資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位碩士研究生課程教學(xué)案例庫建設(shè)與教學(xué)實踐
——以“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程為例

鹿 帥，李 鐸，燕良東，周亞紅

(河北地質(zhì)大學(xué) a.水資源與環(huán)境學(xué)院，b.河北省水資源可持續(xù)利用與開發(fā)重點實驗室，石家莊 050031)

資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位研究生教育旨在以工程實踐為導(dǎo)向，培養(yǎng)具有扎實的理論基礎(chǔ)、較強的分析與解決問題的能力，能夠承擔(dān)專業(yè)技術(shù)工作或管理工作的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)是其核心目標(biāo)，也是重要的質(zhì)量評價指標(biāo)[1]。自1991年開始實行專業(yè)學(xué)位教育制度至今，我國專業(yè)學(xué)位研究生教育已經(jīng)進入了新的發(fā)展階段。為了提高專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)質(zhì)量，教育部陸續(xù)出臺了《關(guān)于改進和加強研究生課程建設(shè)的意見》、《關(guān)于加強專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》、“新工科”建設(shè)計劃、《專業(yè)學(xué)位研究生教育發(fā)展方案(2020-2025)》等一系列指導(dǎo)性文件和意見，明確要求專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)要堅持問題導(dǎo)向、突出高層次應(yīng)用型人才培養(yǎng)特征，強調(diào)要加強案例教學(xué)、改革教學(xué)方法，突出既要有扎實的理論基礎(chǔ)、專業(yè)知識，還要有較強的實踐能力的人才培養(yǎng)目標(biāo)。新時代，加強課程建設(shè)、改革教學(xué)模式、推行案例教學(xué)，無疑是實現(xiàn)資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位碩士研究生教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段。案例教學(xué)是一種以學(xué)生為中心、以案例為基礎(chǔ)，通過呈現(xiàn)案例情境將理論與實踐緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點、提高能力的教學(xué)方式(1)《教育部關(guān)于加強專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》(教研〔2015〕1號)。。教學(xué)案例庫建設(shè)是案例教學(xué)的核心部分，在資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位碩士研究生課程建設(shè)中建立教學(xué)案例庫并推廣案例教學(xué)，有助于深化專業(yè)學(xué)位研究生教育教學(xué)改革，有助于推動教師更新教學(xué)理念、提高教學(xué)水平，有助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提高其分析問題、解決問題及實踐創(chuàng)新與團隊協(xié)作能力[2]。

1 構(gòu)建“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)案例庫的必要性

同位素水文地質(zhì)學(xué)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，主要從宏觀上和微觀上闡明水文地質(zhì)過程的機理，為應(yīng)用同位素方法解決水文地質(zhì)問題提供理論依據(jù)。河北地質(zhì)大學(xué)于2019年面向資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位研究生開設(shè)“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程，這是在水文地質(zhì)學(xué)、水文地球化學(xué)等傳統(tǒng)專業(yè)課程基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)?！把錾侥剿鞭k學(xué)特色及多個省部級科研平臺而開設(shè)的一門重要的專業(yè)課程，主要講授同位素的基本概念及基本原理、環(huán)境同位素水文地球化學(xué)及其在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用等內(nèi)容。在課程教學(xué)中引入相關(guān)案例，可以讓學(xué)生在牢固掌握穩(wěn)定同位素及放射性同位素性質(zhì)、同位素分餾及放射性衰變原理的基礎(chǔ)上，將理論知識與實際工程案例相結(jié)合，提高分析、解決實際問題的能力，為今后從事工程實踐和課題研究打下基礎(chǔ)。

“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程內(nèi)容涉及很多化學(xué)與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，具有學(xué)科交叉性和實踐性強的特點。該課程傳統(tǒng)教學(xué)方式以教師講授為主，側(cè)重理論知識傳授，缺少真實工程案例分析，由于內(nèi)容抽象、難以理解，學(xué)生對知識點的掌握往往達不到應(yīng)用的維度，解決實際問題時往往無從入手。案例教學(xué)基于載有大量信息的日常生活和生產(chǎn)實踐案例，這些信息中既有學(xué)生已掌握的知識點，更有學(xué)生在課本上從未接觸過的內(nèi)容。在教學(xué)過程中，學(xué)生通過課下圍繞案例進行相關(guān)文獻資料的查閱和整理、課上師生互動等環(huán)節(jié)置身于具體的問題情境中，從而潛移默化地提高自主調(diào)研和獨立思考能力以及從不同角度、不同途徑解決實際問題的綜合能力。

