水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学改革的思考——以新疆农业大学为例

洪 明 付秋萍 赵经华 马 亮 陶洪飞

(新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052)

水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学改革的思考
——以新疆农业大学为例

洪 明 付秋萍 赵经华 马 亮 陶洪飞

(新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052)

“灌溉排水工程学”是新疆农业大学针对新疆工程建设中水土保持植物措施在自然条件下实施困难，必须采取配套灌溉措施的现状而为水土保持专业开设的专业选修课程。在分析了水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学现状及特点的基础上，提出了对水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学的改革措施：首先，应加强学生灌溉系统选型能力的培养；其次，应优化实验教学内容；第三，强化学生专业技能的培养；第四，引导学生积极开展科技创新实践活动。课程教学改革后，逐步构建了较为完整的课程教学体系，学生的实践及创新能力显著提升，专业技能显著增强。

水土保持；灌溉排水工程学；教学改革

近年来，国家提出的“一带一路”发展战略为新疆社会经济的快速发展提供了新的机遇，但同时，随着能源、环保、交通、航运、水利、通讯、广播、电视、防灾减灾、教育、卫生等涉及民生的基础设施的大量开工建设[1]，使原本脆弱的绿洲生态系统退化严重，土地沙漠化加剧，生态环境恶化，社会经济的发展面临着巨大的挑战。随着社会对水土保持专业人才需求量的增大，新疆农业大学水利与土木工程学院积极整合师资力量与教学资源，在新疆率先开设了水土保持与荒漠化防治本科专业，并于2012年招收了第一届学生，共42人。经过4年的系统学习，这一届水土保持专业的学生全部按期完成学业，顺利毕业，就业率达到了90%以上。除了4名学生考取了北京林业大学、陕西师范大学及本校的硕士研究生继续深造外，其余绝大多数毕业生均奔赴全疆各地从事与水土保持相关的工作。

一、水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学现状

新疆的建设项目经常位于戈壁荒漠等生态脆弱区，对生态环境破坏大，且恢复困难[2]。作为重要的水土保持防治措施之一的植物措施在该地区建设项目中经常被采用[3]，通过造林种草实现增加植被覆盖率，维护和提高土地生产力，最大程度地减少水土流失。由于新疆地处内陆，气候干旱少雨，植被需水主要依靠灌溉供给，植物措施中配套的灌溉系统规划设计与管理就显得尤为重要。因此，“灌溉排水工程学”成为了以新疆为代表的西北干旱区水土保持专业重要的专业选修课程之一。

在新疆农业大学，“灌溉排水工程学”主要为农业水利工程、水利水电工程、水利水电工程管理、水文与水资源工程及水土保持与荒漠化防治专业5个涉水专业开设，均为52个学时；其中理论教学46学时，试验教学6学时。根据新疆实际的情况，“灌溉排水工程学”开设了3个教学实验：渠道模型实验、滴灌带灌水均匀度及制造偏差测定实验、明沟排水实验。教学大纲要求该课程教学均在第7学期完成。其中，作为专业必修课的农业水利工程专业安排有2周的课程设计，主要进行灌区灌排工程规划及灌排渠系设计。而作为专业选修课的其他4个专业，除水土保持专业设有1.5周的课程设计外，其他3个专业仅安排了52学时的教学，未开设课程设计，课程教学均分专业开展。

水土保持专业的“灌溉排水工程学”课程选择了汪志农教授主编的《灌溉排水工程学》第2版作为教材，并将其中的第1章农田灌溉原理、第2章灌水方法与技术、第3章灌溉系统规划设计、第4章灌溉管道系统、第6章排水原理、第7章农田排水技术、第8章明沟排水系统规划设计作为教学的主要内容。重点介绍了农田灌溉原理、喷灌、微灌工程规划设计、灌区规划及渠道规划设计，而对灌溉管道系统及排水原理、排水系统规划设计仅做了简单介绍，不作为重点。此外，水土保持专业的“灌溉排水工程学”课程增加了1.5周的课程设计，同时对课程设计内容也进行了调整。针对水土保持专业所涉及的工程建设项目中与灌溉相关的植物措施往往都呈点状或带状分布，且植物措施中的林草措施多采用滴灌、微喷灌或小管出流等作为主要配套的灌溉技术的特点，确定了课程设计内容为滴灌工程设计，设计的作物种类涵盖了新疆主要农作物和特色果树，如棉花、小麦、玉米、番茄、红枣、核桃等。课程设计内容的改变，可以使学生充分理解滴灌设计的基本思路，依据作物栽培模式选择适宜的灌水技术，进而确定每种灌水技术所对应的灌水技术参数，在此基础上进行管网的水力学设计，完成配套灌溉措施的规划设计任务。

