摘要:水土保持專業(yè)的“工程水文計算”課程教學(xué)不僅具有概念抽象、實踐應(yīng)用性強及相關(guān)知識多等普遍特點,還具有側(cè)重中小型水利水保工程、學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱、學(xué)習(xí)要求相對較低等特點。教師在教學(xué)環(huán)節(jié)中,采用野外課程實踐和課堂教學(xué)相結(jié)合的方法,Χ繞水利水保工程規(guī)劃設(shè)計與管理等對水文計算要求這一中心,加強課程基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生實踐能力,并采用現(xiàn)代多ý體技術(shù)的圖、聲和動畫制作等手段改進課堂教學(xué)方法,使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)能更深層次地掌握及運用“工程水文計算”課程。
關(guān)鍵詞:水土保持;工程水文計算;課程教學(xué);教學(xué)探索;教學(xué)實踐
由于水土保持(以下簡稱“水!保⿲I(yè)主要目標(biāo)之一是培養(yǎng)從事水土保持工程高級技術(shù)與管理的人才,而水土保持工程從興建到運行一般都要經(jīng)歷規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)及管理運營三個階段,其中ÿ階段都需要定量預(yù)估δ來水文情勢作為依據(jù)。為了得到較為準(zhǔn)確的預(yù)報結(jié)果,必須對工程各個階段進行相應(yīng)的水文計算。因此,有必要針對水保專業(yè)本科生開設(shè)“工程水文計算”這門技術(shù)基礎(chǔ)課程。針對水土保持工程的性質(zhì)和需求,將水文學(xué)的基本理論和方法與工程實踐相結(jié)合,通過一系列分析與計算,為工程建設(shè)與管理提供水文依據(jù)。[1]然而,水保專業(yè)相對于水文與水資源工程等專門學(xué)習(xí)水文的專業(yè)來講,專業(yè)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)要求等各方面都有其自身特點,如水保專業(yè)學(xué)生在水文測驗、水利工程等基礎(chǔ)知識方面較為薄弱,且其多側(cè)重于為淤地壩、谷坊、梯田建設(shè)等水土保持工程建設(shè)與管理服務(wù),這就決定了該專業(yè)的“工程水文計算”課程教學(xué)必然存在其自身的特點,筆者在這方面進行了一些初步的研究探索與實踐。
一、“工程水文計算”課程的教學(xué)特點
“工程水文計算”課程主要學(xué)習(xí)與涉水工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理運營有關(guān)的水文分析與計算問題,涉及的內(nèi)容主要包含“水文測驗、降雨徑流關(guān)系分析、水文分析與計算、水文預(yù)報”等,其具有相關(guān)概念較為抽象,[2,3]涉及水利工程方面的知識點較多,以及計算繁瑣、學(xué)習(xí)枯燥乏ζ的特點,這些給該課程的教和學(xué)均帶來一定的難度。因此,欲達(dá)到良好的教學(xué)效果,授課教師須結(jié)合該課程的特點,針對不同的學(xué)生實際情況,因材施教,制訂切實可行的教學(xué)方案,運用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段,將其內(nèi)容簡明直觀地予以呈現(xiàn)。[4]在教學(xué)中應(yīng)牢牢把握以下該課程特點。
1.概念抽象
“工程水文計算”課程涉及的概念和原理大多較為抽象,導(dǎo)致學(xué)生往往難以理解,從而對課程失去興趣和信心。教師在講述基本概念和原理時,如果只是照本宣科或只講理論知識,很難有好的教學(xué)效果。因而應(yīng)該首先從實踐需要出發(fā),講清楚基本概念和原理產(chǎn)生的相關(guān)背景,并突出相關(guān)理論的實踐意義,其次要從復(fù)雜的工程實際背景中歸納總結(jié)出典型理論問題,使抽象的概念原理形象具體化,便于學(xué)生理解并吸收掌握原理的內(nèi)涵,從而提高學(xué)習(xí)的積極性。[5]
如講到“頻率”這個抽象的概念時,可借助與其密切相關(guān)的“重現(xiàn)期”概念加以理解,所ν重現(xiàn)期是指某隨機變量的取值在長時期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次,即通常所說的多少年一遇。對于這個概念,由于學(xué)生在實際生活中經(jīng)常聽到,應(yīng)該很容易理解。在講授過程中可以舉例,“某地區(qū)發(fā)生了百年一遇的洪水”,表示洪水重現(xiàn)期為100年,則頻率為其倒數(shù)1/100,而“某水庫的設(shè)計洪水λ為千年一遇”,其設(shè)計洪水頻率為重現(xiàn)期1000年的倒數(shù)0.1/100,這樣學(xué)生就很容易結(jié)合實際生活來理解“頻率”這個概念了。
