陳旭東 李宗坤 王建有 王娟

摘要：《拱壩設計》是水利水電工程專業(yè)本科生運用所學專業(yè)知識的綜合檢驗，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新、實踐精神的重要實踐教學環(huán)節(jié)。為了使其最大限度地發(fā)揮作用，本文從設計任務書編制和指導方法兩方面提出了指導過程中的心得體會。

關鍵詞：拱壩設計；水利水電工程；指導實踐；心得

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0225-02

水利水電工程（簡稱水工）專業(yè)本科生的培養(yǎng)目標是：基礎扎實、能力強、富有創(chuàng)新精神，在水利、水電等部門從事規(guī)劃、設計、施工、科研和管理方面工作的高級工程技術人才。為實現(xiàn)該培養(yǎng)目標，要求學生必修靜力學、動力學、結構力學、水力學、土力學、工程地質(zhì)、工程測量、工程水文學、工程材料等基礎課程，以及水資源規(guī)劃與利用、水工建筑學等專業(yè)課程。然而，如何檢驗學生能否綜合運用這些知識分析并解決實際問題呢？畢業(yè)設計無疑是一塊重要的試金石，并且畢業(yè)設計的選題是重中之重?！豆皦卧O計》就經(jīng)常被高等學校的水工專業(yè)選為畢業(yè)設計的課題，一方面，拱壩是一種經(jīng)濟性和安全性都比較優(yōu)越的壩型，我國已建或在建了一批世界前列的300m級拱壩[1]；另一方面，拱壩結構復雜，在設計過程中牽涉的知識點多，能將水工專業(yè)畢業(yè)生所學課程有機結合。因此，《拱壩設計》作為水工專業(yè)畢業(yè)設計課題不僅具有很好的理論意義，還具有較高的實用價值[2]。但是，在實際過程中學生做畢業(yè)設計的時間是有限的，通常為14周，要在14周的時間內(nèi)讓學生綜合運用所學知識完成《拱壩設計》，并重點培養(yǎng)他們的獨立工作能力、分析和解決問題的能力、創(chuàng)新能力以及繪圖和寫作實踐能力，就得在設計任務書的編制和指導方法上下功夫。筆者結合《拱壩設計》指導過程中的實際情況，在設計任務書的編制和指導方法兩個方面分享一些心得體會并提出一些建議。

一、設計任務書的編制方面

1.設計任務要明確且工作量合適。目前《拱壩設計》的設計要求如下[3，4]：對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，確定壩頂高程及溢洪道孔口尺寸；對可能的方案進行比選，確定樞紐建筑物型式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；通過比較確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構造，進行水力、靜力計算；對拱壩進行設計：選擇建筑物的型式與輪廓尺寸，確定布置方案；擬定細部構造，進行水力、靜力計算；決定樞紐的施工導流方案，安排施工的控制性進度。上述可見，目前設計任務不僅包括壩體以及泄水建筑物的輪廓尺寸確定，還包括細部構造的擬定和施工導流方案的選擇，在實際的設計過程中，建筑物尺寸確定和細部構造的擬定部分學生們普遍做得較好，而施工導流方案部分則因為時間關系，鮮有做出細致方案者，基本流于泛泛而談，因此，可把施工導流方案的確定和施工進度安排任務刪減。這是筆者在任務書編制方面的建議之一。另外，設計壩體尺寸時，通常是先根據(jù)拱冠梁尺寸對壩體輪廓進行初步設計，然后對其進行應力和穩(wěn)定驗算，以便確定最終尺寸，在學生們的實際設計過程中，應力驗算環(huán)節(jié)有的學生采用電算方法，有的采用手算方法。電算法利用計算機程序能夠快速得到計算結果，但是具體計算步驟由于學生沒有一步一步操作，會造成計算原理的不甚明了；手算法是學生一步一步進行計算的過程，加深了計算過程中概念和原理的理解，但在計算機程序方面的鍛煉欠缺。為了既培養(yǎng)學生對基本概念、基本原理的掌握，又提高其計算機語言方面的能力，筆者建議在任務書里明確需要采用電算法和手算法兩種方法分別進行驗算，這也是筆者在任務書編制方面的第二條建議。

2.原始資料編制要詳細具體。拱壩設計通常是設計一座具有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用的大壩，為此需要給出相應的自然地理、工程地質(zhì)、筑壩材料、庫區(qū)經(jīng)濟等方面的原始資料，主要包括流域概況、氣候特性、水文特性、庫區(qū)工程地質(zhì)、壩址處工程地質(zhì)、砂石料、庫區(qū)作物種植情況等。目前這些原始資料的編制已較為詳細，只是有些圖（包括水位—容積關系曲線、水位—流量關系曲線和設計洪水過程線圖）的坐標刻度偏于稀疏，致使學生在讀圖時存在較大誤差，從而影響設計工作的順利進行。根據(jù)這一實際情況，筆者建議在任務書所涉及的圖形資料制作時可以盡量縮小刻度使得圖形更加詳細，以方便學生讀取數(shù)據(jù)并減小誤差。

