基于學(xué)生應(yīng)用能力提高的《水力學(xué)》課堂教學(xué)改革

李 雪,楊秀英,趙明雨,劉 派,王岳如

(沈陽(yáng)工學(xué)院 能源與水利學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

《水力學(xué)》作為水利水電工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生從基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)過(guò)渡到專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重要紐帶，學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課程，不僅要掌握《水力學(xué)》基本理論知識(shí)，還要了解水力學(xué)的相關(guān)應(yīng)用[1]，以便為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)和未來(lái)就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但以往的《水力學(xué)》課堂教學(xué)以教師灌輸為主且課堂內(nèi)容理論性較強(qiáng)，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)熱情不高，不能很好地將理論與實(shí)踐相結(jié)合。

1.傳統(tǒng)課題教學(xué)存在問(wèn)題

1.1 教學(xué)內(nèi)容

以往課堂教學(xué)過(guò)程中，以理論教學(xué)為主，再加上水力學(xué)的概念多、公式多，公式的推導(dǎo)繁瑣，又涉及不同水利工程的水力計(jì)算，學(xué)生較容易學(xué)了后面的忘了前面的，減弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，再加上學(xué)時(shí)的限制，大部分課堂時(shí)間都用于理論知識(shí)的講解，課堂內(nèi)容與實(shí)踐聯(lián)系較少。

1.2 教學(xué)方法

以往的課堂教學(xué)以講授、提問(wèn)為主，課堂教學(xué)方法以教師為中心，教學(xué)方法單一，缺少相互作用、個(gè)體化、實(shí)踐等教學(xué)方法。學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握僅停留在對(duì)理論的理解層面，對(duì)如何運(yùn)用知識(shí)沒(méi)有概念，更缺少主動(dòng)思考如何實(shí)踐創(chuàng)新的意愿[1]。

1.3 考核方式

《水力學(xué)》以往考核成績(jī)的方法主要以期末閉卷考核為主，其中期末考試成績(jī)50%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)40%，平時(shí)成績(jī)10%，過(guò)程考核占比較少，大量學(xué)生在考試前幾天才對(duì)重點(diǎn)概念進(jìn)行突擊，而在課堂教學(xué)過(guò)程中對(duì)細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)重視程度不夠，沒(méi)有深刻理解知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用。

1.4 教學(xué)模式

傳統(tǒng)課堂以大班教學(xué)模式為主，以往《水力學(xué)》課程三個(gè)班級(jí)一起上課，學(xué)生人數(shù)達(dá)100人以上，學(xué)生人數(shù)多，教師課堂管理很難照顧到每一個(gè)學(xué)生，學(xué)生課堂參與度不高，學(xué)習(xí)缺少主動(dòng)性，工程案例討論時(shí)，教學(xué)效果較差。

2.課堂教學(xué)改革實(shí)施方案

基于以上原因，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面對(duì)《水力學(xué)》課程進(jìn)行課堂教學(xué)改革，逐步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)生的應(yīng)用能力和持續(xù)發(fā)展能力。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革方案

本輪講授過(guò)程中重新梳理教學(xué)內(nèi)容，歸納總結(jié)教材中各章節(jié)的相通之處，減少相似知識(shí)點(diǎn)的講授時(shí)間，增加工程應(yīng)用方面的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)為了提高學(xué)生的應(yīng)用能力，本輪教授過(guò)程中，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都增加了相應(yīng)的工程實(shí)例，更好地實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。另外由于學(xué)時(shí)的限制，有些需要了解且較簡(jiǎn)單的內(nèi)容，不在課堂上進(jìn)行講授，通過(guò)課前布置任務(wù)，課上隨機(jī)抽查的方式來(lái)完成教學(xué)，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力，同時(shí)也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。具體總結(jié)如下：

2.1.1 重新梳理教學(xué)內(nèi)容，歸納總結(jié)教材中各章節(jié)的相通之處，減少相似知識(shí)點(diǎn)的講授時(shí)間。例如：計(jì)算作用于平面上的靜水壓力有兩種方法，一種是解析法，另一種是圖解法，其中圖解法用到靜水壓強(qiáng)及其特性，所以將靜水壓強(qiáng)與計(jì)算作用于平面上靜水壓力結(jié)合起來(lái)講解；對(duì)于孔口、管嘴出流與有壓管流的水力計(jì)算，與能量方程應(yīng)用聯(lián)系緊密，在講解能量方程應(yīng)用時(shí)與孔口、管嘴出流融合起來(lái)。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)也能更好地將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，更好地提高學(xué)生利用水力學(xué)所學(xué)習(xí)的基本知識(shí)和技能解決工程相關(guān)問(wèn)題的能力。

