新工科背景下環(huán)境工程專業(yè)水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)改革探討

摘 "要：傳統(tǒng)的高校人才培養(yǎng)模式使學(xué)生普遍缺乏工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，與企業(yè)的實(shí)際需求存在較大差異。水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)是高校環(huán)境工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有學(xué)科交叉性強(qiáng)、內(nèi)容多和應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。該文以塔里木大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的該門課程教學(xué)為例，分析當(dāng)前教學(xué)過程中存在的問題，探討在新工科背景下該門課程的教學(xué)優(yōu)化改革途徑。該途徑從合理選取教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和方法的靈活應(yīng)用、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法和完善課程考核方式五個(gè)方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，可為其他課程的教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科；環(huán)境工程；水文學(xué)；水文地質(zhì)學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）S2-0029-04

Abstract： The traditional talent training mode of colleges and universities makes students generally lack engineering practice and innovation ability， and there is a big difference with the actual needs of enterprises. Hydrology and hydrogeology is an important professional basic course for environmental engineering majors， which is characterized by strong interdisciplinary， multi-content and strong application practice. This paper takes the teaching of this course in the environmental engineering major of Tarim University as an example， analyzes the existing problems in the current teaching process， and discusses the optimization of the teaching reform of this course under the background of new engineering disciplines. The way from the reasonable selection of teaching content， teaching methods and methods of flexible application， the combination of theoretical teaching and practical teaching， the comprehensive use of a variety of teaching methods and improve the assessment of the course and other five aspects of reform and practice， stimulate the students' interest in learning， improve the quality of teaching， and can be used as a reference for the teaching reform of other courses.

Keywords： new engineering; environmental engineering; Hydrology; Hydrogeology; teaching reforms

隨著我國教育體系的深化改革，工程教育正承擔(dān)著培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型人才的重要使命，以應(yīng)對當(dāng)前新技術(shù)層出不窮、新業(yè)態(tài)蓬勃發(fā)展、新產(chǎn)業(yè)迅速崛起以及新模式不斷涌現(xiàn)的復(fù)雜局面。自2017年以來，教育部已先后發(fā)布了《教育部辦公廳關(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》（教高廳函〔2017〕33號）[1]和《教育部 工業(yè)和信息化部 中國工程院關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》（教高〔2018〕3號）[2]，并陸續(xù)推出了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”等指導(dǎo)性文件，為我國工程教育未來較長時(shí)間內(nèi)的改革與發(fā)展提供了明確的思路和方向。

環(huán)境工程專業(yè)是一門涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的新興綜合性專業(yè)，重點(diǎn)研究如何保護(hù)和改善環(huán)境質(zhì)量，探索相關(guān)的理論、技術(shù)原理和工程措施。該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)具備廣泛基礎(chǔ)知識、深厚理論素養(yǎng)、強(qiáng)大實(shí)踐能力以及卓越綜合素質(zhì)的高級工程技術(shù)人才。這些人才將在環(huán)境污染防治、環(huán)境規(guī)劃與評價(jià)等領(lǐng)域從事研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)、管理、維護(hù)和技術(shù)支持等工作，為推動我國的環(huán)境保護(hù)事業(yè)作出重要貢獻(xiàn)[3]。

水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)課程是教育部高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會所推薦的專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是環(huán)境工程專業(yè)多門核心課程的重要先修課。傳統(tǒng)的該門課程教學(xué)方式側(cè)重于理論知識的傳授，而忽視了與實(shí)踐的結(jié)合以及對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這與新工科教育的理念明顯相悖[4]。

一 "課程教學(xué)特點(diǎn)

本校環(huán)境工程專業(yè)選取楊維等編寫的《水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)》作為本科生教學(xué)用教材，其包含水文學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)兩大部分。其中，水文學(xué)側(cè)重于地表水，主要介紹水文學(xué)基本知識、水文統(tǒng)計(jì)基本原理與方法、河川徑流情勢特征值分析與計(jì)算和小流域暴雨洪峰流量的計(jì)算等；水文地質(zhì)學(xué)側(cè)重于地下水，主要介紹地質(zhì)基本知識、地下水基本知識、地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分、地下水的滲流運(yùn)動、不同空隙性地下水的分布特征、地下水資源勘查與評價(jià)和地下水污染與防治等共計(jì)13章內(nèi)容[5]。實(shí)際教學(xué)過程中，本教材呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)。

（一） "學(xué)科交叉性強(qiáng)

