水文地質學基礎課程教學改革與實踐研究

趙靜 李志萍 趙貴章

摘要：水文地質學基礎課程內容豐富、信息量大，重在闡明地下水相關的基本概念、原理和方法，其教學內容學生易于理解，但不容易深入掌握和靈活運用。本次研究從教學內容、教學方法、師生互動及考核方式四個教學主體環節對該課程進行了改革與實踐探索，逐漸摸索出了既能滿足趣味性教學的要求又能培養學生專業素養的教學模式，該課程教學改革取得了較好的效果。

關鍵詞：水文地質學基礎;教學改革;實踐教學模式

關于水文地質學基礎這門課程，很多學生的學習現狀是一看就懂、一學就會，但一做就難，考試后感覺沒有學到什么知識。究其原因，在于這門課程內容豐富、信息量大，其教學內容學生易于理解，但不容易深入掌握和靈活運用。隨著高等教育的整體發展與調整，高等教育推行“寬口徑、厚基礎、高素質”的培養模式，以平衡素質教育、基礎教育與專業教育的發展。與此同時，我國水資源狀況也面臨著嚴峻的挑戰：由于地下水超采造成的地下水環境與災害問題、飲用水的安全與保護問題、已污染地下水土的治理與修復問題、地下環境災害的防治問題等，都成為我國經濟社會發展迫切需要解決的重要問題當前對水文地質基礎課程教學的要求也越來越高，如何引導學生掌握和運用水文地質基本概念及原理，為我國培養出越來越多的水文地質人才，需要高校進行積極的教學改革研究。本次研究主要針對水文地質學基礎課程，從教學內容、教學方法、師生互動及考核方式四個教學主體環節進行改革實踐。

一、水文地質學基礎課程教學內容改革

水文地質學基礎課程有理論學時28個，實驗學時4個。華北水利水電大學地球科學與工程學院采用的是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，該教材是張人權、梁杏、靳孟貴等編著的2011年由地質出版社出版的《水文地質學基礎》（第六版）。要在28個學時內講授16個章節的內容，教師授課壓力較大。針對學生比較厭煩授課教師長篇大論的講解以及學生上課注意力集中時間有限的特點，教師在授課內容安排上要做到少而精，重點、難點突，出，力求在有限的時間內獲得最優的教學效果，具體教學內容改革見表1。

二、水文地質學基礎課程教學方法改革

水文地質學課程的研究對象埋藏在地表之下，很多特征、性質不能直接看到和感知，因此，教師在講授其中一些基本概念與原理時有較大的困難，學生也不容易掌握這些知識。根據這一特點，結合學生對專業課教學的需求，本次研究從不同方面采取多種手段，逐漸摸索出既能滿足趣味性教學的要求又能培養學生專業素養的教學模式。

（一）實踐教學改革

1.野外實踐

野外實踐是水文地質專業能力培養的重要教學環節，可以豐富學生的感性認識，更重要的是在這個基礎上讓學生學會整理、歸納、總結、概括等學習方法，有助于鞏固和深化課堂知識。但學校水文地質學基礎課程并未設置專門的野外實踐教學環節為此，本次研究充分利用學校嵩山普通地質實習的優勢，將水文地質認識實習和普通地質實習結合在一起，在不增加學時、學分的情況下，滿足水文地質學基礎課程的野外實踐教學要求。

學校普通地質學課程開設在第2學期，其教學內容涵蓋地下水及其地質作用章節。普通地質實習安排在第2學期結束或第3學期開始，為期2周。而水文地質學基礎課程開設在第3學期，在開課之前學生已經通過普通地質學實習接觸到部分水文地質學知識，這對學生后續水文地質學的學習有重要的作用。經過野外踏勘和備課，研究者在嵩山地區確定了3條野外水文地質認識實習路線。

路線1：太子溝口至唐窯北分水嶺地質路線。由駐地經太子溝口至唐窯北分水嶺，學生主要觀察寒武系地層巖性、空隙發育特征、上覆蓋層厚度及巖性、植被發育情況。

路線2：玉皇廟村西書院河西岸地質路線。由駐地經縣城東向南至玉皇廟村西書院河西岸，學生主要觀察三大巖性（羅漢洞組石英巖、二疊上石盒子組石英砂巖、石秤花崗巖）及其空隙發育特征、上覆第四系蓋層巖性、厚度、孔隙發育特征及植被發育情況。沿書院河東岸至玉皇廟一路，學生主要觀察洪積物的顆粒粗細變化、厚度變化及地下水埋藏變化。至玉皇廟附近，學生主要觀察地下水溢出情況。

