羅建男 辛欣

摘要：自“新工科”提出以來，引起了高等教育界的廣泛重視。作為傳統(tǒng)工科地下水科學與工程及水文與水資源工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，《地下水動力學》課程急需做出改革，以適應新工科的要求。該文從《地下水動力學》的課程特點出發(fā)，針對教育部提出的新工科理念，結合多年的教學經驗，對《地下水動力學》課程教學中存在的問題進行深入分析。針對課程教學中所存在的問題，提出了優(yōu)化教學內容、豐富教學手段、創(chuàng)新教學環(huán)節(jié)、優(yōu)化考核方式等具體的教學改革的具體措施，力圖提高《地下水動力學》的教學效果，提高學生的工程實踐能力。

關鍵詞：地下水動力學新工科教學改革教學內容教學手段

中圖分類號：G642文獻標識碼：A??????? 文章編號：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

Teaching Reform of Groundwater Dynamics Course Based on New? Engineering Education Concept

LUO Jiannan*XIN Xin

College of New Energy and Environment， Jilin University， Changchun， Jilin Province 130012， China

Abstract： The new concept of "New Engineering education" has attracted wide attention from higher education field. As the main professional course of groundwater science and engineering， and hydrology and water resources engineering， which are traditional engineering education， the course of Groundwater Dynamics is in urgent need of reform to meet the requirements of new engineering education. Based on the characteristics of the course of Groundwater Dynamics， aiming at the new engineering education concept， and combined with many years of teaching experience， this paper makes an in-depth analysis of the problems existing in the teaching of Groundwater Dynamics. In view of the problems existing in the course teaching， this paper proposes some concrete measures of teaching reform， such as optimizing teaching contents， enriching teaching methods， innovating teaching links and optimizing examination methods， in an effort to improve the teaching effect of Groundwater Dynamics and improve engineering practice ability of the students.

Key Words： Groundwater dynamics; New engineering education; Teaching reforms; Teaching contents; Teaching means

2017年，教育部針對“新工科”問題組織高校進行了深入討論，先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”，發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，開拓了工程教育 改革新路徑。與老工科相比，“新工科”更強調學科的實用性、交叉性與綜合性。

自“新工科”提出以來，引起了高等教育界的廣泛重視，新能源科學與工程、資源循環(huán)科學與工程、機器人科學與工程、人工智能等一大批新專業(yè)開始在高校設立。新工科的建設不僅包括新興專業(yè)，還包括傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級與改造，傳統(tǒng)工科通過多年的積累，在師資隊伍、課程體系、實踐基地、社會影響力等方面均有明顯的優(yōu)勢，但囿于“路徑依賴”，傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級成為新工科建設的重點和難點。“新工科”的提出，引起了采礦工程、冶金工程、車輛工科[6]等大批傳統(tǒng)工科的高度的重視。

新工科的內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特點。作為傳統(tǒng)工科地下水科學與工程及水文與水資源工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，《地下水動力學》課程急需做出改革，以適應新工科的要求，應對國家之所需。

該文將從《地下水動力學》課程特點出發(fā)，結合新工科理念，對《地下水動力學》課程教學中存在的問題展開研究，提出具體的改革措施，力圖提高該課程的教學效果。

1《地下水動力學》課程教學研究現狀

《地下水動力學》是水文與水資源工程、地下水科學與工程專業(yè)開設的主干專業(yè)課，是研究地下水在多孔介質中運動規(guī)律的科學，是對地下水從數量上和質量上進行定量評價和合理開發(fā)利用，以及興利除害的理論基礎?！兜叵滤畡恿W》課程涉及大量的數學模型、微積分方程和數值計算方法，是一門難度較大且在工程技術領域非常實用的專業(yè)課程。在水文與水資源工程及地下水科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)中起到重要的作用。

近10年來，一些高校陸續(xù)開展了《地下水動力學》課程的教學改革研究。2010年，文章以中國地質大學（武漢）為例，從實驗設備、教學模式等方面對《地下水動力學》課程進行了教學改革與實踐[1]。2016年，鄭德鳳等以遼寧師范大學為例，從啟發(fā)式教學及數值仿真等方面對《地下水動力學》課程進行了教學模式改革與實踐[2]。2017年，霍思遠等以長江大學為例，對地下水動力學的考試形式及內容進行了改革探索 。2021年，劉博等對地下水動力學的可視化教學問題進行了探索研究。但面對新工科新形式的《地下水動力學》課程教學改革研究還鮮有文獻報道。

自1952年設立水文地質專業(yè)開始，《地下水動力學》就成為長春地質學院水文地質工程地質專業(yè)的核心課程。經過多年的發(fā)展，吉林大學的《地下水動力學》課程在教學內容方面不斷優(yōu)化，教學手段方面不斷豐富，已經成為吉林省精品課程。但面對新工科建設的新形式，仍存在一些需要改善的問題。

