提高河流動力學教學效果的有利措施研究

張俊宏 陳璐

摘要：本文針對河流動力學課程自身的特點、學生專業背景以及授課中存在的問題，提出需要進行必要的教學內容優化和豐富教學手段、改進實驗教學方式方法、提高學生的實踐學習能力、增強工程科學學習動力等幾個方面的有利措施，同時指出學生學習興趣的引導以及學習主動性、積極性培養的重要性和有效方法。本文的研究可為河流動力學和相關學科的有效教學方法研究以及今后相關課程的教學改革提供一定的參考。

關鍵詞：河流動力學；教學方法；改進措施

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0181-02

河流動力學是研究河道水流、泥沙運動、河床演變規律以及污染物運移等問題的學科，在水利、交通、環保等諸多領域有著廣泛的應用。河流動力學是水利工程等相關專業的一門專業基礎課，具有很強的理論性和經驗性，同時又有明顯的交叉學科特點[1]。作為水利專業學科的重要課程，河流動力學存在概念抽象、理論復雜、經驗性強等諸多授課問題[2，3]，倘若處理不當，會使學生常常處于學習困難的狀態，久而久之則使之失去了學習該課程的興趣。所以，改善教師教學方法，提高教學效果，讓復雜的理論教學變得更加生動、容易理解，全面培養學生的興趣就顯得尤為重要。增強學生對河流動力學中各種物理現象的快速理解能力，不斷夯實學生的專業基礎，擴大研究視野，努力將學生培養成能夠適應社會需求的高素質復合型技術人才，這是全國高校教學實施改革的中心任務。因此，在河流動力學的教學環節中，首先需要在熟知本課程特點的基礎上，總結教學中經常存在的問題，以進一步明確采取何種有效的改進措施，全面培養學生的學習興趣，讓學生變被動學習為主動學習，這是本文研究的主要內容。

一、河流動力學課程特點

作為水利類專業學生的一門必修課，河流動力學主要針對河道水流運動規律、泥沙輸移特性、河床演變過程、河床變形預測以及相關問題進行學習，使學生從微觀的泥沙運動到宏觀的河道演變都有一定的認識，熟練掌握水文泥沙數據觀測、采集、分析以及計算方法，并能應用于具體問題的分析，同時還應掌握在河道邊界條件改變和人為干擾等作用下河道演變的基本特性。因此，本課程的學習對于剛入門的本科生有一定的難度，這也是由該課程的如下特點所決定的。

1.概念性強、學科交叉。河流是水流與河床在各種自然因素及人類活動的影響下相互作用的產物，河流運動過程是水流、泥沙及可動邊界的各種運動和變化疊加而成的。人們在改造或適應河流的過程中，不斷總結經驗，積累成果，逐漸形成了系統的知識，成為一門學科——河流動力學，該學科是以微觀力學的方法研究河流及其過程的學科。自建立之時起，河流動力學就不斷與其他學科相互交叉發展：與地貌學交叉形成河流動力地貌學，與環境學科交叉形成環境泥沙學，與3S技術交叉形成河流動力學信息系統等。學科的大量交叉使河流動力學涉及的知識面非常廣，需要學習的基本概念多，對于初學者來說在短時間內快速掌握有一定的困難。

2.經驗性強、公式推導煩瑣。河流動力學課程不僅基本概念多而且基本公式、經驗公式以及半經驗公式也比較多，大量理論公式的推導過程一般都較為復雜，同時還有大量數據擬合處理和經驗公式參數率定等問題。因此，在授課過程中需要介紹這些公式中蘊含的理論基礎以及推導過程，由于經驗性公式較多，對于公式參數尺度的把握需要有較好的經驗基礎并發現其內在的邏輯性強，學生在學習中也需要對基本概念有比較清楚的了解，在預習教材內容的基礎上緊跟教師的講解思路，循序漸進，才能系統、全面地掌握整個課程要點。

3.應用性強、模型建立過程復雜。河流動力學在河道治理、灌溉排水、水力發電以及港航工程中都有著極其廣泛的應用，對于不同的工程研究需要建立不同比尺的概化模型，涉及不同的力學機理，模型建立過程往往比較復雜。把具體模型學習同河流動力學經典理論各部分內容中所涉及的因果關系、邏輯關系或研究中的不同學派關系，形象地表達出來，難免使初學者感覺頭緒紛亂。

二、教學中存在的問題

1.課程內容枯燥、學習難度大。河流動力學課程概念性很強，涉及高等數學、水力學、理論力學等大量學科的交叉內容，新的概念較多、公式結構復雜使課程學習難度大，學習過程枯燥，學生在課堂學習中容易走神，一旦中間某個環節沒有跟上則很難理解后續講解。據調查，大部分學生認為河流動力學課程公式復雜且都具有相應的理論基礎，伴有很強的經驗性，覺得大多公式難以記憶，特別是對一些數學基礎薄弱的同學更是如此。