在學生實地接觸三大巖后，教師要現場教學，并啟發學生舉出構成含水層的巖層條件的例子。例如：堅硬的沉積巖（如砂巖、礫巖）雖然由于固結其原生孔隙不發育，但如果裂隙發育則可以構成含水層;巖溶化的碳酸鹽巖（如石灰巖和白云巖）是良好的含水層，我國北方的寒武-奧陶系碳酸鹽巖就是非常重要的含水層;火山巖（如玄武巖、流紋巖、凝灰巖）孔隙性變化大，含有氣孔和發育垂直節理的火山巖可以構成含水層;侵人巖（如花崗巖、閃長巖）只有裂隙發育的部位可以構成局部含水層;變質巖（如片巖、片麻巖、石英巖）在淺部風化帶發育密集的裂隙時可以構成局部含水層。

路線3：石淙河至斷層谷路線。學生主要觀察巖溶地貌、水流對巖溶發育的控制作用及斷層帶的水文地質意義。

2.實驗教學改革

水文地質學基礎課程有4個實驗學時，學校主要安排達西實驗及砂性土、黏性土毛細水實驗。以往，這兩個實驗均是統一到一起進行的，在達西儀飽和過程中開始做毛細水上升實驗，在達西實驗過程中兼顧毛細水上升測定及記錄。從歷年情況來看，一般在3個學時內兩個實驗均能成功完成，剩下的一個學時就無法發揮出應有的作用了。為此，在學生完成實驗后，研究者安排了地下水流系統演示實驗：利用學院新購置的地下水流系統演示儀，演示均質各向同性介質中的二維穩定流的地下水流系統，直觀地再現多級次地下水流系統——局部的、中間的及區域的水流系統。該實驗使學生對地下水流系統理論有了更直觀的認識，取得了良好的教學效果。

3.在教學中應用科研成果

知識就是力量，是很多人信奉的至理名言，但現在學會運用知識才是真正的力量。我們教授給學生水文地質學知識，是希望學生能夠真正掌握水文地質學的基本概念和基本原理，并將其應用到實際中去。在教學過程中，教師要把實際生產科研項目及成果作為教學案例，在這些案例中鋪展與教材相關的內容，加深學生對課本概念、理論及實際應用的理解。同時，教師要向學生講解項目研究過程中的思路、方法，培養學生分析問題、解決問題的能力。比如，研究者在講到滲透系數時，將已經結題的南水北調某標段降排水可行性論證項目研究成果和經驗介紹給學生，讓學生明白滲透系數雖然是一個非常簡單的水文地質參數，但它對地下水量的計算對基坑降排水方案的確定以及由此引發的工程索賠都有舉足輕重的作用，同時學生也學會了在野外測試巖土滲透系數的諸多方法。

（二）多媒體教學改革

水文地質現象隱藏于地表之下，人們不能用肉眼感官，這在一定程度上使得水文地質現象和相關知識不易被學生理解和接受，而多媒體教學可以很好地解決這一難題。在學校水文地質學基礎課程申報省級精品課程之際，水文地質課題組教師精心制作課件，將許多野外拍攝的水文地質現象照片（如將巖溶大泉、泉華、鈣化、裂隙、孔隙等的照片）編入課件，這些照片開拓了學生的視野，是很好的教學素材。在講授第15章內容時，教師泛泛地講解不合理利用地下水會引發諸多環境地質問題，學生無法深刻地認識地下水的重要性。如果對該章進行多媒體教學，在課件中展示大量的圖表、照片和數據，就會直擊學生眼球，震撼學生心靈。學生在看到大量我國主流媒體對地面沉降的報道以及地面沉降與地下水過量抽取的對應關系后，就會認識到地下水與其賦存的巖土體是一個完整的力學體系，地下水的不合理利用勢必會引起相關地質環境問題;在看到濕地由于過量抽取地下水而引起的珍貴水禽死亡、濕地生態衰退的圖片時，就會明白地下水的生態意義;等等。這樣的例子不勝枚舉。多媒體教學使學生在有限的時間里獲得更多的知識，讓教學內容變得生動、直觀、形象，有助于引起學生的興趣和熱情，增強學生的注意力和記憶力。

