李慧 黃金廷 許珂 郭亮

西安科技大學(xué) 西安 710054

0 引言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的不斷深入和教育改革的持續(xù)推進(jìn)，以微課、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂為代表的在線教育創(chuàng)新給傳統(tǒng)教育行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其在后疫情背景下，自主探究式學(xué)習(xí)已成為高等教育專業(yè)人才培養(yǎng)的普遍需求[1-2]。2015 年《教育部關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校在線開放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見》，給高校線上線下混合模式教學(xué)改革發(fā)出了明確的信號；近幾年，國務(wù)院、教育部相繼頒布多項措施及辦法促進(jìn)高等教育“現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合”。但作為傳統(tǒng)教育的有效補(bǔ)充，在線教育存在個性化體驗不足、臨場感缺失、交互性差等問題[3-5]。一系列國家文件指出要更深入地探索實現(xiàn)在線學(xué)習(xí)與線下課堂教學(xué)質(zhì)量實質(zhì)等效的有效路徑，探索信息技術(shù)、智能教育如何與教育改革深度融合，探討高等教育薄弱環(huán)節(jié)改革的突破點，以進(jìn)一步推動教育教學(xué)模式改革創(chuàng)新，從而全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。因此，以深化教育改革為基礎(chǔ)，如何在“互聯(lián)網(wǎng)+”及后疫情背景下通過改革教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、提高專業(yè)能力是當(dāng)前高等教育需要解決的問題。

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”及后疫情背景下水文地球化學(xué)課程教學(xué)改革的重要性

水文地球化學(xué)是地下水科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，也是相關(guān)專業(yè)（如工程地質(zhì)、水文與水資源工程、環(huán)境工程等專業(yè)）的重要選修課程，具有很強(qiáng)的理論性和工程應(yīng)用性。水文地球化學(xué)課程是在水文地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要研究地下水環(huán)境，特別是地下水化學(xué)成分的形成、分布規(guī)律以及元素在其中的遷移，它與地下水動力學(xué)共同構(gòu)成水文地質(zhì)學(xué)的重要理論基礎(chǔ)，在專業(yè)培養(yǎng)方案中起著重要的銜接作用，在工業(yè)找礦、地?zé)崴碧健⑺镰h(huán)境污染治理、地方病防治等領(lǐng)域有著重要的實踐意義。但是，當(dāng)前傳統(tǒng)的教學(xué)模式在水文地球化學(xué)課程教學(xué)中的不足日趨顯著，部分陳舊的教學(xué)內(nèi)容以及一些較為落后的教學(xué)手段，并不能滿足新時期一流本科教學(xué)和建設(shè)的需要[6-9]，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生專業(yè)能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提升。

而今高校教育改革和人才培養(yǎng)理念在不斷深化，如何結(jié)合最新的信息技術(shù)以及教育理念，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)整合，提升教學(xué)資源的實用性和時效性，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性和創(chuàng)新動力，促進(jìn)其全面發(fā)展是當(dāng)前高校教學(xué)模式改革亟待解決的問題。因此，“互聯(lián)網(wǎng)＋”背景下水文地球化學(xué)課程教學(xué)模式改革實踐研究對高校課程教學(xué)改革、專業(yè)人才培養(yǎng)具有重要意義。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”及后疫情背景下水文地球化學(xué)課程改革的路徑

