中美大学“水文学原理”教学比较研究

向友珍+宋松柏+王双银

摘 要：文章以西北农林科技大学与美国犹他州立大学“水文学原理”课程为例，比较分析两所大学与该门课程在教学实践与教学质量评价方面的差异，借鉴犹他州立大学的教学特色，我国应创新教学理念，加强教学设施建设，完善教学评价制度，激励学生自主学习，提高专业核心课程的理解与掌握能力。

关键词：水文学原理；大学；美国

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）01-0015-05

“水文学原理”课程是水文与水资源专业的专业核心课程之一。水文学领域科学技术的复杂性，以及该领域边缘学科及其与其他领域交叉学科的发展，要求我们提高相关专业本科高年级学生和研究生的水文学教育，加强教育质量和效果的评估[1-3]。20世纪50年代以来，社会生产规模的空前扩大和科学技术的迅猛发展，使人类改造自然的能力迅速增强，人与水的关系已经由古代的趋利避害和近代较低水平的兴利除害，发展到了现代较高水平的兴利除害新阶段，这也就赋予水文科学以新的动力和特色[4]。水在表现自然属性的同时，社会属性也日益表现出来，并逐渐为人们所认识[5]。水文科学将有可能发展成为具有自然科学和社会科学双重性质的一门综合性科学，水文科技工作即将面临新问题和新要求，水文科技工作者综合素质必须提高[6-7]。2007年，在Wagener等的呼吁下，水文教育界组建了“分析、合成和团结水文教育”组，通过大量调查从事大学水文教育的工作者，发现水文教育方法与手段、教育者所用材料等都需要改进，核心知识和方法的确定是水文教育面临的主要挑战[8]。高校是向社会输送高素质和优秀水文科技工作者的基地[9]，专业核心课程教学应该引起足够的重视，人才培养模式改革势在必行[10]。

目前，我国大学教育过程中如何提高学生知识学习和能力培养问题仍待探讨[11]，水文与水资源专业本科教学人才培养现状中也存在不少问题[12]。我们通过在美国犹他州立大学的学习机会，于2015年系统地旁听了“水文学原理”课程，结合自身国内多年教学实践，对比分析了西北农林科技大学和犹他州立大学在“水文学原理”课程教学实践、教学质量与效果评价体系上的差异，旨在以后的教学过程中完善该课程教学设计与评价体系，为课程教学改革及发展提供借鉴作用。

一、中美大学“水文学原理”课程教学特点比较

（一）西北农林科技大学“水文学原理”课程特点及教学设计

西北农林科技大学建校于1934年，是我国“985”建设和农林类综合大学。该校水文与水资源工程专业隶属于水利与建筑工程学院水资源与环境工程系，是陕西省特色专业。该校本科生“水文学原理”课程开设于第二学年下学期，设置3学分，共48课时，每课时50分钟。课程内容包括水文循环、土壤水分运动、蒸散发、洪水波运动、产流、汇流等，它研究各种水体的物理化学性质、运动、分布及变化规律，以及各种水体与环境和人类活动的相互作用和相互影响。课程目标是使学生理解水文现象的基本规律，掌握降水、下渗、蒸发、径流等水循环要素的形成机制与研究方法，为本专业后继课程的学习及从事水文水资源相关学科的应用与研究打下坚实的理论基础。

在教学用书方面，课程教材为我国著名水文学专家芮孝芳主编的《水文学原理》（中国水利水电出版社，2004）。教学参考资料主要为：1.芮孝芳的《径流形成原理》（河海大学出版社，1991）；2.雷志栋的《土壤水动力学》（清华大学出版社，1988）；3.叶守泽、詹道江的《工程水文学》（中国水利水电出版社，2000）；4.雒文生的《河流水文学》（水利电力出版社，1992）。

在教学方法与手段方面，传统的“板书讲授”已被“多媒体讲授”替代，互联网的迅猛发展给教学提供了新的改革契机——网络教学平台的建设，网络平台为提问答疑、讨论、教学效果实时调查提供了便利，教学过程中，教师可依据学生实时反应调整教学方法与手段，依据学生掌握程度，微调各教学内容教学的进度，教学已进入“多媒体讲授+互联网体系利用”的新时期。

