基于一流课程建设的水力学全时程教学探索

李 娟，马 轶

（宁夏大学 a.土木与水利工程学院；b.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心；c.旱区现代农业水资源高效利用教育部创新团队，宁夏 银川 750021）

引言

2019年，教育部印发的《关于一流本科课程建设的实施意见》中明确提出，课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。要求夯实基层教学组织，提高教师教学能力，完善以质量为导向的课程建设激励机制，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系［1］，从而构建更高水平的人才培养体系。

水力学是力学的分支，主要研究以水为代表的液体平衡和机械运动规律及其在工程中的应用［2］。“水力学”是一门重要的专业基础课程，也是水利工程及其相关专业重要的核心课程；是衔接基础课程与专业课程间的重要桥梁，也是学习专业课程、解决工程中的水力学问题、构建专业逻辑思维、从事科学研究的重要基础。课程内容在城市建设、环境保护、机械制造、水文预报、交通航运甚至医学领域都有广泛的应用。课程的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论，构建水力学知识体系，具备解决专业相关问题的分析、设计、建模能力，并能进行相关研究［3］。在新时代、新形势、新要求下，对“水力学”课程的教学方法、教学形式与课程考核进行了总结，并不断探索，以期激发学生的学习兴趣，增强教学效果，为培养高质量人才、实现专业培养目标打下基础。

一、“水力学”课程的开设情况

“水力学”课程是面向水利水电工程、农业水利工程、土木工程、交通工程、港口与航道工程、水文水资源工程、环境工程、给水排水工程等专业开设的本科生课程。目前高校中的“水力学”课程大多开设在二、三年级，根据专业需求设置“水力学1/2”“流体力学1/2”“水力学A”“基础水力学”“专门水力学”等具体课程，在一个学期或两个学期内完成相应的教学内容，在掌握基础内容、经典理论的前提下，不同专业的学习内容及要求、教学的侧重点略有不同。

二、“水力学”课程的教学特点及难点

高度凝练总结课程的教学特点，才能有的放矢地提出高效的教学思路与方法。依据多年的教学经验与工作总结，笔者认为“水力学”课程主要有以下特点及难点。

（一）学习基础要求高

“水力学”是一门对基础课程要求较高的课程。学生只有较好地掌握难度相对较大的课程，比如“高等数学”“大学物理”“理论力学”“材料力学”等课程的相关内容后，才能更好地、更灵活地将其应用到“水力学”课程的学习与实践中。

（二）教学时间有限，教学内容多

结合学生多元化的培养要求及本科生培养方案，各学校设置的“水力学”课程的学时数均相对有限。相关高校“水力学”课程的学分、学时安排如下：“水力学”课程为4.5～5.5学分，72～88学时。在一学期或两个学期的有限的教学时间内，需要完成绪论、水静力学、液体运动的流束理论与流场理论、液流运动的型态及水头损失、有压管道的恒定流与非恒定流、明渠恒定均匀流与非均匀流、渗流、堰流及闸孔出流、水流的衔接与消能等内容的理论与实验教学任务，且无单独的课程设计安排与专门训练时间，因此对于教师和学生而言，均是“时间紧、任务重”的挑战和考验［4］。

（三）公式多、推导过程复杂且应用难度较大

“水力学”课程中公式繁多、推导过程复杂且应用难度较大［5］。如最基础的连续性方程、能量方程、动量方程的推导过程，涉及物理学中的能量、动量守恒定律，在推导微小流束理想液体的理论公式的基础上，引入相应的修正系数，才可得出实际液体总流尺度的“三大方程”，并且运用方程解决问题时的应用条件及注意事项较多；在进行液流水头损失计算时，既要考虑不同型态（层流/湍流不同区）下水头损失计算公式的推导，又需熟知不同情况下经验公式的使用条件；在液体运动的流场理论中，连续性方程、N-S方程的推导过程复杂且不易理解，边界条件确定分析较难，应用求解难度也较大，因此公式的学习运用对学生在课下的自学与总结提出了较高的要求。

