提升水力學(xué)與橋涵水文課程教學(xué)效果的探討

陳代海　李整??

摘要：

水力學(xué)與橋涵水文課程是交通土建專業(yè)本科生的一門(mén)必不可少的專業(yè)基礎(chǔ)課。結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)對(duì)課程設(shè)置、教學(xué)環(huán)節(jié)的組織、考核標(biāo)準(zhǔn)的制定等三方面的分析，提出了一些提高課程教學(xué)效果的措施和建議，如水力學(xué)與橋涵水文合并開(kāi)課、教學(xué)緊密結(jié)合工程實(shí)際、正確運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段、合理組織教學(xué)過(guò)程、完善考核標(biāo)準(zhǔn)等。教學(xué)實(shí)踐表明，以上措施，有助于改善專業(yè)考查課教學(xué)方法枯燥、學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)和課程考核方式單一的現(xiàn)狀，有利于提高課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。研究成果也適用于大土木類其他專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：水力學(xué)與橋涵水文課程；教學(xué)研究；課程教學(xué)；教學(xué)實(shí)踐；考核標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：G6420；TV3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：

10052909（2017）01011904

水力學(xué)與橋涵水文課程是交通土建專業(yè)本科生的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程教學(xué)旨在使學(xué)生掌握必要的橋涵水文學(xué)的基本概念、理論、計(jì)算方法，并能應(yīng)用這些知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題，如合理選定橋位、推求設(shè)計(jì)流量、孔徑計(jì)算與墩臺(tái)沖刷深度計(jì)算等，為以后從事道路與橋梁工程設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)工作打下必要的基礎(chǔ)[1-2]。該課程涵蓋的專業(yè)知識(shí)豐富，教學(xué)難度大。課程一般設(shè)置在土木工程專業(yè)交通土建方向第5學(xué)期，性質(zhì)為選修課，教學(xué)計(jì)劃為48學(xué)時(shí)。在學(xué)生沒(méi)有任何“水文水力計(jì)算”基礎(chǔ)的前提下，如何給交通土建方向的學(xué)生講授這門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，并保障課程教學(xué)效果？筆者根據(jù)對(duì)該課程多年教學(xué)實(shí)踐的探索，從課程設(shè)置、教學(xué)環(huán)節(jié)、考核標(biāo)準(zhǔn)制定等三方面，具體探討提升課程教學(xué)效果的一些措施。

一、課程設(shè)置

水力學(xué)和橋涵水文在學(xué)科方面雖然各自都較獨(dú)立，但在理論應(yīng)用方面卻關(guān)系密切[3]。水力學(xué)是橋涵水文的理論基礎(chǔ)，內(nèi)容包括水靜力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、明渠水流、水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律等；橋涵水文講述的是水力學(xué)基本理論在道路與橋梁工程水文計(jì)算中的應(yīng)用，主要內(nèi)容為橋位選擇、設(shè)計(jì)流量推求、孔徑布置、橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算等。過(guò)去由于各種原因，一些院校僅選擇開(kāi)設(shè)水力學(xué)課程或橋涵水文課程，不會(huì)同時(shí)開(kāi)設(shè)這兩門(mén)課。橋涵水文計(jì)算是橋涵布設(shè)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依

據(jù)，橋面高程、孔徑大小、基礎(chǔ)埋置深度等參數(shù)均需要橋涵水文專業(yè)知識(shí)，僅開(kāi)設(shè)水力學(xué)課程對(duì)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)是非常不利的。而僅開(kāi)設(shè)橋涵水文課程，雖然看起來(lái)學(xué)生也能解決工程應(yīng)用問(wèn)題，但由于對(duì)水力學(xué)基本原理缺乏一定深度的認(rèn)知，學(xué)習(xí)橋涵水文知識(shí)難度加大，工程應(yīng)用時(shí)也會(huì)因?yàn)橐恢虢舛霈F(xiàn)問(wèn)題。因此，水力學(xué)和橋涵水文兩門(mén)課程是有機(jī)的整體，均需設(shè)置。

