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      新工科背景下地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式優(yōu)化探索

      2024-12-27 00:00:00張艷張莉麗宋洋張耀文
      中國(guó)教育技術(shù)裝備 2024年22期
      關(guān)鍵詞:水文地質(zhì)模塊教學(xué)模式

      DOI:10.3969/j.issn.1671-489X.2024.22.161

      摘 要 隨著新工科建設(shè)的深入,對(duì)防災(zāi)科技學(xué)院地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化探索,分別從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模塊、實(shí)習(xí)報(bào)告三個(gè)方面不斷優(yōu)化,形成更注重實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的模式,鍛煉學(xué)生由點(diǎn)到線(xiàn)到面的綜合解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。本次優(yōu)化探索為地質(zhì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)課程建設(shè)與改革提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

      關(guān)鍵詞 新工科;地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè);生產(chǎn)實(shí)習(xí)

      中圖分類(lèi)號(hào):G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

      文章編號(hào):1671-489X(2024)22-0-03

      0 引言

      隨著新工科建設(shè)的不斷深入,工科專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)模式更加強(qiáng)調(diào)實(shí)用性、交叉性與綜合性,更突出實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),更注重提升學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和適應(yīng)變化能力[1]。生產(chǎn)實(shí)習(xí)作為工科人才培養(yǎng)過(guò)程中的一門(mén)實(shí)踐課程,一方面發(fā)揮著對(duì)核心專(zhuān)業(yè)課程的總結(jié)和應(yīng)用實(shí)踐的作用,另一方面在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、工作組織能力和獨(dú)立分析解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力等方面具有不可替代的作用[2]。

      防災(zāi)科技學(xué)院地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)建立于2009年。專(zhuān)業(yè)建立之初,學(xué)校非常重視集中實(shí)踐課程的建設(shè),開(kāi)設(shè)了專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、地質(zhì)教學(xué)實(shí)習(xí)和專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)課程。結(jié)合本專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案,專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)是在學(xué)習(xí)了水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、水力學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)、水文地球化學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和野外地質(zhì)基本工作方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,通過(guò)水文地質(zhì)調(diào)查、判斷地表水與地下水的轉(zhuǎn)換關(guān)系、抽水滲水試驗(yàn)等項(xiàng)目的訓(xùn)練,使學(xué)生將課內(nèi)知識(shí)與實(shí)際工作相結(jié)合,更深入地理解本專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)和野外工作基本流程,為今后從事本專(zhuān)業(yè)的工作或研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      1 教學(xué)目標(biāo)優(yōu)化

      專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),教學(xué)目標(biāo)應(yīng)聚焦在以下幾個(gè)方面。

      1)明確實(shí)習(xí)目標(biāo)。要確保學(xué)生了解實(shí)習(xí)目的、要求和預(yù)期成果,有助于學(xué)生更好地規(guī)劃自己的實(shí)習(xí)內(nèi)容和時(shí)間安排。

      2)強(qiáng)化實(shí)踐能力培養(yǎng)。通過(guò)實(shí)地考察、現(xiàn)象描述、數(shù)據(jù)測(cè)量和分析、室內(nèi)外繪圖等環(huán)節(jié),使學(xué)生掌握實(shí)際操作技能,提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

      3)注重綜合素質(zhì)培養(yǎng)。除了實(shí)踐能力外,還需注重培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力、表達(dá)能力、創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力等綜合素質(zhì)。

      4)完善考核方式。考核內(nèi)容包括綜合實(shí)踐能力、基本素質(zhì)、實(shí)習(xí)成果、平時(shí)表現(xiàn)等方面,旨在全面評(píng)估學(xué)生的表現(xiàn)和進(jìn)步。

      5)持續(xù)改進(jìn)實(shí)習(xí)方案。為了不斷增強(qiáng)實(shí)習(xí)教學(xué)的效果,根據(jù)往年學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)的反饋和實(shí)際效果,及時(shí)對(duì)實(shí)習(xí)方案進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn),調(diào)整實(shí)習(xí)內(nèi)容、方式和時(shí)間安排等,使實(shí)習(xí)方案更加科學(xué)合理。

      按照新工科建設(shè)要求,生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)目標(biāo)要向新標(biāo)準(zhǔn)、新模式、新方法、新技術(shù)的方向優(yōu)化發(fā)

      展[3-4]。在原有教學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上,本次優(yōu)化更體現(xiàn)“新”的內(nèi)容,優(yōu)化后的教學(xué)目標(biāo)增加以下內(nèi)容。

      1)啟發(fā)性教學(xué)模塊中的水文地質(zhì)路線(xiàn)實(shí)地調(diào)查模塊增加教學(xué)路線(xiàn)和教學(xué)知識(shí)點(diǎn)視頻,還增加現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)形式,體現(xiàn)教學(xué)的靈活性和多樣性。