在课程练习与作业方面，因教材每一章并未设置对应的练习和作业，课程练习与作业均由授课教师查阅参考文献后摘录、改编或自编而成。

该课程考核由平时成绩和期末成绩两部分组成，平时成绩包括考勤、课程作业、课堂活跃度和网络平台活跃度评定，平时成绩占总评成绩的40%，其中考勤成绩占5%，课堂活跃度占10%，网络平台活跃度占10%，课程作业占15%。期末成绩占总评成绩的60%。

（二）犹他州立大学“水文学原理”课程特点及教学设计

美国犹他州立大学建校于1888年，是美国著名的公立研究型大学之一，前身是一所农业学院，“水文学原理”课程开设于该校工学院的建筑与环境工程系。该校水资源研究始于1888年，主要研究水、土壤、植物与动物生活的联系。1890年组建工程学院后，水资源发展与利用也成为该学院科研与教学的重要方向之一。

“水文学原理”课程是犹他州立大学工程学院城市与环境工程系的核心课程之一，设置3个学分，每年秋季上理论课，每周两次课，每次课75分钟，共15周，主要讲述内容包括水文循环及水文过程的基本理论，降水、入渗、产流、蒸散发、融雪水等的基本概念及过程，水文模型的发展等；次年春季主要为应用，每2周安排一次水文模型报告，学生按自己的兴趣和需求有选择地参加，报告述及模型在某流域的应用，包括应用该模型已解决、可解决、待解决和可能解决的问题。该课程先修专业课程为“工程水文学”，后续课程为“水文模型系统评价”。课程目标的重点是理解水文过程机理，要求学生掌握如何定量描述地表水产生、分布及运移；如何应用水文学知识处理工程问题；理解水文过程数学模型各参数的物理意义；鼓励学生利用MATLAB程序工具解决问题。

该校课程选用教材为国际著名水文学家Wilfried Brutsaert教授主编的Hydrology. An Introduction（剑桥大学出版社，2005年）。教学参考资料主要包括：1.Dingman S L的Physical hydrology（Waveland press，2015）①；2.Tarboton D G的Rainfall-runoff processes（Utah State University，2003）②；3.Bras，R.L的Hydrology（Addison-Wesley，1990）③；4.Chow，V.T.，D.R.Maidment，L.W.Mays的Applied Hydrology（McGraw-Hill，1988）④；5.相关的研究论文，可从课程网站下载，协助学生了解水文学在各方面的最新研究与应用。此外，课程网页还会及时更新课程讲义，供学生参考，协助学生理解巩固已学知识。

在教学方法与手段方面，该校以课堂多媒体讲授为主，以学习小组讨论、实验室模拟和实验为辅，再根据个人兴趣与需要参加相关学术报告与讲座。多媒体讲授以授课教师为主，不定期让学生上讲台，展示学习小组讨论和学习成果。学习小组成员由4—6人组成，人人课外积极准备，课内遇到问题时由教师随机指定组合而成，讨论过程中按照个人贡献和表现由授课教师发“小纸条”（记录所解决问题，如何解决），课程结束后按照学生“小纸条”的个数评定其平时成绩。第一次进实验室是在讲述绪论、基本水文概念、全球气候特征后，实验室为学生模拟演示了自古迄今地球上水文情势的变化，人类对水的利用以及人类对水环境的改变，让学生感性认识到该课程可解决的科学问题。讲述雪时，结合当地实情，叙述融雪水对洛根地区地表水和地下水的补给，并指出几个补给典型区和点供学生课外考察。讲述入渗模型时则先用动画模拟土壤水运动，再让学生就土壤水运动科技论文最新研究点展开讨论，然后分组进行土壤水运动实验，观测土壤水分剖面变化，在饱和与非饱和条件下验证土壤水运动理论，最后由授课教师总结。学院网站公示并按时更新各类学术报告与讲座的主题，供有兴趣的学生选择性参加，并做记录，之后形成笔记和心得，并提交给授课教师。该校坚持以“学生为本”，鼓励支持学生随时提出对知识点的疑问和不同看法，激发其学习能动性。

