關(guān)于“水力學”課程的教學體會及教改方案的探討

孟憲萌

中國地質(zhì)大學（武漢）環(huán)境學院，湖北 武漢 430074

關(guān)于“水力學”課程的教學體會及教改方案的探討

孟憲萌

中國地質(zhì)大學（武漢）環(huán)境學院，湖北 武漢 430074

“水力學”是水利工程、地質(zhì)工程、環(huán)境工程、土木工程等相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。本文針對水力學課程中概念繁多易混淆、理論推導復雜、具有較強的工程背景等特點，結(jié)合其在高等院校課程體系中的地位，分別從提高學生的學習興趣、優(yōu)化學生的知識體系、強化學生的知識類比意識、培養(yǎng)學生的動手操作能力四方面進行闡述，對促進水力學課程教學改革進行初步的探索。

水力學；專業(yè)基礎(chǔ)課；高等院校；教學改革

“水力學”是研究液體機械運動規(guī)律及其實際應用的一門科學[1]，是水利工程、地質(zhì)工程、環(huán)境工程、土木工程等相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[2]。“水力學”既不同于“高等數(shù)學”、“線性代數(shù)”、“大學物理”等以學習自然科學的基本理論為目標的基礎(chǔ)課，也不同于“水文學原理”、“水文測驗”等以學習專業(yè)知識和專門技能為目的的專業(yè)課，而是介于基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的專業(yè)基礎(chǔ)課，即以為專業(yè)課學習奠定必要基礎(chǔ)的課程，其在學生從基礎(chǔ)課學習過渡到專業(yè)課學習中起到重要的紐帶作用。另一方面，水力學又是一門具有較強理論性和較強工程實際意義的課程，具有概念繁多易混淆、理論推導復雜，對學生高等數(shù)學、理論力學要求較高等特點[3]。

由于學生剛剛開始接觸具體工程實際問題，同時又需要綜合分析和處理實際問題的能力，學生普遍反映“水力學”是一門難學的課程，因此出現(xiàn)學生學習的積極性不高等問題。針對以上特點和問題，本文結(jié)合筆者在該門課程教學中的切身體會，分別從提高學生的學習興趣、優(yōu)化學生的知識體系、強化學生的知識類比意識、培養(yǎng)學生的動手操作能力4方面來闡述，對“水力學”課程教學改革進行初步的探索。

一、提高學生的學習興趣

興趣是最好的老師。沒有興趣就沒有動力，沒有動力就沒有信心，沒有信心則對知識的掌握便無從談起。因此，如何提高學生的學習興趣應放在首要地位，尤其對概念繁多、理論推導較為復雜的“水力學”課程更是如此[4]。緒論作為一門課程的開篇，用以說明該課程的主要內(nèi)容以及學習本門課程的原因和用意，其在激發(fā)學生的學習興趣、導讀全課程方面的地位和作用不言而喻[5]。講好“水力學”的緒論部分理所當然應當成為最重要的工作之一。

“水力學”的緒論主要包括水力學的定義、研究對象、在工程實際中的應用以及液體的主要物理性質(zhì)等。其中的后2項最為重要，因為水力學在工程實際中的應用直接決定了學習這門課的目的，學生學習這門課程能夠直接感受到學有所用，從而意識到該課程的重要性與實用性，以激發(fā)學習的積極性。

另外，對于不同的專業(yè)，“水力學”教學內(nèi)容的側(cè)重點不同，在講授其在工程實際中的應用時應有所突出，比如對于學習水利工程的學生，可以講古今中外重要的水利工程，講長江入?？诜譃楸敝Ш湍现?，南支的入海水量遠遠大于北支的原因是由于受到地球自轉(zhuǎn)偏向力的影響，對于學習土木工程的學生，可以講為什么要進行邊坡襯砌和設(shè)計排水孔。這樣有側(cè)重點的講授，能夠使不同專業(yè)的學生了解到該課程在自己行業(yè)的應用，拉近了與學生的距離，讓學生做到有的放矢，帶著問題去聽課。

