《工程水文及水利計算》互動式教學(xué)與實踐

高仕春　萬飚　張翔　梅亞東

摘要：隨著信息技術(shù)的普及，計算機及網(wǎng)絡(luò)對學(xué)生學(xué)習產(chǎn)生了雙面影響，也給教學(xué)帶來了很多新問題。本文從《工程水文及水利計算》課程特點入手，在教學(xué)內(nèi)容、方法及方式等方面對其課程設(shè)計進行了改革嘗試，提出了互動式教學(xué)方法。實踐表明，這種方法對發(fā)揮學(xué)生學(xué)習主動性，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力起到了很好的效果。

關(guān)鍵詞：信息時代；工程水文；水利計算；互動式教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0125-02

一、引言

傳統(tǒng)教學(xué)手段的一個很大問題是：在集體教學(xué)中，學(xué)生個體的差異往往被忽視，在整齊劃一的要求下，學(xué)生缺乏鮮明的個性、獨立的人格和創(chuàng)造的活力。而隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的普及，一方面為學(xué)生提供了高效的自主學(xué)習環(huán)境，另一方面也為學(xué)生提供了“偷懶”的方便。因此，如何發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的長處，真正讓每個學(xué)生投入到課程學(xué)習過程中，是廣大教師面臨的問題。

《工程水文及水利計算》課程是水利類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。課程設(shè)計則是培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)理論知識解決實際問題的重要環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)培養(yǎng)目標的重要手段。通過課程設(shè)計，學(xué)生將對課程整體內(nèi)容有更深入的理解，其作用和重要性不言而喻[1]。利用計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)集體的“教”與個別的“學(xué)”相結(jié)合的互動式教學(xué)方式，非常適合工科相關(guān)課程設(shè)計的教學(xué)[2]。本文從實踐上對《工程水文及水利計算》課程設(shè)計的教學(xué)改革進行探討，研究互動式教學(xué)的新方法。

二、課程特點與情景設(shè)計

1.本課程的特點。《工程水文及水利計算》是由《工程水文》與《水利計算》兩部分組成。相對而言，前者是基礎(chǔ)，后者為應(yīng)用，前者為后者提供計算的依據(jù)，兩者緊密聯(lián)系。本課程具有以下特點：（1）內(nèi)容承上啟下，緊密聯(lián)系。在水利工程規(guī)劃設(shè)計階段，根據(jù)業(yè)主設(shè)計要求，《工程水文》一般要提供以下設(shè)計依據(jù)：一是分析年徑流資料，提供規(guī)劃設(shè)計所需的來水資料；二是提供滿足工程設(shè)計標準的設(shè)計洪水資料。《水利計算》一般包括興利計算、水能計算、調(diào)洪計算三大內(nèi)容。利用來水資料，通過興利計算確定水利工程滿足用戶需求的興利規(guī)模；在此基礎(chǔ)上，再通過水能計算確定水能資源得到充分利用的水電站規(guī)模；利用設(shè)計洪水資料，通過調(diào)洪計算確定防洪特征水位；最終確定水利工程規(guī)模（方案）。（2）計算精度可高可低，結(jié)論一致。在水利工程規(guī)劃設(shè)計階段，對計算精度本身要求不高。此外，確定工程規(guī)模也是由多種因素綜合考慮的結(jié)果，只要方法正確，計算無誤，最后的結(jié)果是趨于一致的。（3）計算方法可繁可簡，按需選擇。根據(jù)收集到的水文資料情況，在《工程水文》部分介紹了不同的水文計算方法。在《水利計算》部分對應(yīng)以上三大內(nèi)容，有簡化方法，如典型年時歷列表法、等流量法、半圖解法；也有較復(fù)雜的方法，如長系列模擬法、等出力法、解析法等。

2.課程設(shè)計的情景。從上分析可知，水利工程設(shè)計規(guī)模是《水利計算》的計算結(jié)果，《水利計算》是根據(jù)《工程水文》提供的水文資料進行計算的，《工程水文》則是依據(jù)用戶要求提供水文資料的。顯然，用戶要求不同，工程設(shè)計規(guī)模就不同。因此，可選取三個控制指標：用戶的保證流量、設(shè)計保證率、防洪設(shè)計標準。根據(jù)提供的基礎(chǔ)資料，對這三個指標設(shè)置幾個可行的等級，這樣就可以組合出用戶不同要求的設(shè)計情景，以滿足課程設(shè)計時一人一個設(shè)計的需要。