2.實踐環節薄弱、學生自行設計能力較差。實驗教學是河流動力學課程學習中的重要環節。通過實驗學習，學生可以加深對課堂知識的理解，培養學生動手、分析問題以及解決問題的能力，但是河流動力學實驗教學基本要求仍然偏低。對于大多數試驗，都是相關教師做好了前期準備，學生僅僅是記錄幾組數據或是調整下參數的簡單工作。例如，對于物理模型試驗部分，基本都是針對已經做好的試驗模型，學生試驗過程就是放水測數據、寫報告，學生對于具體的模型設計方案缺少必要的思考；對于數學模型試驗部分，一般都是教師將現成的模型程序發給學生，學生試驗過程就是修改模型參數、輸入已知變量計算結果，整個過程就像一個黑箱子，這樣很難達到培養學生創新意識的目的。

3.學生缺乏課程學習的積極性。河流動力學課程教學內容多、涉及知識面寬、公式參數取值經驗性較強，加上學生的自學能力有限，因此經過一段時間學習后，倘若學生沒有認真復習總結，就會給進一步學習帶來困難，一旦出現知識點的脫節就很難跟上，這樣一來學生逐漸失去了繼續認真學習的興趣，最終學習的動力也僅剩應付考試，以上是在河流動力學教學中遇到的一些常見問題。針對該課程所具有的典型特點和存在的主要問題，我們在教學過程中采取了一些有益措施，基本達到了提高教學效果，培養學生創新意識的目的。

三、教學方法改革探索

1.教學內容優化及教學手段多樣化。河流動力學是一門多學科交叉的學科，涉及的知識點較多，倘若進行系統深入的學習，一學期時間尚有不足，況且在如今眾多高校大幅削減專業基礎課課時的情況下，要想較好地掌握本課程，就需要教師在教學內容的安排上提前做好組織設計。首先要選本合適的教材，這是因為不同的具體專業對教材的需求也是不同的。例如，《河流動力學》（王昌杰，人民交通出版社，2004）[4]更加適合于港口航道專業學生使用，封面也有明確的標示；《河流泥沙動力學》（張瑞瑾，中國水利水電出版社，1998）[5]，這本教材系統闡述了河流水力學基本原理、泥沙運動及計算方法等，更加注重基本概念和理論。在授課前，教師需要根據具體的專業定位來選擇合適的教材。同時還應該注意的是，每本教材的側重點也各有不同，在選定教材后還需要根據教材章節來安排授課的具體內容，使之自成體系。

2.改進實驗教學，提高學生實踐能力。在進行教學實驗的過程中，還需要逐漸培養學生對工程科學的興趣，讓學生掌握基本的工程意識和科學試驗的基本素養。其中，工程實例教學法[6]就特別適合河流動力學的學習，針對教學的不同章節、學生的專業背景以及工程特點等，適時引入工程實例，并結合課堂教學內容進行剖析，同時配合多媒體動畫等教學手段提高學生的學習興趣，進而激發學習的主動性和積極性。對工程實例的講解不僅有助于學生對理論知識點的掌握，同時也使學生對理論的應用有一個深刻的認識，增強了學生對專業知識用途的理解，提高了學習工程科學的動力。

3.注重學生興趣引導，培養學生學習的積極性。德國教育家第斯多惠曾說：“教學的藝術不在于傳授本領，而于激勵、喚醒、鼓舞。”教師在教學中，要善于運用不同的教學手段，不斷給學生以鼓勵，讓每個學生都有一個循序漸進的進步過程，讓學生在學習中不斷嘗到知識獲得的成就感，以此激發學生的學習興趣，樹立堅定的自信心，從而使學生主動學習。

此外，在培養學生學習興趣的過程中需要幫助學生建立合適的奮斗目標，只有學生有了理想才會有努力學習的動力，興趣才能得以保持，在學習中遇到挫折時才不至于被擊垮。當學生在學習過程中，不斷努力取得新的成績，不斷戰勝新的困難的時候，他們的努力學習行為便成為了一種習慣，這時學生就已經具備了學習的主動性和積極性。

四、結語

河流動力學是水利工程相關專業一門重要的專業基礎課，本文從河流動力學課程內容特點及在教學過程中存在的課程概念性強、教學內容枯燥、學生掌握難度大等問題出發，結合教學經驗，提出從教學方法、教學手段、實踐環節以及學生興趣培養等多方面入手，優化教學內容，豐富教學手段，加強實驗指導，將學生的個人成長和學習興趣培養融入到河流動力學理論教學，在教學內容及教學方法上進行有益的改進，全面提高學生的學習興趣，從而提高教學效果。

參考文獻：

[1]邵學軍，王興奎.河流動力學概論[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2]曹叔尤.水力學及河流動力學基本問題研究的現狀與任務[J].四川大學學報：工程科學版，2002，34（1）：1-5.

[3]關于《河流動力學》實驗教學方法及手段改進的思考[J].時代教育，2015，（7）：161.

[4]王昌杰.河流動力學[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]張瑞瑾.河流泥沙動力學[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[6]工程實例教學法在水力學課程教學中的應用與實踐[J].河北農業大學學報（農林教育版），2014，16（2）：94-97.