新工科背景下“水文地質學基礎”課程創新教學模式的探索

［摘 要］ 基于新工科背景下培養復合型和創新型人才的需要，以“水文地質學基礎”課程為基礎，對教學現狀和存在的問題進行總結和反思，從教學方式和目標、實踐環節、考核方式等方面進行教學改革，改變傳統的教學理念，將教學目標向多元化進行轉變，促進學科交叉融合，激發學生學習興趣，培養學生的創新能力和實踐能力，滿足適應未來變化的新工科高質量人才培養模式，也為其他高校的教學模式提供一定的參考和依據。

［關鍵詞］ 新工科；水文地質學基礎；教學改革

［基金項目］ 2022年度山西省高等學校教學改革創新項目“雙碳背景下地質類專業區域特色化課程體系建設”（J20220143）；2021年度山西省高等學校教學改革創新項目“‘工程地質學原理’課程教學模式的改革與探索”（J2021152）；2021年度太原理工大學一流課程建設項目“‘礦物巖石學’一流課程建設”（2021027）

［作者簡介］ 蘇 賀（1987—），男，山東濟南人，工學博士，太原理工大學礦業工程學院副教授，主要從事水文地質科學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）42-0059-04 ［收稿日期］ 2023-04-13

隨著大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術的飛速發展，新技術、新產業、新業態和新模式隨著新時代需求也在不斷產生，這都需要靠工程教育提供人才支撐，對我國滿足當前和未來發展的人才培養帶來新的挑戰。為適應新時代要求和國家戰略安排，提前進行人才布局，關注未來可能出現的新技術，主動應對科技和產業革命，構筑國際競爭新優勢。新工科建設的新理念，加快培養新型工科技術型人才，健全人才培養支撐體系，落實立德樹人新要求。改造升級傳統工科，提高創新創業能力，加強多學科之間的交叉融合，推進新舊增長動能轉換和社會經濟發展［1］。新工科是指新興、新型、新生的工程學科，代表新的產業或行業的發展方向，具有引領性、交融性、創新性、跨界性和發展性等特征，目標是學科人才的隊伍建設、面向未來的中國新工科建設學科領域的學術研究和學科專業的人才培養等三個方面［2］。在新工科背景下，進行課程的改革與創新對工科人才的培養十分重要，要把培養目標聚焦在目前急需和未來發展兩個培養方面，既要滿足現在需求，又要適應未來發展。這就要求我們改變傳統落后的教學理念，對教學方式進行改革，從課程教學前、教學中、教學后等方面進行改革，以學生為中心，以成果為導向，為社會和經濟發展提供強有力的人才保障，為國家未來發展提供智力和人才支撐。“水文地質學基礎”是水文與水資源工程、地下水科學與工程、環境工程、地質工程等地學相關專業的核心基礎課。由于傳統教學方式單一，實踐較少，地下水科學及相關概念抽象，學生對相關知識缺乏直觀認識，對學習的積極性不高，使得理論和實踐認知產生誤差，難以掌握解決實際問題的能力。因此需要轉變思想，開展新工科背景下新教學模式的探索，轉變教學模式，完善課程內容，提高學生學習熱情，將“水文地質學基礎”課程的理論和實際結合起來，滿足現代和將來關于復合型和創新型人才培養的迫切需求。

一、“水文地質學基礎”的教學現狀和存在問題

“水文地質學基礎”作為重要的專業基礎課程之一，該課程主要講授地下水科學的基本概念、基本原理和基本方法。通過“水文地質學基礎”的學習，學生能深入理解地下水賦存空間的特征，地下水的形成與分布，地下水的埋藏條件，運動機制與規律，地下水物理化學成分及地下水化學形成作用，地下水流系統的基本概念，地下水補給、徑流與排泄，地下水的動態與均衡，以及地下水資源與環境等基本概念與基本原理，采用理論與實踐相結合的方法，開展教學和實驗，使學生對水文地質形成整體的認識，初步掌握運用相關知識和技能分析和解決實際問題的思想與能力，為今后的核心專業課學習奠定了基礎［3］。在對課程的教學過程和學生的反饋中，發現“水文地質學基礎”課程教學現狀存在以下幾個問題。

