《水力學》課程的特點及教學改革的思考

□ 余周武

《水力學》課程的特點及教學改革的思考

□ 余周武

《水力學》是研究液體機械運動規律及其應用的一門科學。廣泛應用于水利、土木、環保、化工、機械等許多工程部門。掌握水力學知識是從事這些行業的工程技術人員必備的基本要求。對于水利專業來說，《水力學》是一門重要的職業基礎課程，是工程技術人員的“必備本領”，有著舉足輕重的地位。

一、《水力學》課程的一些基本特點

在高職教學中，《水力學》課程教學以培養高等技術應用性人才為根本任務，以適應社會就業為導向，以培養技術應用能力和職業素質為主線。教學改革要做到正確處理理論與實踐、知識與能力的關系，突出能力培養，強化基本技能的訓練。要使教師便于施教、學生易于掌握，總結其一些特點，找到突破口，有的放矢，是十分必要的。根據本人的教學經驗，我認為本課程有以下幾個突出特點：

（一）“水力學”的真正含義。水利工程專業力學知識共涉及五門：理論力學、結構力學、材料力學、土力學和水力學。前面四門力學符合學生對“力學”的基本認識，即對物體分析研究受力，是以物理力學為基礎發展起來的。由于學生在高中階段有一定基礎，這樣學習起來就不會有陌生感。而《水力學》則不然，它研究水的作用力的內容相對較少，而更多的內容是關于水的機械運動規律，主要培養學生具有擋水建筑物、輸水建筑物、泄水建筑物設計、進行水力計算的基本技能和能力。如能量問題、流速、流量問題等。因而從這個意義上來說，《水力學》涉及內容更多，范圍更廣，它完全不同于以前的力學的思維方法和教學方式，也可以說它與其他力學聯系較少，具有更大的獨立性。

可以形象地說，《水力學》是一門“水物理學”。對這一點，我們教師應在思想上加深認識，探討適宜于《水力學》的新教法，真正做到對癥下藥。

（二）抽象、經驗公式多。學生學習時普遍反映《水力學》太抽象，難于理解。我認為有以下幾點原因：

1.它不同于以前的力學思維。《水力學》更多象是一種“水物理學”，由“靜”到“動”；由“力”到“能量”；由“水流特點”到“過水能力”；由“自然條件”到“人為因素”，內容龐雜。

2.理論公式條件多。水的運動規律受地形、地質、地勢等自然界條件以及人為條件的影響。而這些條件又是千變萬化，紛繁復雜的，因而理論公式中含有的參數多，且有一定的適用范圍。例如水的沿程能量損失hf的計算公式，要分四種情況，考慮參數11個，查閱3個表格，每個參數又要根據不同情況選取、計算。這樣無疑大大增加了學習難度。

3.經驗公式多。這是《水力學》有別于其他力學的最大特點。由于影響水的運動規律的因素太多，人們根據實踐總結的很多公式理論尚不成熟，只能作為一種經驗公式應用，因而沒有嚴格的理論推導，“拿來就用”這也不適于學生的習慣思維。如計算沿程水頭損失hf，對于工業用的各種管道，用摩迪圖查得的沿程水頭損失系數λ值所計算的成果與實際情況較為符合，而水利工程中常見的各種管道和天然河道，目前還沒有較完善的表面粗糙均勻化的當量粗糙度資料，所以只能用經驗公式來確定沿程水頭損失hf。其中較著名的就有謝才公式。

這些公式的得來，其中最主要的就是通過做實驗，從中總結出規律，得出解決相似問題的經驗公式。這即是人們所說的“實驗水力學”。

（三）工程實踐性強。人類的發展史也是一部治理洪水、防洪興利的歷史。千百年來，人們對水流運動規律的探索經歷了實踐——理論——實踐的過程。《水力學》的知識是人們在生產生活實踐中探索總結出來的，它是一門專業理論性和實踐性都較強的技術基礎課。學好《水力學》知識要為水利工程的各類水工建筑物設計、進行水力計算打下堅實的理論基礎，要使學生具備理論聯系實際、解決實際問題的動手操作能力，這樣必須經過具體的理論聯系實際的系統訓練。因此，在進行《水力學》課程理論教學的同時，加強《水力學》課程的實踐教學，將各類水流運動的基本規律和實際工程及相關學科有機地聯系起來，真正做到將所學知識準確地運用到實際當中去。

