地下水水文學課程基礎概念的課堂微實踐模式初探與效果評價

魯程鵬 姜果 王萬杰 劉波 束龍倉 溫忠輝

摘 要：理論聯系實際是地下水學科的基本方法論。加強實踐教學環節是提高教學效果、培養學生能力的一個重要方面。提出在課堂教學開展“微實踐”教學環節，并結合多年的教學經歷，對比分析了“微實踐”的教學效果，提出師生互動、實例教學和能力培養三個方面值得教學工作者進一步思考和提高。

關鍵詞：微實踐；師生互動；實例教學；能力培養

由于學科歷史沿革不同，目前國內的地下水科學有許多分支，其中屬于地質科學分支的有水文地質學、專門水文地質學以及地下水勘測類的科學；屬于水文科學分支的有地下水水文學，水資源評價、規劃和管理類的科學；地下水動力學以及滲流理論及其應用類的學科可以劃歸流體力學的范疇。我國地下水水文學、水文地質學在歷代科研人員的共同努力下，已經取得了長足的發展，在理論研究和工作方法方面已大大縮短了和世界先進水平的差距，并接近世界先進水平。

地下水水文學是水文與水資源工程專業的必修課程和地下水方向的核心課程。課程主要的教學任務是培養學生從水文循環的基本原理出發，在完整的水循環體系內了解地下水的形成、儲存、運動、補給、排泄等特征的變化規律，并使學生初步掌握地下水動態長期觀測資料整理與分析的基本方法、野外實驗設計與實驗資料整理與分析的基本方法、水量平衡原理及其應用步驟、地下水資源評價的基本方法和水量平衡的基本分析方法，運動數理統計的方法，通過站網觀測資料和實驗資料來了解地下水動態，并作出地下水資源的初步評價。

由于地下水科學研究對象的特殊性，決定了野外實踐是其基本工作方法。因此，野外實踐是相關專業人才培養中的重要教學環節。從現階段已有的水文學與水資源工程專業的培養方案來看，地下水相關的教學實踐環節顯然是不充分的。本文提出在水文學與水資源工程專業培養方案穩定不變的前提下，結合地下水科學的實際特點，提出在課堂教學開展“微實踐”的教學手段，并且結合個人教學經歷，開展試驗性教學改革，分析了此次微實踐教學改革的效果，并對微實踐今后發展的方向提出了一些個人的看法。

一、微實踐環節教學方案設計

傳統高等教育培養人才的主要模式是課堂理論教學。“水文水資源”課程教學模式仍然采用傳統的教學模式，即單向灌輸。教材過分強調系統完整的知識體系，偏重于培養學生的理論素養和知識水平。應對傳統教學理念與不斷發展的教學群體，譬如，多媒體手段等新興的教學手段逐漸成為授課教師關注的對象，并且得到了諸多有益的嘗試。然而實踐教學是水文與水資源工程專業人才培養的重要環節，在提高人才培養質量方面具有重要作用。作者提出可以在維持現有教學方案的前提下，適當增加課堂微實踐的內容，彌補以往地下水教學過程中理論有余、實踐不足的現狀。

地下水水文學的基本概念與原理，從字面上理解并不困難，但是想要掌握并靈活運用，卻并不容易。這里主要原因之一就是初學者缺乏地下水感性認識，同時地下水科學具有綜合性，只有結合具體問題分析才能理解并掌握。地下水水文學課程中適宜于進行課堂實踐教學的環節有水文地質特性實驗、地下水滲流規律實驗以及潛水與承壓水的補給、徑流與排泄模擬實驗。除此之外，包括抽水實驗等的水文地質實驗雖然也是地下水水文學教學中的重難點，但是在室內模擬實驗的難度較大，因此，本次微實踐環節對此知識點不予考慮。

本次微實踐教學方案基于水文地質學基礎和地下水動力學基本原理的課內實踐內容，具體包括：（1）水文地質性質認知實踐；（2）地下水滲流規律演示實踐；（3）潛水與承壓水的運動模擬實踐。共計三次實驗活動。微實踐課程目標：增強學生對含水介質水理特性的感性認識，掌握地下水運動的基本規律，能夠較好地識記不同類型的地下水補給、徑流與排泄的基本特征，培養學生理論聯系實踐的基本科研素養，并且訓練學生基本的動手實踐與計算分析能力，能夠獨立解決地下水水文學的基礎工程問題。

本次課程微實踐結合本人教學經歷，在講授相關理論知識后，使用一定的課堂時間開展相關內容的演示與學生動手實踐。單次微實踐控制在一個課時之內，總計三次。為了準確評估教學效果，采用學生自愿報名的方式。本次教學對象共計本科生147人，其中57人報名參加微實踐環節。

二、實施效果對比分析

根據參與微實踐環節與否，將授課學生分為兩組（實驗組和普通組）。下面按照出勤情況（非實踐環節的課堂出勤情況）和課程總評分結果來對比微實踐教學效果。兩組學生的出勤結果見下表。整個課程教學期間，除去微實踐環節，共計以課堂作業、提問、點名等形式考察出勤情況4次，共計588人次。其中實到人次532人次，出勤率為90.48%。對比實驗組與普通組的出勤結果可知實驗組同學的總體出勤率和方差均要優于普通組。

下圖所示為兩組同學的課程總評分分布情況（上圖為實驗組，下圖為普通組）。實驗組同學平均分為88.45（100分制），標準偏差為7.433。普通組的平均分為83.13，較實驗組低5.32分；標準偏差為14.14，比實驗組的標準偏差高出90.23%。從直方圖分布來看，實驗組的同學總評分更加集中，異常值（極小值）較少，而普通組的同學總評分中盡管也有部分同學取得了優秀的總評成績，但是仍有部分同學考核成績不理想。

