水工建筑物教學(xué)方法探討
——以河西學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)為例

尚國秀，滕美玲

（1.河西學(xué)院土木工程學(xué)院河西走廊水資源保護利用研究所，甘肅張掖，734000；2.黑龍江水利水電學(xué)校，黑龍江大慶，163000）

引言

《水工建筑物》課程是農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)理論與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)主干課程之一，通過對本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識和掌握水利工程樞紐中各種建筑物的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、工程特點、設(shè)計計算方法及運行維護等，對學(xué)生今后從事水利類相關(guān)的勘測、規(guī)劃設(shè)計、施工、運行管理等工作打下良好的基礎(chǔ)。

《水工建筑物》在綜合運用水力學(xué)、土力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、工程水文學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)及有限元理論等基本知識的基礎(chǔ)上，需結(jié)合在生產(chǎn)實踐中總結(jié)的經(jīng)驗教訓(xùn)。對學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程提出了較高要求，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度較大。只有全面掌握基礎(chǔ)知識和建筑物設(shè)計理論方法，才能較高質(zhì)量地完成水工建筑物課程設(shè)計，同時為畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。另一方面，為保證教學(xué)質(zhì)量，要求教師對基礎(chǔ)理論知識有較全面的掌握，同時具備較為豐富的工程實踐經(jīng)驗，注重專業(yè)積累、拓寬知識面和視野、關(guān)注前沿的水利科學(xué)研究及技術(shù)問題。

水利工程具有規(guī)模大、地形地質(zhì)條件復(fù)雜、一次性投資大、建設(shè)周期長等特點，而水工建筑物所處地理位置特殊、種類繁多、結(jié)構(gòu)組成及運行條件復(fù)雜，加之新材料、新技術(shù)、新理論、新工藝等在工程實踐中的不斷推廣和應(yīng)用，使得現(xiàn)行的教學(xué)方法、理論及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置不能滿足工程實踐對教學(xué)的需要。本文就本課程的教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)內(nèi)容及方法，做簡單探討。

1 本課程教學(xué)現(xiàn)狀

河西學(xué)院土木工程學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)開設(shè)自2013年9月，水工建筑物課程的講授歷時較短，主要由青年教師擔(dān)任授課任務(wù)，工程實踐經(jīng)驗相對缺乏，課程建設(shè)還處在初步發(fā)展階段，在教學(xué)過程中存在以下幾個方面的問題。

1.1 教學(xué)內(nèi)容、課時、教材選擇問題

水工建筑物教學(xué)內(nèi)容涵蓋面廣，除常規(guī)的重力壩、拱壩、土石壩、水閘、溢洪道、水工隧洞、渠系建筑物外，新壩型、新材料、新工藝、新技術(shù)等不斷出現(xiàn)，本課程總學(xué)時為68學(xué)時，教師無法在有限的時間將水工建筑物主要內(nèi)容全面、完整地講授給學(xué)生。與其它基礎(chǔ)課程結(jié)合緊密，相關(guān)公式不做推倒，注重應(yīng)用。由于部分學(xué)生前期學(xué)習(xí)基礎(chǔ)沒有打好，出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。整體造成課程內(nèi)容與學(xué)時之間的矛盾。

在教材選擇方面，我院農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)選擇河海大學(xué)沈長松教授主編的《水工建筑物》（第二版），該教材為“十二五”普通高等教育本科國家規(guī)劃教材及全國水利行業(yè)“十三五”規(guī)劃教材。本教材內(nèi)容全面、豐富，有一定深度及難度。不同水利類專業(yè)、不同層次院校的《水工建筑物》教材應(yīng)具有一定針對性和側(cè)重點，體現(xiàn)共同性及差異性。不能讓教師在教學(xué)過程中根據(jù)個人意愿選擇性教學(xué)，不能既注重廣度又注重深度，針對我校農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)學(xué)生可適當(dāng)降低理論分析難度，注重整體概念的認(rèn)識和主要理論設(shè)計方法學(xué)習(xí)。

1.2 課程體系缺乏系統(tǒng)優(yōu)化

水工建筑物是一門綜合性專業(yè)課程，涉及面非常廣，基本涵蓋了學(xué)生之前所學(xué)的所有基礎(chǔ)類課程。本課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用不像基礎(chǔ)課程只需將已知條件帶入相應(yīng)公式分析計算即可得出結(jié)果，大部分學(xué)生不清楚應(yīng)該從哪里著手，更沒有較為全面的設(shè)計思路。如果把基礎(chǔ)課程比喻成做一道提供主材的菜，那么專業(yè)課程就是要做一餐桌的盛宴，要求自主性和綜合應(yīng)用性更強。

