应用型本科院校水力学课程改革初探

罗春艳

摘要：水力学是水利水电工程专业开设的一门重要专业基础课。为改进水力学课程教学效果，文章结合应用型本科院校学生特点，分析水力学课程的现状及存在的问题，提出课堂教学改革、实践教学改革、考核方式改革等教学改革措施，旨在为水利水电工程专业其他科目课程改革提供参考借鉴。

关键词：应用型本科院校；水力学；课程改革；思政元素

一、水力学课程

水力学是研究液体（主要是水）的平衡、运动规律及其工程应用的一门技术科学，是水利水电工程专业开设的一门重要专业基础课。课程系统地讲授水力学的应用领域、水静力学、水动力学、水头损失、孔口、管嘴出流和有压管流、明渠恒定均匀流、非均匀流、堰流、渗流等相关知识。通过水力学课程的学习，学生能够理解水力学的基本原理和方法，综合应用数学、力学、水力学等知识分析水利工程坝体，解决水闸的静水压力和动水压力计算，完成水利工程渠道、管流、河道、溢流堰、闸孔过流能力验算，过水断面设计，消能设施设计，渗流计算，为学生日后继续深造或从事水利工程设计、施工、监理和项目管理等相关工作打下坚实的基础。

二、水力学课程现状及存在的问题

首先，课程公式推导内容多、抽象概念多。水力学课程的先修课程包括高等数学、大学物理、工程力学等，其课程内容涉及较多公式推导，如连续性方程、能量方程等，均需应用高数微积分及大学物理相关知识进行推导，部分学生不易理解。同时，课程抽象性较强，如连续性介质、流线、迹线的概念，学生理解起来比较困难，不易区分。

其次，课程学时压缩严重，课程互动减少。受专业培养方案限制，水力学课程学时压缩严重，造成教师在单位学时需要讲解的内容增多，必然会在一定程度上精简理论公式推导讲解，或者在讲解过程中加快节奏，不利于学生理解，且与学生的互动频率减少，不能及时观察学生掌握知识点的情况。

最后，学生学习主动性不强，课程考核方法单一。学生学习主动性不强，课前预习和复习完成度不高，有的学生抱着考试前突击就可以通过考核的侥幸心理。部分学生课上注意力不集中，主动学习意识薄弱。此外，课程考核主要以期末考试为主，不能完整考核学生的学习情况。

三、水力学教学改革措施

（一）课堂教学改革

1.培养学生学习兴趣

兴趣是求知的内在动力，教师要采取各种方法培养学生的学习兴趣。例如，教师可以从大学生科技创新创业项目、互联网+大学生创新创业大赛入手，让学生利用水力学知识参与相关竞赛，以赛带学，带领学生成功申报国家级大学生科技创新创业项目一项（水鬼清道夫装置）。在项目完成过程中，学生撰写参赛方案、制作实体模型，完成科研论文的撰写，并应用水力学课程知识，不断发现问题、分析问题，最终解决问题。教师还可以结合各学校考研课程真题讲解，让部分考研学生重视水力学课程。

2.教学内容分解

水力学课程专业性和实践性强，知识点虽多但具有系统性，课程可以分为静力学模块、动力学模块及专业应用模块。根据不同章节知识特点，教师可以采用不同的教学方法。在授课过程中，教师可以将水力学课程内容分成教师讲解和学生自学两个部分。对于章节的重要知识点，教师应详细讲授；对于抽象概念，教师可以结合演示文稿、视频、图片等方法进行讲解。例如，在讲解拉格朗日法、欧拉法的区别联系时，教师结合视频讲解质点法、跟踪法的释义。

在公式推导中，教师可以使用板书讲解，放慢授课速度，方便学生理解。例如，在讲解水力学发展简史时，教师先要求学生自学，指导学生去图书馆阅读文献，最终撰写水力学发展简史相关概述。在作业讲解时，教师可以随机选取做得比较好的学生进行交流学习，培养学生的自学能力、语言表达能力，拓宽学生的做题思路。

3.引入工程实例讲解

水力学课程的讲授内容比较枯燥，教师适当引入生活中的日常现象及设计院工程设计案例，能让学生主动思考、探索问题。例如，在讲解孔口、管嘴出流和有压管流中，教师结合水泵工程、供水工程实例的可行性研究报告，讲解简单管道水力计算的基本类型及简单管道水力计算的基本公式，引出复杂管道水力计算。在供水工程中往往会将许多管路组合称为管网，管网内各段的管径根据流量和流速来决定。如果流量过大，则管径小，相应的工程造价会适当降低；如果流速过大，会使得管道水头损失增加，会增加水泵抽水及日常维护费用。学生理解经济流速概念后，能树立节约意识。同時，教师可以结合生活实例。比如，虹吸现象为什么会发生，其原理是什么，利用能量方程如何解释。工程实例及日常现象能够加深学生对理论知识的理解，并在一定程度上拓宽学生的知识面，为学生学习水工建筑物、水闸内内容设计打下专业基础。

4.教学方式多样化

针对水力学课程特点，教师采用教师讲授、案例教学、课堂讨论、翻转课堂、课内实验等教学方式，充分调动学生的学习热情。例如，在液体平衡微分方程的推导过程中，教师通过板书结合多媒体课件进行推导，适当放慢推导速度，便于学生理解；在讲解消能方式时，教师可以列举学生毕业设计中消力池的计算内容，让学生充分理解消能知识在水利工程设计中的应用。