2《地下水動力學》課程存在的問題

2.1 教學內容方面理論推導過多，工程實踐化程度不夠

目前該課程的教學內容與產業(yè)發(fā)展和工程化需求對接不夠緊密，不能滿足新工程背景下的工程教育對教學內容的新要求。

理論課程方面， 課程既包括嚴密推導的數學、力學基礎理論，也包括與工程實踐密切結合的實際應用內容。但在現有的教學內容中，學生普遍反映《地下水動力學》課程難學，難在理論基礎及公式推導較多，且公式推導過程較為復雜。而實際應用方面的內容雖有但是略顯不足，工程實踐化程度不夠。

實驗課程方面，現有實驗多為驗證性的物理實驗，只有2學時的aquifer test軟件求解水文地質參數上機實驗。無論是研究機構還是生產單位都迫切需要能夠熟練操作專業(yè)軟件的應用型人才，隨著現代信息技術與計算機軟件的推廣使用，對地下水運動現象與規(guī)律進行數值模擬與虛擬仿真，具有通用性強、方便靈活、可重復性等特點，而且通過數值模擬與虛擬仿真可以得到許多在常規(guī)實驗室中難以短期觀測到的動態(tài)信息，可作為地下水動力學課程實驗教學的重要補充。有必要在《地下水動力學》課程中增加虛擬仿真實驗，增加學生應用現代工具解決與專業(yè)相關的實際工程問題的能力。

2.2 教學方式缺乏創(chuàng)新性，學生參與感不強、主動性不高

現有的課堂教學多采用以教師為中心的“灌輸式”方法，雖然教師也經常采用啟發(fā)式、互動式的方式與學生進行溝通，但是大部分學生的積極主動性明顯不足，學習愿望不夠強，多數學生是為了應付期末考試而去學習。

傳統(tǒng)的布置作業(yè)模式是教師布置課后習題給學生做作業(yè)，然后教師批改作業(yè)，有一些同學抄襲其他同學的作業(yè)，而還有一部分學生即使有問題也不愿意主動與老師溝通交流[3]，不愿意請教老師的這種想法已經在很多同學心中根深蒂固。隨著高等教育改革的不斷深入，現有的教學方法已不適應新工科的培養(yǎng)要求，應該探索新的方式激發(fā)學生對本專業(yè)及本門課程的學習興趣、確保大部分學生都能積極參與到課程中來。

2.3 課程與其他課程及生產實習銜接不夠緊密

《地下水動力學》是在學習了《水力學》《水文地質學基礎》等課程的基礎上開設的，在課后作業(yè)及考試中發(fā)現有些同學對先修課程的學習不到位，如果不加以復習，將直接影響本課程的學習效果。同時，《地下水動力學》是《地下水數值模擬》《專門水文地質學》《地下水資源管理》等許多其他課程的基礎課程。在現階段講授的過程中，課程內容與其他課程內容聯(lián)系不夠緊密。

《地下水動力學》不僅是很多專業(yè)課程的基礎，也是生產實習中抽水試驗確定水文地質參數的理論支撐?，F有《地下水動力學》課程中只是理論上講授了利用抽水試驗資料求取水文地質參數的方法，并且根據已抽水試驗數據資料對參數進行求解，但是學生對抽水試驗過程缺乏直接感官，不知道抽水試驗是如果進行的，這不利于理論與實際的連接。

2.4 考核評價體系單一

現有課程的考核方式為：成績由平時成績和期末考試成績組成。期末考試采用筆試閉卷的方式。閉卷考試存在著重理論輕應用的弊端 [4]。另外，很多實際工程問題的解決需要的時間較長，兩個小時的期末考試很難完成。平時成績包括實驗課成績及平時作業(yè)。由于實驗報告及課后作業(yè)是在課堂以外完成的，部分同學抄襲別人的實驗報告及作業(yè)，實驗報告及課后作業(yè)難以體現出學生的真實水平。

現有的考核方式對學生的工程實踐能力及創(chuàng)新能力的考核達成度較低。為了適應新工科對人才的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、溝通能力等方面的需求，急需豐富現有考核評價體系，通過合理的方式使考核內容向工程實踐應用能力方面轉變 [5]。

3 《地下水動力學》教學改革措施

3.1 優(yōu)化理論教學內容，增加工程實踐問題的講授，簡化過于復雜的公式推導

將教師在教學科研工作中遇到的典型案例納入教育內容中，在學期初提出《地下水動力學》可以解決的典型工程實際問題，可以包括以下工程問題：（1）水庫滲漏量及浸沒范圍的預測問題;（2）根據抽水試驗數據求水文地質參數問題;（3）預測某種開采方案下的地下水動態(tài)問題;（4）礦山或隧道排水量預測問題;（5）確定灌排溝渠的合理間距、排灌水量問題;（6）地下水污染預測問題。使學生帶著問題學習，在課程結束之前有效的解決學期初提出的工程實際問題。通過這個過程使得學生發(fā)現該門課程的重要之處，拓展其科研視野，增加其解決工程實踐問題的能力[6]。

簡化過于復雜的解析解推導過程，比如Thies公式的推導過程中包括復雜的積分變換，而解析解的推導過程不包含地下水運動的物理意義，對此類公式推導過程可省略，把更多的時間用來講授公式能夠解決的實際問題及應用過程中需要注意的問題。而對于描述地下水運動規(guī)律的重要方程（比如承壓水運動的微分方程），在教學過程中應該注意從物理意義（質量守恒及能量轉化）方面對公式進行推導，提高學生對公式的理解能力，使之能夠更好地應用于實際問題中[7]。

