《水力学》课程教学大纲

科教研究　Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉ。ｎ—Ｉｎ—ｎ——ｏ　ｖ—ａ　ｔ：ｉ　ｏ　ｎ——Ｈ　＿：ｅ：ｒ：：ａ‘＿！ｌ：ｄ—Ｉｊ　土木工程学科　水力学　课程教学改革研究①　杨向龙　（深圳大学土木工程学院　广东深圳　５　１　８０６０）　摘　要：针对土木工程学科中《水力学》教学中存在的课时少、内容多，学生不重视、效果差等问题，从教材的选用，教学内容的调整　及凝练和教学方法的改进等方面提出一些教学改革的看法和建议，力图使该课程更加符合本专业学生的需求，激发学习兴趣，提高学习效　果。并为土木工程学科中从事《水力学》教学的教师提供一些有益的参考。　关键词：水力学　土木工程　教学改革　中图分类号：Ｇ４　２　０　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３－－９７９５（ｅｏ１　ｚ）ｏ８（ｂ）－ｏ０３７－－０２　在大多数高校土木工程学科各专业的　培养方案中，都将《水力学》（或《流体力学》）　列为主干课程之一。事实上，与该学科中其　他力学方面的主干课程相比，《水力学＊往　往得不到学生的足够重视。究其原因，一方　面是因为该课程对土木工程类专业（特别　是结构工程专业）的支撑性较弱…，不能引　起学生的足够重视；另一方面，在课程内　容，研究方法等方面，本课程与其他力学课　程差异较大，难度也较大，再加上内容多，　课时少，很多学生学不明白，失去兴趣，甚　至产生厌学情绪。然而，在土木工程中，很　多地方不可避免地涉及流体力学的问题，　也就是说，这门课程又不应该被忽视或者　含弃。为了提高学生的学习兴趣，取得良好　的教学效果，很有必要对该课程进行改革。　作为一名讲授土木工程类专业《水力学　课　程的教师，笔者近年来一直努力对该课程　的教学改革进行探索和尝试。本文将结合　其他Ⅸ水力学》课程教师提出的课程改革内　容，针对该课程的现状，从对教材的选用，　教学内容的调整和凝练，教学方法的改进　等方面提出一些自己的看法和建议，力图　使该课程更加符合本专业学生的需求，并　能激发学生的学习兴趣，提高学习效果。　１教学改革内容　１．１教材的选用　不同著者，不同出版社的《水力学》教　材很多，它们涵盖的主要内容大同小异，但　在细节上存在一些差别。分清各种教材的　差异，选择一本最适合本专业学生的教材，　对取得良好的教学效果是很有帮助的。比　如，某些教材质量低劣，错误较多，应避免　使用。有些教材偏重干理论，有些教材偏重　于应用。对于土木工程学科的专业，应偏重　于应用。需要强调的是，土木工程专业的学　生除了会接触到供水、排水、防渗等与“水”　直接相关的力学问题外，还会接触到与“空　气”有关的很对力学问题，如风对结构的作　用、室内外通风、供暖等。大多《水力学　教　材中，都是以液体为研究对象的。尽管有些　教材中指明了相关的结论对低速气流也适　用，但因为教材中几平通篇以“水”为例，致　使有些学生误以为所得结论只适用于“水”，　难以理解为什么根据“水”得出的结论可以　应用到低速气流中。从这个意义上讲，建议　选择某些名为《流体力学》的教材。这些教　材在讲解流动的基本理论（如流体的运动　方程、伯努利方程等）时，几乎不强调是液　体还是气体，而统称为流体。这样，有利于　帮助学生从一开始就将液体和气体都统一　到“流体”的范畴内。而在某些实际工程问　题（如静水总压力问题，明渠流，孔口和管　嘴出流问题等）中，再着重强调这些内容是　针对“水”的。　１．２教学内容的调整和凝练　不同《水力学》（或类似的《流体力学　）　教材涵盖的主要内容都比较相似，包括水　静力学，水动力学，流动阻力和水头损失，　孔口、管嘴出流和有压管流，明渠流，堰流，　渗流等主要内容。