水力學教學創新改革探索

徐 翹，龔 淼

(合肥工業大學 土木與水利工程學院，合肥 230009)

水力學是給排水專業的一門重要專業基礎課，知識點多且抽象，學生在學習過程中容易產生畏難情緒。在水力學教學改革中，應有效激發學生的學習熱情，啟發學生自主思維，將抽象的力學概念用形象的方式展現出來，注重學生創新能力的培養，在課堂教學中融入課程思政元素，突出教學環節教書育人的功能。

1 水力學教學現狀

水力學教學內容涉及物理、數學等學科知識，內容比較枯燥。傳統的課堂教學以教師講授為主，學生被動地接受和吸收知識。例如，水力學中的公式推導，與數學力學等內容關系緊密，具有一定的難度，如果基礎知識不夠扎實，上課專注度不夠，學生很容易跟不上進度?？菰锏奈锢砀拍詈蛿祵W方程等內容，很難激發學生的學習主動性和創新能力。隨著時代的發展，學生對課堂教學提出了更高要求，傳統的課堂教學模式已不能滿足所有學生的需求。教師應轉變教學理念，以學生為中心，充分發揮學生的主觀能動性和潛能，將部分課堂交給學生，讓學生成為課堂的主體[1]。

第一，要將思想政治工作貫穿教育教學全過程，專業課程應承擔起更多教書育人的責任，除了理論知識，教學過程中思政元素的融入必不可少。新時代教學要求的改變對教師提出了更高的要求[1-2]。在教學中潤物細無聲地融入思政元素，突出教書育人功能，是高校教師必須承擔的責任。第二，考核模式單一化，不適應新時代教育改革的要求。傳統的考核模式以閉卷考試為主，關注學生的記憶和計算能力，缺乏對學生分析問題、解決問題能力的考察，如何科學合理的設置水力學考核方式是改革的難點。

2 水力學教學改革策略

2.1 構建知識框架

大學課堂中學生是教學的主體，現代大學生的自學能力較強，水力學教學團隊整體規劃，構建了水力學知識框架，引導學生在課下進行自主學習。課堂學習不再以教師講授為主，學生將成為課堂的主體，課堂學習中學生參與討論的比重逐步加大。具體措施包括：第一，細化水力學教學內容，明確每章節學習的重難點，建立知識點之間的聯系，構建水力學知識框架，幫助學生認識水力學知識體系和全貌。通過雨課堂將該章節細化的學習目標、知識框架發送給學生，結合慕課等在線教學資源，引導學生自主學習相關內容，并通過雨課堂及時掌握學生的學習參與情況。第二，加強水力學課程信息化建設。水力學教學團隊通過集體備課，整體規劃，錄制完成了流體力學(水力學)教學視頻，結合水力學知識框架體系，按知識點錄制教學視頻，幫助學生自主學習，并與課堂教學有機結合。第三，依據水力學知識框架，從兩個維度建立水力學習題庫。題庫包括基礎性習題和拓展性習題，基礎性習題幫助學生掌握基本知識點，拓展性習題突出鍛煉學生利用所學知識解決問題的能力。拓展性題目目前以小組的形式完成，小組成員在討論、查閱資料后統一提交。

2.2 課堂教學

第一，以生活中有趣的水力學現象和學生熟悉的工程案例為引導，吸引學生的注意力，激發學生興趣，嘗試讓學生主動利用所學知識分析問題和解決問題。例如，在能量方程的教學中，引入船吸現象，提出為什么會出現船吸，再通過能量方程的講解，分析和解決問題，形成教學閉環。引導學生利用能量方程分析香蕉球、噴壺等生活中的常見現象，提高學生分析問題的能力。讓學生舉例生活中有哪些有趣的現象可以用能量方程原理解釋，能量方程原理還可以解決哪些問題。通過層層推進，讓學生對能量方程有更加深刻的認識，充分激發學生的學習興趣，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新精神和能力。

第二，針對水力學課程特點開展多種教學方式。對于概念性和重難點內容采用傳統教學模式，注重板書和多媒體教學相結合；對于公式推導側重于從邏輯構架角度去解析，幫助學生厘清推導思路。流動阻力和水頭損失章節的知識點多，課堂教學中要重點建立各知識點之間的關聯性，幫助學生構建知識點邏輯圖，從邏輯上厘清各知識點之間的關系，有效提高教學效果。在量綱分析原理的學習中，量綱分析理論抽象，應以板書推導為主，結合之前的文丘里流量計沿程水頭損失等知識點，展開具體的例題講解，有效幫助學生理解量綱分析的基本理論，并學會利用量綱分析原理解決實際工程問題。簡單有壓管道水力計算是能量方程和水頭損失在有壓管道中的應用，學生可以進行自主學習，課堂教學以復雜管道有壓流的計算為主[2]。

第三，有效利用教學管理軟件，課前通過智慧教學軟件及時掌握學生自主學習的整體情況，找出學習的薄弱環節，課堂重點講解，對學生掌握較好的部分，進行概括性歸納總結。利用教學管理軟件督促學生進行自主學習，及時與自主完成度較低的學生溝通，提高自學效果。

第四，每次課前都有針對上次課內容的課堂測試，幫助學生鞏固上次課所學知識。雨課堂等教學軟件的應用，使教師能在第一時間迅速掌握學生的完成情況，針對錯誤較多的知識點進行統一講解。強化課堂作業練習，學生在線提交答案，教師針對普遍性的錯誤進行重點講解，并引導學生發現錯誤，提出新穎解法，著重分析典型問題或易混淆的概念，拓寬思維深度，查缺補漏[3]。

