以学生为本的“水文学原理”课程社会认知链理论应用

［摘 要］ 以学生为中心的教育理念在世界范围内影响深远，结合社会心理学和人类学视角，以新的切入点开展“水文学原理”课程讲授，挖掘学生的创新力和潜能。从拟人与非人现象、上行与下行的思维方向、道德与能力两维度、萌型与酷型两结果四个方面出发，结合数字流域概念、水文循环与水量平衡、产流机制研究、水文非线性问题，探讨“水文学原理”课程知识层次与社会认知链理论的共通共融。广义上，以人为本的社会认知链是推动构建人类命运共同体的基础；实际中，它可以做到真正理解学生，实现学生的全面和谐发展。

［关键词］ 社会认知；水文学原理；教育理念；实践

［基金项目］ 2023年度国家自然科学基金联合基金项目“渭河流域数字孪生灌区构建与智慧调控”（U2243235）

［作者简介］ 林 琳（1981—），女，河南新乡人，博士，武汉大学水利水电学院副教授，主要从事水文学及水资源研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）16-0014-04 ［收稿日期］ 2023-02-27

在全球化和教育国际化背景下，高等院校的教育理念不能单方面强调以科研或教学为中心，而应以学生为中心。这是联合国教科文组织于1998年发布的《面向二十一世纪高等教育宣言》的内容，我国教育部于2005年9月1日开始施行的《普通高等学校学生管理规定》也明确了这一精神。因此，要注重学生在高校中的主体地位，突显他们的个性和人格［1］，深入挖掘其创新力和潜能，以最终实现学生的全面和谐发展。但要注意以学生为中心并不等于以学生满意度为中心。

一、社会认知在工科专业中的体现

结合社会心理学和人类学视角，根据人们的认知特点，以人为中心的社会认知链理论是一种可能的社会认知模型，是一种促成人类理解自己、文化与世界的范型［2］。它以自我为起点和终点，去理解世间万物，统摄社会认知。这种理论对于开展以学生为中心的高等院校工科专业基础课教学有深刻的意义和重要的指导作用。工科是应用数学、物理学、化学等基础科学的原理，是结合生产实践所积累的技术经验而发展起来的学科。工科的培养目标是培养能在相应的工程领域从事相关研究和管理等工作的高级工程技术人才。所以，将社会认知在工科专业体现，可以促进工科专业基础课教学，对契合高技术发展需要而建立的新工科也有很好的提示作用。

二、“水文学原理”课程教学中的认知不足

“水文学原理”课程是水利学科的专业基础课，也是核心课程之一，广泛适用于地学类、水利水电类、国土资源与环境类、农业和林业类相关专业，其涵盖内容较广，包括河流和流域特征、降水、土壤水、下渗、蒸发与散发、产流机制、流域汇流、冰川与融雪径流、数字水文等［3］。为在以学生为中心的前提下更好地开展这门课程，可以结合社会认知链理论，避免以简单的维度展开讨论，而要从直观概念扩展至抽象理念。如果社会认知程度不足，会对课程实践和学生能力的提升有显著的制约作用。

三、“水文学原理”知识层次与社会认知链理论共通共融

如何站在学生的角度深刻认识人类认知过程理论，并将之融入“水文学原理”课程中呢？可以从理论和实践中不断完善，对比分析，实现共通共融。具体来说，本文分别从拟人与非人两现象、上行与下行两方向、道德与能力两维度、萌型与酷型两结果四个方面出发，对应课程中的数字流域概念、水文循环与水量平衡、产流机制研究、水文非线性问题，深入分析了人类认知过程理论与水利专业基础课的共生共长、彼此促进。

（一）从拟人与非人谈数字流域对学生想象力的促进

拟人化及仿生在当代社会中随处可见，其本质是对人思维过程的模拟［4］。从古代的“始作俑者”，到现代的人工智能开发者和机器人设计者，“为其象人而用之也”形成不可避免的传统，并化为造物的前进动力。当代学生对人工智能尤为感兴趣，可以在教学中提醒学生重点放在人与机器的互动关系问题上，促进其想象力的提升。信息化和数字化对于学生来说有很强的吸引力，对于学科的发展也很重要。智慧型学科知识的引入促使新工科学生在人工智能时代具有新的认知。