二、指導方法方面

1.引導適度重在啟發(fā)。所謂“師者，傳道受業(yè)解惑也”，指導教師顧名思義是對學生起指導作用的教師，而具體指導時也存在“度”的問題。設計之初，如果只是給學生下發(fā)設計任務，不進行講解，學生難免會出現(xiàn)“面對原始資料和設計任務，不知如何下手”的情況，這不僅會浪費時間還會使學生產(chǎn)生畏難情緒，不利于設計工作的順利開展；假如直接告訴學生采用何種方法通過哪些步驟進行設計，又不能充分調(diào)動學生的主觀能動性，起不到培養(yǎng)學生獨立工作能力的作用。只有循循善誘的給學生講解設計任務和原始資料，使其對拱壩設計有清晰的認識，并激發(fā)其興趣，才能調(diào)動學生進行設計的積極性。設計之中，當學生遇到問題時，如果一味地讓學生自己思考、鉆研，便起不到指導教師的指導作用；相反，只是告訴學生解決問題的辦法，問題看似解決了，但學生遇到類似問題時，不一定能很好地解決。正所謂“授之以魚不如授之以漁”，只有逐步給學生講明問題的來龍去脈，讓學生切實參與其中進行思考，并給予適時地啟發(fā)，才能使學生不僅學會了如何解決這個問題，更掌握了解決此類問題的方法。比如，針對拱壩設計時泄洪方案的選取問題，首先和學生探討泄洪方案有哪些，該工程壩址處的地形地質(zhì)條件如何，初選的泄洪方式是什么，通過這一系列的發(fā)問與思考，可以初步設計為壩身泄洪方式，而細化到壩身泄洪的具體形式，還需要引導學生思考是利用表孔還是淺孔，抑或是中孔進行泄洪，這些又需要根據(jù)什么確定，使學生在思考之后能自然想到“泄洪量”這一概念，它是由調(diào)洪演算得來，用于泄洪設計的一個重要參數(shù)，起著貫通前后的作用。那么，思考到這里思路就明朗了：先進行調(diào)洪演算求得設計水位下的下泄流量；根據(jù)壩址處地形地質(zhì)條件初選壩身泄洪方式；利用已經(jīng)求得的下泄流量設計孔口尺寸，并對表孔泄流、中空泄流等方案進行比選，最終確定泄洪方案。綜上所述，適度引導和重點啟發(fā)不僅有助于培養(yǎng)學生的獨立工作能力，還能提高其分析問題、解決問題的能力，并激發(fā)其創(chuàng)新潛能。因此，筆者建議在拱壩設計時指導教師引導適度、重點啟發(fā)，這種方法除了能指導學生順利完成畢業(yè)設計，還能在實現(xiàn)水利水電工程專業(yè)本科生培養(yǎng)目標方面發(fā)揮重要的作用。

2.嚴格要求重在培養(yǎng)?！豆皦卧O計》涉及靜力學、動力學、結構力學、水力學、土力學、工程地質(zhì)、工程水文學、工程材料、水資源規(guī)劃與利用、水工建筑學等課程知識，設計內(nèi)容不僅包括樞紐建筑物的總體布置、拱壩剖面尺寸設計、泄水建筑物設計等計算內(nèi)容，還包括設計說明書的編制，以及設計圖紙的繪制，所以，拱壩設計是一項艱巨的畢業(yè)設計任務。但是，在實際的指導過程中發(fā)現(xiàn)：盡管設計任務相對較重，最終學生們還是能夠圓滿完成了設計任務。筆者認為這與平時對學生的嚴格要求和重視對學生的培養(yǎng)是分不開的。這里的嚴格要求主要包括考勤嚴格、計算嚴謹、圖文規(guī)范等方面。學生的出勤率反映了其認真刻苦的程度，所謂天道酬勤，只有腳踏實地付出努力，才有可能收獲勝利的果實，尤其是對于普遍認為艱苦的水利行業(yè)，艱苦耐勞是一名優(yōu)秀的水利工作者應有的重要品質(zhì)。水利工程的設計經(jīng)常需要“經(jīng)濟性”與“安全性”之間的平衡，只顧經(jīng)濟性可能會導致工程存在不安全的隱患，然而太關注安全性，又有可能造成資源的浪費，使得所設計的工程經(jīng)濟性不夠，只有對各種方案進行“經(jīng)濟性”和“安全性”方面的比選，才能尋找出最優(yōu)方案，而這個過程離不開縝密的思維和嚴謹?shù)挠嬎?，所以嚴格要求學生計算嚴謹也有著重要意義。在設計說明書編制時，嚴格要求學生采用統(tǒng)一、規(guī)范的格式，這也是寫作實踐能力培養(yǎng)的關鍵內(nèi)容，而在圖形繪制時更應該規(guī)范繪制，這樣才能方便讀者查閱。由上可見，對學生進行嚴格要求，不僅在于做好《拱壩設計》本身，更重要的是提高了學生的綜合素質(zhì)，有利于將其培養(yǎng)成一名優(yōu)秀的本科畢業(yè)生，進而為社會發(fā)展做出重要貢獻。

《拱壩設計》對水工專業(yè)本科生培養(yǎng)具有重要的理論意義和實際價值，可用于檢驗并提高水工專業(yè)本科生的獨立工作能力、分析問題解決問題能力、創(chuàng)新能力以及繪圖寫作實踐能力等方面。然而，由于《拱壩設計》涉及知識點多，設計內(nèi)容豐富，對于學生和指導教師而言都是一項艱巨的任務。結合《拱壩設計》的指導經(jīng)歷，總結一些心得和建議，希望能為高等學校相關學科的教學指導實踐提供一些參考。

參考文獻：

[1]陳坤孝，馮繼軍，戴旭東，等.拱壩技術的研究與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

[2]索麗生.水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計指南[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[3]河海大學.水利水電工程專業(yè)拱壩設計任務書[R].南京：河海大學，2015.

[4]鄭州大學.水利水電工程專業(yè)拱壩設計任務書[R].鄭州大學，2015.