本教學(xué)內(nèi)容涵蓋高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、水力學(xué)、自然地理學(xué)、測量學(xué)、地質(zhì)學(xué)和地球科學(xué)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，各個(gè)學(xué)科知識點(diǎn)之間緊密相連，呈現(xiàn)出高度的耦合性，對學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)科知識儲備要求較高。

（二） "課程內(nèi)容多

教學(xué)內(nèi)容囊括了多個(gè)領(lǐng)域的知識與技能。首先，它涵蓋了基礎(chǔ)理論知識，如河流與流域的概念、降水與下滲的過程、礦物與巖石的分類、地質(zhì)作用與地質(zhì)年代的演變等。其次，還包括了一系列實(shí)踐性很強(qiáng)的內(nèi)容，如水文測驗(yàn)與信息采集的方法、經(jīng)驗(yàn)頻率曲線的繪制技巧、野外地質(zhì)圖的識別技巧以及地下水資源勘查與評價(jià)的實(shí)踐操作等。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容還涉及了環(huán)境工程方面的技術(shù)與方法。例如生活飲用水水源衛(wèi)生防護(hù)帶的劃分原則與防護(hù)帶半徑的計(jì)算方法，這些都是保障飲用水安全的重要措施。此外，還包括了污染地下水修復(fù)的主要技術(shù)，如傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)、氣體抽提技術(shù)、空氣吹脫修復(fù)、生物修復(fù)、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)和人工補(bǔ)給技術(shù)等。

（三） "應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)

教學(xué)內(nèi)容聚焦于培養(yǎng)學(xué)生對水文統(tǒng)計(jì)基本原理與方法的深入理解與熟練掌握。水文學(xué)要求學(xué)生應(yīng)能夠運(yùn)用水文規(guī)律，為未來的環(huán)境工程施工提供精確的水文資料及分析成果。而水文地質(zhì)學(xué)是一門專門研究地下水?dāng)?shù)量和質(zhì)量在空間和時(shí)間上的變化規(guī)律，以及如何有效利用和防治地下水潛在風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)科。學(xué)生需學(xué)會解讀和應(yīng)用水文地質(zhì)資料，掌握進(jìn)行基本水文地質(zhì)計(jì)算的能力，例如抽水試驗(yàn)和地下水動態(tài)觀測等。同時(shí)，學(xué)生還應(yīng)能夠編寫和解讀水文地質(zhì)勘查報(bào)告，熟悉并掌握包括解析法、數(shù)值法、開采試驗(yàn)法、補(bǔ)償疏干法以及相關(guān)分析法等地下水資源允許開采量評價(jià)方法[6-7]。

二 "課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一） "教材內(nèi)容較多，分配課時(shí)較少

楊維等編寫的《水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)》編纂時(shí)可能是從能適用于多個(gè)授課專業(yè)對象的角度出發(fā)，沒有考慮到具體教學(xué)專業(yè)的特殊性和實(shí)際教學(xué)學(xué)時(shí)限制問題，導(dǎo)致該教材包含的內(nèi)容特別多。鑒于目前人才培養(yǎng)方案總學(xué)分學(xué)時(shí)有限的問題，僅分配給該課程32理論學(xué)時(shí)，1周的實(shí)踐學(xué)時(shí)，且未設(shè)置專門的實(shí)驗(yàn)課程[8]。

（二） "課程內(nèi)容抽象，教學(xué)手段單一

本課程的內(nèi)容較為抽象，特別是在第3章水文統(tǒng)計(jì)基本原理與方法和第5章小流域暴雨洪峰流量的計(jì)算方面，涵蓋了大量的概念和計(jì)算公式，但由于本校針對該課程教學(xué)主要還是依靠多媒體圖片和板書來展開教學(xué)工作，基本上仍停留于“滿堂灌”的方式，主要還是采用傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)方式，利用教材和PPT的呈現(xiàn)，以老師講授為主。但由于時(shí)間有限，第3章僅分配了4個(gè)學(xué)時(shí)，第5章則只有2個(gè)學(xué)時(shí)，導(dǎo)致授課過程相對緊湊。所以，通常教師的講課速度會很快，留給學(xué)生進(jìn)行練習(xí)和思考的時(shí)間相對有限，這種情況往往難以達(dá)到理想的教學(xué)效果[9]。

