地质学专业“水文地质学基础”课程教学探索与实践

姜春露 郑刘根 程桦 向必伟

[摘 要]“水文地质学基础”是与地下水有关的学科专业的重要基础课，课程内容丰富，基础理论性强。以安徽大学地质学专业为例，对“水文地质学基础”课程两年来的探索和实践进行总结，包括优秀教材的对比选择、四位一体的教学手段、任课教师的团队化、考核方式多样化等。通过上述内容的总结，可为以后的教学工作提供借鉴和指导，并且可供相关院校同类专业教师进行交流探讨。

[关键词]地质学专业 水文地质学基础 教学探索

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）11-0146-03

一、引言

“水文地质学基础”是水文与水资源工程、地下水科学与工程本科专业的一门重要主干基础专业课程，同时也是地质工程、勘查技术与工程等工科专业的重要基础课程，但国内理科地质学专业开设该课程的高校较少。

安徽大学立足安徽，服务区域经济社会发展，在环境科学与工程、生态学、地理信息科学等相关专业基础上，于2011年开设地质学专业。在我校地质学本科人才培养方案中，“水文地质学基础”作为专业基础课程开设，以培养学生具有地下水方面的知识和意识。本文就两年来我校地质学专业“水文地质学基础”课程教学过程中的探索和实践进行归纳和总结，以便更好的指导今后的教学工作。

二、教学探索与实践

（一）使用教材优中选优

在教学活动和教学改革中，教材占有重要的地位，是提高教学质量的重要保证。一本好的教材不仅要内容丰富、知识点全面，更要通俗易懂、深入浅出，使学生容易接受，而且要反映学科最近进展。[2]因此，需精心挑选教材。

目前，国内水文地质学基础方面的教材主要有以下几本。①张人权等编著，地质出版社出版的《水文地质学基础》（第六版，2011年），该书是在我国水文地质学重要奠基人王大纯先生主编的《水文地质学基础》（前5版）基础上修订出版，是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。[1]②崔可锐主编，合肥工业大学出版社出版的《水文地质学基础》（2010年），该书是安徽省高等教育岩土工程和工程地质专业系列规划教材。[3]③陈南祥主编，中国水利水电出版社出版的《水文地质学》（2008年），该书是普通高等教育“十一五”规划教材。[4]④肖长来等编著，清华大学出版社出版的《水文地质学》（2010年）。[5]⑤高宗军等编著，中国矿业大学出版社出版的《水文地质学》（2011年），该书是普通高等教育“十二五”规划教材。[6]③④⑤三本教材针对非水文地质专业方向，不仅包含“水文地质学基础”课程的相关内容，还包括地下水运动、水文地质参数计算、水文地质勘察、地下水资源评价等内容。

考虑到：①我校地质学专业有地下水动力学、专门水文地质学等后续选修课程，因此在基础课程教学中宜使用《水文地质学基础》教材。②调研发现，国内多数高校在水文地质学入门课程使用张人权等编著的《水文地质学基础》教材。该书着重阐明水文地质学的基本概念、基本原理及基本分析方法，广泛吸收国内外最新研究成果，深入探讨地下水资源及地下含水系统概念，引入地下水流系统理论，强调与地下水有关的生态环境问题。[1]因此，我们选用该书作为我校地质学专业本科教材。实践表明，选用该教材是合适的，学生普遍反映该教材通俗易懂，概念清晰，内容丰富且新颖。

（二）教学手段四位一体

心理学研究表明，人通过不同器官获取知识的能力不一样。通过听觉获得的知识一般能记住15%，通过视觉获得的知识能记住25%，同时使用这两种器官能记住获得知识的65%，在交流过程中对自己所说的内容能记住70%。而且，人通过不同媒介认识事物所需的时间也不同，通过实物、图形图像认识事物所需时间最短，通过语言描述认识事物的时间约是上述的2倍。[7]基于这一认识，本门课程采用课堂讲授、随堂讨论与练习、实验实习、上机操作等四位一体式教学手段，以增加知识的保持度，同时缩短学生对新事物认识所需时间。

