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1、工程水文及水利计算互动式教学与实践 随着信息技术的普及，计算机及网络对学生学习产生了双面影响，也给教学带来了很多新问题。本文从工程水文及水利计算课程特点入手，在教学内容、方法及方式等方面对其课程设计进行了改革尝试，提出了互动式教学方法。实践表明，这种方法对发挥学生学习主动性，培养学生的实践能力和创新能力起到了很好的效果。 一、引言 传统教学手段的一个很大问题是在集体教学中，学生个体的差异往往被忽视，在整齐划一的要求下，学生缺乏鲜明的个性、独立的人格和创造的活力。而随着计算机网络的普及，一方面为学生提供了高效的自主学习环境，另一方面也为学生提供了“偷懒”的方便。因此，如何发挥网络环境的长处，真正
2、让每个学生投入到课程学习过程中，是广大教师面临的问题。 工程水文及水利计算课程是水利类专业的专业基础课。课程设计则是培养学生运用所学理论知识解决实际问题的重要环节，也是实现培养目标的重要手段。通过课程设计，学生将对课程整体内容有更深入的理解，其作用和重要性不言而喻1。利用计算机网络实现集体的“教”与个别的“学”相结合的互动式教学方式，非常适合工科相关课程设计的教学2。本文从实践上对工程水文及水利计算课程设计的教学改革进行探讨，研究互动式教学的新方法。 二、课程特点与情景设计 1.本课程的特点。工程水文及水利计算是由工程水文与水利计算两部分组成。相对而言，前者是基础，后者为应用，前者为后者提供计
3、算的依据，两者紧密联系。本课程具有以下特点（1）内容承上启下，紧密联系。在水利工程规划设计阶段，根据业主设计要求，工程水文一般要提供以下设计依据一是分析年径流资料，提供规划设计所需的来水资料；二是提供满足工程设计标准的设计洪水资料。水利计算一般包括兴利计算、水能计算、调洪计算三大内容。利用来水资料，通过兴利计算确定水利工程满足用户需求的兴利规模；在此基础上，再通过水能计算确定水能资源得到充分利用的水电站规模；利用设计洪水资料，通过调洪计算确定防洪特征水位；最终确定水利工程规模（方案）。（2）计算精度可高可低，结论一致。在水利工程规划设计阶段，对计算精度本身要求不高。此外，确定工程规模也是由多种
4、因素综合考虑的结果，只要方法正确，计算无误，最后的结果是趋于一致的。（3）计算方法可繁可简，按需选择。根据收集到的水文资料情况，在工程水文部分介绍了不同的水文计算方法。在水利计算部分对应以上三大内容，有简化方法，如典型年时历列表法、等流量法、半图解法；也有较复杂的方法，如长系列模拟法、等出力法、解析法等。 2.课程设计的情景。从上分析可知，水利工程设计规模是水利计算的计算结果，水利计算是根据工程水文提供的水文资料进行计算的，工程水文则是依据用户要求提供水文资料的。显然，用户要求不同，工程设计规模就不同。因此，可选取三个控制指标用户的保证流量、设计保证率、防洪设计标准。根据提供的基础资料，对这三
5、个指标设置几个可行的等级，这样就可以组合出用户不同要求的设计情景，以满足课程设计时一人一个设计的需要。 在课程设计内容的选择上，以年调节水库为典型工程，以实际工程设计资料为基础，提炼设计内容。做好以下准备工作（1）统一提供基础资料。包括流域概况、长系列径流资料、洪水资料、水利工程特征曲线资料等。为了避免设计内容的年年重复，还可以在保持流域多年平均流量不变的条件下，对实际流域的水文资料进行缩放处理，再替换原水文资料。（2）前后内容无缝衔接。设计保证率不同，选择的径流资料不同；保证流量不同，确定的兴利库容不同；在统一计算的死水位条件下，正常高水位不同。防洪限制水位涉及到防洪与兴利协调问题，可以发挥
6、学生的主观能动性，满足设计结果合理性的要求即可。这时要注意调洪计算时采用的泄洪能力曲线，要调整泄洪设施底坎高程的位置，以保证兴利计算与调洪计算无缝衔接。（3）独立编写程序。对计算比较复杂的部分，要求学生自己动手编程计算，以锻炼计算机编程的能力。（4）设计报告书标准化。工程设计要有科学的态度，严谨的作风。强调报告书要结构合理、引用无误、结果正确、排版规范。可以给学生提供参考样板，有助于他们系统化掌握设计工作的原则、方法和流程。 三、教”与“学”相结合 1.互动式“教”与“学”。利用计算机网络进行互动式教学，极大地改变了课堂教学的方式，从以“教”为主转变为以“导”为主，对教师也提出了更高的要求，教