（三） "實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容缺乏

雖然本課程安排了為期一周的地質(zhì)實(shí)習(xí)，但在實(shí)習(xí)過程中，僅給學(xué)生配備羅盤儀來測量巖層產(chǎn)狀以及用地質(zhì)錘來敲擊巖石和采集化石標(biāo)本等常規(guī)性操作。對于水文測驗(yàn)與信息采集章節(jié)，盡管講解了基本原理，但并未提供如流速儀、水準(zhǔn)儀、曲線儀、求積儀、泥沙采樣器和同心環(huán)下滲儀等必要的觀測儀器，使得學(xué)生在實(shí)踐性強(qiáng)的知識點(diǎn)上缺乏實(shí)際操作的機(jī)會。因此，學(xué)生在課程知識應(yīng)用和實(shí)踐能力的培養(yǎng)上嚴(yán)重不足，這使得他們對理論知識的理解淺顯，缺乏實(shí)際操作的錘煉，普遍缺少工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，與企業(yè)實(shí)際需求存在明顯脫節(jié)[10]。

（四） "學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

該課程是環(huán)境工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容與后續(xù)的專業(yè)核心課程如水污染控制工程、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境影響評價(jià)和固體廢物處理與處置等課程均有密切的關(guān)系，如監(jiān)測面的布設(shè)，垃圾填埋場的選址等。然而，大部分學(xué)生在高中階段主要接觸理科知識，對于水文學(xué)中的河流與流域、地質(zhì)學(xué)中的地球概況、礦物與巖石等基礎(chǔ)內(nèi)容，其認(rèn)知往往停留在小學(xué)或初中的科普層面。特別是關(guān)于地質(zhì)作用、地質(zhì)年代及地質(zhì)構(gòu)造等知識點(diǎn)，不僅深奧且相對枯燥。盡管這些知識點(diǎn)在后續(xù)固體廢物處理與處置課程中占據(jù)重要地位，但由于學(xué)生缺乏必要的背景知識，因此在學(xué)習(xí)過程中難以形成明確的知識體系。此外，由于課程時(shí)間有限，只分配了6個(gè)學(xué)時(shí)來深入探討地質(zhì)基本知識，這使得學(xué)生更難以充分理解和掌握這些重要內(nèi)容[11]。

（五） "課程考核方式單一

該門課程的考核方式主要由期末閉卷考試（60%）和平時(shí)成績（40%）兩部分組成。平時(shí)成績主要反映學(xué)生的課堂出勤和日常學(xué)習(xí)情況，對于學(xué)生的課堂表現(xiàn)、課下自主學(xué)習(xí)等關(guān)注得較少，無法全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和能力水平。

三 "課程教學(xué)改革探討

筆者自2020年至2024年，以本校環(huán)境工程專業(yè)大一下學(xué)期學(xué)生為實(shí)踐對象，針對該門課程的教學(xué)方法進(jìn)行了深入的改革與探索，取得了較好的教學(xué)效果。

（一） "合理選取教學(xué)內(nèi)容，明確重難點(diǎn)

水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的必修課，在《高等學(xué)校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》中，該課程屬于支撐本專業(yè)核心知識領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程，課程部分內(nèi)容與環(huán)境工程專業(yè)核心課程水污染控制工程、環(huán)境監(jiān)測、固體廢棄物處理與處置等課程具有較強(qiáng)的相關(guān)性。教材內(nèi)容涉及知識面廣，與其他專業(yè)課的銜接緊密，符合環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃。在授課過程中，首要任務(wù)就是要將教材內(nèi)容與環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求和教學(xué)時(shí)數(shù)相結(jié)合，通過案例分析、實(shí)驗(yàn)操作等方式，使學(xué)生能夠更好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識，提升解決實(shí)際問題的能力。在教學(xué)內(nèi)容的組織上，教師應(yīng)注重提煉關(guān)鍵知識點(diǎn)，將抽象的概念具體化，通過圖片、視頻等直觀手段進(jìn)行展示，幫助學(xué)生建立深入的理解?？紤]到環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)的需求及教學(xué)時(shí)間的限制，教師可在保證知識體系完整性的基礎(chǔ)上，精煉授課內(nèi)容，突出核心要點(diǎn)。通過實(shí)施“專題式”的精小化教學(xué)，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的凝練與專業(yè)的融合，以實(shí)現(xiàn)更高效的教學(xué)效果。

