“工程水文学”选修课程教学方法探讨

'“工程水文学”选修课程教学方法探讨　　摘要：根据土木工程专业“工程水文学”选修课程的特点，针对学生学习积极性低，教学效果差等问题，从教学手段和教学内容上探讨了“工程水文学”课程教学模式。教学实践表明，让学生编程完成课后作业的方式能够提高学生的学习热情，增加课件中图片和工程实例讲解可以增强教学效果，引导式和互动式课堂教学可以使学生更大程度地参与到课堂教学中来，实践环节对学生掌握课程内容有着不可替代的作用。　　关键词：工程水文学；教学模式；教学改革；实践环节　　作者简介：杨海清（1983-），男，江西瑞金人，重庆大学土木工程学院，讲师；周小平（1970-），男，江西赣州人，重庆大学土木工程学院，教授。（重庆400045）　　基金项目：本文系长江学者和创新团队发展计划（项目编号：IRT1045）的研究成果。　　中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）07-0123-02　　“工程水文学”是土木工程专业的一门专业选修课程。工程水文学这门课程几乎涉及陆地水文专业所有的专业基础知识，如水文学原理、水文测验学、桥涵水文、水文预报、水文分析与计算等。通过学习“工程水文学”8 这门课程，学生能系统掌握河川径流形成过程、水文信息采集与处理、桥涵孔径设计、桥位冲刷计算、设计年径流和设计洪水等基本原理与方法，提高分析和解决实际工程水文问题的能力，为土木工程施工与设计中遇到的水文相关工作提供理论保障。　　人们为了更充分地利用水资源，同时尽可能降低洪水、干旱、水污染等灾害的影响，建造了大量的涉水工程，包括水利水电大坝、桥梁、涵洞等，这些涉水土木工程从兴建到运行过程中都要经历规划设计、施工建设及运营管理三个阶段，并且每个阶段都与水文情势密切相关。工程水文学就是将水文学的基本原理和方法应用于土木工程设计与施工中的一门基础课程。因此，掌握工程水文学基本原理对优化涉水工程的合理施工，促进工程与自然环境的和谐发展具有重要的推动作用。　　然而，经过一段时期以来的教学实践发现，相对于其他土木工程专业主干课程，学生似乎不重视“工程水文学”这门课程，他们的学习积极性低，学习效果差。根据笔者近几年来的教学经验，目前土木工程专业“工程水文学”课程教学内容体系和人才培养模式等方面还存在着课程内容体系与土木工程实践联系不够紧密、教学手段单一、课程实践环节比重小、课程考核方式单一化等问题。鉴于此，本文对土木工程专业“工程水文学”这门课程的教学模型进行探索，提出一些有益的教学方法，从而使本课程更好地服务于土木工程专业本科生专业基础知识的培养。　　一、土木工程专业“工程水文学”课程教学过程中发现的若干问题　　虽然国内外许多高校为土木工程专业的本科生开设了“工程水文学”这门课程，但是由于开设的时间不长，笔者承担了“工程水文学”这门课程的教学任务。经过几年的教学实践，发现按照以往的教学模式很难上好该课程，主要的问题有以下几点：8 　　1.学生学习积极性不高，课程教学内容枯燥　　课程课堂授课学时不断减少，任课教师为在有限课时内最大限度地传授知识，通常采用灌输式的教学方式，导致学生积极思考能力得不到很好地培养，创新能力较差。另外，不同专业的授课内容和重点应有所侧重，土木工程专业授课内容应当结合土木工程实践。但是，目前各专业的课程内容体系有“同一化”的趋势，授课内容和重点基本一致，没有针对各专业的特点制定符合各专业特色的课程教学大纲。笔者在授课过程中就有不少工民建专业的学生问“修房子和河流到底有多大关系”。　　2.与其他专业课程学习时间分配上存在冲突　　“工程水文学”在大部分高校土木工程专业都设置为专业选修课程，而且开课的学期都是大三上学期。