經(jīng)瀏覽中國專業(yè)學(xué)位教學(xué)案例中心官網(wǎng)，未發(fā)現(xiàn)與“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程相關(guān)的教學(xué)案例。目前雖然網(wǎng)絡(luò)上可散見一些與該課程相關(guān)的案例，但大多年代久遠(yuǎn)、質(zhì)量參差不齊，沒有形成科學(xué)的案例體系，無法滿足專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)的需要，因此，有必要對“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)案例庫建設(shè)進行深入探索，構(gòu)建符合資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)要求的教學(xué)案例庫，以突出專業(yè)特色、實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2 教學(xué)案例庫建設(shè)

2.1 教學(xué)案例篩選原則

教學(xué)案例的篩選對于案例教學(xué)和案例庫建設(shè)非常重要，所選取的案例要有真實性、典型性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和前沿性?！巴凰厮牡刭|(zhì)學(xué)”課程教學(xué)的案例篩選主要應(yīng)遵循以下三個基本原則。

2.1.1 典型性原則

首先，所選案例要能涵蓋教學(xué)章節(jié)的重點、難點，使學(xué)生能更好地掌握課程內(nèi)容，為學(xué)生參與社會實踐提供范例[3]。其次，所選案例要規(guī)范合理、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，盡可能依托領(lǐng)域內(nèi)有一定影響力和典型特色的項目。案例越典型，借鑒意義越大，學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的實踐創(chuàng)新能力越能得到培養(yǎng)。如所選青藏高原大空間尺度水循環(huán)、河北平原地層水的形成演化、江漢平原地下水流系統(tǒng)演化與劣質(zhì)水的形成、珠江流域水體重金屬污染研究等大量涉及同位素水文地質(zhì)學(xué)應(yīng)用的案例，都具有較強的典型性。

2.1.2 啟發(fā)性原則

所選教學(xué)案例應(yīng)體現(xiàn)基礎(chǔ)理論與實踐應(yīng)用的深度融合，真實客觀地反映理論知識在實際工程中的應(yīng)用過程與效果，對學(xué)生學(xué)習(xí)思考專業(yè)知識具有啟發(fā)性，逐步培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，提高學(xué)生的專業(yè)實踐能力[4]。

2.1.3 關(guān)聯(lián)性原則

所選案例應(yīng)與資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位研究生課程教學(xué)高度相關(guān)，要能在知識點之間建立內(nèi)在聯(lián)系，從而引導(dǎo)學(xué)生積極思考、融會貫通，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S[5]。如所選案例大同盆地高砷地下水成因，不僅涉及氫、氧、鐵、硫、碳等不同穩(wěn)定同位素知識，還涉及水文地質(zhì)學(xué)、水文地球化學(xué)、微生物學(xué)等多個專業(yè)領(lǐng)域，需要學(xué)生融合多學(xué)科專業(yè)理論及應(yīng)用技術(shù)來加以研究，體現(xiàn)出學(xué)科之間、理論與實踐之間的關(guān)聯(lián)性。

2.2 教學(xué)案例庫的構(gòu)成

依據(jù)專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)目標(biāo)與“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程特點，教學(xué)案例庫由思政案例、基礎(chǔ)案例、工程案例和創(chuàng)新案例共4類案例組成(如圖1所示)。思政案例貫穿于課程教學(xué)始終，應(yīng)充分挖掘各個章節(jié)的思政元素，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀、人生觀和價值觀；基礎(chǔ)案例用于輔助課程知識點的教學(xué)，通過實際案例切入，形象地講解同位素的基本概念和原理，啟發(fā)學(xué)生思考；工程案例用于課程的實踐教學(xué)，案例內(nèi)容覆蓋常見的某一種或多種同位素在實踐中的具體應(yīng)用，旨在引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)分析如何應(yīng)用同位素方法解決水文地質(zhì)問題；創(chuàng)新案例用于拓展已學(xué)理論，引導(dǎo)學(xué)生采用多學(xué)科交叉手段進行專業(yè)問題研究。案例制作、存檔與共享通過超星泛雅教學(xué)平臺來實現(xiàn)，以便教師授課使用及學(xué)生隨時隨地進行學(xué)習(xí)交流。

