基于多学科融合的本科生水文地质实验创新能力培养研究

肖乐乐 牛超 聂文杰

摘 要：为响应国家提出的“培养与招生”联动机制，适应学校新制定的地质大类本科生培养方案，建设陕西省一流地质专业，深化改革实验教育，在水文地质学、地下水动力学、水力学、矿井水文地质学等多学科融合的过程中，进行地质大类本科生实验教学创新能力培养研究。通过水文地质与其他学科的交叉贯通及融合，扩展地质大类本科生学术视野，建立本科生相应专业的学术思维，激发地质大类本科生对相应方向水文地质问题的创新兴趣，培养本科生进行水文地质问题独立思考、解决的能力。该研究既有助于对地质大类招生与培养的联动机制的探索，又能推动学校地质学科进行陕西省一流专业的建设。

关键词：水文地质实验；本科生培养；地质大类专业；实验创新研究

中图分类号：C961 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）18-0048-03

Abstract： In response to linkage mechanism of "cultivate and enroll student" that put forward in China， to adapt to the new training program for undergraduates of geological large class， to construct the Shanxi Province first-class geology major， the Xi'an university of science and technology has deepen the experiment education reform， cultivated the experimental innovation ability in the fusion process of hydrogeology and groundwater dynamics， hydraulics， mine hydrogeology of multidisciplinary. Through the fusion between the hydrogeology and the other fields， their academic vision will be extended， corresponding professional academic thinking will be established， and interested in corresponding direction of hydrogeological problems of innovation stimulate the geological categories undergraduates， the ability of independent thinking and solving problem about hydrogeology will be cultivated. The study can help both explore the linkage mechanism of cultivate and enroll student for geological large class undergraduates， and promote the construction of first-class professional.

Keywords： hydrogeological experiment； cultivation of undergraduates； geological large class； experimental innovation research

引言

国家在2017年底提出了“推动高校形成就业与招生计划人才培养联动机制的指导意见”，意见指出，目前我国正在积极推进深化供给侧结构性改革，其决定性因素是“人才”，而培养人才就必须形成就业与招生计划、人才培养的联动机制，从转变本科生培养模式、提高专业建设质量，并建立、完善动态适应机制，将专业建设提升到学校的基础建设高度，将专业结构动态优化作为创新人才培养的保障，最终使人才培养目标与培养效果的达成度契合[1]。

以上意見的提出，与我校地质大类招生培养模式不谋而合。自2016年开始，我校将地质工程与资源勘查合并招生，该招生及培养制度既与社会需求密切联动，同时也建立了新型的人才培养模式，有助于扩展地质类本科生的专业视野，建立学生地质思维，提高学生对专业的热爱，是响应国家创新人才建设、一流专业建设的重要举措。

在地质大类招生与本科生培养过程中，水文地质学作为本科生课程体系中的支柱之一，其理论教学与实践教学直接关系本科生的培养质量。我校突出优势为煤炭类相关专业，在矿井突水灾害如此严重的形势下，煤矿安全、煤炭采矿、煤炭地质等专业作为陕西省一流专业，水文地质学作为研究方向的基础学科，若能够与其他地质类学科、采矿类学科相互融合，既符合地质大类招生的目的，又对煤矿水害治理具有重要的意义。矿井水害防治理论教学、实验教学是高度统一的，尤其实验教学更为重要。在实验教学中，若能够采用多学科融合、交叉等方式，必定能够对地质大类招生制度下的本科生培养形成互相支持，凸显煤炭地质优势特色专业，提升整个地质工程学科的创新水平[2-4]。

在实验教学中，采用地质、力学、采矿等多学科交叉、融合，为水文地质实验教学向矿井水害防治、保水采煤、水文地质勘察等本科教学创造良好的学术氛围，通过跨学科实验教学，引导本科学生在后续学习中主动与其他学院师生加强联系，发挥多学科融合、协同、交叉的作用，积极探索地质大类招生实验教学改革。

一、多学科融合水文地质实验平台的构建

多学科的交叉、融合对开阔学生专业视野，培养本科生地质思维，激发学生的专业兴趣具有积极作用。我学院自2016年开展了地质大类招生模式，地质大类招生就是为了突破专业壁垒，拓展学生发展方向。在推动招生、专业培养、就业相互协调的模式改革中，必须要协调、融合相关专业、交叉学科知识，建立相互联系知识点的理论教学模式，配套多因素的实验教学体系，形成地质大类本科教学特色培养机制[5]。

