基于專業(yè)認(rèn)知提升和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的“水信息技術(shù)”本科生教學(xué)改革思考

王雪妮 張雷克

摘 要：針對(duì)太原理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)核心主干課程之一“水信息技術(shù)”在教學(xué)實(shí)踐中存在的問題，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)解決實(shí)際工程問題能力、提高動(dòng)手能力為出發(fā)點(diǎn)，從樹立學(xué)習(xí)意識(shí)、優(yōu)化教材結(jié)構(gòu)、更新教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)以及完善考核體系等幾個(gè)方面介紹了該課程未來(lái)教學(xué)改革的方法與策略，以期加深學(xué)生對(duì)“水信息技術(shù)”的認(rèn)知程度，從而促進(jìn)課程總體教學(xué)品質(zhì)與質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：水文與水資源工程；水信息技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2018）11-0016-03

科學(xué)發(fā)展到今天，學(xué)科和學(xué)科領(lǐng)域之間的交叉在不斷擴(kuò)展和深化，許多具有很強(qiáng)生命力的新興邊緣學(xué)科在不斷涌現(xiàn)，知識(shí)已經(jīng)突破傳統(tǒng)的學(xué)科界限[1]。在任何一個(gè)學(xué)科都已不能孤立存在和發(fā)展的條件下，必須突破和重新組合一些學(xué)科領(lǐng)域，水利學(xué)科也不例外。隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)與傳統(tǒng)水科學(xué)相結(jié)合，誕生了一門嶄新的學(xué)科——水信息學(xué)[2]。水信息學(xué)出現(xiàn)于20 世紀(jì)80年代初，直到1989 年才出現(xiàn)Hydroinformatics的名稱。1991年，荷蘭IHE學(xué)院Abbott 教授出版了Hydroinformatics：Information Technology and the Aquatic Environment一書，該書的出現(xiàn)標(biāo)志著這一學(xué)科的正式形成[3]。

眾所周知，水文是水利專業(yè)的基礎(chǔ)，而水信息技術(shù)又是水文學(xué)的基礎(chǔ)。在水文學(xué)科分類中，“水信息技術(shù)”早期以“水文測(cè)驗(yàn)學(xué)”命名，后在21世紀(jì)初，因信息采集內(nèi)容已擴(kuò)展到水質(zhì)、水環(huán)境監(jiān)測(cè)等更為廣泛的領(lǐng)域，故在教育部“十五”教材規(guī)劃中，將其定名為“水信息技術(shù)”[4]。

水信息是國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境領(lǐng)域下不可缺少的基礎(chǔ)信息。作為全國(guó)18所開設(shè)水文與水資源工程專業(yè)的“211”高校之一[5]，同時(shí)也是山西省內(nèi)唯一開設(shè)該課程的高等院校，“水信息技術(shù)”與“水文學(xué)原理”“水文預(yù)報(bào)”和“水文計(jì)算與水利計(jì)算”一同構(gòu)成了太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院水文與水資源工程專業(yè)的核心主干課程。該課程與工程實(shí)際密切結(jié)合，具有很強(qiáng)的綜合性及實(shí)踐性，其內(nèi)容繁多且復(fù)雜，同時(shí)與大部分基礎(chǔ)課程及專業(yè)基礎(chǔ)課程緊密相關(guān)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)水平和綜合應(yīng)用能力要求較高。筆者在過(guò)去承擔(dān)相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于該門課程的學(xué)習(xí)積極性普遍不高，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度明顯不足。對(duì)此，太原理工大學(xué)在2017年設(shè)立了“水信息技術(shù)”本科生教學(xué)改革項(xiàng)目，結(jié)合自身對(duì)該門課程教學(xué)實(shí)踐的理解，筆者對(duì)現(xiàn)階段課程在理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面存在的問題予以闡述，就如何對(duì)教學(xué)內(nèi)容、方法及考核等進(jìn)行改革提出一些建議，以期形成適合本專業(yè)本課程的教改思路，最終達(dá)成教學(xué)改革項(xiàng)目保質(zhì)保量完成的目標(biāo)。