對(duì)水力學(xué)課程和橋涵水文課程，以前很多院校是將其分開(kāi)設(shè)置的。水力學(xué)課程開(kāi)設(shè)在第3或第4學(xué)期，是大土木學(xué)科必修的理論基礎(chǔ)課。橋涵水文課程則開(kāi)設(shè)在第5、第6或第7學(xué)期，是交通土建專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。目前將兩門(mén)課程合并設(shè)置的原因：一方面，教材的一致性難以保證，學(xué)習(xí)時(shí)間間隔較大，不便于教與學(xué)；另一方面，當(dāng)前高等院校教學(xué)改革的趨勢(shì)是優(yōu)化課程體系，打破課程間的壁壘，進(jìn)行課程的重組和整合[4]。因而，無(wú)論是從水力學(xué)和橋涵水文本身知識(shí)體系的聯(lián)系，還是從教學(xué)改革的導(dǎo)向及有利于教與學(xué)的角度來(lái)看，將“水力學(xué)與橋涵水文”作為一門(mén)課程比分開(kāi)設(shè)置要好得多，這也是目前的大趨勢(shì)。在此背景下，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程專業(yè)在2012年制定的培養(yǎng)計(jì)劃中，明確將水力學(xué)和橋涵水文作為一門(mén)課程來(lái)安排教學(xué)。具體課時(shí)安排見(jiàn)表1。

二、 教學(xué)環(huán)節(jié)

合并后的水力學(xué)與橋涵水文課程，其教學(xué)大綱及課程內(nèi)容并未減少，要求也未降低，但總學(xué)時(shí)卻減少了不少。為達(dá)到較好的教學(xué)效果，要求教師在教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)組織上作較大的改進(jìn)，提高課堂教學(xué)效率，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

首先，水力學(xué)與橋涵水文課程是一門(mén)工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，授課過(guò)程中教師一定要結(jié)合工程實(shí)際，大量應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。要將在學(xué)生眼中還是抽象概念的知識(shí)點(diǎn)具體到工程實(shí)踐中，并通過(guò)圖片或視頻等形式呈現(xiàn)出來(lái)，提高課堂講授效率。如：結(jié)合一橋梁圖示，幫助

學(xué)生明白，

在工程設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的橋面高度孔徑大小、墩臺(tái)最小埋置深度等，都需要通過(guò)課程知識(shí)來(lái)解決，可見(jiàn)課程內(nèi)容的重要性；結(jié)合淺基橋梁圖片，啟發(fā)學(xué)生了解合理的基礎(chǔ)埋置深度的重要性；結(jié)合鄭州市域九座黃河大橋分布圖，分析橋位選擇的原則等。化抽象為具體，通過(guò)工程需要尋找解決辦法，目的性強(qiáng)，相比純理論講授，更易調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

其次，在課堂教學(xué)中應(yīng)采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式。該課程知識(shí)點(diǎn)多，理論部分比較抽象、枯燥，采用傳統(tǒng)板書(shū)式的課堂教學(xué)方式，很多重要內(nèi)容學(xué)生難以理解，學(xué)習(xí)效率低。多媒體教學(xué)可以通過(guò)巧妙的構(gòu)思、生動(dòng)的畫(huà)面、形象的演示，使實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)更清晰直觀，易于學(xué)生理解和掌握，提高課堂教學(xué)效率。山區(qū)河流和平原區(qū)河流的水流特征、不同河段的橋位選擇和孔徑布置要求、適線法計(jì)算時(shí)理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)頻率曲線的對(duì)比、橋面最低高程的影響因素、墩臺(tái)沖刷的理論推導(dǎo)圖示及墩形、導(dǎo)流堤和丁壩的設(shè)置及其形式和小橋涵的水流計(jì)算及進(jìn)出水口的處理等，這些內(nèi)容建議采用多媒體教學(xué)手段授課。雖然多媒體教學(xué)方式好處很多，但在重要計(jì)算公式的推導(dǎo)部分還是建議采用板書(shū)方式效果會(huì)更好，因?yàn)樵诎鍟?shū)的過(guò)程中，可以給學(xué)生充分的思考時(shí)間，更利于學(xué)生接受理解。如：明渠均勻流水力計(jì)算、流量計(jì)算、小橋和涵洞孔徑計(jì)算等。隨著計(jì)算機(jī)的普及，教師應(yīng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)解決課程有關(guān)問(wèn)題的能力。如：習(xí)題課時(shí)，借助AutoCAD、EXCEL、自編程序等，將相關(guān)分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法流量計(jì)算、孔徑布置、最低橋面高程和沖刷深度計(jì)算等橋涵水文計(jì)算，在多媒體上按步驟一步步地推導(dǎo)。多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)方式的結(jié)合，既能直觀、方便地完成教學(xué)任務(wù)，又有助于培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)有手段解決問(wèn)題的能力，減少手算麻煩和易錯(cuò)的弊端?？傊鶕?jù)授課內(nèi)容的不同，合理選擇多媒體課件、黑板板書(shū)和現(xiàn)有計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算軟件等，有側(cè)重地講解知識(shí)。

