“新工科”建設背景下地下水科學與工程專業(yè)工程案例教學的思考

陳盟 閆志為 陳余道 程亞平 李亮

摘 要 工程素養(yǎng)和綜合分析、解決工程問題的能力培養(yǎng)是現(xiàn)代工程教育本質(zhì)及特征的體現(xiàn)。培養(yǎng)工程技術(shù)應用型人才和服務于地方是“新工科”建設背景下地方高校扮演的主要角色，而本科教學改革強化工程素養(yǎng)培養(yǎng)是地方高?；貞鐣こ倘瞬判枨蟮挠行Т胧?。本文結(jié)合地下水科學與工程專業(yè)的《水工環(huán)工程實例》課程教學，從課程特點和課程體系建設探討了工程實例案例教學在工程教育的應用，分析了課程教學在工程素養(yǎng)培養(yǎng)中的作用，論述了工程案例教學的實例選擇、案例教學實施過程等，歸納了案例教學過程的主要問題和保障措施。

關(guān)鍵詞 案例教學 工程素養(yǎng) 水工環(huán)工程實例 地下水科學與工程 新工科

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

0引言

桂林理工大學地下水科學與工程專業(yè)前身是1981年開始面向全國招生的水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)，在1998年教育部取消水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)之后曾作為勘查技術(shù)與工程專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)和水文與水資源工程專業(yè)的一個方向招生。2013年，我校在《普通高等學校本科專業(yè)目錄（2012年）》引導下設立了地下水科學與工程專業(yè)，2014年開始面向全國招生。2015年，與水文與水資源工程專業(yè)（1999年設立）一起按水利工程大類招生，第二學年結(jié)束時學生進行專業(yè)選擇。我校地下水科學與工程專業(yè)雖幾易其名，但一直保持了水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)的辦學模式，秉承水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)“不分家”的辦學特色，著力培養(yǎng)能夠在全國范圍內(nèi)尤其在南方巖溶區(qū)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域（通稱“水工環(huán)”）的應用型工程技術(shù)本科人才，專業(yè)定位堅持以服務地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要為導向，緊緊圍繞西部大開發(fā)、北部灣開放開發(fā)以及桂林國際旅游勝地建設的國家戰(zhàn)略，特別是廣西“14+10”千億元產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展目標以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展需求。此外，我們還結(jié)合廣西乃至西南地區(qū)巖溶區(qū)分布廣泛的特點，強調(diào)巖溶學理論和應用的教學。2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了“高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會”上達成共識也指出“地方高校要對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用”和“新工科建設需要加強研究和實踐”。因此，我校地下水科學與工程專業(yè)是適應和服務區(qū)域經(jīng)濟與科技發(fā)展的迫切需求而設立的，為廣西經(jīng)濟發(fā)展提供穩(wěn)定而優(yōu)秀的“水工環(huán)”應用型高級專門人才隊伍。

地下水科學與工程專業(yè)屬地質(zhì)學下特設專業(yè)，與生產(chǎn)實踐聯(lián)系緊密，學生的培養(yǎng)既需要其掌握扎實的專業(yè)理論知識，又要具備較強的解決實際工程問題的工作能力。但就目前教學環(huán)境和培養(yǎng)條件下，教學過程及學生培養(yǎng)過程中學生的參與面有一定的局限，在培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)、專業(yè)素養(yǎng)及綜合分析的能力方面總體欠缺，造成解決復雜工程問題的能力不足。因此，針對“新工科”和廣西區(qū)的發(fā)展需求，對地下水科學與工程專業(yè)的培養(yǎng)方案進行了新一輪的修訂，新開設了一門《水工環(huán)工程實例》的課程，旨在結(jié)合水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)的工程典型案例培養(yǎng)學生進行分析、討論，引導和啟發(fā)學生運用專業(yè)基礎知識，理解、分析和解決實際工程問題的能力。工程實例課程既區(qū)別于理論教學，又區(qū)別于實踐教學，過于偏重理論教學時，則可能陷于枯燥的灌輸式教學，而過于偏重實踐教學時，則可能導致學生云里霧里，對本專業(yè)工程實踐問題的解決、工作內(nèi)容、方法和過程等缺乏經(jīng)驗甚至工程開展步驟不甚明了，陷于思維混亂。因此，工程實例課程的教學方法和教學過程應為兩種教學方式的有機結(jié)合。