第五，課堂授課中注重培養學生分析問題、解決問題的能力。引導學生運用所學知識解決實際工程問題。積極開展課堂討論，組成學習小組，課堂討論時間保持在10 min以內，各小組輪流選派學生上臺講解討論結果，教師進行點評和知識拓展。例如，在局部水頭損失的學習中，采用研討式教學方法，結合節能減排要求，學生分小組討論并發現生活中利用相關知識降低能量損失的案例[2]。

第六，將思政元素融入課堂教學。要用好課堂教學這個主渠道，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。新時代教學改革突出了教書育人的功能和作用。水力學課程教學應結合專業特點，從多方面融入課程思政元素。例如，緒論中介紹了水力學發展史，從古代的都江堰水利工程到現代流體力學科學家錢學森和郭永懷等人的事跡，通過課堂講授、視頻播放、課堂討論等方式，讓學生了解我國水力學發展史，培養學生的民族自豪感和文化自信心[2]。

第七，教學與科研相結合。當前，水力學發展日新月異，與不同學科都有交叉，應用廣泛，水力學課程教學應與最新科研成果緊密結合。教師可以介紹相關研究成果，鼓勵有興趣的學生通過查閱文獻等方式加深對這一內容的認識和理解，并以演講和論文的形式提交，以激發學生的學習主動性和積極性[1]。

2.3 課后拓展

第一，課后作業強化基礎知識。水力學課本中課后作業以計算題為主，側重于基礎知識的應用，結合水力學試題庫，強化學生課內學習效果，鍛煉學生的計算能力。在實際教學中發現，學生的計算能力比較薄弱，因此在課后作業中強化學生計算能力的鍛煉和對課堂基礎知識的掌握必不可少，針對不同知識點選擇具有代表性的例題，學生課后完成。第二，小組討論作業。突出鍛煉學生分析解決問題和團隊合作的能力。教師在課堂上展開初步討論，引導學生通過文獻閱讀等方式，進行拓展性討論，學生自由組合為討論小組，完成討論內容，形成報告，以小組為單位在課堂上進行演示。課堂討論的時間和知識點有限，水力學教學團隊建立了在線課程和網絡討論平臺，針對熱點問題和科技前沿問題展開線上討論。第三，拓展作業。當前，水力學研究日新月異，多學科交叉發展，鼓勵部分學生將課程學習與科研相結合。組織部分學有余力的同學結合給排水專業特點進行水力學相關科研問題的研究探討，如計算流體力學軟件的使用等，引導學生開展相關方面的創新實驗。從教學效果反饋情況來看，學生參與度較高。給排水管網工程是給排水專業的基礎課程，水力學是給排水管網課程的重要基礎課程，給排水水力學包括了管網計算基礎內容的學習。在有壓管道的學習中將教學重點放在復雜管道的水力計算上，鼓勵學生利用軟件進行管網水力計算[2]。第四，結合課程思政進行課后拓展。在明渠均勻流的教學中，鼓勵學生了解南水北調工程，深入學習明渠均勻流相關知識，認識到南水北調工程的意義，激發學生的民族自豪感和自信心，認識到專業學習的重要性。同樣在明渠均勻流的學習中，結合給排水專業雨水管道相關知識，鼓勵學生針對目前城市排水存在的問題，探討利用水力學相關知識的改進措施，與專業相結合，激發學生的學習熱情和使命感。

2.4 課程實驗

基于雨課堂開展課程實驗視頻教學，引導學生自主學習實驗相關內容，自主完成實驗操作。在實驗教學中，除安排了課程規定的實驗內容外，還開放了所有可以進行水力學實驗的實驗室。鼓勵學生結合實驗教學視頻，自主完成相關實驗，發現有趣的實驗現象。在實驗教學中，引導學生結合水力學相關知識，參與大學生創新實驗和相關比賽，全面培養學生的創新精神。

3 水力學考核方式改革

改革水力學考核方式，以學生為中心，強化過程性考核。水力學考核方式突出了過程性考核的作用，傳統的閉卷考試比重降低至50%，并且在閉卷考試中增加了開放型問題的比重，考察學生分析問題、解決問題的能力。在過程性考核中，綜合考慮不同層次學生的需求，多維度考察學生教學過程的參與度。過程性評價包括課前自主學習和測試、課堂測驗、課堂討論發言、小組討論與展示、課后小測驗等內容，以期客觀真實地反映每個學生的學習情況。

課程實驗以小組的形式開展，教師全程參與，隨時針對實驗內容進行提問，考核成績突出個人參與度。過程性考核細則如表1所示。

表1 過程性考核細則Tab.1 Process assessment rules

4 教學效果

水力學課程團隊在課程教學完成后，針對學生課堂主動性、作業完成獨立性、線上課程完成度、課程論文深度、課程測試成績、實驗課程完成的獨立性、大學生創新實驗參與度、課后學生問卷調查、后續給排水管網工程課程學習等方面，考察水力學課程教學效果，不斷改進教學模式，完善課程建設。例如，2018級學生的水力學課程討論部分，教師給定了課程討論的題目供學生選擇，結果發現課堂討論的深度和廣度被題目限定了。在2019級之后的課堂討論部分，教師不再給定題目，而讓學生自擬題目，并通過文獻閱讀自主學習，結果顯示課堂討論的深度和廣度明顯提升。

5 結語

水力學教學團隊通過不斷探索，創新了教學模式，構建了水力學知識框架，制作了教學視頻，擴充了水力學習題庫，加強了課堂討論，嘗試實現課堂翻轉，融入了課程思政元素，改革了考核方式。通過水力學教學方式改革，有效激發了學生的學習熱情，啟發了學生的自主思維，培養了學生的創新能力，通過不斷實踐和修正，取得了較好的教學效果。