二、《水力學》教學改革中應重點抓住的幾個方面

根據對高職高專學生的培養目標和實際要求，當前各水利高職院校對《水力學》課程的設置方法及教學內容不斷進行了大量有益的探索和改革。我們的總的目標是進一步加強實踐性教學環節和強化對高職技術人才實際動手能力的培養。結合我院近年來在《水力學》課程教學中取得的一些成功經驗，我認為應重點抓住以下幾個方面：

（一）精簡理論性教學內容。前幾年高職院校所用《水力學》教材多是因循本科教材，沿用本科教學模式，特別是教材中存在大量公式的理論推導。重理論輕實踐，過多而繁瑣的公式推導不僅對學生的基礎知識提出了不切實際的要求，而且由于高職教育改革增加實踐課時壓縮理論課時也使得這一教學目標難以實現。因此，圍繞“必須、夠用”的原則，我們組織骨干教師對《水力學》教材重新編寫，在教學中精簡理論性教學內容，對一些公式做到讓學生“會用、能用”。例如在新的《水力學》教材中，對靜水壓強的分布規律由簡單的力學分析得出，刪除了本科中“三元——二元——一元”的基礎理論模式；對水動力學的三大方程直接從物理學的基本定理和定律入手推導：從質量守恒原理推導連續性方程；從動能定理推導能量方程；從動量定律推導動量方程。實踐證明，這種模式既節省課時，又符合當前教學改革的目標，教學效果良好。

（二）注重實踐性教學改革探索。水利高職人才培養目標是從事各種水利工程的勘測、規劃、設計、施工、管理等工作的高技術應用型人才。用人單位對畢業生的要求往往是走出校門即能上崗，勝任崗位工作。因此，有較強的實踐能力和過硬的動手本領是高職畢業生在人才市場競爭中取勝的關鍵。《水力學》實踐性教學改革應重點抓好以下幾個方面：

1.上好實驗課。水力學實驗可以起到理論教學無法替代的作用。直觀演示水力現象，如層流和紊流；驗證抽象的理論，如水頭損失大小。這樣變抽象為直觀，變復雜為簡單，可以激發出學生的學習興趣。

我們的目的是要讓學生通過水力學實驗課的學習和實踐，在驗證基本理論、基本方法、實驗數據的采集和處理、實驗誤差分析、基本儀器的原理及使用等各方面都得到更為系統的培養和訓練。同時在實驗中緊密聯系水利工程和生產實踐，以加深對水利工程實際的了解和理論知識的理解。

改善實驗條件，提高實驗水平和實驗能力，探索建立開放水力學實驗室的新思路。盡可能多地開設實驗項目，實行開放式管理，配備專門實驗員，方便學生實驗，讓學生在課外多走進實驗室，學到有益的知識。

2.加強實訓綜合練習。綜合實訓教學是優化組合知識、能力、技能的重要教學環節。我們安排學生在學習完《水力學》理論課后進行一周的綜合實訓。重點強調在選題上精心組織、內容上緊貼實際工程、形式上創造現場氛圍、考核上靈活多樣。

在選題上，如：水靜力學部分，結合某水利樞紐的具體資料計算水工建筑物在各種水位情況下所受到的靜水總壓力的大小、合力作用點，為壩體穩定計算打下基礎；水動力學部分，對恒定均勻流，設計某渠道縱橫斷面；明渠恒定非均勻流中，對水利樞紐的溢洪道進行水力計算；堰流、閘孔出流部分，設計渠首工程的水力計算及消能防沖設施的尺寸，對泄水建筑物下游的水流銜接與消能設施進行設計。

在形式上，為創造工程的現場氛圍，我們帶領學生參觀實際的各種水工建筑物，如水閘、消力池、堰、渠道，增強感性認識，變抽象為實際，讓學生在做課題時覺得是在解決工程實際問題，而不是純理論的練習和演算。這樣大大激發了學生的熱情和創造性。

在考核上，做到不拘一格。我們不只簡單要求學生上交一份報告，而是由老師提出多個題目，讓學生自己選題，自己解決問題，有的還要進行現場考核。這樣可以避免抄襲和雷同，鍛煉學生獨立思考的能力。

總之，《水力學》是一門特點突出、強調理論緊密聯系工程實際的課程，我們只有認清其特點，結合職業教育改革的思路，不斷探索和實踐，才能更好地“因材施教”，并取得好的效果。

湖北水利水電職業技術學院 430070）