水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式改革

趙玉紅, 孫曉慶, 卞建民, 肖長(zhǎng)來(lái), 蔣惠忠

(吉林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，長(zhǎng)春 130021)

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式改革

趙玉紅, 孫曉慶, 卞建民, 肖長(zhǎng)來(lái), 蔣惠忠

(吉林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，長(zhǎng)春 130021)

為提高學(xué)生素質(zhì)教育,培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，從實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方式、教學(xué)儀器、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)室管理等方面進(jìn)行了研究和探索。進(jìn)行了水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式的改革研究。通過采用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，創(chuàng)建了水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式；將先進(jìn)的傳感技術(shù)，應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器中，研發(fā)了多種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器；制作水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)微實(shí)驗(yàn)的多媒體課件；實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全面開放管理的制度。通過以上改革使學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)課前通過網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)，完成各系列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)不受學(xué)時(shí)、空間、內(nèi)容的限制，完成一個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課教學(xué)相結(jié)合，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間，增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容和表達(dá)方式更加豐富多彩，網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式更有利于學(xué)生理解專業(yè)理論知識(shí)。

水文地質(zhì)學(xué)； 混合式教學(xué)； 實(shí)驗(yàn)儀器； 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容； 實(shí)驗(yàn)方式； 實(shí)驗(yàn)室開放

0 引 言

高校是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的重要場(chǎng)所，水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)是“水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)課的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是理論與實(shí)踐相結(jié)合的關(guān)鍵，對(duì)提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、新技術(shù)應(yīng)用、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及綜合素質(zhì)提高起著積極的作用?！八牡刭|(zhì)學(xué)基礎(chǔ)”是地學(xué)部地下水科學(xué)與工程、水文水資源工程，地質(zhì)工程等專業(yè)的本科教學(xué)基礎(chǔ)課，每年有300多人次本科生在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。因此，實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式，促進(jìn)教學(xué)方式和教學(xué)方法的改革是十分重要的[1-3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的改進(jìn)更新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的增加，現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室全面開放，勢(shì)在必行。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的改進(jìn)更新和開發(fā)利用

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室原有設(shè)備陳舊。自2014年以來(lái)，在學(xué)校本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備類建設(shè)項(xiàng)目“水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)”課程設(shè)備平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目中，研發(fā)更新了多種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)傳感器技術(shù)，自動(dòng)記錄含水量和水位的數(shù)值變化，不但提高實(shí)驗(yàn)儀器的測(cè)試精度，同時(shí)也使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，掌握現(xiàn)代先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法。

1.1 全自動(dòng)達(dá)西儀

達(dá)西定律是地下水運(yùn)動(dòng)的基本理論，達(dá)西實(shí)驗(yàn)是水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)的重要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[4]，全自動(dòng)達(dá)西儀見圖1，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、供水系統(tǒng)、滲流系統(tǒng)、傳感器以及相應(yīng)的控制軟件組成。

圖1 全自動(dòng)達(dá)西儀

供水系統(tǒng)：用水泵將水抽至高處供水箱，水箱設(shè)置溢流槽，保證水位穩(wěn)定，而變頻器與計(jì)算機(jī)連接，控制水泵轉(zhuǎn)速，控制抽水量；滲流體從底部供水，水分從頂部滲出流入溢流槽，這樣系統(tǒng)內(nèi)的水位保持穩(wěn)定，可測(cè)得穩(wěn)定時(shí)水頭差。

滲透系統(tǒng)：采用具有較好的透明性、力學(xué)性的有機(jī)玻璃圓柱制成，直徑為120 mm，高800 mm，下部設(shè)有進(jìn)水孔，底部裝有過濾板(上面均勻分布直徑為2 mm的小孔)，上端有出水孔，供測(cè)量滲流量用。在不同高度等距開設(shè)兩組(每組3個(gè))測(cè)壓孔。分別與測(cè)壓管、壓力傳感器連接。用于測(cè)量測(cè)壓水位、水壓數(shù)值。

