《水力学》课程教学探索与改革

陶轶洋

（中原科技学院,河南 郑州）

一 引言

水力学是高等工科院校学生必修的一门专业基础课，以液体为研究对象，采用高等数学、理论力学等学科为工具，探索液体在运动和静止状态下的平衡规律。因此，大多学校将该课程开展在第四、五学期。而这一时期的学生不仅面临大量的专业课程学习，同时面临长期应试教育导致的生活实践匮乏的现状，导致在知识传授过程中，学生长期处于被动状态，从而丧失了对专业的兴趣和热情[1-2]。这些便成为水力学课程开展的绊脚石。针对上述情形，本文通过分析教学现状及存在的问题，提出从教学内容和教学方式入手的课程改革措施。

二 教学现状及存在的问题

水力学教学过程中存在教学观念老化、思政属性欠缺、教学手段单一等问题，这些问题的存在增加了教学开展的难度，也反映在学生的课堂表现上，如果不能对这些问题给予足够的重视，学生不仅会对该课程丧失兴趣，也会助长学习无用论的气焰[3-4]。

（一） 教学观念老化

水力学作为基础性学科，教学目的以传授理论知识为主。理论知识传授大多建立在模型假设和数学推导之上，对于数学基础一般、理解能力有限的普通高校学生，力学本身就已经足够抽象，再加上讳莫如深的理论推导，无疑加深了理论传输的难度。科学的推导过程是水力学的精华，作为课堂的主要内容也毋庸置疑，但是一味地强调水力学的科学性，不仅会让教学过程过于枯燥，也会在冗长的推导过程中磨平学生对水力学的热情，学生学习热情的降低也必然会影响学生接受知识的程度。因此，在水力学教学中，需要改变这种以理论推导为主的教学观念，适当增加一些包含水力学应用的奇闻趣事，一方面减少学生的为难情趣，也为严谨的科学教学增加一些人文情怀。同时大学的课堂也要注重对学生动手能力的培养，鼓励学生自主设计检验水力学理论的道具，通过动手加强对理论知识的认知要比课堂上长篇大论的推导更容易被学生接受。

（二） 思政属性欠缺

科学本身就是人类认识世界改造世界的过程，水力学作为一门科学，本身也强调用辩证法和唯物论去看待事物，水力学的探索发展过程也处处彰显着理论指导实践，实践反作用于理论的内涵。然而由于水力学概念较多、理论推导多，在水力学的传授过程中，理论传授已经占据了大多课时，它的思政属性也被埋没在理论教学中，这让水力学成了一门没有温度的学科，而背离了教育立德树人的根本目标。适当融入一些思政元素可以为冰冷的科学升温，让学生从人文的角度去接受这门学科，也让知识有了人情味，成为可以改变生活改变社会的工具。

（三） 教学手段单一

大学课程大多在多媒体教室进行，应用多媒体可以实现板书直观性强，帮助学生理解、记忆、分析的功能。但是尽管配备的有先进的多媒体设施，课程的开展依然未摆脱板书刻板的印象，依然是以教师为主导的大段的公式讲解[5]。这显然违背了多媒体创新课堂、活跃气氛的教学目的，在水力学中应该根据学科特点恰当运用多媒体展开教学。例如在传授水跌和水悦特性时，应用多媒体实现图、文、声、像并茂的课堂教学，丰富学生在课堂上的感官，加深学生对概念的认知。同时而随着手机的普及，更多的学生能够通过网络接受到新鲜事物，传统的教学方式也深受网络冲击，这就需要教师结合网络实现多渠道教学，丰富教学手段的过程实现知识传递。

以上诸多问题的存在对教学内容和教学方法提出了改革的需求，针对教学观念老化、思政属性欠缺、教学手段单一，本文提出从思政元素入手的教学内容改革和基于能力培养的教学方式改革措施。

三 课程思政理念下的教学内容改革

党的十八大以来，习近平总书记在全国教育大会、全国高校思想政治工作会议上多次发表重要讲话，反复强调要落实“立德树人”的根本任务，抓好思政课建设。在水力学教学中融入思政元素也是大势所趋[3,6-7]，可以通过贴近生活的教学案例、人文情怀的工程案例、科学研究的经典案例将劳动教育、文化教育、创新教育与人文精神融入课堂之中。

