應用型本科院校水力學課程改革初探

羅春艷

摘要：水力學是水利水電工程專業開設的一門重要專業基礎課。為改進水力學課程教學效果，文章結合應用型本科院校學生特點，分析水力學課程的現狀及存在的問題，提出課堂教學改革、實踐教學改革、考核方式改革等教學改革措施，旨在為水利水電工程專業其他科目課程改革提供參考借鑒。

關鍵詞：應用型本科院校；水力學；課程改革；思政元素

一、水力學課程

水力學是研究液體（主要是水）的平衡、運動規律及其工程應用的一門技術科學，是水利水電工程專業開設的一門重要專業基礎課。課程系統地講授水力學的應用領域、水靜力學、水動力學、水頭損失、孔口、管嘴出流和有壓管流、明渠恒定均勻流、非均勻流、堰流、滲流等相關知識。通過水力學課程的學習，學生能夠理解水力學的基本原理和方法，綜合應用數學、力學、水力學等知識分析水利工程壩體，解決水閘的靜水壓力和動水壓力計算，完成水利工程渠道、管流、河道、溢流堰、閘孔過流能力驗算，過水斷面設計，消能設施設計，滲流計算，為學生日后繼續深造或從事水利工程設計、施工、監理和項目管理等相關工作打下堅實的基礎。

二、水力學課程現狀及存在的問題

首先，課程公式推導內容多、抽象概念多。水力學課程的先修課程包括高等數學、大學物理、工程力學等，其課程內容涉及較多公式推導，如連續性方程、能量方程等，均需應用高數微積分及大學物理相關知識進行推導，部分學生不易理解。同時，課程抽象性較強，如連續性介質、流線、跡線的概念，學生理解起來比較困難，不易區分。

其次，課程學時壓縮嚴重，課程互動減少。受專業培養方案限制，水力學課程學時壓縮嚴重，造成教師在單位學時需要講解的內容增多，必然會在一定程度上精簡理論公式推導講解，或者在講解過程中加快節奏，不利于學生理解，且與學生的互動頻率減少，不能及時觀察學生掌握知識點的情況。

最后，學生學習主動性不強，課程考核方法單一。學生學習主動性不強，課前預習和復習完成度不高，有的學生抱著考試前突擊就可以通過考核的僥幸心理。部分學生課上注意力不集中，主動學習意識薄弱。此外，課程考核主要以期末考試為主，不能完整考核學生的學習情況。

三、水力學教學改革措施

（一）課堂教學改革

1.培養學生學習興趣

興趣是求知的內在動力，教師要采取各種方法培養學生的學習興趣。例如，教師可以從大學生科技創新創業項目、互聯網+大學生創新創業大賽入手，讓學生利用水力學知識參與相關競賽，以賽帶學，帶領學生成功申報國家級大學生科技創新創業項目一項（水鬼清道夫裝置）。在項目完成過程中，學生撰寫參賽方案、制作實體模型，完成科研論文的撰寫，并應用水力學課程知識，不斷發現問題、分析問題，最終解決問題。教師還可以結合各學校考研課程真題講解，讓部分考研學生重視水力學課程。

2.教學內容分解

水力學課程專業性和實踐性強，知識點雖多但具有系統性，課程可以分為靜力學模塊、動力學模塊及專業應用模塊。根據不同章節知識特點，教師可以采用不同的教學方法。在授課過程中，教師可以將水力學課程內容分成教師講解和學生自學兩個部分。對于章節的重要知識點，教師應詳細講授；對于抽象概念，教師可以結合演示文稿、視頻、圖片等方法進行講解。例如，在講解拉格朗日法、歐拉法的區別聯系時，教師結合視頻講解質點法、跟蹤法的釋義。

在公式推導中，教師可以使用板書講解，放慢授課速度，方便學生理解。例如，在講解水力學發展簡史時，教師先要求學生自學，指導學生去圖書館閱讀文獻，最終撰寫水力學發展簡史相關概述。在作業講解時，教師可以隨機選取做得比較好的學生進行交流學習，培養學生的自學能力、語言表達能力，拓寬學生的做題思路。

3.引入工程實例講解

水力學課程的講授內容比較枯燥，教師適當引入生活中的日常現象及設計院工程設計案例，能讓學生主動思考、探索問題。例如，在講解孔口、管嘴出流和有壓管流中，教師結合水泵工程、供水工程實例的可行性研究報告，講解簡單管道水力計算的基本類型及簡單管道水力計算的基本公式，引出復雜管道水力計算。在供水工程中往往會將許多管路組合稱為管網，管網內各段的管徑根據流量和流速來決定。如果流量過大，則管徑小，相應的工程造價會適當降低；如果流速過大，會使得管道水頭損失增加，會增加水泵抽水及日常維護費用。學生理解經濟流速概念后，能樹立節約意識。同時，教師可以結合生活實例。比如，虹吸現象為什么會發生，其原理是什么，利用能量方程如何解釋。工程實例及日常現象能夠加深學生對理論知識的理解，并在一定程度上拓寬學生的知識面，為學生學習水工建筑物、水閘內內容設計打下專業基礎。

4.教學方式多樣化

針對水力學課程特點，教師采用教師講授、案例教學、課堂討論、翻轉課堂、課內實驗等教學方式，充分調動學生的學習熱情。例如，在液體平衡微分方程的推導過程中，教師通過板書結合多媒體課件進行推導，適當放慢推導速度，便于學生理解；在講解消能方式時，教師可以列舉學生畢業設計中消力池的計算內容，讓學生充分理解消能知識在水利工程設計中的應用。