（一）教學方式單一，學生學習積極性不高

太原理工大學現階段的“水文地質學基礎”的教學以課本為主，結合多媒體課件演示，主要由教師對課本內容進行講解，教學方式單一、教學模式落后，教學內容和十多年前相比并沒有太大變化，新的理論和方法不能及時傳授給學生，學生對未來的學習目標也不明確，思維模式較單一。課堂氛圍靈活性差，學生的聽課興趣下降，教師和學生的互動較少，學生對所學的知識進行被動吸收，學生的學習積極性不高［4］。在教學上，理論和實踐的教學資源分配不均衡，輕實踐、重理論現象較嚴重，二者相關認識存在不足。新工科要求多學科交叉融合，目前課程設置缺乏學科關聯性，難以培養新工科技術型人才。

（二）實踐經驗較少，學生缺乏解決實際問題的能力

在教學過程中，由于地下水等概念抽象，單憑教師口述和多媒體展示既不能很好地使學生理解相關概念和知識，又難以觀察地下水分布和運動規律等現象，對于相關概念難以掌握。在進行實驗過程中，發現理論教學與實際應用存在嚴重脫節的情況，課程的大部分實驗設置都是驗證課本和課堂結論，實驗方法和教學內容較為單一，難以進行深入理解。同時，實驗儀器和設備配置問題得不到保障，對學生參與實驗和實習的過程評價機制不夠完善，學生對知識的掌握情況還停留在理論方面。實驗內容由教師講授并由學生按照要求完成，學生的自覺性和能動性沒有體現，缺乏解決實際問題的能力，沒有達成實驗教學的綜合培養目的。

（三）綜合培養能力不夠，培養內容缺乏創新

未來新工科的人才培養需要工程實踐能力和創新能力的高素質復合型人才。傳統教學方式對于學生的綜合能力培養不夠，學生對課本知識整體把握不夠，只對于某些知識點進行理解，學習一些水文地質現象的概化和分析結果，但是對于整體內容和系統連貫性不夠清晰，缺少對細節和過程等現象的學習，學生難以掌握知識整體的系統框架。此外，教學內容和新時代實際工程技術不能良好對應，在實踐過程中缺乏對創新和知識運用等必要能力的考核。新工科旨在培養能夠適應，甚至引領未來工程需求的人才。傳統教學模式不能滿足新工科背景下的高質量人才培養模式，學生的創新性思維和批判性思維難以發展。

（四）評價機制不完善，難以反映學生真實水平

對學生進行課程成績考核主要采用平時成績和期末成績兩方面。平時成績主要是學生的課程出勤率和課下作業完成情況，對學生知識掌握情況難以真正了解；期末成績只注重學生的應試能力和考前突擊的記憶能力，試卷內容偏理論化，學生在考前幾個星期進行突擊便可取得不錯的成績，難以反映學生對知識的真實掌握情況。

二、新工科背景下“水文地質學基礎”課程教學改革措施

為滿足新工科背景下對高素質復合型人才培養的需要，解決在教學過程中存在的上述問題，因此需要對“水文地質學基礎”課程教學模式進行改革，將教學任務向學生發展和多元化目標進行轉變，進行多學科交叉和跨界融合培養，提高學生的自主學習的積極性和創新能力，培養具有專業應用能力和創新能力的高素質復合型工程技術人才。筆者在課程內容、教學方法、實踐方式、考核形式等幾個方面進行課程教學改革，以滿足新工科建設對復合型人才培養的要求［5］。