測(cè)壓系統(tǒng)：滲透系統(tǒng)上的一組測(cè)壓管上安裝水位傳感器，與數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)相連，將水壓數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，測(cè)得不同高度的水頭差。

排水系統(tǒng)：滲透系統(tǒng)上的溢流槽內(nèi)流出的水量，流入燒杯中，燒杯下的傳感器與數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)連接，可測(cè)得流量。

全自動(dòng)達(dá)西儀測(cè)試水位、水量數(shù)值，速度快、精度高。

1.2 土柱儀

多功能土柱儀見圖2，用于測(cè)定土壤的容水度、持水度、給水度等。主要由計(jì)算機(jī)、供水系統(tǒng)、滲流系統(tǒng)、水分傳感器以及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。

圖2 多功能土柱儀

供水系統(tǒng)：采用馬氏瓶用于恒定供水水位。

滲流系統(tǒng)：采用具有較好的透明性、力學(xué)性的有機(jī)玻璃圓柱制成，直徑為150 mm，高1 200 mm，兩側(cè)在不同高度等距設(shè)有直徑為30 mm的一系列測(cè)孔(用于安裝水分傳感器)。上下各有一個(gè)測(cè)孔，用于供水或排水。底部按有過濾板(上面均勻分布直徑為2 mm的小孔)，過濾板將土壤隔開，并能保持試樣均勻供水和排水。

水分傳感器：將水分傳感器等距均勻安裝在土柱儀的測(cè)孔內(nèi)，用于測(cè)定試樣中的水分百分含量。

數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)：水分傳感器采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器處理，由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算。

多功能土柱儀不但增加了測(cè)試項(xiàng)目，同時(shí)縮短了測(cè)試時(shí)間，水分傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣含水量數(shù)值，速度快、精度高。

1.3 多功能土壤滲透儀

多功能土壤滲透儀見圖3，用于測(cè)定粘性土壤的滲透系數(shù)。主要由注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、控制柜組成。

注入系統(tǒng)：由儲(chǔ)液容器及調(diào)壓閥組成。

模型系統(tǒng)：由土樣夾持器及管閥件組成。

溫控系統(tǒng)：由恒溫箱構(gòu)成。

圖3 多功能土壤滲透儀

計(jì)量系統(tǒng)：由壓力傳感器及顯示表和電子天平組成。

數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)：包括壓力、溫度、天平等，采用進(jìn)口數(shù)字采集控制卡，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采集傳輸。

多功能土壤滲透儀的特點(diǎn)是：自動(dòng)測(cè)試土壤在不同固結(jié)壓力、不同溫度條件下的滲透性。同時(shí)可施加水頭壓力加快滲透速度，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流滲透[5-6]。固結(jié)壓力及水頭壓力用精密壓力傳感器精密控制，數(shù)顯壓力表顯示讀數(shù)。土樣夾持器及管線閥件安裝在恒溫箱內(nèi)，在恒定的空氣浴條件下進(jìn)行試樣滲透實(shí)驗(yàn)。滲透液出口利用出液收集裝置和精密天平測(cè)出滲出液體質(zhì)量，由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)。該儀器設(shè)計(jì)先進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，收到了很好的教學(xué)效果。拓展了儀器的使用功能，操作方便，測(cè)試精度高。

1.4 土柱儀測(cè)試功能開發(fā)

將土柱儀分別改裝成彌散實(shí)驗(yàn)裝置和曝氣充氧實(shí)驗(yàn)裝置，并應(yīng)用于“水質(zhì)污染與控制”,順利地完成了一維彌散、水中充氧兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

(1) 彌散實(shí)驗(yàn)裝置改裝，在土柱儀的測(cè)孔中均勻選取3個(gè)測(cè)孔，安裝上排水管(分布有均勻小孔的高壓尼龍管)，要垂直安裝在土柱儀中心，以便取出試樣中心流動(dòng)的水。排水管要用銅紗網(wǎng)包上，以防排水時(shí)試樣流出。試樣自下而上進(jìn)行飽和，試樣頂面放上兩層濾紙或安裝噴頭，使水能均勻滲透，排水用螺旋管夾控制排水速度。

