《水力学》课程“123教学模式”的探索与实践

何文学，陈冬云，李东风，冯建江，吴婉玲

(浙江水利水电专科学校，浙江 杭州 310018)

《水力学》是研究液体机械运动规律及其工程应用的一门科学［1］，是水利、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技术基础课，也是许多工科专业的核心课程，是学生专业能力形成及其职业岗位任职能力发展必不可少的依托.无论学生从事何种与专业领域相关的技术工作，水力计算能力都是其职业能力的重要组成部分.因此，构建适合高职层次的《水力学》课程教学模式，是课程教学改革的必然要求，也是教学实践中常谈常新的话题.

1 “123教学模式”概述

水力学基本原理、工程水力学、水力实验原理是水力学课程的三大组成部分，其关注的重点各有不同和侧重.水力学基本原理又包括流束理论和流场理论两个理论体系，工程水力学更是针对不同专业方向与不同培养层次，有诸多内容可供选择.面对《水力学》课程庞大的体系、诸多的内容以及“概念多、公式多、系数多、计算繁难”的特点，必须根据高职特点与专业培养要求，对课程体系进行科学设计，对课程内容进行合理取舍.其中，《水力学》课程“123教学模式”突出了“职业能力培养”，是值得进一步研究与探索的课程教学模式.

123教学模式是指“一个理论基础、两个重点应用、三项职业技能”的高职水力学课程教学模式.“一个理论基础”是指流束理论基础，“两个重点应用”是指有压管道恒定流与明渠恒定均匀流的工程应用，“三项职业技能”是指水流现象分析技能、简单水力计算技能、基本水力要素量测技能.

2 “123教学模式”的特点

2.1 “一个理论基础”践行“必需、够用”原则

水力学理论基础包括“流束理论”和“流场理论”两个体系.作为高职层次，限于学生的实际水平与学时，考虑到职业岗位的实际工作需要，舍弃“流场理论”，只讲“流束理论”，以满足工程实际中常见水力计算的应用需要.同时，也使得“以流束理论为基础，以实际工作需要为目标”的水力学课程教学基本理论的选择有了明确的方向.

2.2 “两个重点应用”强调职业岗位的实际工作能力

工程水力学强调解决实际问题，自然成为学生职业岗位必需的教学内容，是学生完成实际工作任务能力的重要体现.为此，在教学内容安排方面，所占学时比例较大，而且以明渠水力学与管道水力学中的基础内容(恒定流内容)为教学重点，强化学生的水力计算能力.舍弃流场理论与相对较难而应用较少的非恒定流问题.

2.3 “三项职业技能”提升学生的实际工作能力

“水流现象分析技能、简单水力计算技能、基本水力要素量测技能”在实际工作中各有应用和侧重，三者互相补充、互相依赖.水文测验、水工设计、工程施工等实际工作，都会涉及到这三方面的技能.而三项水力学技能在某种程度上是其工作熟练程度、胜任程度的重要标志.因此，“三项职业技能”就成为提升学生实际工作能力的重要支撑.

2.4 “123教学模式”有利于学生可持续发展能力的培养

考虑到部分学生可能参加自学考试、3+2专升本或后续深造等情况，对水力学课程中基于微积分的内容还应有适当介绍，以建立微小流束过渡到总流的思想，为后续进一步提升水力学层次奠定基础.此外，对一些水力学课程发展的前沿性问题或实用新技术，穿插在教学内容中介绍，以开阔学生视野，促进学生成长，并为今后从事开创性专业工作打基础.比如，随着水环境问题的日趋严重，有利于生态环境修复的生态水力学应运而生.利用生态水力学原理控制渠道滋生杂草技术、引水口不引进钉螺技术等，都在明渠恒定均匀流渠道设计中予以补充.对学有余力的同学，鼓励其应用计算程序完成相对简单的水力计算，为后续学习与将来工作提供强有力的水力计算能力支撑.

3 “123教学模式”实施要点

3.1 根据课程性质与任务，探索“教－学－做一体化”模式

技术基础课的性质与紧密联系工程实际的特点，使得《水力学》课程的内容丰富、应用范围广，而课程概念又比较抽象，尤其是系数与经验公式变化多.教学过程中，应以职业能力培养为立足点，根据专业特点与学生的实际水平，合理取舍教学内容，综合应用教学方法，灵活运用教学手段，使抽象概念能听懂，各类公式会应用，不同边界条件下的相关系数会查找，基本水力计算方法能掌握，突出“教与学”.至于“做”的环节，则主要依托实验室训基地，分以下三个层次实施.

(1)依托水力学实验室与水利仿真实验室，开展以学生为主的课程实验与实训.