2.1 教學(xué)內(nèi)容特色定位及教學(xué)資源整合

水文地球化學(xué)學(xué)科涉及內(nèi)容較多，隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，各類水文地球化學(xué)問題層出不窮，包括人類活動引起的地下水污染、海水入侵，礦業(yè)資源及天然氣開采引起的地下水質(zhì)變化，油田水化學(xué)組分的形成機(jī)理和地球化學(xué)行為，地?zé)豳Y源勘探中的水文地球化學(xué)技術(shù)和方法，微生物水文地球化學(xué)問題，地?zé)崃黧w中的水文地球化學(xué)作用等等。而作為地下水專業(yè)主干課之一的水文地球化學(xué)課程學(xué)時有限，內(nèi)容不可能面面俱到，因此教師授課過程中應(yīng)該根據(jù)自己學(xué)校行業(yè)特色準(zhǔn)確定位課程特色，遴選一部分內(nèi)容作為重點進(jìn)行講解，將行業(yè)特色加入課程中，調(diào)整優(yōu)化課程內(nèi)容，做到既全面又突出特色重點。即一方面使學(xué)生掌握水文地球化學(xué)基本理論，包括地下水化學(xué)成分、地下水化學(xué)成分形成作用、同位素水文地球化學(xué)等。另一方面需根據(jù)學(xué)校特色，遴選一部分內(nèi)容進(jìn)行重點講解。例如側(cè)重水化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)，或地下水污染控制與修復(fù)，或同位素水文地球化學(xué)應(yīng)用研究，或水文地球化學(xué)微生物作用，或煤礦水文地球化學(xué)作用等。此外，新技術(shù)手段、新統(tǒng)計方法等在水文地球化學(xué)中的應(yīng)用也可以適當(dāng)?shù)丶尤胨牡厍蚧瘜W(xué)教學(xué)內(nèi)容中，以幫助學(xué)生了解學(xué)科前沿和動態(tài)，激發(fā)其對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和熱情。

教學(xué)資源直接影響教學(xué)效果和教育質(zhì)量。因此，教學(xué)資源的整合是“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下水文地球化學(xué)課程教學(xué)模式改革的重要環(huán)節(jié)?；ヂ?lián)網(wǎng)的開放共享性使教師可以結(jié)合學(xué)情和學(xué)校特色從眾多網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源中篩選出數(shù)字教材、MOOC、微課、背景案例和數(shù)字題庫等在線資源，并將其整合上傳到所建立的學(xué)習(xí)平臺上供學(xué)生在線學(xué)習(xí)，以開闊學(xué)生的視野，使其進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)。同時，教師也可以向?qū)W生推薦相關(guān)范例課程視頻、在線論壇，以學(xué)生感興趣內(nèi)容為切入點，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。線下課堂教學(xué)資源是學(xué)生專業(yè)知識的直接來源，在選擇合適的線下教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，線上教學(xué)資源需與線下教學(xué)資源相輔相成，既相互關(guān)聯(lián)又避免重復(fù)，既要發(fā)揮傳統(tǒng)線下教學(xué)資源的專業(yè)性和普適性，還要發(fā)揮線上教學(xué)資源的時效性和前沿性，結(jié)合學(xué)科專業(yè)最新研究成果和信息化教學(xué)實踐的成果，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)其全面發(fā)展。

2.2 教學(xué)手段改革

傳統(tǒng)的水文地球化學(xué)課程教學(xué)主要以PPT結(jié)合板書等手段進(jìn)行理論教學(xué)，為響應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”及后疫情背景下我國高等教育改革，水文地球化學(xué)課程的線下講授需要根據(jù)課程知識體系進(jìn)行教學(xué)步驟和教學(xué)內(nèi)容的動態(tài)調(diào)整，進(jìn)而對教學(xué)板書、教學(xué)模式進(jìn)行重新設(shè)計，將最能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情的視頻、圖片放在PPT教案之中，PPT教案可以通過不斷補(bǔ)充、“無線連接”的方式來幫助學(xué)生了解教學(xué)重點、難點。在講完知識點后，拋出工程案例，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用知識點和理論去解釋和解決工程問題。比如通過提供水樣水質(zhì)測試結(jié)果，讓學(xué)生學(xué)會畫Piper三線圖或者Gibbs圖，并解讀圖中數(shù)據(jù)的意義以及探討其可能進(jìn)行的水文地球化學(xué)過程。一方面可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研能力，強(qiáng)調(diào)成果的應(yīng)用性，另一方面可以使教師在互動中了解學(xué)生對知識點的掌握情況和存在的問題，以使學(xué)生更好地參與課堂互動，提高課堂教學(xué)效果。此外，授課過程中，教師結(jié)合科研或者企業(yè)項目延伸所教知識點，比如采動影響下礦區(qū)地下水化學(xué)演變特征案例，分析判別礦井涌水水源，探討地下水化學(xué)組分遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及機(jī)制，闡明開采影響下地下水循環(huán)和水化學(xué)場的作用關(guān)系和協(xié)同機(jī)制，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生的實踐能力，進(jìn)而達(dá)到教學(xué)目的。此外，考慮到地下水系統(tǒng)的復(fù)雜性和長時間尺度特征，教師也可以設(shè)置案例或者課題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料收集、水文地質(zhì)調(diào)查分析，強(qiáng)化學(xué)生分析解決水文地球化學(xué)相關(guān)問題的能力。