(2) 曝氣充氧實(shí)驗(yàn)裝置改裝，在土柱儀的底部放上曝氣裝置，用空氣壓縮機(jī)注入空氣，再用溶氧儀監(jiān)測(cè)水中溶解氧的變化。

1.5 巖心孔隙度儀測(cè)試功能開發(fā)

研究了基于巖心孔隙度儀測(cè)定黏性土天然孔隙度的方法，該方法制樣簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、測(cè)試精度高。

由于黏性土軟而松散，難以制成像固結(jié)巖心那樣的標(biāo)準(zhǔn)巖塊，根據(jù)巖心孔隙度儀套筒的規(guī)格和黏土的特性，設(shè)計(jì)制作了兩個(gè)取黏性土的環(huán)刀(見圖4)，規(guī)格分別為：直徑d=25.5 mm，長(zhǎng)度L=30.8 mm；直徑d=25.5 mm，長(zhǎng)度L=40.5 mm，用于制作不同試樣條件的測(cè)試標(biāo)塊。用取土環(huán)刀取原狀土(見圖5)作為測(cè)試標(biāo)塊，再將該標(biāo)塊放入巖心孔隙度儀套筒中進(jìn)行孔隙度測(cè)定。

圖4 取土環(huán)刀

圖5 土樣標(biāo)塊

1.6 顆粒測(cè)定儀測(cè)試功能開發(fā)

利用顆粒測(cè)定儀開發(fā)了測(cè)定水中微量固相物質(zhì)顆粒的方法，提出用估算法確定樣品中固相物質(zhì)質(zhì)量。顆粒測(cè)試儀常規(guī)測(cè)試樣品重量范圍為3～10 g，該方法可以完成0.3～0.5 g固相物質(zhì)重量的粒度分析測(cè)試。

水中微量固相物質(zhì)顆粒分析步驟：

(1) 將樣品進(jìn)行沉淀處理，并吸除上層清水，獲得樣品固相物G0，利用顆粒測(cè)試儀測(cè)定該樣品的沉降曲線f0。

(2) 估計(jì)固相物質(zhì)量上限G1，并測(cè)定其沉降曲線f2。

(3) 不斷調(diào)試上下限質(zhì)量，測(cè)試系列沉降曲線，使f1和f2逼近，直至使其重合于f0，該固相物質(zhì)量G0=0.5(G1+G2)，完成水中微量固相物測(cè)定。

該方法簡(jiǎn)便實(shí)用，達(dá)到了測(cè)試要求。

1.7 滲壓儀多參數(shù)測(cè)定方法的研究與開發(fā)

在不增加投入的情況下，用滲壓儀測(cè)試土樣垂向與水平向固結(jié)系數(shù)、測(cè)定土樣的釋水系數(shù)與貯水系數(shù)、測(cè)定地層剖面不同深度滲透系數(shù)、測(cè)定不同深度巖土的含水量和測(cè)定不同巖土的水質(zhì)變化規(guī)律的研究等多項(xiàng)參數(shù)。將原來(lái)單一的滲透系數(shù)測(cè)定擴(kuò)展為多參數(shù)測(cè)定。

(1) 測(cè)定土樣的釋水系數(shù)與貯水系數(shù)。承壓水和潛水含水層的釋水與貯水，是用滲壓儀將試樣放在滲壓容器中壓縮，回彈模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。承壓水頭和潛水位的變化，是引起含水層壓縮釋水或回彈貯水的主要因素。根據(jù)水位動(dòng)態(tài)的變化規(guī)律，設(shè)計(jì)壓縮釋水與回彈貯水試驗(yàn)的逐級(jí)荷載，待固結(jié)穩(wěn)定后的壓縮和回彈量即為釋水和貯水量。