3.2 優(yōu)化實驗教學內容，增加虛擬仿真實驗

實驗教學的優(yōu)化應突出工程性、實踐性，著力培養(yǎng)學生的動手能力，為以后的就業(yè)打下堅實的基礎。增加虛擬仿真實驗，將科研中遇到的前沿工程問題引入課堂，應用GMS（或Visual Modflow、或Feflow）地下水系統(tǒng)模擬軟件對地下水流動過程及溶質運移過程進行數值模擬與動態(tài)預測，加強學生利用現代工具解決復雜實際工程問題的能力，同時加深學生對教學內容的理解，使學生對看不見摸不著的地下水流動及污染物的運移過程有一個感性認識。提高學生對本專業(yè)及本課程的興趣及學習的積極性[8]。

3.3增加課程創(chuàng)新訓練匯報環(huán)節(jié)

學生自行分組，以小組為單位完成課程創(chuàng)新訓練匯報。學生可以在《地下水動力學》所能解決的水資源合理開發(fā)利用、水文地質參數識別、礦山及基坑排水、農業(yè)水利工程及環(huán)境地質問題預測等問題中選擇一個方面的問題。選擇同樣選題的同學作為一個小組，通過本課程所學的知識，結合文獻檢索、解析法及數值法計算、PPT制作及匯報等，完成創(chuàng)新訓練匯報環(huán)節(jié)。其他小組的同學可以有針對性地進行提問和討論，最后教師進行總結、歸納。通過此環(huán)節(jié)提高學生學習的積極主動性，同時提高學生團隊合作以及語言表達能力。

3.4充分利用互聯(lián)網，在網絡上布置作業(yè)及答疑

充分利用互聯(lián)網，利用超星學習通、雨課堂等現代化在線教學手段，完成點名、課堂測驗、課后作業(yè)及答疑等環(huán)節(jié)。避免填鴨式的教學方式，充分提高學生的積極主動性，提高學生的學習興趣[9]。

在網絡上布置預習內容及作業(yè)，學生在網上提交作業(yè)，老師進行批改并及時將存在的問題反饋給學生。同時學生可以在網上隨時提問，這樣避免了部分靦腆的學生不好意思面對面問老師的問題，也在時間上更為靈活，老師不必坐在辦公室等待學生來答疑。對于學生提出的問題，第一輪可以由其他同學進行解答，這樣能夠同時增加學生提出問題及解決問題的能力[10]。如其他同學解答不了，由老師解答，便于老師及時發(fā)現學生學習中存在的問題，及時指導學生，避免課堂45min時間有限的問題。

3.5 注重與其他課程及生產實習過程的銜接

課程設置上，充分考慮學生對《水力學》《水文地質學基礎》等專業(yè)課的理解，如果學生理解程度不好，應該對相應內容進行簡要復習;而如果學生對先修課程掌握較好，則無須特意復習。同時在課程的講授過程中，告訴學生該課程對后續(xù)《地下水數值模擬》《專門水文地質學》《地下水資源管理》《地下水溶質運移理論》等課程的具體支撐作用。

在實驗課中，將抽水試驗求取水文地質參數的理論內容與生產實習中的抽水試驗過程有機結合，帶領學生觀摩抽水試驗場，使學生了解抽水試驗的目的及抽水試驗設計等內容，并與水文地質參數的求解方法融會貫通[11]。

3.6 優(yōu)化考核方式，形成多元化考評體系，著力培養(yǎng)應用型人才

由以結果評價為主向結果過程評價結合轉變，側重考查學生的應用能力。采取綜合的考核方法，除了原有的期末考試、實驗報告及平時作業(yè)外，增加工程實踐問題分析解決報告、創(chuàng)新訓練匯報、網絡課程作業(yè)、理論課及實驗課表現、網絡上解決其他同學提問等內容。

在期末考試中，將原有的閉卷考試改為半開卷考試，即將考試中要用到的一些公式給出，減少學生對公式的死記硬背。在作業(yè)及仿真實驗中，為了避免以往出現的部分學生抄襲別人作業(yè)的情況，針對不同的學生，設立不同的作業(yè)（例如：作業(yè)的數據與學號相關）。

4 結語

自“新工科”提出以來，引起了高等教育界的廣泛重視?！兜叵滤畡恿W》是傳統(tǒng)工科地下水科學與工程及水文與水資源工程專業(yè)的核心專業(yè)課程。結合新工科理念，提高《地下水動力學》課程的教學質量對于培養(yǎng)高素質的水文及水文地質人才具有重要的意義。該文從課程特點出發(fā)，結合新工科理念，對《地下水動力學》課程教學中存在的問題進行了深入分析，并針對這些問題提出了優(yōu)化教學內容，豐富教學手段，創(chuàng)新教學環(huán)節(jié)，優(yōu)化考核方式等具體的教學改革措施，力圖提高《地下水動力學》課程的教學效果，提高學生的工程實踐能力。

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