《水文地质学》实验教学改革的探索

2013-08-15王巧焕何春锋

东华理工大学学报(社会科学版) 2013年4期

王巧焕，何春锋

（东华理工大学，江西南昌 330013）

水文地质学实验是水文地质学课程教学过程中必不可少的一个环节，通过实验教学，一方面可以使学生巩固、加深理解理论教学中的基本知识;另一方面可以培养学生综合分析问题和应用知识解决实际问题的能力［1］。然而，在传统的水文地质学实验教学中，教学任务实施主要以验证性、演示性实验为主，同时采取以教师为中心的灌输式教学模式，这在一定程度上抑制了学生的主动性和创造性的发展［2］。另外，实验考核方式主要以学生的实验报告为主，导致学生对实验过程不够重视，实验时马马虎虎，草草了事，使得水文地质学实验流于形式［3］，不利于学生的专业素养发展。

为满足新形势下高等专业教育人才培养的需要，结合水文地质学实验的特点，主要从实验教学内容、实验教学方法、实验教学设备以及实验考核方式等方面进行了探索性改革，取得了一些成效，现将具体改革做简单的总结，希望对相关实验教学提供一点借鉴。

1 实验教学改革的总体思路

实验教学是高等院校教学不可或缺的重要组成部分，它在培养学生综合素质和创新能力方面所起的作用是其他任何教学形式都无法替代的［4－7］。实验教学是理论结合实际的桥梁，是培养学生由知识型人才提升为创新型人才的重要途径［8］。因此，水文地质学实验教学改革总体思路是:以提高学生综合素质为出发点，丰富实验教学内容，完善实验考核评价机制，以教学方法和手段改革为抓手，充分发挥学生学习的主动性、能动性，培养学生学习知识、理解知识、发现问题和提出问题，并能运用所学知识解决实际问题的能力［9］。通过水文地质学实验教学改革的探索，能够充分调动学生学习的兴趣，激发其学习的潜能，更好地培养出具有实践能力和创新能力的人才，最终达到提高实验教学质量的目的。

2 实验教学改革的途径

2．1 更新和扩充实验仪器设备

以往的水文地质学实验仪器设备主要为验证性和演示性实验提供平台，包括渗透系数测定装置、潜水和承压水模拟装置、包气带毛细测定装置、孔隙与水测定装置等，仪器设备类型少，只能满足基本的实验教学，在设计性和创新性实验方面都没法满足，故不能激起学生学习兴趣，难以提高学生的综合能力，降低了实验教学效果。为了改变这一现状，结合学校国家级实验教学示范中心建设以及新实验室的建设，实验室更新了所有的仪器设备，并增加了设计性、创新性实验仪器设备，主要有横卧变径式达西渗流仪装置、淋溶和吸附试验装置、多级次地下水流动系统演示仪装置、地下水系统与污染修复模拟装置等仪器设备，为学生学习提供了一个良好的主动动手和开放的实验平台。另外，学校每年都有仪器设备购置经费投入，故可以根据水文地质学教学需要，不断更新和扩充较新型的实验仪器设备。

2．2 丰富实验教学内容

水文地质学是研究地下水的一门学科，课程内容较抽象，其课程实验是让学生理解地下水与周围环境（岩石圈、生物圈、水圈、大气圈以及人类活动）相互作用时水质、水量的时空变化规律，以促进理论知识的理解和掌握。合理科学地设置实验教学内容是实验教学改革的重点，是实现培养目标、提高实验教学质量的核心环节。传统的水文地质学实验主要按照理论教学要求进行设置，以验证性和演示性实验为主。实验内容不能反映社会实际和生产、科研实际，不能激发学生兴趣，致使许多学生在毕业设计或工作中遇到问题时缺乏独立分析和解决问题的能力［10］。因此，为使学生既能掌握基本实验操作方法，也能培养学生科学思维能力和创新设计能力，在安排实验内容与实验仪器的使用时应遵循从低到高、从基础到综合、从知识的学习到能力的培养逐级提高的原则［11］。

（1）基础型实验。这类实验是培养学生掌握水文地质学基础理论知识和实验方法技能，是后续实验的基础和前提，主要包括验证性实验和演示性实验。其实验内容主要有达西渗流实验、孔隙与水实验、毛细上升高度测定实验、潜水与承压水演示实验等。如达西渗流实验主要让学生掌握达西定律表达式Q=KIω及式中各项物理意义和它们之间的关系，并能根据达西定律推求饱和砂层中渗透系数K。潜水与承压水演示实验主要是让学生加深理解与潜水、承压水有关的概念，并能直观地观察地下水流运动规律，更清楚地明白流网含义与用途。该类型实验是为综合设计型实验做铺垫。

（2）综合设计型实验。这类实验是培养学生分析和解决问题的综合能力，其实验内容是教材中没有的题目，主要来源于水文地质相关的实际问题，涉及几种基本的实验方法，难易度适中，题目有松散岩石颗粒组成与渗透系数关系实验、多孔介质溶质运移实验、淋溶和吸附实验等。学生可以根据自己感兴趣题目选择1个实验，自己查阅文献、自行设计、自行实施，这样能拓宽学生的知识面，增强学生学习的积极性，有利于培养学生的综合能力。

