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【摘要】本文针对农科院校学生的特点,对《水力学》课程的教学模式和方法进行了探讨与实践,提出了《水力学》课程的教学要视学生的具体情况因材施教;以课堂教学为主,多多媒体教学为辅;注重科研与教学的结合;加强实践性教学的教学模式。
【关键词】水力学 教学模式 教学手段
【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)10(a)-0025-02
1 引言
水力学是力学的一个分支,它是介于基础科学和工程技术之间的一门技术科学。水力学是许多工程技术领域的技术基础学科。更是水利类各专业的一门主要的技术基础课程。它的主要任务是研究液体(主要是水)的平衡和机械运动的规律及其实际应用。根据《水力学》课程的特点要求学生必须具备扎实的高等数学、普通物理学和理论力学等基础,同时还应具有较强的分析问题和解决问题的能力。边疆农科院的学生入学分数低、基础差,同时社会对毕业生的要求在不断提高,这使得我们的教学面临更加严峻的挑战。面对我们的对象,教学模式及方法的改革与教材建设对学生学好《水力学》课程起着至关重要的作用。
2 加强课堂教学内容的组织,做到因材施教
根据农科院校的学生基础差、底子薄的特点,在课堂教学内容的组织上我们做了认真细致的研究与探讨。在内容的选取上,重点突出了水利类专业教学大纲所要求的内容,强化了基础理论。同时兼顾了实际工程的需要,如:增加了“无压隧洞的水力学计算”内容。而在大纲中对水利类不作要求的内容做了删减,达到了“强杆削枝”的目的。在教材内容的体系上,本着由浅入深、由简单到复杂、由特殊到一般的原则,如:先讲一元流,再讲二元流、三元流;先讲均匀流,再讲非均匀流等。使之更加适合学生认识问题、分析问题的一般规律。在内容的表述上特别注意了内容前后的衔接与连贯性,在讲授过程中做到循序渐进、层层深入,条理清楚,推理层次分明,物理概念清晰。使之更加适合学生认识问题、分析问题的一般规律。同时讲课在语言表达上做到准确精练、通俗易懂,做到复杂问题简单化。同时,对水力学课程中的重点内容和难点,增加了习题课和加强课外辅导,我们每周安排了2个学时的课外辅导课。
3 改进教学手段与方式,提高教学水平
随着时代的发展信息量越来越大,而课堂授课课时越来越少。如何在有限的学时内,将教学计划所要求的内容传授给学生,使其能够面对未来的工作,这是一个严峻的挑战。计算机的普及以及多媒体工具为我们提供了有利的手段,多媒体课件可以讲我们在课堂费时费工难以描述清楚的一些现象,轻而易举的用图像、动画等方式表达出来,还便于将科研成果中的某些部分迅速切换进来,生动、形象、快捷。但由学生反馈的意见可以看出,全部采用多媒体教学,效果并不理想。学生反映:课堂上忙于记笔记,没有时间思考甚至造成逆反心理,认为反正跟不上干脆不学了。再者完全采用多媒体教学,削弱了教师与学生之间的沟通与互动性。分析这些反映我们认为课堂教学应该以黑板为主,多媒体为辅。基于这种思想我们在制作多媒体课件时,主要将一些水利工程实例、难以在黑板上绘制的图表、一些经典的水力学实验装置和一些水流现象的描述制作成课件。而公式的推导、理论的解释全部利用黑板载体介绍。实践表明这种教学方法很好,受到了学生的一致好评,在近六年的考研中我院学生在选择专业课考试科目时,有百分之九十八的学生都选择考《水力学》课程。
4 加强教材建设,以适应于农科院校学生的特点
根据农科院校学生的特点,我们编写一本适合农科院校水利类专业学生使用的水力学教材。该教材具有以下特点:
(1)在内容的选取上,重点突出了水利类专业教学大纲所要求的内容,强化了基础理论。同时兼顾了实际工程的需要,如:增加了“无压隧洞的水力学计算”内容。而在大纲中对水利类不作要求的内容做了删减,达到了“强杆削枝”的目的。
(2)在教材内容的体系上,本着由浅入深、由简单到复杂、由特殊到一般的原则,
(3)在内容的表述上特别注意了内容前后的连贯性、条理性以及问题的引入,做到了深入浅出,条理清楚,推理层次分明,物理概念清晰。使之更加适合学生认识问题、分析问题的一般规律。同时,编者对水力学中的难点做了较其它水力学教材更为详细的介绍和分析,如水面曲线的定性分析、总水头线与测压管水头线的定性绘制等。
