刘丙军 胡茂川 蔡锡填 谭学志

［摘 要］工程水文与水利计算课程是水利工程专业的一门重要核心课程。文章针对工程水文与水利计算课程中存在的课程知识创新性不足、教学手段单一、重理论轻实践等问题，围绕新工科和“卓越工程师”教育体系对工程专业人才的需求，以培养创新型复合人才为目标，提出工程水文与水利计算课程建设需开展线上线下相结合的多元化教学模式、重视前沿学科知识、强化课程实践教学等措施，不断提升学生的实践能力、科研创新能力。

［关键词］工程水文与水利计算；创新实践能力；课程改革；教学模式

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）20-0062-04

随着我国工业化进程不断推进，高等学校工程专业人才培养理念与目标正不断发生变化。2018年，《教育部 工业和信息化部 中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》明确指出，“为适应新一轮科技革命和产业变革的新趋势，紧紧围绕国家战略和区域发展需要，加快建设发展新工科，探索形成中国特色、世界水平的工程教育体系，促进我国从工程教育大国走向工程教育强国”“深入开展新工科研究与实践”“建设一批新型高水平理工科大学、多主体共建的产业学院和未来技术学院、产业急需的新兴工科专业、体现产业和技术最新发展的新课程等” [1]的要求。基于新工科对工程专业人才培养的要求，水利工程专业人才培养以新经济、新产业、新技术为依托，以培养创新型复合人才为目标，服务水利事业发展，由以水灾害防御为主转化为解决水资源、水环境、水生态、水安全综合问题，不断优化水利工程专业人才培养方案和课程体系。

工程水文与水利计算课程是水利工程专业的一门重要核心课程，其主要教学任务是分析河川、湖泊、水库、河口等水体的水文现象，研究并提出经济合理和安全可靠的水利工程设计方案以及规划设计参数和运行调度管理优化方案等[2]。工程水文与水利计算课程是一门应用性很强的专业课程，要求理论与实践并重，教师在课程讲授过程中可通过工程专题讨论和实践教学研讨，不断培养并提升学生工程水文分析和水利计算的动手能力与实际工作能力。

一、工程水文与水利计算课程实践教学现状分析

工程水文与水利计算课程涉及水文学基础理论、水文统计分析、水利计算等多个领域，课程知识点丰富、研究性与实践性强，要求学生具备十分扎实的实践动手能力。对照新工科与“卓越工程师”教育体系对工程专业人才的培养要求，现阶段该课程在实践教学与创新方面仍存在诸多需要改进之处。

（一）课程教学以传授专业基础知识为主，缺乏创新实践能力培养的意识

新工科与“卓越工程师”教育体系下，高等学校要落实立德树人根本任务，培养学生具备国际学术视野以及创新实践等多项能力。有的工程水文与水利计算课程教学目标，往往强调工程水文分析、水利计算基本知识、原理与方法的教学，学生学习成绩以考试分数为评定标准。该课程在教學的过程中存在对学生创新能力、科研实训能力、思维能力等综合素养的培养重视不够等不足，与新工科与“卓越工程师”人才培养要求不匹配。

（二）教学内容以基本理论知识与计算方法为主，对前沿创新性知识、实践案例介绍不足

目前的工程水文与水利计算课程教材主要编撰于20世纪七八十年代，以满足完成大量水利工程建设与运行水文分析、水利计算任务所需为主。教材沿用至今，缺乏对当今相关科学技术中新问题、新方法、新技术的介绍，尤其是缺乏对当代水利工程建设中重大工程关键前沿技术、理论方法的总结分析。同时，工程水文与水利计算课程教学大都依赖教材对传统基础知识、原理和方法进行讲授，对前沿创新性知识与实践案例讲授不足。

（三）实践教学手段单一，学生探索性学习动力不足

工程水文与水利计算课程教学往往以教师讲授和多媒体课件展示、学生课堂训练与课后作业为主，教学手段比较单一、教学内容枯燥乏味，不够重视充分运用线上线下结合、科研实训、前沿进展讨论等多形式多样化的授课手段，对典型工程实践案例剖析深度不足，容易影响学生实践能力与学习兴趣的培养[3]。