5.充分利用網絡平臺

隨著現代信息技術的迅猛發展，教師可以在學習通網絡平臺創建水力學課程資源，教師上傳講解視頻及相應的演示文稿。經過兩年的探索，課程資源不斷完善，包括電子教材、系數表格、測驗資料等。教師要及時批閱學生的作業，掌握學生的學習效果，并及時講解學生普遍存在的問題。另外，教師可以在水力學課程中設置課堂討論環節，學生以小組方式進行討論，在互動交流過程中，增強團隊意識。同時，教師可以利用學習通軟件進行課程測試，及時對學生的學習成果進行檢驗，還可以利用中國慕課網、智慧樹等教學網絡平臺，拓寬學生的知識面。

6.融入思政元素

第一，結合通過水力學專家的故事，樹立工匠精神。在引導學生自學水力學發展史知識點時，教師講解潘家錚平生事跡。潘家錚是中國著名水利水電工程專家、中國科學院院士、中國工程院院士。1950年，潘家錚畢業于浙江大學土木工程系，他以開發水電、實現西電東送為平生夙愿，主持了中國幾十座大壩的設計與建設，為三峽工程傾注了大量心血。通過學習水力學專家的故事，學生在日后工作中也能充分發揮精益求精、吃苦耐勞的精神，并將所學的水力學知識運用到水利工程建設中。

第二，結合學生身邊生活實例，感悟家國情懷。在靜水壓強及液體平衡微分方程及其規律講解中，教師引入萬米級別的載人潛水器的新聞播報：2020年11月10日北京時間17點左右，成功坐底10 909米的“奮斗者”號載人潛水器浮出水面，之后被回收至母船，10 909米也是我國載人潛水器最深紀錄。接著，教師提出問題：“為什么萬米級潛水器的研發這么困難？普通人一般可以潛到水下多少米？”強化學生的民族情懷，讓學生熱愛水利專業，并努力學好專業知識，樹立正確的事業觀，為祖國建設添磚加瓦。

第三，結合工程實例，引導學生保持嚴謹細心的習慣。教師列舉水利工程設計案例，能培養學生的職業素養。例如，南水北調工程涉及諸多抽水泵站的工程、渠道輸水工程設計，為保證抽水本站和輸水管道的安全性，在設計過程中要注意水力計算的準確性引導學生保持嚴謹細心的習慣。同時，在渠道設計中，學生需要不斷優化設計渠道斷面，培養學生求實創新、追求卓越的意識。

（二）實踐教學改革

1.減少小組人數，提前學習實驗操作步驟

教師要改變分組人數，每小組人數限制在3～4人，可以每人操作一遍實驗平臺。為了保證能夠在有限時間內正常操作完成實驗，教師可以提前將實驗原理、步驟、操作注意事項上傳至學習通平臺，并提前錄制課程實驗視頻上傳至水力學網絡課程相關實驗內，要求學生提前完成實驗理論和操作的學習內容，保證每個學生在做實驗前都能說清實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項。實驗課程開始時，教師簡單演示后，學生自行操作實驗平臺，節省學生理解實驗的時間，保證更多學生能參與實驗全程。

2.利用水力學虛擬仿真平臺，拓寬實驗渠道

受課程學時限制，課堂上可以完成的實驗有限，不能涵蓋所有知識，教師可以充分利用虛擬仿真平臺，拓寬學生的實驗渠道，鍛煉學生思考問題能力和解決問題能力。例如，在棱柱體渠道水面線實驗教學中，學生利用仿真平臺模擬進行實驗操作及數據處理。在模擬成績合格的基礎上，學生進入水力學實驗室真正進行水面曲線實驗操作，將平臺數據與實操數據對比，找出實驗操作存在的不足，分析數據不一致的可能原因。

3.在非授課時間開啟水力學實驗室，增加學生學習機會

教師根據自身情況及水力學實驗室排課情況，可以在每月定期開放水力學實驗室，讓有興趣的學生可以進入實驗室。如果進入實驗室的人數較多，學生可以輔助教師進行實驗室管理，保證實驗安全有序，在反復實驗的基礎上鞏固理論知識。

4.注重實習基地建設

學校應擴大實習基地范圍，與企事業單位保持密切溝通，保證能將一線的工程實例、前沿的專業知識傳遞給學生。例如，吉林農業科技學院與北京燕波工程有限公司簽署校企合作協議，學生利用假期進入公司進行短期實習，了解課程知識在水利工程中的實際應用，進而產生更加強烈的學習欲望和學習熱情。

（三）考核方式改革

考核是衡量教師教學水平及學生學習效果的重要手段，傳統的考核以期末考試為主，學生往往不注重平時的學習，在期末考試前突擊復習。這樣的考核方式容易導致學生的課程知識掌握不扎實，很難達到教學目標。依據水力學課程教學大綱要求，考核方式改革應著重強調水力學課程過程考核。過程考核占總成績的50%，考核內容包括課堂討論、作業、測試、自主學習、實驗操作等方面。

通過水力學課程改革，學生的學習效率明顯提高，參與度增加，互動增多；學生參與專業競賽、教師科研項目明顯增加；課程考核不及格情況明顯下降，學生能夠達到水力學課程要求的知識目標、能力目標、素質目標；將思政元素潤物細無聲地融入水力學課程教學，使學生全面發展，樹立正確的價值觀、職業觀，成為合格的社會主義建設者和接班人。

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基金項目：2022年吉林農業科技學院課程改革項目“水力學”，項目編號：KCGGLX-119。

（作者單位：吉林農業科技學院機械與土木工程學院）