地下水水文學(xué)課程基礎(chǔ)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(lián)系實際是地下水學(xué)科的基本方法論。加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生能力的一個重要方面。提出在課堂教學(xué)開展“微實踐”教學(xué)環(huán)節(jié)，并結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)歷，對比分析了“微實踐”的教學(xué)效果，提出師生互動、實例教學(xué)和能力培養(yǎng)三個方面值得教學(xué)工作者進(jìn)一步思考和提高。

關(guān)鍵詞：微實踐；師生互動；實例教學(xué)；能力培養(yǎng)

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

地下水水文學(xué)是水文與水資源工程專業(yè)的必修課程和地下水方向的核心課程。課程主要的教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生從水文循環(huán)的基本原理出發(fā)，在完整的水循環(huán)體系內(nèi)了解地下水的形成、儲存、運動、補給、排泄等特征的變化規(guī)律，并使學(xué)生初步掌握地下水動態(tài)長期觀測資料整理與分析的基本方法、野外實驗設(shè)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(yīng)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(shù)理統(tǒng)計的方法，通過站網(wǎng)觀測資料和實驗資料來了解地下水動態(tài)，并作出地下水資源的初步評價。

由于地下水科學(xué)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(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。從現(xiàn)階段已有的水文學(xué)與水資源工程專業(yè)的培養(yǎng)方案來看，地下水相關(guān)的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)顯然是不充分的。本文提出在水文學(xué)與水資源工程專業(yè)培養(yǎng)方案穩(wěn)定不變的前提下，結(jié)合地下水科學(xué)的實際特點，提出在課堂教學(xué)開展“微實踐”的教學(xué)手段，并且結(jié)合個人教學(xué)經(jīng)歷，開展試驗性教學(xué)改革，分析了此次微實踐教學(xué)改革的效果，并對微實踐今后發(fā)展的方向提出了一些個人的看法。

一、微實踐環(huán)節(jié)教學(xué)方案設(shè)計

傳統(tǒng)高等教育培養(yǎng)人才的主要模式是課堂理論教學(xué)?！八乃Y源”課程教學(xué)模式仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即單向灌輸。教材過分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)完整的知識體系，偏重于培養(yǎng)學(xué)生的理論素養(yǎng)和知識水平。應(yīng)對傳統(tǒng)教學(xué)理念與不斷發(fā)展的教學(xué)群體，譬如，多媒體手段等新興的教學(xué)手段逐漸成為授課教師關(guān)注的對象，并且得到了諸多有益的嘗試。然而實踐教學(xué)是水文與水資源工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，在提高人才培養(yǎng)質(zhì)量方面具有重要作用。作者提出可以在維持現(xiàn)有教學(xué)方案的前提下，適當(dāng)增加課堂微實踐的內(nèi)容，彌補以往地下水教學(xué)過程中理論有余、實踐不足的現(xiàn)狀。

地下水水文學(xué)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(xué)者缺乏地下水感性認(rèn)識，同時地下水科學(xué)具有綜合性，只有結(jié)合具體問題分析才能理解并掌握。地下水水文學(xué)課程中適宜于進(jìn)行課堂實踐教學(xué)的環(huán)節(jié)有水文地質(zhì)特性實驗、地下水滲流規(guī)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(zhì)實驗雖然也是地下水水文學(xué)教學(xué)中的重難點，但是在室內(nèi)模擬實驗的難度較大，因此，本次微實踐環(huán)節(jié)對此知識點不予考慮。

本次微實踐教學(xué)方案基于水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)和地下水動力學(xué)基本原理的課內(nèi)實踐內(nèi)容，具體包括：（1）水文地質(zhì)性質(zhì)認(rèn)知實踐；（2）地下水滲流規(guī)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(biāo)：增強(qiáng)學(xué)生對含水介質(zhì)水理特性的感性認(rèn)識，掌握地下水運動的基本規(guī)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(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐的基本科研素養(yǎng)，并且訓(xùn)練學(xué)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(xué)的基礎(chǔ)工程問題。

本次課程微實踐結(jié)合本人教學(xué)經(jīng)歷，在講授相關(guān)理論知識后，使用一定的課堂時間開展相關(guān)內(nèi)容的演示與學(xué)生動手實踐。單次微實踐控制在一個課時之內(nèi)，總計三次。為了準(zhǔn)確評估教學(xué)效果，采用學(xué)生自愿報名的方式。本次教學(xué)對象共計本科生147人，其中57人報名參加微實踐環(huán)節(jié)。

