新工科背景下環境工程專業水文學與水文地質學課程教學改革探討

摘 "要：傳統的高校人才培養模式使學生普遍缺乏工程實踐和創新能力，與企業的實際需求存在較大差異。水文學與水文地質學是高校環境工程專業一門重要的專業基礎課，具有學科交叉性強、內容多和應用實踐性強等特點。該文以塔里木大學環境工程專業的該門課程教學為例，分析當前教學過程中存在的問題，探討在新工科背景下該門課程的教學優化改革途徑。該途徑從合理選取教學內容、教學方式和方法的靈活應用、理論教學與實踐教學相結合、綜合運用多種教學方法和完善課程考核方式五個方面進行改革與實踐，激發學生的學習興趣，提高教學質量，可為其他課程的教學改革提供參考。

關鍵詞：新工科；環境工程；水文學；水文地質學；教學改革

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）S2-0029-04

Abstract： The traditional talent training mode of colleges and universities makes students generally lack engineering practice and innovation ability， and there is a big difference with the actual needs of enterprises. Hydrology and hydrogeology is an important professional basic course for environmental engineering majors， which is characterized by strong interdisciplinary， multi-content and strong application practice. This paper takes the teaching of this course in the environmental engineering major of Tarim University as an example， analyzes the existing problems in the current teaching process， and discusses the optimization of the teaching reform of this course under the background of new engineering disciplines. The way from the reasonable selection of teaching content， teaching methods and methods of flexible application， the combination of theoretical teaching and practical teaching， the comprehensive use of a variety of teaching methods and improve the assessment of the course and other five aspects of reform and practice， stimulate the students' interest in learning， improve the quality of teaching， and can be used as a reference for the teaching reform of other courses.

Keywords： new engineering; environmental engineering; Hydrology; Hydrogeology; teaching reforms

隨著我國教育體系的深化改革，工程教育正承擔著培養多元化、創新型人才的重要使命，以應對當前新技術層出不窮、新業態蓬勃發展、新產業迅速崛起以及新模式不斷涌現的復雜局面。自2017年以來，教育部已先后發布了《教育部辦公廳關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》（教高廳函〔2017〕33號）[1]和《教育部 工業和信息化部 中國工程院關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》（教高〔2018〕3號）[2]，并陸續推出了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等指導性文件，為我國工程教育未來較長時間內的改革與發展提供了明確的思路和方向。

環境工程專業是一門涉及多個學科領域的新興綜合性專業，重點研究如何保護和改善環境質量，探索相關的理論、技術原理和工程措施。該專業的培養目標是為社會主義現代化建設培養具備廣泛基礎知識、深厚理論素養、強大實踐能力以及卓越綜合素質的高級工程技術人才。這些人才將在環境污染防治、環境規劃與評價等領域從事研究、設計、開發、管理、維護和技術支持等工作，為推動我國的環境保護事業作出重要貢獻[3]。

水文學與水文地質學課程是教育部高等學校環境科學與工程類專業教學指導委員會所推薦的專業基礎課程，同時也是環境工程專業多門核心課程的重要先修課。傳統的該門課程教學方式側重于理論知識的傳授，而忽視了與實踐的結合以及對學生創新能力的培養，這與新工科教育的理念明顯相悖[4]。

一 "課程教學特點

本校環境工程專業選取楊維等編寫的《水文學與水文地質學》作為本科生教學用教材，其包含水文學和水文地質學兩大部分。其中，水文學側重于地表水，主要介紹水文學基本知識、水文統計基本原理與方法、河川徑流情勢特征值分析與計算和小流域暴雨洪峰流量的計算等；水文地質學側重于地下水，主要介紹地質基本知識、地下水基本知識、地下水的物理性質和化學成分、地下水的滲流運動、不同空隙性地下水的分布特征、地下水資源勘查與評價和地下水污染與防治等共計13章內容[5]。實際教學過程中，本教材呈現出如下特點。

（一） "學科交叉性強

本教學內容涵蓋高等數學、線性代數、概率論與數理統計、水力學、自然地理學、測量學、地質學和地球科學等多個專業領域，各個學科知識點之間緊密相連，呈現出高度的耦合性，對學生的基礎學科知識儲備要求較高。

（二） "課程內容多

教學內容囊括了多個領域的知識與技能。首先，它涵蓋了基礎理論知識，如河流與流域的概念、降水與下滲的過程、礦物與巖石的分類、地質作用與地質年代的演變等。其次，還包括了一系列實踐性很強的內容，如水文測驗與信息采集的方法、經驗頻率曲線的繪制技巧、野外地質圖的識別技巧以及地下水資源勘查與評價的實踐操作等。同時，教學內容還涉及了環境工程方面的技術與方法。例如生活飲用水水源衛生防護帶的劃分原則與防護帶半徑的計算方法，這些都是保障飲用水安全的重要措施。此外，還包括了污染地下水修復的主要技術，如傳統修復技術、氣體抽提技術、空氣吹脫修復、生物修復、可滲透反應墻技術和人工補給技術等。

