地下水科学与工程专业本科实践教学环节改革与实践

肖长来，梁秀娟，高淑贞，苏小四，段长春

1.吉林大学 环境与资源学院，吉林 长春 130026；2.吉林大学 教务处，吉林 长春 130012

地下水科学与工程专业本科实践教学环节改革与实践

肖长来1，梁秀娟1，高淑贞2，苏小四1，段长春1

1.吉林大学 环境与资源学院，吉林 长春 130026；2.吉林大学 教务处，吉林 长春 130012

根据我国高等院校本科教育对人才培养的要求，结合近十年来吉林大学地下水科学与工程本科专业教学实践环节的特点和改革实践，不断探索和完善地下水科学与工程本科专业教学实践环节。构建并完善了实践教学平台，探索并提出了本科实践教学环节改革的新模式并应用于实践教学，取得了良好的教学效果。

地下水科学与工程；实践教学；教学改革

21世纪我国高等教育改革的基本思想旨在通过转换教育思想与教育观念，加强素质教育、拓宽专业口径，促进教育与科研、生产相结合，融传授知识、培养能力、提高素质为一体，培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的专门人才。探索中国特色研究型大学的教学模式和教学管理模式，是当前国家重点大学教育发展中面临的重大课题[1]。

国外对地质教育非常重视。英国的高等教育至今有800多年的历史，其地质专业的学生可以通过课程学习(包括野外课程)、导师指导和实验课程以及利用大学所有的图书设备来完成自己的学业。加拿大和美国高校的地质专业非常重视野外地质技能。德国大学注重辐射式教学法、互动式教学法和场景式教学法。前苏联野外地质实习是水文地质人才培养的一个重要组成部分。日本地质教育注重培养学生在市场竞争中的应变能力[2-6]。

长期以来，我国对地质教育也非常重视。地质工作发展必须加强地质人才培养，将地质教育纳入地质工作并优先发展，建立起以“创新能力”为核心的地质人才培养体系、以地球系统科学为基本概念的地质学科体系。使地质人才达到世界一流水平。地质学科身世界先进行列，从高等地质教育大国走向高等地质教育强国[7]。地质教育必须遵循教育教学规律，以实事求真和与时俱进的科学精神，探索地学教育的改革方向，使地学教育真正走上利国、利民、利校、利生的正确轨道[8]。野外地质教学实习是地质类各专业的一个教学实践环节，是理论联系实际、掌握地质野外工作方法、培养学生综合分析问题和解决问题能力的重要机会[9]。

地下水科学与工程作为地质类专业，中国地质大学在实践环节建设中采取更新实践教学内容，改进实践教学方法，建立和完善实习基地，加强实践教学指导教师队伍建设等措施，建立了地下水科学与工程专业以实践能力、创新能力培养为目标的实习教学体系[10]，数字化填图技术也成功地应用到地质教学实习中[11]。逐步构建并实施了适合地下水科学与工程专业实习的教学质量保障体系：教学条件保障、教学过程保障、教学方法保障、教学管理保障[12]。吉林大学提出了地下水科学与工程专业新的模块式毕业设计运行模式，给出了新模式的结构、实现方式和评价完善体系的构架[13]。

吉林大学地下水科学与工程学科点创建于1952年，其前身为水文地质及工程地质专业，1980年为国家首批硕士学位授予点，1990年成为博士学位授予点。1997年学科调整，更名为勘查技术与工程（水文地质与环境地质方向）。2005年在地质资源与地质工程一级学科下申请自设地下水科学与工程博士点并获得批准，2006年申请将勘查技术与工程（水文地质与环境地质方向）更名为地下水科学与工程，2009年地下水科学与工程专业被评为国家特色专业。目前每年招生保持在60人左右，除了正常的理论教学外，实践教学已经成为本专业人才培养的重要途径。

实践教学是巩固理论知识、提高动手能力训练综合技能、拓宽知识视野和培养意志品格的重要教学活动。吉林大学地下水科学与工程专业根据自身的特点和需要，提出重基础、重实践、重创新的教学理念，对原有课程体系和实践环节进行了全面改革和创新，取得了较好的效果。

