新工科背景下“水文地质学基础”课程创新教学模式的探索

［摘 要］ 基于新工科背景下培养复合型和创新型人才的需要，以“水文地质学基础”课程为基础，对教学现状和存在的问题进行总结和反思，从教学方式和目标、实践环节、考核方式等方面进行教学改革，改变传统的教学理念，将教学目标向多元化进行转变，促进学科交叉融合，激发学生学习兴趣，培养学生的创新能力和实践能力，满足适应未来变化的新工科高质量人才培养模式，也为其他高校的教学模式提供一定的参考和依据。

［关键词］ 新工科；水文地质学基础；教学改革

［基金项目］ 2022年度山西省高等学校教学改革创新项目“双碳背景下地质类专业区域特色化课程体系建设”（J20220143）；2021年度山西省高等学校教学改革创新项目“‘工程地质学原理’课程教学模式的改革与探索”（J2021152）；2021年度太原理工大学一流课程建设项目“‘矿物岩石学’一流课程建设”（2021027）

［作者简介］ 苏 贺（1987—），男，山东济南人，工学博士，太原理工大学矿业工程学院副教授，主要从事水文地质科学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）42-0059-04 ［收稿日期］ 2023-04-13

随着大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术的飞速发展，新技术、新产业、新业态和新模式随着新时代需求也在不断产生，这都需要靠工程教育提供人才支撑，对我国满足当前和未来发展的人才培养带来新的挑战。为适应新时代要求和国家战略安排，提前进行人才布局，关注未来可能出现的新技术，主动应对科技和产业革命，构筑国际竞争新优势。新工科建设的新理念，加快培养新型工科技术型人才，健全人才培养支撑体系，落实立德树人新要求。改造升级传统工科，提高创新创业能力，加强多学科之间的交叉融合，推进新旧增长动能转换和社会经济发展［1］。新工科是指新兴、新型、新生的工程学科，代表新的产业或行业的发展方向，具有引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性等特征，目标是学科人才的队伍建设、面向未来的中国新工科建设学科领域的学术研究和学科专业的人才培养等三个方面［2］。在新工科背景下，进行课程的改革与创新对工科人才的培养十分重要，要把培养目标聚焦在目前急需和未来发展两个培养方面，既要满足现在需求，又要适应未来发展。这就要求我们改变传统落后的教学理念，对教学方式进行改革，从课程教学前、教学中、教学后等方面进行改革，以学生为中心，以成果为导向，为社会和经济发展提供强有力的人才保障，为国家未来发展提供智力和人才支撑。“水文地质学基础”是水文与水资源工程、地下水科学与工程、环境工程、地质工程等地学相关专业的核心基础课。由于传统教学方式单一，实践较少，地下水科学及相关概念抽象，学生对相关知识缺乏直观认识，对学习的积极性不高，使得理论和实践认知产生误差，难以掌握解决实际问题的能力。因此需要转变思想，开展新工科背景下新教学模式的探索，转变教学模式，完善课程内容，提高学生学习热情，将“水文地质学基础”课程的理论和实际结合起来，满足现代和将来关于复合型和创新型人才培养的迫切需求。

一、“水文地质学基础”的教学现状和存在问题

“水文地质学基础”作为重要的专业基础课程之一，该课程主要讲授地下水科学的基本概念、基本原理和基本方法。通过“水文地质学基础”的学习，学生能深入理解地下水赋存空间的特征，地下水的形成与分布，地下水的埋藏条件，运动机制与规律，地下水物理化学成分及地下水化学形成作用，地下水流系统的基本概念，地下水补给、径流与排泄，地下水的动态与均衡，以及地下水资源与环境等基本概念与基本原理，采用理论与实践相结合的方法，开展教学和实验，使学生对水文地质形成整体的认识，初步掌握运用相关知识和技能分析和解决实际问题的思想与能力，为今后的核心专业课学习奠定了基础［3］。在对课程的教学过程和学生的反馈中，发现“水文地质学基础”课程教学现状存在以下几个问题。