(4)将科研成果融入教材,如均匀流正常水深h0、渠宽b、等腰梯形断面的临界水深hk、收缩水深hc等的迭代公式编写进了教材中。从而解决了水力学计算中的试算法繁杂、盲目及精度差等困难。
(5)在习题的选择上,做到了由浅入深,深浅搭配,并与讲授内容的先后次序同步。教材中还选编了一定数量的例题和思考题。这样将更加便于学生的自学。
该教材自2004年1月出版以来,已在水工、农水、水管和土木专业40个班级使用,使用1700余人次,学生普遍反映良好。总结四年的使用情况,于2007年底又进行了修订,并于2008年2月再版。2008年被评为校级优秀成果二等奖。
5 以科研提高教学水平,以教学夯实科研基础
九十年代以来,水力学教研室的教师们承担了6项国家自然科学基金项目和多项省部级及科研生产部门的科研课题,其中《漏斗式全沙排沙技术及应用》获国家科技进步二等奖,自治区98年科技进步一等奖,发表科研论文近50篇。我们利用这一优势,老师们将自己亲自完成的科研成果引入课堂教学当中,如由以水力学课题组成员为主完成并获得国家科学技术进步二等奖的《漏斗式全沙排沙技术及其应用》成果,教师将其中的涡流现象、水流流场及水沙分离机理介绍给学生时,学生非常的感兴趣;在讲授“泄水建筑物下游的消能方式”内容时,教师将水力学课题组研制成功的《悬栅式消能工》及其应用情况介绍给同学们,激起了学生们极大地学习水力学的兴趣;在讲授堰流和闸孔出流一章时,我们把课堂搬进实验室,利用教师们承接的水工模型试验项目进行现场教学,这样既能活跃课堂气氛加深学生对问题的理解,又能启发学生深入思考联系实际受到了同学们的欢迎。
丰富的科研成果为教学提供了丰富的水力现象、新问题、新发现和物质基础。高水平的教学又为科研提供了扎实的理论基础。在九十年代水力学课题组就成功地申请并获准两项国家自然科学基金项目,开创了水利学院获得国家级研究项目的先河。2000年以后《漏斗式全沙排沙技术及其应用》成果获得国家科学技术进步二等奖,水力学课题组的教师又成功申请并获准4项国家自然科学基金项目、1项教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目、1项自治区高校科研计划科学研究重点项目、1项国家科技支撑计划项目子课和15项横向重点水利工程项目,发表科研论文近50篇。
6 加强实践性教学改革,全面培养学生的创新能力和科学素养
实验教学是理论教学的补充,是一种直观的教学。它能加深学生的感性认识和对基本概念和基础理论的理解。实验教学在培养学生动手能力,提高学生综合素质方面起着相当重要的作用。传统的实验教学模式大多以单一结构的验证性实验为主,综合设计型和创新型实验很少,使实验教学缺乏灵活性,抑制了学生的主动性和创造性的发挥。对此,我们在实验教学方面做了以下工作:
6.1 实行实验室开放,更新实验内容,培养学生的科研素质和创新能力
实验室对学生实验实行完全开放,学生根据实验课程进度和自己的时间提前网上预约,由教师合理安排何时到实验室做实验。在实验教学内容上,在保证验证性实验教学的前提下,大力增加综合性、创新性等选做实验项目的开设,把科研训练引入教学过程。
在开设综合性、创新性实验时既要注意把实验同理论教学紧密结合,又要注意把先进性、开放性的科研成果转化为实验教学的新内容,善于捕获本专业及相关专业的国内外新知识,了解本学科学术发展的前沿和动态,及时进行知识更新。而且实验内容要有弹性,不仅要紧密与实验室进行的科研课题联系以科研促进教学发展,还要根据学生的兴趣和对专业知识的提高而选定。对大一、大二低年级学生主要以凝练一门课程的综合知识为主,提高单方面知识水平;对大三、大四高年级学生主要以整合几门专业课程知识为主,与实践紧密结合培养学生综合专业能力。水力学实验室根据现有的科研课题和横向生产课题,开设有“消力池综合性实验”、“排沙漏斗设计性实验”、“引水枢纽引水排沙模型试验”、“高低坝枢纽建筑物泄洪消能试验”等综合性、创新性实验供大三、大四学生选做。通过选做这些实验可以使学生理论与实践相结合,加深对专业课程相关知识的理解,为毕业设计打好基础,同时又可以掌握模型试验的制做方法、原理及试验量测仪器的使用和后期试验数据的整理分析等方面的知识,培养了学生的实际动手操作能力和创新能力,为今后走向工作岗位奠定坚实基础。