1工程案例課程教學體系構(gòu)建

1.1工程案例選擇

工程案例的選擇與編寫需符合課程教學目標和教學內(nèi)容，加深學生對專業(yè)知識的理解，提高學生對知識點運用能力。在案例選擇和編寫過程中，要有代表性，充分代表核心知識點，且能體現(xiàn)專業(yè)方向特色，以水文地質(zhì)調(diào)查為例，根據(jù)不同的服務對象，如水文地質(zhì)區(qū)域調(diào)查、地下水資源調(diào)查與評價、地下水環(huán)境影響評價等，結(jié)合行業(yè)調(diào)查規(guī)范，圍繞不同的關(guān)鍵問題展開對案例的介紹、分析和討論;地質(zhì)問題是復雜多變的，造成其問題出現(xiàn)的原因也非單一和一成不變的，因此在授課內(nèi)容具體化的同時，需要強調(diào)思考問題的思維啟發(fā)，培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維，在分析和討論過程中，需打破學生對地質(zhì)問題的唯一標準答案的認識，引導和強調(diào)對地質(zhì)問題的對比分析，建立嚴謹和循序漸進的邏輯思維能力。

1.2工程案例教學實施過程

1.2.1課堂知識授課

該部分課堂知識是指服務于工程問題所涉及的專業(yè)知識與行業(yè)規(guī)范，是工程實例分析與討論的知識儲備。我們?nèi)砸运牡刭|(zhì)調(diào)查為例，其授課內(nèi)容可以包括工作內(nèi)容、工作方法、資料整理及工作成果等幾個部分。以上授課內(nèi)容部分需依照工程類型和內(nèi)容依序展開工作步驟：接受調(diào)查工作任務根據(jù)不同的地質(zhì)背景、工作目的及類型，分析相關(guān)資料、現(xiàn)場踏勘，編寫工作設計書選擇適用的行業(yè)規(guī)范和恰當?shù)墓ぷ魇侄芜M行野外調(diào)查工作最后成果編寫與圖件編制。授課內(nèi)容并依據(jù)上述工作步驟展開相關(guān)知識與內(nèi)容，培養(yǎng)學生展開工程工作安排步驟的邏輯思維能力。

1.2.2案例分析與討論

案例分析與討論環(huán)節(jié)是工程實例教學的中心環(huán)節(jié)，梳理課堂知識授課內(nèi)容的知識點，進行模塊化，在教師引導下，以學生為主體，以小組討論為主要方式，結(jié)合模塊需求選擇典型案例，以實際案例的具體工程問題為出發(fā)點，在工程案例的工程背景、工程目的及要求、基礎材料及數(shù)據(jù)已知或限定在某一范圍內(nèi)的基礎上建立起各知識點與案例的對應關(guān)系，展開分析與討論。在分析過程中要求學生明確分工，合理安排工作步驟，制訂工作計劃，圈畫工作難點與重點，然后展開各小組間的交流與討論。分析和討論的具體工程問題案例可預先告知學生，使學生具有一定的思考和準備時間，完成以上內(nèi)容，讓學生在此過程中形成自己的觀點和認識，就不同觀點進行小組討論或小組間辯論，在此過程中，教師需要引導學生閱讀案例背景和資料數(shù)據(jù)，并充分調(diào)動學生積極性，擴大學生中分析和討論過程中參與面，實時把握案例等重點、難點問題，在解決問題思路導向與方法工具選擇上提供支持。這樣，學生既學到正確看待和解決工程問題的思路與方法，又培養(yǎng)了邏輯思維能力和團隊合作意識。

案例討論與分析亦可在課堂教學過程中以小知識點或小案例的形式穿插進行，在課堂知識點授課完成以后，利用5～10分鐘時間，就某一知識點或工程問題現(xiàn)象進行完整介紹，案例選擇與課程授課內(nèi)容應緊密結(jié)合，讓學生運用課堂所學知識對某一知識點或工程問題現(xiàn)象進行論述分析，逐步講述本次課程的理論知識點，加深學生對該知識點的認識深度，以求掌握及靈活運用。

1.2.3案例總結(jié)與評價

案例總結(jié)與評價環(huán)節(jié)是案例分析與討論環(huán)節(jié)的概括與提高，每個小組選出一名代表對工程案例的主旨、討論過程中組員的主要觀點等進行歸納總結(jié)，以成果匯報的形式展示出來，在此過程中，學生再次梳理了知識體系，完善了學習方法和思維模式，也為日后的學習和工作奠定了基礎。教師則需要歸納和總結(jié)工程案例中所包含的知識點，并針對學生的任務完成度、參與度、知識和方法的運用是否恰當、邏輯思路是否正確等進行全方位的總結(jié)和評價，促使學生在分析和討論后二次提高，進一步的學習和掌握正確分析和處理該類工程問題的思路和方法。另外，教師需總結(jié)、積累經(jīng)驗，提高教學效果，促進學科發(fā)展。