目前，各高校院系教學條件不斷改善，對于講授內(nèi)容中的舉例部分應盡可能多的運用多媒體授課[6]，比如為了說明“液體幾乎不能承受剪切力”這一問題，可以播放一段臺風下的波濤洶涌的影音資料，并加以解釋，這樣就能夠給學生更全面、直觀、生動的認識。除了在緒論部分注重提高學生的學習興趣外，在講授每一章開始的時候，都要告訴學生學習該部分內(nèi)容的目的，讓學生清楚學習該內(nèi)容能夠解決哪些問題。

二、優(yōu)化學生的知識體系

在教學過程中，時常發(fā)生以下情況：在講授完一節(jié)課后，對學生提問學到了什么知識，學生往往回答不出來，一旦遇到綜合性稍強一點的問題，學生便束手無策，不知從何處下手。究其原因，主要是因為學生沒有把所學的知識形成體系。盡管已經(jīng)學到了一些知識，但這些知識在學生的頭腦中是片段式的，因而是不相關(guān)的，這就非常容易忘記。往往是學習了第二章忘記了第一章，沒有形成一套知識體系，從而導致許多學生在學習開始時積極性很高，但隨著時間的推移，逐步失去了學習“水力學”的興趣。其實，任何一門課程都是有著一定的知識體系的，這就如同圖書館里堆積如山的書籍，如果盲目尋找必然事倍功半，但只要將書籍進行分類，按照一定的規(guī)律進行擺放，需要的時候按照規(guī)律去尋找，就會非常簡便。

在給學生傳授水力學知識的過程中，要想達到事半功倍的效果，就需要將每節(jié)課的研究目標和最主要的知識整體的教給學生，讓學生盡早形成知識體系，對所學的內(nèi)容有一個整體的輪廓。在講課的思路上要做到從面到點，先將大的框架給學生建立起來，然后幫助學生把知識點各個擊破，對于重點和難點需要通過練習實踐以及習題課等多次循環(huán)認知讓學生逐步消化。最后通過課程小結(jié)把內(nèi)容回到整體框架中，以鞏固所建立的框架體系。另一方面，要盡量將水力學放在整個大學課程體系當中進行探討，因為在學習水力學時，學生們已經(jīng)學習完了“高等數(shù)學”、“大學物理”等一系列的基礎(chǔ)課，要將這些基礎(chǔ)課的內(nèi)容與水力學的聯(lián)系潛移默化的讓學生逐步理解，達到原先的知識學有所用，同時還要將水力學與今后專業(yè)課程的聯(lián)系讓學生有一個初步了解。

三、強化學生的知識類比意識

水力學是力學的一個分支，力學又是物理學的一個有機組成部分，因此水力學歸根到底屬于物理學的范疇。物理學的發(fā)展史告訴我們，物理學中的許多內(nèi)容具有相似性，如果能夠巧妙地運用類比推理，就能夠取得巨大成功。比如麥克斯韋注意到物理現(xiàn)象、定律之間以及物理現(xiàn)象、定律與其他事物之間具有局部相似性，通過考慮數(shù)學形式的類比，創(chuàng)造性地建立了電磁學方程，建立了完整的電磁場理論。同樣，如果能夠讓學生在水力學課程學習過程中學會類比的方法，學生一定能夠?qū)χR理解的更加深刻，掌握得更加牢固。要啟發(fā)并強化學生的知識類比意識，需要在教學過程中重視在講授新概念、新定理時聯(lián)系舊知識，在新舊知識類比中加深理解、開拓思路。換言之，就是用學生熟悉的理論知識去解釋需要掌握的新理論、新知識。例如在講授水動力學基礎(chǔ)一章中斷面平均流速的概念時，將其與水靜力學一章中求解總壓力的作用點進行類比。斷面平均流速是以它通過過水斷面的流量與實際流速分布通過同一過水斷面的流量相等，即

求解總壓力的作用點是用到合力矩定律：合力對任意軸的力矩等于各分力對該軸力矩代數(shù)和，即

兩者的共同點即找出一個平均的物理量使其作用的效果與原先實際的物理量作用效果相同。通過類比的方法可以使學生將表面上看似毫不相關(guān)的內(nèi)容有機的聯(lián)系起來，加深學生對知識的理解。上述例子的類比對象本質(zhì)上是近乎完全相同的，對于一些有細微差別的內(nèi)容，同樣可以運用類比的方法使學生從已經(jīng)熟悉的內(nèi)容拓展到新的內(nèi)容。例如在講授水動力學基礎(chǔ)中的能量方程時，可以首先提及學生們已經(jīng)非常熟悉的中學學過的機械能守恒定律，即

