新工科背景下“水工建筑物”課程教學改革創新

王愛芹，李 剛，湯 驊

（石河子大學水利建筑工程學院，新疆維吾爾自治區石河子 832000）

一、引言

新工科是我國新經濟背景下工程教育改革的重大戰略選擇。水利水電工程專業作為我國傳統的工科專業，其專業課程的教學質量對于人才培養至關重要。因此，專業課程教學應改變重理論輕實踐、重灌輸輕創新的傳統教學理念，從教學內容、教學模式、教學過程等方面開展教學改革，提升學生的工程實踐能力，培養出適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程技術人才。

二、“水工建筑物”課程特點

“水工建筑物”是水利類專業的核心主干課程。該課程知識面覆蓋廣、實踐性強，其教學目標是使學生初步理解水利工程中各種水工建筑物的工作原理、構造特點、體型布置、適用條件，理解水利樞紐的布置方式與原則，掌握典型的擋水、泄水和輸水建筑物的設計理論和方法。“水工建筑物”是后續“水利工程施工”“水利工程項目管理”“水電站”等專業課程的先修課程，又為學生未來從事水利工程技術工作提供必不可少的知識儲備，因此，該課程在專業人才培養中起著舉足輕重的作用。

三、“水工建筑物”課程教學存在的問題

隨著高等教育教學改革的持續推進，傳統教學模式已不能滿足新工科發展的需要，亟須進行教學改革。目前，該課程存在以下問題。

（一）教學內容相對陳舊，面向行業需求深化教學內容改革的力度較弱

教材部分內容不能與時俱進，如生態水利及河道修復等工程的建設，大量的橡膠壩、鋼閘壩、合頁活動壩、自密實堆石混凝土壩等工程的設計與興建[1]，在《水工建筑物》教材中幾乎沒有涉及。

（二）教學過程重理論、輕實踐，學生工程實踐能力有待進一步提升

封閉式課堂授課，使學生接觸水工模型及原型的機會較少，對水利工程的建設缺少直觀認識，影響學生學習的積極性，導致學生缺乏發現、分析和解決工程問題的能力[2]。

（三）學生職業認同感較低，工程素養有待進一步提升

專業課教師未將授課內容與思政元素充分融合，在課程中融入思政元素時仍以說教為主，缺乏親和力和針對性[3]，導致學生對于水利工程行業的認同感較低，職業規劃相對不明確，工程素養還有待進一步提升。

目前，“水工建筑物”課程面向本科三年級學生開設。在此之前，學生已經系統學習了“基礎力學”“工程水文學”等專業基礎課程，具備了初步的數理思維和分析問題能力，且已于第五學期初開展了認識實習，對水利水電工程有了基本的、宏觀的認識，學習專業課的主觀意愿和積極性較強，因此，如何優化教學內容、提升學生分析和解決復雜工程問題的能力、增強學生職業認同感成為本課程教學中亟待解決的突出問題。

四、“水工建筑物”課程教學改革策略

文章針對從“水工建筑物”課程教學過程中梳理出的問題與難點，分別從課程內容、教學模式與教學過程3 個方面進行了教學改革與實踐。

（一）優化課程內容

隨著科學技術的發展，水利工程行業中新方法、新技術、新材料層出不窮，而教材中理論知識的更新速度相對較慢。為了解決理論知識相對陳舊，一定程度上與行業發展現狀脫軌的問題，專業課教師應以學生為中心，以課程目標達成為導向，對課程內容進行更新換代，即優化知識結構，去除過于陳舊的知識點，增加緊跟學科前沿、產業和技術最新發展的交叉性、研討類課程模塊。新的課程內容包括基礎理論、實用技術、管理評估、監測預報、環境保護、智慧水利、行業發展、學科前沿等，融入了新規范、新標準、新技術、新工藝[4]，彌補了傳統教學內容知識結構過于單一、陳舊的問題，提高了學生的工程問題分析能力與工程素養。

（二）創新教學模式

1.實踐出真知，構建“五位一體”實踐教學體系

專業課教師調整傳統教學中重理論、輕實踐的教學模式，改變僅以課內實驗作為衡量學生工程實踐能力的考核標準，結合課程注重實用性的特點，構建了課內實驗、虛擬仿真、課程設計、課程實習和畢業設計緊密結合的“五位一體”實踐教學體系。

