《工程水力计算》课程教学手段改革实施方案
一、改革实施的背景及意义
《工程水力计算》课程教学手段是探讨教学手段的合理选择和运用，应遵循“学生为本，效果至上”的思想，即以是否有利于调动学生积极性，是否有利于知识的理解和掌握，能否引发积极思考为原则，而不是教师轻松省力为原则。
《工程水力计算》是我院校水利工程施工技术专业、水利工程专业、农业水利工程技术专业的一门骨干专业基础课，即介于基础课与专业课之间的一门课程，具有承上启下的作用。该课程主要研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其实际应用。在工农业生产的许多部门，如水利、水力发电、航运、交通、建筑、石油、采矿、冶金等部门，都会碰到大量与工程水力计算有关的生产技术问题。因此，长期以来，我院非常重视该课程的教学，为了提高教学效果，我院在近几年的教学过程中，不断对改课程的教学方法及手段进行了探索与研究，旨在优化该课程的教学手段。
在教学过程中，我们发现该课程的理论性比较强，课程涉及到高等数学中积分、求导等计算方法，以及物理学和理论力学中相关的运动规律和原理，因此该课程的综合性很强，学习《工程水力计算》要有一定的数学、物理和理论力学知识基础，且需要学生具有分析问题和综合运用知识的能力。在《工程水力计算》的学习过程中，学生对该课程的评价是“概念多，公式多，推导多”，这也是这门课程的三个显著特点。《工程水力计算》的研究内容包括“水静力学”和“水动力学”；研究方法是利用“普通物理公式”推导“工程水力计算公式”，利用“基本原理”解决“各种水力现象”。总的来说内容庞杂，学生普遍感到该课程较难。因此如何让学生轻松地理解这些概念，记住并准确运用这些公式，充分理解这些公式的推导过程是该门课程的教学重点。
该课程涉及到很多实际水利工程问题，如各种输水管道、明渠的水力计算，挡水建筑物、输水建筑物及泄水建筑物的计算与设计等，具有很强的工程实践性。因此，教学过程中应注意学生理论联系实际能力、设计能力、解决实际问题能力的培养。通过教材改革和实训项目的紧密结合，促使《工程水力计算》课程由“课堂教学”的传统教学模式，转化为“学训一体”教学模式，重在能力培养，提高人才培养质量。
二、存在的问题
教学手段是教师向学生表达教学内容、传授课程知识的途径。长期以来，大量教师对工程水力计算的教学手段进行研究，但最终归结起来主要就是“板书”教学和“多媒体”教学，对目前《工程水力计算》教学现状中存在的问题总结如下：
1.过分强调“多媒体教学”的地位
根据对各高校教学方法的调查，目前《工程水力计算》教学中多采用多媒体教学。多媒体教学能将图、文、声、像集中于一身，为教学提供了丰富的视听环境，具有传递信息量大、节约课时的优点，可激发学生学习兴趣，提高学习效率，多媒体还可以将工程水力计算中很多教师很难用语言表述清楚或学生很难理解的水力现象展示给大家，这样就使抽象、难懂的问题变得直观易懂了。因此随着多媒体技术的推广，《工程水力计算》的多媒体教学现在已经在各高校普及，可以说是教师教学过程中有力助手之一，但在多媒体教学具有如此诸多优点的同时，在工程水力计算的多媒体教学中也体现出诸多不足之处。教学反馈表明，工程水力计算课程的多媒体教学效果并不十分理想。这主要是因为教师在教学过程中过分依赖多媒体，而忽视了“板书”这一传统教学方法在工程水力计算教学中的重要作用，有些教师将所有概念、图示、公式、甚至公式的推导过程和一些例题、习题的解答过程，全部用多媒体展示给大家，殊不知多媒体教学过程较快，学生很难在幻灯片的放映过程将这些公式和解题方法和步骤掌握，相反，如果教师能用粉笔在黑板上将公式一步一步的推导和将例题从头至尾分析并解答，对学生以后分析问题和解决问题的能力的提升非常重要。