（一）優化教學內容，明確教學目標

在新工科建設的理念中，教學目標應以新工科背景下的培養應用型工程技術人才為主，強調知識結構和專業內容，加強通識教育和專業教育的相互融合，強化學生工程倫理意識與職業道德，融入教學環節，重點培養獨立操作和分析解決問題的基本能力。新時代的多學科交叉和跨界融合也是新工科的特點，教師在講述教學內容時，課程內容結構清晰、目標明確，注重學科交叉。在發揮水文地質優勢的基礎上，與地質環境、地質工程、遙感技術、地理信息系統等相關學科交叉滲透，融合其他相關學科內容，建立多學科相互聯系的理論教學模式。注意授課和思考的邏輯性，在教學過程中結合工程實例，分析具體案例，使得理論教學和實踐教學共同進行，開闊學生專業視野，向學生傳達一種專業水文地質人員解決實際問題的思考方法，并注重學生創新思維和實踐能力的培養。學生如果只是被動吸收知識，理解只停留在表面，不可能產生新知。因此，要把理論知識和創新實踐能力結合起來，讓學生積極主動思考，提高學生的創新思維能力。此外，還應在課程中與學生進行互動環節，采用問題引導式教學和小組合作學習等方式，提高學生的學習興趣和參與學習的積極性，加深學生對概念的理解。安排實驗時對實驗進行層次安排，加強各個實驗間的聯系，與學生進行交流，及時解決學生提出的問題，并進行引導提問，培養學生的綜合思考能力。在講完每堂課以后對本堂課的內容進行梳理，把重點、難點再次強調，加深對知識的掌握，形成知識框架，更具邏輯性。此外，在課堂最后留出幾分鐘時間對學生進行提問，考查學生對知識的實際掌握情況，強化學生對知識點的理解，對沒有掌握好知識的學生加以強調，提高學生在課堂中的學習效率。

（二）深化實驗教學改革，提高實踐能力

在教學過程中，對實驗方面應進行相應的調整，使教學內容與實驗課程穿插進行，教師在講授完相關概念和知識后，應安排學生進行相關實驗，提高學生對相關概念的深入理解。同時，優化實驗項目，將一些陳舊、不適于新工科背景下的實驗進行刪除，增加一些水文地質和生活中實際問題相結合的實驗項目。例如，分析地下水短缺、地質災害、地下水污染的原因，培養學生理論聯系實際的能力，更好地理解當代水文地質學的特點與主要研究內容，學會在專業技能與日常生活、生產實踐之間建立聯系，更好地解決現實生活中遇到的實際問題。在進行實驗時，將學生分成多個小組，由實踐能力較強的學生帶領其余學生共同完成實驗，促進生生之間共同學習、溝通協調、團隊配合的良好學習氛圍的形成。此外，不同小組實驗結果可能產生差異，教師帶領學生一起討論和分析產生差異的原因，加深對概念和現象的理解，使學生真正掌握在學校學習到的知識。

“水文地質學基礎”課程中有許多需要經過實踐才能理解和掌握的知識點，因此在校內實驗的基礎上，提供一些野外實踐形式，是提高學生實踐能力和創新能力的重要環節。可以對學校周邊進行小范圍的水文地質調查工作或進行野外實訓，如了解和認識水文地質現象、一些特殊的巖溶地貌、野外的基本工作方法等［6］。通過實踐，加深對相關知識的理解，對不了解的概念和現象進行查漏補缺，有效地鍛煉思維，提高動手能力。同時，組織學生在進行野外實踐的基礎上，利用野外調查取得的數據，撰寫實踐報告。通過以上實踐教學活動，最大限度地將“水文地質學基礎”課程的理論與工程實踐相結合，培養學生利用所學知識來解決問題的能力和實踐動手能力。

