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摘 要 在高度总结水力学课程特点的基础上，针对教学过程中存在的问题，对水力学教学方法和教学过程中的关键环节进行思考与探索，增强教学与学习效果，为课程教学提供借鉴。
关键词 水力学；实验；多媒体
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）20-0103-03
Thought and Exploration of Key Links in Hydraulics Course Teaching//LI Juan
Abstract Based on the characteristics summary of the hydraulics course and problems in the teaching process， the teaching methods and key links were thought and explored deeply， which can enhance the teaching effect and provide some lessons to others.
Key words hydrologie； experiment； multimedia
1 前言
水力学课程是土木、水利类专业的一门必修课程，涉及水静力学、液体运动的流束及流场理论、管道流动及明渠流动中水流运动时能量和动量的转换、堰流及闸孔出流的水力计算、地下渗流的水力计算、建筑物的水流衔接与消能等多项重要内容，是本科教学环节中要求较高、难度较大的一门课程[1-2]。本文在深入了解学生知识体系、高度总结课程特点的基础上，对水力学课程的教学方法及关键环节进行思考与探索，以期增强教学效果，从而促进学生对相关知识的掌握理解和实际应用。
2 水力学课程特点
课程基础覆盖面广 水力学课程是一门对基础课程要求较高的课程，在课程学习过程中，要求学生掌握大学物理、高等数学、理论力学、材料力学等课程中的重要内容，在此基础上探寻液体平衡及运动状态下的规律及应用。
基本概念多、理论性强 水力学课程涉及多项概念，对应的判别标准不同且容易混淆[3]。例如：流线定性反映液流的流速方向及大小，迹线反映液体质点运动轨迹；依据运动要素是否随时间变化判别恒定流与非恒定流，依据流线是否为平行直线判别均匀流与非均匀流；水流的形态分为层流及湍流，而水流的流态则分为缓流、急流与临界
流；依据堰坎厚度与堰上水头关系，堰流分为薄壁堰流、实用堰流与宽顶堰流，不同堰流具有不同的特点及计算方法等。
水力学课程理论性较强。自水静力学至水动力学，涉及巴斯加压强传递规律，连续性方程、能量方程及动量方程等三大方程，欧拉平衡微分方程式、纳维—斯托克斯方程、达西公式等。每个公式均有复杂的推导过程和不同的应用条件，且往往是多个公式联合运用才能解决某个具体问题，因此需要学生对所有理论熟练掌握并灵活加以运用。
与专业课程联系紧密 水力学课程是水利类专业的专业基础课[4]，是多门专业课程的基础，其内容与灌溉与排水工程学、水泵及水泵站、水工建筑物、土力学、工程地质、水利工程施工、水工钢结构等课程有机结合，互相联系。
专业针对性强 水力学课程教材分為上下两册。依据本科生相关专业的教学计划，上册内容多为水静力学、液体运动的流束理论、液流形态及水头损失、有压管道的恒定流、明渠恒定均匀流与非均匀流，面向土木工程、交通工程、工程管理、水利工程等专业学生开设，要求掌握水静力学基本规律、液体运动的三大方程、管道及渠道的简单水力计算；下册内容多为水跃、堰流及闸孔出流、有压管道非恒定流、水工建筑物下游的水流衔接与消能、液体运动的流场理论、渗流等，面向水利水电工程及农业水利工程专业学生开设。相比上册而言，下册的理论性、实用性要求均有所提高。
3 教学过程中的重点、难点
课程内容多为基于水静力学基本理论和三大方程的实际应用问题。学生在学习过程中对于基本理论和三大方程的推导掌握较为轻松和熟练，但在实际应用过程中缺乏灵活性，存在以下主要问题。
