环境科学专业水力学课程教学模式改革实践

　　[摘 要]水力学是环境科学专业的基础学科，考虑到环境科学的专业特点以及与学生后续课程的衔接，水力学教学内容应该在传统水力学教学内容的基础上有所改革；为了提高学生的学习兴趣，增强学习效果，其教学模式也应与时俱进：包括利用网络工具，设立微课堂，让学生与教师有更多的互动机会；设立小组讨论学习模式，增强学生在团队协作中获得专业知识的能力；引入国际优秀的模拟仿真软件和教材，扩展学生的国际视野。
　　[关键词]水力学；教学模式；环境科学
　　[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）12-0023-04
　　水力学是环境科学专业的基础课，因为涉及大量的计算和力学数学知识，学生普遍反映比较难学；又由于实习实验课时安排得比较少，学生对一些内容也觉得抽象难以理解。已有不少教师进行了关于水力学教学改革模式的研究，如孙楠等[1]借助现有网络平台，以网络教学交互视角为切入点建设高校水利专业基础课水力学，基于学习主体、教学团队、教学平台、教学资源、教学政策五要素，剖析影响网络课程教学效果的制约因素，构建全方位- 多层次网络教学体系，探究立体化网络教学模式。苏伟等[2] 为了提高水力学课程的教学效果，探究新型教学模式在提高教学质量方面的作用，在本科生的水力学教学中实施了基于SPOC 的翻转课堂教学模式。结果表明：新型教学模式使学生由被动学习变成主动学习，提高了学生的自学创新能力，同时也将教师由教授型向引导型转变，提高了教师的课程设计和思辨能力。李金燕[3]认为，水力学是农业水利工程、土木工程、交通工程等专业的一门重要的专业基础课程，有着承上启下的作用，是学好后续专业课的必备课程基础，在整个课程体系里占据着十分重要的地位。然而，目前从全国范围来说，水力学课程面临共同的问题——学时压缩，这就对教师的教学方法与手段提出了更高的要求。教师在对课程定位以及课程内容在宏观上有了明确的把握以后，要想在有限的学时内将课程重要的内容传授给学生，就需要对自己的教学方法与思路做出改进。程浩亮等[4] 通过对水利类相关部门进行联系考察，遵守理论与实践相统一以及适度适量原则，建议对教学大纲内容进行一定的修改，并对教学内容进行适量选择；在教学方法上，建议采用启发式和讲授式教学相结合、案例分析、多媒体动画以及分组教学法。刘贞姬等[5]通过总结多年的教学经验，认为在现代教育理念的大背景下，一定的知识储备、一些专业技能是完善教师自身素质所必需的，在此基础上实现优化多元教学模式，同时，避免按部就班、注重尝试创新也应该得到教师的重视。
　　环境科学是一门研究人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用关系，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学。水是环境的一个重要的要素，水力学是研究水这种液体的宏观机械运动规律及其在工程上的应用。考虑到环境科学的专业特点以及与学生后续课程的衔接，水力学教学内容应该在传统水力学教学内容的基础上有所改革。同时，为了提高学生的学习兴趣，增强学习效果，其教学模式也应与时俱进，及时引进当代各种教学理念、方法和教学手段。
　　一、教学内容改革
　　水文学、水力学、环境水力学都是环境科学专业的基础课，这三门课程虽然名称上相似，但研究内容各有侧重：水文学主要研究水文循环运动中，从降水到径流入海的这一段过程，包括河川径流的基本概念、地面径流的运动规律，这是对水流现象的描述；水力学研究水的力学规律及其在工程上的应用；环境水力学则是研究污染物在水中的迁移扩散规律。开课的顺序一般是水文学[→]水力学[→]环境水力学。随着环境专业的教学改革，现在趋向于把前两门课的内容进行压缩，一些学院甚至取消了水文学或水力学的其中一门，这对于学生全面掌握水體的运动规律是不利的，对后续环境水力学的学习也会造成一定的影响。为了保证学生学习有关水要素知识的完整性和连贯性，结合环境科学的特点，参考国外相关课程设置情况，笔者建议授课内容可做如下调整：1.水静力学；2.水动力学；3.有压管流；4.明渠流；5.渗流；6.水循环；7.流域与径流计算。前面四章是传统水力学的内容，后面两章是传统水文学的内容。通过这样安排教学内容，在相对有限的课时内，学生对水的运动现象，规律以及动力就有了全面的了解，可为后续相关课程的学习打下良好的基础。各章的主要内容设置如下。
　　水静力学包括静力学基本方程、水头与单位势能的概念，平面与曲面壁上静水总压力的计算。水动力学包括恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程及实际工程应用，层流和紊流的主要特征及其判别、阻力系数的变化规律和水头损失的计算方法。有压管流包括恒定总流的基本方程在简单管道及复杂管道水力计算中的应用。明渠流包括明渠均匀流的特性、水力计算的基本公式，明渠渐变流水面曲线的定性分析。渗流包括渗流的达西定律、恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流。水循环包括水文循环现象及水平衡。流域与径流计算包括流域产汇流计算及径流频率分析。
　　这样的安排从微观到宏观，从局部到总体，从机理到现象，使学生既能了解水体的运动动力（规律），也能认识水体的各种运动型态和现象，这对于全面了解“水”这一环境要素无疑是有益的。
　　二、教学方法改革
　　（一）利用网络工具，设立微课堂，让学生和教师有更多互动的机会
　　微课堂是面对面教学的一个重要补充，同时也是提高教学效果的一个重要手段。微课堂以手机为载体，设置课前预习、课后答疑、作业展示、案例知识等环节，全过程配合课堂教学。课前预习是每次上课前教师提出预习作业，让学生带着问题去预习；课后答疑是随机问答，学生在学习过程中或是在做作业时碰到的疑问都可随时发问；作业解答包括对优秀作业的展示，对一些难点的示范；案例主要是水力学知识在环境相关领域的一些应用介绍，比如一些大型的引水工程、水库建设、河流流域知识介绍等。微课堂的建设和应用贯穿于整个教学中，师生双方共同参与。