基于案例教学的水利水电工程施工课程思政体系构建与实践
胡志根，刘 全，严 鹏，陈 明，杨 磊
（武汉大学 水利水电学院，武汉 430072）
水利工程建设贯穿着人类的发展，无论是群众生活、现代工业生产，还是洪涝灾害的治理背后都离不开水利工程的支持[1]。水利水电工程施工课程是武汉大学的“双一流”专业——水利工程专业的核心课程。教学目标是讲授工程建设专业知识，是水利水电工程专业本科生的必修课。水利水电工程施工课程以水利工程建筑物施工为对象，以数字化、信息化资源为载体，结合国内外水利水电工程施工的研究成果与工程实践，通过典型标志性工程的新方法、新技术和新工艺的施工案例分析及其课堂研讨，实现水利水电工程施工技术与组织管理的基本概念、原理及其方法、施工规程规范与工程应用的融通融合，培养和提升学生的工程思维、分析解决水利水电工程施工问题的能力与创新实践能力[2]。
武汉大学水利水电工程施工课程经过4 代教师40多年的建设，主编的《水利工程施工》教材是普通高等教育“十一五”国家规划教材和“十二五”普通高等教育本科国家规划教材、高等学校水利学科专业规范核心课程教材，首届全国优秀教材（高等教育类）二等奖。水利工程施工课程2005 年获评国家级精品课程、2016 年国家级精品资源共享课课程、2020 年水利水电工程施工遴选为教育部国家级一流本科课程——线下一流课程，在国内形成具有示范和引领作用的教学资源[3]。
依托武汉大学水利工程科学“双一流”建设，水利水电工程施工按照其学科体系、基础理论与方法及其专业规范、教学体系要求，通过课程和教材的持续不断建设，对课程学习的知识点及其运用，分析问题与解决问题的方法、途径，通过课程的数字化、信息化建设实现讲授、研讨、案例和实践等环节的系统融合，使学生掌握水利水电工程施工的基本原理、基本建设程序、施工过程和施工组织等，实现水利水电工程施工教材、课程和教学的融合[4-5]。
在教材、课程建设和教学过程中，通过水利工程建设技术和发展规律的讲授和分析，加深学生对历史唯物主义、科学发展观、社会主义制度优越性的理解，潜移默化地提升学生科学素养与家国情怀[6-7]。根据水利水电工程施工课程的特点，课程组在多年教学经验和学情分析的基础上，课程教学主要结合对教学内容、教学组织、教学方法、考核方式的改革[8]，在教学过程中挖掘思政教育潜入点，融入思政教学[9-10]。课程思政教学内容见表1。
表1 课程思政教学内容
（一）教学目标
武汉大学水利水电工程专业的本科生培养，坚持以“创造、创新、创业”为核心，培养具有坚定民族精神和开阔国际视野、强烈社会责任感和使命感、人格健全、知识宽厚、能力全面、能够引领未来社会进步和文明发展的国家脊梁，成为相关领域复杂工程的勘测、规划、设计、施工和工程管理工作的团队核心成员或领导者[11]。在水利水电工程施工教学教案设计中，将GNSS、人工智能、物联网、云计算等技术与水利水电工程施工新技术、方法、工艺和规程规范的运用，以及思政教学的内容有机融合，通过典型工程的教学案例[12]，以数字化、信息化资源为载体和课堂研讨[13]，使学生对施工专业知识与分析其工程问题有机融通。培养和提升学生解决工程问题的能力和适应不同环境的能力。
本文以水利工程河道截流施工为例，通过案例使学生掌握施工截流的全过程，理解截流的基本概念、方式和计算方法以及施工截流的知识运用，同时案例本身就是课程思政元素。
（二）教学内容
理论教学内容：施工截流全过程及其基本方法，截流重要水力参数，截流水力计算，截流材料和备料量。
课堂展示内容：典型工程的河道截流图片、影像资料，河道截流动画，信息化数字化的工程实践案例（BIM结合截流水力计算）。
（三）思政教育的切入点和教学重点、难点
思政教育的切入点：通过长江葛洲坝、三峡水利工程建设中截流施工的图片、影像资料的展现和工程分析，引出国家在基础设施建设中的实力与技术进步，科技工作者和工程建设者迎难而上，攻坚克难的奉献精神[14]。
课程学习的重点：截流的基本方法，截流水力计算模型概化及其计算方法，施工截流的信息化及数字化。
课程学习的难点：截流水力计算；
信息化、数字化在施工截流中的应用。
（四）教学过程结构设计