7、师主要应做好以下几个方面的工作（1）要有一定的网络使用能力，建立互动式教学的网络环境，例如QQ群、论坛。（2）要根据本教学内容设计多元化的问题情景。这是实施互动式教学的前提。要做好这一点，要求教师对教学内容有全面、深刻的了解，在某些方面还应有独到的见解。（3）要搜集和整理足够的相关材料，以便学生在学习过程中既要独立思考，又能充分地探讨，不至于离开教学要求而浪费时间。（4）要创设民主协商的课堂气氛，以指导学生，启发他们提出问题和建议，引导他们利用网络资源自主探究，并适时调控研讨的广度及深度。只有这样才能保证教学目的充分实现。 教师创设的问题情景、提出需要解决的问题、对解决问题的指导都是面向全体学
8、生的。每个学生可以根据自身的能力选择内容的深度和广度，提出各具特色的解决问题的方法，在遇到困难时也可随时通过网络求助。在问题解决的过程中，师生都是平等的参与者，大家共同合作以寻找解决问题的方法，找出问题的答案。这时，每位学生都可以在自己的站点上向网络提交观点，并可以和其他同学进行互相评价、互相帮助。这既有利于吸引学生更积极主动地参与教学活动，又有利于培养学生独立思考、独立判断、善于交往、相互合作的能力，最终使每位学生在解决问题的能力和综合水平方面都能获得不同程度的提高。 2.灵活安排课程设计。工科学生强调动手能力和实践创新能力，课程设计是个很好的锻炼机会。当课时较少，或者无课程设计安排时，为了
9、增强教学效果，可通过以下方法将课程设计转化成大作业。（1）化整为零。可以将设计内容分解成若干部分，穿插于上课期间，以习题的形式布置给学生。随着课程进度，逐步完成课程设计任务。（2）降低难度。例如，对水文频率分析可提供教学版供参考使用；将工程特征曲线资料等进行分段线性化处理，不要求编写程序，可以在EXCEL上完成计算；直接给出防洪限制水位；或者采用简单的水利计算方法等。（3）减少计算量。直接提供典型年径流资料和不同频率的倍比系数，或提供典型洪水资料和不同频率的倍比系数，甚至可以不安排水能计算和水库调度图的绘制。 需要强调的是，师生最后的互动总结很重要，可以达到画龙点睛的效果。一来减轻学生对工程设
10、计的神秘感，鼓励学生大胆提出新的设计方案和技术措施；二来也便于教师吸取经验，提高教学效果。 3.考核原则及量化。成绩评定，关系到对学生努力学习的评价和学习效果的总结，要求老师尽量做到公平、公正、公开。为此，要求老师对学生整个学习过程有跟踪记录，对每部分有量化计分和具体的评分标准。具体要求如下（1）惩罚原则。要求学生明确自己分配的设计任务，与分配的设计任务不符者要求重做，否则视为抄袭。（2）奖励原则。考虑到学生个人能力的不同，对那些选择难度系数较高的计算方法进行编程计算的同学应该鼓励。还要鼓励学生对成果进行分析和思考。（3）每部分设计成果检查。要注意上下内容的衔接。确定了死水位和正常高水位后，水
11、能计算时，水位只能在此区间变化；确定了防洪限制水位后，调洪计算时，调洪过程是否符合调度规则。此外，学生之间的设计成果可以进行相互对比，例如，相同的设计保证率条件下，保证流量越大，设计的兴利库容越大等。（4）排版要求。排版要求同正规出版刊物。同时，鼓励学生写心得体会。 将每部分设计成绩量化，根据设计成果和奖惩原则打分，最后给出最终成绩。在成绩评定后，找几个有代表性的或有争议的课程设计做一次公开讲评，学生体会会更深，收获会更大！ 四、总结 与传统方法相比，互动式的课程设计数据资料丰富多变，能够保证一人一题，极大减少了抄袭的可能，减轻了部分学生对成绩好的同学的依赖心理。另外，由于设计内容可繁可简，在
12、课时较少时，可化整为零，将设计内容融汇在课堂教学过程中。在课时允许时，还可要求学生编程计算，提高设计难度。这样还有利于量化考核方式，可以让学生明确自己的努力方向。 由教师设计问题情景，利用网络提供的平台进行互动式“教”与“学”，引导学生发挥主观能动性，积极参与教学活动中。学生不断学习了专业知识，表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力也得到了提高。 目前中国正在大力开展工程教育认证工作，一个合格的毕业生，对知识、能力、素质都有明确的要求。这些毕业要求，必须细化到学生的日常学习与管理过程中，具体体现到每门课程的学习中，在教学内容、方法及方式等方面对其课程设计进行了改革尝试，提出了互动式教学方法。笔者多年的教学实践证明，这些改革措施很好地调动了学生的学习积极性，取得了很好的教学效果，对学生创新能力和动手能力的培养是一个很好的尝试，对学生专业知识和能力方面的培养做出了一定的贡献。实践表明，这种方法对发挥学生学习主动性，培养学生的实践能力和创新能力起到了很好的效果。 第 8 页