（一）教学方式单一，学生学习积极性不高

太原理工大学现阶段的“水文地质学基础”的教学以课本为主，结合多媒体课件演示，主要由教师对课本内容进行讲解，教学方式单一、教学模式落后，教学内容和十多年前相比并没有太大变化，新的理论和方法不能及时传授给学生，学生对未来的学习目标也不明确，思维模式较单一。课堂氛围灵活性差，学生的听课兴趣下降，教师和学生的互动较少，学生对所学的知识进行被动吸收，学生的学习积极性不高［4］。在教学上，理论和实践的教学资源分配不均衡，轻实践、重理论现象较严重，二者相关认识存在不足。新工科要求多学科交叉融合，目前课程设置缺乏学科关联性，难以培养新工科技术型人才。

（二）实践经验较少，学生缺乏解决实际问题的能力

在教学过程中，由于地下水等概念抽象，单凭教师口述和多媒体展示既不能很好地使学生理解相关概念和知识，又难以观察地下水分布和运动规律等现象，对于相关概念难以掌握。在进行实验过程中，发现理论教学与实际应用存在严重脱节的情况，课程的大部分实验设置都是验证课本和课堂结论，实验方法和教学内容较为单一，难以进行深入理解。同时，实验仪器和设备配置问题得不到保障，对学生参与实验和实习的过程评价机制不够完善，学生对知识的掌握情况还停留在理论方面。实验内容由教师讲授并由学生按照要求完成，学生的自觉性和能动性没有体现，缺乏解决实际问题的能力，没有达成实验教学的综合培养目的。

（三）综合培养能力不够，培养内容缺乏创新

未来新工科的人才培养需要工程实践能力和创新能力的高素质复合型人才。传统教学方式对于学生的综合能力培养不够，学生对课本知识整体把握不够，只对于某些知识点进行理解，学习一些水文地质现象的概化和分析结果，但是对于整体内容和系统连贯性不够清晰，缺少对细节和过程等现象的学习，学生难以掌握知识整体的系统框架。此外，教学内容和新时代实际工程技术不能良好对应，在实践过程中缺乏对创新和知识运用等必要能力的考核。新工科旨在培养能够适应，甚至引领未来工程需求的人才。传统教学模式不能满足新工科背景下的高质量人才培养模式，学生的创新性思维和批判性思维难以发展。

（四）评价机制不完善，难以反映学生真实水平

对学生进行课程成绩考核主要采用平时成绩和期末成绩两方面。平时成绩主要是学生的课程出勤率和课下作业完成情况，对学生知识掌握情况难以真正了解；期末成绩只注重学生的应试能力和考前突击的记忆能力，试卷内容偏理论化，学生在考前几个星期进行突击便可取得不错的成绩，难以反映学生对知识的真实掌握情况。

二、新工科背景下“水文地质学基础”课程教学改革措施

为满足新工科背景下对高素质复合型人才培养的需要，解决在教学过程中存在的上述问题，因此需要对“水文地质学基础”课程教学模式进行改革，将教学任务向学生发展和多元化目标进行转变，进行多学科交叉和跨界融合培养，提高学生的自主学习的积极性和创新能力，培养具有专业应用能力和创新能力的高素质复合型工程技术人才。笔者在课程内容、教学方法、实践方式、考核形式等几个方面进行课程教学改革，以满足新工科建设对复合型人才培养的要求［5］。

（一）优化教学内容，明确教学目标

在新工科建设的理念中，教学目标应以新工科背景下的培养应用型工程技术人才为主，强调知识结构和专业内容，加强通识教育和专业教育的相互融合，强化学生工程伦理意识与职业道德，融入教学环节，重点培养独立操作和分析解决问题的基本能力。新时代的多学科交叉和跨界融合也是新工科的特点，教师在讲述教学内容时，课程内容结构清晰、目标明确，注重学科交叉。在发挥水文地质优势的基础上，与地质环境、地质工程、遥感技术、地理信息系统等相关学科交叉渗透，融合其他相关学科内容，建立多学科相互联系的理论教学模式。注意授课和思考的逻辑性，在教学过程中结合工程实例，分析具体案例，使得理论教学和实践教学共同进行，开阔学生专业视野，向学生传达一种专业水文地质人员解决实际问题的思考方法，并注重学生创新思维和实践能力的培养。学生如果只是被动吸收知识，理解只停留在表面，不可能产生新知。因此，要把理论知识和创新实践能力结合起来，让学生积极主动思考，提高学生的创新思维能力。此外，还应在课程中与学生进行互动环节，采用问题引导式教学和小组合作学习等方式，提高学生的学习兴趣和参与学习的积极性，加深学生对概念的理解。安排实验时对实验进行层次安排，加强各个实验间的联系，与学生进行交流，及时解决学生提出的问题，并进行引导提问，培养学生的综合思考能力。在讲完每堂课以后对本堂课的内容进行梳理，把重点、难点再次强调，加深对知识的掌握，形成知识框架，更具逻辑性。此外，在课堂最后留出几分钟时间对学生进行提问，考查学生对知识的实际掌握情况，强化学生对知识点的理解，对没有掌握好知识的学生加以强调，提高学生在课堂中的学习效率。