二、實施效果對比分析

根據(jù)參與微實踐環(huán)節(jié)與否，將授課學(xué)生分為兩組（實驗組和普通組）。下面按照出勤情況（非實踐環(huán)節(jié)的課堂出勤情況）和課程總評分結(jié)果來對比微實踐教學(xué)效果。兩組學(xué)生的出勤結(jié)果見下表。整個課程教學(xué)期間，除去微實踐環(huán)節(jié)，共計以課堂作業(yè)、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(jié)果可知實驗組同學(xué)的總體出勤率和方差均要優(yōu)于普通組。

下圖所示為兩組同學(xué)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(xué)平均分為88.45（100分制），標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.433。普通組的平均分為83.13，較實驗組低5.32分；標(biāo)準(zhǔn)偏差為14.14，比實驗組的標(biāo)準(zhǔn)偏差高出90.23%。從直方圖分布來看，實驗組的同學(xué)總評分更加集中，異常值（極小值）較少，而普通組的同學(xué)總評分中盡管也有部分同學(xué)取得了優(yōu)秀的總評成績，但是仍有部分同學(xué)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(xué)普遍具有更高的參與課程的積極性，課程主要內(nèi)容的掌握情況也要高于普通組的同學(xué)。這里排除學(xué)生自愿參與的主觀篩選因素外，課程微實踐的主要教學(xué)效果可以體現(xiàn)在以下幾個方面：學(xué)生可以在感性認(rèn)識上增加對地下水基本知識的掌握，并且有利于提高學(xué)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(qiáng)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對地下水課程的興趣，提高自主學(xué)習(xí)的積極性。

三、微實踐環(huán)節(jié)的發(fā)展前景

在教學(xué)理念的傳承和發(fā)展過程中，地下水水文學(xué)（水文地質(zhì)學(xué)）課程向來是秉承以學(xué)生為本、實驗室與現(xiàn)場并重，突出能力考察的教學(xué)模式。目前縱觀國內(nèi)高校相關(guān)專業(yè)及課程現(xiàn)狀，都是課堂教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于實踐教學(xué)。這往往是由于培養(yǎng)方案和培養(yǎng)經(jīng)費等多方面的因素限制。隨著信息化社會的快速發(fā)展，“微”字已經(jīng)體現(xiàn)在我們生活學(xué)習(xí)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(xué)時間和經(jīng)費的條件下，微實踐可以有效提高教學(xué)效果。通過本次改革，作者對地下水課程課堂微實踐的發(fā)展方向和注意要點做了初步的總結(jié)。

1.微實踐中做到師生互動

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)方式通常是“老師講實驗，學(xué)生照著做”。在時間較短的微實踐環(huán)節(jié)中，更加要打破這種傳統(tǒng)乏味的單一模式。教師可以事先把實驗任務(wù)布置給學(xué)生，在微實踐環(huán)節(jié)中用較少的時間進(jìn)行綱要性地演示。把剩余的時間留給學(xué)生，各個實驗小組根據(jù)實驗指導(dǎo)書，研究和解決在實驗過程中出現(xiàn)的各種問題。教師對各組進(jìn)行提問和點評，讓學(xué)生帶著壓力去實驗，有利于提高學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ囵B(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和意識，盡量多給學(xué)生留下思考的時間和動手機(jī)會。

2.微實踐中強(qiáng)調(diào)實例教學(xué)

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

3.微實踐中重視能力的培養(yǎng)

理論聯(lián)系實踐是地下水研究中的重要方法論。實踐環(huán)節(jié)豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識，然后更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生能夠在對水文現(xiàn)象感性認(rèn)識上進(jìn)行整理、歸納、總結(jié)和概括。因此，實踐環(huán)節(jié)雖然有助于學(xué)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(xué)生抽象思維能力的培養(yǎng)。實踐教學(xué)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(dǎo)學(xué)生探討學(xué)科理論的形成與發(fā)展。這是與學(xué)科理論形成過程相反的過程。在實踐教學(xué)過程中可以針對不同的地下水現(xiàn)象作為知識興趣點提出問題，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題的能力和團(tuán)隊協(xié)作精神。從這一角度來看，微實踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)該重視從單一方法的培養(yǎng)到方法綜合運用培養(yǎng)的高級階段，也即是科研能力培養(yǎng)階段。

創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。尋求在體制范圍內(nèi)的微創(chuàng)新、微實踐是教育事業(yè)改革的新方向。本文以地下水水文學(xué)現(xiàn)狀教學(xué)體系為出發(fā)點，提出在不改變原有教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)的前提下，引入若干次體量小、靈活性強(qiáng)的微實踐活動。通過教學(xué)實踐對比分析，表明微實踐對于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)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(jié)合自身教學(xué)科研領(lǐng)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(xué)環(huán)節(jié)中的師生互動、實例教學(xué)和能力培養(yǎng)方面的認(rèn)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。

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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(xué)從事水文水資源專業(yè)的教學(xué)科研工作。

編輯 溫雪蓮