（一） 贴近生活的教学案例

针对土建专业开展的水力学以水利工程为教学案例，这符合土木工程方向学生的培养方向，却增加了学生的理解难度，尤其是在水静力学基础和水动力学理论的学习上。最初的理论学习是为了让学生面对工程案例时能提出合理的设计方案，而选择专业性较强的工程案例来揭示其中的力学内涵反而会使水力学这门科学脱离了实际的感受。因此，一些贴近生活的案例会比中规中矩的工程案例更能揭示水力学中的理论内涵。比如，潜入游泳池后身体会随着埋深增加的静水压强，接水的过程中根据压强等值原理避免液体飞溅。生活的体验无不揭示和应用着水力学的内涵，适当地融入这些贴近生活的案例，能给学生应用水力学解决实际问题提供思路。同时贴近生活的案例也会吸引学生将刻板的理论知识应用在生活之中，赋予学生观察动手的机会，将劳动教育融入水力学的学习之中。

（二） 人文情怀的工程案例

在水力学中不乏大国工程作为教学案例来深化理论应用，但长期生活在学校家庭两点一线的学生对于这些大国工程的认知仅建立在新闻报刊上的一段文字和几张图片，而以大国工程为案例的水力学教学反倒不如被水淹的马路更有直观的感受。这就需要思政元素的加入来强化学生对大国工程的认可。例如，在以红旗渠为例讲解水力边界对明渠流动的影响时融入林县人民在修建红旗渠时形成的“自力更生、艰苦创业、团结协作、无私奉献”的精神，强化学生对水利工程的认知，也从中了解明渠流动原理对人们生活的改变，在增强民族自豪感的过程中强化学生的社会责任感，学会用理论武装头脑，用双手改变世界的理论实践过程。文化教育的融入，不仅让学生对水力学有了更深刻的感官认识，也掌握知识改变命运的途径。

（三） 科学研究的经典案例

水力学的发展离不开不同时期科学家的辛勤劳作，在敬畏他们所创造科学成果时，也要传承他们崇尚科学、追求真理、为科学和真理倾其一生的大无畏精神。在水力学教学中，连续性方程、伯努利方程和动量方程建立了水力学的理论基础，但在应用的过程中，这些方程无法解出一个明确的结果，这时候科学家的科研工作就显得尤为重要。雷诺通过实验发现了流体运动的两种形态，并通过大量实验测出了临界雷诺数；尼古拉兹通过筛出不同粒径的砂砾来制作人工粗糙管来探索管壁对水流阻力的影响；达西通过设计实验装置对砂质岩土进行了大量实验研究给出渗流能量损失与渗流速度之间的关系。科学家们的实验现在依然在水力学的实验课上被不断重复着，但是实验设计的过程却往往被置于课堂之外，更不用提基于水力学理论试验设备的改进。这种教学模式显然忽视了科学研究的经典案例中对于创新精神的培育。科学研究的经典案例不应该只是实验室里的操作流程，更应该是培养学生自主创新能力的温床。学生被授予的不仅是知识，还有检验真理的唯一途径——实践。

（四） 引经据典的文化案例

中国传统文化中也饱含水的智慧，大到“水能载舟，亦能覆舟”的治世之道，小到“滴水穿石”的个人坚持，孕育了华夏文明的中国传统文化在用生动的语言讲述着水的智慧[8]。而优美文字下蕴含着水力学的深刻内涵，“上善若水，水善利万物而不争”是水沿程阻力作用的结果，“逍遥如水”是水流动性的体现，“水因地而制流”在讲述着水力边界对水的影响。中国优秀的传统文化突破了教科书上刻板的定义，为水力学加入了文化的根髓，从科学的角度揭示经典的内涵。将晦涩的理论扎根在深厚的文化底蕴之中，在科学教学中实现人文精神的传承，为现代化建设提供着精神动力和智力支持。

水力学的教学过程，用贴近生活的教学案例培养学生通过实践检验真理，用人文情怀的工程案例增强学生的社会责任感，用科学研究的经典案例教会学生创新探索的途径，用引经据典的文化案例实现人文精神的传承。诸多思政元素的融入不仅让知识更贴近生活，也赋予了科学社会属性，让教育为培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人服务。

四 基于能力培养的教学方式改革

在水力学的教学过程中，教学内容本身就是理论与实践的完美结合，这种结合丰富了课程的理论体系，也指出了实践的应用方向。因此，教学方式也要从理论传授和实践应用两方面拓展创新[9]。