少数教材中还包含势流　理论和可压缩流基础。总体来说，内容相当　丰富。若将所有内容都学完，需要不少的课　时。然而，近年来很多高校应课程体系改革　的要求，都不同程度地对《水力学　课程的　课时进行了缩减。如土木工程学科实力较　强的清华大学、同济大学等高校的培养方　案中，《水力学》课程的周学时仅为２．０。深　圳大学土木工程专业的周学时也一样。在　如此少的学时内想学完《水力学＊的全部内　容是不现实的。因此，需要对教学内容进行　取舍、凝练和调整。另外，结合专业自身的　要求，对某些与之关系密切，但教材内没有　涵盖或者没有突出的内容，应相应地增加　和强调。关于这方面的想法比较多，下面仅　从几方面进行说明。　首先，结合土木工程类专业的课程体　系设置和专业要求，可以对有些内容进行　舍弃。比如，由于《土力学》是土木工程专业　的必修课程，因其中将包含有渗流的相关　内容，在《水力学》中就没有必要包含这部　分内容了。还有在沿程阻力部分，涉及到大　量的经验公式，有些经验公式应用范围很　窄，并且精度也不高，因此，这部分内容可　以进行压缩。　其次，对某些教学内容可以进行调整。　比如，在大多数《水力学》教材中，都将水静　力学放在水动力学之前。笔者认为，可以将　水静力学看成水动力学的一个特例（加速　度为ｏ）而包含在水动力学中。这样，可以节　约推导水静力学基本方程的时间。还有，因　为孔口和管嘴自由出流及淹没出流的平均　流速和流量公式都具有相同的形式，即　①课题来源：深圳大学教学改革研究项目（项目编号：ＪＧ２０ｌ０ｌ２２）。　Ｖ＝￣２ｇＨｏ和Ｏ：　√２ｇ日０，它们的区别　仅在于系数　，　和日　作用水头的取值不　同，因此，可以将孔口和管嘴出流归纳起来　讲解。还有，在《水力学＊中非常重要的伯努　利方程，几乎都是基于流体运动微分方程　推导而来的。众所周知，流体运动微分方程　是基于牛顿第二定律建立的，而牛顿第二　定律的实质就是动量定理。但是，伯努利方　程却是个能量方程。很多学生在学习中产　生迷惑，因为在学生以前的知识体系中，动　量和能量是两个独立的量，较难理解如何　能从动量定理推导出能量方程。并且，教师　也不容易通过简单的语言来解释。因此，对　于伯努利方程的来源，可以采用某些《流体　力学》教材中的做法ｆ２］，即先推导能量方程，　然后再将能量方程沿流线进行积分，便可　得到伯努利方程，这样学生便不会产生迷　惑。以上这些措施不但可以有效节省教学　时间，同时，也可帮助学生更好地理解相关　内容。　最后，结合专业特点，对有些内容需要　加强，教材中没有包含的重要内容还需要　进行适当补充。比如，有些教材将量纲分析　和相似性原理放在附录中，给人一种这部　分内容不重要的感觉。事实上，量纲分析和　相似性原理不但在Ⅸ水力学》中有着举足轻　重的作用，在其他课程以及一些理论分析　和工程试验中都有着广泛应用，是学生必　须掌握的重要内容。因此，这个章节应该当　成重要内容进行学习。另外，钝体绕流问题　在土木工程中是很常见的，但大部分Ⅸ水力　学　教材中都只是蜻蜒点水般一带而过，这　部分内容需要作适当的扩充。　１．３教学方法的改进　对教学方法的改进，一直是　水力学　教学改革研究的热点话题。如今，多媒体教　学已经成为一种常用的教学手段。利用多　媒体工具，特别是借助图片、动画等，可以　直观地显示一些文字难干描述清楚的内　容，更好地帮助学生掌握某些抽象的概念。　显然，对于《水力学》这门抽象概念较多的　课程，这种教学方式更有优势。对于某些具　体问题，传统的解答手段可能已经不合时　宜，应予以摒弃，并代之以实用的解答方　法。比如，在明渠均匀流中，若其他条件已　知，需要计算底宽ｂ时，因涉及到复杂的非　（下转３９页）　中国科教创新导刊Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　３　７