線上教學(xué)手段是課程改革的另一重點。課前，教師可利用微課在線課程教育模式，對水文地球化學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行全面梳理，學(xué)生通過觀看微課視頻、PPT等資源完成課前預(yù)習(xí)，形成預(yù)習(xí)報告單并通過在線學(xué)習(xí)平臺提交給任課教師。任課教師在授課過程中根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)反饋情況、教學(xué)重點和難點有針對性地深入講解，將教學(xué)內(nèi)容分解，利用3D模型、動態(tài)模擬模型、教學(xué)音頻、教學(xué)視頻的方式，將重點融入案例之中，幫助學(xué)生將抽象的理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的具象知識，利用生動、直觀的內(nèi)容來吸引學(xué)生的注意力。同時在線下課堂中，教師根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況，讓學(xué)生參與教學(xué)，加強(qiáng)師生的互動交流，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識解決實際問題，通過小組成果展示、教師評分及小組互評將課堂還給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維。最后，在線上答疑和線下討論的基礎(chǔ)上，將重點知識與實踐課或?qū)嶒炚n結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生完成作業(yè)，啟迪學(xué)生向水文地球化學(xué)其他相關(guān)內(nèi)容或案例進(jìn)行延伸，強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用所學(xué)水文地球化學(xué)知識解決實際工程問題的能力，使其提升學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)探索精神。

2.3 考核模式改革

水文地球化學(xué)課程教學(xué)改革的另一重點是考核模式。水文地球化學(xué)課程的考核需注重過程和結(jié)果、仿真和實操、技能與素養(yǎng)、自評和他評的結(jié)合。在“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)下，水文地球化學(xué)課程可基于大數(shù)據(jù)平臺自身的結(jié)構(gòu)和屬性，結(jié)合選用教材和參考教材的課后習(xí)題以及與地下水環(huán)境相關(guān)的工程案例，確定考試題庫的內(nèi)容和形式，并根據(jù)學(xué)校特色和學(xué)科專業(yè)側(cè)重點校正、優(yōu)化題庫參數(shù)。為克服期末突擊學(xué)習(xí)和一考定成績的弊端，鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和綜合職業(yè)素養(yǎng)，學(xué)生總成績應(yīng)由過程考核評價和最終考核評價組成。過程考核主要包括課堂考勤、課堂互動、課前預(yù)習(xí)及任務(wù)完成情況、隨堂測驗及課后作業(yè)等；最終考核主要由課程期末考試和課內(nèi)實驗/模擬實踐情況組成。其中，過程考核占40%（課堂考勤10%+課堂互動10%+課前預(yù)習(xí)及任務(wù)完成情況10%+隨堂測驗及課后作業(yè)10%）；最終考核占60%（課內(nèi)實驗/模擬實踐情況30%+課程期末考試30%）。

2.4 加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

培養(yǎng)學(xué)生獨立認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的能力是本科生專業(yè)教育的重要內(nèi)容，水文地球化學(xué)課程的地學(xué)屬性和化學(xué)屬性決定了實驗教學(xué)和野外教學(xué)實踐是培養(yǎng)人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[10-12]，增強(qiáng)學(xué)生水文地球化學(xué)實驗和水文地球化學(xué)過程模擬軟件操作技能對教學(xué)知識的拓展和延伸具有重要意義。