一、建立与完善实践教学平台

1.实践教学重要性与必要性

地下水科学与工程学科属于应用性工科专业，培养的学生既要具有扎实的理论知识，又应具备较强的实际工作能力。实践教学作为专业教学体系的重要组成部分，是培养综合型高素质人才的重要途径，通过这一过程不仅使学生获得感性认识，掌握基本方法、基本技术的必要教学环节，而且能够培养学生学会科学思考和掌握正确的分析方法，锻炼创造性解决实际问题的能力。因此，实践能力的培养是本学科教学环节中的关键和重点环节。这就要求实践教学在进行基本知识、基本工作方法和基本技能训练的同时，要树立以培养学生能力为中心的教学理念。

2.教学实践改革的具体措施

长期以来，我们充分利用学校及相关单位资源共享的优势，从教学计划、课程设置、专业实习等多方面相结合，切实加强实践教学环节，包括专业实习基地的建立和对原有基地的完善。本专业在积极完善实验教学中心的同时，建设地下水长期观测试验场，使学生从入学开始，就对地下水科学与工程专业有初步的了解。有长春周边、辽宁省兴城、吉林省白城、河北省秦皇岛等4个稳定的教学实习基地，构建了本科教学中贯穿始终的实践教学平台。

3.不断完善教学实验中心建设

水利工程实验教学中心是目前地下水科学与工程专业的主要实验教学平台。目前设有4个实验室,包括水岩实验室、水力学实验室、水分析化学实验室及同位素实验室，总建筑面积1063m2，设备总台数627台，总价值559万元。设备更新率为43.3%。配置有低本底液体闪烁计数仪、原子吸收光谱、气相色谱仪、液相色谱仪、离子色谱、总αβ测定仪、中子水分仪、岩石孔隙度仪、渗压仪等仪器设备。实验室在满足教学需要的同时，还具有承担以下几方面科研任务的能力：非饱和带土壤水的运移参数，饱和带地下水运动参数的室内实验测定；渗流过程中各项水文地质参数，水的垂直入渗，地下水弥散参数等项的模拟实验；水、土、岩生物中的常量与微量元素及3H、14C同位素的分析测试。

4.初步建成地下水长期观测试验场

地下水长期观测试验场使学生预先了解与专业有关的实际问题，增加学生对专业的感性认识，全面了解地下水资源环境，以增强水资源环境与人类生存、社会发展关系的教学内容为特色，提高地下水科学与工程专业的整体教学质量和学生实践能力。

在吉林大学朝阳校区建立了地下水长期观测试验场，组织学生进行现场观测与创新性实践。

（1）气象观测：组织学生观测每日气温、气压、降水量、蒸发量、地温、湿度、冻土深度等数据和资料。

（2）地下水位长期观测：采用地下水水位自动观测与人工观测两种形式，组织学生观测地下水位，进行地下水位动态分析，每年进行地下水位资料的整理和汇编，深入了解地下水动态在本专业中的重要性，增加感性认识和动手能力。

（3）土壤水观测：组织学生对土壤水进行观测，使学生进一步了解大气水、地表水、土壤水、地下水的“四水”转化，培养学生进行科学探索的兴趣和能力。

（4）地下水水质监测：定期采取水样，分析地下水水质、确定地下水化学类型、地下水质量类型，分析地下水质的动态变化，整编每年地下水水质的动态资料。

（5）结合气象观测场的监测结果，计算地下水资源量，分析地下水资源量的变化及产生变化的原因；深入了解地下水资源的特点，对水资源有正确完整地认识。

建立试验场数据库，使观测资料成为教学的基础资料。充分利用地下水长期观测试验场，组织学生进行创新性试验，培养学生设计创新性试验的能力。

二、循序渐进的实践教学

1.了解专业的一年级认识实习

一年级认识实习基地为长春及周边地区认识实习基地，目的主要是对学生进行专业思想的巩固和专业知识的熏陶，让学生了解所学专业的基本知识和应用领域，提高对专业的了解，激发学生对专业知识学习的热情和兴趣。现有实习基地为长春市新立城水库、净月潭水库及长春市周边幸福乡、双阳区、伊通县等地。

实习内容为了解水系和分水岭的概念，并在地图上和实际观察中画（找）出分水线（岭）；学习使用地形图、罗盘、GPS；观察三大岩类，掌握三大岩类基本特征及区别；分析沉积岩、玄武岩、灰岩的水文地质作用；初步了解地下水的赋存条件；学习野外水文地质调查的方法；了解水库的功能、建筑物组成；分析水库有否塌岸、淤积、浸没和渗漏等环境地质问题；了解河谷、一级阶地、冲洪积扇和台地的地形地貌特征、水文地质特征；通过上游、下游水质分析对比，认识河流的自净作用；了解地下水水源地的特点；访问地下水水源地的水文地质条件及开采条件；调查地下水水源地周边地区地下水位的变化特点，分析地下水开采对周边地下水位的影响。