（三） "應用實踐性強

教學內容聚焦于培養學生對水文統計基本原理與方法的深入理解與熟練掌握。水文學要求學生應能夠運用水文規律，為未來的環境工程施工提供精確的水文資料及分析成果。而水文地質學是一門專門研究地下水數量和質量在空間和時間上的變化規律，以及如何有效利用和防治地下水潛在風險的學科。學生需學會解讀和應用水文地質資料，掌握進行基本水文地質計算的能力，例如抽水試驗和地下水動態觀測等。同時，學生還應能夠編寫和解讀水文地質勘查報告，熟悉并掌握包括解析法、數值法、開采試驗法、補償疏干法以及相關分析法等地下水資源允許開采量評價方法[6-7]。

二 "課程教學現狀分析

（一） "教材內容較多，分配課時較少

楊維等編寫的《水文學與水文地質學》編纂時可能是從能適用于多個授課專業對象的角度出發，沒有考慮到具體教學專業的特殊性和實際教學學時限制問題，導致該教材包含的內容特別多。鑒于目前人才培養方案總學分學時有限的問題，僅分配給該課程32理論學時，1周的實踐學時，且未設置專門的實驗課程[8]。

（二） "課程內容抽象，教學手段單一

本課程的內容較為抽象，特別是在第3章水文統計基本原理與方法和第5章小流域暴雨洪峰流量的計算方面，涵蓋了大量的概念和計算公式，但由于本校針對該課程教學主要還是依靠多媒體圖片和板書來展開教學工作，基本上仍停留于“滿堂灌”的方式，主要還是采用傳統“填鴨式”教學方式，利用教材和PPT的呈現，以老師講授為主。但由于時間有限，第3章僅分配了4個學時，第5章則只有2個學時，導致授課過程相對緊湊。所以，通常教師的講課速度會很快，留給學生進行練習和思考的時間相對有限，這種情況往往難以達到理想的教學效果[9]。

（三） "實踐教學內容缺乏

雖然本課程安排了為期一周的地質實習，但在實習過程中，僅給學生配備羅盤儀來測量巖層產狀以及用地質錘來敲擊巖石和采集化石標本等常規性操作。對于水文測驗與信息采集章節，盡管講解了基本原理，但并未提供如流速儀、水準儀、曲線儀、求積儀、泥沙采樣器和同心環下滲儀等必要的觀測儀器，使得學生在實踐性強的知識點上缺乏實際操作的機會。因此，學生在課程知識應用和實踐能力的培養上嚴重不足，這使得他們對理論知識的理解淺顯，缺乏實際操作的錘煉，普遍缺少工程實踐和創新能力，與企業實際需求存在明顯脫節[10]。

（四） "學生學習積極性不高

該課程是環境工程專業的一門專業基礎課，其內容與后續的專業核心課程如水污染控制工程、環境監測、環境影響評價和固體廢物處理與處置等課程均有密切的關系，如監測面的布設，垃圾填埋場的選址等。然而，大部分學生在高中階段主要接觸理科知識，對于水文學中的河流與流域、地質學中的地球概況、礦物與巖石等基礎內容，其認知往往停留在小學或初中的科普層面。特別是關于地質作用、地質年代及地質構造等知識點，不僅深奧且相對枯燥。盡管這些知識點在后續固體廢物處理與處置課程中占據重要地位，但由于學生缺乏必要的背景知識，因此在學習過程中難以形成明確的知識體系。此外，由于課程時間有限，只分配了6個學時來深入探討地質基本知識，這使得學生更難以充分理解和掌握這些重要內容[11]。

（五） "課程考核方式單一

該門課程的考核方式主要由期末閉卷考試（60%）和平時成績（40%）兩部分組成。平時成績主要反映學生的課堂出勤和日常學習情況，對于學生的課堂表現、課下自主學習等關注得較少，無法全面反映學生的學習狀況和能力水平。