一、當(dāng)前“水信息技術(shù)”課程教學(xué)存在的問題

（一）教材內(nèi)容理論指導(dǎo)性有余，實(shí)踐應(yīng)用性不足

太原理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)目前使用由河海大學(xué)主編的《水信息技術(shù)》教材[6]。毫無(wú)疑問，該書是主編者謝悅波教授20多年以來(lái)從事“水文測(cè)驗(yàn)學(xué)”課程教學(xué)的知識(shí)歸納與提煉，也是其長(zhǎng)期從事“水信息技術(shù)”應(yīng)用和研究的學(xué)術(shù)總結(jié)。從教材本身來(lái)講，其章節(jié)設(shè)置合理，理論性、科學(xué)性、漸進(jìn)性和啟發(fā)性較強(qiáng)，涵蓋內(nèi)容全面，無(wú)疑對(duì)推動(dòng)我國(guó)“水信息技術(shù)”的教學(xué)起到了積極作用。然而需要指出的是，教材傳遞的知識(shí)整體注重理論內(nèi)容的介紹，難度系數(shù)較高，作為一門應(yīng)側(cè)重于實(shí)踐應(yīng)用的課程，教材中與工程實(shí)例相關(guān)的部分卻較為有限。因此，在面對(duì)持續(xù)文字和公式輸入、概念介紹，少有具體應(yīng)用和案例分析的情況下，學(xué)生缺乏直觀的觸動(dòng)意識(shí)，普遍學(xué)習(xí)興趣不高，課堂氣氛不活躍。

（二）課堂教學(xué)學(xué)時(shí)有限，內(nèi)容講授不充分

在過(guò)去20年中，受數(shù)次課程調(diào)整的影響，絕大部分專業(yè)課學(xué)時(shí)被逐步壓縮，“水信息技術(shù)”課程也不例外。作為水文與水資源工程專業(yè)重要的專業(yè)課之一，該課程涉及測(cè)站與站網(wǎng)、降水觀測(cè)、水位觀測(cè)、流量測(cè)驗(yàn)、泥沙測(cè)驗(yàn)、地下水監(jiān)測(cè)、水質(zhì)信息采集、實(shí)測(cè)期以前水文信息的采集、流量數(shù)據(jù)處理、泥沙數(shù)據(jù)處理、誤差、潮水河水文測(cè)驗(yàn)以及水信息系統(tǒng)簡(jiǎn)述等12個(gè)相互關(guān)聯(lián)卻特色鮮明的部分。當(dāng)前，其課堂教學(xué)僅有32學(xué)時(shí)，在如此短的時(shí)間內(nèi)很難對(duì)課程所有內(nèi)容進(jìn)行充分講解，勢(shì)必造成學(xué)生在部分知識(shí)點(diǎn)的掌握上存在缺失。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)偏少，課程實(shí)踐存在缺口

“水信息技術(shù)”課程與工程實(shí)際密切結(jié)合，對(duì)實(shí)踐性的要求非常高。其實(shí)驗(yàn)數(shù)量（4個(gè)）和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（降水觀測(cè)、蒸發(fā)觀測(cè)、水文觀測(cè)、流量觀測(cè)）在水文與水資源工程專業(yè)所有專業(yè)課程中都是相對(duì)較多的。學(xué)生在掌握教材知識(shí)的同時(shí)，還需要通過(guò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)來(lái)培養(yǎng)工程思維能力、獲得工程師的基本訓(xùn)練。在目前只有8個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的情況下，期望學(xué)生能夠較好掌握水文要素的采集和數(shù)據(jù)分析處理方法，以及水信息的傳輸和水信息數(shù)據(jù)管理技術(shù)，獨(dú)立完成水文預(yù)報(bào)、水資源評(píng)價(jià)以及涉水工程的初步設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高學(xué)生識(shí)圖繪圖能力、工程設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力，是十分不現(xiàn)實(shí)的。

此外，據(jù)了解，河海大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)及山東農(nóng)業(yè)大學(xué)等開設(shè)“水信息技術(shù)”課程的高校均已設(shè)置了不同時(shí)長(zhǎng)的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)提升學(xué)生的動(dòng)手能力與認(rèn)知能力起到了有益的幫助。但目前該課程尚未在太原理工大學(xué)開展課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，水文與水資源工程專業(yè)的學(xué)生也缺少了一次寶貴的實(shí)踐機(jī)會(huì)。