众所周知，在大三上学期土木工程专业才相继开设专业课，甚至有些高校才开始分专业，这就导致大三上学期有若干门专业主干课程要同时开设，如“结构力学”、“混凝土设计原理”和“土力学”等。相比而言，学生们更加重视这些专业主干课程，他们把绝大部分时间和精力都放在了这些课程的学习上。因此，“工程水文学”作为一门选修课程，在学习时间分配上处于非常不利的地位，如果不增加课程的趣味性，教学效果将更加糟糕。　　3.学生实践环节少　　“工程水文学”8 是一门实践性很强的课程，但是大部分高校采用完全讲授的形式，缺少实践环节。有少部分高校采取了演示实验的形式，但是收效甚微。实际教学过程中除了实验以外，还有其他增强实践性的手段可以用，例如让学生编程解决课后水文计算问题。总之，土木工程专业工程水文学课程学时明显偏少，不利于学生动手能力的培养，实践应用能力不强，且学生应用软件和新技术解决实际问题的能力普遍较差。　　二、课程教学新模式探索　　教学方法是教师和学生为了实现共同的教学目标，完成共同的教学任务，在教学过程中运用的方式与手段的总称。[1]笔者经过几年的教学实践，以调动学生学习积极性和主动性为教学指导思想，探索了以下几点课程教学新模式：　　1.调整教学内容，突出水文学在土木工程中的应用　　“工程水文学”面向的工程对象主要是水利工程，作为土木工程专业开设的课程应当有所侧重的调整工程水文学的教学重点内容。传统的水文学课程主要包括：水文循环与河川径流、水文观测与资料整理、水文预报原理与方法、水文统计基本原理、设计洪水推求、工程水文问题等几个主要方面。[2-4]作为土木工程专业开设的专业选修课，如果过多地讲授水文学基本原理往往教学效果较差，内容越抽象学生越不容易接受。因此，笔者试探着调整了教学内容的重点，以32学时的课程教学为例，通常安排12个学时在讲授水文循环与河川径流、水文观测与资料整理和水文统计基本原理等几个偏原理的章节，安排20个学时用于讲授工程水文预报原理与方法、设计洪水推求和工程水文问题等章节。其中，工程水文问题部分又细分为若干专题，按专题进行教学，如桥涵孔径设计、桥下河床冲刷计算、城市水文问题和潮汐河口设计潮水位等工程问题。　　2.通过让学生编程序来激发学生动手能力　　“工程水文学”8 有一个重要特点是这门课程用到了许多概率统计的知识，而概率统计知识相对于高等数学来说要容易掌握。本课程水文预报与计算方面大部分计算都采用了经典的统计理论知识，书后也配备了习题，一般这些习题都要求学生交纸质的作业。为了激发学生的动手能力，可以安排学生采用计算机分析软件完成相关作业，如Excel和Matlab等。在课程成绩评定过程，对积极参与程序编制的学生可以给予一些成绩上的激励。笔者在讲授马斯京干法洪水演算时，曾经专门布置学生用Excel进行线性逼近和绘图完成书上的例题，同时采用非线性逼近提高演算精度。这样安排是考虑到现在的学生掌握计算机能力比较熟练，将经典的计算方法用程序实现出来也有利于加深其对基本原理的理解。同时，采用计算程序迎合了学生对工程计算的兴趣，加大了学习的难度，增加了知识的灵活性。这种方法既适应现代学科的发展，又锻炼了学生综合运用所学知识的能力，发挥了学生在计算机方面的特长，最终能使学生对工程水文学基本原理和计算步骤有一个深入的了解，巩固了课堂教学内容，提高了学习的积极性。　　3.增加图片和工程实例，加深学生印象8 　　本课程以课堂讲授为主，基本概念、原理及计算方法的介绍占很大一部分，讲课中采用传统板书与现代化多媒体技术相结合的教学手段。工程水文学的教材都比较薄，如果照本宣科地讲是达不到教学目的的。如果采用图片为主的多媒体教学手段，既可以丰富课堂教学内容，还可以把抽象的内容图像化，更能激发学生的关注度，加深其对知识的记忆。