《工程水文及水利計(jì)算》互動(dòng)式教學(xué)與實(shí)踐

1、    工程水文及水利計(jì)算互動(dòng)式教學(xué)與實(shí)踐    高仕春萬(wàn)飚張翔梅亞?wèn)|摘要：隨著信息技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生了雙面影響，也給教學(xué)帶來(lái)了很多新問(wèn)題。本文從工程水文及水利計(jì)算課程特點(diǎn)入手，在教學(xué)內(nèi)容、方法及方式等方面對(duì)其課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革嘗試，提出了互動(dòng)式教學(xué)方法。實(shí)踐表明，這種方法對(duì)發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力起到了很好的效果。關(guān)鍵詞：信息時(shí)代；工程水文；水利計(jì)算；互動(dòng)式教學(xué)：g642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a ：1674-9324（2015）02-0125-02一、引言傳統(tǒng)教學(xué)手段的一個(gè)很大問(wèn)題是：在集體教學(xué)中，學(xué)生個(gè)體的差異

2、往往被忽視，在整齊劃一的要求下，學(xué)生缺乏鮮明的個(gè)性、獨(dú)立的人格和創(chuàng)造的活力。而隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，一方面為學(xué)生提供了高效的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，另一方面也為學(xué)生提供了“偷懶”的方便。因此，如何發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的長(zhǎng)處，真正讓每個(gè)學(xué)生投入到課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，是廣大教師面臨的問(wèn)題。工程水文及水利計(jì)算課程是水利類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。課程設(shè)計(jì)則是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生將對(duì)課程整體內(nèi)容有更深入的理解，其作用和重要性不言而喻1。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集體的“教”與個(gè)別的“學(xué)”相結(jié)合的互動(dòng)式教學(xué)方式，非常適合工科相關(guān)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)2。本文從實(shí)踐上對(duì)工程水文

3、及水利計(jì)算課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革進(jìn)行探討，研究互動(dòng)式教學(xué)的新方法。二、課程特點(diǎn)與情景設(shè)計(jì)1.本課程的特點(diǎn)。工程水文及水利計(jì)算是由工程水文與水利計(jì)算兩部分組成。相對(duì)而言，前者是基礎(chǔ)，后者為應(yīng)用，前者為后者提供計(jì)算的依據(jù)，兩者緊密聯(lián)系。本課程具有以下特點(diǎn)：（1）內(nèi)容承上啟下，緊密聯(lián)系。在水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，根據(jù)業(yè)主設(shè)計(jì)要求，工程水文一般要提供以下設(shè)計(jì)依據(jù)：一是分析年徑流資料，提供規(guī)劃設(shè)計(jì)所需的來(lái)水資料；二是提供滿足工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水資料。水利計(jì)算一般包括興利計(jì)算、水能計(jì)算、調(diào)洪計(jì)算三大內(nèi)容。利用來(lái)水資料，通過(guò)興利計(jì)算確定水利工程滿足用戶需求的興利規(guī)模；在此基礎(chǔ)上，再通過(guò)水能計(jì)算確定水能資源得到充

4、分利用的水電站規(guī)模；利用設(shè)計(jì)洪水資料，通過(guò)調(diào)洪計(jì)算確定防洪特征水位；最終確定水利工程規(guī)模（方案）。（2）計(jì)算精度可高可低，結(jié)論一致。在水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，對(duì)計(jì)算精度本身要求不高。此外，確定工程規(guī)模也是由多種因素綜合考慮的結(jié)果，只要方法正確，計(jì)算無(wú)誤，最后的結(jié)果是趨于一致的。（3）計(jì)算方法可繁可簡(jiǎn)，按需選擇。根據(jù)收集到的水文資料情況，在工程水文部分介紹了不同的水文計(jì)算方法。在水利計(jì)算部分對(duì)應(yīng)以上三大內(nèi)容，有簡(jiǎn)化方法，如典型年時(shí)歷列表法、等流量法、半圖解法；也有較復(fù)雜的方法，如長(zhǎng)系列模擬法、等出力法、解析法等。2.課程設(shè)計(jì)的情景。從上分析可知，水利工程設(shè)計(jì)規(guī)模是水利計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，水利計(jì)算是根據(jù)