三大方程的应用 连续性方程式考察断面平均流速与断面面积关系，理解和应用较为简单；能量方程及动量方程的求解应注意方程的应用条件和建立求解过程。三大方程是基于恒定总流推导出来的质量、能量与动量转换关系，并且涉及利用断面平均流速取代实际流速分布产生的误差，因此，建立方程时一定要选择恒定总流均匀流过水断面；在求解实际问题时，注意能量方程变化量为上游断面能量与下游断面单位重量液体的能量差。为了准确应用能量方程，应首先选择正确合适的水平基准面，对于明渠流动应选择自由水面为计算带标点，对于管道流动应选择管道轴线为计算代表点；动量方程中的动量变化量为输出动量与输入动量之差，同时应选择准确的控制体进行受力分析。受力分析时针对表面力（压力和摩擦力）和质量力（重力和惯性力）分别进行分析，建立的方程不易出错。
图形的绘制与辅助计算 课程中部分计算内容可利用图形进行辅助计算，如静水压强分布图、压力体图、能量方程的图示（总水头线及测压管水头线）、明渠恒定非均匀渐变流的水面曲线、棱柱体地下河槽恒定简便渗流的浸润曲线等。
静水压强分布图和压力体图是计算静水总压力的重要辅助图形，在教学过程中应加入非常规图形的讲解与应用，促进图形理论的理解和绘制的准确性。在进行压力体图绘制时，可加入中学物理中的阿基米德浮力定律，加深对压力体的掌握与应用。能量方程的图示包括总水头线及测压管水头线。总水头线一定是沿程下降且下降值为水头损失，总水头线与测压管水头线之间的铅垂差值表示单位重量液体的流速水头，对于管道入口、出口断面应分析不同行近流速、不同压强等情况下的实际表示。对于明渠恒定非均匀渐变流的水面曲线绘制，要分析并总结不同底坡、不同区域水面曲线的基本规律，并针对不同的渠道形式进行水面曲线的衔接分析，还可结合动画展现不同尾水深度对于水面曲线形式的影响。对于棱柱体地下河槽恒定简便渗流的浸润曲线的教学，可联系明渠水面曲线的绘制，分析渗流浸润曲线同明渠水面曲线的异同点，促进理解掌握。 工程实际问题的应用 理论学习的目的是解决工程中的实际问题。水跃、堰流、闸孔出流、泄水建筑物的水流衔接消能等问题，均为基本理论方程和工程的实际应用。此部分内容中应适当加入工程实例，并通过适当的课程设计促进学生对零星知识的系统整理和应用。
4 教学方法与关键环节的探索
依据课程特点，在传统与现代教学方法结合的水力学课程教学过程中，总结以下几个可以增强教学效果的关键环节。
增强与学生的互动，丰富课堂内容，提高学生学习兴趣 由于工科课程内容枯燥、学习难度大，学生畏难情绪明显[1]。而兴趣是学习最好的老师，因此，提高学生的学习兴趣和主动性十分必要。现代多媒体与传统教学方式的结合，突破了“教师主导讲授”的传统课堂教学方式，教学方式和内容可丰富并多元化，可在课堂内容基础上，加入课程相关、引发学生关注的图片、动画、视频等内容，以提高学生学习兴趣。
比如：在讲到真空问题时，以生活中真空包装的食物为例，讲解部分真空和绝对真空之间的区别与联系；讲到水静力学中的浮体与潜体的平衡时，加入东方之星客轮翻沉事件，让学生分析潜体浮心与重心的关系，并自行分析浮体的平衡稳定性，使其理论联系实际；讲到堰流与闸孔出流时，加入都江堰相关的图文介绍，使其在享受水利文化的同时，了解堰流相关知识；在讲到渗流管涌和流土变形破坏时，引用“千里之堤毁于蚁穴”的典故，结合坝体渗透变形破坏导致溃坝的实例，使得学生明白渗流破坏的严重性。
与此同时，可通过微信、QQ等学生较为喜欢的形式与学生建立和谐的师生关系，进一步进行互动沟通，及时了解学生群体的需求、思想与困难，并反馈至教学活动，从而增强教学效果。
整体认识，系统考虑，分块解疑并前后联系 在课程开课之初，先给学生介绍课程的相关内容及要求，使其形成对课程的总体认识和基本框架；在每一章开始之初，介绍本章各节内容的前后联系与呼应，使其了解本章内容的主线及所要解决的问题；针对每个章节学习的重点及难点，将其分解后与学生已有知识结构有机结合，逐步推导分析并形成相关结论。
另外，选用合适的教材并灵活加以运用。一般教材中前面内容多为后面学习内容的基础，但任何课程的内容均是前后联系的，不应完全局限于教材章节的编排，而是将相关知识系统化后辐射讲解。比如：讲到第二章“能量方程中利用断面平均流速取代实际的流速分布”后，应采用动能修正系数进行误差的修正，可提前介入第三章“层流及湍流”概念，告诉学生除渗流中有部分层流外，工程中的管道流动、明渠流动水流均为流速分布较为均匀的湍流，动能修正系数可按1进行处理，使其将能量方程与实际工程相联系；讲到液体运动的加速度时，在讲解时变加速度的基础上，可提前介绍水力学下册流场理论中的位变加速度概念，使得学生有对比性的认知；讲到水跃部分时，提前介绍水跃的不同衔接形式，为第九章“泄水建筑物消能”内容的掌握打好基础。