课程练习与作业是教学过程中的重要组成之一，该校“水文学原理”课程的练习题与作业题是分开的。练习题由两部分组成，第一部分介绍该练习题是哪几个知识点的应用，可解决哪些问题；第二部分为具体练习。以前期土壤含水量和降雨量大小对入渗与径流形成的影响为例，首先简要介绍该练习主要涉及降水过程中Green 和Ampt model模型的应用，解决该问题时参考霍顿径流理论、总径流随前期土壤含水量与降雨量的变化，并给出解题电子程序（excel形式的Green 和Ampt model模型）供学生参考和计算，要求学生就教材的相关内容交换意见，并提示出涉及的方程，最后给出具体练习内容。课程练习一般由全班或学习小组在课堂上完成一部分，课外自己补充完善。学习小组各成员务必独立完成练习题，可以讨论但不得抄袭剽窃他人观点和成果，否则该成绩记为“0”分。作业题由学生课外独立完成，主要来自教材或教学参考书。

课程考核由作业、中期考试、期末考试组成。总评成绩计算方法为：作业及报告成绩占25%，期中考试占45%（共2次，每次占22.5%），期末考试成绩占35%。最终成绩采用等级制，共分为A（100—94）、A-（93—90）、B+（89—87）、B（86—83）、B-（82—80）、C+（79—77）、C（76—74）、C-（73—70）。各等级之间设置灰色区域，获得临界分数的学生可能得到不同成绩，如某学生综合得分为89，其课程成绩可能为A-或B+，若该学生自开课后各项评定成绩呈逐渐增加趋势，则其最终成绩为A-，反之为B+。可见，灰色区域成绩与学生自我表现直接相关，与班级其他人表现无关。

（三）两所大学“水文学原理”课程教学设计比较分析

对比分析教学设计（表1）可以看出，两所大学的“水文学原理”课程性质、授课对象、学分一致。教学目标、内容、教材、考核方式等方面均有不同程度的差异，主要表现在以下几个方面。

1.授课时数。西北农林科技大学的授课时间为大半个学期，较为集中，而犹他州立大学的授课时间跨越一个学年。相较之下，前者在教与学上均表现出时间上的紧促感，学生在短期内难以应对各章节知识点，容易出现前期困惑未解，新的问题已经出现的状况，导致后期学习迷茫；而后者则因课前课后时间充裕，学生可通过查阅参考书、科技论文、讨论和咨询教师等方式充分理解课程各章节难点和重点，结课时学生对该课程已经较为熟悉，甚者在学习过程中发现自己的兴趣点，从而确定了今后的工作和研究方向。

2.教学目标：西北农林科技大学侧重理

论，犹他州立大学侧重应用，尤其是模型的应用，通过各种模拟方式，低成本解决应用问题，比如通过各种模拟软件来实现各种控制条件下的产流和汇流的形成。

3.“水文学原理”课程具有明显的地区性特征，虽然两所大学均地处本国的西部干旱地区，但中国西北地区河流和地下水等多靠雨水补给，因此在授课内容上侧重地表水流运动和洪水演算。而犹他州立大学处在洛根地区，河流和地下水主要靠融雪水补给，授课内容中雪占据了重要地位。

4.所选教材均适合本国实情，但犹他州立大学的教学参考资料更为丰富，有相关的教材及专著，还有相关水文模型及科技论文，拓宽了学生视野，提高了学习兴趣，尤其是将来攻读硕士学位的学生在培养科研兴趣的同时亦得到初步科研训练。

5.在互联网的利用方面，两所大学均在校区向师生开放WiFi，但西北农林科技大学课堂上学生无法使用电脑，仅能课后利用电脑参与网络平台学习和讨论，而犹他州立大学教室的每个课桌上配有电源插孔，硬件设施配套齐全，学生上课都自带笔记本或掌上电脑，可及时登录课程网站及相关网站获取到与课堂讲述内容相关的信息。

6.犹他州立大学水研究室为“水文学原理”课程的理论教学提供有力的协助和支持，实验室软件和硬件设施齐备，且免费向师生开放，学校鼓励和支持学生走进实验室，利用实践激发学生的学习能动性。