(2) 不同壓力條件下滲透系數(shù)測(cè)定。將飽和后的試樣裝入滲壓容器內(nèi)，由小到大逐級(jí)向試樣施加壓力，當(dāng)每級(jí)固結(jié)壓力穩(wěn)定后(百分表1 h內(nèi)讀數(shù)變化≤5 μm)，再進(jìn)行滲透，即可求出每級(jí)固結(jié)壓力下的滲透系數(shù)。以此類推，即可求出不同壓力條件下的滲透系數(shù)。

(3) 不同壓力條件下含水量的測(cè)定。將飽和試樣去掉上下濾紙后稱重，再裝入滲壓容器內(nèi)，由小到大逐級(jí)向試樣施加壓力，當(dāng)每級(jí)固結(jié)壓力穩(wěn)定后(百分表1 h內(nèi)讀數(shù)變化≤5 μm)，取出試樣，去掉濾紙?jiān)俜Q重，以此類推，即可求出不同壓力條件下的含水量。

(4) 測(cè)定不同巖土的水質(zhì)變化規(guī)律。將研究水質(zhì)的離子按要求的濃度配制，作為滲透溶液對(duì)不同種巖性進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)，濃度由小到大，依次進(jìn)行滲透試驗(yàn)。將滲透出的溶液分別測(cè)試其濃度的變化進(jìn)行分析。

2 增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

為了使學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)內(nèi)，完成更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，我們?cè)?013版實(shí)踐教學(xué)大綱的編寫時(shí)，在不增加實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)的情況下，由原來(lái)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加至8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)由一種變多種，模擬實(shí)驗(yàn)的試樣由單一變?yōu)槎鄻踊S富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

2.1 增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

“水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)按教學(xué)大綱要求為8學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由2009版實(shí)踐教學(xué)大綱開出達(dá)西實(shí)驗(yàn)、巖石持水度測(cè)定、巖石給水度測(cè)定及毛細(xì)上升高度測(cè)定4個(gè),增至2013版實(shí)踐教學(xué)大綱的8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在不增加實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)的情況下，既保持了原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)又增加了巖石容水度測(cè)定、土壤顆粒分析、潛水演示實(shí)驗(yàn)及承壓水演示實(shí)驗(yàn)4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)翻了一倍。使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)環(huán)節(jié)中，能夠掌握更多的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)到先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高實(shí)踐能力。

2.2 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

(1) 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)由1種增加到3種。在達(dá)西實(shí)驗(yàn)、巖石持水度測(cè)定、巖石給水度測(cè)定及毛細(xì)上升高度測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，都是測(cè)定水在不同介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，介質(zhì)所體現(xiàn)處的各種規(guī)律。因此，介質(zhì)在水文實(shí)驗(yàn)中起著重要的作用。以往的實(shí)驗(yàn)方法，都是采用一種透水性較好的介質(zhì)(中砂)，來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也只能得出一種介質(zhì)的水理性質(zhì)，中砂的滲透系數(shù)、持水度與給水度及毛管上升高度。對(duì)不同的介質(zhì)(粗砂或細(xì)砂)的水理性質(zhì)，教師只是向?qū)W生介紹一下而已，學(xué)生無(wú)法從實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論。面對(duì)這個(gè)問題，在現(xiàn)有的條件下，不延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)得出不同的介質(zhì)的水理性質(zhì)，就要挖掘?qū)嶒?yàn)儀器的潛能。根據(jù)目前存在的問題，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革，用同種實(shí)驗(yàn)儀器分別裝上不同的介質(zhì)(粗、中、細(xì)石英砂)進(jìn)行試驗(yàn)。先將現(xiàn)有相同的儀器分成3組，每組儀器裝上同種介質(zhì)(粗砂、中砂或細(xì)砂)，裝樣時(shí)，每組試樣容重(密度)要盡量相同，以防容重的差異，影響實(shí)驗(yàn)效果。再將做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生分成3組，每組學(xué)生用裝上同種介質(zhì)的儀器進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)完畢，各組學(xué)生相互輪換，再做實(shí)驗(yàn)，直至將3種不同介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)做完。這樣使學(xué)生在有效的時(shí)間內(nèi)，既熟練了儀器的使用，也掌握了實(shí)驗(yàn)的方法，同時(shí)也得到了不同介質(zhì)的水理性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)資料由1種到3種，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也將單一介質(zhì)實(shí)驗(yàn)推廣為多介質(zhì)實(shí)驗(yàn)，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)，通過實(shí)驗(yàn)得出3種不同介質(zhì)的水理性質(zhì)，達(dá)到了更好的實(shí)驗(yàn)效果。