加強课程间的联系，并注重理论联系实际 本科教育是专业教育，很多学生学习过程中经常疑惑：学习这门课程的目的是什么？学了这门课程后如何应用？因此，课程间的联系和课程体系的形成极为重要。在课程学习过程中，应帮助学生形成课程知识体系，并使学生建立课程与工程实践之间的联系，从而将所学知识应用于工程实践。
水力学课程是水利类专业重要的基础课程，其内容涉及多门课程。例如：平面与曲面受到的静水总压力的计算，是水工钢结构中闸门设计计算的重要基础；有压管道中的水泵扬程、流量、管路系统的水力计算等，是水泵与水泵站课程的重要内容，涉及工程中水泵选型安装等问题；管路系统中水头损失的计算问题，是灌溉排水工程学中管路系统设计的重要内容；泄水建筑物水流衔接消能问题，是水工建筑物设计中的基础知识；在实用堰势能与动能转化过程中，加入当地某桥水位过高、建设溢流坎降低水位的实例，并演示对比建设前后水流形态图片，使学生的学习更加生动。
组织课堂讨论与典型习题研讨并重视实验环节 根据本科生培养目标和计划，学生课程门类较多，每门课程的学时较为有限，教师可预先选择考查知识点较为全面的典型性思考题及习题，组织学生进行课堂讨论，从而快速高效地了解学生对于相关知识的掌握情况，并针对性地调整教学的侧重点，取得事半功倍的效果。
另外，一般水力学上册课程在第四学期开设，水力学下册课程在第五学期开设，是专业基础课程和专业课程的衔接与过渡阶段，学生尚未参加工程实习与实践，对于课程的理解还停留在表面认识上。此时应重视课程的实验教学环节，通过学生的动手实验，使其理论知识得以演示和验证，从而加深学生对课程知识的理解与运用。
除此之外，教学内容中可加入行业规范、标准和最新发展等，拓宽学生知识面，培养出更为优秀的专业人才。
参考文献
[1]段小月，杨春维，汤茜，等.水力学教学方法的探讨[J].赤峰学院学报：自然科学版，2013（3）：22-23.
[2]李方红，王维早，李铎.提高水力学教学质量的改革措施[J].教育教学论坛，2015（28）：107-108.
[3]靳娟娟.水力学教学现状及教学改革初探[J].教育教学论坛，2016（26）：115-116.
[4]周婷.浅谈《水力学》课程教学技巧及实践[J].内蒙古农业大学学报：社会科学版，2015（5）：68-70.
关键词 水力学；实验；多媒体
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）20-0103-03
Thought and Exploration of Key Links in Hydraulics Course Teaching//LI Juan
Abstract Based on the characteristics summary of the hydraulics course and problems in the teaching process， the teaching methods and key links were thought and explored deeply， which can enhance the teaching effect and provide some lessons to others.
Key words hydrologie； experiment； multimedia
1 前言
水力学课程是土木、水利类专业的一门必修课程，涉及水静力学、液体运动的流束及流场理论、管道流动及明渠流动中水流运动时能量和动量的转换、堰流及闸孔出流的水力计算、地下渗流的水力计算、建筑物的水流衔接与消能等多项重要内容，是本科教学环节中要求较高、难度较大的一门课程[1-2]。本文在深入了解学生知识体系、高度总结课程特点的基础上，对水力学课程的教学方法及关键环节进行思考与探索，以期增强教学效果，从而促进学生对相关知识的掌握理解和实际应用。
2 水力学课程特点
课程基础覆盖面广 水力学课程是一门对基础课程要求较高的课程，在课程学习过程中，要求学生掌握大学物理、高等数学、理论力学、材料力学等课程中的重要内容，在此基础上探寻液体平衡及运动状态下的规律及应用。
