水文地球化學(xué)課程教學(xué)研究

孔慧敏 谷洪彪 張瑩 張艷 張耀文

摘 要：水文地球化學(xué)是地下水科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在水文地質(zhì)工作中占有非常重要的地位，課程教學(xué)注重理論與實(shí)際的結(jié)合。該文以防災(zāi)科技學(xué)院《水文地球化學(xué)》課程的課堂教學(xué)為例，從與其它專業(yè)課程內(nèi)容的優(yōu)化整合，與專業(yè)實(shí)習(xí)的有效結(jié)合及應(yīng)用，實(shí)踐教學(xué)的探索與提升三個(gè)方面討論并探索課程教學(xué)的改革。通過(guò)實(shí)踐能充分的提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性及該門課程在專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)用性，使理論與實(shí)踐教學(xué)體系很好的融合，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：水文地球化學(xué) 實(shí)踐教學(xué) 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（a）-0107-02

水文地球化學(xué)是地下水科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是在水文地質(zhì)學(xué)及地球化學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要研究對(duì)象是地下水化學(xué)成分的形成和演化，以及各種組分在地下水中的運(yùn)移規(guī)律，是探索地球表層各帶地下水地球化學(xué)作用的一門新興學(xué)科[1]。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類對(duì)地下水資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用，地下水環(huán)境不斷惡化，地下水污染修復(fù)技術(shù)不斷的發(fā)展，對(duì)地下水科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生也提出了新的要求，但是水文地球化學(xué)理論是解決這些問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。如何使學(xué)生有效的掌握水文地球化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)的興趣以及增加在專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)用性成為該課程教學(xué)過(guò)程中的主要解決的問(wèn)題。

水文地球化學(xué)課程以課堂授課為主，以實(shí)驗(yàn)為輔，該文結(jié)合實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，就該課程與其它專業(yè)課程內(nèi)容的優(yōu)化整合，與專業(yè)實(shí)習(xí)的有效結(jié)合及應(yīng)用，以及實(shí)踐教學(xué)的探索與提升三個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)的改革，達(dá)到提高課堂教學(xué)的水平，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的提升的目的。

1 與其它課程內(nèi)容的優(yōu)化整合

1.1 與先導(dǎo)課程的銜接

水文地球化學(xué)相關(guān)的先導(dǎo)課程包括：《普通化學(xué)》《物理化學(xué)》《普通地質(zhì)學(xué)》《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》《巖石學(xué)》及《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》等。

建議在《普通化學(xué)》《物理化學(xué)》的教學(xué)過(guò)程中可酌情對(duì)水文地球化學(xué)課程中應(yīng)用到的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，比如溶解平衡、碳酸平衡、絡(luò)合物計(jì)算、氧化還原反應(yīng)、吸附作用、熱力學(xué)的狀態(tài)函數(shù)等，并在對(duì)普通化學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行體現(xiàn)。

《普通地質(zhì)學(xué)》《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》《巖石學(xué)》作為地質(zhì)類基礎(chǔ)課程，為地下水課程與工程專業(yè)的學(xué)習(xí)奠定了良好的地質(zhì)基礎(chǔ)，例如地表水及地下水的地質(zhì)作用、構(gòu)造裂隙的發(fā)育、三大巖類的形成及其特征等，都是地下水化學(xué)成分形成的基礎(chǔ)條件。

《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》作為專業(yè)基礎(chǔ)課，與水文地球化學(xué)的教學(xué)聯(lián)系最為密切，“地下水化學(xué)成分及其形成作用”章節(jié)有部分交叉內(nèi)容，因此要特別注意課堂教學(xué)中概念的統(tǒng)一。例如庫(kù)爾洛夫式的書寫、地下水化學(xué)分類與圖示方法。

1.2 與同期課程的有效結(jié)合

同期開(kāi)設(shè)的課程有《環(huán)境水化學(xué)》或《水分析化學(xué)》，主要講授實(shí)驗(yàn)室水化學(xué)分析方法，提高學(xué)生實(shí)際操作能力，為開(kāi)展水文地球化學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)奠定了良好的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)。

1.3 為后續(xù)課程的鋪墊

與該課程聯(lián)系最緊密的后續(xù)專業(yè)課為《環(huán)境同位素水文地質(zhì)》《地下水污染原理及防治》《環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)》，因此，水文地球化學(xué)的課堂教學(xué)中應(yīng)將同位素的概念、地下水污染及地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)等內(nèi)容有效與以上課程進(jìn)行有效、避免重復(fù)。

2 與實(shí)習(xí)課程有效結(jié)合與應(yīng)用

我國(guó)地學(xué)教育教學(xué)模式表明，實(shí)踐教學(xué)是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)習(xí)和野外實(shí)踐都是培養(yǎng)地學(xué)人才的重要途徑[3-6]。地下水科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)需經(jīng)歷地學(xué)思維至專業(yè)思維再至專業(yè)綜合能力過(guò)程的轉(zhuǎn)變，因此認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、地質(zhì)教學(xué)實(shí)習(xí)、專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)所組成專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系發(fā)揮了舉足輕重的作用，專業(yè)實(shí)習(xí)的教學(xué)質(zhì)量直接影響該專業(yè)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)質(zhì)量[6]，因此充分將實(shí)習(xí)實(shí)踐課程中的內(nèi)容與水文地球化學(xué)的課堂教學(xué)相結(jié)合，能夠提高課堂教學(xué)的水平，也能夠促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的提升。

