“水文学与水资源保护”课程教学方式初探

童菊秀

中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083

“水文学与水资源保护”是一门专业性强的课程，是水文学与水资源工程、地下水科学与工程专业学生的主干课程，同时也是环境工程专业高年级学生的基础专业课程[1]。学习本课程需要具备一定的数学、物理、力学和化学的知识。本文仅就该课程对环境工程专业高年级学生的教学方式进行了初步探索，该课程包括水文循环与形成、流域产流与汇流计算、水资源系统、水资源的数量与质量评价、水资源开发及其环境效应、水资源管理保护措施等方面的内容[2-3]。通过学习，使学生了解我国水资源概况以及水资源开发利用的现状，掌握水文循环、河流与流域、降水、下渗、蒸散发、径流、降雨径流影响要素的计算，蓄满产流与降雨径流相关图、下渗曲线与超渗产流、流域汇流计算，水量均衡计算和水资源评价的理论和方法，使学生对水文学中的基本概念及其原理和水资源保护措施有一个比较深刻的了解。

一、教学内容及特点

本课程既涉及有关基础理论，如水文循环、河流与流域特征、水量均衡计算、流域汇流计算中的蓄满产流模型和超渗产流模型；又注重理论应用的掌握，如给定某流域的水文资料信息，如何利用蓄满产流模型、下渗曲线和超渗产流模型以及流域汇流产流模型的理论知识来具体计算地表径流和地下径流量，或者给定某研究区域的水文地质资料，学习如何利用水量均衡原理来计算该研究区域的地下水位。同时又特别强调与时俱进意识的形成，2012年北京“7·21”暴雨事件可以让学生们对暴雨的危害有感性的认识；学生还可以通过广西柳州2012年1月的镉污染事件和2011年8月云南曲靖的铬污染事件来了解国内水体污染现状，以此提高学生学习的兴趣，增强净化水质的意识。该课程不仅需要学生有综合分析的能力，还需要学生有处理实际问题的能力，因此，学起来困难较多。由于本课程内容很多，且应用性比较强，笔者认为更应注重学生理解知识和独立思考实践的能力，因此本课程没有采取闭卷考试的形式，结合笔者在该门课程教学中的切身体会，分别从提高学生学习的积极性、上机实习、实践应用和读书报告四个方面阐述，对该课程的教学方式进行探索。

二、教学方式探讨

1.课堂讨论与作业

在课堂上要努力提高学生的积极性，引起他们的兴趣，因此在教学过程中要让学生积极参与进来，共同讨论生活中息息相关的话题。比如在进行水文循环讲解的过程中，提出人为活动对自然水文循环过程的干扰的概念，即衍生水循环，让学生们积极讨论人类哪些活动影响到自然水文循环过程中的径流、降水和蒸发等行为，学生可以在积极讨论的过程中联系到实际，从而意识到人类修建公路、修建水库、植树造林、围田造湖和滥伐森林等活动的影响，同时也更进一步理解水文循环过程。通过了解世界及我国的水资源状况，让学生们意识到我国的水资源总量的不足，而且还有部分水污染比较严重，让大家意识到节水的重要性，同时积极鼓励学生联系生活实际，讨论自己可以节水的措施，例如：在平时刷牙的时候可以通过几次间断性的接水来达到节水的目的；在平时洗澡的时候不要连续开着喷头来达到节水的目的。而现在的家庭一般都设置有“中水”冲马桶来达到节约市政供水的目的。通过积极讨论思考，拓展了学生的思维，将该课程与学生的生活实际联系起来，提高了学生节水的责任感和荣誉感，活跃了课堂气氛，调动了学习的积极性。

