多元化水文测验实践教学研究与应用

韩娜娜 王仰仁 周青云 叶澜涛

摘要：本文根据《工程水文学》课程中水信息采集与水文数据处理两大部分教学内容，通过多元化实验手段可以使学生进一步了解水文信息采集的方法原理、仪器结构、性能和操作方法，帮助学生加强理解课堂中所学到的理论知识，提高学生的实际动手操作能力，同时也是提高水利学科人才实践能力、创新能力和综合素质的重要途径。

关键词：多元化；水文测验；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）08-0199-02

水文测验是我校水利工程学院水文与水资源工程专业的实践课程，包括水文网站布设、水信息采集与水文数据处理等内容。目前属于《工程水文学》课程中的一部分内容，它是进行水文要素的测量、计算以及水文资料整编的原理和方法的一门学科。目前，欧美国家的一些大学开设的水文类课程主要有“Physical Hydrology”和“Engineering Hydrology”等。国外重视实验教学环节，美国的Utah State University的实验教学内容充实，体系完整，同时实验课程也达到了50%左右。相比之下，我校的这门课程实验教学所占的比较较少，这就造成了我校水文测验类的实验教学课时比较少，也对培养学生的动手能力和开拓创新思维极其不利。

针对我校的这种情况，本项目以培养“高素质，重实践”的创新性人才为目标，改革优化实验方法，提出“理论引导—视频演示—虚拟实验—现场示范—亲自动手”的五环节实验教学思路，采用多种方法相结合，不断深入实验教学改革，提高教学质量，培养具有创新能力的人才。

一、加强理论的引导

这部分主要是指在课堂教学过程中，加强对水文测验类实验项目的理论知识的讲解。水文观测的项目有降雨、径流、蒸发、泥沙、水位、冰棱、水温等。在课堂讲授过程中重点对降雨、蒸发、水位、径流和泥沙的测量原理、测量方法、测量仪器、注意事项及资料整编等内容进行详细的讲解。这样学生在做实验之前，能够对实验项目的原理及操作步骤等在理论上加深理解，调动起学生的好奇心，让学生对将要进行的试验产生浓厚的兴趣，提高学生的积极性。

二、利用实验录像演示

利用实验录像演示，即“视频演示”，是将水文测验的相关实验项目录制成视频，先通过第一步的课堂理论讲解，然后在学生进行水文测验实验前将相应的实验操作步骤进行演示，这样可以充分利用实验录像演示，可以弥补目前我院实验场地和实验设备的有限性，通过实践证明这是比较行之有效的方法。首先学生已经在课堂学习了水文测验项目的基本原理、操作步骤和注意事项等内容，然后再通过实验视频来加深对实验过程的感性认识，这样学生可以预先了解实验的过程，为自己后续能够顺利、快速、准确的完成实验提供保证。另外，若学生对某个实验的环节不太清楚时，可以反复观看实验视频，直到自己完成理解和掌握，这样既可以加强和巩固课堂上学到的基本知识，又对自己做实验时提供了一定的指导，效果非常好。

三、加强虚拟仿真实验环节

水文与水资源工程专业是培养国民经济建设紧缺型人才的学科，具有很强的实践性和综合学术性，但是，传统的以课堂讲授为主的专业课教学模式难以实现这一目标。为此，我院进行了虚拟仿真综合实验室的建设，利用了現有的教学软件及相关企业的开发实力和支持服务能力，力求完善补充传统的教学模式，在水利水电工程施工组织设计、工程项目管理、大坝结构安全分析、泄水建筑物水动力三维仿真、流域产汇流仿真系统、河道断面流速及流量监测虚拟仿真实验教学系统等专业核心课程及相关课程设计中引入了虚拟数值仿真技术，利用专业软件和专门的模拟教学系统来“模拟”水利水电工程建设活动实际运作的过程，涉及工程项目多目标、多因素的过程模拟的特点。以“河道断面流速及流量监测虚拟仿真实验教学系统”为例，通过该仿真系统，学生可以从空中俯瞰河流的全貌，然后在测流断面进行流量的测验。系统界面中给出流量测验的步骤操作过程，然后学生按照仿真系统的提示进行操作，主要包括断面测量和流速的测量，其中还有流速仪的安装和使用，等等。断面和流速的测量结束后，虚拟仿真系统提示进行流量的计算。通过这种互动和渐进式实验教学方法，结合工程实践，充分调动了学生的学习积极性，使学生能感性地理解教学内容，克服理论与实践脱节的问题，更有利于学生的自主学习和相互交流，给学生提供广阔的、乃至立体的学习空间，从而提高了学生的创新和应变能力。