1.2.4課程考核環(huán)節(jié)

《水工環(huán)工程案例》課程考核以考查為主，考查題目的出題模式結(jié)合“工程情境化”的形式來出題，給出幾個不同類型的典型工程案例，或就某一實時的“水工環(huán)”災害事件（如2018年6月10日的貴南客專朝陽隧道的突泥突水事件、某場區(qū)專項水文地質(zhì)調(diào)查或某項目工程地質(zhì)勘察等），結(jié)合課程所學的知識，利用相關(guān)規(guī)范、參考書，參考課程過程中分享的典型案例，編制一個勘察方案設計或?qū)ｍ椆ぷ鞣桨浮?/p>

2存在問題及分析

（1）課程需進一步融入新理論、新技術(shù)、新方法，結(jié)合最新行業(yè)規(guī)范、規(guī)程和標準等更新和補充知識要點?！八きh(huán)”工程項目是解決各種地質(zhì)工程問題，專業(yè)相關(guān)教材的授課內(nèi)容及知識點往往具有一定滯后性，而勘察技術(shù)、工藝發(fā)展迅速，相關(guān)的地質(zhì)行業(yè)規(guī)范、標準也在不斷更新和完善，授課過程需緊密結(jié)合行業(yè)發(fā)展動態(tài)、技術(shù)創(chuàng)新等內(nèi)容。如近兩年新修訂的《水文地質(zhì)調(diào)查規(guī)范（1：50000）》（DZ/T 0282-2015）及《水文地質(zhì)調(diào)查（1：50000）編圖規(guī)范》、《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848-2017）、《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2017）、《煤礦防治水細則》（煤安監(jiān)調(diào)查〔2018〕14號）等規(guī)范、規(guī)程和標準中的相關(guān)條文需要在課件、講義、案例編寫中及時進行體現(xiàn)和補充。

（2）教師的合理引導是工程案例教學是否順利展開的關(guān)鍵因素。工程案例課程教學必須以教師引導為前提，因此，教師在課程教學過程中應當設定計劃，包括知識點的提出、方法運用評價、學生討論環(huán)節(jié)的實時掌控等，設定一定的時間和時機節(jié)點，在可控的程度和范圍內(nèi)進行引導，保證授課各環(huán)節(jié)的順利進行。

（3）任課教師的工程素養(yǎng)是決定工程教學效果的關(guān)鍵因素。教師還應盡可能多地參加相關(guān)生產(chǎn)和科研實踐，提高自身專業(yè)素質(zhì)和教學水平。圍繞人才培養(yǎng)為發(fā)展服務的目標，培養(yǎng)具有工程實踐能力的創(chuàng)新人才，任課教師應當把握機會，利用多途徑資源，提升工程實踐機會和能力，豐富工程實踐經(jīng)歷，提高實踐教學能力。另外，任課老師應當積極開展科研工作，提高對本學科的知識深度和廣度認識，向?qū)W生全方位的展現(xiàn)科研內(nèi)容、科研手段和科研成果，促進教學質(zhì)量，真正貫徹“以科研促教學”的教學理念，滿足和契合“新工科”建設要求的“加強研究和實踐”的共識內(nèi)容。

3展望

水資源短缺和環(huán)境惡化是21世紀人類面臨的兩個重大問題。地下水科學與工程學科已是當前社會發(fā)展和環(huán)境保護的重要學科，也是傳統(tǒng)水文地質(zhì)學在新時期的延續(xù)，地下水資源的可持續(xù)發(fā)展、地下水污染控制與恢復治理、地下水模擬等研究課題是當前地下水科學與工程學科研究等熱點，又與“礦業(yè)、地質(zhì)、測繪類”，“環(huán)境、化學類”，“土木、建筑、水利、海洋類”等“新工科”項目群多有交叉，對地下水科學與工程學科的建設提出了新的要求，亦對學科發(fā)展增加了新的推動力。此外，學生的學習興趣、基礎理論知識掌握與綜合運用、工程實踐能力等在《水工環(huán)工程實例》課程中均能得到很好的訓練與培養(yǎng)，學生的工程素養(yǎng)和綜合解決地質(zhì)問題的能力也進一步的得到鍛煉，將在日后的社會工作和科學研究中扮演重要角色。

參考文獻

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