地下水水文学课程基础概念的课堂微实践模式初探与效果评价

鲁程鹏 姜果 王万杰 刘波 束龙仓 温忠辉

摘 要：理论联系实际是地下水学科的基本方法论。加强实践教学环节是提高教学效果、培养学生能力的一个重要方面。提出在课堂教学开展“微实践”教学环节，并结合多年的教学经历，对比分析了“微实践”的教学效果，提出师生互动、实例教学和能力培养三个方面值得教学工作者进一步思考和提高。

关键词：微实践；师生互动；实例教学；能力培养

由于学科历史沿革不同，目前国内的地下水科学有许多分支，其中属于地质科学分支的有水文地质学、专门水文地质学以及地下水勘测类的科学；属于水文科学分支的有地下水水文学，水资源评价、规划和管理类的科学；地下水动力学以及渗流理论及其应用类的学科可以划归流体力学的范畴。我国地下水水文学、水文地质学在历代科研人员的共同努力下，已经取得了长足的发展，在理论研究和工作方法方面已大大缩短了和世界先进水平的差距，并接近世界先进水平。

地下水水文学是水文与水资源工程专业的必修课程和地下水方向的核心课程。课程主要的教学任务是培养学生从水文循环的基本原理出发，在完整的水循环体系内了解地下水的形成、储存、运动、补给、排泄等特征的变化规律，并使学生初步掌握地下水动态长期观测资料整理与分析的基本方法、野外实验设计与实验资料整理与分析的基本方法、水量平衡原理及其应用步骤、地下水资源评价的基本方法和水量平衡的基本分析方法，运动数理统计的方法，通过站网观测资料和实验资料来了解地下水动态，并作出地下水资源的初步评价。

由于地下水科学研究对象的特殊性，决定了野外实践是其基本工作方法。因此，野外实践是相关专业人才培养中的重要教学环节。从现阶段已有的水文学与水资源工程专业的培养方案来看，地下水相关的教学实践环节显然是不充分的。本文提出在水文学与水资源工程专业培养方案稳定不变的前提下，结合地下水科学的实际特点，提出在课堂教学开展“微实践”的教学手段，并且结合个人教学经历，开展试验性教学改革，分析了此次微实践教学改革的效果，并对微实践今后发展的方向提出了一些个人的看法。

一、微实践环节教学方案设计

传统高等教育培养人才的主要模式是课堂理论教学。“水文水资源”课程教学模式仍然采用传统的教学模式，即单向灌输。教材过分强调系统完整的知识体系，偏重于培养学生的理论素养和知识水平。应对传统教学理念与不断发展的教学群体，譬如，多媒体手段等新兴的教学手段逐渐成为授课教师关注的对象，并且得到了诸多有益的尝试。然而实践教学是水文与水资源工程专业人才培养的重要环节，在提高人才培养质量方面具有重要作用。作者提出可以在维持现有教学方案的前提下，适当增加课堂微实践的内容，弥补以往地下水教学过程中理论有余、实践不足的现状。

地下水水文学的基本概念与原理，从字面上理解并不困难，但是想要掌握并灵活运用，却并不容易。这里主要原因之一就是初学者缺乏地下水感性认识，同时地下水科学具有综合性，只有结合具体问题分析才能理解并掌握。地下水水文学课程中适宜于进行课堂实践教学的环节有水文地质特性实验、地下水渗流规律实验以及潜水与承压水的补给、径流与排泄模拟实验。除此之外，包括抽水实验等的水文地质实验虽然也是地下水水文学教学中的重难点，但是在室内模拟实验的难度较大，因此，本次微实践环节对此知识点不予考虑。

本次微实践教学方案基于水文地质学基础和地下水动力学基本原理的课内实践内容，具体包括：（1）水文地质性质认知实践；（2）地下水渗流规律演示实践；（3）潜水与承压水的运动模拟实践。共计三次实验活动。微实践课程目标：增强学生对含水介质水理特性的感性认识，掌握地下水运动的基本规律，能够较好地识记不同类型的地下水补给、径流与排泄的基本特征，培养学生理论联系实践的基本科研素养，并且训练学生基本的动手实践与计算分析能力，能够独立解决地下水水文学的基础工程问题。

本次课程微实践结合本人教学经历，在讲授相关理论知识后，使用一定的课堂时间开展相关内容的演示与学生动手实践。单次微实践控制在一个课时之内，总计三次。为了准确评估教学效果，采用学生自愿报名的方式。本次教学对象共计本科生147人，其中57人报名参加微实践环节。

二、实施效果对比分析

根据参与微实践环节与否，将授课学生分为两组（实验组和普通组）。下面按照出勤情况（非实践环节的课堂出勤情况）和课程总评分结果来对比微实践教学效果。两组学生的出勤结果见下表。整个课程教学期间，除去微实践环节，共计以课堂作业、提问、点名等形式考察出勤情况4次，共计588人次。其中实到人次532人次，出勤率为90.48%。对比实验组与普通组的出勤结果可知实验组同学的总体出勤率和方差均要优于普通组。