二、基于学生创新实践能力强化的课程教学探讨

（一）实施线上与线下相结合的教学模式，突出多元化实践教学

工程水文与水利计算课程涉及大量分析计算和相关实训[4]，传统以教室课堂教学为主的教学模式已经不适应新工科人才与“卓越工程师”的培养要求。比如工程水文与水利计算课程的极端暴雨、洪水的观测、分析与计算等知识内容，其教学往往受制于实验场地与设备，加之野外测量工况异常复杂，洪涝、风暴潮等自然灾害发生过程容易危及学生人身安全，因而没有得到有效开展。学生在学习上述知识内容时一般不具备水文要素监测、模拟的专业基础，导致其难以理解所学内容，学习效果不佳。基于上述情况，课程教学团队采取了线上与线下相结合的教学模式，在课程相关理论知识与方法授课前，依托课程教学团队研发的“河口水循环过程虚拟仿真实训”虚拟仿真平台，提前布置预习作业，让学生熟悉了解有关水文气象要素观测、陆地径流过程模拟、河口径流过程模拟的工程案例与实践内容；在课堂教学过程中，授课教师依托虚拟仿真平台帮助学生掌握水文循环要素监测技术、理解水文现象的物理机制和相互转化关系原理、学会运用相关水文水动力模型构建与演算等，实现了线上教学与线下教学的有机融合。

（二）不断更新教学理念，突出学生创新实践能力培养

工程水文与水利计算课程教学需要重视学生创新实践能力的培养。授课过程中需要按照学习认知理论与规律，将理论知识与具体工程实践相结合，构建从简单到复杂、从单项到综合的课程建设体系，实现教学任务、教学内容、教学方法的互相协调，不断提高学生的理解能力和学习兴趣[5]。

为了提升学生的创新实践能力，在教学任务与内容设置方面，课程教学团队将以单一知识点授课的形式调整为以模块化知识点授课的形式，将工程水文与水利计算课程内容设计为四大知识模块，即水文频率分析知识模块（围绕水文要素“三性”审查→水文频率分析计算→计算结果合理性检验的任务主线）、防洪调节计算知识模块（围绕水文基础数据处理→由流量推求设计洪水→水库防洪实时调度的任务主线）、水库兴利调节计算知识模块（围绕水库来进行需水基础数据处理→设计年径流计算→水库损失水量计算→年调节水库兴利调节计算的任务主线）、水库水能分析计算知识模块（围绕水文水能基础数据处理→设计年径流计算→保证出力计算→年调节水能计算的任务主线）。通过这四个知识模块的设置，能有效将零散知识内容形成串并联的反馈模式，使学生易于掌握。要求学生在课后学习中，通过小组合作学习的形式完成知识模块的课程作业，提升学生的团队协作能力和实践实训能力。

在授课内容方面，紧密结合课程基础知识点内容，加强典型工程实践案例的分析讲解，提升学生对工程的认知与实践能力。在讲授工程水文与水利计算的服务对象时，引入三峡工程建设的专题讨论，分析工程水文与水利计算在服务重大水利工程建设、运行与管理中的作用；在讲授设计洪水过程推求原理时，结合三峡大坝设计洪水位的推求，讲解如何利用黄陵庙水文站历史洪水痕迹推求历史特大洪水计算过程，以及如何利用宜昌站长系列洪水资料推求设计洪水值及其洪水過程；在讲授水库兴利调节计算时，引入珠江三角洲水资源配置工程供水规模论证案例，讲解经济社会发展对区域需水的影响以及供水工程规模优选方法；在讲授水能分析计算时，引入我国西南梯级电站的建设历程，分析电网调度、生态环境、移民征迁等要素对梯级电站规模的影响；等等。通过引入经典工程案例，解决传统教学重理论轻实践的问题，不断提升学生对水利工程的感性认识，帮助学生积累工程实践经验，做到教、学、做、练一体化融合，在理论学习的基础上完成实践，在实践过程中总结学习理论。