在以社会服务为最终目的形势下，多学科交叉、融合是大势所趋，特别是在借助优势学科学术水平、重点实验条件和装备技术条件下，通过一流学科融合和交叉，构建水文地质学科本科生教学实验平台，既能够为地质大类学生提供基础教学服务，同时也能够为其他学院相关研究方向的本科生提供开放实验服务，促进学校相关学院知识交流，推动跨专业、跨学科相关专业仪器的开发，探索大类招生综合培养模式[6-7]。

对于地质大类本科生的水文地质实验教学，既要保证传统优势煤田水文地质、工程水文地质教学，又要积极探索矿井水害防治、保水采煤等新学科及发展方向的探索教学。在进行多学科融合水文地质实验教学时，最为重要的是要理解地质大类本科培养的方向，统筹地质大类相关水文地质学的交叉学科，综合考虑研究方向需求；对现有实验仪器性能及操作步骤进行合理分析，针对地质大类招生进行适当的改造，在改造过程中要综合考虑研究方向需求，充分利用同一平台开展多学科实验，对多学科融合实验方案提供仪器支持；改革实验教学方法，由以往的引导式教学，向启发式教学转变，特别是对多学科交叉实验，通过启发学生多学科知识，激发本科生对知识点的兴趣，拓展学生专业视野。通过以上三个方式，构建多学科融合的水文地质实验平台，服务地质大类本科生的理论教学。

二、多学科融合水文地质实验的具体实施

多学科融合的水文地质实验重点要突出服务地质大类本科教学，同时要拓展本科生的地质视野、学术思维，发挥煤矿地质专业及学科的主体优势，做到水文地质实验覆盖全、扩展性高、融合性强的特点。在组织实施中，需要对以下几个方面进行重点考虑。

（一）开展地质大类专业方向统筹研究，探索多学科融合方式及途径

根据学院本科培养方案，地质大类专业后续将划分为四个方向，即工程地质方向，岩土钻掘方向、资源勘查方向、矿井水害防治方向。针对水文地质学科相关性，主要涉及水文地质学基础、水力学、地下水动力学、应力渗流耦合理论等学科或课程。通过与以上学科、课程专业老师探讨，建立多学科水文地质学实验的理论支持，进而进行学科融合，发挥各学科专任教师的优势，最终解决多学科融合实验的设计和实现。特别是地下水动力学和水力学对水文地质学实验具有很大的指导作用，三个课程均是相互贯穿融通的。

（二）厘清各课程体系中的主次关系，加强基础课程的实验教学研究

在水文地质学实验多学科融合教学过程中，必须对地质大类专业的课程体系进行划分，结合各课程涉及的水文地质实验，进行分类分析，对各学科、各课程的重点实验进行拆解，理清重复性、基础性实验，将各个实验进行排序，按照理论课程讲解进度、学科交叉程度进行实验安排。對水文地质实验中的基础实验，要加强与各个理论的支撑联系，对支撑理论和后续理论进行综合教学。在实验过程中，加强对本科生的指导，并与学生进行互动，对学生的操作过程进行引导提问，对涉及的多学科知识点进行考查。

（三）改革多学科融合水文地质实验的学生考查体系

在多学科融合水文地质实验教学中，本科生为主体地位，指导教师既要引导本科生，同时还要扩展学生的发散性思维，同时最终的考核仍需要教师进行评定。考核作为验证学生理解能力的一种指标，既要突出试验重点内容的考核，同时也应考虑交叉内容的更深层次考核。考核方式同样需要考虑多学科融合，从不同学科、专业方向出发考核相应知识点。以多学科交叉、融合角度，构建本科生水文地质实验考核指标，对各项指标进行层次分析以确定各自比重，最终获得学生的考核成绩。

三、多学科融合水文地质实验的主要内容

（一）多学科融合水文地质学实验安排

为适应地质大类本科专业后续研究方向的水文地质学实验，根据学院实验中心安排，主要分为三个实验方案，根据各自研究方向的培养课程体系，为本科生开展水文地质学实验课程。三个方案中，地质工程与岩土钻掘为一个方案，资源勘查为一个方案，矿井水害防治为一个方案。三个实验方案包含的内容不同，培养过程也不同，三个实验方案的具体实施为后续实验教学探索出了创新途径（图1）。