另外，只通过课堂讲解，很难让学生有较为深刻的理解，尤其是一些基本计算原理，比较难掌握。可以通过课堂作业加强理解并检查学生是否真正领会了课堂重点知识。比如在讲解蓄满产量模型的时候，通过教师对示意图的解释和阐述，学生可能觉得很容易理解，但是让学生通过作业的形式，当堂画出蓄满产量模型图，并对其中的参数进行物理意义的解释，可以进一步加强对此模型的理解和认识，若学生不能正确地画出，也可以及时意识到自己的不足，并做到当堂修补欠缺的知识。在讲解水量平衡原理的时候，通过简单的水桶接受降雨补给和水桶底部漏水的示意图，可以很好地理解水量平衡原理，然后扩展到比较复杂的流域，在确定学生们听懂后，当堂给出关于某流域的资料，包括分析和比较不同的补给项和排出项，让学生们计算在此阶段此流域中河水位的涨落情况，从而达到进一步理解和消化所学知识的目的，也让学生们当堂就有成就感，提高听课的兴趣。上课结束后还有疑问的学生，可以课下或当堂向老师提问，老师依据当时情景给出回答或者在下次上课之前给出答复。

当然，每次学生完成的课堂作业，教师在课后及时批阅并给出相关分数，可以给学习好的学生以鼓励，同时给知识掌握不够全面的学生以警示和督促作用，不失为激发所有学生上课积极性的好方法。

2.上机实习

在课堂讨论中，学生都是从本专业的角度进行思考的，同样的问题在其他专业是如何思考的呢？笔者在课堂上通过讲授及互动了解了宏观水量平衡原理，举一反三，将其应用到水资源中的地下水系统中，首先需要将思维转换到微元上，即无限小的正方体里，在这个正方体里面，水头的变化等于进去和出来的水量的差值（即水量平衡原理），经过一系列的推导可以得出关于地下水的偏微方程[4-5]。学生在一步一步的推导中，发现原来看上去很复杂的偏微分方程实际上是通过很简单的原理演变而来的，使课程更浅显易懂，同时便于大家兴趣的培养。上机实习就是在此推导的基础上，给出一个例题，让学生在电脑上面进行求解。首先给出范例，让学生在EXCEL里面进行计算[6]，可以很直观地看到相应的数值变化引起地下水位上升和下降的情况，同时该过程也使学生体会到了EXCEL软件的应用性。然后让学生用MODEL-FLOW软件进行求解画图，对比MODEL-FLOW软件输出的结果与EXCEL计算的结果，相互验证结果的正确性。最后让学生们认识到MODEL-FLOW软件的特点和优势，增强了对国际通用软件的了解，开阔了视野。

通过此创新性上机实习，学生结合宏观的水量平衡原理及微观的数学推导，利用物理、数学、计算机等知识，初步体会和认识了地下水运动规律，初尝了地下水专业的经典。用EXCEL进行模拟计算，使学生深刻地体验了水量平衡原理，并了解了基本工具的强大功能。用MODEL-FLOW软件进行模拟，其中输入文件的书写，增加了对地下水运动规律的理解，并培养了学生认真严谨的学习风格；通过作图分析结果，将理性的知识感性的展示在眼前，加深了对本专业的水量平衡原理的理解，同时也拓展了学生的思维方式，开阔了环境专业高年级学生的眼界。

3.学生实践

课堂上老师的讲解和学生的讨论，主要还是在老师参与指导的状态下完成的，为了培养学生们的学习兴趣，进一步提高学生们独立自主进行学习和思考的能力以及培养学生们团队协作的精神，同时增强竞争意识，在本课程教授的末期阶段，结合教学内容提出了四个不同的课题，分别为“农业节水技术措施”、“生活节水措施”、“工业节水措施”和“水源涵养的生物科技技术”，供学生们选择并自己组队，将全班同学分为8个小组，即2个小组同一个课题，利于进行内部的横向比较，而不同的课题之间进行纵向比较，各小组的学生自己查询资料，并经过组员们的资料阅读、分析、讨论，产出成果，最后以PPT的形式在班级上进行讲解。课题题目落实后，按个人特长或兴趣，组员自行进行分工，同一个小组里面，有的人擅长讲解，则可以作为代表来讲解PPT成果，有的学生擅长制作PPT，则可以作为PPT制作的负责人，有的人擅长资料收集，则就可以作为收集资料的负责人。通过收集、阅读及整理资料，学生们可以深刻地了解到世界用水状况及其分类，也可以了解世界节水措施的发展状况及趋势，并从中学习到不可想象的新奇节水措施，达到了拓宽视野和培养兴趣的目的。对于“农业节水技术措施”和“生活节水措施”这两个课题，学生可以结合生活中接触或了解到的用水情况，对比收集整理的节水措施，开拓思维，规划生活节水措施和农业节水技术措施。“工业节水措施”和“水源涵养的生物科技技术”这两个课题，与环境工程专业息息相关，对于环境工程专业大三的学生来讲，专业课刚开始，通过该课题的实践可激发学生学习相关专业知识的兴趣：如何利用专业知识来节水？如何涵养水源？水源涵养林的作用是什么？带着解决问题的思想去学习专业知识，不仅提高了本课程学习的效率，也增强了对下序各课程学习的积极性，在该过程中可逐步明确个人的兴趣，提前开始自己的职业规划。