(2) 由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)推廣到綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?！八牡刭|(zhì)學(xué)基礎(chǔ)”是專業(yè)基礎(chǔ)課。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容主要是一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。如驗(yàn)證定律的實(shí)驗(yàn)(達(dá)西實(shí)驗(yàn))和巖土的水理性質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)(容水度、持水度和給水度的測(cè)定等)。綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)很少，甚至沒有。因此，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容要從驗(yàn)證課堂所學(xué)理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，提高到在學(xué)科內(nèi)一門或多門課程內(nèi)容的綜合性實(shí)驗(yàn)，以至于提高到自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、獨(dú)立操作完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這就要對(duì)教學(xué)內(nèi)容改革、更新，才能盡快提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件下，利用土柱實(shí)驗(yàn)儀，改變實(shí)驗(yàn)介質(zhì)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生一些地層剖面的結(jié)構(gòu)圖(厚層黏土除外)，按地層的巖性、密度裝樣，這樣所測(cè)的各項(xiàng)參數(shù)，具有代表性，更具有實(shí)際意義。此外，還可結(jié)合科研課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行各種條件下的實(shí)驗(yàn)。

3 新編實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及多媒體課件

在近兩年水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備建設(shè)項(xiàng)目中，達(dá)西儀等設(shè)備得到更新改進(jìn)，先進(jìn)的傳感器及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀器上，設(shè)計(jì)制作了自動(dòng)達(dá)西儀等教學(xué)儀器，實(shí)驗(yàn)儀器的原理和實(shí)驗(yàn)方法都有所改變。按2013版實(shí)驗(yàn)大綱要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容由2009版的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加到8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，結(jié)合水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式的特點(diǎn)，新編了“水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書”，并在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目“文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)微實(shí)驗(yàn)”的支撐下，完成“文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)微實(shí)驗(yàn)”腳本的編寫，該腳本不但包括2013版實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而且還包括2013版實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱沒有的綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的三性實(shí)驗(yàn)，如畢托管法地表水流速測(cè)量實(shí)驗(yàn)、流域水文循環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)等學(xué)科前沿的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的多媒體課件。多媒體課件也已經(jīng)進(jìn)入制作階段，該課件以實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器為基礎(chǔ)，運(yùn)用聲音、圖像、圖片、文本等多種技術(shù)手段，直觀、具體、生動(dòng)、形象地展示給學(xué)生認(rèn)知對(duì)象，更適合學(xué)習(xí)者使用，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)，搭建網(wǎng)絡(luò)教育資源共享和學(xué)習(xí)支持服務(wù)平臺(tái)。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法多樣化

4.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

(1) 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有的教學(xué)模式是在教師帶領(lǐng)下共同進(jìn)行的，隨著實(shí)驗(yàn)學(xué)生人數(shù)的逐年增多，實(shí)驗(yàn)課的壓力越來(lái)越大，5、6名同學(xué)共用一臺(tái)設(shè)備的情況已是普遍現(xiàn)象，有的實(shí)驗(yàn)甚至只有一兩臺(tái)儀器，如土壤顆粒分析實(shí)驗(yàn)僅有一臺(tái)沉降式顆粒分析儀和一臺(tái)激光粒度分析儀。這不僅影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，更加影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性與主動(dòng)性。

(2) 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí)，按2013版實(shí)驗(yàn)大綱要求，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由2009版的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加到8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在不增加學(xué)時(shí)的情況下，原有的實(shí)驗(yàn)條件和教學(xué)模式難以完成現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，更達(dá)不到好的實(shí)驗(yàn)效果。