而后過渡到單位重量的物體的機械能守恒定律，即

然后再介紹理想液體的能量方程，即

通過比較其與中學物理中的機械能守恒定律可以發(fā)現(xiàn)，二者的相同點即都具有重力勢能和動能項，不同之處在于液體的能量方程中多了一項壓能，最后對壓能詳細闡釋。

可見，通過強化學生的知識類比，可以很容易的引導學生通過熟悉的內(nèi)容進入到新的知識領(lǐng)域，既包含知識的橫向拓寬，也有遞進的深入，從而使學生的知識和能力發(fā)生質(zhì)的飛躍，學生創(chuàng)造性思維也就隨之孕育了。

四、培養(yǎng)學生的動手能力

水力學的知識是人們在生產(chǎn)生活實踐中不斷探索總結(jié)出來的，是一門實踐性非常強的課程。要使學生具備理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力，必須通過課程中的重要環(huán)節(jié)—實驗來培養(yǎng)[7]。通過實驗操作能夠培養(yǎng)學生的動手能力，使學生對所學過的理論知識進一步認識和升華，同時該環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學生的興趣也能起到至關(guān)重要的作用。凡學過游泳的人都有這樣的一種體驗，在岸上談如何學習游泳，談一會兒就會使人感到厭煩。但如果能親自下水體驗一下，并努力去學著游，情況就不一樣了，漸漸地會愛上這項運動。人往往一旦愛上某件事，即使不讓他去做，他也非去做不可，興趣就是在一次次實踐中產(chǎn)生和發(fā)展起來的，而且會變得越來越濃。水力學也一樣，在講完一章枯燥乏味的概念和復雜的理論推導之后，難免會讓學生產(chǎn)生厭倦，如果之后配以相應的實驗，讓學生有機會自己親自動手操作，在實驗中去理解概念，分析存在的問題，會使其對該問題重新產(chǎn)生興趣，對所學的概念進行鞏固深化。除此之外，實驗過程還能夠鍛煉學生實驗數(shù)據(jù)采集處理、誤差分析等方面的能力。

[1]趙振興，何建京.水力學[M]. 北京：清華大學出版社，2005.

[2]余周武.《水力學》課程的特點及教學改革的思考[J].水利天地，2010，(2)：14-15.

[3]薛紅琴，林子增.提高水力學教學質(zhì)量的研究探討[J].科技資訊，2010，(1)：196.

[4]嚴麗君.水力學教學中如何提高學生的學習興趣[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2008，(6)：165-166.

[5]田祖安.高等學校水力學課程教學初探[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2007，(S)：62-63.

[6]張璞揚，張權(quán). 談課堂教學與多媒體技術(shù)的辯證關(guān)系[J].教育與現(xiàn)代化，2005，74(1)：30-33.

[7]龐巍，張昀青，呂鵬，等.水力學實驗教學的改革與探索[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2007，(476)：54.

Research on the Scheme of Teaching Reform in Higher Institution for Hydraulics Course Based on Teaching Experience

MENG Xian-meng
China University of Geosciences, Wuhan 430074, China

Hydraulics is one of the important technical foundation courses for hydraulic engineering, geological engineering,environmental engineering, civil engineering and other related professionals. In this paper, the characteristics and status of Hydraulics in the higher institution curriculum is discussed. And then the scheme of teaching-reform for Hydraulics course is proposed from four aspects: increasing students’ interest in learning, straightening out the knowledge system of students, strengthening the analog sense of knowledge in student’s mind, and developing the experimental ability of students..

hydraulics; technical foundation course; higher institution; teaching reform

G642

A

1006-9372 （2011）04-0093-03

2011-07-02。

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金（CUGL100220）。

孟憲萌，男，講師，主要從事水文水資源的教學和研究工作。