由于学生们“讲课”实践是面向自己的同班同学，因此可以由学生们自己从多个方面（例如：讲解是否条理清楚、成果是否引人入胜、汇报是否生动形象、学生和老师提出问题的解答等方面）对他人的小组成果进行打分评估。由于整个成果是全体小组成员共同完成的，因此老师和学生们的问题可由小组内任意人员主动回答，且允许组内成员随时补充。此环节老师主要关注课题准备内容的充实度，并给出相应的评估分数。

在课题实施过程中，学生锻炼了自己的独立思考能力；整个讲解及答辩的过程也锻炼和提高了他们表达及应变的能力。学生们在进行横向比较的过程中，可以进一步了解同一个课题，而在纵向比较的过程中，可以学习到不同的知识并了解不同的学生在准备过程中花费的心思以及他们的特长，而让学生参与部分打分评估，可以让他们更有责任感和主人翁的精神，提高学生独立学习和思考的积极性，也可以锻炼他们换位思考。通过这些实践活动，让学生积极参与进来，不仅巩固了专业知识，还激发了学生的兴趣，并且锻炼了学生的独立创新能力，增强了协作意识，可谓一举多得。

4.读书报告

在整个课程教授结束之后，将会让学生完成一个关于“我国水资源开发保护的一些感想”的读书报告，要求学生从水质和水量两个角度来了解国内外现在水资源开发利用过程中存在的问题及对策。通过读书报告可以使学生培养自己的独立思考的能力。搜集资料，使得学生对我国水资源开发保护的现状进行认识；分析资料和消化吸收知识，使学生结合我国水资源现状，利用所学知识，分析现状产生的原因；创新应用，结合自己的特长和生活经历，利用所掌握的知识，对我国水资源现状存在的问题的解决提出针对性的对策。因此通过读书报告，可以使学生加深理解上课讲解的内容，并运用于实践，将知识串联起来，形成较为系统的知识面。

读书报告主要是对本课程从整体上进行复习回顾，进一步拓展和培养学生的独立思考能力，有利于学生发散性思维的培养，培养学生们的创新性。

三、结语

本课程从提高学生学习的积极性、创新性上机实习、实践应用和读书报告四个方面阐述，探索该课程的教学方式。实践表明，本教学方式有助于发挥学生的特长，培养学生学习专业知识的兴趣，鼓励学生积极参与进来，培养自己的独立思考能力和发散性思维，领略不同专业领域的思维方式，帮助学生了解基本工具的强大功能，培养学生认真学习的态度，拓展专业知识面，开阔了学生的眼界，增强学生勇于实践和创新的意识。

[1]崔亚莉，邵景力，刘明柱.“水资源开发利用与保护”课程教学方式思考[J].中国地质教育，2005，(1)：77-78.

[2]芮孝芳.水文学原理[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[3]侯立柱.“水文学原理”课程创新性教学研究[J].中国地质教育，2011，(4)：86-88.

[4]陈崇希，林敏.地下水动力学[M].武汉：中国地质大学出版社，1999.

[5]薛禹群.地下水动力学（第二版）[M].北京：地质出版社，1997.

[6]武富孔.EXCEL在地质研究工作中的应用[J].中国地质教育，2011，(3)：31-35.