2.多媒体课件质量有待提高
多媒体课件是多媒体教学的核心，课件的质量关系到多媒体教学效果的好坏。因此，教师在课前应精心准备多媒体课件，以实现多媒体在教学中的作用，但目前部分工程水力计算课件存在以下几方面问题：（1）文字繁琐冗长，教师在制作课件之前，应对课程的主要内容进行整体把握，教学内容要做工程水力计算教学方法的探讨到准确，符合课程标准，课件上的内容应对教学起到引导作用.但有的老师过分依赖课件，在制作课件时将所有文字都打到课件中，讲授时则“照屏宣科”，教学效果很差。（2）缺少图片、动画和工程视频，工程水力计算的每一部分内容的学习都离不开图、动画或者视频，而限于教师对各种课件制作技术的使用程度，在课件制作过程中缺少各种水流现象的动画，仅有的少数视频也是从网上搜集的部分实验视频，播放速度较快，教师无法在视频播放过程中对水力现象进行充分讲解。（3）色彩搭配不得当，有些幻灯片制作的非常花哨，色彩搭配不和谐；也有些幻灯片制作过程中并没考虑到在幻灯片在教室放映时的效果，背景色与字体颜色对比不鲜明，学生看起来不清晰。
3.只强调理论知识，忽视实验教学
由于液体运动的复杂性,工程水力计算的研究离不开科学试验。所以, 工程水力试验教学是该课程中的一个十分重要的教学环节。工程水力实验课不仅能使学生加深对书本中理性知识的理解,达到消化和巩固的目的,而且还有助于培养学生的动手能力,初步掌握一些基本的实际操作技能和感性知识。在我院以前的教学过程中，由于缺乏实验设备及条件，很多水力实验都没有进行，只讲了理论知识，没有注重实践教学，而高职教育就是要注重培养学生较强的动手能力和较强的职业技能,因此要改善教学方法,增加教学手段,提高教学效率,让学生在有限的时间内,掌握较多的知识和技能。
三、改革实施主要内容
1．以板书教学为主，多媒体教学为辅
虽然多媒体教学是现代教学手段中的主流，但板书教学却是工程水力计算教学中任何一种教学手段不可替代的、最有效的教学方法“黑板 + 粉笔”教学具有即时性、灵活性、生动性、有针对性和停留时间长、方便随意的优点，可以充分展示教师的主导作用，在公式推导过程中具有无可替代的优势。因为工程水力计算公式应用时有很多使用条件和注意事项，而这些条件都是在推导过程产生的，只有了解这些推导过程，学生才能熟练并正确运用这些公式。另外，推导公式的过程实质上是教师交给学生如何分析并解决问题的过程，只有学会分析问题，才能真正解决问题，所以板书教学在工程水力计算教学中是占有优势的，虽然提倡在工程水力计算教学过程中使用板书教学，但不能忽视多媒体在教学中的作用。因为工程水力计算课程针对的是“无形”的水，在教学中会遇到各种水流现象和水利工程.可以运用现代化教学手段，让学生直接看到各种水力现象，学生可以看见实际的水流，这样既生动，又有助于学生理解，是传统板书教学无法达到的境界。已有研究表明，影响教学质量的并非多媒体技术本身，而是低水平的多媒体课件与尚未成熟的“工程水力计算”多媒体教学方法造成的。
因此，我们教学中，根据教学内容的不同，将两者结合使用，扬长避短，充分发挥两种教学手段的作用，有效地提高了教学效果和教学质量。尤其对于工程水力计算这门工程性很强的课程，如果有条件的话，应增加多媒体课件中的工程图片的量，以及一些典型工程的运行情况的录像片，在讲授相关知识的过程中介绍给同学们，会收到更好的教学效果。
2.合理安排教学进度