在課程設(shè)計內(nèi)容的選擇上，以年調(diào)節(jié)水庫為典型工程，以實際工程設(shè)計資料為基礎(chǔ)，提煉設(shè)計內(nèi)容。做好以下準備工作：（1）統(tǒng)一提供基礎(chǔ)資料。包括流域概況、長系列徑流資料、洪水資料、水利工程特征曲線資料等。為了避免設(shè)計內(nèi)容的年年重復(fù)，還可以在保持流域多年平均流量不變的條件下，對實際流域的水文資料進行縮放處理，再替換原水文資料。（2）前后內(nèi)容無縫銜接。設(shè)計保證率不同，選擇的徑流資料不同；保證流量不同，確定的興利庫容不同；在統(tǒng)一計算的死水位條件下，正常高水位不同。防洪限制水位涉及到防洪與興利協(xié)調(diào)問題，可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，滿足設(shè)計結(jié)果合理性的要求即可。這時要注意調(diào)洪計算時采用的泄洪能力曲線，要調(diào)整泄洪設(shè)施底坎高程的位置，以保證興利計算與調(diào)洪計算無縫銜接。（3）獨立編寫程序。對計算比較復(fù)雜的部分，要求學(xué)生自己動手編程計算，以鍛煉計算機編程的能力。（4）設(shè)計報告書標準化。工程設(shè)計要有科學(xué)的態(tài)度，嚴謹?shù)淖黠L。強調(diào)報告書要結(jié)構(gòu)合理、引用無誤、結(jié)果正確、排版規(guī)范。可以給學(xué)生提供參考樣板，有助于他們系統(tǒng)化掌握設(shè)計工作的原則、方法和流程。

三、教”與“學(xué)”相結(jié)合

1.互動式“教”與“學(xué)”。利用計算機網(wǎng)絡(luò)進行互動式教學(xué)，極大地改變了課堂教學(xué)的方式，從以“教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩?dǎo)”為主，對教師也提出了更高的要求，教師主要應(yīng)做好以下幾個方面的工作：（1）要有一定的網(wǎng)絡(luò)使用能力，建立互動式教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，例如QQ群、論壇。（2）要根據(jù)本教學(xué)內(nèi)容設(shè)計多元化的問題情景。這是實施互動式教學(xué)的前提。要做好這一點，要求教師對教學(xué)內(nèi)容有全面、深刻的了解，在某些方面還應(yīng)有獨到的見解。（3）要搜集和整理足夠的相關(guān)材料，以便學(xué)生在學(xué)習過程中既要獨立思考，又能充分地探討，不至于離開教學(xué)要求而浪費時間。（4）要創(chuàng)設(shè)民主協(xié)商的課堂氣氛，以指導(dǎo)學(xué)生，啟發(fā)他們提出問題和建議，引導(dǎo)他們利用網(wǎng)絡(luò)資源自主探究，并適時調(diào)控研討的廣度及深度。只有這樣才能保證教學(xué)目的充分實現(xiàn)。

教師創(chuàng)設(shè)的問題情景、提出需要解決的問題、對解決問題的指導(dǎo)都是面向全體學(xué)生的。每個學(xué)生可以根據(jù)自身的能力選擇內(nèi)容的深度和廣度，提出各具特色的解決問題的方法，在遇到困難時也可隨時通過網(wǎng)絡(luò)求助。在問題解決的過程中，師生都是平等的參與者，大家共同合作以尋找解決問題的方法，找出問題的答案。這時，每位學(xué)生都可以在自己的站點上向網(wǎng)絡(luò)提交觀點，并可以和其他同學(xué)進行互相評價、互相幫助。這既有利于吸引學(xué)生更積極主動地參與教學(xué)活動，又有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、獨立判斷、善于交往、相互合作的能力，最終使每位學(xué)生在解決問題的能力和綜合水平方面都能獲得不同程度的提高。