5、工程水文提供的水文資料進(jìn)行計(jì)算的，工程水文則是依據(jù)用戶要求提供水文資料的。顯然，用戶要求不同，工程設(shè)計(jì)規(guī)模就不同。因此，可選取三個(gè)控制指標(biāo)：用戶的保證流量、設(shè)計(jì)保證率、防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)提供的基礎(chǔ)資料，對(duì)這三個(gè)指標(biāo)設(shè)置幾個(gè)可行的等級(jí)，這樣就可以組合出用戶不同要求的設(shè)計(jì)情景，以滿足課程設(shè)計(jì)時(shí)一人一個(gè)設(shè)計(jì)的需要。在課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的選擇上，以年調(diào)節(jié)水庫(kù)為典型工程，以實(shí)際工程設(shè)計(jì)資料為基礎(chǔ)，提煉設(shè)計(jì)內(nèi)容。做好以下準(zhǔn)備工作：（1）統(tǒng)一提供基礎(chǔ)資料。包括流域概況、長(zhǎng)系列徑流資料、洪水資料、水利工程特征曲線資料等。為了避免設(shè)計(jì)內(nèi)容的年年重復(fù)，還可以在保持流域多年平均流量不變的條件下，對(duì)實(shí)際流域的水文資料進(jìn)行縮

6、放處理，再替換原水文資料。（2）前后內(nèi)容無(wú)縫銜接。設(shè)計(jì)保證率不同，選擇的徑流資料不同；保證流量不同，確定的興利庫(kù)容不同；在統(tǒng)一計(jì)算的死水位條件下，正常高水位不同。防洪限制水位涉及到防洪與興利協(xié)調(diào)問(wèn)題，可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，滿足設(shè)計(jì)結(jié)果合理性的要求即可。這時(shí)要注意調(diào)洪計(jì)算時(shí)采用的泄洪能力曲線，要調(diào)整泄洪設(shè)施底坎高程的位置，以保證興利計(jì)算與調(diào)洪計(jì)算無(wú)縫銜接。（3）獨(dú)立編寫程序。對(duì)計(jì)算比較復(fù)雜的部分，要求學(xué)生自己動(dòng)手編程計(jì)算，以鍛煉計(jì)算機(jī)編程的能力。（4）設(shè)計(jì)報(bào)告書標(biāo)準(zhǔn)化。工程設(shè)計(jì)要有科學(xué)的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。強(qiáng)調(diào)報(bào)告書要結(jié)構(gòu)合理、引用無(wú)誤、結(jié)果正確、排版規(guī)范?？梢越o學(xué)生提供參考樣板，有助于他們系

7、統(tǒng)化掌握設(shè)計(jì)工作的原則、方法和流程。三、教”與“學(xué)”相結(jié)合1.互動(dòng)式“教”與“學(xué)”。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)，極大地改變了課堂教學(xué)的方式，從以“教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩?dǎo)”為主，對(duì)教師也提出了更高的要求，教師主要應(yīng)做好以下幾個(gè)方面的工作：（1）要有一定的網(wǎng)絡(luò)使用能力，建立互動(dòng)式教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，例如qq群、論壇。（2）要根據(jù)本教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)多元化的問(wèn)題情景。這是實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)的前提。要做好這一點(diǎn)，要求教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容有全面、深刻的了解，在某些方面還應(yīng)有獨(dú)到的見解。（3）要搜集和整理足夠的相關(guān)材料，以便學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中既要獨(dú)立思考，又能充分地探討，不至于離開教學(xué)要求而浪費(fèi)時(shí)間。（4）要?jiǎng)?chuàng)設(shè)民主協(xié)商的課堂

8、氣氛，以指導(dǎo)學(xué)生，啟發(fā)他們提出問(wèn)題和建議，引導(dǎo)他們利用網(wǎng)絡(luò)資源自主探究，并適時(shí)調(diào)控研討的廣度及深度。只有這樣才能保證教學(xué)目的充分實(shí)現(xiàn)。教師創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情景、提出需要解決的問(wèn)題、對(duì)解決問(wèn)題的指導(dǎo)都是面向全體學(xué)生的。每個(gè)學(xué)生可以根據(jù)自身的能力選擇內(nèi)容的深度和廣度，提出各具特色的解決問(wèn)題的方法，在遇到困難時(shí)也可隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)求助。在問(wèn)題解決的過(guò)程中，師生都是平等的參與者，大家共同合作以尋找解決問(wèn)題的方法，找出問(wèn)題的答案。這時(shí)，每位學(xué)生都可以在自己的站點(diǎn)上向網(wǎng)絡(luò)提交觀點(diǎn)，并可以和其他同學(xué)進(jìn)行互相評(píng)價(jià)、互相幫助。這既有利于吸引學(xué)生更積極主動(dòng)地參與教學(xué)活動(dòng)，又有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立判斷、善于交往、相互合