基本概念多、理论性强 水力学课程涉及多项概念，对应的判别标准不同且容易混淆[3]。例如：流线定性反映液流的流速方向及大小，迹线反映液体质点运动轨迹；依据运动要素是否随时间变化判别恒定流与非恒定流，依据流线是否为平行直线判别均匀流与非均匀流；水流的形态分为层流及湍流，而水流的流态则分为缓流、急流与临界
流；依据堰坎厚度与堰上水头关系，堰流分为薄壁堰流、实用堰流与宽顶堰流，不同堰流具有不同的特点及计算方法等。
水力学课程理论性较强。自水静力学至水动力学，涉及巴斯加压强传递规律，连续性方程、能量方程及动量方程等三大方程，欧拉平衡微分方程式、纳维—斯托克斯方程、达西公式等。每个公式均有复杂的推导过程和不同的应用条件，且往往是多个公式联合运用才能解决某个具体问题，因此需要学生对所有理论熟练掌握并灵活加以运用。
与专业课程联系紧密 水力学课程是水利类专业的专业基础课[4]，是多门专业课程的基础，其内容与灌溉与排水工程学、水泵及水泵站、水工建筑物、土力学、工程地质、水利工程施工、水工钢结构等课程有机结合，互相联系。
专业针对性强 水力学课程教材分為上下两册。依据本科生相关专业的教学计划，上册内容多为水静力学、液体运动的流束理论、液流形态及水头损失、有压管道的恒定流、明渠恒定均匀流与非均匀流，面向土木工程、交通工程、工程管理、水利工程等专业学生开设，要求掌握水静力学基本规律、液体运动的三大方程、管道及渠道的简单水力计算；下册内容多为水跃、堰流及闸孔出流、有压管道非恒定流、水工建筑物下游的水流衔接与消能、液体运动的流场理论、渗流等，面向水利水电工程及农业水利工程专业学生开设。相比上册而言，下册的理论性、实用性要求均有所提高。
3 教学过程中的重点、难点
课程内容多为基于水静力学基本理论和三大方程的实际应用问题。学生在学习过程中对于基本理论和三大方程的推导掌握较为轻松和熟练，但在实际应用过程中缺乏灵活性，存在以下主要问题。
三大方程的应用 连续性方程式考察断面平均流速与断面面积关系，理解和应用较为简单；能量方程及动量方程的求解应注意方程的应用条件和建立求解过程。三大方程是基于恒定总流推导出来的质量、能量与动量转换关系，并且涉及利用断面平均流速取代实际流速分布产生的误差，因此，建立方程时一定要选择恒定总流均匀流过水断面；在求解实际问题时，注意能量方程变化量为上游断面能量与下游断面单位重量液体的能量差。为了准确应用能量方程，应首先选择正确合适的水平基准面，对于明渠流动应选择自由水面为计算带标点，对于管道流动应选择管道轴线为计算代表点；动量方程中的动量变化量为输出动量与输入动量之差，同时应选择准确的控制体进行受力分析。受力分析时针对表面力（压力和摩擦力）和质量力（重力和惯性力）分别进行分析，建立的方程不易出错。
图形的绘制与辅助计算 课程中部分计算内容可利用图形进行辅助计算，如静水压强分布图、压力体图、能量方程的图示（总水头线及测压管水头线）、明渠恒定非均匀渐变流的水面曲线、棱柱体地下河槽恒定简便渗流的浸润曲线等。
静水压强分布图和压力体图是计算静水总压力的重要辅助图形，在教学过程中应加入非常规图形的讲解与应用，促进图形理论的理解和绘制的准确性。在进行压力体图绘制时，可加入中学物理中的阿基米德浮力定律，加深对压力体的掌握与应用。能量方程的图示包括总水头线及测压管水头线。总水头线一定是沿程下降且下降值为水头损失，总水头线与测压管水头线之间的铅垂差值表示单位重量液体的流速水头，对于管道入口、出口断面应分析不同行近流速、不同压强等情况下的实际表示。对于明渠恒定非均匀渐变流的水面曲线绘制，要分析并总结不同底坡、不同区域水面曲线的基本规律，并针对不同的渠道形式进行水面曲线的衔接分析，还可结合动画展现不同尾水深度对于水面曲线形式的影响。对于棱柱体地下河槽恒定简便渗流的浸润曲线的教学，可联系明渠水面曲线的绘制，分析渗流浸润曲线同明渠水面曲线的异同点，促进理解掌握。 工程实际问题的应用 理论学习的目的是解决工程中的实际问题。水跃、堰流、闸孔出流、泄水建筑物的水流衔接消能等问题，均为基本理论方程和工程的实际应用。此部分内容中应适当加入工程实例，并通过适当的课程设计促进学生对零星知识的系统整理和应用。
4 教学方法与关键环节的探索
依据课程特点，在传统与现代教学方法结合的水力学课程教学过程中，总结以下几个可以增强教学效果的关键环节。
增强与学生的互动，丰富课堂内容，提高学生学习兴趣 由于工科课程内容枯燥、学习难度大，学生畏难情绪明显[1]。而兴趣是学习最好的老师，因此，提高学生的学习兴趣和主动性十分必要。现代多媒体与传统教学方式的结合，突破了“教师主导讲授”的传统课堂教学方式，教学方式和内容可丰富并多元化，可在课堂内容基础上，加入课程相关、引发学生关注的图片、动画、视频等内容，以提高学生学习兴趣。