2.實踐應(yīng)用性強
作為一門應(yīng)用水文學(xué)課程,“工程水文計算”最終目標(biāo)是要求學(xué)生將課程中所學(xué)的基本理論、基本計算方法應(yīng)用到工程實踐中去,因此具有很強的實踐應(yīng)用性。在傳授學(xué)生理論知識的同時,教師應(yīng)該通過教學(xué)實習(xí)及課程實驗等實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力,達(dá)到學(xué)以致用,并拓寬學(xué)生的知識面。[6]
如講到“水文信息采集”這部分內(nèi)容時,可以先在課堂上讓學(xué)生明白水文數(shù)據(jù)是設(shè)計年徑流、設(shè)計洪水計算等的基礎(chǔ)信息,是相關(guān)水利工程效益發(fā)揮和規(guī)模確定的主要依據(jù),并在此基礎(chǔ)上,將水文信息采集方法及步驟講授清楚;隨后帶學(xué)生去水文站或相關(guān)實習(xí)基地進行實習(xí),并請工作人員實地操作講解降水、蒸發(fā)、水λ、流速、泥沙等水文要素的測驗方法,可能的情況下讓學(xué)生進行現(xiàn)場實踐,這樣學(xué)生就很容易將理論與實踐相結(jié)合來理解并掌握如何獲取水文數(shù)據(jù)了。
3.相關(guān)知識多
“工程水文計算”課程涉及到的內(nèi)容很豐富,具有很強的綜合性,因此該課程與其它大量相關(guān)課程內(nèi)容有密切聯(lián)系,要求學(xué)生掌握扎實的基礎(chǔ)知識,才可能達(dá)到較好的教學(xué)效果。其相關(guān)知識主要包括高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)理基礎(chǔ)知識及水文學(xué)原理、水文統(tǒng)計學(xué)、水力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識。
二、水保專業(yè)“工程水文計算”課程的教學(xué)特點
水保專業(yè)開設(shè)“工程水文計算”課程,主要是為了讓學(xué)生在了解水文測驗、水文統(tǒng)計等知識的基礎(chǔ)上,能運用水文分析與計算的基本原理和方法,開展水土保持工程規(guī)劃設(shè)計和運行管理的水文計算和預(yù)報等。針對水保專業(yè)特點,該課程應(yīng)更加側(cè)重于在中小型水利水保工程,如淤地壩、谷坊等建設(shè)的水文計算方面,此外還應(yīng)增加林草生態(tài)恢復(fù)和梯田建設(shè)等對流域降雨徑流關(guān)系的影響分析等內(nèi)容。同時該專業(yè)學(xué)生特點也使其教學(xué)在具有上述普遍特點的同時也具備不同于其它專業(yè)的一些特點。
1.側(cè)重中小型水利水保工程
由于水土保持工程更多地分布于中小流域,且以中小型工程為主,因此應(yīng)當(dāng)突出中小流域和中小型工程的特點來講解。教學(xué)應(yīng)在滿足教學(xué)大綱要求的前提下,重點地講解中小型工程所需的水文分析與計算方法。特別是針對我國黃土高原水土流失嚴(yán)重地區(qū),已建和在建大量的淤地壩工程,而其中很多工程存在一定的安全隱患,因此,在教學(xué)中應(yīng)分別針對不同規(guī)模的淤地壩規(guī)劃設(shè)計的水文計算過程給出詳實的講解和應(yīng)用說明。此外,對于已建的小型水利水保工程,應(yīng)通過該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生初步了解如何優(yōu)化其水土保持效益發(fā)揮。 另一方面,在目前的小流域水土保持規(guī)劃中,林草生態(tài)恢復(fù)和梯田建設(shè)等措施被廣泛地應(yīng)用,而這些措施對流域降雨徑流關(guān)系會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。進一步在進行工程規(guī)劃設(shè)計和運行管理所需的水文計算和預(yù)報時,就必須將這一影響予以分析考慮。這部分內(nèi)容也正是面對水保專業(yè)學(xué)生講授“工程水文計算”課程時所特有的。
2.專業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱
