地下水科學(xué)與工程專業(yè)《地下水監(jiān)測(cè)》課程教學(xué)改革淺析

張佳

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 水資源與環(huán)境學(xué)院，北京）

一 課程性質(zhì)與教學(xué)內(nèi)容

《地下水監(jiān)測(cè)》是中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院“地下水科學(xué)與工程”本科專業(yè)的核心課程。地下水監(jiān)測(cè)主要講授地下水及其相關(guān)環(huán)境要素的監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)孔和監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、監(jiān)測(cè)資料的整編與分析等專業(yè)知識(shí)。通過課堂授課與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生具備開展地下水監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)與具體實(shí)施的能力。

《地下水監(jiān)測(cè)》是一門技術(shù)方法課，也是地下水勘查的基本工作內(nèi)容，不僅可為水文地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還可為地下水資源合理開發(fā)利用，以及地下水環(huán)境保護(hù)提供重要的支撐?！兜叵滤O(jiān)測(cè)》專業(yè)性較強(qiáng)，是一門綜合性課程，需要有水文地質(zhì)基礎(chǔ)理論知識(shí)和技術(shù)方法作為支撐，如水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、地下水動(dòng)力學(xué)、水文地球化學(xué)、污染水文地質(zhì)學(xué)和地下水勘查等，因此在《培養(yǎng)方案》中往往排在靠后的位置。

我?！兜叵滤O(jiān)測(cè)》課程總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，其中課堂教學(xué)24學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)8學(xué)時(shí)。課堂教學(xué)主要包括緒論、地下水監(jiān)測(cè)概論、地下水監(jiān)測(cè)對(duì)象及其特征、地下水動(dòng)態(tài)特征及其影響因素、地下水監(jiān)測(cè)孔設(shè)計(jì)、地下水監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備、地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、地下水監(jiān)測(cè)資料的整編與分析和地下水監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括地下水監(jiān)測(cè)站參觀和行業(yè)專家講座等。

二 課程建設(shè)情況

《地下水監(jiān)測(cè)》課程與其他地下水科學(xué)與工程專業(yè)核心課程具有一定差別[1-3]，雖然國內(nèi)高等院校地下水科學(xué)與工程專業(yè)均開設(shè)了相關(guān)專業(yè)，但課程名稱和教學(xué)內(nèi)容卻略有差異。例如，吉林大學(xué)開設(shè)課程名稱為《水環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)》，而中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）開設(shè)課程名稱為《環(huán)境監(jiān)測(cè)》。從課程名稱上可以看出，上述課程均不是專門針對(duì)地下水監(jiān)測(cè)開設(shè)的，這導(dǎo)致國內(nèi)高等院校所開設(shè)的《地下水監(jiān)測(cè)》課程，無論是在教學(xué)大綱和教材，還是在教學(xué)方法上，仍未形成統(tǒng)一的教學(xué)范式。

三 課程教學(xué)存在問題

筆者結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前《地下水監(jiān)測(cè)》課程教學(xué)存在的具體問題進(jìn)行了階段性總結(jié)，主要表現(xiàn)在：教學(xué)內(nèi)容未緊跟行業(yè)改革形勢(shì)與需求，地下水監(jiān)測(cè)相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件工具使用的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情?，F(xiàn)將上述問題的具體內(nèi)涵闡述如下。

（一） 教學(xué)內(nèi)容需要進(jìn)一步完善

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，地下水科學(xué)與工程專業(yè)所面臨的社會(huì)需求形勢(shì)發(fā)生了顯著變化。一直以來，大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要大量的水資源支撐，因此地下水資源勘查與評(píng)價(jià)一直是水文地質(zhì)學(xué)科的基本任務(wù)。近些年，隨著人類活動(dòng)對(duì)資源環(huán)境影響的日益加深，地下水環(huán)境保護(hù)逐漸成為了水文地質(zhì)工作的又一重心，這一轉(zhuǎn)變也給《地下水監(jiān)測(cè)》的教學(xué)工作提出了新的任務(wù)。