比如：在讲到真空问题时，以生活中真空包装的食物为例，讲解部分真空和绝对真空之间的区别与联系；讲到水静力学中的浮体与潜体的平衡时，加入东方之星客轮翻沉事件，让学生分析潜体浮心与重心的关系，并自行分析浮体的平衡稳定性，使其理论联系实际；讲到堰流与闸孔出流时，加入都江堰相关的图文介绍，使其在享受水利文化的同时，了解堰流相关知识；在讲到渗流管涌和流土变形破坏时，引用“千里之堤毁于蚁穴”的典故，结合坝体渗透变形破坏导致溃坝的实例，使得学生明白渗流破坏的严重性。
与此同时，可通过微信、QQ等学生较为喜欢的形式与学生建立和谐的师生关系，进一步进行互动沟通，及时了解学生群体的需求、思想与困难，并反馈至教学活动，从而增强教学效果。
整体认识，系统考虑，分块解疑并前后联系 在课程开课之初，先给学生介绍课程的相关内容及要求，使其形成对课程的总体认识和基本框架；在每一章开始之初，介绍本章各节内容的前后联系与呼应，使其了解本章内容的主线及所要解决的问题；针对每个章节学习的重点及难点，将其分解后与学生已有知识结构有机结合，逐步推导分析并形成相关结论。
另外，选用合适的教材并灵活加以运用。一般教材中前面内容多为后面学习内容的基础，但任何课程的内容均是前后联系的，不应完全局限于教材章节的编排，而是将相关知识系统化后辐射讲解。比如：讲到第二章“能量方程中利用断面平均流速取代实际的流速分布”后，应采用动能修正系数进行误差的修正，可提前介入第三章“层流及湍流”概念，告诉学生除渗流中有部分层流外，工程中的管道流动、明渠流动水流均为流速分布较为均匀的湍流，动能修正系数可按1进行处理，使其将能量方程与实际工程相联系；讲到液体运动的加速度时，在讲解时变加速度的基础上，可提前介绍水力学下册流场理论中的位变加速度概念，使得学生有对比性的认知；讲到水跃部分时，提前介绍水跃的不同衔接形式，为第九章“泄水建筑物消能”内容的掌握打好基础。
加強课程间的联系，并注重理论联系实际 本科教育是专业教育，很多学生学习过程中经常疑惑：学习这门课程的目的是什么？学了这门课程后如何应用？因此，课程间的联系和课程体系的形成极为重要。在课程学习过程中，应帮助学生形成课程知识体系，并使学生建立课程与工程实践之间的联系，从而将所学知识应用于工程实践。
水力学课程是水利类专业重要的基础课程，其内容涉及多门课程。例如：平面与曲面受到的静水总压力的计算，是水工钢结构中闸门设计计算的重要基础；有压管道中的水泵扬程、流量、管路系统的水力计算等，是水泵与水泵站课程的重要内容，涉及工程中水泵选型安装等问题；管路系统中水头损失的计算问题，是灌溉排水工程学中管路系统设计的重要内容；泄水建筑物水流衔接消能问题，是水工建筑物设计中的基础知识；在实用堰势能与动能转化过程中，加入当地某桥水位过高、建设溢流坎降低水位的实例，并演示对比建设前后水流形态图片，使学生的学习更加生动。
组织课堂讨论与典型习题研讨并重视实验环节 根据本科生培养目标和计划，学生课程门类较多，每门课程的学时较为有限，教师可预先选择考查知识点较为全面的典型性思考题及习题，组织学生进行课堂讨论，从而快速高效地了解学生对于相关知识的掌握情况，并针对性地调整教学的侧重点，取得事半功倍的效果。
另外，一般水力学上册课程在第四学期开设，水力学下册课程在第五学期开设，是专业基础课程和专业课程的衔接与过渡阶段，学生尚未参加工程实习与实践，对于课程的理解还停留在表面认识上。此时应重视课程的实验教学环节，通过学生的动手实验，使其理论知识得以演示和验证，从而加深学生对课程知识的理解与运用。
除此之外，教学内容中可加入行业规范、标准和最新发展等，拓宽学生知识面，培养出更为优秀的专业人才。
参考文献
[1]段小月，杨春维，汤茜，等.水力学教学方法的探讨[J].赤峰学院学报：自然科学版，2013（3）：22-23.
[2]李方红，王维早，李铎.提高水力学教学质量的改革措施[J].教育教学论坛，2015（28）：107-108.
[3]靳娟娟.水力学教学现状及教学改革初探[J].教育教学论坛，2016（26）：115-116.
[4]周婷.浅谈《水力学》课程教学技巧及实践[J].内蒙古农业大学学报：社会科学版，2015（5）：68-70.