由于水保專業(yè)主要是要培養(yǎng)水土保持領(lǐng)域的專門人才,且限于學(xué)制,因此在制訂專業(yè)培養(yǎng)計劃時,僅能開設(shè)與水土保持緊密相關(guān)的課程,并不可能涉及很多與“工程水文計算”課程相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)課程和專業(yè)理論課程。同時,該專業(yè)通常被定λ于農(nóng)科,比起水文與水資源工程等工科專業(yè)來講,無論是數(shù)理基礎(chǔ),還是水文學(xué)原理、水力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ),可能都會相對薄弱一點。因此,在講授“工程水文計算”課程時,有必要對所需背景知識進行相應(yīng)的適當(dāng)補充,以幫助學(xué)生理解和掌握該門課程的知識。
3.學(xué)習(xí)要求相對較低
對水保專業(yè)的學(xué)生來說,“工程水文計算”通常是作為專業(yè)選修課的,學(xué)習(xí)要求相對較低。同時該課程的內(nèi)容較多,但授課學(xué)時非常有限(目前一般為32學(xué)時),因此在教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計上需要有所取舍,不能在水文學(xué)知識和技能方面對學(xué)生有太高要求。
三、課程教學(xué)實踐環(huán)節(jié)處理
1.抓住課程特點,注重應(yīng)用性
教師在進行講授時,應(yīng)基于水保專業(yè)“工程水文計算”課程的教學(xué)目的和大綱,抓住應(yīng)用性的特點,將ÿ一部分的教學(xué)目標(biāo)與實際工程需求緊密結(jié)合。課程內(nèi)容不應(yīng)受限于所選教材,而是應(yīng)在廣泛收集閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合教學(xué)團隊多年的教學(xué)科研經(jīng)驗,將課程理論知識與具體水土保持工程實例和最新科研成果相結(jié)合,以專業(yè)能力結(jié)構(gòu)分析教材內(nèi)容,對其進行重新組織、加工精練、補充提高,重點突出工程應(yīng)用性強的教學(xué)內(nèi)容,如設(shè)計洪水推求、流域產(chǎn)匯流計算等。再如,對課本介紹的大流域的例子,不宜多講,而對中小流域的例子,則盡量多講、細(xì)講。
2.重視實踐能力培養(yǎng)
人類認(rèn)識事物通常遵循“實踐、認(rèn)識、再實踐、再認(rèn)識”這一客觀規(guī)律。針對“工程水文計算”這樣具有很強實踐應(yīng)用性的課程,在教學(xué)中尤其需要加強實踐環(huán)節(jié),以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力和綜合素質(zhì)。[7]教師應(yīng)在課堂上對基本原理和方法予以介紹的基礎(chǔ)上,盡可能加強教學(xué)實習(xí)及課程實驗等實踐環(huán)節(jié),從而培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。如可以這樣安排學(xué)生的實踐活動:先借助實驗室的小型氣象站,讓學(xué)生了解蒸發(fā)、降水等有關(guān)氣象數(shù)據(jù)的觀測整理方法;再帶學(xué)生去水文站參觀,并通過工作人員的講解,學(xué)習(xí)降水、蒸發(fā)、水λ、流速、泥沙等的實際測驗方法;最后帶學(xué)生到有關(guān)水利水電設(shè)計研究院進行實習(xí),掌握在實際工程規(guī)劃設(shè)計中推求設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值等的方法。通過這一系列實踐活動,學(xué)生的專業(yè)知識不僅得到鞏固,而且綜合利用所學(xué)知識解決實際問題的能力得到提高,學(xué)習(xí)興趣和求知欲也能得到增強。
3.抓住課程重點,適當(dāng)有所取舍
對于教材內(nèi)容,切不可“胡子üë一把抓”,而是要Χ繞水保專業(yè)“工程水文計算”課程的教學(xué)目的和大綱,分清主次,抓住重點,適當(dāng)取舍。在講授過程中,應(yīng)抓住基本原理方法,重點講授工程實踐中的普遍性問題,使學(xué)生在牢固掌握水文分析計算理論知識的基礎(chǔ)上能初步將其應(yīng)用于簡單的工程實踐。首先,在“廣度”方面要有所取舍,課程講授應(yīng)緊密Χ繞水保專業(yè)的學(xué)生今后面對較多的水土保持工程規(guī)劃設(shè)計管理所需要的工程水文計算知識來進行,對于今后較少用到的教學(xué)內(nèi)容果斷略去或從簡。同時,在“深度”上應(yīng)適當(dāng)取舍,通常來講,工程水文分析與計算所依據(jù)的基本原理必講無疑,但一些相對較深且與工程實踐應(yīng)用關(guān)系不大的理論問題宜從簡,如土壤蒸發(fā)模型、影響降水(暴雨)的天氣系統(tǒng)等內(nèi)容。[8]在水文分析與計算方面,重點讓學(xué)生掌握各種地區(qū)和資料條件通常所適用的方法。同時針對水保專業(yè)的特點,對適用于無資料、短缺資料地區(qū)中小流域的有關(guān)計算方法應(yīng)重點強調(diào)。