通過出勤情況和課程總評情況來看，實驗組的同學普遍具有更高的參與課程的積極性，課程主要內容的掌握情況也要高于普通組的同學。這里排除學生自愿參與的主觀篩選因素外，課程微實踐的主要教學效果可以體現在以下幾個方面：學生可以在感性認識上增加對地下水基本知識的掌握，并且有利于提高學生利用地下水原理解決實際問題的能力，同時通過這些實際能力的掌握與增強，可以進一步增強學生對地下水課程的興趣，提高自主學習的積極性。

三、微實踐環節的發展前景

在教學理念的傳承和發展過程中，地下水水文學（水文地質學）課程向來是秉承以學生為本、實驗室與現場并重，突出能力考察的教學模式。目前縱觀國內高校相關專業及課程現狀，都是課堂教學遠遠多于實踐教學。這往往是由于培養方案和培養經費等多方面的因素限制。隨著信息化社會的快速發展，“微”字已經體現在我們生活學習的各個方面。通過我們開展的課程微實踐活動，表明在不顯著增加教學時間和經費的條件下，微實踐可以有效提高教學效果。通過本次改革，作者對地下水課程課堂微實踐的發展方向和注意要點做了初步的總結。

1.微實踐中做到師生互動

傳統的實踐教學方式通常是“老師講實驗，學生照著做”。在時間較短的微實踐環節中，更加要打破這種傳統乏味的單一模式。教師可以事先把實驗任務布置給學生，在微實踐環節中用較少的時間進行綱要性地演示。把剩余的時間留給學生，各個實驗小組根據實驗指導書，研究和解決在實驗過程中出現的各種問題。教師對各組進行提問和點評，讓學生帶著壓力去實驗，有利于提高學生的實驗能力，培養他們的創新精神和意識，盡量多給學生留下思考的時間和動手機會。

2.微實踐中強調實例教學

在地下水水文學課程原有的教學模式中，教師按照教學大綱，將規定內容傳授給學生，尤其是注重基礎理論、基礎知識的傳授。經常有學生會問：老師，這個理論在今后的工作中如何應用？對于科研工作經驗豐富的優秀教師或許可以輕松解決學生此類的疑問。而對于多數年輕教師，要想圓滿地解決學生的疑惑還是存在一定的困難。在微實踐環節，學生更加直接地面對地下水問題，那么如何將室內模擬模型中的地下水文過程與實際問題相結合，是教師必須事先做好功課的內容。而且教師在微實踐環節將實驗與實際問題的內在關聯解答清楚，也是提高教學效果的重要手段。最為重要的是學生可以提出自己對實際問題的看法，而學生的這些看法可能就會給教師帶來教學的靈感，從而使教師自身水平得到提高，以達到“教學相長”的效果。

3.微實踐中重視能力的培養

理論聯系實踐是地下水研究中的重要方法論。實踐環節豐富了學生的感性認識，然后更重要的是要培養學生能夠在對水文現象感性認識上進行整理、歸納、總結和概括。因此，實踐環節雖然有助于學生對抽象概念的掌握及理解，但這一點也不能被濫用，否則就會影響學生抽象思維能力的培養。實踐教學不僅在于驗證書本知識和鞏固理論知識，而且要更加重視引導學生探討學科理論的形成與發展。這是與學科理論形成過程相反的過程。在實踐教學過程中可以針對不同的地下水現象作為知識興趣點提出問題，培養學生獨立思考問題的能力和團隊協作精神。從這一角度來看，微實踐教學環節應該重視從單一方法的培養到方法綜合運用培養的高級階段，也即是科研能力培養階段。

創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力。尋求在體制范圍內的微創新、微實踐是教育事業改革的新方向。本文以地下水水文學現狀教學體系為出發點，提出在不改變原有教學大綱、教學目標的前提下，引入若干次體量小、靈活性強的微實踐活動。通過教學實踐對比分析，表明微實踐對于增強學生學習積極性，提升理論知識掌握程度具有顯著的效果。

本次研究僅是作者結合自身教學科研領域做的微小嘗試，其中不乏許多不足之處。作者對于微實踐教學環節中的師生互動、實例教學和能力培養方面的認識都還不夠深入。微實踐作為解決信息化時代知識爆炸這一問題的有益解決方案，值得更多的教育工作者思考和嘗試。

參考文獻：

[1]葉水庭.地下水水文學發展的歷史與現狀[J].河海大學科技情報，1987.

[2]張人權，梁杏，靳孟貴，等.當代水文地質學發展趨勢與對策[J].水文地質工程地質，2005.

[3]崔淑卿，陳娟，楊蘇榮.我國水文地質學發展與現狀[J].內蒙古水利，2012.

[4]束龍倉，陶月贊.地下水水文學[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[5]梁四海，周訓，方斌，等.“水文地質學”實踐教學改革點滴體會[J].中國地質教育，2005.

[6]李鐸，李方紅，方曉峰.水文與水資源工程專業實踐教學探索[J].石家莊經濟學院學報，2008.

[7]張升堂.“水文水資源”課程實例教學研究[J].中國電力教育，2014.

[8]張紅霞，范玉潔，郭純青.地下水水文學教學中多媒體手段應用的合理性研究[J].當代教育理論與實踐，2012.

[9]曹麗文，樸春德.“工程地質與水文地質”教學理念探索與實踐[J].煤炭高等教育，2009.

[10]陳元芳，劉敏，王文鵬，等.從水文統計課程教學談加強我國大學生科技原始創新能力的培養[J].教育教學論壇，2013.

作者簡介：魯程鵬，男，1984年1月2日出生，安徽肥東人，博士，副教授，目前在河海大學從事水文水資源專業的教學科研工作。

編輯 溫雪蓮