6.2 改革教学方法,建立科学的实验教学体系
在教学方法上教师应以导为主,适时地向学生介绍本课程研究的前沿和研究的新动向、目前尚未解决的有关问题及相关的实验方法等。根据不同专业及实验课的特点有选择地确定必做实验与选做实验,实验室要开放,不要限定实验时间,而且要有层次地从一般性实验逐步过渡到综合设计性、创新性实验,进而做到实验内容系列化。真正通过实验教学的训练,使学生能自己提出实验方案并在实验分析、操作能力、编写实验报告及科研能力等方面得到综合训练。
6.3 运用现代教学手段,创造优良实验教学环境
根据实验教学需要充分运用录象教材和多媒体课件,进行形象化教学并运用大量的图片、实物照片以及相关实验资料,融知识性和趣味性为一体。借助网络的强大功能查阅实验设计过程中应用到的实验技术,使实验教学过程生动、直观、多样化。
水力学实验室除了具有现代化的实验教学仪器外,还配备投影、PPT及DV录像等多媒体实验教学设备及无线网络装置,实现知识学习及自测、资料查询、实验预习、提交报告、问题答疑、师生互动等教学活动。
实践证明,实验教学模式的改革,使水力学实验教学的自主性增强,学生自由发挥的空间增大,实验教学的改革有力地提高了实验课的质量,有助于培养学生的创新意识。经水力学实验课程教学后的学生能了解实验的整个过程,初步具备了科学研究的能力,为将来深造攻读研究生或从事水利工程专业工作打下坚实基础。因此水力学实验教学的改革,对本科实验教学课程的改革有一定参考价值。
7 实施效果
十几年来我们针对农科院校学生的特点,在《水力学》课程的教学过程中对教学模式及方法进行了探讨,编写了适合农科院校学生使用的教材,并取得了很好的教学效果。近年来,多名教师获得了教学竞赛优秀奖;学校教学督导组通过多次听课,认为水力学课程的教学备课认真、重点突出、能深入浅出的讲授基本概念、原理,并引导学生独立思考,重视师生互动,充分理论联系实际,讲课中能引入学科新成果、新思想、教学效果好。2006年以来对水工6个班级的学生进行了调查认为授课效果优秀的占96.7%;效果良好的占2.8%;效果一般的占0.5%。
【关键词】水力学 教学模式 教学手段
【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)10(a)-0025-02
1 引言
水力学是力学的一个分支,它是介于基础科学和工程技术之间的一门技术科学。水力学是许多工程技术领域的技术基础学科。更是水利类各专业的一门主要的技术基础课程。它的主要任务是研究液体(主要是水)的平衡和机械运动的规律及其实际应用。根据《水力学》课程的特点要求学生必须具备扎实的高等数学、普通物理学和理论力学等基础,同时还应具有较强的分析问题和解决问题的能力。边疆农科院的学生入学分数低、基础差,同时社会对毕业生的要求在不断提高,这使得我们的教学面临更加严峻的挑战。面对我们的对象,教学模式及方法的改革与教材建设对学生学好《水力学》课程起着至关重要的作用。
2 加强课堂教学内容的组织,做到因材施教
根据农科院校的学生基础差、底子薄的特点,在课堂教学内容的组织上我们做了认真细致的研究与探讨。在内容的选取上,重点突出了水利类专业教学大纲所要求的内容,强化了基础理论。同时兼顾了实际工程的需要,如:增加了“无压隧洞的水力学计算”内容。而在大纲中对水利类不作要求的内容做了删减,达到了“强杆削枝”的目的。在教材内容的体系上,本着由浅入深、由简单到复杂、由特殊到一般的原则,如:先讲一元流,再讲二元流、三元流;先讲均匀流,再讲非均匀流等。使之更加适合学生认识问题、分析问题的一般规律。在内容的表述上特别注意了内容前后的衔接与连贯性,在讲授过程中做到循序渐进、层层深入,条理清楚,推理层次分明,物理概念清晰。使之更加适合学生认识问题、分析问题的一般规律。同时讲课在语言表达上做到准确精练、通俗易懂,做到复杂问题简单化。同时,对水力学课程中的重点内容和难点,增加了习题课和加强课外辅导,我们每周安排了2个学时的课外辅导课。
3 改进教学手段与方式,提高教学水平