1.课堂讲授

随着计算机技术的快速发展，多媒体技术已经被广泛地运用到该课程的教学中。[8]因此，课堂讲授主要采用现代化的多媒体数字课件，辅以板书。本门课程的多媒体课件图文并茂，文字简洁精炼，图片（照片）经典丰富，不但配有水文循环、潜水承压水示意图等经典图片（彩色），而且还有黏性土的微观扫描电镜照片、淮南地区猴家山组灰岩（含裂隙）、巢湖地区南陵湖组板状灰岩照片（含裂隙）等任课教师科研中积累的照片及我校学生实习照片，全部课件有照片近200张。给文字、图片配以教师讲解，使讲授内容既丰富多样，又提高了学生的兴趣，吸引了学生的注意力。

2.随堂讨论与练习

随堂讨论与练习主要是为了给予学生思考、联想、创新的启迪，以及调动学生情绪，活跃课堂气氛。在详细了解学生以往所学过的地质学基础课的基础上，教师以实际问题为例，以启发式的方法引导学生根据已有的知识来理解新的概念和专业术语。通过教师和学生互提问题，大家共同讨论的方式，使同学们试图为解决该问题提供思路以加深对概念的理解，而不只是对书本上的知识死记硬背。

比如在地下水运动的基本规律这一部分内容讲授完之后，把学生分成10个小组，随堂讨论达西公式的应用条件、岩土介质渗透系数的测试方法等问题;并进行8个题目的练习，涉及实际流速与渗透流速的关系、地下水流向的判断、水力梯度与单宽流量的计算、地下水水位线的绘制等达西定律的理解与应用问题。通过讨论和练习，增加了学生对达西定律的认识和理解，并提出一些岩土介质渗透系数测试有意义的想法，更重要的是创造了一个轻松愉快的学习氛围。

3.实验实习

由于初学者缺乏对地下水的感性认识，同时，地下水科学具有综合性，只有结合具体问题进行分析才能掌握理解。因此，实验和实习显得尤为重要，通过该环节的训练，有利于提高学生分析和解决问题的能力，有利于培养学生的创新思维。[9]

我校根据中国地质大学（武汉）等知名高校教学实验情况，从上海江科实验设备有限公司定制水文地质实验仪器28台，开设了雷诺实验、孔隙与水、达西渗流实验、砂土中水的毛细运动、潜水模拟演示、承压水模拟演示共6个实验，进行编制潜水等水位线图、达西定律的物理实质及其应用、地下水化学成分形成作用实例分析、读水文地质图等4个实习。

通过开设的实验实习项目，促进了学生创新精神和实践能力的培养，强化了学生对基本知识的掌握和基本技能的训练，提高了我校复合型和应用型高素质人才的培养质量。

4.上机操作

数值模拟可视化是新兴发展的计算机技术，以实时动态模拟可视化教学手段将抽象的公式和概念表达具体化和形象化，以加强学生对计算模拟结果的感官认识，加深对知识的理解，从而提高学生的动手实践能力，提高教学效果。[10] [11]

使用GMS软件，对学生进行了4个学时的上机操作训练，采用直接建模法演练了有降雨入渗、河流排泄、人工取水等条件下的地下水流问题。多数学生在练习之后的报告中直接谈到“通过上机模拟，直观地观察到地下水的运动状态，同时，也将该课程的基础理论与现代技术相结合，把研究问题可视化的呈现在我们面前”。

（三）任课教师团队化

在教学过程中，组建教学科研团队，将“一课一人上”变为“一课多人上”的教学模式，每个教师发挥自己科研领域的独特优势，将精力集中于自己擅长的一个或几个部分，相比传统教学模式，学生可领略不同教师的不同教学风格，丰富模块的知识结构。

同时，任课教师把各自近几年相关科研成果实施到教学工作中来，提前让学生接触科研，打破他们对于科研的“敬畏”，并组建创新团队，对他们的新想法进行创新实验。比如，2013级地质学5位学生在进行砂土中水的毛细运动实验之后，积极思考，主动查找文献，设计并进行了粉煤灰及其改良砂质土壤的毛细上升试验，获取了粉煤灰中毛细水上升规律和过程。