在授课方法方面，强调研究型教学，实现由教师授课为主转变为师生互动教育为主，加强师生互动，注重引导学生积极参与课程教学过程，注重引导和启发，做到 “教好”和“学好”的有机统一。按照“课程导入—目标—前测—参与式学习—后测—总结（BOPPPS）”的有序教学模式[6]，广泛发动学生主动参与到教学过程中的各个环节，调动学生主动思考和创新的积极性。教师在该课程授课过程中，可灵活运用课堂教室、多媒体技术、信息网络资源等丰富授课与考核的内容与形式。为提升学生思考、分析和解决问题的能力以及创新思维水平，教师可结合课程基础知识点，融入计算机技术、大数据技术、系统分析技术、 复杂理论，在教学环节增加高强度环境变化下水文过程非一致性非平稳性变化问题、水库实时洪涝精准预报调度、水资源目标优化调度、流域梯级群生态优化调度等前沿课题进行专题讨论。为增强学生动手能力，教师可引导学生利用Matlab、Python等计算机语言，编辑水文频率分析、水文统计等分析软件，掌握大数据分析、机器学习算法在水文分析、预报等领域的运用。为培养学生的国际学术视野，教师在授课过程中可增加相关国际最新前沿文献解读，讲解科技论文写作要求。

（三）强化课程设计训练，培养学生的实践动手能力

为强化学生对工程水文与水利计算基础理论知识的运用、提升学生的专业实践能力，本课程在理论知识讲解后安排了相应的课程设计任务[7]。工程水文与水利计算课程设计一般是以实际工程资料为基础，结合相关基础理论方法，按照水文分析、水利计算两大部分内容开展专项设计。在课程设计教学过程中，课程教学团队发现有些学生存在对课程设计认识不够、对基本原理方法理解不透、团队协作意识不足等问题。为解决上述问题，需要对课程设计的内容、形式、考核方式等方面进行优化。在布置课程设计任务前，教师带领学生进行水库、梯级电站的实践认知学习，让学生初步具备水利工程的总体布局、主体建筑物及其运行调度等的基本认知，增进学生对工程水文与水利计算课程的服务对象、目标与要求等的了解；在课程设计内容方面，可设置水文频率分析、防洪调节计算、水库兴利调节计算、水库水能分析计算等多个模块，扩大课程设计选题范围，提高学生对课程设计的兴趣，降低学生相互抄袭的可能性；在课程设计形式方面，按照分组分类的形式，学生可根据自己的兴趣爱好，每五六个人组建一个课程设计小组，组内学生分工协作完成某一知识模块的设计内容，提升学生团队协作能力；在考核方式方面，强调在完成课程设计的基础上，鼓励学生积极阅读学科前沿领域论文，优化课程设计内容与方法，如在水文频率分析中考虑水文非一致频率分析内容、在防洪调节计算方面考虑动态汛限水位的影响、在水库兴利调节计算中考虑多目标优化算法的运用、在水电能源设计中考虑生态需水的需求等。通过不断完善工程水文与水利计算课程设计的形式与要求，有效培养学生的专业实践能力，强化学生的团队协作能力与创新思维。

三、结语

随着经济社会的不断发展， 新工科与“卓越工程师”教育体系下的水利工程专业人才培养模式发生了显著变化。以培养创新型复合人才为目标，工程水文与水利计算课程体系建设需要通过线上线下相结合的教学模式，提升实践教学质量；实时更新学科前沿知识，强化学生创新思维与能力培养；不断强化课程设计训练，改善重理论轻实践的状况，提升学生对专业基础知识的运用与专业实践能力。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 教育部，工业和信息化部，中国工程院.教育部 工业和信息化部 中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见[EB/OL].（2018-12-31）[2023-04-13].https：//

www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5443530.htm.

[2] 原文林， 高倩雨. 水文水利计算课程教学中存在的问题及改进思路探讨[J]. 西部素质教育， 2017，3（8）：96.

[3] 高仕春， 万飚， 张翔， 等.《工程水文及水利计算》互动式教学与实践[J]. 教育教学论坛，2015（2）：125-126.

[4] 刘能胜， 龙立华， 黎国胜.工程水文与水利计算实践教学改革[J]. 农村经济与科技，2013，24（5）：180-181.

[5] 陈燕飞， 陈彦美，文浩.基于多元智能发展理论的《水文水利计算》教学研究[J].科技资讯， 2015，13（30）：176.

[6] 何婷婷， 韩艳萍， 刘美艳. 混合式教学在工程水文与水利计算课程的应用[J]. 山西建筑， 2021，47（17）：178-179.

[7] 靳娟娟， 何敏.工程水文及水利计算课程设计教学探讨[J]. 现代职业教育，2016（1）：166-167.

［责任编辑：庞丹丹］