      2)獨(dú)立性教學(xué)模塊增加環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害等各種環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題的專(zhuān)題調(diào)查。

      3)創(chuàng)造性教學(xué)模塊增加MODFLOW數(shù)值模擬和GIS、Surfer軟件繪制水文地質(zhì)圖等新技術(shù)方法,代替?zhèn)鹘y(tǒng)手繪圖的方法。

      4)完善和細(xì)化考核方式,將實(shí)習(xí)中使用的新方法、新技術(shù)和綜合素質(zhì)提升等更明確地體現(xiàn)在考核標(biāo)準(zhǔn)中。

      優(yōu)化后的教學(xué)目標(biāo)增加了新的教學(xué)元素,更新了教學(xué)方法和手段,較好地體現(xiàn)了新模式、新方法、新技術(shù)的發(fā)展方向。

      2 教學(xué)模塊優(yōu)化

      秦皇島柳江盆地實(shí)習(xí)區(qū)域地層出露齊全,地質(zhì)構(gòu)造清晰直觀(guān)。地下水類(lèi)型多樣,分布有松散巖類(lèi)孔隙水、碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水、火成巖類(lèi)水文地質(zhì)區(qū)和變質(zhì)巖類(lèi)水文地質(zhì)區(qū)。按地形地貌和水文地質(zhì)條件,可主要分為兩大水文地質(zhì)區(qū),即基巖裂隙水巖溶水區(qū)和第四紀(jì)松散巖類(lèi)孔隙水區(qū)。地表水系發(fā)育完整,區(qū)域內(nèi)主要河流大石河自西北向東南流經(jīng)柳江盆地后,自石河水庫(kù)出山注入渤海,其中近60 km河段流經(jīng)山區(qū),多條支流匯入,山區(qū)流域面積560 km2。該區(qū)域非常適合水文地質(zhì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)。防災(zāi)科技學(xué)院地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)在秦皇島柳江盆地開(kāi)展,以水文地質(zhì)填圖為主。地下水科學(xué)與工程教研室全體教師經(jīng)過(guò)多輪探討修訂和對(duì)水文地質(zhì)路線(xiàn)的考察與篩選,現(xiàn)階段確定將教學(xué)內(nèi)容模塊化,分為四個(gè)模塊,整個(gè)實(shí)習(xí)時(shí)長(zhǎng)六周。

      2.1 啟發(fā)性教學(xué)模塊

      該模塊由三部分組成:秦皇島柳江盆地水文地質(zhì)調(diào)查設(shè)計(jì)、水文地質(zhì)路線(xiàn)實(shí)地調(diào)查和大石河測(cè)流。

      水文地質(zhì)調(diào)查設(shè)計(jì)階段,通過(guò)教師引導(dǎo)→確定設(shè)計(jì)目標(biāo)→學(xué)生主動(dòng)探討→編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告→成果展示的一整套設(shè)計(jì)方案,讓實(shí)習(xí)初期的學(xué)生能夠通過(guò)自主探討、查閱書(shū)籍資料等方式回顧課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí),了解地質(zhì)實(shí)習(xí)內(nèi)容,初步了解我國(guó)水文地質(zhì)、環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查工作的流程、工作方法,培養(yǎng)學(xué)生陳述發(fā)言、清晰表達(dá)的能力[5]。

      水文地質(zhì)路線(xiàn)實(shí)地調(diào)查的教學(xué)目的是通過(guò)教師現(xiàn)場(chǎng)啟發(fā)性的教學(xué)與指導(dǎo),使學(xué)生了解區(qū)域地層、地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)及其辨別方法,學(xué)會(huì)觀(guān)察地形地貌要素并掌握辨別其類(lèi)型的方法,掌握不同地形地貌條件下孔隙水、裂隙水、巖溶水的形成、賦存及變化特征的分析方法和思路。從2012年開(kāi)始,歷經(jīng)10年的水文地質(zhì)路線(xiàn)的挖掘和整理,目前已經(jīng)初步形成七條水文地質(zhì)教學(xué)路線(xiàn),完成兩個(gè)專(zhuān)題教學(xué)報(bào)告。通過(guò)典型供水水源地水井布局分析,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)建立水源地應(yīng)具備的條件和地表水與地下水的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。持續(xù)考察典型的水文地質(zhì)路線(xiàn),增加低溫?zé)崛某梢蚍治雎肪€(xiàn),而后增加溫泉周邊采石場(chǎng)府君山組灰?guī)r觀(guān)察路線(xiàn),合并至低溫?zé)崛某梢蚍治雎肪€(xiàn),為低溫?zé)崛某梢蚍治鎏峁└辛Φ淖C據(jù)。

