龍?zhí)煊? 翟俊 屈瑤

[摘 要] 為提高專業(yè)型碩士學位研究生課程的教學質量，促進教學與工程實際的有機融合，探索在城鎮(zhèn)水工程相關學科的研究生“高等流體力學”課程中引入智慧水務案例教學。以“三峽庫區(qū)智慧水環(huán)境”案例教學為例，就如何在教學中采用課堂引導、課外查閱資料與思考及課堂討論相結合的方式完成整個案例的教與學進行了詳細的描述。通過融合智慧水務案例，提升了課程的教學質量和研究生對該課程的學習興趣與滿意度。

[關鍵詞] 案例教學;高等流體力學;智慧水務

[基金項目] 2019年度重慶市教委重慶市專業(yè)學位研究生教學案例庫項目“‘智慧水務案例庫”（yalk201911）

[作者簡介] 龍?zhí)煊澹?960—），女，重慶人，博士，重慶大學環(huán)境與生態(tài)學院教授，博士生導師，主要從事流體力學和水環(huán)境模擬與污染控制研究。

[中圖分類號] G642.4? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）25-0116-04? ?[收稿日期] 2021-03-15

當今時代已經(jīng)進入信息時代，數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術、大數(shù)據(jù)技術、區(qū)塊鏈技術等信息技術正對人類社會產(chǎn)生深遠的影響?！爸腔鬯畡铡笔浅擎?zhèn)水工程在新技術革命背景下的重要發(fā)展方向和必然選擇?！爸腔鬯畡铡蓖ㄟ^在線監(jiān)測、智能感知、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、智能決策支持系統(tǒng)等，將海量信息進行及時分析與處理，并做出相應的處理結果來輔助決策建議，以更加精細和動態(tài)的方式管理水工程系統(tǒng)的整個生產(chǎn)、運營和服務流程，從而達到“智能”的狀態(tài)。

一、智慧水務案例庫建設的意義

“智慧水務”案例庫建設契合城鎮(zhèn)水工程相關學科/專業(yè)的發(fā)展方向，以學生為中心，以案例為基礎，通過智慧水務系統(tǒng)建設與管理領域的最新發(fā)展案例，將科技發(fā)展與實踐緊密結合，引導學生“了解前沿、掌握知識、提高能力、促進創(chuàng)新”，推動專業(yè)學位研究生培養(yǎng)模式改革，促進教學與實踐有機融合，對提高城鎮(zhèn)水工程相關領域專業(yè)學位研究生培養(yǎng)水平和學科發(fā)展具有重要意義[1]。

“智慧水務”是城鎮(zhèn)水工程發(fā)展的一個新方向，目前仍是一個新生事物，現(xiàn)有成功的案例并不多。“智慧水務”作為“智慧城市”的一個部分，相關的研究和軟硬件系統(tǒng)建設尚處于起步階段。由于支撐系統(tǒng)“智慧”運行的決策模型、計算方法、數(shù)據(jù)共享和存儲等核心問題尚未得到很好的解決，現(xiàn)有的“智慧水務”仍主要處于以信息化展示、數(shù)據(jù)化管理為主的階段，具備智能分析和決策等真正“智慧”功能的系統(tǒng)還比較少，后續(xù)還需要計算機、數(shù)學、水工程等領域的科技人員通力合作，協(xié)同解決。但是，“智慧水務”系統(tǒng)仍然以超出我們想象的速度正在變革現(xiàn)有城鎮(zhèn)水務系統(tǒng)，以降低城鎮(zhèn)水務系統(tǒng)的建設和運營成本、提升工作效率、升級功能、實現(xiàn)智能自動運行和應急調度與科學決策。城鎮(zhèn)水工程相關學科/專業(yè)的研究生教育應滿足和適應“智慧水務”發(fā)展的需求，急需在研究生的培養(yǎng)過程中加強“智慧水務”知識和實踐能力培養(yǎng)，強化“智慧水務”的案例教學，但是迄今為止，相關的案例庫建設和案例教學的工作尚未見相關的報道[2]。

