韓娜娜 王仰仁 周青云 葉瀾濤

摘要：本文根據(jù)《工程水文學(xué)》課程中水信息采集與水文數(shù)據(jù)處理兩大部分教學(xué)內(nèi)容，通過多元化實驗手段可以使學(xué)生進(jìn)一步了解水文信息采集的方法原理、儀器結(jié)構(gòu)、性能和操作方法，幫助學(xué)生加強(qiáng)理解課堂中所學(xué)到的理論知識，提高學(xué)生的實際動手操作能力，同時也是提高水利學(xué)科人才實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的重要途徑。

關(guān)鍵詞：多元化；水文測驗；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）08-0199-02

水文測驗是我校水利工程學(xué)院水文與水資源工程專業(yè)的實踐課程，包括水文網(wǎng)站布設(shè)、水信息采集與水文數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。目前屬于《工程水文學(xué)》課程中的一部分內(nèi)容，它是進(jìn)行水文要素的測量、計算以及水文資料整編的原理和方法的一門學(xué)科。目前，歐美國家的一些大學(xué)開設(shè)的水文類課程主要有“Physical Hydrology”和“Engineering Hydrology”等。國外重視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，美國的Utah State University的實驗教學(xué)內(nèi)容充實，體系完整，同時實驗課程也達(dá)到了50%左右。相比之下，我校的這門課程實驗教學(xué)所占的比較較少，這就造成了我校水文測驗類的實驗教學(xué)課時比較少，也對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和開拓創(chuàng)新思維極其不利。

針對我校的這種情況，本項目以培養(yǎng)“高素質(zhì)，重實踐”的創(chuàng)新性人才為目標(biāo)，改革優(yōu)化實驗方法，提出“理論引導(dǎo)—視頻演示—虛擬實驗—現(xiàn)場示范—親自動手”的五環(huán)節(jié)實驗教學(xué)思路，采用多種方法相結(jié)合，不斷深入實驗教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才。

一、加強(qiáng)理論的引導(dǎo)

這部分主要是指在課堂教學(xué)過程中，加強(qiáng)對水文測驗類實驗項目的理論知識的講解。水文觀測的項目有降雨、徑流、蒸發(fā)、泥沙、水位、冰棱、水溫等。在課堂講授過程中重點(diǎn)對降雨、蒸發(fā)、水位、徑流和泥沙的測量原理、測量方法、測量儀器、注意事項及資料整編等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的講解。這樣學(xué)生在做實驗之前，能夠?qū)嶒烅椖康脑砑安僮鞑襟E等在理論上加深理解，調(diào)動起學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生對將要進(jìn)行的試驗產(chǎn)生濃厚的興趣，提高學(xué)生的積極性。

二、利用實驗錄像演示

利用實驗錄像演示，即“視頻演示”，是將水文測驗的相關(guān)實驗項目錄制成視頻，先通過第一步的課堂理論講解，然后在學(xué)生進(jìn)行水文測驗實驗前將相應(yīng)的實驗操作步驟進(jìn)行演示，這樣可以充分利用實驗錄像演示，可以彌補(bǔ)目前我院實驗場地和實驗設(shè)備的有限性，通過實踐證明這是比較行之有效的方法。首先學(xué)生已經(jīng)在課堂學(xué)習(xí)了水文測驗項目的基本原理、操作步驟和注意事項等內(nèi)容，然后再通過實驗視頻來加深對實驗過程的感性認(rèn)識，這樣學(xué)生可以預(yù)先了解實驗的過程，為自己后續(xù)能夠順利、快速、準(zhǔn)確的完成實驗提供保證。另外，若學(xué)生對某個實驗的環(huán)節(jié)不太清楚時，可以反復(fù)觀看實驗視頻，直到自己完成理解和掌握，這樣既可以加強(qiáng)和鞏固課堂上學(xué)到的基本知識，又對自己做實驗時提供了一定的指導(dǎo)，效果非常好。

三、加強(qiáng)虛擬仿真實驗環(huán)節(jié)

水文與水資源工程專業(yè)是培養(yǎng)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)緊缺型人才的學(xué)科，具有很強(qiáng)的實踐性和綜合學(xué)術(shù)性，但是，傳統(tǒng)的以課堂講授為主的專業(yè)課教學(xué)模式難以實現(xiàn)這一目標(biāo)。為此，我院進(jìn)行了虛擬仿真綜合實驗室的建設(shè)，利用了現(xiàn)有的教學(xué)軟件及相關(guān)企業(yè)的開發(fā)實力和支持服務(wù)能力，力求完善補(bǔ)充傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在水利水電工程施工組織設(shè)計、工程項目管理、大壩結(jié)構(gòu)安全分析、泄水建筑物水動力三維仿真、流域產(chǎn)匯流仿真系統(tǒng)、河道斷面流速及流量監(jiān)測虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)等專業(yè)核心課程及相關(guān)課程設(shè)計中引入了虛擬數(shù)值仿真技術(shù)，利用專業(yè)軟件和專門的模擬教學(xué)系統(tǒng)來“模擬”水利水電工程建設(shè)活動實際運(yùn)作的過程，涉及工程項目多目標(biāo)、多因素的過程模擬的特點(diǎn)。以“河道斷面流速及流量監(jiān)測虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)”為例，通過該仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以從空中俯瞰河流的全貌，然后在測流斷面進(jìn)行流量的測驗。系統(tǒng)界面中給出流量測驗的步驟操作過程，然后學(xué)生按照仿真系統(tǒng)的提示進(jìn)行操作，主要包括斷面測量和流速的測量，其中還有流速儀的安裝和使用，等等。斷面和流速的測量結(jié)束后，虛擬仿真系統(tǒng)提示進(jìn)行流量的計算。通過這種互動和漸進(jìn)式實驗教學(xué)方法，結(jié)合工程實踐，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生能感性地理解教學(xué)內(nèi)容，克服理論與實踐脫節(jié)的問題，更有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和相互交流，給學(xué)生提供廣闊的、乃至立體的學(xué)習(xí)空間，從而提高了學(xué)生的創(chuàng)新和應(yīng)變能力。