9、作的能力，最終使每位學(xué)生在解決問(wèn)題的能力和綜合水平方面都能獲得不同程度的提高。 2.靈活安排課程設(shè)計(jì)。工科學(xué)生強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，課程設(shè)計(jì)是個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)。當(dāng)課時(shí)較少，或者無(wú)課程設(shè)計(jì)安排時(shí)，為了增強(qiáng)教學(xué)效果，可通過(guò)以下方法將課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成大作業(yè)。（1）化整為零?？梢詫⒃O(shè)計(jì)內(nèi)容分解成若干部分，穿插于上課期間，以習(xí)題的形式布置給學(xué)生。隨著課程進(jìn)度，逐步完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。（2）降低難度。例如，對(duì)水文頻率分析可提供教學(xué)版供參考使用；將工程特征曲線資料等進(jìn)行分段線性化處理，不要求編寫程序，可以在excel上完成計(jì)算；直接給出防洪限制水位；或者采用簡(jiǎn)單的水利計(jì)算方法等。（3）減少計(jì)算量。直接提供

10、典型年徑流資料和不同頻率的倍比系數(shù)，或提供典型洪水資料和不同頻率的倍比系數(shù)，甚至可以不安排水能計(jì)算和水庫(kù)調(diào)度圖的繪制。需要強(qiáng)調(diào)的是，師生最后的互動(dòng)總結(jié)很重要，可以達(dá)到畫龍點(diǎn)睛的效果。一來(lái)減輕學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的神秘感，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出新的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)措施；二來(lái)也便于教師吸取經(jīng)驗(yàn)，提高教學(xué)效果。3.考核原則及量化。成績(jī)?cè)u(píng)定，關(guān)系到對(duì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)效果的總結(jié)，要求老師盡量做到公平、公正、公開。為此，要求老師對(duì)學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程有跟蹤記錄，對(duì)每部分有量化計(jì)分和具體的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。具體要求如下：（1）懲罰原則。要求學(xué)生明確自己分配的設(shè)計(jì)任務(wù)，與分配的設(shè)計(jì)任務(wù)不符者要求重做，否則視為抄襲。（2）獎(jiǎng)勵(lì)原

11、則?？紤]到學(xué)生個(gè)人能力的不同，對(duì)那些選擇難度系數(shù)較高的計(jì)算方法進(jìn)行編程計(jì)算的同學(xué)應(yīng)該鼓勵(lì)。還要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)成果進(jìn)行分析和思考。（3）每部分設(shè)計(jì)成果檢查。要注意上下內(nèi)容的銜接。確定了死水位和正常高水位后，水能計(jì)算時(shí)，水位只能在此區(qū)間變化；確定了防洪限制水位后，調(diào)洪計(jì)算時(shí)，調(diào)洪過(guò)程是否符合調(diào)度規(guī)則。此外，學(xué)生之間的設(shè)計(jì)成果可以進(jìn)行相互對(duì)比，例如，相同的設(shè)計(jì)保證率條件下，保證流量越大，設(shè)計(jì)的興利庫(kù)容越大等。（4）排版要求。排版要求同正規(guī)出版刊物。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生寫心得體會(huì)。將每部分設(shè)計(jì)成績(jī)量化，根據(jù)設(shè)計(jì)成果和獎(jiǎng)懲原則打分，最后給出最終成績(jī)。在成績(jī)?cè)u(píng)定后，找?guī)讉€(gè)有代表性的或有爭(zhēng)議的課程設(shè)計(jì)做一次公開講評(píng)，

12、學(xué)生體會(huì)會(huì)更深，收獲會(huì)更大！四、總結(jié)與傳統(tǒng)方法相比，互動(dòng)式的課程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料豐富多變，能夠保證一人一題，極大減少了抄襲的可能，減輕了部分學(xué)生對(duì)成績(jī)好的同學(xué)的依賴心理。另外，由于設(shè)計(jì)內(nèi)容可繁可簡(jiǎn)，在課時(shí)較少時(shí)，可化整為零，將設(shè)計(jì)內(nèi)容融匯在課堂教學(xué)過(guò)程中。在課時(shí)允許時(shí)，還可要求學(xué)生編程計(jì)算，提高設(shè)計(jì)難度。這樣還有利于量化考核方式，可以讓學(xué)生明確自己的努力方向。由教師設(shè)計(jì)問(wèn)題情景，利用網(wǎng)絡(luò)提供的平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)式“教”與“學(xué)”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極參與教學(xué)活動(dòng)中。學(xué)生不斷學(xué)習(xí)了專業(yè)知識(shí)，表達(dá)能力和人際交往能力以及在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮作用的能力也得到了提高。目前中國(guó)正在大力開展工程教育認(rèn)證工作，一個(gè)合格的畢業(yè)生，對(duì)知識(shí)、能力、素質(zhì)都有明確的要求。這些畢業(yè)要求，必須細(xì)化到學(xué)生的日常學(xué)習(xí)與管理過(guò)程中，具體體現(xiàn)到每門課程的學(xué)習(xí)中，在教學(xué)內(nèi)容、方法及方式等方面對(duì)其課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革嘗試，提出了互動(dòng)式教學(xué)方法。筆者多年的教學(xué)實(shí)踐證明，這些改革措施很好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了很好的教學(xué)效果，