二、水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学的特点

“灌溉排水工程学”是农业工程类农业水利工程专业的一门必修专业课，也是其他涉水专业的必修课程或辅助课程。“灌溉排水工程学”课程实践性较强，主要是使学生了解和掌握灌溉与排水的基本原理及其主要技术，学习灌排系统的规划、设计方法以及灌排工程管理的基本知识和方法，为学生毕业后从事与灌溉排水相关的水利工程规划设计、施工与管理打下坚实的基础[4]。由于专业的差异，水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学有其自身的特点。

(一)课程教学的重点有别于其他专业

农业水利工程专业的“灌溉排水工程学”课程教学的重点是灌区规划及灌排渠系统规划设计，而在水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学中却不做过高要求。因为水土保持工程项目中植物措施配套灌溉系统多采用喷灌、微灌和低压管道灌，因此，水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学的重点是喷灌、微灌系统的规划设计。以微灌系统规划设计教学为例，水土保持专业讲授的课程内容包括灌溉系统规模的确定，各级灌溉管道的铺设长度、管径、水头损失等参数的具体计算方法等，涉及了“节水灌溉技术”课程的部分知识。因此，水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学内容已经超越了农业水利工程专业“灌溉排水工程学”课程的教学范畴。在课程设计环节，水土保持专业侧重于微灌系统的规划设计方法的训练，如系统选型、管网布置、系统水力学计算等，而农业水利工程专业则侧重于灌区规划、灌排渠系统规划设计方面的能力培养。

(二)注重培养学生的灌溉系统选型能力

灌溉排水工程学研究的主要对象均为灌区内的条田，面积相对集中，且灌溉系统多为固定式滴灌系统。因此，在传统的水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学中仅以固定式滴灌系统作为重点，简单介绍移动式、半固定式滴灌系统，对灌溉系统的选型并未做过多的介绍。但近年来各地土地经营模式不断转变，土地流转速度加快，灌溉系统逐渐向规模化、标准化发展[5]，若仍采取传统的教学内容，将会导致学生选型能力的弱化。如水土保持专业所涉及生产建设项目中的线性工程——道路、铁路、渠道等两侧的植物措施，多呈现窄长型分布，若忽略了灌溉系统的选型，直接将灌溉配套措施设计成固定式滴灌系统，那么，灌溉系统的干管或分干管会很长，水头损失偏大，首部需要的扬程较大，最终导致灌溉系统运行成本高；如果分段设计成若干个系统，灌溉系统造价就会偏高，而《中华人民共和国水土保持法》规定，经水行政部门审核并批准后的水土保持方案必须要实施，否则整个建设项目不能通过工程项目验收。上述两种情况均会造成方案实施困难。基于上述情况，水土保持专业对灌溉系统的合理选型要求更高，因此，教师在进行水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学时应注重加强学生选型能力的培养。

(三)注重培养学生的灌溉管网布置能力

传统的滴灌系统规划设计在进行灌溉管网布置时，毛管通常沿着种植行向布置，支管垂直于毛管，分干管又垂直于支管，干管垂直于分干管，干管通常布置在条田上端，见图1(a)，因此管网布设形式相对单一，只要求设计人员能够根据作物种植行向，依次布置各级管网即可。但是，在水土保持方案中典型的线状工程，见图1(b)，两侧植被灌溉系统的管网布置，形式相对较多：如布置形式一，首部设置在两侧的中间位置，设置干管+支管+毛管三级管道，支管两侧供水；布置形式二，首部设置在一侧，设置干管+支管+毛管三级管道，支管单项供水；布置形式三，首部设置在一侧，设置干管+分干管+支管+毛管四级管道，干管穿越线状工程(渠道或道路)后接分干管，其他管网的布设形式可采用布置形式一或二。通过比较可以发现，水土保持方案的线状工程两侧植被灌溉系统的管网布设形式比大田滴灌工程的管网布设形式更多，同时管网布设还要考虑林草种植模式、施工条件等因素的限制。因此，水土保持专业“灌溉排水工程学”课程应更加注重学生灌溉管网布置能力的培养。