四、增強(qiáng)現(xiàn)場示范

現(xiàn)場示范主要是根據(jù)水文測驗的項目，指導(dǎo)教師在實驗室或?qū)嶒瀳霈F(xiàn)場對學(xué)生進(jìn)行實驗操作過程的示范。在示范過程中，邊操作邊提示學(xué)生這個操作步驟需要注意哪些事項，同時向?qū)W生提問，下一步是什么，可以找學(xué)生來回答，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對操作步驟的理解。另外，在實驗過程中，對于出現(xiàn)的問題和可能出現(xiàn)的問題都可以向?qū)W生提問，并指出對于這些問題，在實際操作時應(yīng)該采取什么樣的措施來解決，這樣能夠使學(xué)生對水文測驗項目的操作過程非常清楚，有助于學(xué)生后續(xù)自己做實驗時，能夠保質(zhì)保量的完成。當(dāng)然，現(xiàn)場演示或示范時，對學(xué)生提出的問題現(xiàn)場解答，這樣可以解決學(xué)生的疑惑，有助于學(xué)生對水文測驗實驗更好的理解和掌握。

五、學(xué)生親自動手實驗

水文現(xiàn)象受許多自然因素制約和人類活動影響，一般的水文觀測和分析難以清楚地揭示其物理過程和相互關(guān)系，需要在野外或?qū)嶒炇覂?nèi)用特定的程序、裝置和設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的、有控制的觀測和試驗。水文測驗包括三部分內(nèi)容。

1.實驗設(shè)計。以有效、經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)，對各試驗項目的組合、實驗場所、實驗方式、實驗程序、各輪試驗的邊界條件和重復(fù)次數(shù)等做出研究和判斷，初步設(shè)計出試驗方案和分析途徑。例如下滲實驗，可包括均質(zhì)和非均質(zhì)土的積水下滲、降雨下滲等試驗組合，分別以小流域、徑流場、土柱模型作為試驗場所，選不同降水強(qiáng)度和歷時、積水深度、土壤水分狀況、水力傳導(dǎo)度等為試驗變量，并進(jìn)行一定次數(shù)的重復(fù)試驗。

2.測試手段。要滿足實時、實況觀測和保證必要的精度，當(dāng)常規(guī)測試方法達(dá)不到目的時，需設(shè)計和運(yùn)用特殊的儀器和方法。如上例中，用中子法測定土壤水分時，對下滲鋒面研究達(dá)不到要求，需另用γ法或電阻法作補(bǔ)充，或另設(shè)計放射性同位素示蹤方法進(jìn)行研究。

3.實驗結(jié)果分析。常用方法有黑箱分析，建立確定性數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)物理方程求解等，有時還可同時用幾種方法進(jìn)行分析比較，并通過分析檢驗實驗設(shè)計，改進(jìn)實驗方法，以求得表達(dá)所研究對象物理過程的數(shù)學(xué)模型。

總之，通過學(xué)生親自動手進(jìn)行水文測驗實驗，在實驗過程中每個學(xué)生擔(dān)任一項任務(wù)，保證各組分工過程中，每個學(xué)生都能在實驗過程中進(jìn)行操作并熟練掌握。

水文測驗通過一系列的教學(xué)改革，首先讓學(xué)生最初對實驗項目從理論方面的理解，通過視頻加強(qiáng)學(xué)生視覺感官方面的印象，其次通過我院市級虛擬仿真實驗中心的“流域產(chǎn)匯流仿真系統(tǒng)”和“河道斷面流速及流量監(jiān)測虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)”進(jìn)行仿真實驗，加強(qiáng)了對復(fù)雜及實際情況難以實現(xiàn)的實驗理解，再通過實驗教師的現(xiàn)場示范環(huán)節(jié)進(jìn)一步掌握實驗的過程及注意事項，最后通過學(xué)生親自動手實驗，保證每位學(xué)生能夠?qū)λ臏y驗項目進(jìn)行操作并熟練掌握，可見本項目采用的“理論引導(dǎo)—視頻演示—虛擬實驗—現(xiàn)場示范—親自動手”的五環(huán)節(jié)實驗教學(xué)思路，采用多種方法相結(jié)合，能夠不斷深入實驗教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。

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