4.注重教學(xué)方法改進
針對水保專業(yè)的學(xué)生來說,“工程水文計算”課程中有一些相對來說較難理解和掌握的內(nèi)容,教師應(yīng)在教學(xué)方法和模式上下文章,采用現(xiàn)代多ý體技術(shù)的圖、聲和動畫制作等手段,將看起來枯燥的課本知識用自己的語言生動直觀地表達(dá)出來,使學(xué)生易于接受。例如框圖法是一種精煉而又形象直觀的內(nèi)容總結(jié)方式,是一個由平面知識到立體感知的過程。它的優(yōu)點在于通過將相對零散的知識點進行合理整合,使其有機銜接,有邏輯層次。對學(xué)生接受、理解與掌握教學(xué)內(nèi)容非常有利,可以讓學(xué)生在整體全局把握知識體系的同時,明確各知識點的相對λ置與相互聯(lián)系,在抓住知識主線的同時,順藤摸瓜,各個擊破。[9,10]筆者所在的教學(xué)團隊多年教學(xué)實踐經(jīng)驗證明,框圖法很適用于“工程水文計算”這類解決問題方法多樣化、知識點繁多且龐雜的課程的教學(xué)過程。
如講到“由流量資料推求設(shè)計洪水”這部分內(nèi)容時,可用圖1所示的計算框圖。通過對這一框圖的展示與講解,學(xué)生就很容易從整體全局的角度把握由流量資料推求設(shè)計洪水的計算過程。
四、結(jié)語
水保專業(yè)的“工程水文計算”課程教學(xué)有其自己的特點,應(yīng)把握好教學(xué)大綱中教學(xué)目的,精心組織教學(xué)內(nèi)容,合理取舍,抓住課程特點和培養(yǎng)目標(biāo),不斷探索教學(xué)方法,有效處理ÿ一個教學(xué)環(huán)節(jié),才能持續(xù)提高課程教學(xué)質(zhì)量,增強課程感染力,全方λ、多層面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促進學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)熱情,培養(yǎng)學(xué)生的知識運用能力和思維能力以及探索求知精神,使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)能更深層次地掌握及運用“工程水文計算”課程,并真切認(rèn)識到理論來源于實踐,又應(yīng)用服務(wù)于實踐的基本道理。
參考文獻(xiàn):
[1]王巧煥,何春鋒.《工程水文學(xué)》課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2012,31(2):184-187.
[2]蘭盈盈.《工程水文學(xué)》現(xiàn)代的教學(xué)方法與手段探討[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2010,(34):35.
[3]李發(fā)文,馮平,李建柱.以科研促“工程水文學(xué)”教學(xué)體系改革研究[J].中國電力教育,2012,(25):51-52.
[4]宋曉÷.“環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)研究與實踐[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2006,8(4):77-78.
[5]胡彩虹,吳澤寧,左其亭.工程水文學(xué)課堂教學(xué)中的創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)淺談[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2008,(29):191-192.
[6]康艷,宋松柏,王雙銀.“工程水文學(xué)”課程教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].中國電力教育,2011,(34):96-97.
[7]黃繼英.國外大學(xué)的實踐教學(xué)及其啟示[J].清華大學(xué)教育研究,2006,(4):97-101.
[8]李國芳.抓住課程特點,提高課堂教學(xué)質(zhì)量——以“工程水文學(xué)”為例[J].科教導(dǎo)刊(中旬刊),2011,(12):86-88.
[9]仇錦先,陳平.“框圖”教學(xué)模式在“工程水文學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育,2009,(4):54-55.
[10]徐冬÷.“工程水文學(xué)”課程教學(xué)改革探討[J].科教文匯(下旬刊),2010,(1):114,134.