（三）優化評價結構，構建多元化的考核方式

在進行教學改革的過程中，考核的評價方式也應進行調整，傳統教學質量評價方式多為平時成績+期末考試模式，該模式已經不能滿足教學質量要求了。新工科建設的目標是培養多元化、創新型卓越人才，因此在進行課程考核時，也應采用多元化的考核方式，適應教學新質量的要求。考核既要體現公平公正，也要激勵學生主動學習的能力。在確保專業知識體系考核的基礎上，提高對學生學習過程的考核，對學生的實踐能力、創新能力和綜合能力進行整體性評價，了解學生應用理論知識的能力以及實際操作的能力，促進學生全方位地提高。

對學生的考核成績由平時成績（40%）和考試成績（60%）組成。對于平時成績方面，可以分成三個方面，包括出勤率（40%）、課后作業練習（30%）和課程互動（30%）。進行多方面的成績考核，考查學生在多個教學方面的成績，體現出考核的全面性和過程性。在期末考試時，考試內容也應進行開放性題目設置，考查學生專業知識的綜合運用和思維方式的靈活性，增強學生的思考能力。此外，還應增加實踐課程的學分，占據一定比重，使學生重視實踐，在校不僅要學習課本知識，也要學習與生產實踐相關的知識與技能。理論學習與生產實踐相互促進的教學方式，可以彌補傳統教學方式的不足，鍛煉學生的動手操作能力和創新能力，也為將來的就業提供實踐經驗。

結語

隨著新一輪科技革命和產業變革的到來，國家對新型工科人才的需求也在不斷增加，傳統人才培養模式受到挑戰，亟須建立多樣化和個性化的工程教育培養模式。本文以新工科建設為背景，對“水文地質學基礎”課程的實踐教學環節進行改革創新，改變傳統教育理念、改革教學方法、優化教學內容、提高教學質量，在教學過程中加強對學生實踐能力的培養，健全考核機制，激勵學生主動學習，提高學生的自主學習能力和創新能力。重點培養學生進行多學科交叉和跨界融合來解決實際問題的能力，以適應新工科的建設與發展，滿足新工科背景下對人才素質和質量的需要，也為后續新工科課程改革提供參考。

參考文獻

［1］吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟［J］.高等工程教育研究，2017，162（1）：1-9.

［2］夏建國，趙軍.新工科建設背景下地方高校工程教育改革發展芻議［J］.高等工程教育研究，2017，164（3）：15-19+65.

［3］張人權，梁杏，靳孟貴，等.水文地質學基礎［M］.6版.北京：地質出版社，2011.

［4］姜春露，鄭劉根，程樺，等.地質學專業“水文地質學基礎”課程教學探索與實踐［J］.大學教育，2015，65（11）：146-147+158.

［5］李博.“新工科”背景下的“專門水文地質學”教學改革思考［J］.科教導刊（下旬），2020（3）：152-153.

［6］張永波，張志祥，楊軍耀，等.水文與水資源工程專業產學研結合人才培養模式研究［J］.教育教學論壇，2015（25）：67-68.

Exploration of Innovative Teaching Mode of the Fundamentals of Hydrogeology Course under the Background of Emerging Engineering Education

SU Hea， LIU Dong-naa， GUO Liang-liangb， LI Bina

（a. College of Mining Engineering， b. College of Water Resources Science and Engineering， Taiyuan University of Technology， Taiyuan， Shanxi 030024， China）

Abstract： Based on the need to cultivate compound and innovative talents under the background of emerging engineering education， and the teaching course of Fundamentals of Hydrogeology， the teaching status and existing problems are summarized and reflected. Teaching reform is carried out from the aspects of teaching methods and objectives， practice links， examination methods， etc. Traditional teaching concepts are changed， and teaching objectives are transformed to diversification. It promotes interdisciplinary integration， stimulates students’ interest in learning， and cultivates students’ innovation and practical ability， so as to meet the training mode of high-quality new engineering talents that adapts to future changes， and also provides certain reference and basis for the teaching mode of other universities.

Key words： Emerging Engineering Education; Fundamentals of Hydrogeology; teaching reform