在傳統(tǒng)的《地下水監(jiān)測(cè)》教學(xué)過程中，主要側(cè)重區(qū)域地下水監(jiān)測(cè)方面的內(nèi)容，而對(duì)場(chǎng)地尺度的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)涉及較少。2019年1月1日，《中華人民共和國土壤污染防治法》正式施行，其中多個(gè)條目明確規(guī)定地下水和土壤需要同時(shí)進(jìn)行調(diào)查、同時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控、同時(shí)進(jìn)行修復(fù)、同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也被稱為“四同時(shí)原則”。2019年和2020年，生態(tài)環(huán)境部針對(duì)《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》和《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等一系列地下水監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則進(jìn)行了修訂，補(bǔ)充和完善了有關(guān)地下水調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、控制修復(fù)和監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。因此，在后續(xù)《地下水監(jiān)測(cè)》教學(xué)過程中，有必要結(jié)合相關(guān)《導(dǎo)則》和《規(guī)范》等，增加場(chǎng)地尺度的地下水監(jiān)測(cè)內(nèi)容，以增強(qiáng)學(xué)生開展污染場(chǎng)地地下水污染調(diào)查、評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)的能力。

（二） 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件工具的使用需要加強(qiáng)

地下水監(jiān)測(cè)資料分析和地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化是《地下水監(jiān)測(cè)》課程中的兩個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，而這兩部分內(nèi)容都涉及現(xiàn)代工具軟件的使用問題?！凹埳险劚钡膫鹘y(tǒng)教學(xué)方式很難讓學(xué)生真正掌握上述能力，因此有必要在《地下水監(jiān)測(cè)》課程中增設(shè)相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

其中，地下水監(jiān)測(cè)資料分析中最重要的方法是數(shù)值模擬法。在我校現(xiàn)行2016版《培養(yǎng)方案》中，尚未開設(shè)地下水?dāng)?shù)值模擬專門的課程，僅在《地下水資源評(píng)價(jià)》課程中設(shè)置了數(shù)值模擬實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)內(nèi)容主要圍繞傍河型水源地開采過程中的水均衡分析和污染物溶質(zhì)運(yùn)移開展。從地下水監(jiān)測(cè)資料分析的角度出發(fā)，數(shù)值模擬的應(yīng)用涉及地下水流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演變過程分析、地下水污染物運(yùn)移的預(yù)測(cè)預(yù)警和水文地質(zhì)參數(shù)的反演識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)學(xué)生運(yùn)用數(shù)值模擬方法解決問題的能力提出了更高的要求，有必要針對(duì)典型應(yīng)用場(chǎng)景，增設(shè)專門的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

此外，地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化中最基本的方法為水文地質(zhì)編圖法，而該方法依賴地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）軟件的運(yùn)用。在我?，F(xiàn)行2016版《培養(yǎng)方案》中，已開設(shè)了《GIS及其在水文中的應(yīng)用實(shí)踐》課程，該課程主要圍繞GIS軟件的基礎(chǔ)應(yīng)用和流域分析開展教學(xué)。就水文地質(zhì)編圖法的具體要求而言，其中涉及地下水易污性評(píng)價(jià)、地下水價(jià)值評(píng)價(jià)、地下水污染源分級(jí)評(píng)價(jià)和地下水污染風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等多個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)GIS工具的專業(yè)化應(yīng)用。增設(shè)相應(yīng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，既有助于學(xué)生深入理解地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法的內(nèi)在邏輯，也有助于強(qiáng)化學(xué)生綜合運(yùn)用GIS軟件解決地下水科學(xué)與工程領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力。

（三） 傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式需要?jiǎng)?chuàng)新

《地下水監(jiān)測(cè)》集專業(yè)性、綜合性和實(shí)踐性于一體，教學(xué)內(nèi)容既包含基礎(chǔ)理論知識(shí)和前沿進(jìn)展，同時(shí)又涉及諸多技術(shù)方法和技術(shù)要求，需要識(shí)記的內(nèi)容較多，而且部分技術(shù)方法較為抽象。例如，在地下水監(jiān)測(cè)井的布設(shè)和采樣方法中，不僅區(qū)分了區(qū)域、地下水飲用保護(hù)區(qū)和污染源區(qū)三種空間尺度和類型，還將污染源區(qū)劃分為工業(yè)污染源、礦山開采區(qū)、加油站、農(nóng)業(yè)污染源和高爾夫球場(chǎng)五種類型，并按含水介質(zhì)類型區(qū)分孔隙水、風(fēng)化裂隙水、構(gòu)造裂隙水和巖溶水，可見知識(shí)點(diǎn)較為分散，如果采用傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，勢(shì)必造成課堂教學(xué)沉悶，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降的問題。再如，地下水監(jiān)測(cè)孔設(shè)計(jì)部分，涉及大量監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)工藝和施工過程的內(nèi)容，由于學(xué)生并未直接實(shí)地觀摩過水文地質(zhì)鉆探過程，因此對(duì)于學(xué)生而言，上述知識(shí)點(diǎn)的具體內(nèi)涵勢(shì)必是十分抽象的，在理解上可能存在較大困難，從而導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。

