“新工科”建设背景下地下水科学与工程专业工程案例教学的思考

陈盟 闫志为 陈余道 程亚平 李亮

摘 要 工程素养和综合分析、解决工程问题的能力培养是现代工程教育本质及特征的体现。培养工程技术应用型人才和服务于地方是“新工科”建设背景下地方高校扮演的主要角色，而本科教学改革强化工程素养培养是地方高校回应社会工程人才需求的有效措施。本文结合地下水科学与工程专业的《水工环工程实例》课程教学，从课程特点和课程体系建设探讨了工程实例案例教学在工程教育的应用，分析了课程教学在工程素养培养中的作用，论述了工程案例教学的实例选择、案例教学实施过程等，归纳了案例教学过程的主要问题和保障措施。

关键词 案例教学 工程素养 水工环工程实例 地下水科学与工程 新工科

中图分类号：G642文献标识码：A

0引言

桂林理工大学地下水科学与工程专业前身是1981年开始面向全国招生的水文地质工程地质专业，在1998年教育部取消水文地质工程地质专业之后曾作为勘查技术与工程专业、环境工程专业和水文与水资源工程专业的一个方向招生。2013年，我校在《普通高等学校本科专业目录（2012年）》引导下设立了地下水科学与工程专业，2014年开始面向全国招生。2015年，与水文与水资源工程专业（1999年设立）一起按水利工程大类招生，第二学年结束时学生进行专业选择。我校地下水科学与工程专业虽几易其名，但一直保持了水文地质工程地质专业的办学模式，秉承水文地质、工程地质和环境地质“不分家”的办学特色，着力培养能够在全国范围内尤其在南方岩溶区从事水文地质、工程地质和环境地质领域（通称“水工环”）的应用型工程技术本科人才，专业定位坚持以服务地方经济社会发展需要为导向，紧紧围绕西部大开发、北部湾开放开发以及桂林国际旅游胜地建设的国家战略，特别是广西“14+10”千亿元产业集群发展目标以及工业化、城镇化发展需求。此外，我们还结合广西乃至西南地区岩溶区分布广泛的特点，强调岩溶学理论和应用的教学。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了“高等工程教育发展战略研讨会”上达成共识也指出“地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用”和“新工科建设需要加强研究和实践”。因此，我校地下水科学与工程专业是适应和服务区域经济与科技发展的迫切需求而设立的，为广西经济发展提供稳定而优秀的“水工环”应用型高级专门人才队伍。

地下水科学与工程专业属地质学下特设专业，与生产实践联系紧密，学生的培养既需要其掌握扎实的专业理论知识，又要具备较强的解决实际工程问题的工作能力。但就目前教学环境和培养条件下，教学过程及学生培养过程中学生的参与面有一定的局限，在培养学生的工程素养、专业素养及综合分析的能力方面总体欠缺，造成解决复杂工程问题的能力不足。因此，针对“新工科”和广西区的发展需求，对地下水科学与工程专业的培养方案进行了新一轮的修订，新开设了一门《水工环工程实例》的课程，旨在结合水文地质、工程地质和环境地质的工程典型案例培養学生进行分析、讨论，引导和启发学生运用专业基础知识，理解、分析和解决实际工程问题的能力。工程实例课程既区别于理论教学，又区别于实践教学，过于偏重理论教学时，则可能陷于枯燥的灌输式教学，而过于偏重实践教学时，则可能导致学生云里雾里，对本专业工程实践问题的解决、工作内容、方法和过程等缺乏经验甚至工程开展步骤不甚明了，陷于思维混乱。因此，工程实例课程的教学方法和教学过程应为两种教学方式的有机结合。

1工程案例课程教学体系构建

1.1工程案例选择

工程案例的选择与编写需符合课程教学目标和教学内容，加深学生对专业知识的理解，提高学生对知识点运用能力。在案例选择和编写过程中，要有代表性，充分代表核心知识点，且能体现专业方向特色，以水文地质调查为例，根据不同的服务对象，如水文地质区域调查、地下水资源调查与评价、地下水环境影响评价等，结合行业调查规范，围绕不同的关键问题展开对案例的介绍、分析和讨论;地质问题是复杂多变的，造成其问题出现的原因也非单一和一成不变的，因此在授课内容具体化的同时，需要强调思考问题的思维启发，培养学生的发散性思维，在分析和讨论过程中，需打破学生对地质问题的唯一标准答案的认识，引导和强调对地质问题的对比分析，建立严谨和循序渐进的逻辑思维能力。

1.2工程案例教学实施过程

1.2.1课堂知识授课

该部分课堂知识是指服务于工程问题所涉及的专业知识与行业规范，是工程实例分析与讨论的知识储备。我们仍以水文地质调查为例，其授课内容可以包括工作内容、工作方法、资料整理及工作成果等几个部分。以上授课内容部分需依照工程类型和内容依序展开工作步骤：接受调查工作任务根据不同的地质背景、工作目的及类型，分析相关资料、现场踏勘，编写工作设计书选择适用的行业规范和恰当的工作手段进行野外调查工作最后成果编写与图件编制。授课内容并依据上述工作步骤展开相关知识与内容，培养学生展开工程工作安排步骤的逻辑思维能力。

