基于學生應用能力提高的《水力學》課堂教學改革

李 雪,楊秀英,趙明雨,劉 派,王岳如

(沈陽工學院 能源與水利學院，遼寧 撫順 113122)

《水力學》作為水利水電工程專業(yè)的專業(yè)基礎課，是學生從基礎課學習過渡到專業(yè)課程學習的重要紐帶，學生學習這門課程，不僅要掌握《水力學》基本理論知識，還要了解水力學的相關應用[1]，以便為后續(xù)專業(yè)課學習和未來就業(yè)打下堅實的基礎，但以往的《水力學》課堂教學以教師灌輸為主且課堂內容理論性較強，學生課堂學習熱情不高，不能很好地將理論與實踐相結合。

1.傳統課題教學存在問題

1.1 教學內容

以往課堂教學過程中，以理論教學為主，再加上水力學的概念多、公式多，公式的推導繁瑣，又涉及不同水利工程的水力計算，學生較容易學了后面的忘了前面的，減弱了學生的學習熱情，再加上學時的限制，大部分課堂時間都用于理論知識的講解，課堂內容與實踐聯系較少。

1.2 教學方法

以往的課堂教學以講授、提問為主，課堂教學方法以教師為中心，教學方法單一，缺少相互作用、個體化、實踐等教學方法。學生對知識的掌握僅停留在對理論的理解層面，對如何運用知識沒有概念，更缺少主動思考如何實踐創(chuàng)新的意愿[1]。

1.3 考核方式

《水力學》以往考核成績的方法主要以期末閉卷考核為主，其中期末考試成績50%，實驗成績40%，平時成績10%，過程考核占比較少，大量學生在考試前幾天才對重點概念進行突擊，而在課堂教學過程中對細節(jié)知識點重視程度不夠，沒有深刻理解知識點應用。

1.4 教學模式

傳統課堂以大班教學模式為主，以往《水力學》課程三個班級一起上課，學生人數達100人以上，學生人數多，教師課堂管理很難照顧到每一個學生，學生課堂參與度不高，學習缺少主動性，工程案例討論時，教學效果較差。

2.課堂教學改革實施方案

基于以上原因，從教學內容、教學方法和考核方式等方面對《水力學》課程進行課堂教學改革，逐步提高學生的學習熱情、提高學生的應用能力和持續(xù)發(fā)展能力。

2.1 教學內容改革方案

本輪講授過程中重新梳理教學內容，歸納總結教材中各章節(jié)的相通之處，減少相似知識點的講授時間，增加工程應用方面的學習時長。同時為了提高學生的應用能力，本輪教授過程中，每個知識點都增加了相應的工程實例，更好地實現理論與實踐相結合。另外由于學時的限制，有些需要了解且較簡單的內容，不在課堂上進行講授，通過課前布置任務，課上隨機抽查的方式來完成教學，這樣既培養(yǎng)了學生自主學習、獨立思考的能力，同時也調動了學生的學習熱情。具體總結如下：

2.1.1 重新梳理教學內容，歸納總結教材中各章節(jié)的相通之處，減少相似知識點的講授時間。例如：計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及其特性，所以將靜水壓強與計算作用于平面上靜水壓力結合起來講解；對于孔口、管嘴出流與有壓管流的水力計算，與能量方程應用聯系緊密，在講解能量方程應用時與孔口、管嘴出流融合起來。學生在學習時也能更好地將理論與實踐結合起來，更好地提高學生利用水力學所學習的基本知識和技能解決工程相關問題的能力。

2.1.2 重要知識點增加工程案例，收集整理各種水利工程中與水力學有關的案例，將原來教材中學習的理論知識與工程案例相結合，實現理論向實踐轉變。例如，教材中講到圓管流量計算的例題，同學們對題目的應用場景比較難理解，如果將題目改成是施工現場有一個圓柱形水缸，體積可計算，問水缸多長時間放滿，這樣學生有了比較感性的應用場景，能將生活、工作中遇到的實際問題運用科學工程知識來解決，使學生獲得學習興趣，既能吸引學生的注意力，又提高了學生解決實際問題的能力。

2.1.3 讓學生成為學習的主人，在滿足教學大綱要求知識點的前提下，對學生需要掌握的知識點進行重點講解，對于要求學生了解的知識點，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，而作為自學的內容讓學生自學，在課堂上進行隨機抽查。對于需要學生熟悉的知識點，例如壓強的計算標準和度量單位、液柱式測壓計，液體的相對平衡，梯形斷面渠道的水力最優(yōu)斷面等內容，教師教授完理論知識后把學生分成若干小組，每一小組分配一個知識點，由小組全體成員共同學習、討論并制作相關內容的課件，從相關小組隨機抽取一名學生向全體同學講解，并根據其講解情況，進行無記名評分。通過這種翻轉課堂的形式豐富課堂教學內容。

2.2 教學方法改革方案

打破以往課堂教學以教師灌輸為主的教學方法，引入啟發(fā)式、討論式等教學方法，課堂前期向學生拋出與本節(jié)課重點內容相關的問題，提高學生的注意力；課堂中期通過嚴謹的教學設計一步一步撥開解決課前提出問題的核心知識點，加深學生對知識點的理解，同時也能提高學生的應用能力；課堂后期通過設置練習題，檢驗學生學習成果，讓學生了解自身的不足。通過教學方法的改革，逐步形成“問、學、檢”的課堂教學方法，同時增加課堂討論，能兼顧到學生的課堂表現，提高課堂授課質量，增強學生學習興趣和學生實踐應用能力[2]。具體實施過程如下：