圖1 教學(xué)案例庫總體結(jié)構(gòu)圖

2.3 教學(xué)案例的收集與選取

詳實合理的案例素材是教學(xué)案例庫建設(shè)的重要基礎(chǔ)，其獲取途徑主要有以下三種。

一是共享的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)資源。學(xué)堂在線、中國大學(xué)MOOC、部分高校校友網(wǎng)及一些學(xué)術(shù)期刊和學(xué)位論文等都有同位素理論及應(yīng)用研究資源，可從中收集、選取相關(guān)案例并納入教學(xué)案例庫。

二是課程組成員主持或參與的研究項目。參與相關(guān)項目研究的課程組成員可根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)需求，瞄準(zhǔn)專業(yè)發(fā)展前沿，從研究項目中篩選出啟發(fā)性強、知識點密集的素材，自主開發(fā)教學(xué)案例。如所選傍河地下水開采綜合案例素材源于國家自然科學(xué)基金項目“傍河地下水開采影響下潛流帶內(nèi)鐵錳的生物地球化學(xué)行為研究”，即對河水入滲過程中所發(fā)生的生物地球化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致含水介質(zhì)中有毒有害物質(zhì)的釋放進而威脅居民用水安全的問題進行研究。該項目研究采用水化學(xué)與同位素等方法查明了河水入滲過程中所發(fā)生的反應(yīng)并提出了切實可行的解決方案，參與該項目研究的課程組成員據(jù)此開發(fā)出操作性強、具有鮮明專業(yè)特色的教學(xué)案例。

三是采編自企事業(yè)單位及實踐基地的素材。課程組成員長期以來與中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所、中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心、河北省地礦局、河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院以及河北省水文工程地質(zhì)勘查院等科研院所有著很好的合作與交流，學(xué)校建設(shè)有河北省省級專業(yè)學(xué)位研究生(工程碩士-地質(zhì)工程)培養(yǎng)實踐基地，這些都是很好的案例素材的來源。資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)實行校內(nèi)、校外雙導(dǎo)師制，在學(xué)期間必須有不少于1年的企事業(yè)單位專業(yè)實踐經(jīng)歷。這一培養(yǎng)模式無疑使師生有更多機會參與到企事業(yè)單位的工作實踐中并有助于提煉加工教學(xué)案例素材。通過實際調(diào)研和生產(chǎn)實踐收集的案例素材能夠緊跟社會需求，從而大大提高了案例的實用性，有助于擴大學(xué)生的知識面、促進學(xué)生創(chuàng)新思維的養(yǎng)成。

2.4 教學(xué)案例的制作

依據(jù)教學(xué)案例庫建設(shè)原則，將收集的案例素材去蕪存菁，以問題為導(dǎo)向進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作，并以多媒體課件、視頻等形式展現(xiàn)案例文本。完整的教學(xué)案例文本主要包括案例名稱、案例背景、教學(xué)目的及重難點、思政元素、案例正文、啟發(fā)性問題、剖析總結(jié)、教學(xué)建議等要素。各個案例之間應(yīng)相互關(guān)聯(lián)，最終拓展為綜合案例，使案例教學(xué)具有系統(tǒng)性。

2.5 教學(xué)平臺的選取

超星泛雅教學(xué)平臺能夠覆蓋案例教學(xué)課前、課中和課后全部環(huán)節(jié)，教師將教學(xué)案例上傳平臺后，學(xué)生可隨時隨地通過計算機、平板電腦和智能手機等電子設(shè)備進行案例分析討論、互動反饋，同時平臺可全程記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

2.6 教學(xué)案例庫的更新維護

教學(xué)案例庫建設(shè)是一個動態(tài)過程，隨著培養(yǎng)方案與教學(xué)大綱的更新迭代，教師需要根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程建設(shè)要求、學(xué)生能力培養(yǎng)體系的變化等實際需求，加強與相關(guān)行業(yè)、企業(yè)的溝通與研討，將同位素研究領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)的新理論、新技術(shù)、新方法及相關(guān)研究成果引入案例庫，使案例內(nèi)容不斷得到補充、優(yōu)化和更新。同時還要利用超星泛雅教學(xué)平臺對教學(xué)案例加強推廣，通過平臺“活動”“討論”等模塊加強師生互動，根據(jù)學(xué)生反饋不斷進行改進，使教學(xué)案例隨時保持應(yīng)有的適應(yīng)性、生動性和創(chuàng)新性。

