立足水文氣象專業(yè)，優(yōu)化水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)

王 潔

（南京信息工程大學(xué) 水文氣象學(xué)院，江蘇 南京 210044）

一、引言

水文氣象學(xué)是一門以氣象學(xué)和水文學(xué)理論和方法為基礎(chǔ)、以水文工程應(yīng)用為導(dǎo)向，運(yùn)用氣象學(xué)和水文學(xué)的基本原理和方法解決水文氣象實(shí)際問題的新興學(xué)科［1］［2］。本著以“氣象學(xué)和水文學(xué)內(nèi)涵式結(jié)合，以理論指導(dǎo)實(shí)踐，以需求引導(dǎo)創(chuàng)新”的原則，根據(jù)當(dāng)前階段水文水利和氣象等業(yè)務(wù)部門對高質(zhì)量水文氣象人才提出大量需求，我國首個(gè)培養(yǎng)水文氣象學(xué)本科生的專業(yè)在南京信息工程大學(xué)水文氣象學(xué)院 （后文簡稱：我院）應(yīng)運(yùn)而生，但傳統(tǒng)水文學(xué)課程已經(jīng)不適應(yīng)社會新的需求。新的學(xué)科，新的需求，必然要求我們對傳統(tǒng)水文課程進(jìn)行改革。

水文測驗(yàn)、水文預(yù)報(bào)、水文與水利計(jì)算，簡稱“測、報(bào)、算”，是傳統(tǒng)水文水資源專業(yè)的核心課程［3］。水文測驗(yàn)學(xué)是研究如何正確、經(jīng)濟(jì)、迅速地測定各種水文要素的數(shù)量及其在時(shí)間和空間上的變化過程，是水利類專業(yè)本科生的主干專業(yè)課程。實(shí)踐性強(qiáng)是水文氣象學(xué)基礎(chǔ)系列課程的顯著特點(diǎn)之一，在教學(xué)中特別強(qiáng)調(diào)理論要與實(shí)踐結(jié)合。水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)是將理論課程付諸實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐的，從而使水文學(xué)本科生獲得重要的專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練的野外實(shí)踐過程。本文結(jié)合水文氣象學(xué)的新學(xué)科特點(diǎn)，以水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)為例，其實(shí)習(xí)目的和實(shí)習(xí)內(nèi)容是根據(jù)水文與水資源工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)制定的，直接照搬到水文氣象學(xué)專業(yè)上，不符合水文氣象專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。筆者根據(jù)水文氣象學(xué)的獨(dú)特學(xué)科特點(diǎn)，優(yōu)化傳統(tǒng)水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容，使之更符合水文氣象專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)而培養(yǎng)具備扎實(shí)基礎(chǔ)、熟練水文測驗(yàn)技能專業(yè)背景的水文氣象專業(yè)技術(shù)型人才，為今后從事水文氣象行業(yè)相關(guān)的水信息采集，水文氣象數(shù)據(jù)處理方面的工作打下基礎(chǔ)。

二、水文氣象學(xué)的必要性與獨(dú)特性

水文氣象學(xué)是我國、亞洲，乃至全球的新興交叉學(xué)科，目前國際上只有俄羅斯、瑞典、英國、烏克蘭四個(gè)國家擁有水文氣象研究機(jī)構(gòu)。氣象學(xué)與水文學(xué)長期以來處于割裂狀態(tài)，傳統(tǒng)的水文學(xué)只研究降水落到地面之后的各種過程，氣象學(xué)則只關(guān)注降水在空中未降落之前的各種過程，即水文學(xué)上不接天空，氣象學(xué)下不接地氣，二者之間“割裂性”使得很多社會實(shí)際問題不能有效解決。隨著社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，單純的水文學(xué)或氣象學(xué)已經(jīng)不能滿足實(shí)際發(fā)展的需要。而水文氣象學(xué)作為紐帶將水文學(xué)和氣象學(xué)二者有機(jī)地、巧妙地結(jié)合起來，同時(shí)是氣象學(xué)和水文學(xué)發(fā)展的新亮點(diǎn)，它使得氣象學(xué)接地氣，使得水文學(xué)往上游端發(fā)展，是理論與實(shí)際結(jié)合的典范。其產(chǎn)生與人類社會對洪澇災(zāi)害現(xiàn)象的認(rèn)知水平、抗御災(zāi)害的能力、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)，其內(nèi)涵和研究的領(lǐng)域隨之不斷深化和發(fā)展。俄羅斯的水文氣象著重研究高緯度地帶融雪和降雨產(chǎn)生的降雨-徑流機(jī)理及應(yīng)用；美國的水文氣象著重研究中低緯度的季風(fēng)和熱帶氣旋引起的降雨-徑流機(jī)理及應(yīng)用，尤其是颶風(fēng)引起的極端暴雨洪災(zāi)的分析、計(jì)算和預(yù)報(bào)。