      增加視頻元素進(jìn)行線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué),成為目前課堂教學(xué)的主要方式之一。視頻錄制內(nèi)容模塊化,錄制時(shí)間5~10分鐘,短小精悍。視頻內(nèi)容以問(wèn)題為導(dǎo)向,語(yǔ)言精練,從區(qū)域概況、地質(zhì)發(fā)展史、區(qū)域水文地質(zhì)剖面和三維概念模型、含水系統(tǒng)、成果展示等幾個(gè)角度進(jìn)行描述。與單一線(xiàn)下教學(xué)模式相比,視頻元素的增加突破了單一模式的時(shí)空限制,從多角度直觀(guān)展示實(shí)習(xí)區(qū)域地質(zhì)條件、水文條件等實(shí)際情況。學(xué)生可隨時(shí)隨地觀(guān)看視頻,進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)、交流研討。

      2.2 獨(dú)立性教學(xué)模塊

      該模塊的教學(xué)目的是在啟發(fā)性實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上劃定工作區(qū),學(xué)生以小組為單位,獨(dú)立進(jìn)行孔隙水、裂隙水、巖溶水和環(huán)境災(zāi)害水文地質(zhì)調(diào)查。通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查,掌握各種類(lèi)型地下水和地表水的野外調(diào)查方法、程序與內(nèi)容,學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)與地下水有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量、類(lèi)型和規(guī)模,掌握從定性到定量地分析其成因、發(fā)展趨勢(shì)與程度的方法。

      近些年進(jìn)行課程改革后,在水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上增加環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容,研究與人體健康或人類(lèi)生活和生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的各種環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題。柳江盆地中的煤礦開(kāi)采引起的地下水資源量缺乏和水污染是典型的環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題。同時(shí),融入思政元素,以水資源、水環(huán)境、水資源與環(huán)境安全、生態(tài)文明建設(shè)為載體,構(gòu)筑學(xué)生的生態(tài)文明理念,增強(qiáng)學(xué)生的憂(yōu)患意識(shí)和環(huán)境保護(hù)意識(shí),增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感和對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)可度,提升其民族自豪感和使命感。因此,生產(chǎn)實(shí)習(xí)課程也可以看作開(kāi)展思想政治教育、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷的一次實(shí)踐。

      2.3 創(chuàng)造性教學(xué)模塊

      該模塊要求學(xué)生利用野外實(shí)際調(diào)查獲取的第一手資料,結(jié)合收集的各種已有資料,掌握各種資料的室內(nèi)整理分析方法和技術(shù)要求,在室內(nèi)進(jìn)行創(chuàng)造性的成果整編工作,編制《地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》和實(shí)際材料圖、綜合水文地質(zhì)圖(包括潛水等水位線(xiàn)、承壓水等水位線(xiàn)、水化學(xué)類(lèi)型分區(qū)、富水性分區(qū)等信息)等相應(yīng)附圖與附表。

      傳統(tǒng)的水文地質(zhì)填圖的圖件繪制是采用手繪填色方法。隨著新技術(shù)的發(fā)展,GIS、Surfer、Corel-

      DRAW等繪圖軟件,MODFLOW、GMS等數(shù)值模擬軟件已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的水文地質(zhì)填圖也不能局限于傳統(tǒng)方法,而是要適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求、接近生產(chǎn)實(shí)際,讓學(xué)生利用新技術(shù)和手段完成生產(chǎn)實(shí)習(xí)。因此,在圖件編制方面應(yīng)用Surfer軟件繪制等水位線(xiàn)圖,在GIS中統(tǒng)合數(shù)據(jù)完成綜合水文地質(zhì)圖,應(yīng)用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行三維建模,建立水流模型和溶質(zhì)運(yùn)移模型進(jìn)行模擬,輔助說(shuō)明地下水流及污染物分布等內(nèi)容,對(duì)實(shí)習(xí)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。

      2.4 場(chǎng)地水文地質(zhì)參數(shù)獲取試驗(yàn)?zāi)K

      抽水試驗(yàn)和滲水試驗(yàn)是獲取場(chǎng)地水文地質(zhì)參數(shù)、了解水文地質(zhì)條件的主要方法。抽水試驗(yàn)可確定含水層參數(shù),滲水試驗(yàn)可獲取包氣帶滲透系數(shù)。防災(zāi)科技學(xué)院地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下,于北校區(qū)建成以教學(xué)為目的的小型抽水試驗(yàn)教學(xué)基地,豐富了本專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系,改善了專(zhuān)業(yè)教學(xué)條件,使得生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的抽水試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行[6]。