2.1 與認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)及地質(zhì)實(shí)習(xí)的銜接

水文地球化學(xué)課程的教學(xué)在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和地質(zhì)實(shí)習(xí)之后，因此，在課堂教學(xué)中可有效結(jié)合野外實(shí)習(xí)內(nèi)容，例如巖溶形成的機(jī)理、三大巖類與地下水賦存運(yùn)移及水化學(xué)特征的關(guān)系、地形等自然地理因素對(duì)地下水化學(xué)成分的影響。

2.2 加強(qiáng)在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中水文地球化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用

在地下水科學(xué)與工程專業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)中充分加強(qiáng)對(duì)水文地球化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，在柳江盆地的水文地質(zhì)調(diào)查中的得到具體體現(xiàn)。例如：（1）分析地下水化學(xué)組分的成因及影響因素；（2）分析不同巖性的含水層地下水化學(xué)成分的特征；（3）利用水化學(xué)及同位素的手段探索泉的成因類型，判斷地下水的補(bǔ)給來(lái)源等；（4）對(duì)水質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行水文地球化學(xué)分類及水質(zhì)評(píng)價(jià)。

3 實(shí)踐教學(xué)的探索與提高

3.1 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)及水化學(xué)模擬軟件的應(yīng)用

水文地球強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合，因此學(xué)生掌握水化學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作技能及相關(guān)水化學(xué)模擬軟件的基本原理與操作。

根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索，建議加強(qiáng)水文地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，例如增加：（1）巖礦水解實(shí)驗(yàn)；（2）水中碳酸平衡與pH關(guān)系測(cè)定實(shí)驗(yàn)；（3）土壤介質(zhì)對(duì)氨氮吸附平衡試驗(yàn)；（4）溶濾實(shí)驗(yàn)；（5）結(jié)合實(shí)際場(chǎng)地的綜合實(shí)驗(yàn)。由于課時(shí)量有限，因此依照學(xué)生興趣分類分組開(kāi)展單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并在課下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成果的交流匯報(bào)。

AqQA或Aquachem等基礎(chǔ)的水化學(xué)數(shù)據(jù)分析軟件，可以進(jìn)行水化學(xué)數(shù)據(jù)的可靠性驗(yàn)證、基本指標(biāo)的計(jì)算、水化學(xué)類型的劃分及基礎(chǔ)水化學(xué)圖件（如Piper三線圖）的繪制和水質(zhì)評(píng)價(jià)，因此，可以結(jié)合實(shí)例進(jìn)行課堂教學(xué)和實(shí)際操作，讓學(xué)生掌握基本水化學(xué)數(shù)據(jù)分析方法。

水文地球化學(xué)模擬軟件WATEQ/PHREEQC/MINEQA2等，可以進(jìn)行水溶組分平衡分布計(jì)算、氧化還原平衡計(jì)算、液-氣平衡計(jì)算、礦物飽和指數(shù)計(jì)算[2]，對(duì)學(xué)生進(jìn)行水文地球化學(xué)方面的研究提供了很好的技術(shù)支持，因此可篩選個(gè)別軟件（PHREEQC）講授基本原理及實(shí)例操作，課下讓學(xué)生自主進(jìn)行軟件的實(shí)際操作與討論應(yīng)用。

3.2 增加課程設(shè)計(jì)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，探索開(kāi)放式教學(xué)

以利用水文地球化學(xué)的基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合地下水科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)布置課程設(shè)計(jì)，例如：探討土壤鹽漬化與高氟地下水的關(guān)系；地下水環(huán)境與地方??；水的硬度對(duì)人類生活的影響；礦泉水與人體健康等。讓學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)資料、新聞報(bào)道等全方位進(jìn)行調(diào)研，并分組進(jìn)行匯報(bào)討論，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

4 結(jié)語(yǔ)

水文地球化學(xué)作為地下水科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)體系中重要的組成部分，在專業(yè)人才目標(biāo)培養(yǎng)的實(shí)現(xiàn)上具有至關(guān)重要的作用。經(jīng)過(guò)在課堂教學(xué)的改革，與實(shí)習(xí)課程的結(jié)合及實(shí)踐教學(xué)中的提升，能充分的提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性及該門課程在專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)用性，使理論與實(shí)踐教學(xué)體系很好的融合，取得了良好的教學(xué)效果，提高了地下水科學(xué)與工程專業(yè)人才質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈照理，朱宛華.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，1993.

[2] 錢會(huì)，馬致遠(yuǎn).水文地球化學(xué)[M].地質(zhì)出版社，2005.

[3] 陳駿，胡文瑄，李成.地質(zhì)學(xué)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析與對(duì)策 [J].中國(guó)地質(zhì)教育，2007（3）：133-139.

[4] 楊倫.野外地質(zhì)教學(xué)實(shí)習(xí)與學(xué)生人格培養(yǎng)[J].中國(guó)地質(zhì)教育，1996（2）：53-54.

[5] 馬傳明.地下水科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量保障體系的構(gòu)建與實(shí)踐[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2011（1）：45-49.

[6] 谷洪彪，遲寶明，姜紀(jì)沂.地下水科學(xué)與工程專業(yè)抽水試驗(yàn)教學(xué)基地建設(shè)的思考[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2013（1）：82-85.