（1）以典型工程施工截流为对象，以河道截流图片、影像资料、截流数字孪生等信息化、数字化的工程实践案例为载体，通过影像资料直观了解施工截流的工程问题，使学生有身临其境的感受，理解施工截流的全过程。
（2）通过施工截流的影像资料和案例的分析，概化提出施工截流的基本概念、方法、方式的相关知识，以前序水力学和水工建筑物的课程知识基础，施工截流计算的概化模型及其计算方法，以及施工截流的重点和难点，实现学生对典型工程及其相关数字化资料与专业知识理解的融通。通过课堂提问和研讨培养提升学生的工程思维、分析解决工程问题的能力。
（3）在课堂教学的基础上，以5 位同学为实验小组，开展截流模型实验的实践教学。通过实验室模型的现场讲解、操作、技术指标的测试和物理特征的观测，加深学生对截流知识点的理解和工程问题的认知，提升学生实践能力和知识的运用能力。
（4）课程成绩采用全程化考核和评定，考核内容包括：课堂研讨、课堂作业、模型实验、课程结课考试4 个部分。
（五）教学实施方案
1.施工截流典型工程案例选择
通过选择我国具有里程碑意义的长江葛洲坝、三峡水利水电工程施工截流及其实施过程介绍，学生通过影像资料直观了解施工截流的工程主要问题，有身临其境的感受。内容包括，河道截流图片、影像资料，河道截流三维数字模型。
2.典型工程的施工截流影像
葛洲坝工程大江截流录像截图如图1 所示。
图1 葛洲坝工程大江截流录像截图
3.典型工程的施工截流图片
截流戗堤进占施工和布置如图2 所示，利用水文测量船在截流龙口量测水力参数如图3 所示。
图2 截流戗堤进占
图3 截流龙口及其水力参数的量测
4.施工截流过程的三维数字模型
三峡工程三期明渠截流的三维数字模型如图4 所示，双向进占的立堵截流物理模型实验如图5 所示。
图4 明渠截流的三维数字模型
图5 双向进占立堵截流物理模型
5.施工截流的概念及其计算模型的概化
（1）截流的基本概念。以案例介绍中提供的图片、影像资料和数字模型为基础，介绍我国长江葛洲坝采用单戗立堵截流方式；
三峡工程三期截流采用双戗立堵截流方式；
罗马尼亚-南斯拉夫铁门水电站采用钢桥平堵截流方式等。通过课堂研讨，给出施工截流的全过程及相关概念包括：截流戗堤，戗堤进占，龙口、合龙、闭气等提出施工截流的基本概念；
提出截流流量、截流时段选择，单戗堤立堵截流、单戗堤平堵截流的计算分析问题，并说明截流计算参数及其分析在水利水电工程施工中的重要性。
（2）截流计算模型的概化。以河道单戗立堵截流为例，如图6 所示，可以将河道截流龙口水流水力参数计算模型概化为水力学课程中的变断面宽顶堰模型。
（3）截流相关工程问题及其计算。结合课程的工程影像资料和网络资源，说明截流基本方法应用时需解决的工程问题及其相关指标、工程参数。介绍解决此工程问题的方法，利用截流水力计算求取相关的截流水力指标、参数，包括：龙口各水力参数、截流材料指标等。截流水力计算的目的是确定龙口水力参数的变化规律，主要解决两个问题：确定截流过程中龙口水力参数。如单宽流量、落差及流速等的变化规律。确定截流材料的类型、尺寸（或重量）及相应的数量等。
（4）讨论：通过典型工程截流教学案例分析，使学生具有强烈社会责任感和使命感；
通过对河道截流课程的学习，使学生认识水利工程建设与GNSS、人工智能、物联网和云计算等技术应用的关系，培养学生开阔学术视野；
针对施工截流的工程问题、基本概念及相关理论计算内容的课堂讨论，增强对施工截流、计算方法、主要的技术指标理解。
在水利水电工程施工教学教案设计中，通过河道截流图片、影像资料、截流数字孪生等信息化、数字化技术，实现河道工程截流问题及其重要性与思政教学的内容有机融合，并导入施工截流技术、计算模型构建及其实现方法，采用课堂讲授、案例研讨与实践，使学生深刻理解工程建设者与管理者的攻坚克难与奉献精神，实现工程建设技术超越的重要性与使命感、自豪感，实现对施工专业知识与分析其工程问题有机融通，既提高了学生学习和探究水利水电工程施工的兴趣，培养和提升学生解决工程问题的能力，又提高了课程教学的效果和效率，对水利工程学科的思政教学有一定示范作用。
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