計算分析問題，并說明截流計算參數及其分析在水利水電工程施工中的重要性。

（2）截流計算模型的概化。以河道單戧立堵截流為例，如圖6 所示，可以將河道截流龍口水流水力參數計算模型概化為水力學課程中的變斷面寬頂堰模型。

（3）截流相關工程問題及其計算。結合課程的工程影像資料和網絡資源，說明截流基本方法應用時需解決的工程問題及其相關指標、工程參數。介紹解決此工程問題的方法，利用截流水力計算求取相關的截流水力指標、參數，包括：龍口各水力參數、截流材料指標等。截流水力計算的目的是確定龍口水力參數的變化規律，主要解決兩個問題：確定截流過程中龍口水力參數。如單寬流量、落差及流速等的變化規律。確定截流材料的類型、尺寸（或重量）及相應的數量等。

（4）討論：通過典型工程截流教學案例分析，使學生具有強烈社會責任感和使命感；通過對河道截流課程的學習，使學生認識水利工程建設與GNSS、人工智能、物聯網和云計算等技術應用的關系，培養學生開闊學術視野；針對施工截流的工程問題、基本概念及相關理論計算內容的課堂討論，增強對施工截流、計算方法、主要的技術指標理解。

三、結束語

在水利水電工程施工教學教案設計中，通過河道截流圖片、影像資料、截流數字孿生等信息化、數字化技術，實現河道工程截流問題及其重要性與思政教學的內容有機融合，并導入施工截流技術、計算模型構建及其實現方法，采用課堂講授、案例研討與實踐，使學生深刻理解工程建設者與管理者的攻堅克難與奉獻精神，實現工程建設技術超越的重要性與使命感、自豪感，實現對施工專業知識與分析其工程問題有機融通，既提高了學生學習和探究水利水電工程施工的興趣，培養和提升學生解決工程問題的能力，又提高了課程教學的效果和效率，對水利工程學科的思政教學有一定示范作用。