[5]如水文信息采集的各种仪器，可以通过图片更直观感知，如何采集数据时，可以加入水文站工作录像进行讲述，使学生在课堂上就能掌握实践操作，达到较好教学效果。此外，教学课件制作时可以增加一些工程实例。教学实践表明采用案例教学法能增强学生的应用能力，也能加深学生的印象。例如，“桥涵孔径设计”这一章内容教学时，由于教材主要是叙述性的内容和大量的经验公式，逻辑推理性不强，表面文字没有什么难度，按教材宣读不仅枯燥无味，学生根本领会不到这些计算公式如何使用。为此，作者尝试通过讲解做过的一些工程实例来教学，通过大量的工程现场图片和设计图纸增加了学生的印象，也使学生深刻认识到工程水文学在土木工程设计中的重要性。　　4.设置悬疑与推理环节调动学生积极性8 　　工程水文学教材内容没有太复杂的公式推导，也没有用到力学理论，但是却有许多经验公式，学生在学习过程普遍反映很不适应。造成这种不适应的原因是对教材内容缺乏深入理解，不明白各章节之间的联系。鉴于此，为了调动学生的学习积极性，在教学过程中任课教师需要把教材内容吃透，将若干重要的知识点精炼成几个问题，通过问题引导学生学习，也就是采用引导式和互动教学相结合的方法调动学生的学习积极性。例如，在讲解流速测量时，采用引导式教学，让学生思考：天然河流中过水断面内不同深度的流速是一样的吗？对于这个问题学生般能回答出一部分，回答这个问题的时候学生就会联系起来刚学过的水力学知识，当然最初学生的回答都不完整。于是，教师就可以进一步讲解垂线流速分布规律以及其影响因素，同时把流速测试方法结合在一起，这样就形成了一个知识点集群，便于学生掌握。由于学生也参与了知识点集群的构建，因此，学生普遍反映对这知识点群掌握较好。另外，在课堂教学时可以布置任务给学生，要求学生自己提出问题，将课程所学知识的重点和难点说出来，引导其他同学主动思考，形成真正以学生为主的教学模式。　　5.增加实践环节　　许多老师认为增加实践环节就是增加实验，其实实践环节包含多种形式，例如笔者曾经组织土木工程专业学生到嘉陵江北碚水文站参观实习，由于该水文站离学校不远，实习时间只安排了一天。实习期间邀请了水文站的工作人员讲解水文站的功能和主要工作，同时，学生也亲自参与了水文站流速、流量和水文测量记录工作，参观了水文站已有的水文资料成果，熟悉了各种测试仪器的工作原理。学生对测试工作的热情也很高涨，甚至有部分学生提出了自己对实验仪器的改进办法。在实践环节结束后要求学生写实习报告或者在课堂上谈自己的体会，任课老师通在平时成绩激励学生积极参与。　　三、结语　　根据“工程水文学”课程的内容，结合土木工程专业学生的实际情况，以调动学生学习积极性和主动性为教学指导思想，采用激励和引导相结合的教学模式，提高了学生的学习主动性。笔者在2008级、2009级土木工程专业工民建、岩土、测量等方向的本科生教学实践，获得了较好的教学效果。　　随着科学技术不断发展，土木工程专业培养方式也在不断更新，作为教师也要与时俱进，不断地丰富和拓展相关知识，及时把新理论和新方法传授给学生，教学过程中力求与当前热点工程问题联系起来，以求达到更好的教学效果。　　参考文献：8 　　[1]兰盈盈.《工程水文学》现代的教学方法与手段探讨[J].中国科教创新导刊，2010，（34）：35.　　[2]詹道江，徐向阳，陈元芳.工程水文学[M].第四版.北京：中国水利水电出版社，2010.　　[3]齐梅兰.工程水文学[M].北京：北京交通大学出版社，2009.　　[4]雒文生.水文学[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.　　[5]朱立，李跃忠，钱敏，等.《传感器与检测技术》课程教学模式创新探讨[J].东华理工大学学报（社会科学版），2011，30（1）：77-80.　　（责任编辑：宋秀丽）8'