分類、歸納、對比法在水工建筑物教學中的應用

李天科 王春堂 劉經強 劉仲秋 王艷艷

摘 要：本文從教師和學生兩個不同角度分析怎樣才能上好專業課，對水工建筑物課程的教學內容串聯成一條主線，分為五部分內容：即課程地位、擋水問題、泄水問題、滲流問題、基礎處理問題。利用分類、歸納、對比的方法進行綜合分析講述，使學生概念明確，思路清晰，能全局的、系統的理解掌握本課程內容。

關鍵詞：教學方法 歸納對比 階段回顧 水工建筑物

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）03（a）-0067-02

經過多年的《水工建筑物》教學，從教與學的兩個不同角度，分析了怎樣才能教好專業課。

從學生的角度看，水工建筑物抽象，頭腦中沒有整體形象，內容多，雜而亂，理論性、系統性不強。部分學生還不知道學了本課程干什么，因此可能對本課程不感興趣。

從教的角度看，本課程的邏輯性、理論性無法與數學、力學等課程相比。因此，水工建筑物教學在開課的緒論中，必須通過以往工程的重大事故和建設成就，來抓住學生的責任感和學習興趣，讓學生知道他將來的工作對社會發展的貢獻及一生中要承擔的責任。這是緒論要解決的問題。

在教學中，后緒內容與以前講過的內容相關時，就前后對比，即分清共性與個性（差別），又復習了前的內容，幾次反復對比后，學生概念就清楚了，最后在課程設計、畢業設計中通過分類、歸納、對比等方法培養學生的整體性概念，增加對水工建筑物的理解與記憶。

1 分類、歸納、對比

講課中，尤其是講完本課程后，面臨考試和學生考研面試時，學生對相關內容學習欲望是空前高漲的，你不講他還要問你，在此時歸納總結效果更佳。本人教學中必須歸納的內容有以下幾方面。

1.1 世界、中國、山東的建設成就歸納對比

對比世界、中國、山東省的最大水庫，不同類型的最大壩高、水庫的最大水面面積，水電站最大裝機容量，總水量、人均占用水量等指標，看世界發達國家的先進性；中國的局部領先（如三峽水電站裝機容量世界第一、錦屏一級拱壩為世界最高拱壩、葛洲壩大江截流為比最大等）和存在的問題；找山東省的差距，要求學生看到水利工作者的希望和應承擔的責任，提高學習興趣和信心。

1.2 攔河壩的歸納對比

工程中常見的壩有拱壩、重力壩、砼面板堆石壩、土壩四種，它們是中高擋水建筑物，因結構形式和材料不同，設計上有本質的區別。

而橡膠壩不是壩（本人這樣理解），它屬于水閘的一個特類，將其劃歸到水閘等低水頭系列中對比。壩工特征對比（見表1）。

要求學生能居高臨下的根據壩址處地形、地質、建材等條件能準確判斷應選用的壩形（即河道的上游，高山峽谷區，河床溢流適宜建拱壩、重力壩；河道中游及兩岸丘陵地區地形開闊，土料豐富，適宜建面板壩、土石壩），簡單計算工程量和建筑工程費用，并比較出哪種壩型適用且經濟。

1.3 橡膠壩與水閘的歸納對比

1.3.1 特點對比

橡膠壩（H=2～5 m），水閘（H=5～10 m）均為低水頭水工建筑物，多建于河道下游。閘壩前水深小，對水量的調節能力低。兼顧擋水、泄水、調節水位等多個功能。兩者的特性見表2。

1.3.2 水力計算對比

除以上特點外，橡膠壩與水閘的過水能力計算和消能防沖計算較復雜，也很有趣，還往往被設計者忽視或搞錯。

過流能力計算的通式為：

。

（1）橡膠壩過流：同一座橡膠壩過流可能會因m、σ變化，出現實用堰、寬頂堰，自由水流、淹沒出流四種組合下的4種計算公式。

（2）水閘過流：同一座水閘過流可能因m、n、σ變化，出現實用堰與寬頂堰、堰流與孔流、自由出流與淹沒出流八種組合下的8種計算公式。

（3）過水流量計算中有間斷點。

橡膠壩為塌壩堰頂過水，由壩上水頭和壩袋曲線關系，前期為實用堰，m=0.42，后期為寬頂堰，m=0.35（規范推薦采用值）。計算結果在兩種堰型分界點處出現間斷點。

水閘為閘門開啟底部閘孔過水，由于閘門開啟度（e/h）不同，前期小開度為孔流n=1/2，后期大開度為堰流，n=3/2，計算結果在孔流與堰流分界點處出現間斷點。

工程實際運用中不存在計算中的間斷點，因此應對計算公式加以修正。

上課中可將問題講一半，余下一半留學生自己課后解決，下一次課再一起討論，有時會出現意想不到的效果。

（4）消能設計特點。

全開啟（或塌壩）過水時，兩者相同；

小流量過水時，橡膠壩為壩頂溢流，水流豎向速度大，伴隨有脈動壓力，水流不穩定，消能效果好，影響范圍短。對消力池斜坡段穩定不利，在水流落點處不宜設結構縫。

小流量過小時，水閘為閘孔出流，水流水平速度大，產生遠驅式水躍，影響范圍長，沖刷力大，挾沙水流對消力池表面磨損嚴重，但對穩定影響不大，要求混凝土表面抗沖耐磨。

1.3.3 滲流計算歸納對比

水工建筑物滲流計算包括土壩壩體滲流、壩基滲流、堤防滲流、水閘閘下滲流等幾十個計算公式，有些公式十分抽象，不易理解，更難以記憶。

教學中為便于學生記憶，先講清滲流成因，如壩體、壩基滲流為無壓重力流，邊界不固定；水閘滲流為有壓滲流，邊界固定。

再對計算公式向有利于理解記憶的方面化簡，形成記憶最簡式，幾個簡單的化簡過程為：

（1）壩體滲流計算的裘皮爾公式（通式）。

（2）壩基滲流計算公式。

（3）水閘阻力系數法。

閘下任意一點底板下壓力水頭為，將其改寫為

式中：k為土壤滲透系數（m/s）；H1、H2為分別為上游、下游水深（m）；L為滲流區長度（m）；T為基礎透水區平均厚度（m）；H為水頭差，H=H1—H2（m）。

以上幾個公式形式不同，計算目的不同，但經化簡后都表現為：滲流的單寬流量=平均滲透流速×平均滲水深度，即。

2 結論

教學是一項事業，為國家培養人才，要有責任感；教學也是一項有趣的工作過程，在這個過程中不斷提高、完善自己，在教學中能找到快樂。

學生是自己的朋友，在年齡上也是孩子，對學生能像對自己的孩子一樣，在教學中就一定有責任心、沒有困難。

每一學科的設計理念、計算方法、材料應用等都是發展變化的，平時多積累相關資料信息，溶于講義中，不斷更新知識，在上課中多講一些失敗的教訓會比講成功的經驗更有價值，“活到老，學到老”，學無止境，愿同行們一起努力，教好每一節課。