现在工程水力计算课在大部分高校的相关专业的培养计划中所占学时非常少，而该课程理论性强、难度大，所以对课程教师来说是一项巨大的挑战.大部分老师为了赶进度，将教学进度安排的很紧，致使学生上课跟不上老师的速度，学起来很吃力，久而久之就对工程水力计算失去了兴趣。在工程水力计算课程学习初期，教师应放慢速度，让学生有个适应过程；另外，贯穿工程水力计算教材的两大理论（流束理论和流场理论）和三大方程（连续性方程、能量方程和动量方程）的大部分相关内容也都在教材的前部分给予介绍。所以教师的首要任务是将这些基本理论让学生吃透，只有让学生真正掌握这些理论和方程，才能利用这些方程解决课程后面遇到中的各种水力问题。然后，教师可以根据相关专业的需要对以后各章节的特殊的水力问题的讲授速度进行合理调节。
3.加强实验教学
在目前的实验教学过程中,发现了部分学生对实验课教学不重视,实验操作不认真,拼凑或编造实验数据,抄袭他人实验报告等现象,影响了学生能力的培养和实验教学质量的提高。通过分析这些现象产生的原因,我们认为这与学生对实验教学缺乏兴趣有很大的关系。为此,研究和分析如何激发和培养大学生的实验兴趣,提高实验教学质量具有重要的意义。
实验教学内容是影响学生实验兴趣的直接因素,如果验证性项目过多,实验内容枯燥乏味, 不利于学生思维能力和操作技能的培养,久而久之学生便会对实验教学失去兴趣。在工程水力计算试验的教学改革中,对原有内容做了较大改进, 删减了知识面狭窄、内容陈旧的部分验证型、操作型项目, 并将设计性、综合性实验项目所占的比例进行提高,增设了部分选做项目,学生可根据自己的兴趣爱好自由选择。通过和学生座谈, 他们反映在现行实验内容安排上验证性、操作性实验项目多,设计型和综合型项目少,现代科学新技术,与工程实践紧密结合的实验内容更少。要激发学生实验兴趣,仅靠一般的验证性和操作性实验是不够的,要在教学中充分利用学生在学习中的好奇、探索、创新的心理, 在保证学生熟练掌握基础实验知识和基本实验技能的前提下, 注重实验项目的优化和教学内容的改进,深化实验内容的层次结构,使基本训练和验证性、分析性、综合性、设计性、科研性实验项目合理搭配, 依据从简单到复杂、由低到高的循环渐进的原则,并注重实验内容的丰富性、系统性和科学性, 使其尽量新颖和实用。使实验课程教学随现代科学技术和施工技术的发展不断进行实验项目的改进和更新,力求使实验内容理论联系实际,突出其在以后工作中的实用价值,将反映现代科学技术新成就和现代工程应用技术的内容恰当地引入实验教学。
教师的高水平教学和学生的独立钻研精神,是培养和发展学生实验兴趣的基本条件。大学生正处于智力发展的“顶点”, 喜欢对理论和实践问题进行独立思考并发表自己的解, 如果在教学中仍采用传统的“灌输式”、“注入式”的教学方法, 把学生当做知识的容器进行灌输,他们的好奇、探索和创新的心理特点得不到满足与发展,就会抑制了兴趣和积极思维的培养。在实验过程中教师要明确学生是学习主体的观点,在学生熟练掌握基础实验知识和实验技能之后,充分利用大学生求知欲强、愿意动手、喜欢操作的特点,放手让学生在实验过程中唱“主角”,给学生充分的独立思考、独立活动和探索新知识的锻炼机会,充分发挥学生在实验中的主观能动性。
4.注重更新实验教学手段
随着科学技术的高速发展,电化教学手段已广泛应用, 计算机及多媒体技术也日益普及,这些教学手段可以将实验的全过程生动、形象、直观地展现在学生们面前, 便于学生对某些抽象、枯燥的实验原理、理论和概念更准确、更深刻地理解和掌握, 激发学生的学习的兴趣, 提高他们学习的积极性。近年来开始应用的计算机辅助教学技术,可以把计算机应用和实验教学紧密结合起来,利用微机模拟实验的全过程,这些软件有丰富的显示画面和良好的人机界面, 有提问式、引导式、答疑式、交互反馈式等多种人机对话功能,具有生动、直观、有趣、吸引力大的特点,对拓宽学生知识面,开阔学生视野,巩固和提高学生计算机应用能力,培养学生创造性思维有极大促进作用,这是传统的实验教学手段所无法比拟的。还要注意加强计算机在实验教学中的应用,引导学生利用计算机进行繁杂的实验数据处理和数据分析,不断改进传统的实验方法和测试手段,促进实验内容与现代科学技术的有机结合。