实习以带队教师按实习线路讲授，学生观察、了解和学习为主，每人完成当日的讨论作业，野外工作完成后，每人提交一年级认识实习报告—长春市及周边地区水资源与水环境问题调查报告。通过野外认识实习达到培养学生专业兴趣、了解专业问题，增强专业感性认识，提高学生对于后续系列专业课程的接受和理解能力的目的。

2.夯实基础的二年级教学实习

二年级本科生教学实习是学生学习实际地质知识和掌握野外地质工作基本技能的一个重要教学环节和提高学生思想政治素质的重要途径。二年级教学实习在吉林大学兴城教学基地进行，该实习基地位于辽宁省兴城市东部钓鱼台海滨，实习区域总面积1500km2，有20余条教学实习路线及3个地质填图区。

通过实习掌握第四纪地质及地貌野外工作的一般方法、外动力地质作用产生的现象和特点，各种外动力地质作用的产物及其与水资源形成与富集的关系；掌握区分三大岩类的方法，认识常见的主要岩石类型和主要岩石矿物成分、结构、构造及其产状与分布特征；初步建立地层层序，地层系统及地质年代表的概念；认识褶皱、断裂构造的现象及其组成各部分的名称；掌握一般野外地质现象的观察记录、描述方法与规格要求，熟练使用罗盘测定方位与测量地层产状要素的方法；通过野外实测地质剖面、路线地质等手段进行野外地质测绘，掌握系统的野外地质测绘工作方法。要求编写野外地质日记和小结，对所观察的地质现象进行归纳、综合整理，在此基础上完成实习报告。

通过本次教学实习，使学生巩固和深化所学地质学的相关理论知识，培养学生理论联系实际能力。通过野外实测地质剖面、路线地质等手段进行野外地质测绘，掌握系统的野外地质测绘工作方法，提高进行野外综合地质调查的基本能力。二年级教学实习使学生具有系统的、较扎实的地质基础，具备从事野外基础地质工作的基本能力。为三年级本科生生产实习打下坚实的地质学基础。

3.结合生产的三年级专业实习

三年级专业实习的目的是通过专业基本技能训练，巩固和深化所学的专业基础理论知识，培养学生理论联系实际的能力，培养学生的创新意识和创业意识。

三年级专业教学实习基地为秦皇岛教学实习基地、白城教学实习基地。这次实习是本科阶段最为主要的教学实习，学生在学习了水文地质学基础、地下水动力学、水文地球化学的基础上进行的，通过水文地质调查、地下水动态观测与分析、抽水试验等项目的训练，使学生将专业基础课上学习的原理和理论与生产实际结合，深入理解教材，培养分析问题和解决问题的能力。

白城地区地下水试验研究站位于白城市洮北区，拥有气象观测场、地中渗透仪、负压计和中子孔、抽水试验的抽水孔和观测孔。现在开展地下水动态观测和气象观测。白城实习包括完成抽水试验设计、气象观测与资料分析、地下水动态资料分析、水均衡要素观测与计算、大型抽水试验、环境水文地质调查与地下水开发利用调查工作。要求完成统测地下水位，进行抽水试验，观测流量、水位、水温，现场整理抽水试验数据，熟练掌握抽水试验及确定水文地质参数的方法，能够独立编写抽水试验报告。抽水试验基地在培养本专业学生实践动手能力、工作组织能力和解决分析问题的能力方面发挥了重要作用。

秦皇岛实习基地位于秦皇岛市抚宁县石门寨镇上庄坨村。实习区域地层出露齐全，构造较为发育，水系发育完整。分布有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶水、碎屑岩类孔隙裂隙水和一般基岩裂隙水（构造裂隙水、风化裂隙水、成岩裂隙水），此外还有低温泉水，岩溶水开采曾产生许多岩溶地面塌陷，而煤炭开采造成了大面积的地下水疏干区，水文地质问题的类型较为全面，是进行野外地质与水文地质实习的良好基地。

三年级专业实习时，学生基本完成了专业主体课程的学习。因此在教学中强调学生的主体地位，充分调动学生的学习自主性、培养学生的创新意识和创新能力。学生是实习的主导，一是实习中学生完成从抽水试验设计到进行抽水试验，进行水文地质参数计算，完成抽水试验报告；二是从安排野外调查到汇总资料，最终提出生产成果。实习报告由这2个完整的生产过程构成。实习的教学手法也从教师讲解逐渐过渡到学生自己讲解、大家讨论的方法。