（二）深化实验教学改革，提高实践能力

在教学过程中，对实验方面应进行相应的调整，使教学内容与实验课程穿插进行，教师在讲授完相关概念和知识后，应安排学生进行相关实验，提高学生对相关概念的深入理解。同时，优化实验项目，将一些陈旧、不适于新工科背景下的实验进行删除，增加一些水文地质和生活中实际问题相结合的实验项目。例如，分析地下水短缺、地质灾害、地下水污染的原因，培养学生理论联系实际的能力，更好地理解当代水文地质学的特点与主要研究内容，学会在专业技能与日常生活、生产实践之间建立联系，更好地解决现实生活中遇到的实际问题。在进行实验时，将学生分成多个小组，由实践能力较强的学生带领其余学生共同完成实验，促进生生之间共同学习、沟通协调、团队配合的良好学习氛围的形成。此外，不同小组实验结果可能产生差异，教师带领学生一起讨论和分析产生差异的原因，加深对概念和现象的理解，使学生真正掌握在学校学习到的知识。

“水文地质学基础”课程中有许多需要经过实践才能理解和掌握的知识点，因此在校内实验的基础上，提供一些野外实践形式，是提高学生实践能力和创新能力的重要环节。可以对学校周边进行小范围的水文地质调查工作或进行野外实训，如了解和认识水文地质现象、一些特殊的岩溶地貌、野外的基本工作方法等［6］。通过实践，加深对相关知识的理解，对不了解的概念和现象进行查漏补缺，有效地锻炼思维，提高动手能力。同时，组织学生在进行野外实践的基础上，利用野外调查取得的数据，撰写实践报告。通过以上实践教学活动，最大限度地将“水文地质学基础”课程的理论与工程实践相结合，培养学生利用所学知识来解决问题的能力和实践动手能力。

（三）优化评价结构，构建多元化的考核方式

在进行教学改革的过程中，考核的评价方式也应进行调整，传统教学质量评价方式多为平时成绩+期末考试模式，该模式已经不能满足教学质量要求了。新工科建设的目标是培养多元化、创新型卓越人才，因此在进行课程考核时，也应采用多元化的考核方式，适应教学新质量的要求。考核既要体现公平公正，也要激励学生主动学习的能力。在确保专业知识体系考核的基础上，提高对学生学习过程的考核，对学生的实践能力、创新能力和综合能力进行整体性评价，了解学生应用理论知识的能力以及实际操作的能力，促进学生全方位地提高。

对学生的考核成绩由平时成绩（40%）和考试成绩（60%）组成。对于平时成绩方面，可以分成三个方面，包括出勤率（40%）、课后作业练习（30%）和课程互动（30%）。进行多方面的成绩考核，考查学生在多个教学方面的成绩，体现出考核的全面性和过程性。在期末考试时，考试内容也应进行开放性题目设置，考查学生专业知识的综合运用和思维方式的灵活性，增强学生的思考能力。此外，还应增加实践课程的学分，占据一定比重，使学生重视实践，在校不仅要学习课本知识，也要学习与生产实践相关的知识与技能。理论学习与生产实践相互促进的教学方式，可以弥补传统教学方式的不足，锻炼学生的动手操作能力和创新能力，也为将来的就业提供实践经验。

结语

随着新一轮科技革命和产业变革的到来，国家对新型工科人才的需求也在不断增加，传统人才培养模式受到挑战，亟须建立多样化和个性化的工程教育培养模式。本文以新工科建设为背景，对“水文地质学基础”课程的实践教学环节进行改革创新，改变传统教育理念、改革教学方法、优化教学内容、提高教学质量，在教学过程中加强对学生实践能力的培养，健全考核机制，激励学生主动学习，提高学生的自主学习能力和创新能力。重点培养学生进行多学科交叉和跨界融合来解决实际问题的能力，以适应新工科的建设与发展，满足新工科背景下对人才素质和质量的需要，也为后续新工科课程改革提供参考。