課內實驗：開設了4 個綜合性實驗，提升學生文獻檢索、創新思維、獨立分析和解決問題、整合知識結構的能力。

虛擬仿真：結合水利工程行業最新技術、一線工程案例和企業需求，借助現代信息化教學手段，建立虛擬仿真實驗室，使教學情境更加接近現實工作現場。學生可在虛擬情境中自主操作，有利于提高學習興趣，促進工程實踐能力的提升。

課程設計：以典型水利樞紐為設計選題，調整設計參數。學生2 人為一組，自主選擇擅長的設計類型，增強主觀能動性，充分體現“以學生為中心”。設計過程中，要求學生查閱最新規范，了解與設計題目相關的學科前沿和研究動態，鼓勵創新。考核方式為學生匯報自己的設計方案，提交計算書與設計圖紙，有利于鍛煉學生的設計與表達能力。

課程實習：依托認識實習與生產實習，進一步消化課程內容。在實習過程中加強監管，注重培養學生的規則與責任意識。多樣化考核實習效果，充分激發學生的主觀能動性，培養學生將理論和實踐相結合的能力。

畢業設計：畢業設計階段重點培養學生對整個水利樞紐的規劃、設計，以及編寫設計說明書、繪制工程圖的能力，有利于充分激發學生的創新思維，促進其個性發展，創作出獨一無二、極具創新性的設計作品[5]。

2.秉承工程認證理念，將專業課教育融入學生培養全過程

教學工作服務人才培養全過程，從新生入學開始，相關課程教師進行集體備課，強化專業基礎課程在專業課程中的綜合應用，保證教學內容的連貫性與互通性。關注學生不同學習階段的認知水平，不斷提升學生解決復雜工程問題的能力。

第一學期：通過“水利工程專業概論”等課程，教師講述水利工程學科與行業發展的歷程與輝煌成就，輔以介紹典型工程案例，增強學生對本專業的認同感。

第二學期：通過“計算機輔助設計”等課程，學生掌握水利工程的工具——CAD 制圖，嘗試用專業工具與語言表達專業知識。

第三學期：掌握“三大力學”基礎知識，計算水工建筑物的強度和穩定性，為水工建筑物的初步設計打下理論基礎。

第四學期：完成“工程地質及水文地質”“測量學”等專業課程的基礎知識學習，為水工建筑物的初步設計“熱身”。

第五學期：掌握“水資源及利用”“水工程法規”“水利工程概預算”等專業課程的基礎知識，為水工建筑物的設計提供保障與依據。

第六學期：完成“水工建筑物”課程的學習，與此同時，分組開展為期2 周的課程設計，全面檢測學生對該課程教學目標的達成情況。

第七學期：通過掌握“水利工程經濟”課程知識，能夠從經濟的角度對水利工程建設方案進行比選，優化水工建筑物選型，為設計出安全與經濟并重的建筑物體型與尺寸服務。

第八學期：學生在指導教師的引導下，開展畢業設計，完成計算書，并用圖紙表達設計方案。全方位檢測學生的專業知識水平、繪圖水平、獨立解決復雜工程問題的能力。

（三）豐富教學過程

1.增設以工程實例為載體的思政案例，打造思想政治教育“4+1”新模式

緊密圍繞專業培養目標。學生不僅需要有扎實的專業知識和職業技能，更需要具備良好的工匠精神、道德情操和職業操守等[6]。因此，教師結合課程特點，借助多種形式向學生潛移默化地傳遞思政元素，把“三全育人”融入專業課程教育，分設了培養兵團精神、工匠精神、職業素養與生態文明理念4 個主題模塊，主設一個培養愛國主義精神總目標，打造了思想政治教育“4+1”新模式，進而著力培養具有較高的科學素養、社會責任感，能夠在工程實踐中正確理解并遵守工程職業道德和規范，履行責任的社會主義合格建設者和可靠接班人。具體內容如下。

兵團精神主題：《取水樞紐》章節中關于渠系建筑物部分，融入新疆生產建設兵團的水利史——修建和平渠，使學生感悟在當時惡劣的環境下，兵團人在戈壁灘上開良田、建新城，將青春熱血灑在天山南北的亙古荒原上，形成了“熱愛祖國、無私奉獻、艱苦創業、開拓進取”的兵團精神，同時，引導學生思考“當時的兵團人經歷了什么樣的奮斗歷程”“作為新時代的大學生，應該如何傳承并發揚兵團精神”[7]。