落实到“水文学原理”课程，谈论拟人与非人现象必须涉及数字水文、数字流域的概念。近40年来，水文学受其他学科的影响非常强烈，数字流域是综合运用遥感RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、互联网技术、多媒体及虚拟现实等现代高新技术对全流域的地理环境、自然资源、生态环境、人文景观、社会和经济状态等各种信息进行采集和数字化管理，构建的全流域综合信息平台和三维影像模型。基于最新技术，2022年，《数字孪生长江建设方案》得到了审批，成为水利部“十四五”时期推进智慧水利建设方案中的重点工作任务之一。同时，作为一项正在实施的重大科技工程项目，“长江模拟器”可以实现大数据驱动长江流域综合模拟与调控决策系统的复杂任务［5］。从学生角度出发，要想在今后时代发展的洪流中找准自己的位置和落脚点，必须理解“数字”概念，尊重“拟人”现象不可避免，在课堂上学好数字流域相关知识，同时能够意识到“非人”事实的存在，在对人的感知和智识提出新挑战的背景下认清自己的认知。学生要意识到数字化不仅改变了水文资料的获取手段，而且提供了新的揭示水文规律的研究方法。这也意味着学生作为学习的主体，须要拓展想象力，打破专业课固化，踏上新的征程。

（二）从上行与下行谈水文循环、水量平衡对学生思维的提升

所谓上行思维就是从具体过渡到抽象，将一个具体逐步分解为多个抽象，反之，下行思维就是从抽象凝聚到具体，将一个抽象扩展成多个具体［6］。学生在课前看待科学问题的视角比较单一，上行思维可以促使学生多视角看待科学问题，从定义概念到批判一些现存的错误工科思维和观点。学生对于专业课中涉及的抽象概念理解需要从多关联性和多维度出发，这样才能行之有效，并促使教师在课堂教学中厘清基本概念。在课上教师可以提供一定的教学资源和实践资源，利用下行思维促进资源的有效分配与使用，引导学生在课下制订计划、选择方案，并在得出正确概念的前提下处理多个学科要素之间的联系性和维度，便于将来在实际工作中能够灵活运用。

水文循环是自然界物质运动、能量转化和物质循环的重要方式之一，包括发生在地球系统中的水文大循环和在地球系统的局部地区发生的水文小循环。从上行思维的视角来说，学生习惯于具体概念的学习而对抽象的定义不甚了解，如果能将气象、气候、下垫面和人类活动这些具体的因素进行升华和抽象，反映到学生所熟悉的领域，比如地球上生命的繁衍生息、千姿百态的自然景观、自然界的物质运移或循环，就能够促使学生明了水量平衡才是水文现象和水文过程分析研究的基础，是水资源数量和质量计算及评价的依据，始终遵循着物质守恒定律。从下行思维的视角来说，可以进一步实现学生从抽象到具体的凝聚，无论是小的水—土—植系统还是大的闭合流域直至地球系统，学生都可以认识到水量平衡方程式才是最根本的基础。水文水利专业学生在进行相关内容学习时，须要先定义水文循环的尺度概念，无论是时间尺度还是空间尺度，判断各影响因素之间的关联程度（关联性），增加影响因素的界定范围（维度），使上行思维更为有效。比如，在陆地小循环过程中学生认为影响要素包括降水、植物截留、土壤蒸腾和植被蒸散，而其内在关联性在于陆地水与大气水之间的互相返回，这可以提升学生的上行思维能力。同时，学生应该基于正确的水量平衡过程分析，将多个水量收支项目相联系（关联性），根据研究对象确定应用范围（维度），使下行思维更为有效。比如，闭合流域的水量收入项和支出项，须要学生确定具体的应用范围，才能计算出对应的蓄水量变化值。

（三）道德与能力两维度下的产流机制对学生认知的锤炼

道德能力是人在现实中实践道德义务、彰显人性、实现人的价值的能力，是人本质的体现和人本质的一种能力［7］。“水文学原理”课程中涉及的科学现象和科学观念要求学生做出符合其道德认知能力的评价与认识，因此，学生要想学好这门课必然要加强相关道德能力的培养，养成良好的道德品质，这也契合当前我国构建社会主义和谐社会的现实要求。学生对科学意识的尊重可以约束其相关行为，而学生道德行动能力的自律和躬行，是学生内在道德认知和外化道德感的统一。