因此，將“智慧水務”的內容集成到現(xiàn)有的課程體系中，更新現(xiàn)有課程內容，是土木水利、建筑與土木、環(huán)境工程等城鎮(zhèn)水工程相關領域專業(yè)學位碩士研究生課程建設的重要內容，也是教學改革的重要方向之一。建設引領行業(yè)發(fā)展的案例庫，引導學生進入角色，進行案例分析和討論行業(yè)前沿知識，激發(fā)研究生的學習主動性、積極性和創(chuàng)新性，充分體現(xiàn)以學生為中心、讓學生主動發(fā)現(xiàn)和探索并構建知識體系的教育理念是水工程領域專業(yè)學位研究生教育改革的發(fā)展趨勢。

二、“高等流體力學”課程融合智慧水務案例探索

研究生案例教學起源于國外，主要以建構主義理論為基礎。建構主義認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得的。建構主義學習理論認為學習環(huán)境中的四大要素或四大屬性是“情境”“協(xié)作”“會話”“意義建構”[3]。案例教學的課堂以學生討論為主，學生必須站在案例中主角的角度來分析和思考問題，并做出決策或對自己的決策進行評估，教師主要起引導、推進的作用[3，4]。案例教學的效果也獲得了理論和實踐上的肯定。

“高等流體力學”是城鎮(zhèn)水工程相關領域專業(yè)學位碩士研究生的學位課程，是一門重要的專業(yè)基礎課程。該課程以構建流動問題的力學模型為主線，在本科主要學習一維流動的基礎上，應用自然界物質運動的三大守恒原理，即質量守恒原理、動量守恒原理和能量守恒原理，在歐拉體系下導出黏性流體三維非恒定的流動的情況下的表達形式，即連續(xù)性方程、運動方程和能方程，以及濃度對流擴散方程等基本微分方程組及紊流狀況下的紊流模型，分析如何提出實際流動的初始條件和邊界條件。由于實際流體的流動非常復雜，只有極少數(shù)的情況下可以直接對三維非恒定的基本方程組進行求解，因此，需要針對實際流動的具體情況，在空間維數(shù)、是否恒定、是否考慮流體的可壓縮性、是否考慮流動的黏性等方面對流動進行適當?shù)暮喕?，獲得相應的流動模型，然后進行求解。通常所求的解是近似解，即數(shù)值解。數(shù)值求解可借助一些商用軟件完成?！案叩攘黧w力學”課程的基本要求是學生通過該課程的學習，能夠將專業(yè)中所涉及的實際流動問題，簡化為滿足工程要求和精度的流動模型，并借助商用軟件進行數(shù)值模擬。以往的教學經(jīng)驗表明，由于內容偏重于理論，學生普遍反映這門課難度大、理論性強、涉及的高等數(shù)學知識較多，因此，學生學習的畏難情緒較大、學習動力不足。然而，高等流體力學理論在專業(yè)中應用較廣，凡是涉及流體流動的問題都直接與高等流體力學的理論有關?！爸腔鬯畡铡敝兄悄芊治龇矫骐x不開高等流體力學的知識，諸多水環(huán)境設計及科研案例均與流動建模及其求解方法相關，如河流湖泊等地表水體的水質模擬、地下水流動與污染物擴散、管網(wǎng)供水優(yōu)化與水質分析等說明“高等流體力學”課程內容與“智慧水務”有較多的交集與契合度。因此，將與專業(yè)密切聯(lián)系的“智慧水務”案例引入該課程的教學中，不僅可以改變以往課程教師“滿堂灌”理論的教學模式，還可以有效調動學生學習的主動性，提高課程對學生的吸引力，提升任課教師的教學水平和教學的質量，使學生獲取更多有關專業(yè)知識的信息，使學生的分析、表達、團隊合作等能力得到有效鍛煉和提高。