      抽水試驗(yàn)基地主要采用主孔抽水,進(jìn)行多個(gè)觀(guān)測(cè)孔觀(guān)測(cè)地下水位的多孔抽水試驗(yàn),也可進(jìn)行兩個(gè)鉆孔抽水的群孔干擾抽水試驗(yàn),可運(yùn)用穩(wěn)定與非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的方法,試驗(yàn)過(guò)程中須記錄觀(guān)測(cè)抽水期間和水位恢復(fù)期間的水位、流量、水溫、氣溫等內(nèi)容?,F(xiàn)場(chǎng)整理抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù),室內(nèi)使用Theis配線(xiàn)法、Jacob直線(xiàn)法和水位恢復(fù)法等方法確定水文地質(zhì)參數(shù),評(píng)價(jià)井孔出水能力,分析含水層富水能力等,最后讓學(xué)生獨(dú)立編寫(xiě)抽水試驗(yàn)報(bào)告。滲水試驗(yàn)采用雙環(huán)法測(cè)定抽水試驗(yàn)基地所處包氣帶的滲透系數(shù),學(xué)生獨(dú)立完成滲水試驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)過(guò)程重在使學(xué)生熟悉抽水試驗(yàn)和滲水試驗(yàn)的作用機(jī)理,會(huì)進(jìn)行抽水試驗(yàn)和滲水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)工作,會(huì)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)分析計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù),會(huì)總結(jié)結(jié)果、編寫(xiě)報(bào)告,以達(dá)到提高場(chǎng)地水文地質(zhì)條件勘查水平的目的。

      3 實(shí)習(xí)報(bào)告優(yōu)化

      整個(gè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)有五類(lèi)報(bào)告,分別是《秦皇島柳江盆地水文地質(zhì)調(diào)查設(shè)計(jì)報(bào)告》《秦皇島柳江盆地水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》《抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告》《抽水試驗(yàn)報(bào)告》《滲水試驗(yàn)報(bào)告》。經(jīng)過(guò)改革后,五類(lèi)報(bào)告合并為一個(gè)報(bào)告,即《地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告》。報(bào)告分為五個(gè)篇章,包括緒論、柳江盆地綜合水文地質(zhì)調(diào)查、人類(lèi)活動(dòng)影響下地下水環(huán)境變化專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查、水文地質(zhì)試驗(yàn)和總結(jié)。報(bào)告對(duì)專(zhuān)題內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合,學(xué)生可將實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行拆分、重新整合、歸納總結(jié),從點(diǎn)、線(xiàn)、面不同角度分析實(shí)習(xí)內(nèi)容。

      同時(shí)完善細(xì)化考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并附入報(bào)告中,優(yōu)化后的考核標(biāo)準(zhǔn)能更客觀(guān)、詳細(xì)、全面地對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核:分別從平時(shí)表現(xiàn)、柳江盆地綜合水文地質(zhì)調(diào)查及報(bào)告撰寫(xiě)、人類(lèi)活動(dòng)影響下地下水環(huán)境變化專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查及報(bào)告撰寫(xiě)、水文地質(zhì)試驗(yàn)、水文地質(zhì)參數(shù)獲取及報(bào)告撰寫(xiě)和野外記錄本完成質(zhì)量等方面進(jìn)行考核。在每個(gè)考核模塊中又進(jìn)行細(xì)分,如報(bào)告撰寫(xiě)的邏輯性、條理性和專(zhuān)業(yè)性,報(bào)告內(nèi)容的完整性和合理規(guī)劃性,分析思路的準(zhǔn)確性和邏輯性,數(shù)據(jù)分析的嚴(yán)謹(jǐn)性,圖件繪制的美觀(guān)性,實(shí)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出的態(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、問(wèn)題解決能力等。將考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化,有助于在實(shí)習(xí)過(guò)程中更有效地激發(fā)學(xué)生實(shí)操的目標(biāo)性和參與的積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,提高實(shí)習(xí)教學(xué)的質(zhì)量。

      4 結(jié)束語(yǔ)

      生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)在專(zhuān)業(yè)教學(xué)中起著將理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際工作的重要作用,其教學(xué)模式的不斷優(yōu)化,對(duì)本科專(zhuān)業(yè)整體教學(xué)水平和學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)水平有巨大的提升作用。優(yōu)化后的教學(xué)模式在實(shí)習(xí)方式上更加靈活,更加貼近生產(chǎn)實(shí)際,在實(shí)習(xí)效果上更注重實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的有機(jī)結(jié)合與提高,在培養(yǎng)學(xué)生觀(guān)察、描述、記錄、測(cè)量等能力的基礎(chǔ)上,增加分析、制圖等能力的培養(yǎng)。優(yōu)化后的教學(xué)模式在提高教學(xué)質(zhì)量和增強(qiáng)教學(xué)效果的同時(shí),為學(xué)生未來(lái)的職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),為培養(yǎng)高素質(zhì)人才提供了有力保障,亦對(duì)地質(zhì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)模式改革具有一定的參考價(jià)值。

      5 參考文獻(xiàn)

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      作者簡(jiǎn)介:張艷、宋洋,博士,講師;張莉麗,博士,教授;張耀文,博士,副教授。

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