“水文學與水資源保護”課程教學方式初探

童菊秀

中國地質大學（北京）水資源與環境學院，北京 100083

“水文學與水資源保護”是一門專業性強的課程，是水文學與水資源工程、地下水科學與工程專業學生的主干課程，同時也是環境工程專業高年級學生的基礎專業課程[1]。學習本課程需要具備一定的數學、物理、力學和化學的知識。本文僅就該課程對環境工程專業高年級學生的教學方式進行了初步探索，該課程包括水文循環與形成、流域產流與匯流計算、水資源系統、水資源的數量與質量評價、水資源開發及其環境效應、水資源管理保護措施等方面的內容[2-3]。通過學習，使學生了解我國水資源概況以及水資源開發利用的現狀，掌握水文循環、河流與流域、降水、下滲、蒸散發、徑流、降雨徑流影響要素的計算，蓄滿產流與降雨徑流相關圖、下滲曲線與超滲產流、流域匯流計算，水量均衡計算和水資源評價的理論和方法，使學生對水文學中的基本概念及其原理和水資源保護措施有一個比較深刻的了解。

一、教學內容及特點

本課程既涉及有關基礎理論，如水文循環、河流與流域特征、水量均衡計算、流域匯流計算中的蓄滿產流模型和超滲產流模型；又注重理論應用的掌握，如給定某流域的水文資料信息，如何利用蓄滿產流模型、下滲曲線和超滲產流模型以及流域匯流產流模型的理論知識來具體計算地表徑流和地下徑流量，或者給定某研究區域的水文地質資料，學習如何利用水量均衡原理來計算該研究區域的地下水位。同時又特別強調與時俱進意識的形成，2012年北京“7·21”暴雨事件可以讓學生們對暴雨的危害有感性的認識；學生還可以通過廣西柳州2012年1月的鎘污染事件和2011年8月云南曲靖的鉻污染事件來了解國內水體污染現狀，以此提高學生學習的興趣，增強凈化水質的意識。該課程不僅需要學生有綜合分析的能力，還需要學生有處理實際問題的能力，因此，學起來困難較多。由于本課程內容很多，且應用性比較強，筆者認為更應注重學生理解知識和獨立思考實踐的能力，因此本課程沒有采取閉卷考試的形式，結合筆者在該門課程教學中的切身體會，分別從提高學生學習的積極性、上機實習、實踐應用和讀書報告四個方面闡述，對該課程的教學方式進行探索。

二、教學方式探討

1.課堂討論與作業

在課堂上要努力提高學生的積極性，引起他們的興趣，因此在教學過程中要讓學生積極參與進來，共同討論生活中息息相關的話題。比如在進行水文循環講解的過程中，提出人為活動對自然水文循環過程的干擾的概念，即衍生水循環，讓學生們積極討論人類哪些活動影響到自然水文循環過程中的徑流、降水和蒸發等行為，學生可以在積極討論的過程中聯系到實際，從而意識到人類修建公路、修建水庫、植樹造林、圍田造湖和濫伐森林等活動的影響，同時也更進一步理解水文循環過程。通過了解世界及我國的水資源狀況，讓學生們意識到我國的水資源總量的不足，而且還有部分水污染比較嚴重，讓大家意識到節水的重要性，同時積極鼓勵學生聯系生活實際，討論自己可以節水的措施，例如：在平時刷牙的時候可以通過幾次間斷性的接水來達到節水的目的；在平時洗澡的時候不要連續開著噴頭來達到節水的目的。而現在的家庭一般都設置有“中水”沖馬桶來達到節約市政供水的目的。通過積極討論思考，拓展了學生的思維，將該課程與學生的生活實際聯系起來，提高了學生節水的責任感和榮譽感，活躍了課堂氣氛，調動了學習的積極性。