7.授课过程中均通过练习题和作业督促学生巩固

知识点，但犹他州立大学在此基础上，还设置了两次阶段性综合考查，加深了学生的阶段性记忆及对知识点的及时理解掌握，有利用知识前后衔接，使课程的知识体系在学生的记忆中更加系统和牢固。此外，犹他州立大学考核还包括了学生对科技论文阅读和相关学术报告、讲座的理解，可拓宽视野，激发学习热情。

表1 两所大学“水文学原理”课程特点及教学实践比较

综上，西北农林科技大学“水文学原理”课程教学应注意以下几点：（1）周课时减少，课程延续时间宜延长至1学年，每学年24课时，给学生足够的自主时间查阅相关资料，充分理解和掌握各知识点。（2）增设实践环节，扩大实验室建设，增添相关教学软件和硬件。在讲解理论知识的同时，让学生在必要时走出教室，走进实验室或进行野外观测。（3）加强课程练习与作业管理，组建学习小组，给学生更多的机会展示自我。（4）教学用书与材料应更为广泛，同时进一步加强网络平台的利用。（5）在考核方面应加强阶段性综合考核。

二、中美大学本科教学质量评价比较分析

（一）西北农林科技大学本科教学质量评价的特点

西北农林科技大学教学质量评价主体包括学生、学院和学校。学生评价权重为60%，评价指标为教学组织、教学态度、教学内容、教学方法和教学手段，评价方式为网评；学院评价权重为30%，评价指标为教学工作态度、教学工作量、教学质量、教学效果、教学改革及成效，评价方式为督导组听课；学校评价权重为10%，评价指标为教师资格、教学资料、教学执行情况，评价方式为教学材料检查。从评价权重和评价指标可以看出，学生评价对教学质量评价起决定性作用，然而对于“水文学原理”这类专业核心课程而言，教学质量评价重点还应该包括课程教学目标是否符合本专业的人才培养要求，课程结构和体系是否清晰合理等，学生作为初学者，对此无法正确评判。此外，教学效果是评判教学是否成功的重要指标之一，其所占权重偏低。可见，教学质量的评比指标有待调整和完善。

（二）犹他州立大学本科教学质量评价的特点

犹他州立大学本科教学质量评价由学生、同行、自评及系主任评价结果组成，评价主体包括了学生、同行、授课教师和系主任，评价的客体包括授课教师本人、课程授课期间和结课后对学生产生的影响等。学生包括正在学习该课程和已完成该课程学习的学生，前者评价当前学习效果，注重的是授课教师在课堂讲授期间的直接表现，后者评价该门课程对自己后续学习的影响。同行评价主要通过查阅教学资料、听课、与授课教师交流等方式；自评一般是指课程结束后对整个教学过程的自我分析，找出存在的问题并提出改进方法和建议；系主任评价是在学生评价、同行、自评基础上做出的总结性评价。

（三）中美两所大学“水文学原理”教学效果评价比较

通过教学效果评价，可判别教学内容、目标、设计、方法与手段等是否满足要求，可检验学生对该课程的掌握程度，可评价课程学习对后续学习和专业发展的影响。对比分析两校“水文学原理”课程教学效果的评价方法与过程，可发现相同点是主体均包含学生评价、院系评价；差异主要体现在考核时间及课程学习效果上。西北农林科技大学学生评价主体仅为当前上课学生，缺失后续的专业学习学生对该课程掌握程度的评判，无法完整反映该课程的教学效果。

相较而言，中国较注重教师的“教得如何”，而忽略了学生对该课程的掌握和运用情况。美国则较注重学生“学得如何”，即侧重结课后的一段或更长的时间内课程对学生的影响和帮助。

三、犹他州立大学“水文学原理”教学特色对我国的启示

正如Gregory提出的，教师是教学过程的第一角色，在实践指导过程中必须把自己也当成一个学习者，并用心研读，透彻理解所讲内容，了解学生的能力及其已掌握的知识，关顾学生需求，将讲授内容与实际应用联系起来[13]。学生作为授课对象，是受益者，也是评价教学效果的主体，对学生而言取得知识却没有理解和应用算不上“学会”[14]。对比两校“水文学原理”课程教学各个环节，中国教学应该借鉴美国的教学设计与教学质量评比，在教学中充分做到“以学生为本”。