此外，由于《地下水監(jiān)測(cè)》教學(xué)內(nèi)容綜合性較強(qiáng)，十分依賴前序?qū)I(yè)課程的支撐，因此在培養(yǎng)方案中往往處于靠后的位置。在我校2016版《培養(yǎng)方案》中，《地下水監(jiān)測(cè)》設(shè)置在大四上學(xué)期開課。由于部分學(xué)生正處于研究生入學(xué)考試備考階段，往往導(dǎo)致學(xué)生參與度不高。尤其是在傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方法難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的情況下，學(xué)生“開小差”的情況時(shí)有發(fā)生，因此很難保證教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，這一問題在大四上學(xué)期開設(shè)課程中普遍存在。

四 教學(xué)改革措施與實(shí)踐

針對(duì)上述問題，結(jié)合筆者在實(shí)際教學(xué)過程中開展教學(xué)改革嘗試所取得的經(jīng)驗(yàn)，提出以下教學(xué)改革措施，以提高《地下水監(jiān)測(cè)》課程的教學(xué)效果，可為國內(nèi)高等院校相關(guān)課程的教學(xué)改革提供借鑒。

（一） 線上線下混合式教學(xué)模式的應(yīng)用

為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)現(xiàn)代工具軟件的綜合運(yùn)用能力，有必要針對(duì)地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增設(shè)地下水?dāng)?shù)值模擬軟件和地理信息系統(tǒng)軟件實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。由于總課時(shí)有限，在保證課堂教學(xué)課時(shí)充足的基礎(chǔ)上，需要盡可能提高實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的授課效率。根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，由于學(xué)生對(duì)相關(guān)軟件接觸較少，因此很難僅通過上機(jī)實(shí)習(xí)，在短時(shí)間內(nèi)完全掌握相關(guān)軟件的操作方法，仍需要投入大量的課余時(shí)間進(jìn)行反復(fù)練習(xí)。此時(shí)，線上線下混合式教學(xué)模式便可發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢(shì)[4]。教師可以提前在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上建立線上課程，主要針對(duì)相關(guān)軟件的基本操作方法進(jìn)行介紹，可供學(xué)生在課前和課后進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)使用。在實(shí)踐教學(xué)過程中，教師只需針對(duì)具體的教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際案例，指導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)模擬、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)和優(yōu)化任務(wù)，這可以極大地提高教學(xué)效率，提升教學(xué)效果。

（二） 多媒體技術(shù)的應(yīng)用

針對(duì)部分技術(shù)方法類知識(shí)點(diǎn)過于抽象，學(xué)生未曾接觸，難以理解的問題，教師可以結(jié)合多媒體技術(shù)，如Flash動(dòng)畫演示、視頻演示和虛擬仿真等手段[5-6]，讓學(xué)生可以形象地了解相應(yīng)技術(shù)方法的技術(shù)細(xì)節(jié)和過程。例如，可以利用Flash動(dòng)畫演示方法，對(duì)不同監(jiān)測(cè)孔鉆探工藝進(jìn)行展示，讓學(xué)生能夠直觀形象地了解螺旋式鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)和沖擊式鉆進(jìn)技術(shù)方法之間的特點(diǎn)及其適用條件。又如，可以利用虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)孔施工過程虛擬仿真平臺(tái)，讓學(xué)生可以通過自主操作，加深對(duì)監(jiān)測(cè)孔施工過程的理解，從而加強(qiáng)學(xué)生開展監(jiān)測(cè)孔的設(shè)計(jì)、施工與資料整理工作的能力。