(2)依托与科研机构共建共享的试验基地，鼓励和引导少数优秀学生参与校外实践指导教师的工程试验项目，协助教师完成少量的水力要素测试任务.

(3)以学校附近的、建成并投入运行的水利工程项目为原型，设计水力学综合实训环节，在较好地实践“项目导向、任务驱动”教学理念的同时，也实现了“教－学－做一体化”教学模式的尝试.

3.2 依托优质教材和课程网站，提升教学水平和质量

《水力学》是一门应用范围相当广泛的技术基础课，其教材种类也相当多.不同机构或部门组织编写的规划教材或精品教材，在很大程度上满足了目前水力学教学的需要，较好地保证了教学工作的顺利进行.但这些教材往往是在出版社或某个机构的组织策划下，由不同学校教师瓜分编写，参编人员良莠不齐，存在前后内容缺乏有机联系、整体风格不一、符号混乱等问题.为此，很有必要根据课程特点与专业需求，通过与行业或企业合作的方式，编写具有明显高职特色的水力学教材.此外，在信息技术与互联网飞速发展的推动下，课程网站以成为学生学习、师生交流必不可少的平台.《水力学》课程学习主页(http://shuilixue.zjwchc.com/)就曾包括:师资队伍、课程学习、工学结合、个人收藏、工程图片、在线考试、动画视频、课程录像、给我留言等栏目.其中，课程学习栏目中，除教学大纲、授课计划、电子教案、多媒体课件、思考题与习题等项目外，还及时补充自学考试题、综合实训参考资料、计算小软件等学生学习必需的实用资料.从整体风格上来看，课程网站涵盖了课程学习的诸多方面，又不局限于课程内容，其建设的出发点是力求使课程网站真正成为学习的得力助手.

3.3 针对不同教学内容，灵活运用多种教学技巧

(1)设置适宜情景，激疑导问

“水往低处流”，似乎是一条人尽皆知的道理.但仔细分析，是否完全正确呢?如果不正确，应该怎么表述才对?带着这个问题讲解能量方程，学生就有兴趣听.并通过引导学生思考，解决能量方程的应用问题.“千里长堤，溃于蚁穴”，请同学们思考真的是小小的蚂蚁洞让大堤不堪重负?还是蚂蚁洞的存在，引起了渗流水力要素的变化，从而引发工程事故.

(2)选择适当物理问题，竞猜遐想

引入“静水奇象”这个物理问题，请同学展开想象，猜想原因.当学生掌握了曲面静水总压力的求解方法之后，再认识“静水奇象”问题，似乎水到渠成.利用著名的“阿基米德与王冠”故事，引导学生完成多向曲面(如球面)压力体的绘制.

(3)依托水力学实验室，自主设计实验

“恒定流”与“非恒定流”是最基本的水力学概念.从水箱水位变动情况下，孔口出流射程远近可直观感受“恒定流”与非恒定流”的不同.可提醒学生及时去水力学实验室，利用明渠水槽及堰闸模型，设计实验方案，演示并观察恒定流和非恒定流现象.

(4)联系生活实际，概念类比

描述液体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法，也是篮球比赛中挑选运动员的教练员和记分员采取的工作方法.挑选运动员的教练员和记分员的工作任务不同，观看同一场比赛时采用的工作方法自然不同.将油和水同时泼到地上，那个流的比较快，说明那个抵抗剪切变形的能力小，粘滞性就小.这一点，正好与人用手摸油和摸水的粘性感觉一致.诸多的水流概念分类，是学生理解的难点.可从每个人的性别、籍贯、民族、血型、肤色、生长地域等不同分类角度去比照理解，一元流、恒定流、均匀流、急变流等概念的理解似乎就容易多了.

3.4 针对课程特点，突出重点、分散难点

水力学课程的特点是“三多一难”，即概念多、公式多、系数多、计算繁难.为此，在课程教学过程中，必须根据课程特点，兼顾高职学生的知识基础与学习目的性，突出重点，分散难点.比如，在授课过程中尽可能简化复杂的数学推导，尽可能用通俗的语言或举例阐释水力学概念，重点讲解水力计算公式的应用范围与计算技巧，包括公式中相关系数的查图、查表技巧.对水力计算方法则采用例题演示、课堂练习、课后作业的“三步走”方式.在学生自主练习的基础上，逐步掌握.在综合实训阶段，要求学生完成以实际工程项目为背景的典型水力计算.其中，对水力计算的基本方法试算——图解法、查图法必须讲解透彻，并要求学生掌握.但在计算机技术已相当普及的今天，如果还局限于只介绍试算法、图解法、查图法等传统方法，显然是不合时宜的.课堂教学和综合实训中必须引入电算解法，这是大势所趋、与时俱进的必然选择.课堂上，可以鼓励学生自己开发应用程序或利用EXCEL的计算功能完成水力学习题.教师也可将自己开发和收集一些常用电算程序提供给学生使用，教会学生利用这些程序完成一些基本的水力计算.必须强调，尽管提供了电算解法和程序，但对学生而言，仍然要求首先掌握传统的计算方法，并用传统方法完成适当数量的作业和综合实训，不能单纯以电算解法完成作业或综合实训.因为，传统解算方法对掌握水力计算思路与脉络必不可少.