更重要的是，基礎(chǔ)課程與專業(yè)課內(nèi)容缺乏對接，課程與課程之間內(nèi)容存在重復(fù)或脫節(jié)現(xiàn)象，基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)未強調(diào)與專業(yè)課程之間的聯(lián)系，教學(xué)內(nèi)容缺乏整體和系統(tǒng)優(yōu)化，使學(xué)生在基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)過程中只注重知識本身而不清楚這些知識點在專業(yè)中如何應(yīng)用。例如，土石壩的變形分析、邊坡穩(wěn)定計算可放在土力學(xué)課程中講解，又如孔口尺寸的計算、消能設(shè)計和滲流計算可放在水力學(xué)中講解。

大壩應(yīng)力分析、水閘結(jié)構(gòu)計算中的結(jié)構(gòu)簡化可在材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)中適當(dāng)擴充以為專業(yè)課的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。而相關(guān)課程教師應(yīng)加強溝通交流，加強基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程間的銜接和聯(lián)動。

2 合理安排教學(xué)內(nèi)容，注重學(xué)生分析、解決問題的能力

2.1 把握課程規(guī)律，合理安排教學(xué)內(nèi)容

本課程包括許多建筑物，涉及的基本概念、基本理論、基本方法較多，而且各種建筑物的構(gòu)造和組成各不相同。表面上它們之間似乎是相互獨立的，但透過現(xiàn)象看本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們在內(nèi)容上有一定的規(guī)律?？蓮囊韵聨追矫鎭矸治觥Ｒ皇蔷C合布置。任何建筑物都要布置在其特有的地形地質(zhì)條件之上。布置的總體原則基本上是一致的。二是荷載及組合，水工建筑物的作用是控制和利用水流，各種水工建筑物所承受的荷載具有統(tǒng)一性和差異性，但荷載組合的方法和計算原則是相同的。三是結(jié)構(gòu)計算，結(jié)構(gòu)計算的目的是對建筑物進(jìn)行應(yīng)力分析，校核建筑物強度是否滿足要求，一般采用材料力學(xué)強度理論公式進(jìn)行校核。四是穩(wěn)定計算，一般采用理論力學(xué)中的靜力平衡法，即抗滑力大于等于滑動力，并考慮不同因素選取合適的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。五是水力計算，水力計算的目的是要確定孔口尺寸和消能工設(shè)計，主要方法是水力學(xué)法；六是型式與構(gòu)造，每個建筑物都有適合其自身的工作條件和構(gòu)造要求，且構(gòu)造措施和原則亦是相同的，例如水工建筑物的水下部位結(jié)構(gòu)措施，主要是防滲和排水，即上堵下排[1]。

根據(jù)水利學(xué)科的發(fā)展，結(jié)合專業(yè)的教學(xué)大綱和人才培養(yǎng)目標(biāo)，就學(xué)時少的問題，應(yīng)對專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容做適當(dāng)調(diào)整、刪減和補充。例如，重力壩是典型的水工建筑物，學(xué)生可通過對重力壩的學(xué)習(xí)，掌握一般水工建筑物規(guī)劃、設(shè)計的理論和方法。荷載及組合、穩(wěn)定計算在重力壩章節(jié)中做重點講解，其它建筑物可做借鑒。再如，水工建筑物地基處理，巖基的處理以重力壩為代表，軟土地基的處理以水閘為代表。就各類水工建筑物的概述，可增加我國乃至世界最前沿的，最具代表性的建筑物，使學(xué)生在了解專業(yè)動向的同時增強專業(yè)自信。

2.2 圍繞課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力

授人以魚，不如授人以漁?！端そㄖ铩氛n程教學(xué)的關(guān)鍵，是教會學(xué)生在掌握基本理論、基本方法的前提下，利用所學(xué)的理論知識分析和解決工程實踐中的問題。例如，在學(xué)習(xí)一類水工建筑物時，首先從它的功用、工作原理、基本類型入手，針對該建筑物的特點和工作運行中可能出現(xiàn)的問題，采取相應(yīng)的處理措施。不同建筑物之間應(yīng)注意橫向?qū)Ρ?，例如重力壩、土石壩與拱壩的差異。

再如，水工建筑物的結(jié)構(gòu)計算，多是在一定的假定前提下，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化，從而利用已學(xué)的力學(xué)知識進(jìn)行應(yīng)力分析計算。結(jié)構(gòu)計算的關(guān)鍵是抓住三個要點，一是計算其作用荷載及荷載的組合，二是在一定的假定前提下進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化，并作出結(jié)構(gòu)計算簡圖，三是根據(jù)建筑物的工作條件和結(jié)構(gòu)型式選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎惴椒?。這樣學(xué)生在做課程設(shè)計時，有一個整體的思路，能夠克服對結(jié)構(gòu)計算的畏懼心理，專心研究設(shè)計本身，根據(jù)已知條件查找資料，尋求解決問題的方法，不至于眉毛胡子一把抓。