最后，重視教學(xué)內(nèi)容的組織與設(shè)計(jì)。水力學(xué)與橋涵水文課程知識(shí)點(diǎn)橫跨多個(gè)學(xué)科，專業(yè)知識(shí)豐富，教學(xué)難度大。本著服務(wù)于道路與橋梁工程應(yīng)用研究為目標(biāo)，在課堂教學(xué)中要突出橋涵水文知識(shí)和橋涵水文設(shè)計(jì)技能的講授，根據(jù)工程應(yīng)用研究需要具體設(shè)置教學(xué)內(nèi)容的難度、深度和廣度，不必面面俱到。如水力學(xué)部分重點(diǎn)詳細(xì)講解明渠水流、水靜力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、水流阻力和水頭損失

等；橋涵水文部分重點(diǎn)講解水文統(tǒng)計(jì)法、設(shè)計(jì)流量計(jì)算、孔徑計(jì)算、橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算等，一般性介紹河川徑流、橋位勘測(cè)和橋位選擇、小橋涵孔徑計(jì)算，簡(jiǎn)單介紹調(diào)治構(gòu)造物，

要求學(xué)生課下自學(xué)海洋水文和橋梁水工模型試驗(yàn)。在上述基本原則下合理分配講授學(xué)時(shí)。講授順序按照便于理解與應(yīng)用的目標(biāo)設(shè)置，部分知識(shí)點(diǎn)可將水力學(xué)和橋涵水文知識(shí)融合在一起講解，結(jié)合河流的水流狀態(tài)，講解相應(yīng)的水力學(xué)計(jì)算理論，如明渠均勻流的水力特征和基本公式、明渠非均勻流的水力特征和基本公式、復(fù)式斷面明渠均勻流的水力計(jì)算、謝才公式的推導(dǎo)及其應(yīng)用等。也可將復(fù)式斷面明渠均勻流水力計(jì)算與歷史洪水流量計(jì)算一起介紹。還可將臨界水深、臨界底坡、水躍、水跌與小橋涵孔徑計(jì)算合并講解。

三、考核標(biāo)準(zhǔn)的制定

除教學(xué)環(huán)節(jié)外，考核標(biāo)準(zhǔn)制定得是否合理和學(xué)習(xí)效果也有著密切關(guān)系。一般選修課傳統(tǒng)的考核方式有考查和考試兩種。采用考查方式考核，學(xué)生會(huì)對(duì)相關(guān)選題有相對(duì)全面的了解，能夠接觸到新的研究成果，但對(duì)課程整個(gè)知識(shí)體系的掌控可能較弱。采用考試方式考核，目前標(biāo)準(zhǔn)化考題客觀題多，主觀性、綜合性試題少，雖然能給出相對(duì)客觀的評(píng)判，但對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的考核力度不夠。目前考試改革的大方向[5]是順應(yīng)新時(shí)代要求，建立以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為核心的綜合評(píng)價(jià)體系，既要有標(biāo)準(zhǔn)化考試，又要有非考試性測(cè)評(píng)；要增加主觀題的分量，重視綜合運(yùn)用能力的考核；鼓勵(lì)學(xué)生參與教學(xué)、工程實(shí)踐和科研工作，并給予相應(yīng)的加分獎(jiǎng)勵(lì)等。

結(jié)合以上考試改革方向，筆者認(rèn)為該課程考核可采取如下一些措施：

第一，設(shè)置平時(shí)表現(xiàn)考核環(huán)節(jié)（占20%），包括課堂表現(xiàn)（占10%）和平時(shí)作業(yè)（占10%）。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)的考核，有利于督促學(xué)生學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。具體內(nèi)容有出勤情況、課堂活躍程度（課堂搶答、學(xué)生提問(wèn)等）、作業(yè)完成質(zhì)量等。