（二）多学科融合水文地质学实验实施步骤

1. 水文地质学多学科理论融合

在地质大类本科专业水文地质学实验之前，需要厘清水文地质学交叉学科。经过地质工程系与资源勘查系的教师沟通，需要确定水文地质学的研究方向。将不同方向涉及的水文地质学相关理论进行整理，提炼基础理论，以达到理论的融合。以工程地质与矿井水害防治两个研究方向为例，涉及两者的同一理论有“太沙基有效应力原理”，工程地质重点是研究地下水位与岩土颗粒有效应力的影响作用，而矿井水害防治则研究承压水释水机理与潜水给水机理的不同，两者在水文地质实验时侧重的方向就不同，实验过程及实验手段不一样；例如地下水动力学与水文地质学基础，涉及两者的同一理论有“流网的性质”，地下水动力学强调的是流网的性质的“数学推导”，而水文地质学强调的是流网的信手绘制及水文地质分析，但在水文地质实验需要通过测量水位来绘制流网，并利用观测井分析不同位置水位的异同。

2. 水文地质学多学科实践融合

在理论融合的前提下，最为重要的是多学科在水文地质学实验中实践的融合，即多学科融合后对水文地质实验的引导及实验实现。融合实践比理论融合更难实现，因此在指导学生进行实验之前，必须对实验设备进行相应的改造，达到融合的实现。以潜水运动为例，水文地质学与地下水动力学涉及的重点有两个，水文地质学基础重点在潜水水位分布，地下水动力学重点在潜水向井中的运动。这两者体现在具体实验中，可共用潜水模拟装置。但由于两个课程涉及的实验内容不同，因此必须要对潜水模拟装置进行合理的改造，加密水位观测装置（液压排）、增加大气降雨补给、在原有仪器箱体中部设置抽水井。

3. 水文地质学多学科融合教学的考核

考核是多学科融合的水文地质实验教学效果优劣的检验效果，但在构建考核体系时就应该将多学科考虑进去，而不是将实验报告成绩作为考核的唯一指标。因此，在多学科融合过程中，建议采用理论教师与实验指导教师组织多次联合教学，挖掘多学科契合度，推动实验在教学过程中的扩展性。以承压水流动为例，承压含水层水在流动过程中不同含水层厚度下的水头落差不同，即厚层部位、薄层部位的水头损失不同，虽然在承压水流动实验中不涉及水力学的知识（即伯努利方程、雷诺方程的验证及水头损失的分类），但在进行承压水实验时，该现象非常明显，因此必须引入水力学的理论，以达到多学科理论知识、实践操作、专业扩展的目的。

四、结束语

在地质大类招生及专业培养的大形势下，通过多学科融合、交叉教学，厘清不同专业、研究方向、课程之间的通用理论，并在实验实践中进行体现，不但为地质大类学生水文地质学视野扩展提供了理论与实践结合的机会，也促进了学生对地质专业的认识，也实现了其他专业的实验资源共享，为大类专业本科生培养及时提供了借鉴。

参考文献：

[1]张建良，卢慧芬，赵建勇，等.基于学科交叉融合的创新性实验平台建设[J].实验室研究与探索，2018，37（1）：173-176.

[2]王晓岗，赵超，许新华，等.分层次、跨学科开放实验教学实践[J].实验室研究与探索，2013，32（9）：160-163.

[3]何岩.多学科交叉融合的综合性设计类专业教学模式探讨[J].读与写杂志，2018，15（6）：33-33.

[4]韩秀友，赵明山，谷一英，等.光学工程与多学科交叉的研究生创新能力培养研究[J].实验室科学，2015，18（4）：5-9.

[5]肖定邦，辛华，吴学忠，等.交叉学科研究生课程教学的探索与实践[J].高等教育研究学报，2012，35（3）：115-117.

[6]赵小二，常勇，彭伏，等.水箱-管道系统溶质运移实验研究及其岩溶水文地质意义[J].吉林大学学报（地球科学版），2017，47（4）：1219-1228.

[7]饶碧玉，刘艳慧，陆志炳，等.新工科理念下城乡建设多学科交叉融合人才培养模式构建[J].云南农业大学学报（社会科学版），2018，12（3）：103-107.