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《工程水文及水利计算》课程设计教学体会与思考
作者：王振华 何新林
关键词：工程水文及水利计算；课程设计；教学体会
课程设计的目的
《工程水文及水利计算》课程设计是培养学生运用所学理论知识解决实际问题的重要环节，是学生学习该课程的最后阶段，是学生对该课程专业知识进行深化与升华的重要过程，是学生学习、研究与实践成果的总结与认定，是对学生综合素质与实践能力、初步的科研能力、创新能力培养效果的检验，是高等学校人才培养的重要环节。课程设计教学过程是实现培养目标的重要手段，有利于学生综合素质的培养和调查、研究能力、设计能力、初步科研能力和创新能力的提高，将为学生后续课程的学习及毕业后走上工作岗位，尽快适应教学、科研、生产打下良好的基础。
在农业水利工程专业的培养方案中，《工程水文及水利计算》课程设计被安排在第5学期，时间2周，处于承上启下的关键位置。更重要的是，《工程水文及水利计算》课程设计是农业水利工程专业学生所接触的第一门课程设计，其作用和重要性不言而喻，概括起来主要有以下几点：（1）通过较系统的复习，巩固、联系、充实、加深、扩大所学基本理论和专业知识，并使之系统化。（2）培养学生初步了解和掌握设计工作的原则、方法和流程，在设计、计算、绘图、编写设计文件等方面得到初步的锻炼和提高，特别是在使用计算机提高设计效率和质量方面的训练。（3）培养学生联系实际，综合运用所学知识分析问题、解决生产和设计中实际问题的能力，提倡创新精神与科学态度相结合，鼓励学生大胆提出新的设计方案和技术措施。（4）培养学生形成正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。（5）培养学生的独立工作能力以及团结协作的精神。
课程设计选题概述
本次课程设计的选题为新疆维吾尔自治区沙湾县境内西部的安集海灌区引、蓄水工程规划设计中的有关水文水利计算工作。安集海灌区处于准格尔盆地南缘，天山山系中部的伊乃尔卡山北坡的巴音沟河冲积扇和冲积平原上。河川径流主要为高山冰雪补给，该河流上设有两个水文站——黑山头站和头道沟站，其中黑山头水文站为基本测站，建于1954年，为准备渠首上移，于1966年在头道沟设专用测站，1971年黑山头水文站撤销。灌区位置，有关地形、地质、气象等资料详尽，即当地作物的种植比例、灌溉制度及可耕地资料，安集海水库水位—面积—库容等特性曲线资料，黑山头站逐年平均流量、悬移质含沙量、推移质输沙率、最大和最小流量资料，头道沟站历年逐月平均流量、推移质输沙率、悬移质输沙率资料，黑山头至灌区附近的总分水闸，设计流量为60m3/s。总分水闸闸前水位定为614.40m，总分水闸向东分水出冬夏引水渠，设计流量为20m3/s。水库为贯注式平原水库，设东、西两座泄水闸，西泄水闸考虑水库防洪保坝，设计流量为30m3/s，东泄水闸设计流量为6m3/s。两座泄水闸平均水位均为453.00m。
为进一步发展农牧业和更好地促进乌鲁木齐、石河子、奎屯、克拉玛依等大中城市的工业发展，繁荣城乡经济，需建引、蓄水工程。由于原黑山头渠首淤积严重，拟在头道沟建新渠首，下游黑山头渠首作为冲沙水回收渠首。设计任务有两个：（1）为确定引、蓄水工程的规模、尺寸，需求出两种灌溉保证率情况下的设计年径流来水过程；确定头道沟渠首的引水流量；计算两种灌溉面积情况下的用水过程；进行水库兴利调节计算，求出所需要的库容。（2）为保证大坝安全，需求出设计标准和校核标准两种情况下的洪水过程，并进行调洪演算，求出设计调洪库容和下泄流量过程以及最高洪水位。
设计中出现的问题
