以工程问题需求带动水力学课程教学

丁伟业 孙宏月

浙江海洋大学 浙江舟山 316022

0 引言

案例教学法是由美国哈佛前法学院院长斯托弗·哥伦布·朗代尔于1870年首次提出的，随后经过郑汉姆的推广使得案例教学法迅速从美国传播到世界各地。自1980年起，案例教学法在我国的教学实践活动中得到了推广应用。近年来我国高校中许多应用型较强的学科专业纷纷将案例教学法引入日常的教学当中。多年的教学实践表明，在教学活动中引入案例后，学生对于学习的积极性被充分调动了起来，课程的教学质量得到了明显的提高。因此，采用合适的教学案例对提高教学质量、推进教学改革、实现素质教育具有重要的意义[1-3]。

浙江海洋大学水力学作为港航专业学生的专业核心课，其教学目标是通过各种教学环节，使学生掌握水力学的基本理论、水力计算方法和水力实验的基本操作技能，为后续学习专业课程，从事专业工作和进行科学研究打下一定的基础。在课程教学过程中，考虑学生专业背景，选取具有代表性的典型专业案例作为水力学课程的案例教学内容。通过案例教学过程中的问题解读、讨论研究以及寻求解决方案等环节，加深学生对水力学相应知识点的理解与掌握，培养学生对专业问题认识、分析、解决的能力。借助工程案例教学让学生对本专业形成更清晰的认识，为后续的综合素质和能力发展教育奠定基础[4-5]。

1 专业工程案例教学的主要方法

结合水力学课程的教学目标与学生未来就业发展方向，在相关教学活动中以分组讨论法为主。图1为案例教学流程图。

图1 案例教学流程实施图

1.1 案例精选

在利用工程案例进行教学的过程中，应针对教学内容选取具有代表性的优质案例。在充分反映课程知识点的基础上，选择实际工程中常见的或亟待解决的问题，利用案例使学生对课程内容产生兴趣。同时，考虑到学生已有知识的水平，面对案例中的问题，能够具备提出案例中问题的相应解决方案[1]。

1.2 讲解讨论案例

在具体的案例教学过程中，需要教师预先确定案例中涉及的难点，预估学生解构案例时可能采用的方式方法，确定相应的解决方案。因此具体工程案例解析的过程可以分成四个不同的阶段：教师解读工程案例；提出案例中的难点；提供备选方案；学生分组讨论分析如何实施方案。

在以上四个阶段中，教师需要对学生讨论环节进行精准把控，确保整个讨论按照预定方向有效开展，引导学生发掘难点问题的内在本质，避免流于表面的泛泛而谈，使学生充分运用所学课程中的理论知识以及案例相关参考文献来解决问题，让整个讨论阶段紧扣教学核心。并且教师在讨论阶段要引导学生敢于表达，开拓学生思路，学会用相似案例的解决方案来破解重难点问题，培养学生面对新问题要敢于挑战、发掘问题本质和解决问题的能力[4-5]。

1.3 案例实现

考虑到水力学课程的性质，结合学校资源，方案实施的过程采用细分小组，即给每个讨论小组配备一名研究生助教，在助教的引导下将小组讨论得到的案例解决方案实施。在每个学习小组对所获得的方案实施阶段，教师需要考虑每组方案及组内学生的各自特点，开展有的放矢的指导帮助。

1.4 评价教学

在完成教学任务后，教师会利用课堂练习、课后作业以及与学生交流沟通等方式收集学生对课程知识掌握程度的信息。针对信息反馈出来的结果，考查教学中使用的工程案例是否完成了预定的教学目标，案例的学习是否切实帮助学生更好地掌握课程相关的理论知识，选用的案例能否帮助学生对本专业形成一个系统而清晰的认知，并在未来学生继续深造学习或择业过程中提供有效的助力。

2 案例教学示例

工程案例的选取的质量往往关系到预定教学目标能否顺利完成，因此在具体课程开展前教师都会选择具有典型代表性的案例。本文以英那河水库溃坝分析为例进行示例讲解。图2为英那河水库三维建模图。

图2 英那河水库及下游三维建模图

2.1 案例背景

位于大连市庄河的英那河水库总库容、坝顶长度、坝顶高程及正常蓄水位分别为2.87亿 m3、346 m、83.1 m和79.1 m。英那河水库能否安全运行关系到市区用水以及下游百姓的安全。因此，需要制定大坝发生事故后的应急预案。本案例需研究水库大坝溃决模式、原因以及防止溃决的方法和措施，具有重大的现实意义。工程案例解决方案的提出，能够为英那河水库大坝管理提出有益的建议。

2.2 分析讨论

工程案例的分析讨论环节是整个案例教学重要阶段，分析讨论的关键在于师生互动，教师需要引导学生理解工程需求，鼓励学生从专业角度去思考实际工程问题的本质，通过与教师及同学之间有效的讨论，提出工程案例的解决方案。结合本文给定的工程案例，引导学生利用专业知识提出多种问题的解决方案。

方案一：完全溃坝预案模拟分析

本方案考虑整个大坝完全溃决，溃口宽度取坝顶长度，溃坝位置取校核洪水位50.29 m，溃坝水位取校核洪水位81.2 m。方案中水库的入库流量为放大后“803”洪水入库流量峰值前后24小时来计算。图3为方案一示意图。

方案二：部分溃坝预案模拟分析

部分溃坝，溃口宽度取溢流坝段净宽142 m，溃坝位置高程取加高前原坝面高度59 m，溃坝水位及入库流量均与方案一相同。图4为方案二示意图。

图4 方案二示意图

2.3 方案实施

将授课班级学生分成多个小组，每个小组在配备的研究生助理帮助下对讨论获得的方案进行验证。在整个方案实施环节，引导学生找到解决工程案例中难点问题的方案，并结合已学专业知识找出解决方案中仍然存在的不足之处。

2.4 评价教学

当所有小组完成既定研究方案分析后，各组将模拟结果进行整理并汇报。教师结合课程教学内容及工程案例完成课后作业的布置。最终根据学生汇报表现、作业完成情况以及与学生的交流反馈，所选工程案例对学生的学习是否起到帮助来总结评价教学成果。

3 结束语

水力学课程是一门专业核心课，通过课程学习，帮助学生对水力学相关问题形成准确而清晰的认识，对未来从事相关工作打下坚实的理论基础。本文基于英那河水库溃坝工程案例介绍了工程案例在水力学课程教学中的实施过程。教学实践表明，采用工程案例教学能够有效打破传统书本理论教学的局限性，将抽象的理论具象化，使学生对所学课程知识形成清晰的认知，掌握利用理论知识解决实际工程问题需求的能力。