5.课后答疑
由于工程水力计算中概念和公式多，又涉及大量数学和物理知识，学生对该课程的普遍反映是“难”，仅仅利用课上的时间将教师讲授的内容完全掌握更是有难度，所以该课程设置课后答疑是非常有必要的。教师应在工程水力计算教学中每周都选取一到两个小时的时间在固定地点对学生进行答疑。结果也表明每次都会有同学带着问题来问，学生也表示老师的课后答疑对他们的学习很有帮助。
四、取得的成果
我院选用的《工程水力计算》是“国家示范性高等职业院校建设计划项目”中央财政支持重点建设专业杨凌职业技术学院水利水电建筑工程专业课程改革系列教材。全书共分10个学习单元，内容包括：液体认知、静水压强与静水压力计算、水流运动的基本原理介绍、水头损失计算、有压管流水力计算、渠道水力计算、堰闸水力计算、建筑物下游消能水力计算、水力计算案例、理正工程水力计算软件使用说明。该教材内容精炼，重难点突出，能够满足我院水利工程施工技术、水利工程、农业水利工程技术专业的需求。在2012级水利工程施工技术、水利工程、农业水利工程技术专业的《工程水力计算》的教学过程中，我们采用的是“六步教学法”，学生在每个学习情境中，要针对该情境的主要内容完成相应的工作任务，根据工作任务的完成情况给平时成绩。这样既可以让学生及时复习所学内容，也可清楚地认识到每个情境的重、难点以及自己对知识的掌握情况。教师通过学生所提交的工作任务书可以随时掌握学生对知识的掌握情况，从而根据实际情况随时对教学进度进行调节。期末考试采用试题库出题，并要做到教考分离，学院统一命题、统一考试、统一阅卷，使命题更科学，成绩更公正。
在试验教学部分取得的成果主要体现在:(1)学生可根据自己的兴趣、爱好、特长和能力选择参加实验形式和内容,这些内容相对课内实验有一定难度,其自主性、探索性、创造性可得到充分发挥,调动学生的积极性和主动性。(2)课外实验内容丰富,知识面宽,能开阔学生视野,调整和拓宽知识结构,学生了解和掌握的知识和技能越多,其兴趣也越高。(3)在教师的指导下,学生是实验的主体,学生自己查阅有关资料,设计实验方案,确定实验操作步骤,自由选择、组装和调试仪器,测得实验数据,撰写实验论文,这种教学方式可极大地激发学生的学习兴趣和积极性,促使他们全神贯注、积极热情、富有创造性地完成学习。(4)项目大多为设计性、综合性或研究性项目,内容与工程实践或生活应用紧密结合,学生做起来有一种真刀真枪的感觉,有助于培养良好的工程意识。
五、成果的推广使用价值
1.《工程水力计算》是在工程技术中应用较多的专业基础课。《工程水力计算》课程教学,除了让学生掌握理论知识,培养学生的基本实验技能外,还应培养学生独立获取知识的能力、运用理论知识去解决工程上的实际问题的能力、探索和创新的能力、组织管理以及协作的能力。
2.在《工程水力计算》课程教学过程中,发挥多媒体教学的强大优势,能够充分体现教师在教学中的主导作用和学生的主体作用,调动师生的积极性、主动性和创造性, 发挥产、学、研相结合的优势,提高实践教学的质量,培养出社会需要的、信息时代和知识经济时代的创新人才。
3.可以让学生了解目前工程实践中正在使用的测量仪器、设备,能用理论知识解决工程中的实际问题。如果能让学生参加课件开发和制作,可以更好地引导学生利用现代信息技术,更快地获取信息和专业知识,培养学生的动手能力,挖掘学生的学习潜力,激发学生的学习欲望,启发学生的思维和创新能力。
水利工程系
2013年12月