2.4.1 野外實習(xí)中加強(qiáng)對水文地球化學(xué)知識的應(yīng)用

野外實習(xí)在專業(yè)實踐教學(xué)體系中有著舉足輕重的地位，其教學(xué)質(zhì)量直接影響著專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。在認(rèn)識實習(xí)和專業(yè)實習(xí)中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生對水文地球化學(xué)理論及實踐知識的應(yīng)用，例如采取泉水水樣或地下水樣，結(jié)合水質(zhì)測試結(jié)果進(jìn)行水質(zhì)評價或者水化學(xué)類型分類；探索巖性、地形等自然地理對地下水化學(xué)成分的影響；分析溶洞的形成機(jī)理；啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用同位素手段判斷地下水的補(bǔ)給來源；結(jié)合水文地質(zhì)條件判斷地下水化學(xué)組分形成機(jī)理及影響因素；分析地方病與當(dāng)?shù)厮牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境的關(guān)系；判斷地下水污染源（無機(jī)、有機(jī)、金屬或者非金屬）；等等。

2.4.2 強(qiáng)化室內(nèi)實驗教學(xué)

水化學(xué)實驗是水文地球化學(xué)過程分析的重要基礎(chǔ)，給學(xué)生教授水化學(xué)相關(guān)的實驗操作技能可以提高學(xué)生動手及解決實際問題的能力，加深學(xué)生對基本理論知識的掌握，使其學(xué)會對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計算。水文地球化學(xué)課程主要可設(shè)置以下實驗：水中碳酸平衡與pH關(guān)系滴定實驗、巖石礦物的溶濾實驗、水溶液pH與Eh的測定實驗、二維溶質(zhì)彌散實驗、水質(zhì)評價綜合實驗等。在教學(xué)過程中，學(xué)生全程參與，包括實驗方案設(shè)計、樣品采集與預(yù)處理、樣品測試和數(shù)據(jù)分析、儀器維護(hù)等，最后提交實驗報告。

此外，“互聯(lián)網(wǎng)+”及后疫情背景下，教師可以通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真實驗平臺，通過平面圖片和立體模型的展示，使學(xué)生準(zhǔn)確掌握實驗過程和實驗操作技巧，能夠在暫時不具備實踐環(huán)境的基礎(chǔ)上獲得實踐機(jī)會。

2.4.3 水化學(xué)模擬實踐應(yīng)用

地下水化學(xué)成分的形成和分布是在一定的自然地理和地質(zhì)環(huán)境條件下經(jīng)過非常漫長的地質(zhì)歷史過程的產(chǎn)物，理論教學(xué)中涉及的水文地球化學(xué)研究方法和水文地球化學(xué)模擬的基本原理是抽象化的，而水文地球化學(xué)模擬軟件有助于學(xué)生認(rèn)識水文地球化學(xué)過程及機(jī)理。因此，需在課堂教授中增加實際操作內(nèi)容，例如，通過教授PHREEQC/WATEQ/MINEQA2等軟件操作技能幫助學(xué)生掌握飽和指數(shù)的計算，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)平衡計算、溶解組分平衡計算、地球化學(xué)反向模擬等；運(yùn)用AqQa劃分水化學(xué)類型，進(jìn)行水質(zhì)評價及繪制Piper三線圖；介紹SPSS統(tǒng)計軟件操作以及結(jié)合案例進(jìn)行地下水污染識別。例如煤礦安全生產(chǎn)中最典型的巷道突水水源判別案例，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用不同方法（水質(zhì)檢驗法、離子比例系數(shù)法、同位素理論法等）判別突水水源的能力，了解不同方法的優(yōu)缺點和適用性，以此開闊學(xué)生的專業(yè)視野，增強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研技能。

3 結(jié)束語

水文地球化學(xué)課程是地下水科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)專業(yè)人才中起著至關(guān)重要的作用，隨著我國高等教育的改革、后疫情及“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下教學(xué)模式的變化，水文地球化學(xué)課程也面臨很多問題和挑戰(zhàn)，僅線下傳授理論知識已不能滿足學(xué)科發(fā)展及社會發(fā)展的需要，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生—教師—自然的互動，構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式，實現(xiàn)教—學(xué)—用—研的有機(jī)結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的有機(jī)整合培養(yǎng)綜合型人才，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性和創(chuàng)新性，使其認(rèn)可學(xué)科專業(yè)的價值，提升地下水科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。