下图所示为两组同学的课程总评分分布情况（上图为实验组，下图为普通组）。实验组同学平均分为88.45（100分制），标准偏差为7.433。普通组的平均分为83.13，较实验组低5.32分；标准偏差为14.14，比实验组的标准偏差高出90.23%。从直方图分布来看，实验组的同学总评分更加集中，异常值（极小值）较少，而普通组的同学总评分中尽管也有部分同学取得了优秀的总评成绩，但是仍有部分同学考核成绩不理想。

通过出勤情况和课程总评情况来看，实验组的同学普遍具有更高的参与课程的积极性，课程主要内容的掌握情况也要高于普通组的同学。这里排除学生自愿参与的主观筛选因素外，课程微实践的主要教学效果可以体现在以下几个方面：学生可以在感性认识上增加对地下水基本知识的掌握，并且有利于提高学生利用地下水原理解决实际问题的能力，同时通过这些实际能力的掌握与增强，可以进一步增强学生对地下水课程的兴趣，提高自主学习的积极性。

三、微实践环节的发展前景

在教学理念的传承和发展过程中，地下水水文学（水文地质学）课程向来是秉承以学生为本、实验室与现场并重，突出能力考察的教学模式。目前纵观国内高校相关专业及课程现状，都是课堂教学远远多于实践教学。这往往是由于培养方案和培养经费等多方面的因素限制。随着信息化社会的快速发展，“微”字已经体现在我们生活学习的各个方面。通过我们开展的课程微实践活动，表明在不显著增加教学时间和经费的条件下，微实践可以有效提高教学效果。通过本次改革，作者对地下水课程课堂微实践的发展方向和注意要点做了初步的总结。

1.微实践中做到师生互动

传统的实践教学方式通常是“老师讲实验，学生照着做”。在时间较短的微实践环节中，更加要打破这种传统乏味的单一模式。教师可以事先把实验任务布置给学生，在微实践环节中用较少的时间进行纲要性地演示。把剩余的时间留给学生，各个实验小组根据实验指导书，研究和解决在实验过程中出现的各种问题。教师对各组进行提问和点评，让学生带着压力去实验，有利于提高学生的实验能力，培养他们的创新精神和意识，尽量多给学生留下思考的时间和动手机会。

2.微实践中强调实例教学

在地下水水文学课程原有的教学模式中，教师按照教学大纲，将规定内容传授给学生，尤其是注重基础理论、基础知识的传授。经常有学生会问：老师，这个理论在今后的工作中如何应用？对于科研工作经验丰富的优秀教师或许可以轻松解决学生此类的疑问。而对于多数年轻教师，要想圆满地解决学生的疑惑还是存在一定的困难。在微实践环节，学生更加直接地面对地下水问题，那么如何将室内模拟模型中的地下水文过程与实际问题相结合，是教师必须事先做好功课的内容。而且教师在微实践环节将实验与实际问题的内在关联解答清楚，也是提高教学效果的重要手段。最为重要的是学生可以提出自己对实际问题的看法，而学生的这些看法可能就会给教师带来教学的灵感，从而使教师自身水平得到提高，以达到“教学相长”的效果。

3.微实践中重视能力的培养

理论联系实践是地下水研究中的重要方法论。实践环节丰富了学生的感性认识，然后更重要的是要培养学生能够在对水文现象感性认识上进行整理、归纳、总结和概括。因此，实践环节虽然有助于学生对抽象概念的掌握及理解，但这一点也不能被滥用，否则就会影响学生抽象思维能力的培养。实践教学不仅在于验证书本知识和巩固理论知识，而且要更加重视引导学生探讨学科理论的形成与发展。这是与学科理论形成过程相反的过程。在实践教学过程中可以针对不同的地下水现象作为知识兴趣点提出问题，培养学生独立思考问题的能力和团队协作精神。从这一角度来看，微实践教学环节应该重视从单一方法的培养到方法综合运用培养的高级阶段，也即是科研能力培养阶段。

创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。寻求在体制范围内的微创新、微实践是教育事业改革的新方向。本文以地下水水文学现状教学体系为出发点，提出在不改变原有教学大纲、教学目标的前提下，引入若干次体量小、灵活性强的微实践活动。通过教学实践对比分析，表明微实践对于增强学生学习积极性，提升理论知识掌握程度具有显著的效果。

本次研究仅是作者结合自身教学科研领域做的微小尝试，其中不乏许多不足之处。作者对于微实践教学环节中的师生互动、实例教学和能力培养方面的认识都还不够深入。微实践作为解决信息化时代知识爆炸这一问题的有益解决方案，值得更多的教育工作者思考和尝试。

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作者简介：鲁程鹏，男，1984年1月2日出生，安徽肥东人，博士，副教授，目前在河海大学从事水文水资源专业的教学科研工作。

编辑 温雪莲