（四）图形理解及分析要求高

“水力学”课程中的部分内容需配合图形进行理解掌握才可加以使用，如静水压强分布图、压力体图、能量方程中各项能量的图示分析、恒定非均匀渐变流水面曲线绘制、断面比能曲线、水跃函数曲线、地下河槽恒定非均匀渐变流浸润线图等，学生学习难度较大，因此需联系理论，分析实际工程，方能掌握。

（五）理论学习与工程实践的联系相对薄弱

“水力学”课程内容和工程实践与应用的联系极为紧密。课程多开设在第二学年，学生尚未开展相关的工程实践与认识实习，对实际生活中见到较少的堰、闸门、泄水建筑物等工程的概念及认知较少，因此很难将课程内容与实际工程联系起来，学习与应用有一定的难度。

三、基于一流本科课程建设的“水力学”课程全时程教学探索

在传统教学任务及要求的基础上，结合一流课程“高阶性、创新性、挑战性”的建设原则，对照“水力学”课程树立工匠精神及工程师的社会责任感，掌握基本理论和运用基本知识分析解决水力学问题，构建工科逻辑思维并解决实际工程问题，培养兼具综合分析与团队协作的创新思维能力的具体目标，同时对“水力学”课程的全时程教学进行探索。

（一）任课教师的提前介入及课程导入

依据目前的课程开设情况与教学模式，第一堂课基本是任课教师和学生的首次见面，也是课程教学活动中的重要起点，直接关系师生关系的确立发展和课程教学效果的实施。为了增加师生间的了解和互信，教师可以通过本科生导师制、创新实验、科学研究、卓越工程师等多种途径进行师生交流。教学活动正式开展后，继续加强师生交流，教师可以其道德情操、人格魅力及系统的专业知识获得学生的尊重和认可，学生“亲其师”，进而“信其道”，教学才可取得事半功倍的效果。

（二）教学内容及形式的设计

1.教学内容的针对性设计。根据专业的不同，“水力学”课程的教学内容也有所不同。如土木工程、交通工程、工程管理等专业开设了“水力学1”（基础水力学）课程，课程内容相对简单；而水利水电工程、水文学及水资源、港口工程、给排水工程等专业除了开设“水力学1”课程外，还需开设“水力学2”（专门水力学）课程。因此，针对不同专业，教学内容、教学目标应有所侧重，不能完全限于本专业的相关内容，需根据课程内容的新发展，对知识进行适当的补充与更新。

2.教学形式的创新与综合。目前的水力学教学工作，多以“多媒体+传统板书”的理论授课结合实验操作的形式进行。应根据一流学科“多类型、多样化的教学内容与课程体系”目标，创新多种教学方法及混合教学形式，可结合精品课程、在线课程、慕课、学习通、雨课堂、腾讯课堂、学习强国［6］等多种形式进行线上线下融合教学，设置课堂签到、问题抢答、弹幕回馈等环节，从而实现传统教学夯实基础、线上教学提升学生能力与个性化培养的教学目标。