2.1.2 重要知識(shí)點(diǎn)增加工程案例，收集整理各種水利工程中與水力學(xué)有關(guān)的案例，將原來(lái)教材中學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與工程案例相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)變。例如，教材中講到圓管流量計(jì)算的例題，同學(xué)們對(duì)題目的應(yīng)用場(chǎng)景比較難理解，如果將題目改成是施工現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)圓柱形水缸，體積可計(jì)算，問(wèn)水缸多長(zhǎng)時(shí)間放滿，這樣學(xué)生有了比較感性的應(yīng)用場(chǎng)景，能將生活、工作中遇到的實(shí)際問(wèn)題運(yùn)用科學(xué)工程知識(shí)來(lái)解決，使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)興趣，既能吸引學(xué)生的注意力，又提高了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.1.3 讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，在滿足教學(xué)大綱要求知識(shí)點(diǎn)的前提下，對(duì)學(xué)生需要掌握的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解，對(duì)于要求學(xué)生了解的知識(shí)點(diǎn)，如孔口與管嘴出流、明渠非均勻流基本概念及水面曲線分析，不再在課堂上講解，而作為自學(xué)的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)，在課堂上進(jìn)行隨機(jī)抽查。對(duì)于需要學(xué)生熟悉的知識(shí)點(diǎn)，例如壓強(qiáng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和度量單位、液柱式測(cè)壓計(jì)，液體的相對(duì)平衡，梯形斷面渠道的水力最優(yōu)斷面等內(nèi)容，教師教授完理論知識(shí)后把學(xué)生分成若干小組，每一小組分配一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，由小組全體成員共同學(xué)習(xí)、討論并制作相關(guān)內(nèi)容的課件，從相關(guān)小組隨機(jī)抽取一名學(xué)生向全體同學(xué)講解，并根據(jù)其講解情況，進(jìn)行無(wú)記名評(píng)分。通過(guò)這種翻轉(zhuǎn)課堂的形式豐富課堂教學(xué)內(nèi)容。

2.2 教學(xué)方法改革方案

打破以往課堂教學(xué)以教師灌輸為主的教學(xué)方法，引入啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法，課堂前期向?qū)W生拋出與本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，提高學(xué)生的注意力；課堂中期通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)一步一步撥開(kāi)解決課前提出問(wèn)題的核心知識(shí)點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)也能提高學(xué)生的應(yīng)用能力；課堂后期通過(guò)設(shè)置練習(xí)題，檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，讓學(xué)生了解自身的不足。通過(guò)教學(xué)方法的改革，逐步形成“問(wèn)、學(xué)、檢”的課堂教學(xué)方法，同時(shí)增加課堂討論，能兼顧到學(xué)生的課堂表現(xiàn)，提高課堂授課質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力[2]。具體實(shí)施過(guò)程如下：

圖1 教學(xué)法實(shí)施步驟

2.3 考核方式改革方案

本輪《水力學(xué)》課程考核增加過(guò)程考核比例，規(guī)避“突擊通過(guò)”。成績(jī)考核分三部分：期末考試成績(jī)：（占50%），實(shí)驗(yàn)成績(jī)：（占20%），平時(shí)成績(jī)（占30%）：測(cè)試10%、項(xiàng)目考核15%、作業(yè)5%。通過(guò)多種考核方式的結(jié)合，能更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。具體實(shí)施步驟如下：

開(kāi)學(xué)第一周，向?qū)W生公布本課程的考核方式及相應(yīng)比例。本課程采用期末考試成績(jī)+平時(shí)成績(jī)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)相結(jié)合的考評(píng)法，三部分比例為5∶3∶2，突出平時(shí)考核所占的比例。增強(qiáng)學(xué)生對(duì)平時(shí)課堂學(xué)習(xí)的重視度，提高學(xué)生的課堂參與度。

在平時(shí)考核過(guò)程中，以課后作業(yè)、其中測(cè)試、項(xiàng)目考核（完成老師分配的某一具體工程案例）為主，其中，作業(yè)以與每一章理論知識(shí)相關(guān)的模擬案例為主，需要學(xué)生結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)及查找資料進(jìn)行求解；設(shè)置期中考試，并將期中考試成績(jī)按一定比例計(jì)入總成績(jī)，目的為進(jìn)一步督促學(xué)生加強(qiáng)《水力學(xué)》后續(xù)課程的學(xué)習(xí)；項(xiàng)目考核包括3～5個(gè)不同的工程情境案例，綜合考慮工程案例完成情況，給出案例計(jì)算成績(jī)。在平時(shí)成績(jī)考核中，主要考查學(xué)生在任務(wù)完成過(guò)程中的計(jì)算、軟件操作、團(tuán)結(jié)協(xié)作、表達(dá)等能力，并給予成績(jī)?cè)u(píng)定，提高了學(xué)生對(duì)每節(jié)課堂學(xué)習(xí)的重視程度。

在實(shí)驗(yàn)考核過(guò)程中，以學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解程度、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和熟練程度、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，給予成績(jī)?cè)u(píng)定。