学生是实习的主导因素这一思路在三年级实习中贯穿始终，特别是实习路线讲解之后，学生需要自己设计、安排水文、水文地质调查的所有工作，调查点的分布、水样的采取、每天的调查路线、资料的整理时间和方法、组员的分工合作等。因此学生的动手能力、野外独立工作能力、文字整理能力、语言表达能力、相互间协作能力和与人沟通的能力都有了很大的提高。

通过三年级实习的锻炼后，学生的动手能力、野外独立工作能力和文字整理能力及表达能力都有了很大的提高，具备了进行水文、地下水资源调查、评价和开发利用等方面的基本技能。

4.四年级毕业实习—融合学科前沿课题

四年级毕业实习主要完成毕业设计或毕业论文。本校本科毕业论文融合本学科前沿课题的立题，严格的教学质量控制，进一步体现了本专业重视实践教学，注重培养学生综合能力和综合素质的非常规范的教学机制。

近几年地下水科学与工程专业本科生毕业论文的选题紧密结合指导教师的科研项目。近年来本专业教师承担国家级、省级和横向研究课题数十项，众多的研究课题为毕业论文的选题提供了丰富的来源和强有力的保障。总体来看毕业论文选题面广，难度和深度适当，工作量适度，符合本专业人才培养目标的要求。

三、实践教学的创新模式

地下水科学与工程实践教学是一项内容丰富、形式多样的综合实践能力培养的过程，涉及多学科理论和方法，系统总结实践教学中的经验，选择合理的路线和内容，采用适宜的方法引导学生将感性知识与理性认识相结合，深入理解水文与水文地质现象和专业问题，形成具有特色的专业实践教学模式是本项研究需要解决的关键问题。基于以上认识，我们提出了建立地下水科学与工程本科专业教学实习的改革和创新模式。

1.完善实用的实践教学体系

改革和创新模式将现代化的教学手段和技术方法引入实践教学中，建设实践项目新颖齐全、专业领域广泛、设施配套先进的大容量、多层次的示范性实践教学模式。创新模式的概念是一个集成的概念，它包含了实践教学环节的软件和硬件建设。在实施过程中我们首先确定专业实践教学创新体系的目标和基本框架，从软、硬件建设入手，完善已有的教学实习体系。

（1）将多年来专业实习基地教学中的研究成果进行总结，编写地下水科学与工程、水文与水资源工程专业实践教学指导教材，建立教学实习基地的多媒体教案和声像教材。在总结以往教学实践成果的基础上，不断精选实践教学内容，逐步增加创新性实践教学项目和实验设施，设计实验装置，完善实践教学内容。建立实践教学信息采集、处理及综合管理系统，将专业实习内容与生产实践需求相结合，将新技术、新方法应用于教学实践过程中，实现了实践环节的信息化和可视化。在理论教学的基础上，以实践教学基地为依托，将教学实习和毕业实习紧密结合，在完善实习基地基本建设的基础上，着力加强对专业实验室、专业实践教材和现代化教学手段等方面的建设，通过实践环节培养学生创造性解决实际问题的能力。拓宽毕业实习的领域，让学生广泛与社会接触，将毕业设计和生产实践、科学研究相结合。

（2）实习是专业实践教学的重要环节，既是学生体验实践生产、验证所学知识的时机，又是教师进一步完善与充实教学与教材内容的必要手段。采用两种方式相结合的模式，一是建立生产实习基地，保证各届学生有相对稳定的实习环境与条件；二是结合实习基地建设投资和专业设备投资，不断完善实践教学的硬件设施，拓宽与用人单位的联系，增加学生参与生产实践的机会，尽可能在毕业实习阶段让学生到生产单位参加部分工作。并且，在每个实习阶段都要求学生完成实习日记，编写实习报告。整个实习过程中建立了较完善的监督、检查和指导运行机制，进一步发挥学生的主观能动性和教师的监督管理作用。

（3）实践教学以地下水资源及其环境为核心，将地质学、水文学、水文地质学以及环境科学等多学科内容有机地融合在实践教学过程中，以适应当前社会对人才的综合性与复合性要求，体现了实践教学的综合性。采用集中与分散、生产项目与科学研究、室内实验与野外调查、校内与校外相结合等灵活多样的形式，为使学生具有较强的适应能力与创新能力奠定坚实的基础，具有实践教学的多样性特点。同时注重对专业训练能力与创新意识的结合，启迪创造性思维，拓展研究领域，培养创新意识，不仅实现了实践教学的目的，而且培养了学生的创新意识，体现出较强的创新性。通过不断改革与实践，为国内同类专业实践教学模式的建设提供示范性模式。同时，使该基地成为水文地质基础研究与国际学术交流的基地，突出了实践教学的示范性。