（一）转变教学理念，激发学习热情

犹他州立大学“水文学原理”课程教学选用经典课本为主要教材，4本同类教材为辅，同时还要求学生阅读相关研究论文，并要求参加有关报告和专题讲座。教师在课堂上梳理知识点脉络，讲授重点，课外阅读、报告和专题讲座增加了学生课外知识内容，并引入最新研究信息，学生在扩大视野的同时开拓了思路。教学过程中的实践性环节，促进了学生对理论知识的理解和掌握[15]。该校水研究室全面对师生免费开放，提交申请后，管理人员应申请者要求在预约时间开放模拟试验场，师生即可自行模拟水文循环、降水、蒸发、径流、下渗等诸多水文过程，观测各水文过程的影响因素。研究室网站还实时更新硕士和博士研究生的试验项目和时间，欢迎和鼓励本科生参与或参观。学校课程网站建设较为完整，学生可及时在网站上获取相关专业信息，与教师进行交流讨论更方便。

随着我国青年教师计算机知识的提高及网络技术的发展，慕课[16]、微课[17]等已成为常规教学的有益补充，不少课程团队正在自行开发课程教学网站，实现课程资源数据化。目前西北农林科技大学网络教学平台已经基本建设完成，但是利用率不足50%，且在用平台多半并非充分利用。美国本科生学习中离不开计算机，所有教学资源及所需信息均需通过网络获取，甚至课堂上计算机亦是必不可少的学习工具；反观中国本科生，利用计算机学习的人数比例不足30%，很少有人安装专业学习软件及程序，这不仅是对先进学习设备的浪费，更不利于他们学习兴趣的培养。

可见，转变教学理念，学校必须增加基础设施建设，保证学习的硬件环境；授课教师则应努力丰富教学资料，教学过程中方法与手段多样有效，鼓励学生在课堂上使用先进的学习工具，利用相关水文模型更好地了解水文过程，提高学生的学习兴趣及积极性。

（二）完善教学效果考核，加强教学质量评价

由教学效果考核比较看，犹他州立大学对课程学习效果的考核更注重阶段性综合考核，有效督促学生及时提高自己的阅读量，加强其对知识的理解和巩固，使得“教”与“学”之间有足够的互动和反馈，教师更加了解学生的学习动态，学生则可充分认识到自己阶段性的不足。另外，教学效果考核各等级之间灰色区域的存在，给教师客观评判学生提供了一定的自主权力，激励学生坚持不懈地学习。

西北农林科技大学应该进一步完善教学质量评价体系，追踪该课程对后续课程影响的评估，让本科高年级学生和在校研究生都参与，毕业学生自主参与，以此全面评估该课程对学生今后学习和工作的影响。该校督导组成员多为离退休教师，教学评估往往局限于教学组织形式、课堂纪律、学生反映等，宜增添在岗同行对该教学的评估。真正用“学得如何”和“教得如何”来评估课程教学。

（三）加强学生自身认识，提高学习自主性

学生是施教对象，受诸多因素影响，中国大学生的学习自主性有所下降。在近年的教学过程，发现学生存在主要问题一是缺乏对该课程的正确认识，未意识到专业核心课程在专业知识储备中的地位，求知欲望不足，甚至误解该课程仅靠背诵和记忆就可掌握各知识要点。二是学习方法和基础知识薄弱，缺乏学习的主动性和思考的能动性，仅能理解各原理和机理字面上的意思，高等数学知识的薄弱导致对下渗方程、圣维南方程组、槽蓄方程等无法正确理解。“不重要，又难懂”的错误认识，让学生倦怠储备知识[18]，甚至出现厌学现象[19]。在教学过程中，及时改进教学方法和手段，调整教学设计，及时引进新的知识信息，适时增添实践环节，实时促动师生交流，提高学生学习自主性是提高教学效果有效途径[20]。