产流机制研究是“水文学原理”课程中继降水、土壤水、下渗、蒸发与散发这些单独水文过程之后的一个综合性内容，包括单点产流机制和流域产流机制。Horton产流理论和Dunne产流理论的互相突破建立在大量水文实验基础上，这种基于实习和实践的认知对于约束学生的道德行为有巨大的推动作用，对当代大学生在实事求是精神方面和突破科研能力的行为方面有很好的示范作用。学生在学习这两种产流理论时会意识到，科学理论的产生是互相辅助的，不会出现超越现实的科学理论，即实践出真知，这也是当前惩治学术腐败大背景下工科大学生应该具备的基本科学素养。基于此，“水文学原理”课程在很多院校都开设了一个平行课程，即“水文学原理”实验课，旨在加强学生对于原有专业基础课的理论认知和实践能力。比如，Dunne在考察实际问题时，发现一些地方的包气带并不像Horton所说的那样是均质的，而且不均质包气带常常表现为层次结构，这体现了科学家尊重事实的主观态度和精神，驱动了人类在科学道路上的发展。虽然现实生活中并不是每一名学生都能提出新的科研理论，但是学生只要能遵守科研道德，保持良好的道德品质，在学习中始终自律，锤炼其道德实践能力，就可以促进道德能力的生成与提高。

（四）萌型与酷型结合产生非线性问题助力学生打破束缚

在某些年轻的亚文化群体中，萌和酷是通常用来形容他人的形容词，而作为主流的工科专业基础课学习也逐渐渗入这些形容词。人们很容易将“萌”视为不负责的和坏的对象，而将酷视为负责这些结果的对象［8］。学生在学习中可能产生的萌型结果是能力低于道德，而学生产生的“酷”型结果是能力大于道德，将二者结合，可以助力学生打破固有思维的束缚。

水文系统线性理论属于较早的研究，见于1973年Dooge教授发表的《水文系统线性理论》专著，而水文系统理论中涉及的两个重要问题是系统的复杂性和不确定性。如果将水文学家对于线性理论的总结定义为萌型，那么非线性理论可以被定义为酷型，而实际水文问题是萌型与酷型的结合，虽然线性或是非线性并不涉及道德问题，但从线性走向非线性就是人类认知的进步，是人类解决问题方式的前进。对于学生来说，在课堂上的学习和在实践中的应用就属于萌型和酷型的结合，这种结合可以突破常规的理论束缚，使学生勇于感受事实的真谛。学生在学习综合性基础科学时经常会遇到复杂的系统性问题，尤其是一些重要前沿领域，比如当前水文学中变化环境下的水资源的安全问题，从严格意义上来讲，学生并不能很好地区分这样的问题，因为有些时候这种作用不是十分明显，因而萌型与酷型相结合的水文学理论问题可以通过互相结合的问题解决方式，使学生真正掌握其中的科学意义，促使学生道德的进步和知识的升华。

结语

拟人论和非人性化的结果是道德与能力的比较，创造了有关对象的萌和酷的形象。以人为中心的社会感知链是一个垂直的连续体，每个事物都有一个位置，但这些位置不是固定的，而是不断变化的。本科生在认知数字流域和数字水文时，其社会认知能力的提升主要依靠相应的流域及水系信息的实践认知，这种拟人论意味着学生的社会认知链水平得以提高。当本科生获取流域及水系实体地位认知后，线性理论和非线性理论对应的萌与酷的形式也可以被他们所接受，这就是学生对于对象和主体的区分认知。以学生为中心的社会认知链的社会认知过程，都受新出现事物的制约，反映到流域径流产生理论上，是学生和实践的互动。以人工智能在水文学的应用为例，可以扩展到学生与人工智能互动的起点，更好地为水文学服务。理解学生的本性以及由此产生的社会认知过程是了解学生如何理解客观规律的基础，这个过程不仅决定了教师赋予学生什么样的地位，以及教师将学生置于什么样的差异顺序，而且决定了教师如何看待学生，如何与学生同呼吸共命运。

现有教育和研究略带偏颇，表现为只注重一方而忽略另一方，以学生为中心并将社会认知链理论应用于教学研究中，可以促进基于本质论的两阶段过程。理论上无论拟人化还是非人化，无论上行还是下行，人类在认知时会采用维度观简而化之。道德与能力二维体现了此观点并造成道德高于能力的萌型认知结果以及能力高于道德的酷型认知结果。总之，拟人与非人结合、上行与下行统筹、道德与能力合并、萌型与酷型共融，可以将专业基础课的教育教学与学生的全方位发展耦合起来。