2.基础扎实、特色鲜明的创新性实践教学模式

经过20余年的实践教学，特别是近10年来的不断探索和实践，我们提出并完善了具有专业特色的四阶段创新模式。

（1）启发性教学阶段。在专业教师的带领下完成，具体内容包括掌握观察地形、地貌要素及其类型的方法。通过野外现场调查，掌握不同地形地貌条件下孔隙水、裂隙水、岩溶水的形成、赋存及变化特征的分析方法和思路。通过典型供水水源地水井布局分析，进一步认识建立水源地应具备的条件和地表水与地下水的相互转化关系。通过野外渗水试验，熟悉和掌握水文地质参数的测定方法及参数的影响因素。

（2）独立性实习阶段。要求学生独立分组，编写野外调查计划，自行确定调查路线和主要观察内容，进行水文地质测绘和水资源调查，测绘面积约40～60km2。通过野外调查工作，掌握地下水资源调查的主要工作内容和工作手段，独立完成水文水资源调查及水文地质填图。

（3）协作性实习阶段。根据调查情况选取典型地段采取水样和土样，进行室内测试分析，完成水化学分析、水质评价，掌握水质化验和水质评价的理论与方法；完成岩土的水理性质分析，掌握代表性岩土的主要水理参数。

（4）创造性实习阶段。学生利用野外实际调查获取的第一手资料，结合收集的各种已有资料，掌握各种资料的室内整理分析方法和技术要求，在室内进行创造性的成果整编工作，编制水文与水文地质调查报告及相应附图、附表。

四、结束语

本学科实践教学实习建设经过几代人的共同努力，目前已经在国内同类专业中具有广泛的影响。存在的问题是实习经费及教师不足，导致实习受到一定影响，实习时间、路线受经费影响而缩减，在一定程度上影响了实习的效果。

尽管如此，我们克服重重困难，从2002年起，从适应现代教学的要求和人才培养的需求出发，以专业教学大纲为基础，通过多种教学手段和教学方法的应用，培养学生把理论与实践有机地结合起来，并应用获得的知识去认识、分析、研究地下水资源与环境问题，提高分析问题、解决问题和不断探索新知识的能力，培养宽口径、适应性强的专业人才。

近几年我们认真进行了毕业生质量跟踪调查，对用人单位的反馈结果进行了分析。用人单位普遍反映我专业的教学基础好，管理水平高，学术氛围浓，培养的毕业生专业知识扎实，业务能力强，踏实肯干，实践能力突出，受到社会的好评。

专业教学实践环节的改革与实践工作是一项复杂的系统工程，在建设过程中需要不断改进和完善，以适应学科的不断发展和社会需求。通过对地下水科学与工程专业教学实践模式的改革和创新，提高了本科专业的整体教学水平和学生的实践能力，取得了良好的效果。

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Reform and Practice of Undergraduate Practice Teaching links for the Major of Groundwater Science and Engineering

XIAO Chang-lai1, LIANG Xiu-juan1, GAO Shu-zhen2, SU Xiao-si1, DUAN Chang-chun1
1. Jilin University, Changchun 130021, China; 2. Jilin University, Changchun 130012, China

According to the requirements of undergraduate education for talents training in higher learning institutions in our country, the model of reform and practice of undergraduate education in major of groundwater science and engineering has been continuously explored and improved in Jilin University, combining with the characteristics and reform practice of field teaching links for the major of groundwater science and engineering in the recent decade. The field practice teaching platform has been set up and improved through many years of thorough field practice and scientific research. A new innovation model of field teaching practice for undergraduate education has been explored applied in field teaching practice in many years, and excellent teaching results have been made in recent years.

groundwater science and engineering; practical teaching; teaching reform

G642

A

1006-9372 （2012）01-0028-06

2011-11-24；

2012-01-15。

吉林省精品课程“地下水动力学”、“专门水文地质学”；吉林省教改项目（2008046，2008047，2010030）；吉林大学研究生课程建设项目（20101027，20102283）资助。

肖长来，男，教授，博士生导师，主要从事地下水资源及其环境的教学与研究工作。