（三） 互動(dòng)式教學(xué)應(yīng)用

對(duì)于高年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，課堂參與度不夠的問題，可采用互動(dòng)式教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)效果的改善[7]。例如，可基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的在線答題模塊，增加課堂答題環(huán)節(jié)，題目類型應(yīng)以選擇題為主，利用學(xué)生在線投票的方式取代傳統(tǒng)提問方式，并對(duì)學(xué)生的答題結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講評(píng)，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解。從學(xué)生的反饋上來看，學(xué)生對(duì)這種教學(xué)方式是比較歡迎的。而就教學(xué)效果而言，這種方式不僅可以提高學(xué)生的整體參與度，還可以實(shí)時(shí)掌握學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

此外，《地下水監(jiān)測(cè)》課程涉及大量前序課程知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用，如地下水動(dòng)態(tài)特征及其影響因素部分，與《地下水科學(xué)概論》（即《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》）的授課內(nèi)容有較大的重合，屬于回顧性教學(xué)內(nèi)容。如果依然采用傳統(tǒng)的教學(xué)流程，很容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的下降和教學(xué)資源的浪費(fèi)。此時(shí)，可以考慮采用課前闖關(guān)式答題教學(xué)方式，將回顧性教學(xué)知識(shí)點(diǎn)整理成題庫，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身知識(shí)體系存在的不足，也讓教師且了解學(xué)生知識(shí)體系的薄弱之處，有針對(duì)性地開展回顧性教學(xué)，提高教學(xué)效率。

（四） 翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用

地下水監(jiān)測(cè)作為水文地質(zhì)工作的基本內(nèi)容，隨著國家地下水資源與環(huán)境管理體制的改革，以及相關(guān)科學(xué)技術(shù)和儀器設(shè)備的進(jìn)步，對(duì)地下水監(jiān)測(cè)的具體要求也在不斷發(fā)生著變化，這就要求學(xué)生需要具備終身學(xué)習(xí)的能力，這也是工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。對(duì)于《地下水監(jiān)測(cè)》中較為零散的知識(shí)點(diǎn)，如相關(guān)《技術(shù)導(dǎo)則》和《技術(shù)規(guī)范》的解讀，可以采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式開展[8]，具體可通過小組討論、小組匯報(bào)和組間互評(píng)的方式加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容的了解，同時(shí)鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。

此外，《地下水監(jiān)測(cè)》作為一門綜合性課程，應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起培養(yǎng)學(xué)生問題分析和研究能力的任務(wù)。由于學(xué)生已經(jīng)經(jīng)過了專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和野外專業(yè)實(shí)習(xí)的綜合訓(xùn)練，在《地下水監(jiān)測(cè)》課程教學(xué)過程中，可以適當(dāng)增加綜合案例的討論環(huán)節(jié)，通過翻轉(zhuǎn)課堂的方式，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行問題分析與分組討論，再通過組間互評(píng)和教師講評(píng)的方式，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

五 結(jié)語

《地下水監(jiān)測(cè)》課程的改革是一個(gè)長期的任務(wù)，一方面國內(nèi)相關(guān)課程建設(shè)起步較晚，缺乏可以參考的教學(xué)范式，另一方面隨著國內(nèi)地下水資源與環(huán)境治理觀念與制度的深化改革，不斷為《地下水監(jiān)測(cè)》課程教學(xué)提出新的任務(wù)。因此，《地下水監(jiān)測(cè)》課程教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持工程教育認(rèn)證的核心理念，即成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)，結(jié)合最新的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與需求，不斷完善教學(xué)大綱，創(chuàng)新教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)。教師應(yīng)不斷思考想讓學(xué)生學(xué)什么內(nèi)容？為什么要讓學(xué)生學(xué)這些內(nèi)容？如何讓學(xué)生有效掌握這些內(nèi)容？如何評(píng)價(jià)學(xué)生已經(jīng)掌握了這些內(nèi)容？持續(xù)改進(jìn)《地下水監(jiān)測(cè)》課程教學(xué)模式，編寫專門教材，打造“金課”，通過與國內(nèi)高等院校相關(guān)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的交流，形成《地下水監(jiān)測(cè)》教學(xué)范式，提高相關(guān)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。