随着时代的发展信息量越来越大,而课堂授课课时越来越少。如何在有限的学时内,将教学计划所要求的内容传授给学生,使其能够面对未来的工作,这是一个严峻的挑战。计算机的普及以及多媒体工具为我们提供了有利的手段,多媒体课件可以讲我们在课堂费时费工难以描述清楚的一些现象,轻而易举的用图像、动画等方式表达出来,还便于将科研成果中的某些部分迅速切换进来,生动、形象、快捷。但由学生反馈的意见可以看出,全部采用多媒体教学,效果并不理想。学生反映:课堂上忙于记笔记,没有时间思考甚至造成逆反心理,认为反正跟不上干脆不学了。再者完全采用多媒体教学,削弱了教师与学生之间的沟通与互动性。分析这些反映我们认为课堂教学应该以黑板为主,多媒体为辅。基于这种思想我们在制作多媒体课件时,主要将一些水利工程实例、难以在黑板上绘制的图表、一些经典的水力学实验装置和一些水流现象的描述制作成课件。而公式的推导、理论的解释全部利用黑板载体介绍。实践表明这种教学方法很好,受到了学生的一致好评,在近六年的考研中我院学生在选择专业课考试科目时,有百分之九十八的学生都选择考《水力学》课程。
4 加强教材建设,以适应于农科院校学生的特点
根据农科院校学生的特点,我们编写一本适合农科院校水利类专业学生使用的水力学教材。该教材具有以下特点:
(1)在内容的选取上,重点突出了水利类专业教学大纲所要求的内容,强化了基础理论。同时兼顾了实际工程的需要,如:增加了“无压隧洞的水力学计算”内容。而在大纲中对水利类不作要求的内容做了删减,达到了“强杆削枝”的目的。
(2)在教材内容的体系上,本着由浅入深、由简单到复杂、由特殊到一般的原则,
(3)在内容的表述上特别注意了内容前后的连贯性、条理性以及问题的引入,做到了深入浅出,条理清楚,推理层次分明,物理概念清晰。使之更加适合学生认识问题、分析问题的一般规律。同时,编者对水力学中的难点做了较其它水力学教材更为详细的介绍和分析,如水面曲线的定性分析、总水头线与测压管水头线的定性绘制等。
(4)将科研成果融入教材,如均匀流正常水深h0、渠宽b、等腰梯形断面的临界水深hk、收缩水深hc等的迭代公式编写进了教材中。从而解决了水力学计算中的试算法繁杂、盲目及精度差等困难。
(5)在习题的选择上,做到了由浅入深,深浅搭配,并与讲授内容的先后次序同步。教材中还选编了一定数量的例题和思考题。这样将更加便于学生的自学。
该教材自2004年1月出版以来,已在水工、农水、水管和土木专业40个班级使用,使用1700余人次,学生普遍反映良好。总结四年的使用情况,于2007年底又进行了修订,并于2008年2月再版。2008年被评为校级优秀成果二等奖。
5 以科研提高教学水平,以教学夯实科研基础
九十年代以来,水力学教研室的教师们承担了6项国家自然科学基金项目和多项省部级及科研生产部门的科研课题,其中《漏斗式全沙排沙技术及应用》获国家科技进步二等奖,自治区98年科技进步一等奖,发表科研论文近50篇。我们利用这一优势,老师们将自己亲自完成的科研成果引入课堂教学当中,如由以水力学课题组成员为主完成并获得国家科学技术进步二等奖的《漏斗式全沙排沙技术及其应用》成果,教师将其中的涡流现象、水流流场及水沙分离机理介绍给学生时,学生非常的感兴趣;在讲授“泄水建筑物下游的消能方式”内容时,教师将水力学课题组研制成功的《悬栅式消能工》及其应用情况介绍给同学们,激起了学生们极大地学习水力学的兴趣;在讲授堰流和闸孔出流一章时,我们把课堂搬进实验室,利用教师们承接的水工模型试验项目进行现场教学,这样既能活跃课堂气氛加深学生对问题的理解,又能启发学生深入思考联系实际受到了同学们的欢迎。
丰富的科研成果为教学提供了丰富的水力现象、新问题、新发现和物质基础。高水平的教学又为科研提供了扎实的理论基础。在九十年代水力学课题组就成功地申请并获准两项国家自然科学基金项目,开创了水利学院获得国家级研究项目的先河。2000年以后《漏斗式全沙排沙技术及其应用》成果获得国家科学技术进步二等奖,水力学课题组的教师又成功申请并获准4项国家自然科学基金项目、1项教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目、1项自治区高校科研计划科学研究重点项目、1项国家科技支撑计划项目子课和15项横向重点水利工程项目,发表科研论文近50篇。