水文氣象學(xué)本科學(xué)生的培養(yǎng)，既要考慮水文學(xué)與氣象學(xué)知識的有機(jī)結(jié)合，又要考慮其較強(qiáng)的實(shí)踐性。因此，本學(xué)科的學(xué)生既要學(xué)習(xí)氣象學(xué)的知識，如天氣動力學(xué)、動力氣象學(xué)等，又要學(xué)習(xí)水文學(xué)的知識，如水文學(xué)原理、水文測驗(yàn)學(xué)等，更要學(xué)習(xí)水文氣象交叉方面的知識，如水文氣象學(xué)、水文氣象集合預(yù)報(bào)等。水文氣象學(xué)的這種有機(jī)性和實(shí)踐性，要求教學(xué)過程要特別強(qiáng)調(diào)理論要與實(shí)踐結(jié)合，同時(shí)要求在水文學(xué)課程中滲透氣象學(xué)知識，在氣象學(xué)課程中滲透水文學(xué)知識。

三、傳統(tǒng)水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容及存在的問題

水文測驗(yàn)學(xué)是水文氣象專業(yè)的必修課程，實(shí)踐性強(qiáng)，與具體生產(chǎn)業(yè)務(wù)密切相關(guān)，其實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)水利學(xué)科應(yīng)用型人才實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要渠道，是水利類教育教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)水文氣象專業(yè)自身特色，積極探索適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)模式具有重要意義。

水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)的主要目的在于加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的操作實(shí)踐能力；通過水文測站的生產(chǎn)實(shí)踐，初步掌握測站的主要測驗(yàn)業(yè)務(wù)和技能，并加深對水文測驗(yàn)理論的理解，使學(xué)生將水信息采集和水文數(shù)據(jù)處理基本理論、基本方法付諸實(shí)踐，進(jìn)行基本水文測驗(yàn)專業(yè)技能訓(xùn)練。要求學(xué)生通過在站實(shí)踐，增強(qiáng)對水文現(xiàn)象的感性認(rèn)識，掌握各種水文要素的觀測及測驗(yàn)方法；通過觀測、測驗(yàn)報(bào)表的填寫和成果的計(jì)算等基本技能的訓(xùn)練，結(jié)合教學(xué)、科研進(jìn)行試驗(yàn)研究，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。傳統(tǒng)水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容包括水信息采集的野外儀器使用培訓(xùn)和實(shí)際水文數(shù)據(jù)處理兩部分，重點(diǎn)和難點(diǎn)在于培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生水文測驗(yàn)的基本技能，具體包括以下幾個(gè)方面：（1）降水與水位觀測及其資料整理；（2）水準(zhǔn)測量和大斷面測量及技術(shù)：完成水準(zhǔn)測量和河道大斷面測量外業(yè)工作，并完成相應(yīng)的資料整理，繪制大斷面圖；（3）流速測驗(yàn)與測速垂線精簡：完成流速測驗(yàn)，并在保證流量計(jì)算結(jié)果精度的前提下，采用最少的測速垂線數(shù)目，并確定其在斷面上的分布，點(diǎn)繪全斷面精簡后的測速垂線位置圖；（4）流速脈動實(shí)驗(yàn)：通過流速脈動實(shí)驗(yàn)掌握流速脈動的特性、變化及分布規(guī)律，推求流速誤差與測速歷時(shí)的定量關(guān)系。（5）測站資料整編：對實(shí)習(xí)測站年實(shí)際數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算、定線、推流，初步掌握受混合影響的水位流量關(guān)系的數(shù)據(jù)處理方法；懸移質(zhì)泥沙數(shù)據(jù)處理的定線方法，并進(jìn)一步了解測驗(yàn)工作與數(shù)據(jù)處理工作的互相關(guān)系。

筆者結(jié)合在國外多年求學(xué)和教學(xué)的科研經(jīng)驗(yàn)，考慮不同的學(xué)科特色，與國外水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)方面比較，傳統(tǒng)水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)主要存在以下幾個(gè)問題。

1.實(shí)習(xí)方式老套，死板照條，不具有創(chuàng)新性：目前高校水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)，學(xué)生多根據(jù)具體的實(shí)習(xí)任務(wù)，流水線式、按部就班地完成實(shí)習(xí)內(nèi)容。某些學(xué)生實(shí)習(xí)結(jié)束后都不清楚為什么要做這些測量，這些測量的目的是什么，測量出的結(jié)果怎樣應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中?，F(xiàn)存的實(shí)習(xí)方式不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期實(shí)習(xí)目標(biāo)。

2.實(shí)習(xí)內(nèi)容陳舊，一成不變，未考慮具體學(xué)科特點(diǎn)：一直以來，現(xiàn)在水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容沒有發(fā)生過大的變化，筆者求學(xué)時(shí)如此，為師時(shí)亦如此。現(xiàn)有的水文測驗(yàn)教材反映的是陳舊、常規(guī)的測驗(yàn)內(nèi)容和方法，遠(yuǎn)遠(yuǎn)適應(yīng)不了實(shí)際教學(xué)需要，現(xiàn)代先進(jìn)的測流、測深及水文氣象自動測報(bào)系統(tǒng)等新理論、新技術(shù)、新方法都沒有得到應(yīng)有的反映［4］。與國外高校相比，我國大多數(shù)高校沒有根據(jù)本校學(xué)科的特色，制定相應(yīng)的實(shí)習(xí)內(nèi)容。本課程應(yīng)特別注重其實(shí)踐性，日本美國等國家院校，水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)的比重占50%左右［5］，而我國大部分院校的比重僅20%，甚至更低。相比而言，我國水文測驗(yàn)教學(xué)沒有側(cè)重其實(shí)踐性，不利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力和創(chuàng)新能力。