第二，卷面考核環(huán)節(jié)（占50%）。在考試題型的設(shè)計(jì)上，減少客觀題分值，加大問(wèn)答題、計(jì)算題、論述題比重，特別是增加一些綜合性試題。如計(jì)算一座中小橋梁的設(shè)計(jì)流量需要搜集哪些資料？這類問(wèn)題既綜合考核了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，又與工程實(shí)際緊密結(jié)合，能有效培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

第三，加強(qiáng)對(duì)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的考核（占30%）。課程設(shè)計(jì)是學(xué)生與工程實(shí)際接觸的橋梁，缺少課程設(shè)計(jì)必將影響日后學(xué)生對(duì)水文問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與處理，因此，對(duì)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須加以重視，嚴(yán)格考核。需要注意的是，要避免像傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)那樣集中在學(xué)期末（時(shí)間緊）和室內(nèi)統(tǒng)一進(jìn)行（枯燥乏味），既有課外實(shí)踐環(huán)節(jié)，又有內(nèi)業(yè)處理環(huán)節(jié)。具體做法：事先選定橋位，組織學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)河床斷面、水面坡度，收集流域水文參數(shù)、河道糙率系數(shù)、歷史洪水流量資料，調(diào)查歷史特大洪水情況，了解河床基本狀況等；要求學(xué)生3～5人一組完成橋位的設(shè)計(jì)流量計(jì)算、孔徑布置、橋面高程確定、沖刷計(jì)算等基本的水文計(jì)算。通過(guò)分析對(duì)比，最終選擇合理的計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)，盡量做到與實(shí)際工程分析計(jì)算相同。推薦學(xué)生借助AutoCAD、EXCEL、自編程序等完成計(jì)算，不推薦使用商業(yè)水文計(jì)算軟件，因?yàn)樽鳛槌鯇W(xué)者需要掌握將基本理論應(yīng)用于工程實(shí)際的方法。

第四，在理論與實(shí)踐應(yīng)用方面有創(chuàng)新成果和獨(dú)到見(jiàn)解的，應(yīng)給予加分獎(jiǎng)勵(lì)。

四、結(jié)語(yǔ)

從課程設(shè)置、教學(xué)環(huán)節(jié)、考核標(biāo)準(zhǔn)制定等三方面，探討了提升水力學(xué)與橋涵水文課程教學(xué)效果的一些具體措施。一是將水力學(xué)和橋涵水文作為一門(mén)課程來(lái)教學(xué)，而不是作為兩門(mén)課分開(kāi)來(lái)安排教學(xué)。二是在教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合實(shí)際工程授課，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段合理組織教學(xué)活動(dòng)，有助于提高課堂教學(xué)效率，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。三是制定合理的考核措施，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。從近幾年的教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，課堂教學(xué)氛圍活躍，80%左右的學(xué)生卷面考核成績(jī)優(yōu)良，在平時(shí)作業(yè)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的水文計(jì)算等環(huán)節(jié)，大部分學(xué)生能夠保質(zhì)保量順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

可見(jiàn)，采取上述措施能使學(xué)生牢固掌握

知識(shí)點(diǎn)，并具有解決實(shí)際問(wèn)題的能力，教學(xué)效果良好。參考文獻(xiàn)：

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Abstract：

Hydraulics and hydrology of bridge and culvert course is an essentialprofessional basic coursefor undergraduates majoring in traffic and civil engineering. In order to exploreitsteaching effect as an elective course，some effective teaching strategieswere discussedcombined with years of teaching practice and the analysis of curricula arrangement， teaching organizationand assessment standards. Some measures and suggestionsto improve the teaching effect of this course were put forward： combining hydraulics course with hydrology of bridge and culvert course， close integration with engineering practice， correct use ofmodern teaching means， reasonable teaching process organization， perfecting assessment standards， and so on. Teachingpractice showedthat the above measures and suggestionswere effective， and the condition of boring teaching method， passive learning and assessment standardssingleness had been changed. So it is helpful to improve the teaching effect of this course and cultivate comprehensive ability of students.Research results arealsoapplicabletoteaching practice of professional basic courses opened in civil engineering.

Keywords： hydraulics and hydrology of bridge and culvert； teaching research； course teaching； teaching practice； assessment standards

（編輯王宣）