圖1 教學法實施步驟

2.3 考核方式改革方案

本輪《水力學》課程考核增加過程考核比例，規(guī)避“突擊通過”。成績考核分三部分：期末考試成績：（占50%），實驗成績：（占20%），平時成績（占30%）：測試10%、項目考核15%、作業(yè)5%。通過多種考核方式的結合，能更好地達成教學目標。具體實施步驟如下：

開學第一周，向學生公布本課程的考核方式及相應比例。本課程采用期末考試成績+平時成績+實驗成績相結合的考評法，三部分比例為5∶3∶2，突出平時考核所占的比例。增強學生對平時課堂學習的重視度，提高學生的課堂參與度。

在平時考核過程中，以課后作業(yè)、其中測試、項目考核（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相關的模擬案例為主，需要學生結合所學的理論知識及查找資料進行求解；設置期中考試，并將期中考試成績按一定比例計入總成績，目的為進一步督促學生加強《水力學》后續(xù)課程的學習；項目考核包括3～5個不同的工程情境案例，綜合考慮工程案例完成情況，給出案例計算成績。在平時成績考核中，主要考查學生在任務完成過程中的計算、軟件操作、團結協作、表達等能力，并給予成績評定，提高了學生對每節(jié)課堂學習的重視程度。

在實驗考核過程中，以學生對實驗原理的理解程度、實驗操作的規(guī)范性和熟練程度、實驗結果的準確性，給予成績評定。

期末考試采取閉卷形式進行考試，增加學生的重視程度，試卷中增加與實際工程相關的計算題、綜合題等主觀題的比重，重點考核學習對水力學基本概念的理解和解決實際工程問題能力。考試結束后，教師要對學生期末試卷進行試卷分析，總結其中的難易程度，針對錯題率較高的題型進行重點分析，總結其中的原因，為下一輪授課提供參考依據。

2.4 教學模式改革方案

小班授課，減少不必要的課堂管理時間，在課堂工程案例討論時，學生學習興趣濃厚，大部分學生主動參與課堂，主動思考，跟上教師的課堂教學節(jié)奏；教師也能照顧到大部分學生的學習狀態(tài)，適時地調整教學內容、教學方法；小班授課不僅培養(yǎng)了學生學習熱情，同時推動教師教學內容和方法的改革[3]。

3.課堂教學改革階段性成果

本次《水力學》課堂改革對象：19級水利水電工程專業(yè)1-3班所有學生（共計101人），通過與18級水利水電工程專業(yè)1-3班學生（108人）《水力學》總成績對比圖（如圖2）可知：19級學生的總成績優(yōu)良率均高于18級學生，不及格率及69分以下的學生比例均低于18級學生，同時19級水利水電專業(yè)學生總成績分布呈正態(tài)分布趨勢，說明在課堂教學改革方案的實施下，學生對《水力學》課程知識的掌握情況得到了顯著提高。

圖2 18、19級《水力學》總成績對比分析圖

學生對課程教學設計方面的滿意度評價（如圖3）：此方面問題共10項，學生對本課程教學設計的滿意度平均值為 95.14。其中，學生對生動案例或真實情景教學、課堂氣氛活躍等問題的滿意度較高，達到95.36以上；學生對課內外教學環(huán)節(jié)綜合設計、創(chuàng)新能力培養(yǎng)滿意度相對較低，低于95%。

圖3 學生對課程教學設計中 10 項內容的滿意度調查

學生對課程學以致用方面的滿意度評價（如圖4）：調查對象是我校2017～2019級水利水電專業(yè)學生，從圖中可以看出學生對本課程學以致用的滿意度逐年提高，其中2019級學生對《水力學》課程學以致用的滿意度高達97.52%，說明課堂教學改革有效支撐我校培養(yǎng)應用型人才目標達成，更加注重知識、能力、素質培養(yǎng)，提高學生的應用能力。

圖4 各級學生對學以致用的滿意度調查

4.結論及建議

4.1 結論

《水力學》課程作為水利水電工程專業(yè)的四大基礎課之一，是學生學習專業(yè)課和后續(xù)從事本專業(yè)工作的基礎橋梁。本課程通過教學方法、教學內容、考核方式、教學模式等方面進行課堂教學改革，加深學生對知識點的理解和掌握，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生自主學習能力，提高學生課堂參與度和學習興趣，為日后學生的學習和工作打下了良好的基礎。

4.2 建議

從課堂教學層面來提升學生的應用能力，需要學校、教師及學生共同努力，《水力學》課程的很多知識點很抽象，通過簡單的講解很難使學生深刻掌握，日后可利用校內即將建成的BIM仿真實訓中心模擬現場教學，使學生更加直觀地了解水流的運動規(guī)律；同時可以多組織些水工模型設計競賽，讓學生結合所學知識，開發(fā)創(chuàng)新思維，自己動手參與模型設計，為學生營造良好的科研環(huán)境氛圍；另外，在消力池、渠道等章節(jié)講解時，可帶領學生參觀實際的各種水工建筑物，變抽象為實際，使學生在學習這些章節(jié)時能有的放矢[4]。日后還需不斷地完善《水力學》課堂教學設計，不斷地激發(fā)學生的學習熱情和創(chuàng)造性，切實地提高學生的應用能力。