以高素质工程人才培养为目标的“水力学”教学新模式研究

2022-03-21 10:15:05 | 浏览次数：

摘要：“水力学”是一门技术基础课，它是力学的一个分支。推进“水力学”重难点的教学模式创新，提高水力学教学质量，是高素质综合工程人才培养的关键。文章将以学生为主体的教育理念贯穿到整个教学过程中，提倡和鼓励学生开展自主性学习、探索性学习、研究性学习，在理论与公式推导中融合国内外先进的工程水力学问题，使学生在科学思维结构、知识体系上与国际前沿接轨，注重思想性、科学性、启发性的引导，拓展部分学生编制及应用数值计算软件，初步形成本科生“水力学”课程分类培养与教学改革创新模式，以实现高素质工程专门人才培养目标。

关键词：水力学；教学新模式；工程人才

中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）12-0075-03

進入21世纪以来，加强各类高素质专门人才特别是拔尖创新人才的培养，不仅是我国社会主义建设实现跨越式发展、实施创新性国家发展战略的重要途径，也是我国高等教育改革和发展刻不容缓的重要战略任务。2012年3月，教育部召开全面提高高等教育质量工作会议，我国高等教育进入以提高质量为核心的内涵式发展阶段。高等学校力学教学指导委员会（2012）指出，力学是各类工程技术的发展支柱，在培养学生工程实践能力和创新意识方面起着“地基”和“桥梁”作用。“水力学”是力学的一个分支，是高等工科院校水利、土木、环境、机械、热能、化工、矿山、冶金等诸多专业都需要掌握的一门重要技术基础课[1]，是学生专业能力形成与未来职业发展必不可少的依托[2]。

“水力学”的任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动规律及其工程应用[3]，它是流体力学的一部分，是建立在流体力学基础之上的一门专业技术基础课程[4-6]，具有理论性强、经验公式多、概念抽象、推导复杂且易混淆等特点[7-8]。同时，“水力学”具有对学生“高等数学”、“大学物理”、“工程力学”、“数值模拟”等课程知识要求较高的特点[9]。它不仅为后续专业课学习提供理论基础，而且注重实际应用，具有极强的理论性与实践性[10-11]。然而，在学习的过程中，“水力学”与其他各门力学课程一样，一直以来都是学生认为最为难学的课程之一：一是概念不易理解，二是公式记不住，三是考试成绩不理想，四是知识掌握不透彻[12-14]。根据以人才培养为根本、以提高质量为核心的本科教学理念，大学教育需要培养既具有坚实的基础理论，同时又具有广博知识、创新思想和较强实践能力的创新型人才。因此，开展以高素质工程专门人才培养为目标的“水力学”课程教学新方法和新模式研究意义重大。

一、教改目标与特色

（一）教改目标

探索教改新思路，系统化“水力学”理论教学内容，重视理论基础，开展专题教学与对比分析式教学，引入并拓展部分学生积极尝试水力学常见问题的数值计算方法，理论与实践并重，因材施教，初步形成以高素质专门人才培养为目标的“水力学”课程教学创新模式。培养和造就拔尖创新人才，教育引导学生成长为崇尚科学、德才兼备、勇于担当、具有国际视野和创新能力的治学、治业、治国英才。

（二）需解决的教学问题

如何在各高校“水力学”本科培养方案学时减少的情况下尽可能传授更多的知识？如何与选修课“计算水力学”、“高等流体力学”、“环境水力学”等课程内容很好地衔接？如何引入常见水力学问题的数模方法并拓展部分学生使用数模软件？如何在“慕课（MOOC： Massive Open Online Course）”、“微课（MC：Micro Course）”等在线课程的冲击下提高课堂教学质量？如何在教学中培养学生的理解与交流能力、科学思维能力、管理能力、应用分析能力、动手能力等基本工作能力？