2.3 加入工程現(xiàn)場理論教學(xué)環(huán)節(jié)

理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，可適當(dāng)加入工程現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)實際情況，到學(xué)校周邊的工程規(guī)模適宜、布置結(jié)構(gòu)型式典型的水工建筑物現(xiàn)場結(jié)構(gòu)理論知識講解，使學(xué)生對建筑物組成、細(xì)部構(gòu)造、結(jié)構(gòu)型式等有更為直觀的認(rèn)識。當(dāng)然本環(huán)節(jié)要使課程進(jìn)度、課程計劃和課程內(nèi)容而定。因客觀因素限制而不能現(xiàn)場學(xué)習(xí)的情況，可利用結(jié)構(gòu)模型作為輔助教學(xué)[2]。

3 注重培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

3.1 結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)，強化課程設(shè)計

河西學(xué)院土木工程學(xué)院一直注重校企合作，在學(xué)校政策的大力支持下，努力與張掖市內(nèi)及周邊多家設(shè)計、施工企業(yè)建立長期的合作關(guān)系，為學(xué)生的實習(xí)提供支持和幫助。其中最典型的是大三學(xué)生為期一個月的生產(chǎn)實習(xí)。實習(xí)過程中，學(xué)生就實習(xí)單位相關(guān)已完成的或未完成的簡單的問題，做相應(yīng)的計算和分析。例如某水工建筑物的水力計算、結(jié)構(gòu)計算等?？蛇m當(dāng)將生產(chǎn)實習(xí)與學(xué)生課程和畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合，延長設(shè)計周期，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)壓力，專心做設(shè)計。同時增強生產(chǎn)實習(xí)的目標(biāo)性和實用性，課程指導(dǎo)教師把控學(xué)生的設(shè)計思路、設(shè)計方法和具體步驟，實習(xí)單位可幫助把關(guān)，就設(shè)計的全面性、完整性提供相應(yīng)的指導(dǎo)。學(xué)生在專業(yè)、規(guī)范的設(shè)計訓(xùn)練后，對水工建筑物的設(shè)計有全面的掌握，加強學(xué)生分析解決問題能力、計算能力、繪圖識圖能力、表達(dá)能力的培養(yǎng)，為今后從事水利類工程生產(chǎn)設(shè)計及施工相關(guān)工作奠定良好基礎(chǔ)。

3.2 提高綜合運用軟件的能力

水工建筑物設(shè)計內(nèi)容廣、計算量大，很多工程問題依靠手工計算量大或無法解決，如渠道的水面線計算、拱壩的應(yīng)力計算、土石壩的滲流分析等，在教學(xué)過程中，教師可通過有限元軟件建立結(jié)構(gòu)仿真模型，直觀展示變化過程及分析過程。學(xué)生也可查找相關(guān)資料，通過VB等軟件自行編輯小型程序，解決簡單的水工建筑物計算問題。還可通過CAD等軟件建立水利模型，增化對水工建筑物整體結(jié)構(gòu)的掌握。

3.3 制作水工模型，提高動手能力

水工建筑物種類眾多，各建筑物結(jié)構(gòu)型式多樣，學(xué)生可根據(jù)需求制作滿足一定要求的簡易水工模型，作為教師教學(xué)過程中的輔具，提高學(xué)生動手能力及團隊協(xié)作能力。

4 結(jié)束語

水工建筑物作為一門水利類專業(yè)核心課程，根據(jù)不同專業(yè)、不同層次需求，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、教材選擇，尤其是新增水利類專業(yè)，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)及方案，在教學(xué)方法上可做一定的嘗試，尋求適合學(xué)校、適合當(dāng)?shù)?、適合本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量，不可盲目更風(fēng)、生搬硬套。

[1]楊邦柱.《水工建筑物》教學(xué)的認(rèn)識和實踐[J].教學(xué)與研究,1994,(04):35-38.

[2]楊世鋒,柴啟輝.《水工建筑物》課程教學(xué)研究淺析[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究, 2017, (04):254-255.

[3]孫學(xué)智.《水工建筑物》課程教學(xué)體會[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊, 2008,(09):137.

[4]唐欣薇，譚茶生.水工建筑物課程內(nèi)容和教學(xué)體系的改革[J].高等建筑教育，2016，(02):96-99.

[5]張志宇，郝娜.《水工建筑物》課程教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查分析與改革對策—以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)為例[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（農(nóng)林教育版），2012,(02):125