由于是第一次进行课程设计，出现的问题比较多，主要有以下几点：（1）设计盲目，没有头绪，无从下手。（2）设计过程不认真，不仔细，低级错误较多，因看错一两个原始数据，造成很多计算结果错误，返工窝工现象时有发生，因此，在一定程度上打击了个别学生的信心。（3）个别学生没有耐心，浮躁，总觉得设计任务重，计算数据太多、太繁琐，缺乏工程技术人员应有的素质。（4）只有个别学生利用计算机计算并分析数据，相当一部分学生仅靠计算器甚至手工计算，费工费时且易出错。（5）书本理论知识学得较呆板，有部分学生不会分析数据的合理性，不能将实际联系理论，频率曲线绘制得不规范，Cv、Cs较少参考相关流域的经验数据。（6）设计报告和计算说明书系统性不强，缺乏条理性，布局欠合理，审美思想也不足，且有一定的抄袭现象。（7）学生之间的协作精神不强，各自单打独斗，等最后才发现自己做了半天全是徒劳。
原因分析及思考
作为农业水利工程专业的第一门课程设计，起初学生都充满了好奇与神秘，同时也充满迷茫与困惑，面对课程设计任务书与指导书不知所措。在听完指导教师对各个设计要点与思路的讲解之后，一个个似乎略有所悟，然而问题很快就暴露出来了。两年多的大学课程学习过程中所做过的作业，无论难易，无论大小，很多条件均为已知，而这次课程设计，所有的资料基本上都是原始资料，需要进行逐步的转化、分析、计算和取舍。短缺的数据需要利用课堂上所学的理论知识，并根据附近流域或水文站的资料进行分析，若满足相关分析的条件，就可进行相关分析插补延长已有资料，从而获得所需要的资料。笔者对所出现的问题进行了总结和分析，有以下几点体会：
（一）第一次进行课程设计，学生缺乏相关经验。第一次利用所学知识，将一大堆数据，转化为为自己服务的数据，学生感到非常兴奋。通过课程设计，学生对有些不是很明白的问题有了深刻的理解。虽然，在设计之初，我已将全部的设计思路讲解过了，但是，待第一步工作做完，学生又不知道如何开展下一步工作了。更有很多学生，在自己的头脑里没有形成一个清晰的思路和轮廓。实际上，设计初始只有在脑海了设想好了，目的明确了，思路清晰了，才能下笔计算。
（二）对设计工作不重视，不愿思考，创新思维不活跃。这个设计选题是围绕拟建水库的规模（死库容、兴利库容、调洪库容）展开的，是兴利调节计算和防洪计算两部分。只要把握这个核心，设计就不会偏离方向，不会做无用功。设计中的数据、标准、公式的合理性，例如死库容的计算公式，水库的规模，正常使用年限等数据的选择就不会出现那么多问题。
（三）设计计算书要做到内容充实，文理通顺，章节分明，条理清楚，字迹工整，还应有必需的插图、计算简图、表格等，即图文并茂。设计图纸是工程师的语言，是工程设计的主要成果。绘图是一项重要的基本训练，通过课程设计，绘图能力才能不断提高。所有图纸要按水利工程制图标准绘制，要投影正确、线条和尺寸标注齐全、规范，图面要排列整齐、布置合理、稀密匀称、清洁美观，这样才能达到要求。
（四）设计时间和任务要进行合理的分段安排，才能保证设计的顺利进行。如本例中可分为：（1）来水计算（包括插补延长有关数据并转化为水利年数据资料）2天；（2）用水计算（包括灌溉用水、冲沙用水计算）1天；（3）兴利计算（包括两种设计保证率下的计入损失和不计损失四种情况）3天；（4）方案分析与比较1天；（5）洪水计算（设计标准和校核标准两种情况）1天；（6）调洪计算（包括起调水位的确定）2天；（7）成果整理、绘图及说明书、计算书的编写1天，共计11天。
（五）通过指导《工程水文及水利计算》课程设计笔者发现，如果将设计任务中的有关内容分解成若干部分，穿插渗透在上课期间，以例题或习题的形式，或作为适量的作业布置给学生，就可以减轻学生对课程设计的神秘感，加快课程设计进度，提高课程设计质量，圆满完成课程设计规定的任务。同时，这有助于深化课堂理论知识，加深理解，提高教学效果和质量，最终达到我们的教学和课程设计目的。
作者简介：
王振华（1979—），男，硕士，石河子大学讲师。