（三）构建兴趣性活跃课堂，打破单纯“教与学”的模式

开设“水力学”课程时，学生对相关内容、规律概念的认知较少，同时，由于尚未开展教学实习，对工程认知更是空白，因此如何调动学生的学习兴趣与积极性显得尤为重要。学生的兴趣是课堂气氛与教学效果的兴奋剂。充分调动学生的学习兴趣与积极性，能激发教师的讲课热情与激情，打破“教师讲、学生听”的被动局面，实现课堂内容入脑入心。因此，在适当的教学内容中有机融入兴趣元素与工程实例极为重要。如讲到曲面受压的压力体，可结合中学物理学过的阿基米德定律，使学生明白阶段性学习间的联系；讲到堰流，可配合位于四川省被誉为“世界水利文化鼻祖”的都江堰的工程建设情况、运行管理及文化旅游宣传，引发学生对堰的浓厚兴趣，提高课堂的关注度；在讲到宽顶堰由于水头损失及动能增大产生位置势能降低的现象时，结合当地渠道通过某交通桥上游设置的底坎以降低渠道水位的实例，对比渠道通水和未通水时期的底坎及水位降落情况，使学生更加形象深入地理解能量间的转化；讲到渗流，可列举馒头浸泡在牛奶中的实例，将枯燥不易理解的书本知识具象化、生活化，让学生明白渗润、渗透、渗漏的不同阶段，并能直接建立关于浸润线、浸润面的相关概念。同时，结合学习内容实时更新教学工程案例，加入我国三峡大坝、小浪底工程、南水北调等水利工程方面的重大突破与成就，激发学生的民族自豪感和专业使命感，实现课程思政的教学思路。

（四）探索性的实验教学

实验教学是水力学教学中的重要组成部分，约占总学时的20%，是加深学生认识现象、熟悉规律、理论联系实际、培养学生动手能力及独立思考能力的重要环节。目前的实验形式多是对学生进行分组后，结合传统实验设备进行实验现象演示及规律的验证，实验形式相对简单，实验成果多以包含实验目的、实验步骤、实验结果分析等内容的实验报告的形式呈现，并进行考核。

为了提高学生实验的积极性、主动性，真正实现实验的教学目的，可在实验前期播放相关的实验视频资料，将学生的思绪引入实验，让其带着问题进入实验室。在常规实验室设置创新设计型实验区域，针对学生的不同层次开设小型的综合设计型实验，激发学生的自主创新思维，培养其思考、创新、动手及团队协作能力，并鼓励其参加相关的创新竞赛。另外，实验完成后，在学生尚未离开实验室之前，应设计数据观测处理、设备及相关规律、拓展内容思考等内容的口试与抽查等多样化的考核与测试，完善实验教学考核机制，构建由实验报告撰写（40%）、实验过程反思与答辩（40%）、创新实验设计（20%）的实验成绩体系，促使每一位学生都能认真对待实验，并主动思考、系统学习，这样既能实现基础实验的教学目的，又能鼓励高层次学生展现创新能力，从而高质量完成实验教学，真正实现“课程优起来、教师强起来、学生忙起来、管理严起来、效果实起来”的一流课程建设目标。

（五）多样化、高阶型的全时程考核评价体系构建

课程考核是阶段性检验教学效果、实施教学反思的重要途径。目前的考核成绩多由平时考核（考勤、作业）、实验考核及期末考试等形式构成，但是由于教学时间有限，考核形式相对简单，因此其促进教学、提升教学质量的目的还需进一步深化。为了丰富教学内容及形式，实现“水力学”课程的专业核心教学目的，进一步提升教学质量，培养更高层次的人才，实行多样化、高阶型的全时程考核评价体系尤为必要。

1.多样化的考核形式。在常规考核的基础上，结合课堂教学内容，设置多样化题库，分章节、知识点、课程主线、课程应用等模块进行线上线下的综合考核，便于及时反馈学生的学习效果及存在的问题，并作为教学调整的重要依据。

2.基于高阶要求的考核内容。在掌握课程基础内容及应用的同时，设置章节思维导图、课程自我总结梳理、微型课程设计、课程前沿应用、创新实验等考核内容，激发学生的创新思维，实现自我挑战，从而训练学生的高阶学习能力，优化学习梯队。

结语

基于优化教学内容与课程体系、构建高水平人才培养体系等一流课程的建设目标，总结归纳了“水力学”课程教学的特点及困难，对教学过程中课程内容的针对性设计、教学形式的创新，以及综合、兴趣性活跃课堂的构建、探索性实验教学过程、多样化及高阶型的考核评价体系等内容进行了全时程教学探讨，从而提升了教学质量与效果，满足了新时代、新形势下的教学新要求，并为相关专业课程的建设提供了借鉴。