1 《水力学》教学大纲

一、课程基本信息

课程名称（中、英文）：水力学（Hydraulics）

课程号（代码）：30619450

课程类别：（专业基础技术课）

授课学时：85 学分：5

二、教学目的及要求

三、教学内容

水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际，以分析水流现象，揭示水流运动规律，加强水力学的基本概念和基本原理的讲解为主。

（一）基本内容

1．绪论

(1) 液体的物理力学性质

(2) 理想液体和连续介质的概念及其应用。

2．水静力学

(1) 静水压强的基本公式、等压面概念和作用在平面、曲面上的静水总压力，压力体图的绘制。

(2) 压强的表示方法和压强单位较多，应讲解其关系，避免引起混乱；

(3) 几种质量力作用下的液体平衡，应结合例题讲解，以加 2 强压强微分方程式理解和运用。

3. 水动力学基础

(1) 连续性方程、能量方程、动量方程是重点，这部分应讲深讲透，结合实例分析三大基本方程的应用条件和注意的问题及解题步骤，使学生正确理解其意义，通过习题熟练地掌握这些方程；

(2) 液体运动的两种方法，流线、迹线的概念及特点；流量、断面平均流速、渐变流和急变流动水压强分布的概念。

4．液流型态和水头损失

(1) 达西公式、层流紊流特征、雷诺数的物理意义和流态判别、沿程阻力和局部阻力是重点；

(2 )造成水头损失的原因及影响因素；

5．有压管道恒定流

(1) 短管和长管水力计算和水头线绘制是重点。

(2) 复杂管道的特点和基本公式解题的方法。

6．明渠恒定均匀流

(1) 明渠均匀流的特性；

(2) 明渠均匀流水力计算；

7．明渠恒定非均匀流

(1)缓流、急流、临界流的判别，佛汝德数物理概念，断面必能及必能曲线的概念；

(2) 明渠非均匀流水力计算；临界水深的计算； 3 (3) 逐棱柱体明渠水面曲线分析，逐段试算法进行水面曲线计算；

重庆科杖徐陇嵘银(社会科学版)2007年增刊

JournalofChongqingUniversityofScienceandTechnology(SocialSciencesEdition)2007Supplement

高等学校水力学课程教学初探

田祖安

摘要:水力学课程是工科院校中石油、土木、水力、环境、动力化工等专业重要的基础课.教学时应讲好绪

论、开头部分，给学生恰当补充数学知识，巧妙处理好重点难点问题，这样有利于提高课堂教学效果.

关键词:水力学;教学手段;随堂考试

中图分类号:TV13-42文献标识码:A文章编号:1673-1999(2007)S-0062-02

作者简介:田祖安(1979-)，男，重庆秀山人，重庆科技学院建筑工程学院教师，主要从事计算流体力学

的研究。

收稿日期:2007-12-01

AnExploreofHydraulicsCourseinCollegeEducation

TIANZu-an

Abstract:Thehydraulicscourseisabasiscourseinoil,civilengineering,hydraulicpower,environmentalscience,

dynamicsandchemicalindustryspecialty.Thearticleputsforwardsomeopinionsabouttheteachingofhydraulicpower

fromdifferentangleforconsultation.

Keywords:hydraulics;teachingmethod;examsinclass

《水力学》是工科院校中石油、土木、水利、环

境、机械、动力、化工等专业学生重要的一门专业基

础课。课程内容不仅应满足学生学习后续专业课的要

求，也应满足学生毕业后从事专业工作、新项目研

究、开发和继续学习的要求。从持续发展的角度看，

由于水力学课程的基础课特性，水力学的研究仍是各

科教论坛　２０１　２　ＮＯ．１　０　Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｏａｔｉ。ｎ—Ｉｎｎｏｖａｔｉｏ—ｎ　Ｈｅｒａｌｄ　

如何提高　水力学　课程理论教学的质量　

张晓雷　（华北水利水电学院　郑州４５００１１）　

摘要：《水力学》是水利类各专业的一门重要技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等　院校许多理工科专业的必修课。本文根据《水力学》课程自身的特点，针对目前水力学理论教学过程中存在的问题及自身在理论教学过　程中的感受和经验，分析提出了提高《水力学》课程理论教学质量的对策和措施。　关键词：水力学　教学质量　教学方法　教学手段　中图分类号：Ｇ６１　２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７　３－－９　７　９５（２０１　２）０４（ａ）－Ｏ１　２　３－０２　

随着我国高等院校素质教育的全面实　

施，提高教学质量已受到越来越多的重视，　是当前教学改革的重要任务之一。《水力　

学》是高等院校工科类非力学专业特别是　

作为水利水电工程、农田水利、水文水资　源、港口航道及海岸工程四个专业的一门　重要技术基础课程，同时也是许多学校考　研的必考科目，在整个课程体系里占据着　

重要的地位。因此提高水力学教学质量，尤　其是水力学理论教学质量，增强学生解决　

实际问题的能力在教学体系中是个重要环　式、动能修正系数、动量修正系数等，这就　

造成在运用公式计算解决实际工程问题时　带来了很多不便。　

１．３工程应用性较强　

水力学知识应用范围广泛，与工程实　际问题密切相关，在工农业生产的许多部　门，如农田水利、水力发电、航运、交通、建　

筑、石油、化工、采矿、冶金等部门，都要碰　

到大量与液体运动规律有关的生产技术问　

题，要解决这些问题必须具备水力学知识。　

节，也是理论联系实践，学以致用的关键…。　２水力学课程理论教学存在的问题　

１水力学理论课程特点　

水力学》是一门技术科学，是力学的　

一个分支，也是不少专业，特别是水利类专　业的一门重要的专业基础课。它通过研究