（一） 温故知新的理论传授

在水力学的知识体系中，繁多的水力学概念刷新了学生的认知，却也增加了理论传授的难度。从认识的主体来看，人们对客观事物的认识总要受到主观条件的限制。全新的概念已经增加水力学的复杂本质，而脱离了实践模型假设和理论推导进一步增加了学生接受知识的难度，这种直线式的认知过程无疑会导致认知上的脱节，也助长了学生在学习理论过程中不求甚解的习惯。长期以往，学生也就形成了理论基础似曾相识，用起来无从下手的理论实践脱节，导致认识世界是为了改造世界的初衷相悖，也就助长了学习无用论的风气。因此，知识传授过程中过于追求新知传输而忽略了建立与已有认知的联系是不可取的。

针对上述情形，在水力学的教学中，应注重温故知新的认知过程的建立，强化新旧知识的链接，例如，在传授水力学基本方程时，以学生中学阶段接触过水中任意一点的静水压强为引，结合已有的水力学定义，建立全新的力学模型，进行受力分析，将中学阶段学习到的压强分布规律结扩展至一般状况，既有强化了学生关于静水压强分布规律的认知，又传授科学研究中从特殊到一般的规律探索过程。在强化理论认知中，温故知新，让水力学的学习不再是建立在全新概念认知上的数理方程，加强认知间的联系，更好地落实理论认知。

（二） 结合生活的实践应用

建立了系统的理论认识之后，适当地引导学生应用理论知识去揭示生活现象背后的科学本质。比如应用静水压强分布规律去揭示希罗喷泉能自动循环喷水的规律，并探索该循环过程不能持续的原因。生活中不乏水力学基本原理的应用，而这些应用并不局限于工程领域。水力学理论体系的建立不仅是为了培养学生的工程素质，也应该注重培养学生联系水力学理论解决实际问题的过程。生活现象要比水利工程来得更直观，用来揭示液体平衡和机械运动的规律，也要比理想模型更有说服力。

同时也需要学生紧跟时代，勤学善思，在遇到问题时掌握分析问题解决问题的途径。比如车辆落水后该如何逃生，遇到急流时该如何自救。将这些生活中的问题摆在课堂上，一方面加强学生对理论的认知，同时也加强学生的安全观念，让学生认识到用知识武装头脑在关键时候可以救人也可以救己。

（三） 接轨国际的双语课堂

18 世纪起，力学理论引入了符号代数的表达方式，随着大量物理符号的引入，即使是牛顿第二定律也是几经波折才变成了现在F=ma 的形式[10]。由于物理学家在语言和习惯上存在差异，直到19 世纪物理符号才在众多学术交流中获得了统一。而这些统一的物理符号大多采用英文单词缩写的形式，对于以汉语为母语的众多国内学生实用性有限，也难免出现望文生义的理解。比如用水力半径R 建立沿程阻力系数与沿程摩擦阻力的关系时，学生难免会把水力半径与圆管半径混淆，而水力学中常用的流速v 与运动粘度ν 在外形上也是相似度极高。这些源自于印欧语系的物理量对于大多数学生而言，就像重新学习了一门外语，在接受程度上也就有了高低之分。作为水力学授课的对象，大三的学生经历了英语四六级考验，大多具有良好的英语基础，在教学上采用英文的形式讲授物理量定义会有更深刻的理解，同时也能揭示物理符号背后的实践本质。其次学生在专业英语学习上接触的专有名词毕竟有限，对于想要在本学科继续深造的学生，结合应用背景的英语学习要比传统英语课堂的死记硬背更有现实意义。因此，采用接轨国际的双语课堂的教学模式既可以加深对专有名词的理解，也可以为学生打好参与国际交流的语言基础。

通过温故知新的理论传授、结合生活的实践应用与接轨国际的双语课堂，不仅实现了理论体系的建立，也能培养学生学以致用的能力，让教学的过程富有生活气息，又不乏科学认知，实现了从理论到实践的过渡，也实现了个人能力的提升。

五 结语

在现代多元化的社会中，课程教育的开展要结合“立德树人”和“教书育人”两个目标。一方面要求学生学有所得，另一方面也要求学生学有所用。通过内容改革，让水力学教学融入劳动教育、文化教育与创新教育的思政元素，通过教学方式改革实现温故知新、学以致用的理论传授和实践应用，让教学过程既有科学内在，又饱含人文情怀，最终落实“立德树人”和“教书育人”两个目标。