（三）教改方案

为提高教学质量，首先，完善教学大纲、试题库、齐全的教学辅导材料、规范化的教学文件、档案、资料管理，形成系统、完整的教学内容和教学体系。其次，针对不同专业的学生，调整教学内容和授课方式，学期开课前一定要了解班级学风情况、学生特点等方面的细节问题，针对不同情况进行教学安排，学得比较好的，要求可以更高些，如做些专题研究、数值计算研究；学得比较吃力的，只要达到教学基本要求就可以了。再次，改革实验教学方法，强化水力学课程实践环节，培养实验创新能力。最后，教学过程中主动开展教书育人工作，结合课堂教学内容，介绍一些“水力学”方面科学家的生平事迹，让学生了解他们的成长过程、生活经历、研究问题的方法、科学作风和学术上的成就，激发学生的学习热情和创新动力。

二、水力学课程教学新模式的构建

结合“水力学”教学目标和课程特点，以学生为主体，优化学习过程，推进因材施教，积极探索“水力学”教学新模式（图1）。

1.积极推进课程网站建设与网上互动。吸取国内外“水力学”教材精华，调用多媒体信息，共享教学资源；采用包含文字、图形、图像、动画、音频、视频等的教学手段，激发学生对水力学的兴趣，开展教师网上答疑、讨论、发挥教学QQ群功能。

2.采取多样化考核方式。包含出勤、课堂积极性、课堂讨论、随堂笔试、网上测验、演示PPT、撰写课程报告等多种考核方式。

3.开展专题教学。选择学生感兴趣且关联性较强的重、难点内容进行专题讲授。在理论推导中融合新的工程水力学思想，探索以工程案例为依托的教学方法，拓宽学生知识体系，坚持基础科学、技术科学与工程科学相互融合、协同创新。

4.开展对比分析式教学。对比法是帮助理解、增强记忆、培养学生积极思维的一种有效的教学方法。将相近的事物做对比，可找出其差异；将多个事物做对比，可寻找其相互联系；将两个印象不深的事物做反复比较后，两者都理解和记住了。利用图、表、动画等形式对知识点进行归纳和对比，通过比较学习、加深理解、增强记忆、不断巩固所学知识，提高水力学教学效果。

5.改革实验教学方法。单独开设实验课，实现开放实验与非开放实验相结合，实行必做实验和选做实验相结合，增加演示实验内容，支持学生独立设计实验方案，自主开发水力学实验教学仿真模拟软件。从直观演示到动手操作，激发学习兴趣，精心选题，贴近实际工程，创造现场氛围。

6.开展主动学习实践活动。每节课在下课前布置下节课的讨论题，要求课下准备，下节课讨论，提高学习兴趣；及时发布教学重、难点，便于学生预习和复习；根据教学基本要求适当布置必做题和选做题，鼓励学生撰写学习研究小论文，培养创新意识，提高利用多学科知识解决综合问题的能力。

7.开展水力学新生研讨课。选择一个主题展开教学，以指导学生学习研究，激发新生对求知的兴趣和主动参与的意识，以问题或话题为载体训练基本学习、研究能力，以教师引导激发研究兴趣，以师生互动启迪自主学习，以鼓励质疑倡导探索精神，培养学生的创新、合作精神与表达能力。学生从教师的学识风范、个人体验中，领悟研究型、探索式学习方法，感受全新的学习氛围。

8.加强本科生国际交流。通过交换生项目、联合培养、海外研习、暑期学校等方式，分期、分批选派学生到国外一流大学学习、交流，拓展国际视野，了解学科领域前沿。鼓励学生利用国外条件开展研究工作，尽快适应和融入国际一流学术研究群体。

9.教研相长。正确处理好教学与科研的关系，将最新科研成果及时讲授给学生，将科研项目与创新实验结合，以科研带动教学，提高创新能力实践水平。通过与顶级科学家交流研讨、举办经常性的高水平学术报告等形式，搭建高端交流平台，营造浓厚的学习氛围。

三、教改措施

（一）打造丰富的课程资源

在“水力学”现用教材的基础上，丰富课程网站资源，包括课程简介、导学、教学日历、大纲、课件、视频、试题库、工程案例、数值软件、自我测评等内容，充分发挥其在教学中的重要作用；通过整合教学资源，教学内容更加条理清晰，易于学生学习。