（四）考核方式過(guò)于單一，指向性和引導(dǎo)性較差

以試卷形式來(lái)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況是以往包括“水信息技術(shù)”在內(nèi)絕大部分課程所采取的主要形式，這導(dǎo)致學(xué)生通常只注重考前復(fù)習(xí)，死記硬背?？己谁h(huán)節(jié)理應(yīng)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度及動(dòng)手實(shí)踐能力，然而筆試的方式考的是學(xué)生們的記憶力，很難有效做出大家對(duì)相關(guān)概念的理解力和解決實(shí)際問題能力的正確評(píng)價(jià)。即便教師平時(shí)側(cè)重對(duì)實(shí)際技能和必要知識(shí)的講授，學(xué)生配合并用心學(xué)習(xí)，但面對(duì)通過(guò)考試要取得較好分?jǐn)?shù)的考驗(yàn)時(shí)，大家仍不得不開啟記憶模式，偏向由考核方式指引的，更多的是為實(shí)際應(yīng)用服務(wù)的知識(shí)點(diǎn)一側(cè)天平。

因此，考核方式的不當(dāng)促使學(xué)生在最終階段選擇回到了重知識(shí)輕動(dòng)手應(yīng)用的一端。顯然，這與課程改革的初衷違背，故考核方式的改革已是一種必然。

二、“水信息技術(shù)”課程教學(xué)改革意見思考

（一）加強(qiáng)崇尚科學(xué)意識(shí)，樹立學(xué)習(xí)精神，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

改革開放40年來(lái)，中國(guó)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，人民生活水平極大提高，但不可否認(rèn)的是，在以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心，致富光榮的觀念深扎于人們腦海的大環(huán)境下，我國(guó)許多大學(xué)生都或多或少受到了干擾和影響。熱愛學(xué)習(xí)、追求真理、心無(wú)旁騖已逐漸成為一種稀缺屬性?！扒髮?shí)、創(chuàng)新”是太原理工大學(xué)的校訓(xùn)，追求科學(xué)、崇尚真理也是學(xué)校一直秉承的理念。作為大學(xué)教師，我們首先應(yīng)教育學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀，通過(guò)講述諸如劉光文[7]、黃萬(wàn)里[8]等老一輩著名水文學(xué)家在肩負(fù)國(guó)家使命、探索水文科學(xué)的偉大事跡中，傳遞愛國(guó)愛家愛專業(yè)的水文精神，提升學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和民族自豪感，從而為順利開展教學(xué)提供有益條件。

此外，興趣是最好的老師，如能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“水信息技術(shù)”的興趣，無(wú)疑將對(duì)改善教學(xué)效果起到?jīng)Q定性的作用。太原理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)有許多參與過(guò)重要水利工程實(shí)踐的專家學(xué)者，其積累的大量工程經(jīng)驗(yàn)可以通過(guò)敘事的形式為學(xué)生們講授，這將有助于充實(shí)課程的教學(xué)素材，極大增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，從而帶動(dòng)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)積極性。

（二）突出專業(yè)設(shè)置特色，優(yōu)化教材知識(shí)結(jié)構(gòu)

選用合理的教材對(duì)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)起著十分重要的作用。除采用國(guó)家級(jí)或省部級(jí)教材外，部分開設(shè)“水信息技術(shù)”課程的院校也會(huì)結(jié)合高校教師的教學(xué)習(xí)慣及人才培養(yǎng)定位自編講義或教材。太原理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)的前身為水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，主要針對(duì)山西干旱缺水、污染嚴(yán)重及礦山開采誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害及水循環(huán)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞等自然地理和經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)制訂相應(yīng)的培養(yǎng)計(jì)劃[9]。因此，在遵循課程教學(xué)大綱指導(dǎo)意見的基礎(chǔ)上，可以結(jié)合山西省礦山開采對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞的實(shí)際，參考相關(guān)教材內(nèi)容，組織專業(yè)教師編寫出立足于山西水資源特點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際，兼顧基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與技術(shù)應(yīng)用的“水信息技術(shù)”專業(yè)教材，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選取和融合。在保證知識(shí)結(jié)構(gòu)廣泛性和完整性的前提下，做到以基本概念為組成，以實(shí)際工程應(yīng)用為中心，對(duì)教材教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行甄選優(yōu)化，從而為學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)提供有益保障。

（三）緊跟行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展不斷刷新著以往被視為已走向成熟的學(xué)科知識(shí)體系，“水信息技術(shù)”雖以水文、水資源為背景，但實(shí)際上其與技術(shù)手段的應(yīng)用密不可分，當(dāng)今世界幾乎每一天信息技術(shù)都在發(fā)生著變革。相比之下，現(xiàn)階段該課程教材的更新速度相對(duì)有限，很多知識(shí)內(nèi)容已無(wú)法緊跟時(shí)代的潮流，不能滿足相關(guān)行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。因此，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理優(yōu)化改革，增加能夠反映新技術(shù)、新工藝和新方法的前沿內(nèi)容，刪除陳舊、與實(shí)際應(yīng)用脫離較多的知識(shí)內(nèi)容已成為一種必然。例如，根據(jù)本課程偏實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)及發(fā)展需要，可在授課過(guò)程中適當(dāng)增加諸如3S（GIS、RS、GPS）、地表及地下水?dāng)?shù)值模擬、流體軟件計(jì)算應(yīng)用以及數(shù)據(jù)處理軟件等面向未來(lái)發(fā)展的專題，從而提升學(xué)生的分析計(jì)算及軟件應(yīng)用能力。