另外，只通過課堂講解，很難讓學生有較為深刻的理解，尤其是一些基本計算原理，比較難掌握。可以通過課堂作業加強理解并檢查學生是否真正領會了課堂重點知識。比如在講解蓄滿產量模型的時候，通過教師對示意圖的解釋和闡述，學生可能覺得很容易理解，但是讓學生通過作業的形式，當堂畫出蓄滿產量模型圖，并對其中的參數進行物理意義的解釋，可以進一步加強對此模型的理解和認識，若學生不能正確地畫出，也可以及時意識到自己的不足，并做到當堂修補欠缺的知識。在講解水量平衡原理的時候，通過簡單的水桶接受降雨補給和水桶底部漏水的示意圖，可以很好地理解水量平衡原理，然后擴展到比較復雜的流域，在確定學生們聽懂后，當堂給出關于某流域的資料，包括分析和比較不同的補給項和排出項，讓學生們計算在此階段此流域中河水位的漲落情況，從而達到進一步理解和消化所學知識的目的，也讓學生們當堂就有成就感，提高聽課的興趣。上課結束后還有疑問的學生，可以課下或當堂向老師提問，老師依據當時情景給出回答或者在下次上課之前給出答復。

當然，每次學生完成的課堂作業，教師在課后及時批閱并給出相關分數，可以給學習好的學生以鼓勵，同時給知識掌握不夠全面的學生以警示和督促作用，不失為激發所有學生上課積極性的好方法。

2.上機實習

在課堂討論中，學生都是從本專業的角度進行思考的，同樣的問題在其他專業是如何思考的呢？筆者在課堂上通過講授及互動了解了宏觀水量平衡原理，舉一反三，將其應用到水資源中的地下水系統中，首先需要將思維轉換到微元上，即無限小的正方體里，在這個正方體里面，水頭的變化等于進去和出來的水量的差值（即水量平衡原理），經過一系列的推導可以得出關于地下水的偏微方程[4-5]。學生在一步一步的推導中，發現原來看上去很復雜的偏微分方程實際上是通過很簡單的原理演變而來的，使課程更淺顯易懂，同時便于大家興趣的培養。上機實習就是在此推導的基礎上，給出一個例題，讓學生在電腦上面進行求解。首先給出范例，讓學生在EXCEL里面進行計算[6]，可以很直觀地看到相應的數值變化引起地下水位上升和下降的情況，同時該過程也使學生體會到了EXCEL軟件的應用性。然后讓學生用MODEL-FLOW軟件進行求解畫圖，對比MODEL-FLOW軟件輸出的結果與EXCEL計算的結果，相互驗證結果的正確性。最后讓學生們認識到MODEL-FLOW軟件的特點和優勢，增強了對國際通用軟件的了解，開闊了視野。

通過此創新性上機實習，學生結合宏觀的水量平衡原理及微觀的數學推導，利用物理、數學、計算機等知識，初步體會和認識了地下水運動規律，初嘗了地下水專業的經典。用EXCEL進行模擬計算，使學生深刻地體驗了水量平衡原理，并了解了基本工具的強大功能。用MODEL-FLOW軟件進行模擬，其中輸入文件的書寫，增加了對地下水運動規律的理解，并培養了學生認真嚴謹的學習風格；通過作圖分析結果，將理性的知識感性的展示在眼前，加深了對本專業的水量平衡原理的理解，同時也拓展了學生的思維方式，開闊了環境專業高年級學生的眼界。

3.學生實踐

課堂上老師的講解和學生的討論，主要還是在老師參與指導的狀態下完成的，為了培養學生們的學習興趣，進一步提高學生們獨立自主進行學習和思考的能力以及培養學生們團隊協作的精神，同時增強競爭意識，在本課程教授的末期階段，結合教學內容提出了四個不同的課題，分別為“農業節水技術措施”、“生活節水措施”、“工業節水措施”和“水源涵養的生物科技技術”，供學生們選擇并自己組隊，將全班同學分為8個小組，即2個小組同一個課題，利于進行內部的橫向比較，而不同的課題之間進行縱向比較，各小組的學生自己查詢資料，并經過組員們的資料閱讀、分析、討論，產出成果，最后以PPT的形式在班級上進行講解。課題題目落實后，按個人特長或興趣，組員自行進行分工，同一個小組里面，有的人擅長講解，則可以作為代表來講解PPT成果，有的學生擅長制作PPT，則可以作為PPT制作的負責人，有的人擅長資料收集，則就可以作為收集資料的負責人。通過收集、閱讀及整理資料，學生們可以深刻地了解到世界用水狀況及其分類，也可以了解世界節水措施的發展狀況及趨勢，并從中學習到不可想象的新奇節水措施，達到了拓寬視野和培養興趣的目的。對于“農業節水技術措施”和“生活節水措施”這兩個課題，學生可以結合生活中接觸或了解到的用水情況，對比收集整理的節水措施，開拓思維，規劃生活節水措施和農業節水技術措施。“工業節水措施”和“水源涵養的生物科技技術”這兩個課題，與環境工程專業息息相關，對于環境工程專業大三的學生來講，專業課剛開始，通過該課題的實踐可激發學生學習相關專業知識的興趣：如何利用專業知識來節水？如何涵養水源？水源涵養林的作用是什么？帶著解決問題的思想去學習專業知識，不僅提高了本課程學習的效率，也增強了對下序各課程學習的積極性，在該過程中可逐步明確個人的興趣，提前開始自己的職業規劃。