期末考試采取閉卷形式進(jìn)行考試，增加學(xué)生的重視程度，試卷中增加與實(shí)際工程相關(guān)的計(jì)算題、綜合題等主觀題的比重，重點(diǎn)考核學(xué)習(xí)對(duì)水力學(xué)基本概念的理解和解決實(shí)際工程問(wèn)題能力?？荚嚱Y(jié)束后，教師要對(duì)學(xué)生期末試卷進(jìn)行試卷分析，總結(jié)其中的難易程度，針對(duì)錯(cuò)題率較高的題型進(jìn)行重點(diǎn)分析，總結(jié)其中的原因，為下一輪授課提供參考依據(jù)。

2.4 教學(xué)模式改革方案

小班授課，減少不必要的課堂管理時(shí)間，在課堂工程案例討論時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，大部分學(xué)生主動(dòng)參與課堂，主動(dòng)思考，跟上教師的課堂教學(xué)節(jié)奏；教師也能照顧到大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，適時(shí)地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法；小班授課不僅培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)推動(dòng)教師教學(xué)內(nèi)容和方法的改革[3]。

3.課堂教學(xué)改革階段性成果

本次《水力學(xué)》課堂改革對(duì)象：19級(jí)水利水電工程專業(yè)1-3班所有學(xué)生（共計(jì)101人），通過(guò)與18級(jí)水利水電工程專業(yè)1-3班學(xué)生（108人）《水力學(xué)》總成績(jī)對(duì)比圖（如圖2）可知：19級(jí)學(xué)生的總成績(jī)優(yōu)良率均高于18級(jí)學(xué)生，不及格率及69分以下的學(xué)生比例均低于18級(jí)學(xué)生，同時(shí)19級(jí)水利水電專業(yè)學(xué)生總成績(jī)分布呈正態(tài)分布趨勢(shì)，說(shuō)明在課堂教學(xué)改革方案的實(shí)施下，學(xué)生對(duì)《水力學(xué)》課程知識(shí)的掌握情況得到了顯著提高。

圖2 18、19級(jí)《水力學(xué)》總成績(jī)對(duì)比分析圖

學(xué)生對(duì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)方面的滿意度評(píng)價(jià)（如圖3）：此方面問(wèn)題共10項(xiàng)，學(xué)生對(duì)本課程教學(xué)設(shè)計(jì)的滿意度平均值為 95.14。其中，學(xué)生對(duì)生動(dòng)案例或真實(shí)情景教學(xué)、課堂氣氛活躍等問(wèn)題的滿意度較高，達(dá)到95.36以上；學(xué)生對(duì)課內(nèi)外教學(xué)環(huán)節(jié)綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)滿意度相對(duì)較低，低于95%。

圖3 學(xué)生對(duì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)中 10 項(xiàng)內(nèi)容的滿意度調(diào)查

學(xué)生對(duì)課程學(xué)以致用方面的滿意度評(píng)價(jià)（如圖4）：調(diào)查對(duì)象是我校2017～2019級(jí)水利水電專業(yè)學(xué)生，從圖中可以看出學(xué)生對(duì)本課程學(xué)以致用的滿意度逐年提高，其中2019級(jí)學(xué)生對(duì)《水力學(xué)》課程學(xué)以致用的滿意度高達(dá)97.52%，說(shuō)明課堂教學(xué)改革有效支撐我校培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)達(dá)成，更加注重知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)，提高學(xué)生的應(yīng)用能力。

圖4 各級(jí)學(xué)生對(duì)學(xué)以致用的滿意度調(diào)查

4.結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

《水力學(xué)》課程作為水利水電工程專業(yè)的四大基礎(chǔ)課之一，是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課和后續(xù)從事本專業(yè)工作的基礎(chǔ)橋梁。本課程通過(guò)教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核方式、教學(xué)模式等方面進(jìn)行課堂教學(xué)改革，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生課堂參與度和學(xué)習(xí)興趣，為日后學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。

4.2 建議

從課堂教學(xué)層面來(lái)提升學(xué)生的應(yīng)用能力，需要學(xué)校、教師及學(xué)生共同努力，《水力學(xué)》課程的很多知識(shí)點(diǎn)很抽象，通過(guò)簡(jiǎn)單的講解很難使學(xué)生深刻掌握，日后可利用校內(nèi)即將建成的BIM仿真實(shí)訓(xùn)中心模擬現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，使學(xué)生更加直觀地了解水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；同時(shí)可以多組織些水工模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽，讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新思維，自己動(dòng)手參與模型設(shè)計(jì)，為學(xué)生營(yíng)造良好的科研環(huán)境氛圍；另外，在消力池、渠道等章節(jié)講解時(shí)，可帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)際的各種水工建筑物，變抽象為實(shí)際，使學(xué)生在學(xué)習(xí)這些章節(jié)時(shí)能有的放矢[4]。日后還需不斷地完善《水力學(xué)》課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造性，切實(shí)地提高學(xué)生的應(yīng)用能力。