（二）充分利用实验资源

在原有教学实验的基础上，补充与科研项目结合紧密、有较强创新性的实验内容，使教学实验更加面向工程实际，更加突出综合性、探索性和实践性为一体的教学理念。形成包括认知实验、基础性实验、综合性实验、前沿性实验和开放创新实验在内的新实验教学体系，注重培养学生运用实验手段开展科学研究的能力。

（三）改革考试内容与方法

为了加强素质教育，在考试内容上应减少客观题，加大主观题，注重内容的应用性、灵活性和综合性。在考试方法上建议实行半开卷考试方式，避免学生死记硬背。学生通过“水力学”课程的学习，在广度、宽度和深度上更好地掌握“水力学”基本概念、基本理论及基本技能，提升教学质量和教改效果。

（四）重视课堂讨论

通过图片、动画、视频等模式对工程案例的研究背景、建设过程以及水力学问题等进行课堂讨论与互动，探索以工程案例辅助教学的教学方法，提升课堂教学的活跃度，改善学生自主学习的积极性。

（五）加强自主学习

采用课前预习—课中提问讨论—课后练习的方式，大幅度提高学生自主学习的广度与深度；除了巩固教学内容的书面作业，建议学生组成学习小组，共同完成project作业，并要求学生在课堂上进行汇报讨论，以提高学生的自主学习能力与撰写研究报告的能力。

（六）拓展基层教学组织

“水力学”是工科类专业的基础课程，积极促成跨学科、跨院系基层教学组织的设立，拓展校级“水力学”基层教学组织，整合优质教学资源，推进教学研究与教学改革，促进教师教学成长与发展，获得更好的教学效果。

四、结论

（一）理论教学系统化，开展专题教学、对比分析式教学

教学内容需符合新形势下学生发展的需要，教学方式也要符合信息化时代的特征。通过对水力学内容多次重复、反复推敲，利用图、表、方框图、动画等形式对知识点进行归纳和对比，课堂教学内容形象生动，激发学生的学习兴趣和学习动力。教师自身做到讲好每一堂课，常讲常新，把握本学科的动态和进展，做到高起点、有新意。

（二）注重实践教学

针对水力学经验公式多，试算图解法及迭代法求解烦琐，在沿程水头损失计算、管道水力计算、明渠水力计算、堰流、闸孔、消能水力计算等方面拓展部分学生采用編程的方式解决水力学问题。鼓励学生把所学知识应用到实际水力学问题中，培养学生的动手能力与团队合作精神，使他们在实践的过程中体会“水力学”在生活和工程中的广泛用途。

（三）加强工程学科本科生“水力学”教学的分类培养

开展“水力学”分类培养课程模式，形成学术研究型、创新探索型、实践应用型课程体系分类培养框架，针对不同专业授课对象，调整教学内容和授课方式，实现本科生分类培养，为多口径人才需求提供支撑。

（四）推行以高素质专门人才培养为目标的“水力学”教学新模式

采用加强基础、拓宽专业面的人才培养模式，引进一些反映当代最新研究水平的内容，如紊流理论、非定常理论和新的测量技术、智能算法、计算水力学等。在完善教学理论与实践的基础上，开展课程与实验教学改革探索，实现人才分类培养目标，形成以高素质专门人才培养为目标的“水力学”教学新模式。

参考文献：

[1]丁祖荣.流体力学：上册[M].北京：高等教育出版社， 2013：7.

[2]何文学，陈冬云，李东风等.《水力学》课程“123教学模式”的探索与实践[J].浙江水利水电专科学校学报， 2012，（4）.

[3]张志昌.水力学：上册[M].北京：中国水利水电出版社， 2011：7.

[4]吕宏兴，裴国霞，杨玲霞.水力学[M].北京：中国农业出版社，2011：6.

[5]李玉柱，贺五洲.工程流体力学：上册[M].北京：清华大学出版社，2006：10.

[6]禹华谦.工程流体力学：水力学[M].成都：西南交通大学出版社，1999：12.

[7]莫乃榕.工程流体力学[M].武汉：华中科技大学出版社， 2000：5.