三 "課程教學改革探討

筆者自2020年至2024年，以本校環境工程專業大一下學期學生為實踐對象，針對該門課程的教學方法進行了深入的改革與探索，取得了較好的教學效果。

（一） "合理選取教學內容，明確重難點

水文學與水文地質學是環境工程專業的必修課，在《高等學校建筑環境與能源應用工程本科指導性專業規范》中，該課程屬于支撐本專業核心知識領域的基礎課程，課程部分內容與環境工程專業核心課程水污染控制工程、環境監測、固體廢棄物處理與處置等課程具有較強的相關性。教材內容涉及知識面廣，與其他專業課的銜接緊密，符合環境工程專業的培養計劃。在授課過程中，首要任務就是要將教材內容與環境工程專業人才培養的要求和教學時數相結合，通過案例分析、實驗操作等方式，使學生能夠更好地理解和應用所學知識，提升解決實際問題的能力。在教學內容的組織上，教師應注重提煉關鍵知識點，將抽象的概念具體化，通過圖片、視頻等直觀手段進行展示，幫助學生建立深入的理解。考慮到環境工程專業人才培養的需求及教學時間的限制，教師可在保證知識體系完整性的基礎上，精煉授課內容，突出核心要點。通過實施“專題式”的精小化教學，加強教學內容的凝練與專業的融合，以實現更高效的教學效果。

在水文學和水文地質學的教學中，首要地是將環境工程專業的需求與授課學時相結合，對教材內容從章到節再到知識點逐級進行選取，明確各章、節和知識點的重點和難易程度，并據此合理分配學時。例如，在教學中采用的楊維等編寫的《水文學與水文地質學》作為教材為例，該書共包含水文學和水文地質學兩大部分共13章內容。但為了在規定的學時內完成該課程的教學任務，教學時只能選擇了與環境工程專業人才培養密切相關的緒論、水文學基本知識、水文統計基本原理與方法、河川徑流情勢特征分析與計算、小流域暴雨洪峰流量的計算、地質基本知識、地下水基本知識和地下水的物理性質和化學成分等9章內容作為課程的主要教學內容，其余章節則建議學生在課余時間自主學習。通過對教材內容的選取和重難點的確定，可以在有限的教學時間內深化教學內容，提升教學針對性，從而更好地實現教學目標（圖1）。具體建議如下。

（二） "教學方式和方法的靈活應用

該課程對學生的數理基礎和專業基礎知識要求較高，單純依賴課堂教學難以實現教學目標，有必要結合課外教學，以彌補課堂教學的不足。例如在教學水文統計基本原理和方法時，對于概率統計方面的知識，要求學生課前自主復習相關課程內容，以便在課堂教學時就可以不講或簡單講解概率方面的內容，從而節約上課時間，提高課堂教學效率。在講授水文頻率計算方法適線法時，教師可通過課后作業或工程案例，讓學生練習水文頻率的計算過程，以加深對課堂教學內容的理解。而在講授第7章地質基本知識地質作用和地質年代時，在關于地質時代（代、紀、世）和地層單位（界、系、統）的講述前，可在課前推薦B站的相關科普視頻，以減少課堂講解時間。再比如對于地質年代（震旦紀、寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀、三疊紀、侏羅紀、白堊紀、第三紀和第四紀）表的劃分，則推薦學生采用順口溜或結合相應數值法進行記憶（表1）。

（三） "理論教學與實踐教學相結合

在教學時應該將理論教學與實踐教學相結合，在教學中可從3個方面對該課程開展實驗和實踐教學，進行探索（表2）。

（四） "綜合運用多種教學方法

該課程具有綜合性、抽象性和實踐性強等多種特點，因此在進行課堂教學時，教師應該針對不同教學內容的特點采用不同的教學方法和手段進行教學（表3）。

表3 "不同理論課程教學內容的教學方法

此外，還可結合南疆地質條件，引導學生進行地下水資源勘查與評價的實際操作，結合地方水文站的觀測數據進行水文頻率計算，以此評價當地水資源狀況及其變化，從而培養學生的實踐能力和地方責任感。

（五） "完善課程考核方式

目前，該課程仍是傳統的期末閉卷考試（60%）和平時成績（40%）考核模式。這種模式在全面衡量學生的學習成效時，表現出一定的局限性，尤其是在評估學生的課堂表現及課后自主學習等方面存在明顯不足。

我們可以引入更多的課堂互動、小組討論等多元化的評估方式，以更全面、更深入地反映學生的學習狀態。同時，我們還需要完善整個考核評價體系，確保評價結果更加公正、客觀，從而更好地促進學生的全面發展。另外，應將學生的實踐環節表現納入考核體系，適當降低期末成績的比重，并增加對過程性學習的考核權重，以構建更加系統、科學的評價體系。具體來說，本課程的最終成績可以由期末成績、實踐環節成績和平時成績三部分組成，分別占據總成績的50%、25%和25%。

四 "結束語

水文學與水文地質學是環境工程專業的一門重要的專業基礎課程，教師應緊密結合該課程的特性，充分考慮環境工程專業的實際需求，精心挑選和組織教學內容，通過多樣化的教學手段和實踐活動，以期達到將抽象知識具象化、將理論教學與實踐教學相融合的目的。同時，應積極引導學生參與第二課堂，積極申報大學生創新創業項目、節能減排競賽等活動，構建寬理論、重實踐的課程體系，強化實踐能力和創新能力培養。

參考文獻：

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