（四）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)作用，提升學(xué)生動(dòng)手能力

“水信息技術(shù)”是水文與水資源工程所有專業(yè)課程中實(shí)驗(yàn)課時(shí)最多，與實(shí)際應(yīng)用最為密切的課程之一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)課堂知識(shí)的理解，同時(shí)也能夠培養(yǎng)學(xué)生掌握正確分析方法，提升創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。因此，該課程的實(shí)踐教學(xué)對(duì)培養(yǎng)合格水文與水資源工程專業(yè)人才具有重要意義。

近年來(lái)，在中央財(cái)政支持地方高校發(fā)展專項(xiàng)資金及山西省財(cái)政專項(xiàng)資金的支持下，太原理工大學(xué)對(duì)原本整體水平相對(duì)落后的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了改造[10]，并制訂了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室已完全具備開展各類符合“水信息技術(shù)”課程要求的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)施得到改善的情況下，依托太原理工大學(xué) “大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”及“實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目”等，讓本科生除在常規(guī)課程實(shí)驗(yàn)外，利用課余時(shí)間更多地走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，充分利用實(shí)驗(yàn)資源，為學(xué)生提供自主發(fā)展和實(shí)踐鍛煉的空間，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生所用，提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的目的。

（五）完善考評(píng)考核體系，強(qiáng)調(diào)綜合能力培養(yǎng)機(jī)制

完善的課程評(píng)價(jià)和考核機(jī)制是保證教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的考試方式給學(xué)生留下的印象多為呆板、枯燥，其內(nèi)容大多同知識(shí)點(diǎn)的記憶有關(guān)，這與“水信息技術(shù)”課程所強(qiáng)調(diào)的評(píng)價(jià)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的初衷相差較大。

為了讓學(xué)生對(duì)知識(shí)更好的理解，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)在畢業(yè)后更好地適應(yīng)社會(huì)和企業(yè)，課題組將逐步改變現(xiàn)有的考核方式。首先，在筆試環(huán)節(jié)引入工程案例、工程項(xiàng)目的討論與分析，將傳統(tǒng)的名詞解釋、選擇和問答等題型有機(jī)融入其中，從側(cè)面考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力；其次，增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，探索課堂教學(xué)內(nèi)容中可能被挖掘的設(shè)計(jì)方向，通過(guò)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)學(xué)生獨(dú)立思考，解決實(shí)際工程問題的能力；最后，加大對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核力度，通過(guò)提高實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)诳傇u(píng)成績(jī)的百分比增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重視程度，進(jìn)而促進(jìn)其動(dòng)手能力的提高。初步擬定考核體系包括理論考試、課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)考核三個(gè)部分。其中，理論考試成績(jī)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)分別占總成績(jī)的60%、25%和15%，且根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施情況對(duì)各環(huán)節(jié)所占比例進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)整。從而引導(dǎo)學(xué)生朝著理論知識(shí)掌握、工程問題解決、動(dòng)手能力提升三個(gè)方面協(xié)調(diào)發(fā)展，這將有助于學(xué)生構(gòu)建核心競(jìng)爭(zhēng)力。

順應(yīng)時(shí)代發(fā)展、突破傳統(tǒng)教學(xué)理念的束縛、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、改革考核考評(píng)模式是“水信息技術(shù)”課程未來(lái)的前進(jìn)方向。我們旨在通過(guò)教師和學(xué)生在“授課”與“受課”過(guò)程中的共同付出及努力，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)精神的樹立、理論知識(shí)的理解、實(shí)際問題的解決以及動(dòng)手能力的提高等目標(biāo)。同時(shí)，筆者也希望經(jīng)過(guò)不懈的探索，不斷更新教學(xué)理念，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，加深學(xué)生對(duì)“水信息技術(shù)”課程的認(rèn)知，為進(jìn)一步提高太原理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)本科生教學(xué)質(zhì)量及專業(yè)人才培養(yǎng)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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[責(zé)任編輯 包玉紅]