由于學生們“講課”實踐是面向自己的同班同學，因此可以由學生們自己從多個方面（例如：講解是否條理清楚、成果是否引人入勝、匯報是否生動形象、學生和老師提出問題的解答等方面）對他人的小組成果進行打分評估。由于整個成果是全體小組成員共同完成的，因此老師和學生們的問題可由小組內任意人員主動回答，且允許組內成員隨時補充。此環節老師主要關注課題準備內容的充實度，并給出相應的評估分數。

在課題實施過程中，學生鍛煉了自己的獨立思考能力；整個講解及答辯的過程也鍛煉和提高了他們表達及應變的能力。學生們在進行橫向比較的過程中，可以進一步了解同一個課題，而在縱向比較的過程中，可以學習到不同的知識并了解不同的學生在準備過程中花費的心思以及他們的特長，而讓學生參與部分打分評估，可以讓他們更有責任感和主人翁的精神，提高學生獨立學習和思考的積極性，也可以鍛煉他們換位思考。通過這些實踐活動，讓學生積極參與進來，不僅鞏固了專業知識，還激發了學生的興趣，并且鍛煉了學生的獨立創新能力，增強了協作意識，可謂一舉多得。

4.讀書報告

在整個課程教授結束之后，將會讓學生完成一個關于“我國水資源開發保護的一些感想”的讀書報告，要求學生從水質和水量兩個角度來了解國內外現在水資源開發利用過程中存在的問題及對策。通過讀書報告可以使學生培養自己的獨立思考的能力。搜集資料，使得學生對我國水資源開發保護的現狀進行認識；分析資料和消化吸收知識，使學生結合我國水資源現狀，利用所學知識，分析現狀產生的原因；創新應用，結合自己的特長和生活經歷，利用所掌握的知識，對我國水資源現狀存在的問題的解決提出針對性的對策。因此通過讀書報告，可以使學生加深理解上課講解的內容，并運用于實踐，將知識串聯起來，形成較為系統的知識面。

讀書報告主要是對本課程從整體上進行復習回顧，進一步拓展和培養學生的獨立思考能力，有利于學生發散性思維的培養，培養學生們的創新性。

三、結語

本課程從提高學生學習的積極性、創新性上機實習、實踐應用和讀書報告四個方面闡述，探索該課程的教學方式。實踐表明，本教學方式有助于發揮學生的特長，培養學生學習專業知識的興趣，鼓勵學生積極參與進來，培養自己的獨立思考能力和發散性思維，領略不同專業領域的思維方式，幫助學生了解基本工具的強大功能，培養學生認真學習的態度，拓展專業知識面，開闊了學生的眼界，增強學生勇于實踐和創新的意識。

[1]崔亞莉，邵景力，劉明柱.“水資源開發利用與保護”課程教學方式思考[J].中國地質教育，2005，(1)：77-78.

[2]芮孝芳.水文學原理[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3]侯立柱.“水文學原理”課程創新性教學研究[J].中國地質教育，2011，(4)：86-88.

[4]陳崇希，林敏.地下水動力學[M].武漢：中國地質大學出版社，1999.

[5]薛禹群.地下水動力學（第二版）[M].北京：地質出版社，1997.

[6]武富孔.EXCEL在地質研究工作中的應用[J].中國地質教育，2011，(3)：31-35.