（3）应用创新型实验。这类实验主要是培养学生创新能力，让那些学有余力想尝试自己感兴趣的水文地质相关问题实验的学生到实验室进行创新实验，以激发其主动探索的热情。学生可以自己拟定题目，自己进行实验方案设计、实验过程实施、实验结果分析等。另外，可以鼓励学生参与大学生科技创新活动或参与教师科研项目，研究、开发一些新的实验项目等。

总之，根据以上所述实验教学内容，实验教师结合实际效果，修改实验教学大纲和实验指导书。

2．3 改革实验教学方法和手段

传统的水文地质学实验教学主要采用的是教师讲解和示范，学生按实验指导书的步骤机械地操作，缺乏思考，这样不但使学生对实验教学感到乏味，而且极大地束缚了学生创造性思维［12］，达不到实验教学的目的。为此，可以通过以下实验教学方法和手段进行改革。

（1）注重理论教学与实验教学的有机结合。由于实验课和理论课课时有限，要保证教学质量，二者要统筹安排，结合成一个整体。教师之间要相互配合，理论教师在讲到有关实验内容的理论知识时，可以给学生讲解一下，并让学生进行实验前的预习;实验教师在进行该实验内容时，可以通过提问和预习报告来了解学生对实验内容和课程内容的理解程度，进而有针对性地指导学生实验。这既可以节约时间，又能培养学生学习实验的兴趣。

（2）采用激励式教学方式，强调学生实验的主体性。通过课前预习，实验教师可以根据学生需要肯定的需求及时给予鼓励，在实验过程中，让学生自己动手按照实验方案进行实验的准备、实验的操作和实验完成后的扫尾工作等，教师只在具体过程中进行检查和指导，最后将结果在实验考核中加以评价，从而可以充分调动学生学习积极性和参与的主动性。

（3）采用因材施教的个性化教学方法。根据每个学生的实际状况，因材施教。教师可以提供不同类型的自选实验项目，让学生根据自己喜好和能力选择适当实验项目，在教师辅导下，学生自主完成方案设计、资料收集、实验过程、报告编写，其成果在实验考核中加以体现，达到激发学生个性潜质和创造力的目的。同时，可以将部分教师的有关水文地质学的科研课题带到实验室来做，使学生更多地了解最新的水文地质发展动态。挑选一些学有余力且对科研课题有兴趣的学生，让他们参与教师的科研工作，并给予及时的指导，使其进展顺利，保证其成就感，从而充分激发学生学习的兴趣并使其尽早地掌握科研业务工作技能。

（4）采用多媒体等现代化教学技术手段。目前，水文地质学实验教学主要以板书进行讲述，教学效果一般，故实验教师可以将实验教学内容制作成幻灯片，并在实验教学中加以应用。如在讲述河间地块地下水流运动时，地下水流向随着抽水井关闭和开启时水流运动变化过程就很难形象地讲述给学生，因此，教师可以将实验过程制作成动画再讲解实验原理、实验步骤等，这极大提高了实验教学效率，并能吸引学生学习的兴趣。

2．4 完善实验教学考核评价机制

考核就如一根指挥棒，学生往往根据实验课程考核方式来确定学习方式，传统的实验报告评价指标单一、死板，既不利于学生学习兴趣的激发［13］，也不利于学生对实验操作、实验过程等的重视。在当今新形势下，这种实验考核方式已经远远不能满足人才培养目标的需求。我们根据这几年实验教学经验以及借鉴国内外实验教学改革的成果，进一步完善了“实验过程考核与结果评价结合、注重实验过程考核;个人评价与团队考核融合，注重团队考核”的实验考核评价机制，鼓励学生在实验过程中学习。教师可以根据学生实验前的预习报告、实验过程中的仪器操作、实验完成后的数据处理以及实验成果报告分别给予评价，同时还要对学生设计的实验方案的可行性和实施性进行评价。另外，由于受到实验仪器设备的限制，学生实验几乎都是分组进行的，所以教师在考核中要着重考虑学生的协调和团队协作能力，培养学生团队合作意识，为以后的团队工作提供实践经验。

2．5 开放实验室

由于水文地质学实验内容改革途径是增加综合设计型和应用创新型实验，这就需要与之相应地开放水文地质学实验室。开放水文地质学实验室有利于充分利用实验室资源，是提高实验室资源利用率的主要方式。一方面，它给学生提供了较大的实验灵活性，充分发挥了学生学习的主动性和积极性，学生可以按照自己拟定的题目或参与各种科研项目，不断地进行各种实验，进而在实验过程中得到锻炼，有利于培养学生的创新能力和实践能力。另一方面，它也为教师进行科研创新提供了较好的实验平台，进而也提升了其科研水平，促进学科发展，同时也可以更好地指导学生，极大地提高了实验教学质量。