改變現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，創(chuàng)建水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程由教師講課的模式向自主開放式模式轉(zhuǎn)變，以擺脫現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程壓力大、效果差、老師教、學(xué)生做、實(shí)驗(yàn)室利用時(shí)間短且集中擁擠、實(shí)驗(yàn)儀器閑置時(shí)間長(zhǎng)的不良狀態(tài)。因此，網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式的建立與實(shí)踐勢(shì)在必行。

4.2 課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合

(1) 網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)。將編寫的“水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書”和制作的“水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)微實(shí)驗(yàn)”多媒體課件，作為網(wǎng)絡(luò)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，用于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師和學(xué)生在網(wǎng)上互動(dòng)，在線隨時(shí)解答問題，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間[7-8]。實(shí)驗(yàn)教材對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、儀器結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)步驟、資料整理及思考題等內(nèi)容均作了清楚地介紹，詳細(xì)、直觀地將各個(gè)實(shí)驗(yàn)的全部?jī)?nèi)容體系和操作過程完整地展示給學(xué)生，更有利于學(xué)生自學(xué)。學(xué)生能夠自主安排做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，以靈活的方式完成實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)的整體過程，并能在實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而提高實(shí)驗(yàn)室的利用率和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(2) 課上講解答疑。在實(shí)驗(yàn)課上，教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器講解儀器的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及相關(guān)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行解答，使學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容可在課堂上多項(xiàng)內(nèi)容同時(shí)開展，也可預(yù)約時(shí)間，隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室完成必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)還可完成綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

5 實(shí)驗(yàn)室開放管理

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全面開放式管理，是實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式的必要條件[9-13]，做好實(shí)驗(yàn)室的開放關(guān)鍵是合理安排時(shí)間，健全開放管理制度。

由于目前實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，每人都負(fù)責(zé)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，這給實(shí)驗(yàn)室的全面開放帶來(lái)了一定的困難。因此，要想解決這個(gè)問題，實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人要根據(jù)教學(xué)課程的進(jìn)度，制定各實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間、開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的計(jì)劃，統(tǒng)一安排，可采取全天開放、階段開放、定期開放或預(yù)約開放等多種形式，按計(jì)劃實(shí)施，以保障各實(shí)驗(yàn)室的順利開放。

良好的運(yùn)行模式必須依靠管理制度的保障[14-17]。為了保障水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式的順利運(yùn)行，我們還制定了開放實(shí)驗(yàn)制度，主要是實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的職責(zé)和對(duì)學(xué)生的要求。實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人要負(fù)責(zé)審查開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)技術(shù)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)儀器使用記錄管理等項(xiàng)工作，同時(shí)還要對(duì)學(xué)生要進(jìn)行安全培訓(xùn)。學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度，按預(yù)約時(shí)間做實(shí)驗(yàn)，填寫實(shí)驗(yàn)儀器使用記錄。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)我校水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革內(nèi)容的介紹，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1) 通過對(duì)達(dá)西儀、土柱儀及土壤滲透儀等教學(xué)儀器的改進(jìn)更新、測(cè)試方法開發(fā)，極大豐富了教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生學(xué)到先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高實(shí)踐能力。

(2) 課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)混合模式的建立，學(xué)生能夠自主安排做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，以靈活的方式完成實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)，提高了實(shí)驗(yàn)儀器的利用率和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(3) 實(shí)驗(yàn)室開放管理，無(wú)論在時(shí)間、空間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面，都更加滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的要求。保障各實(shí)驗(yàn)室的順利開放，留給學(xué)生更加充裕的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)，可促進(jìn)對(duì)其科研及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

綜上所述，水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)混合式教學(xué)模式切實(shí)可行。

[1] 馬亞杰,常 江,韓秀麗.“水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)”課“精小化”實(shí)踐[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2012，12(4):102-104.

[2] 郭會(huì)榮,梁 杏,孫蓉琳,等.《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》課程多媒體教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2007，13(4):74-77.