3 教學(xué)活動的組織實施

教學(xué)活動的組織實施是案例教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。任課教師首先以案例導(dǎo)入的方式向?qū)W生提出問題，激發(fā)其主動學(xué)習(xí)的欲望；在講授完相關(guān)概念或理論后，組織學(xué)生針對具體案例進行研討分析，引導(dǎo)其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)其解決實際問題的能力，搭建以學(xué)生為中心的教學(xué)情境。下面以傍河地下水開采綜合案例教學(xué)為例介紹具體實施步驟。

第一，通過介紹案例研究背景引導(dǎo)學(xué)生自主搜集整理基礎(chǔ)資料并進行對比和歸納。由“華北地下水大漏斗”的形成引入地下水安全開采問題，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)責(zé)任感；進而啟發(fā)學(xué)生思考如何在安全開采、利用地下水的同時，實現(xiàn)資源-環(huán)境可持續(xù)發(fā)展；同時給出研究區(qū)地理位置，引導(dǎo)學(xué)生利用圖書館、期刊文獻、網(wǎng)絡(luò)資源、社會資源等搜集整理研究區(qū)的自然地理、地質(zhì)、水文地質(zhì)等資料，以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力及與專業(yè)人員溝通的能力；學(xué)生搜集整理過程結(jié)束后，教師給出研究區(qū)基礎(chǔ)資料并與學(xué)生所得資料進行對比，通過歸納和整理過程激發(fā)學(xué)生進一步探索的熱情。

第二，講授同位素的基本概念和基本原理。任課教師通過介紹王恒純、沈照理等老前輩將同位素理論引入我國并一生致力于教育事業(yè)的事跡來加深學(xué)生的家國情懷。接著講授同位素的概念、組成及表示方法、樣品采集及測試方法、分餾機理等基礎(chǔ)知識，即教材中《緒論》《同位素的基本概念》《同位素分餾基本原理》等章節(jié)的知識點，為后續(xù)案例分析打下理論基礎(chǔ)。

第三，帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)實際，用前面所得基礎(chǔ)資料、理論方法進行案例分析。每一章節(jié)的知識點都對應(yīng)一個完整的小案例(如表1所示)，最終將這些小案例串聯(lián)匯總成一個綜合案例。在這一過程中任課教師綜合運用啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法，帶領(lǐng)學(xué)生在學(xué)習(xí)知識點的同時進行實際應(yīng)用分析。

表1 部分案例內(nèi)容

第四，與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，提出地下水利用與保護方案，提升案例教學(xué)效果。通過案例教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂的有機融合，學(xué)生在查閱資料、分析討論、總結(jié)匯報的全過程中鍛煉了實踐探索與溝通交流能力，利用理論知識解決了實際問題，促進了自身素養(yǎng)的提升。

“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程開課四年來，在教學(xué)案例庫建設(shè)中始終堅持加強理論與實際相結(jié)合，教學(xué)案例覆蓋了水資源評價、地下水起源、水體污染物來源、地表水與地下水的相互作用等多個方面，并注重從國家發(fā)展、環(huán)境保護、雙碳戰(zhàn)略、學(xué)術(shù)價值、技術(shù)專長等多角度對案例進行綜合貫通，目前已初步形成一套能夠反映最新科技前沿且能夠不斷完善更新的案例體系。通過案例庫建設(shè)與教學(xué)實踐，學(xué)生更加清晰地了解了本專業(yè)所學(xué)知識的應(yīng)用領(lǐng)域，更加牢固地掌握了基礎(chǔ)理論，提高了資料搜集與文獻檢索基本技能，增強了工程意識與專業(yè)自豪感，增強了團隊協(xié)作精神、創(chuàng)新意識、責(zé)任意識、擔(dān)當(dāng)意識，體會到了踐行可持續(xù)發(fā)展理念與弘揚工匠精神的重要性，提升了對資源與環(huán)境專業(yè)的認(rèn)可度。學(xué)生普遍反映課程理論相較之前更加容易理解，考試成績和科研能力都有了一定程度的提升。

4 結(jié)語

建設(shè)教學(xué)案例庫，將案例教學(xué)融入課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，是資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)的必然要求。為此，基于典型性、啟發(fā)性和關(guān)聯(lián)性原則，對“同位素水文地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)案例庫建設(shè)進行了探索，在跟蹤領(lǐng)域前沿的基礎(chǔ)上開展了原創(chuàng)性工作，形成了一套案例教學(xué)的組織與實施方法，進而增強了學(xué)生對專業(yè)的深入理解和學(xué)習(xí)主觀能動性，極大地提高了學(xué)生的工程實踐能力，切實保證了高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。