5.充分利用网络平台

随着现代信息技术的迅猛发展，教师可以在学习通网络平台创建水力学课程资源，教师上传讲解视频及相应的演示文稿。经过两年的探索，课程资源不断完善，包括电子教材、系数表格、测验资料等。教师要及时批阅学生的作业，掌握学生的学习效果，并及时讲解学生普遍存在的问题。另外，教师可以在水力学课程中设置课堂讨论环节，学生以小组方式进行讨论，在互动交流过程中，增强团队意识。同时，教师可以利用学习通软件进行课程测试，及时对学生的学习成果进行检验，还可以利用中国慕课网、智慧树等教学网络平台，拓宽学生的知识面。

6.融入思政元素

第一，结合通过水力学专家的故事，树立工匠精神。在引导学生自学水力学发展史知识点时，教师讲解潘家铮平生事迹。潘家铮是中国著名水利水电工程专家、中国科学院院士、中国工程院院士。1950年，潘家铮毕业于浙江大学土木工程系，他以开发水电、实现西电东送为平生夙愿，主持了中国几十座大坝的设计与建设，为三峡工程倾注了大量心血。通过学习水力学专家的故事，学生在日后工作中也能充分发挥精益求精、吃苦耐劳的精神，并将所学的水力学知识运用到水利工程建设中。

第二，结合学生身边生活实例，感悟家国情怀。在静水压强及液体平衡微分方程及其规律讲解中，教师引入万米级别的载人潜水器的新闻播报：2020年11月10日北京时间17点左右，成功坐底10 909米的“奋斗者”号载人潜水器浮出水面，之后被回收至母船，10 909米也是我國载人潜水器最深纪录。接着，教师提出问题：“为什么万米级潜水器的研发这么困难？普通人一般可以潜到水下多少米？”强化学生的民族情怀，让学生热爱水利专业，并努力学好专业知识，树立正确的事业观，为祖国建设添砖加瓦。

第三，结合工程实例，引导学生保持严谨细心的习惯。教师列举水利工程设计案例，能培养学生的职业素养。例如，南水北调工程涉及诸多抽水泵站的工程、渠道输水工程设计，为保证抽水本站和输水管道的安全性，在设计过程中要注意水力计算的准确性引导学生保持严谨细心的习惯。同时，在渠道设计中，学生需要不断优化设计渠道断面，培养学生求实创新、追求卓越的意识。

（二）实践教学改革

1.减少小组人数，提前学习实验操作步骤

教师要改变分组人数，每小组人数限制在3～4人，可以每人操作一遍实验平台。为了保证能够在有限时间内正常操作完成实验，教师可以提前将实验原理、步骤、操作注意事项上传至学习通平台，并提前录制课程实验视频上传至水力学网络课程相关实验内，要求学生提前完成实验理论和操作的学习内容，保证每个学生在做实验前都能说清实验原理、实验步骤、实验注意事项。实验课程开始时，教师简单演示后，学生自行操作实验平台，节省学生理解实验的时间，保证更多学生能参与实验全程。

2.利用水力学虚拟仿真平台，拓宽实验渠道

受课程学时限制，课堂上可以完成的实验有限，不能涵盖所有知识，教师可以充分利用虚拟仿真平台，拓宽学生的实验渠道，锻炼学生思考问题能力和解决问题能力。例如，在棱柱体渠道水面线实验教学中，学生利用仿真平台模拟进行实验操作及数据处理。在模拟成绩合格的基础上，学生进入水力学实验室真正进行水面曲线实验操作，将平台数据与实操数据对比，找出实验操作存在的不足，分析数据不一致的可能原因。

3.在非授课时间开启水力学实验室，增加学生学习机会

教师根据自身情况及水力学实验室排课情况，可以在每月定期开放水力学实验室，让有兴趣的学生可以进入实验室。如果进入实验室的人数较多，学生可以辅助教师进行实验室管理，保证实验安全有序，在反复实验的基础上巩固理论知识。

4.注重实习基地建设

学校应扩大实习基地范围，与企事业单位保持密切沟通，保证能将一线的工程实例、前沿的专业知识传递给学生。例如，吉林农业科技学院与北京燕波工程有限公司签署校企合作协议，学生利用假期进入公司进行短期实习，了解课程知识在水利工程中的实际应用，进而产生更加强烈的学习欲望和学习热情。

（三）考核方式改革

考核是衡量教师教学水平及学生学习效果的重要手段，传统的考核以期末考试为主，学生往往不注重平时的学习，在期末考试前突击复习。这样的考核方式容易导致学生的课程知识掌握不扎实，很难达到教学目标。依据水力学课程教学大纲要求，考核方式改革应着重强调水力学课程过程考核。过程考核占总成绩的50%，考核内容包括课堂讨论、作业、测试、自主学习、实验操作等方面。

通过水力学课程改革，学生的学习效率明显提高，参与度增加，互动增多；学生参与专业竞赛、教师科研项目明显增加；课程考核不及格情况明显下降，学生能够达到水力学课程要求的知识目标、能力目标、素质目标；将思政元素润物细无声地融入水力学课程教学，使学生全面发展，树立正确的价值观、职业观，成为合格的社会主义建设者和接班人。

参考文献：

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[6]朱永英，凌晨.基于能力培养的水力学教学方式改革探讨[J].创新教育，2018（31）.

基金项目：2022年吉林农业科技学院课程改革项目“水力学”，项目编号：KCGGLX-119。

（作者单位：吉林农业科技学院机械与土木工程学院）