[3] 趙玉紅,肖長(zhǎng)來(lái),卞建民,等.水文學(xué)及水資源專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011,30(1)：92-95.

[4] 趙玉紅,肖長(zhǎng)來(lái),王福剛,等.達(dá)西儀直觀化、準(zhǔn)確化的改進(jìn)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2004,34(1)：191-192.

[5] 趙玉紅,楊志雙,王凱君,等.用顆粒測(cè)定儀測(cè)定水中微量固相物質(zhì)顆粒的方法[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010,27(8)：75-76,80.

[6] 趙玉紅,王福剛,高振凱,等.滲壓儀測(cè)定黏性土多參數(shù)的方法[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31(8):38-41.

[7] 朱曉靜,林元乖.基于多維互動(dòng)模式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科技教育創(chuàng)新，2012(24)：190-191.

[8] 晏弼成,何曼娜,蔡文輝,等.網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007,26(9)：93-95.

[9] 趙玉紅,肖長(zhǎng)來(lái),段長(zhǎng)春.水資源基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室開放式教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011,28(1)：168-171.

[10] 徐曉紅,張 紅,劉 斌.探索實(shí)踐教學(xué)體系，促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011,30(10):247-249.

[11] 李秀珍,曹 群,龐思平.實(shí)行開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008,25(2)：140-142.

[12] 龐思平,李秀珍,楊建梅.開設(shè)科研型開放實(shí)驗(yàn)課的探索和實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2009,26(1):126-128.

[13] 劉 勃,劉 玉,鐘國(guó)輝,等.基于真實(shí)項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)體系探索[J].高等工程教育研究,2012(1):122-126.

[14] 霍學(xué)慧,王建華,郭風(fēng)法,等. 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 提高學(xué)生綜合素質(zhì)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,30(3):278-279,286.

[15] 王 毅,段安平,劉 棟,等. 基于信息環(huán)境的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,30(11):135-138.

[16] 謝昊飛,蔡龍騰. 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(1):189-192.

[17] 張麗娟,古同男. 虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室?guī)?dòng)生物化學(xué)教學(xué)模式改革[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(5):192-194,213.

Reformation on the Mixed Teaching Model of Laboratory and Networkfor General Hydrogeology

ZHAO Yuhong, SUN Xiaoqing, BIAN Jianmin, XIAO Changlai, JIANG Huizhong

(College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130021, China)

In order to improve the students’ quality education, cultivate the innovative spirit and practice ability, the research and exploration of the experiment teaching methods, teaching instrument, teaching contents and lab management and so on have been carried out. The hybrid teaching mode of experiment and network for the general hydrogeology is reformed and researched. Through the adoption of modern network information technology, a mixed teaching mode is created. The advanced sensor technology is applied to the experimental teaching. We develop a variety of new experiment teaching instruments, make the micro multimedia courseware of general hydrogeology, and establish comprehensive opening laboratory management system. Through the above reforming measures, the students can learn experimental contents autonomously by the network before class, prepare for the series experiment project, and do the experiment in the lab. The experiment is not restricted by school, space, content. At the same time, one or more of the experiment contents can be completed. The combination of network and experiment teaching, the space and time for the experimental teaching are expanded, it increases the experiment content, makes the teaching content and expression way to be more colorful. The mixed teaching model of laboratory and network is better for students to understand the professional theory knowledge.

hydrogeology; mixed teaching model; experimental instrument; experimental contents; experiment methods; opening laboratory

2016-09-07

吉林大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目(2015066)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)微實(shí)驗(yàn)；吉林大學(xué)本科生教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2015XYB104)；吉林大學(xué)2015年度本科專業(yè)綜合改革試點(diǎn)-環(huán)境與水資源班復(fù)合型人才培養(yǎng)綜合改革(2015-27)

趙玉紅(1960-)，女，吉林長(zhǎng)春人，高級(jí)工程師，主要從事水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究。

Tel: 0431-88502606; E-mail: zhaoyh@jlu.edu.cn

G 424.31

A

1006-7167(2017)08-0217-05