（四）考核方式多样化

在课程教学中，考核方式具备检验和激励双重功能。一方面要全面、客观、公平的检验学生学习情况，另一方面要充分利用它的激励功能，特别是在课外拓展学习中的激励性。在该课程的考核方式中，细化考核因子，采用三级指标体系（图1）进行考核。

图1   考核指标体系及权重

1.增加平时考核的适用性

平时成绩是考核学生学习知识的重要方面，要客观公平、全面，且要有实际可操作性。具体做法是把平时成绩分成三个部分，包括出勤率（30%）、课堂知识回顾与提问以及小组讨论情况（30%）、课后作业练习及文献阅读等（40%）。这种平时成绩考核方式，不仅仅是要学生来到课堂，更重要的是激发学生自主思考，使学生由原来的被动“接受性”学习变为主动的“发现性”学习或“探究性”学习，从而真正成为学习的主体。

2.提高试卷考核的开放性

“水文地质学基础”这门课程注重基本概念、基本原理的教学，但试卷考核题型应避免让学生“死记硬背”，避免出现试卷分数很高，但只记住概念，不理解概念的现象，要提高试卷考核的开放性，把基本概念的考核融入图件的绘制、实际问题的分析中。

比如，在考查含水层、隔水层、潜水、承压水等基本概念时，比较简单的做法是以名词解释或简答题来考查学生。笔者考查的题型则是绘图分析题，具体题目是“绘制一水文地质剖面图，使之反映并表示出含水层、隔水层、潜水、承压水、上层滞水，潜水含水层厚度、潜水埋深、承压高度、承压含水层厚度，以及潜水位、测压水位。”该题型具有以下几个特点：①既考查基本概念，又灵活开放，重点是考查学生对基本概念的理解，而不是简单的背记概念;②综合程度较高，该题目把地下水赋存的基本知识点包括在内，而且构成一个有机的整体，增加学生对地下含水系统概念的理解，而不是基本概念简单机械的叠加;③该题目外延要求较高，而不但要求学生掌握地下水赋存的基本概念，而且要求学生对水文地质剖面图的绘制有一定掌握，从另一个方面加强了学生的基本能力锻炼，这在平时练习中也是重点锻炼的。

三、结束语

通过优秀教材的比选，课堂讲授、随堂讨论与练习、实验实习、上机操作四位一体教学手段的构建，一课多人上的教学团队化建设，三级考核指标的细化等措施的探索与实践，有效提高了地质学专业“水文地质学基础”课程的教学质量，为今后教学质量的进一步提高打下基础，也为其他课程教学模式的探索提供了参考借鉴。

[ 注 释 ]

[1] 张人权，梁杏，靳孟贵，等.水文地质学基础（第六版）[M].北京：地质出版社，2011.

[2] 杨治东.对高校优秀教材研发要素的思考[J].教育探索，2013（10）：19-20.

[3] 崔可锐，赵川，查甫生，等.水文地质学基础[M].合肥：合肥工业大学出版社，2011.

[4] 陈南祥.水文地质学[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[5] 肖长来，梁秀娟，王彪.水文地质学[M].北京：清华大学出版社，2010.

[6] 高宗军，魏久传，王敏.水文地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.

[7] 徐慧，章国安，严燕.现代化教学手段下教学模式研究[J].南通大学学报（教育科学版），2005（1）：77-80.

[8] 郭会荣，梁杏，孙蓉琳，等.《水文地质学基础》课程多媒体教学改革与实践[J].湖南环境生物职业技术学院学报，2007（4）：74-77.

[9] 梁杏，郭会荣.水文地质学基础实验实习教程[M].北京：地质出版社，2009.

[10]  夏源，刘汉乐，陈余道.地下水数值模拟的本科教学改革探讨[J].当代教育理论与实践，2012（4）：93-94.

[11]  施小清，吴剑锋.“水文地质学基础”课程的数值模拟可视化教学探讨[M].中国地质教育，2014（4）：75-79.

[责任编辑：钟 岚]