图1 灌溉工程管网布置示意图

三、水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学改革的措施

(一)加强灌溉系统选型能力的培养

由于前期“灌溉排水工程学”课程教学忽略了灌溉系统选型方面的训练，学生在进行图1(b)中线状工程灌溉系统设计时，绝大多数选择了采用固定式滴灌，虽然技术上可行，但经济上并不是最优。因此，应加强学生灌溉系统选型能力的培养，使学生在进行配套灌溉系统的规划设计时，能够依据工程实际情况合理地进行灌溉系统选型，真正做到“技术可行、经济合理”。

(二)优化实验教学内容

由于水土保持专业是新疆农业大学新增设的专业，实验教学内容还未完善，实验教学环节的设计针对性不强，因此有必要对实验教学内容进行优化。在实验教学中，笔者保留了现有课程实验中的“滴灌带灌水均匀度及制造偏差测定的实验”，去掉了针对性不强的实验，同时借助农业水利工程重点实验室的人才及设备优势，引进或自主研发实验设备，开设了“土壤入渗”及“坡面产流”两个与水土保持专业密切相关的实验。这些实验一方面可以加深学生对滴灌系统滴头流量选择、合理确定微喷灌喷洒强度等技术参数方面的感性认识；另一方面，通过与其专业密切相关的实验，提高学生分析、解决问题能力及动手能力[6]。

(三)强化学生的专业技能

在实际教学中，笔者已经将“灌溉排水工程学”课程设计内容由原来的灌区规划及灌溉渠系统规划设计改为了滴灌工程规划设计，使学生较为系统地掌握了滴灌工程的设计方法，但滴灌工程设计仍然局限于大田滴灌工程。因为大田滴灌工程地块相对集中、地面坡度较小，与水土保持专业所涉及的水土保持方案中的灌溉系统还有一定出入。因此，笔者在水土保持专业“灌溉排水工程学”的课程设计环节，增加了开发建设项目(如堤防工程、道路工程)，生产建设项目(如矿山)及坡面治理项目的灌溉系统规划设计内容，从而使课程教学与实际生产紧密结合，进一步强化了学生的专业技能。

(四)引导学生积极开展科技创新实践活动

水土保持专业“灌溉排水工程学”课程的大部分教师或多或少都承担着一些与水土保持相关的科研和技术咨询工作。任课教师在进行科研的同时，利用学校大学生科技创新项目的资金支持，积极引导学有余力的学生开展科技创新实践活动，将课堂教学延伸至生产与科研实践的第一线[7]。学生通过参与科技创新实践活动，将理论知识和创新实践有机地联系在一起，不仅激发了学习兴趣，同时也提升了科技创新能力，增强了学生的使命感和社会责任感。

四、水土保持专业“灌溉排水工程学”课程教学改革的成效

通过改革，完善了水土保持专业“灌溉排水工程学”课程的理论与实践教学内容，逐步构建了较为完整的课程教学体系。同时，学生对“灌溉排水工程学”课程的学习兴趣也在逐渐增加，实践与创新能力得到显著提升。目前，水土保持专业2013级2班34人中有15名学生参加了3项新疆农业大学的大学生创新项目，参加人数接近全班总人数的44.1%。在就业方面，通过有针对性的专项训练，学生的专业技能得到显著增强。从目前的就业形势判断，水土保持专业2017届毕业生的就业率可达95%左右。

[1] 毕海滨.“一路一带”背景下新疆基础设施建设研究[J].合作经济与科技，2015(12)：26-28.

[2] 杨衡，洪传勋，马英武，等.新疆公路工程建设中的水土流失危害及水土保持防治措施的探讨——以S236公路为例[J].新疆水利，2010(4)：14-16.

[3] 王秀茹.水土保持工程学[M].北京：中国林业出版社，2009：59-63.

[4] 汪志农.灌溉排水工程学[M].北京：中国农业出版社，2010：1-9.[5] 焉耆回族自治县人民政府.高效节水向标准化、规范化现代农业迈出新步伐[J].新疆水利，2012(3)：65-67.

[6] 高恵嫣，杨路华，石志建.“灌溉排水工程学”课程教学改革探索[J].河北农业大学学报(农林教育版)，2013，15(2)：78-81.

[7] 孙三民，安巧霞.“灌溉排水工程学”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2014(6)：90-91.

(责任编辑 王 伟)

新疆农业大学校级教学改革项目“农业水利工程专业卓越农林人才计划教学方法研究与综合素质培养研究”，项目编号201509005；“农业水利工程专业生产实习模式改革及毕业设计选题开发研究”，项目编号201509101。