（三）課堂教學改革

在水文地質學基礎課程的課堂教學中，教師要采用板書與多媒體并重的教學方法，充分發揮板書內容少而精、層次性強的優勢，同時利用文本、圖片、聲音、動畫等多媒體信息精心設計教學課件，從而豐富課堂教學表現力。

此外，教師要綜合運用啟發式、討論式、研究型等多種教學方法。所謂啟發式、討論式教學是指在教學過程中通過不斷提出問題來積極引導學生主動思考和討論的一種教學模式。比如，教師在講解泉的定義時，可提問：泉水真的是從天上掉下來的嗎？講解泉的特征時，教師可以列舉日常生活中經常聽到的“噴泉”“礦泉”“溫泉”等詞語，并提問：這些和泉哪些方面的特征有關呢？類似這樣的提問可有效地引導學生積極思考。

眾所周知，學生上課的注意力集中時間有限，因此教學的趣味性尤為重要。教師從學生的日常生活或者熟悉的事物入手，以此鋪展專業知識，既能使學生容易接受教學內容，也能激發學生的專業學習興趣。以泉的教學內容為例，趣味性教學設計如圖1所示，

三、增強學生主體地位和師生互動

本次研究最大的變化就是讓學生走上講臺自主講課。水文地質學基礎課程第11、12、13章主要為陳述性內容，較少涉及重要基本概念和原理，因此在第1堂課做課程簡介及課程要求時，教師要指明這3章為學生自主上臺講課內容，并將講課內容以提綱的形式發放給學生。學生可以采用多樣的形式，如板書、多媒體等。同時，每一章結課時，教師要讓學生自己總結知識點，并提醒學生期末考試會在他們自己總結的知識點中命題，這大大促進了學生的學習興趣，提高了學生學習的自主性。

此外，好的教師不僅要精于講解，還應善于聆聽，師生間的良好互動可有效促，進課堂教學質量的提高。為此，學院水文地質課題組充分利用學校的評教平臺，鼓勵學生對教材、授課內容、授課方法等進行評價。根據學生評價結果，授課教師對教學內容和方式進行適時調整，以實現最佳的教學效果。當前，電子郵箱、QQ、微信等多樣化交流的平臺拉近了學生與教師的距離，促進了學生與教師的交流、互動。良好互動關系的建立，讓任課教師更好地知曉怎樣才能教好學生，怎樣才能上好每一堂課。

四、考核方式改革

以往的水文地質學基礎課程考核方式比較單一，偏重期末考試，同時考試內容多為死記硬背的知識，這在一定程度上束縛了學生活學活用的能力，因此，對該課程考核方式進行改革勢在必行。新的考核方式不僅有期末考試成績（占比60%），而且綜合考慮課堂表現成績（占比10%）、課堂測驗（占比15%）和實驗成績（占比15%）。改革過的期末考試弱化了死記硬背的內容，強化了學生讀圖、分析、計算等應用方面的能力。目前，學校水文地質學基礎課程通常采用小班授課，學生的出勤率、聽課態度和狀態，教師比較容易把握，教師要將學生的這些表現納入課堂表現考核中。另外，課程中一些基礎、瑣碎和需要記憶的知識，教師要以選擇、填空或判斷的形式放在課堂測驗中對學生進行考核。而在實驗過程中，教師要重點觀察與培養學生的動手能力以及發現問題和解決問題的能力。經過調整后，學生深刻地認識到學習過程的重要性，不再寄希望于考前的突擊，這對學生自學能力、動手能力等各方面的發展也有重要的作用。

教師進行的專業課教學，最低的標準是使學生學會這門課程的知識，掌握必要的技能，但更多時候教師需要反思怎樣才能讓學生“會學”與“樂學"。這就需要教師對教學內容進行精心設計并反復實踐，讓每一節課都“活”起來，提升學生的學習興趣，教學效果自然水到渠成。學校越來越多的學生上過水文地質基礎課程后喜歡上了水文地質學，在考研、工作時選擇了水文地質方向。實踐證明，水文地質學基礎課程的改革取得了良好的效果。

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