在水文學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)的教學(xué)中，首要地是將環(huán)境工程專業(yè)的需求與授課學(xué)時(shí)相結(jié)合，對教材內(nèi)容從章到節(jié)再到知識點(diǎn)逐級進(jìn)行選取，明確各章、節(jié)和知識點(diǎn)的重點(diǎn)和難易程度，并據(jù)此合理分配學(xué)時(shí)。例如，在教學(xué)中采用的楊維等編寫的《水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)》作為教材為例，該書共包含水文學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)兩大部分共13章內(nèi)容。但為了在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)完成該課程的教學(xué)任務(wù)，教學(xué)時(shí)只能選擇了與環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)密切相關(guān)的緒論、水文學(xué)基本知識、水文統(tǒng)計(jì)基本原理與方法、河川徑流情勢特征分析與計(jì)算、小流域暴雨洪峰流量的計(jì)算、地質(zhì)基本知識、地下水基本知識和地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分等9章內(nèi)容作為課程的主要教學(xué)內(nèi)容，其余章節(jié)則建議學(xué)生在課余時(shí)間自主學(xué)習(xí)。通過對教材內(nèi)容的選取和重難點(diǎn)的確定，可以在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)深化教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)針對性，從而更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)（圖1）。具體建議如下。

（二） "教學(xué)方式和方法的靈活應(yīng)用

該課程對學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)知識要求較高，單純依賴課堂教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，有必要結(jié)合課外教學(xué)，以彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足。例如在教學(xué)水文統(tǒng)計(jì)基本原理和方法時(shí)，對于概率統(tǒng)計(jì)方面的知識，要求學(xué)生課前自主復(fù)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容，以便在課堂教學(xué)時(shí)就可以不講或簡單講解概率方面的內(nèi)容，從而節(jié)約上課時(shí)間，提高課堂教學(xué)效率。在講授水文頻率計(jì)算方法適線法時(shí)，教師可通過課后作業(yè)或工程案例，讓學(xué)生練習(xí)水文頻率的計(jì)算過程，以加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。而在講授第7章地質(zhì)基本知識地質(zhì)作用和地質(zhì)年代時(shí)，在關(guān)于地質(zhì)時(shí)代（代、紀(jì)、世）和地層單位（界、系、統(tǒng)）的講述前，可在課前推薦B站的相關(guān)科普視頻，以減少課堂講解時(shí)間。再比如對于地質(zhì)年代（震旦紀(jì)、寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、第三紀(jì)和第四紀(jì)）表的劃分，則推薦學(xué)生采用順口溜或結(jié)合相應(yīng)數(shù)值法進(jìn)行記憶（表1）。

（三） "理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合

在教學(xué)時(shí)應(yīng)該將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，在教學(xué)中可從3個(gè)方面對該課程開展實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)，進(jìn)行探索（表2）。

（四） "綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法

該課程具有綜合性、抽象性和實(shí)踐性強(qiáng)等多種特點(diǎn)，因此在進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)該針對不同教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)采用不同的教學(xué)方法和手段進(jìn)行教學(xué)（表3）。

表3 "不同理論課程教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法

此外，還可結(jié)合南疆地質(zhì)條件，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行地下水資源勘查與評價(jià)的實(shí)際操作，結(jié)合地方水文站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行水文頻率計(jì)算，以此評價(jià)當(dāng)?shù)厮Y源狀況及其變化，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和地方責(zé)任感。

（五） "完善課程考核方式

目前，該課程仍是傳統(tǒng)的期末閉卷考試（60%）和平時(shí)成績（40%）考核模式。這種模式在全面衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)成效時(shí)，表現(xiàn)出一定的局限性，尤其是在評估學(xué)生的課堂表現(xiàn)及課后自主學(xué)習(xí)等方面存在明顯不足。

我們可以引入更多的課堂互動、小組討論等多元化的評估方式，以更全面、更深入地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。同時(shí)，我們還需要完善整個(gè)考核評價(jià)體系，確保評價(jià)結(jié)果更加公正、客觀，從而更好地促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。另外，應(yīng)將學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)表現(xiàn)納入考核體系，適當(dāng)降低期末成績的比重，并增加對過程性學(xué)習(xí)的考核權(quán)重，以構(gòu)建更加系統(tǒng)、科學(xué)的評價(jià)體系。具體來說，本課程的最終成績可以由期末成績、實(shí)踐環(huán)節(jié)成績和平時(shí)成績?nèi)糠纸M成，分別占據(jù)總成績的50%、25%和25%。

四 "結(jié)束語

水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教師應(yīng)緊密結(jié)合該課程的特性，充分考慮環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)際需求，精心挑選和組織教學(xué)內(nèi)容，通過多樣化的教學(xué)手段和實(shí)踐活動，以期達(dá)到將抽象知識具象化、將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相融合的目的。同時(shí)，應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生參與第二課堂，積極申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、節(jié)能減排競賽等活動，構(gòu)建寬理論、重實(shí)踐的課程體系，強(qiáng)化實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

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