四、增强现场示范

现场示范主要是根据水文测验的项目，指导教师在实验室或实验场现场对学生进行实验操作过程的示范。在示范过程中，边操作边提示学生这个操作步骤需要注意哪些事项，同时向学生提问，下一步是什么，可以找学生来回答，进一步加强学生对操作步骤的理解。另外，在实验过程中，对于出现的问题和可能出现的问题都可以向学生提问，并指出对于这些问题，在实际操作时应该采取什么样的措施来解决，这样能够使学生对水文测验项目的操作过程非常清楚，有助于学生后续自己做实验时，能够保质保量的完成。当然，现场演示或示范时，对学生提出的问题现场解答，这样可以解决学生的疑惑，有助于学生对水文测验实验更好的理解和掌握。

五、学生亲自动手实验

水文现象受许多自然因素制约和人类活动影响，一般的水文观测和分析难以清楚地揭示其物理过程和相互关系，需要在野外或实验室内用特定的程序、装置和设备进行系统的、有控制的观测和试验。水文测验包括三部分内容。

1.实验设计。以有效、经济为目标，对各试验项目的组合、实验场所、实验方式、实验程序、各轮试验的边界条件和重复次数等做出研究和判断，初步设计出试验方案和分析途径。例如下渗实验，可包括均质和非均质土的积水下渗、降雨下渗等试验组合，分别以小流域、径流场、土柱模型作为试验场所，选不同降水强度和历时、积水深度、土壤水分状况、水力传导度等为试验变量，并进行一定次数的重复试验。

2.测试手段。要满足实时、实况观测和保证必要的精度，当常规测试方法达不到目的时，需设计和运用特殊的仪器和方法。如上例中，用中子法测定土壤水分时，对下渗锋面研究达不到要求，需另用γ法或电阻法作补充，或另设计放射性同位素示踪方法进行研究。

3.实验结果分析。常用方法有黑箱分析，建立确定性数学模型，用数学物理方程求解等，有时还可同时用几种方法进行分析比较，并通过分析检验实验设计，改进实验方法，以求得表达所研究对象物理过程的数学模型。

总之，通过学生亲自动手进行水文测验实验，在实验过程中每个学生担任一项任务，保证各组分工过程中，每个学生都能在实验过程中进行操作并熟练掌握。

水文测验通过一系列的教学改革，首先让学生最初对实验项目从理论方面的理解，通过视频加强学生视觉感官方面的印象，其次通过我院市级虚拟仿真实验中心的“流域产汇流仿真系统”和“河道断面流速及流量监测虚拟仿真实验教学系统”进行仿真实验，加强了对复杂及实际情况难以实现的实验理解，再通过实验教师的现场示范环节进一步掌握实验的过程及注意事项，最后通过学生亲自动手实验，保证每位学生能够对水文测验项目进行操作并熟练掌握，可见本项目采用的“理论引导—视频演示—虚拟实验—现场示范—亲自动手”的五环节实验教学思路，采用多种方法相结合，能够不断深入实验教学改革，提高教学质量。

参考文献：

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[2]余倩.水文测验实验教学改革初探[J].科技创新导报，2017，（7）：223-224.

[3]张利平，夏军，许建民.水文实验教学改革的研究与应用[J].长江工程职业技术学院学报，2001，18（3）：