3.5 重视课程教学的过程管理，探索多种考评方式

教师必须牢固树立过程精品意识，重视课程教学的过程管理.切忌“上课照本宣科、课后不闻不问、期末考试定终身”的教学态度.课堂上，要根据学生的课堂反应及时调整讲课速度;适当采用课堂提问、课堂讨论等方式活跃课堂气氛;设计难易适度的课堂小测验;设计由易到难、梯度合理的课程作业;提倡并鼓励学生利用电算程序验证习题解算的正确性;提倡并鼓励学生建立兴趣小组，开展讨论学习与研究式学习.以上几方面教学环节的综合，是评定学生平时成绩的基础.至于期末考试，最好能依托试题库，采用随机方式抽取试题，以严肃、公正的考试过程，检验学生一学期的学习成效.只有极探索多种形式的学生成绩考评方式，才能比较全面公正地评价每位学生的课程学习成效.

3.6 多种教育手段并用，创造“虚实结合”的课程教学环境

水力学课程的研究对象是以水为代表的液体，而“水无常形”的特征从客观上要求针对不同工程实际情况，演示不同水流特征.只有运用现代教育手段，才能使学生看到运动的水流，听到潺潺的水声，并且使不少抽象的概念形象化，枯燥的理论因动画演示而变得生动有趣、易于理解.比如，流束理论的基本概念——流线，本身是为形象理解与分析水力学问题而引入的概念，但借助多媒体课件就能形象地演示流线的变化过程.Flash制作的雷诺试验过程清晰地反映了不同流速引起的不同流态，较之以往传统的讲解直观了许多.依赖水击试验视频，使眼睛看不见的水击波(弹性波)通过小灯泡的明暗变化，形象地演示出了传播过程.实际上，许多微观的水力学现象与一些作图过程(如压力体绘制过程等)都可以借助动画技术得到形象化的演示.潺潺水声、溪流淙淙，这是传统的粉笔黑板教学难以达到的境界.而网络平台的运用，更是极大地丰富了课程内容.比如，课程主页中大量的水利工程图片、视频等资源，在丰富教学内容的同时，也给学生以视觉冲击.学生会从心底里认识到:水利人是伟大的，建设的水利工程更是伟大的.这对巩固专业思想、开拓专业视野有极大的好处.

4 结语

受传统教育思想与教学习惯的影响，《水力学》课程与其它诸多的大学课程一样，通常表现为“老师讲、学生听”.老师总是尽其可能地向学生灌输大量的知识，并力求将每一个细节问题都讲清楚.但学生的领受能力各不相同，这样的教学方法未必能达到预期的效果.尤其是在社会环境趋于多元，各种信息铺天盖地的时代，学生获取知识的途径比较多，而学生的思想状况也趋于多样，重构课程体系与探索教学模式自然就成为教学改革的热点.在教学实践基础上逐步形成的、以配套教材为支撑的《水力学》课程“123教学模式”较好地适应了当前高职教育的形势，其鲜明的特点与当前学生的实际状况以及《水力学》课程的特点相吻合，实施要点明确了教学中应关注的重点与适宜的方法，源于课程教学实践的教学模式较好地体现了《水力学》课程的改革方向，也取得了一定的实际效果，值得更多的教师在教学实践中不断探索和研究.

［1］何文学.水力学［M］.北京:中国水利水电出版社，2010.

［2］邢菊香.浅谈高职高专《水力学》教学模式［J］.内蒙古水利，2010(3):186.

［3］陈正寿，孙 孟.水力学多元化教学模式改革与探讨［J］.中国水运，2011，12(11):57 －58，60.

［4］霍 倩，金丽华.基于Matlab平台的“水力学”教学模式探索［J］.内蒙古工业大学学报:社会科学版，2010，19(1):84 －86.

［5］郑志宏，李 寻，刘金辉，等.“三合一”分层教学模式在水力学教学中的应用［J］.高等建筑教育，2007，16(3):79－81.