1.2.2案例分析与讨论

案例分析与讨论环节是工程实例教学的中心环节，梳理课堂知识授课内容的知识点，进行模块化，在教师引导下，以学生为主体，以小组讨论为主要方式，结合模块需求选择典型案例，以实际案例的具体工程问题为出发点，在工程案例的工程背景、工程目的及要求、基础材料及数据已知或限定在某一范围内的基础上建立起各知识点与案例的对应关系，展开分析与讨论。在分析过程中要求学生明确分工，合理安排工作步骤，制订工作计划，圈画工作难点与重点，然后展开各小组间的交流与讨论。分析和讨论的具体工程问题案例可预先告知学生，使学生具有一定的思考和准备时间，完成以上内容，让学生在此过程中形成自己的观点和认识，就不同观点进行小组讨论或小组间辩论，在此过程中，教师需要引导学生阅读案例背景和资料数据，并充分调动学生积极性，扩大学生中分析和讨论过程中参与面，实时把握案例等重点、难点问题，在解决问题思路导向与方法工具选择上提供支持。这样，学生既学到正确看待和解决工程问题的思路与方法，又培养了逻辑思维能力和团队合作意识。

案例讨论与分析亦可在课堂教学过程中以小知识点或小案例的形式穿插进行，在课堂知识点授课完成以后，利用5～10分钟时间，就某一知识点或工程问题现象进行完整介绍，案例选择与课程授课内容应紧密结合，让学生运用课堂所学知识对某一知识点或工程问题现象进行论述分析，逐步讲述本次课程的理论知识点，加深学生对该知识点的认识深度，以求掌握及灵活运用。

1.2.3案例总结与评价

案例总结与评价环节是案例分析与讨论环节的概括与提高，每个小组选出一名代表对工程案例的主旨、讨论过程中组员的主要观点等进行归纳总结，以成果汇报的形式展示出来，在此过程中，学生再次梳理了知识体系，完善了学习方法和思维模式，也为日后的学习和工作奠定了基础。教师则需要归纳和总结工程案例中所包含的知识点，并针对学生的任务完成度、参与度、知识和方法的运用是否恰当、逻辑思路是否正确等进行全方位的总结和评价，促使学生在分析和讨论后二次提高，进一步的学习和掌握正确分析和处理该类工程问题的思路和方法。另外，教师需总结、积累经验，提高教学效果，促进学科发展。

1.2.4课程考核环节

《水工环工程案例》课程考核以考查为主，考查题目的出题模式结合“工程情境化”的形式来出题，给出几个不同类型的典型工程案例，或就某一实时的“水工环”灾害事件（如2018年6月10日的贵南客专朝阳隧道的突泥突水事件、某场区专项水文地质调查或某项目工程地质勘察等），结合课程所学的知识，利用相关规范、参考书，参考课程过程中分享的典型案例，编制一个勘察方案设计或专项工作方案。

2存在问题及分析

（1）课程需进一步融入新理论、新技术、新方法，结合最新行业规范、规程和标准等更新和补充知识要点。“水工环”工程项目是解决各种地质工程问题，专业相关教材的授课内容及知识点往往具有一定滞后性，而勘察技术、工艺发展迅速，相关的地质行业规范、标准也在不断更新和完善，授课过程需紧密结合行业发展动态、技术创新等内容。如近两年新修订的《水文地质调查规范（1：50000）》（DZ/T 0282-2015）及《水文地质调查（1：50000）编图规范》、《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）、《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2017）、《煤矿防治水细则》（煤安监调查〔2018〕14号）等规范、规程和标准中的相关条文需要在课件、讲义、案例编写中及时进行体现和补充。

（2）教师的合理引导是工程案例教学是否顺利展开的关键因素。工程案例課程教学必须以教师引导为前提，因此，教师在课程教学过程中应当设定计划，包括知识点的提出、方法运用评价、学生讨论环节的实时掌控等，设定一定的时间和时机节点，在可控的程度和范围内进行引导，保证授课各环节的顺利进行。

（3）任课教师的工程素养是决定工程教学效果的关键因素。教师还应尽可能多地参加相关生产和科研实践，提高自身专业素质和教学水平。围绕人才培养为发展服务的目标，培养具有工程实践能力的创新人才，任课教师应当把握机会，利用多途径资源，提升工程实践机会和能力，丰富工程实践经历，提高实践教学能力。另外，任课老师应当积极开展科研工作，提高对本学科的知识深度和广度认识，向学生全方位的展现科研内容、科研手段和科研成果，促进教学质量，真正贯彻“以科研促教学”的教学理念，满足和契合“新工科”建设要求的“加强研究和实践”的共识内容。

3展望

水资源短缺和环境恶化是21世纪人类面临的两个重大问题。地下水科学与工程学科已是当前社会发展和环境保护的重要学科，也是传统水文地质学在新时期的延续，地下水资源的可持续发展、地下水污染控制与恢复治理、地下水模拟等研究课题是当前地下水科学与工程学科研究等热点，又与“矿业、地质、测绘类”，“环境、化学类”，“土木、建筑、水利、海洋类”等“新工科”项目群多有交叉，对地下水科学与工程学科的建设提出了新的要求，亦对学科发展增加了新的推动力。此外，学生的学习兴趣、基础理论知识掌握与综合运用、工程实践能力等在《水工环工程实例》课程中均能得到很好的训练与培养，学生的工程素养和综合解决地质问题的能力也进一步的得到锻炼，将在日后的社会工作和科学研究中扮演重要角色。

参考文献

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