教育体制和教育背景的不同，是西北农林科技大学和犹他州立大学“水文学原理”课程教学产生差异的根本原因，两校课程教学各有优缺点，犹他州立大学在教学设计、教学方式、内容涉及、考评方式及教学理念等方面可为我国目前的教学提供参考和借鉴，特别是如何提高学生专业课学习积极性、引导和接受学生多元化学习方法、丰富课程考评办法等都为我们的教学提供了新的思路，对我国水文类课程的教学改革及人才培养模式创新有一定的借鉴作用。本文研究结果将直接应用于西北农林科技大学“水文学原理”的教学实践，亦可为我国其他水利类专业的课程教学改革及人才培养模式研究提供一定的参考作用。

注释：

①该参考书在教学过程中必不可少，地位和教材几乎相当， 学生的课后练习和作业几乎有一半来自该书或随书所赠 光碟。同时，该书也是水文专业硕士和博士研究生必备的 资料。

②该模型是犹他州立大学的水研究实验室开发的网页模 型，可实现降雨时入渗及产流过程的定量描述，供学生免 费使用，使用网址为：www.engineering.usu.edu/dtarb/ rrp.html。

③该参考书协助学生理解水文学经典理论及水文学的发展 历史。

④该参考书协助学生理解各类典型的水文过程，以及水文 学在各类工程上的应用。

参考文献：

[1]Ben-zvi-Assarf O，Orion N.A study of junior high students'perceptions of the water cycle[J]. Journal of Geoscience Education，2005，（4）.

[2]Bourget P G.Integrated water resources managem- ent curriculum in the United States：results of a recent survey[J].Journal of Contemporary Water Research & Education，2006，（1）.

[3]Achieve，Inc.Next Generation Science Standards， available at：http：//www.achieve.org/next-gener- ation-science-standards（last access：23 February 2013），2012.

[4]丁婧祎，赵文武，房学宁.社会水文学研究进展[J].应用 生态学报，2015，（4）.

[5]吴昊，张震宇.基于“两型社会”建设的水资源管理探讨 [J].江苏水利，2013，（6）.

[6]姚海娇，周宏飞，苏风春.从水土资源匹配关系看中亚地 区水问题[J].干旱区研究，2013，（3）.

[7]柯长青，李满春，王结臣.与时俱进 培养地理信息科学 拔尖创新人才[J].中国大学教学，2013，（7）.

[8]Wagener T，Weiler M，McGlynn B，et al.Taking the pulse of hydrology education[J].Hydrological processes，2007，（13）.

[9]薛传会.论高等学校的协同创新战略[J].当代教育科 学，2012，（7）.

[10]钟秉林.人才培养模式改革是高等学校内涵建设的核 心[J].高等教育研究，2013，（11）.

[11]赵华荣.环境学科背景下水文与水资源工程专业教学 改革与实践[J].大学教育，2013，（8）.

[12]方樟，马喆，肖长来等.水文与水资源工程专业本科教 学存在问题及教学改革——以吉林大学水文与水资源 工程专业为例[J].科技创新导报，2015，（1）.

[13]Gregory J M.The seven laws of teaching[M]. Veritas Press，2004.

[14]Nash J E，Eagleson P S，Philip J R，et al.The education of hydrologists（Report of an IAHS/UN- ESCO Panel on hydrological education）[J].Hydro- logical Sciences Journal，1990，（6）.

[15]王景才，黄红虎，方红远.高等院校水文与水资源工程 专业水文学原理课程教学探索[J].高等建筑教育， 2015，（6）.

[16]殷丙山，李玉.慕课发展及其对开放大学的启示[J]. 北京广播电视大学学报，2013，（5）.

[17]胡铁生，周晓清.高校微课建设的现状分析与发展对策研究[J].现代教育技术，2014，（2）.

[18]欧嘉文，李江滨，纪贤严.高校大学生学习倦怠现状及影响因素分析[J].科教导刊，2011，（22）.

[19]马利军，黎建斌.大学生核心自我评价，学业倦怠对厌学现象的影响[J].心理发展与教育，2009，（3）.

[20]李一菲，钱天伟.中美高等教育的差异及其启示[J].教育理论与实践，2013，（24）.