3.教學(xué)方法落后，教學(xué)儀器陳舊，考核方式單一：國內(nèi)水文測驗(yàn)的教學(xué)主要以理論課和野外實(shí)習(xí)相結(jié)合的方式進(jìn)行，兩者本身是相輔相成的關(guān)系，但某些高校往往第一年安排理論課學(xué)校，第二年安排實(shí)習(xí)課，導(dǎo)致兩者相互脫節(jié)；教學(xué)儀器陳舊，課堂上不能展示最新的水文測驗(yàn)技術(shù)方法。與國外相比，國內(nèi)水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)主要以實(shí)習(xí)報(bào)告形式展示實(shí)習(xí)效果，考核學(xué)生對實(shí)習(xí)內(nèi)容的掌握程度。這種考核方式不能合理地反映學(xué)生的實(shí)際水平，也不能有效考查學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、新學(xué)科水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)的挑戰(zhàn)與改進(jìn)

針對水文氣象專業(yè)的獨(dú)特性，我院以實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)為契機(jī)，以培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)為主線，以培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才為目標(biāo)，構(gòu)建“一體化、三層次、多形式”的水文氣象學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系［6］，并在這一基礎(chǔ)體系上進(jìn)行科學(xué)有效的實(shí)施和管理。一體化是指把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)知識、技術(shù)和方法有機(jī)地組織在一起形成一個(gè)完整的體系；三層次是指將實(shí)踐教學(xué)分為基礎(chǔ)性試驗(yàn)、綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次；多形式是指實(shí)習(xí)實(shí)踐的方式不拘一格，室內(nèi)、室外相結(jié)合，講授式、啟發(fā)式、自學(xué)式、開放式等多種形式有機(jī)組合的實(shí)踐教學(xué)。在我院這種有機(jī)實(shí)踐教學(xué)體系下，針對我國水文測驗(yàn)學(xué)現(xiàn)存的問題，結(jié)合水文氣象學(xué)的具體特點(diǎn)，并考慮我國水文測驗(yàn)發(fā)展的總體方向及現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢，我院水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)的改進(jìn)措施如下：

首先健全水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容，在原有基礎(chǔ)上增加氣象學(xué)要素，使之體現(xiàn)水文氣象有機(jī)結(jié)合的特色，如增加多時(shí)段降水、氣溫、風(fēng)速、輻射、濕度及蒸發(fā)的觀測，分析氣象因子與流量、蒸發(fā)的相關(guān)關(guān)系，總結(jié)出對流量影響最大的一個(gè)或者一組氣象因子，這可以對河流流量的影響因素有更深刻的理解，也可以更好地理解水文氣象過程。

其次改進(jìn)水文測驗(yàn)的實(shí)習(xí)實(shí)踐形式。野外實(shí)習(xí)之前采取理論講解與視頻演示相結(jié)合的方式，讓學(xué)生理解實(shí)習(xí)的方法和原理，初步掌握實(shí)習(xí)的相關(guān)技巧；到達(dá)具體實(shí)習(xí)場所，再采取現(xiàn)場演示，邊講邊做、邊做邊講，與學(xué)生共同完成實(shí)習(xí)所要求的內(nèi)容。實(shí)習(xí)過程，務(wù)必保證每一個(gè)學(xué)生親自動手，熟練掌握每一個(gè)實(shí)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)要改變傳統(tǒng)單一、填鴨式的實(shí)驗(yàn)形式，增加開放式實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓每個(gè)學(xué)生或每個(gè)小組自己提出問題，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己動手完成，最大限度地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性。

此外，要改變單一的考核評價(jià)方式，采取實(shí)習(xí)報(bào)告與現(xiàn)場答辯相結(jié)合的考核方式。傳統(tǒng)實(shí)習(xí)報(bào)告的形式可以系統(tǒng)地、全面地考核學(xué)生是否了解實(shí)驗(yàn)的目的、意義，是否掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法，是否理解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，是否學(xué)會爭取分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，此方法具有全面性的特點(diǎn)。但是傳統(tǒng)報(bào)告的形式不能合理體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際操作能力，現(xiàn)場答辯可以直接考核學(xué)生的動手操作能力，通過現(xiàn)場提問實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵過程，考核學(xué)生的臨場應(yīng)變能力、學(xué)生對實(shí)驗(yàn)掌握的熟練程度，答辯與提問相結(jié)合填補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)習(xí)報(bào)告的不足之處，完善了水文測驗(yàn)實(shí)習(xí)的綜合考核評價(jià)體系。

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