2.靈活安排課程設(shè)計。工科學(xué)生強調(diào)動手能力和實踐創(chuàng)新能力，課程設(shè)計是個很好的鍛煉機會。當課時較少，或者無課程設(shè)計安排時，為了增強教學(xué)效果，可通過以下方法將課程設(shè)計轉(zhuǎn)化成大作業(yè)。（1）化整為零。可以將設(shè)計內(nèi)容分解成若干部分，穿插于上課期間，以習題的形式布置給學(xué)生。隨著課程進度，逐步完成課程設(shè)計任務(wù)。（2）降低難度。例如，對水文頻率分析可提供教學(xué)版供參考使用；將工程特征曲線資料等進行分段線性化處理，不要求編寫程序，可以在EXCEL上完成計算；直接給出防洪限制水位；或者采用簡單的水利計算方法等。（3）減少計算量。直接提供典型年徑流資料和不同頻率的倍比系數(shù)，或提供典型洪水資料和不同頻率的倍比系數(shù)，甚至可以不安排水能計算和水庫調(diào)度圖的繪制。

需要強調(diào)的是，師生最后的互動總結(jié)很重要，可以達到畫龍點睛的效果。一來減輕學(xué)生對工程設(shè)計的神秘感，鼓勵學(xué)生大膽提出新的設(shè)計方案和技術(shù)措施；二來也便于教師吸取經(jīng)驗，提高教學(xué)效果。

3.考核原則及量化。成績評定，關(guān)系到對學(xué)生努力學(xué)習的評價和學(xué)習效果的總結(jié)，要求老師盡量做到‘公平、公正、公開。為此，要求老師對學(xué)生整個學(xué)習過程有跟蹤記錄，對每部分有量化計分和具體的評分標準。具體要求如下：（1）懲罰原則。要求學(xué)生明確自己分配的設(shè)計任務(wù)，與分配的設(shè)計任務(wù)不符者要求重做，否則視為抄襲。（2）獎勵原則。考慮到學(xué)生個人能力的不同，對那些選擇難度系數(shù)較高的計算方法進行編程計算的同學(xué)應(yīng)該鼓勵。還要鼓勵學(xué)生對成果進行分析和思考。（3）每部分設(shè)計成果檢查。要注意上下內(nèi)容的銜接。確定了死水位和正常高水位后，水能計算時，水位只能在此區(qū)間變化；確定了防洪限制水位后，調(diào)洪計算時，調(diào)洪過程是否符合調(diào)度規(guī)則。此外，學(xué)生之間的設(shè)計成果可以進行相互對比，例如，相同的設(shè)計保證率條件下，保證流量越大，設(shè)計的興利庫容越大等。（4）排版要求。排版要求同正規(guī)出版刊物。同時，鼓勵學(xué)生寫心得體會。

將每部分設(shè)計成績量化，根據(jù)設(shè)計成果和獎懲原則打分，最后給出最終成績。在成績評定后，找?guī)讉€有代表性的或有爭議的課程設(shè)計做一次公開講評，學(xué)生體會會更深，收獲會更大！

四、總結(jié)

與傳統(tǒng)方法相比，互動式的課程設(shè)計數(shù)據(jù)資料豐富多變，能夠保證一人一題，極大減少了抄襲的可能，減輕了部分學(xué)生對成績好的同學(xué)的依賴心理。另外，由于設(shè)計內(nèi)容可繁可簡，在課時較少時，可化整為零，將設(shè)計內(nèi)容融匯在課堂教學(xué)過程中。在課時允許時，還可要求學(xué)生編程計算，提高設(shè)計難度。這樣還有利于量化考核方式，可以讓學(xué)生明確自己的努力方向。

由教師設(shè)計問題情景，利用網(wǎng)絡(luò)提供的平臺進行互動式“教”與“學(xué)”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，積極參與教學(xué)活動中。學(xué)生不斷學(xué)習了專業(yè)知識，表達能力和人際交往能力以及在團隊中發(fā)揮作用的能力也得到了提高。

目前中國正在大力開展工程教育認證工作，一個合格的畢業(yè)生，對知識、能力、素質(zhì)都有明確的要求。這些畢業(yè)要求，必須細化到學(xué)生的日常學(xué)習與管理過程中，具體體現(xiàn)到每門課程的學(xué)習中，在教學(xué)內(nèi)容、方法及方式等方面對其課程設(shè)計進行了改革嘗試，提出了互動式教學(xué)方法。筆者多年的教學(xué)實踐證明，這些改革措施很好地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習積極性，取得了很好的教學(xué)效果，對學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力的培養(yǎng)是一個很好的嘗試，對學(xué)生專業(yè)知識和能力方面的培養(yǎng)做出了一定的貢獻。實踐表明，這種方法對發(fā)揮學(xué)生學(xué)習主動性，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力起到了很好的效果。

參考文獻：

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