6 加强实践性教学改革,全面培养学生的创新能力和科学素养
实验教学是理论教学的补充,是一种直观的教学。它能加深学生的感性认识和对基本概念和基础理论的理解。实验教学在培养学生动手能力,提高学生综合素质方面起着相当重要的作用。传统的实验教学模式大多以单一结构的验证性实验为主,综合设计型和创新型实验很少,使实验教学缺乏灵活性,抑制了学生的主动性和创造性的发挥。对此,我们在实验教学方面做了以下工作:
6.1 实行实验室开放,更新实验内容,培养学生的科研素质和创新能力
实验室对学生实验实行完全开放,学生根据实验课程进度和自己的时间提前网上预约,由教师合理安排何时到实验室做实验。在实验教学内容上,在保证验证性实验教学的前提下,大力增加综合性、创新性等选做实验项目的开设,把科研训练引入教学过程。
在开设综合性、创新性实验时既要注意把实验同理论教学紧密结合,又要注意把先进性、开放性的科研成果转化为实验教学的新内容,善于捕获本专业及相关专业的国内外新知识,了解本学科学术发展的前沿和动态,及时进行知识更新。而且实验内容要有弹性,不仅要紧密与实验室进行的科研课题联系以科研促进教学发展,还要根据学生的兴趣和对专业知识的提高而选定。对大一、大二低年级学生主要以凝练一门课程的综合知识为主,提高单方面知识水平;对大三、大四高年级学生主要以整合几门专业课程知识为主,与实践紧密结合培养学生综合专业能力。水力学实验室根据现有的科研课题和横向生产课题,开设有“消力池综合性实验”、“排沙漏斗设计性实验”、“引水枢纽引水排沙模型试验”、“高低坝枢纽建筑物泄洪消能试验”等综合性、创新性实验供大三、大四学生选做。通过选做这些实验可以使学生理论与实践相结合,加深对专业课程相关知识的理解,为毕业设计打好基础,同时又可以掌握模型试验的制做方法、原理及试验量测仪器的使用和后期试验数据的整理分析等方面的知识,培养了学生的实际动手操作能力和创新能力,为今后走向工作岗位奠定坚实基础。
6.2 改革教学方法,建立科学的实验教学体系
在教学方法上教师应以导为主,适时地向学生介绍本课程研究的前沿和研究的新动向、目前尚未解决的有关问题及相关的实验方法等。根据不同专业及实验课的特点有选择地确定必做实验与选做实验,实验室要开放,不要限定实验时间,而且要有层次地从一般性实验逐步过渡到综合设计性、创新性实验,进而做到实验内容系列化。真正通过实验教学的训练,使学生能自己提出实验方案并在实验分析、操作能力、编写实验报告及科研能力等方面得到综合训练。
6.3 运用现代教学手段,创造优良实验教学环境
根据实验教学需要充分运用录象教材和多媒体课件,进行形象化教学并运用大量的图片、实物照片以及相关实验资料,融知识性和趣味性为一体。借助网络的强大功能查阅实验设计过程中应用到的实验技术,使实验教学过程生动、直观、多样化。
水力学实验室除了具有现代化的实验教学仪器外,还配备投影、PPT及DV录像等多媒体实验教学设备及无线网络装置,实现知识学习及自测、资料查询、实验预习、提交报告、问题答疑、师生互动等教学活动。
实践证明,实验教学模式的改革,使水力学实验教学的自主性增强,学生自由发挥的空间增大,实验教学的改革有力地提高了实验课的质量,有助于培养学生的创新意识。经水力学实验课程教学后的学生能了解实验的整个过程,初步具备了科学研究的能力,为将来深造攻读研究生或从事水利工程专业工作打下坚实基础。因此水力学实验教学的改革,对本科实验教学课程的改革有一定参考价值。
7 实施效果
十几年来我们针对农科院校学生的特点,在《水力学》课程的教学过程中对教学模式及方法进行了探讨,编写了适合农科院校学生使用的教材,并取得了很好的教学效果。近年来,多名教师获得了教学竞赛优秀奖;学校教学督导组通过多次听课,认为水力学课程的教学备课认真、重点突出、能深入浅出的讲授基本概念、原理,并引导学生独立思考,重视师生互动,充分理论联系实际,讲课中能引入学科新成果、新思想、教学效果好。2006年以来对水工6个班级的学生进行了调查认为授课效果优秀的占96.7%;效果良好的占2.8%;效果一般的占0.5%。