工匠精神主題：《巖基上的重力壩》章節中對于溢流壩面和非溢流壩面的剖面設計部分，強調合理的體型對于水利工程正常運行的重要性，在不斷的優化設計中融入敬業、精益、專注、創新等工匠精神的基本內涵。

職業素養主題：《土石壩》章節中關于工程運行與管理部分，融入工程案例——兩河口水利工程，使學生清楚地了解土石壩的修建過程，以及專業技術人員在面臨自然環境惡劣、地質條件復雜、海拔高、高邊坡群、交通條件極差等難題時，表現出的職業技能、職業行為與職業意識，培養學生的職業素養。

生態文明理念主題：《拱壩》章節中關于泄洪消能時不可避免地出現“霧化”現象部分，辯證地分析水利工程建設的利弊關系，介紹環境水利工程，引導學生在以后的工作崗位上，應遵循生態保護原則，邊保護邊建設，即將水利工程建設與生態環境保護相結合，循環再生綜合利用，共生互補，協調發展。

愛國主義精神：在全階段教學過程中，教師引入實際工程案例，從古代的大禹治水、京杭大運河、都江堰等工程[8]，到近年來的南水北調與三峽水利工程，再到在建的兩河口等大型水利工程，無一不體現出古代勞動人民的智慧結晶、當代人的創新與責任，引導學生感受水利強國的魅力與風采，增強學生的民族自信心與自豪感。

2.豐富過程性考核，多維度評價學習成果

調整、豐富“水工建筑物”課程的考核方式，多維度、多方式、全面、客觀地評價學生對課程目標的達成度。具體方式與占比分別為工程匯報（10%）、思政報告（5%）、課內實驗（10%）、虛擬仿真（10%）、課程作業（15%）與課程考試（50%）。其中，思政報告對應該課程的“價值目標”，工程匯報、課內實驗與虛擬仿真對應“能力目標”，課程作業與課程考試對應“知識目標”。

工程匯報：學生自由組隊，5 人一組，選擇典型的水利工程，分別從工程名稱、工程等級、地理位置、樞紐布置、建筑物組成、工程效益、創新與難題等方面展開匯報。匯報時小組成員全員參與，表明每個學生在團隊中的分工與貢獻，考查學生個人表達能力及與團隊溝通能力。每組匯報時間為15 min。

思政報告：授課過程中，教師充分挖掘思政元素，結合具體工程案例，或展現水利強國魅力，或熏陶兵團精神，或遵守職業規范，或體現工匠精神，增強學生的民族自信心與自豪感。學生可圍繞“水利工程與兵團精神”“水利工程與工匠精神”“水利工程與職業素養”“水利工程與生態文明理念”4 個主題中的一個，通過查閱文獻資料，撰寫思政報告。

課內實驗：開設三級水利樞紐模型參觀與分解實驗，使學生了解水工建筑物組成與作用；開展重力壩應力分析實驗，使學生了解混凝土在重力壩不同部位的應力分布，學會根據規范給定的應力控制標準進行強度校核；開展泄水建筑物消能及下游河道沖刷影響實驗，使學生了解水利工程中常用的消能防沖措施；開展多功能滲流實驗，使學生了解土石壩、水閘等土基上的水工建筑物的壩（閘）基滲流過程，探索提高防滲穩定性的工程措施。

虛擬仿真：依托虛擬仿真實驗室，使學生借助虛擬仿真技術，開設“重力壩”“心墻土石壩”“面板堆石壩”“正槽溢洪道”“水閘”“水工隧洞”“梁式渡槽”“抽水蓄能電站”8大模塊。通過三維呈現各類水工建筑的結構、作用與工作原理，再現實際工程現場。學生在操作中熟悉相關理論知識在社會生產中的具體運用，增強對實際工程的了解，理論聯系實際，使課堂教學和實際工程聯系得更加緊密。

五、結束語

經過教學改革與創新，學生積極參與各類科技競賽并取得了豐碩的成果，工程實踐能力與職業素養得到了提升，專業認同感與歸屬感增強，行業就業率不斷提升。教學改革進一步適應了水利工程行業發展的新需求，培養了一批在水利工程及相關領域從事工程勘測、規劃、設計、施工、管理和研究等方面工作的具有較高的科學素養、社會責任感的創新型、應用型卓越人才。