基于专业认知提升和工程实践能力培养的“水信息技术”本科生教学改革思考

王雪妮 张雷克

摘 要：针对太原理工大学水文与水资源工程专业核心主干课程之一“水信息技术”在教学实践中存在的问题，以激发学生学习兴趣、增强解决实际工程问题能力、提高动手能力为出发点，从树立学习意识、优化教材结构、更新教学内容、加强实践环节以及完善考核体系等几个方面介绍了该课程未来教学改革的方法与策略，以期加深学生对“水信息技术”的认知程度，从而促进课程总体教学品质与质量的提升。

关键词：水文与水资源工程；水信息技术；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）11-0016-03

科学发展到今天，学科和学科领域之间的交叉在不断扩展和深化，许多具有很强生命力的新兴边缘学科在不断涌现，知识已经突破传统的学科界限[1]。在任何一个学科都已不能孤立存在和发展的条件下，必须突破和重新组合一些学科领域，水利学科也不例外。随着高新技术的迅猛发展，信息技术与传统水科学相结合，诞生了一门崭新的学科——水信息学[2]。水信息学出现于20 世纪80年代初，直到1989 年才出现Hydroinformatics的名称。1991年，荷兰IHE学院Abbott 教授出版了Hydroinformatics：Information Technology and the Aquatic Environment一书，该书的出现标志着这一学科的正式形成[3]。

众所周知，水文是水利专业的基础，而水信息技术又是水文学的基础。在水文学科分类中，“水信息技术”早期以“水文测验学”命名，后在21世纪初，因信息采集内容已扩展到水质、水环境监测等更为广泛的领域，故在教育部“十五”教材规划中，将其定名为“水信息技术”[4]。

水信息是国家经济、社会、资源、环境领域下不可缺少的基础信息。作为全国18所开设水文与水资源工程专业的“211”高校之一[5]，同时也是山西省内唯一开设该课程的高等院校，“水信息技术”与“水文学原理”“水文预报”和“水文计算与水利计算”一同构成了太原理工大学水利科学与工程学院水文与水资源工程专业的核心主干课程。该课程与工程实际密切结合，具有很强的综合性及实践性，其内容繁多且复杂，同时与大部分基础课程及专业基础课程紧密相关，对学生的知识水平和综合应用能力要求较高。笔者在过去承担相关理论和实验教学过程中发现，学生对于该门课程的学习积极性普遍不高，对知识点的理解和掌握程度明显不足。对此，太原理工大学在2017年设立了“水信息技术”本科生教学改革项目，结合自身对该门课程教学实践的理解，笔者对现阶段课程在理论及实验教学方面存在的问题予以阐述，就如何对教学内容、方法及考核等进行改革提出一些建议，以期形成适合本专业本课程的教改思路，最终达成教学改革项目保质保量完成的目标。

一、当前“水信息技术”课程教学存在的问题

（一）教材内容理论指导性有余，实践应用性不足

太原理工大学水文与水资源工程专业目前使用由河海大学主编的《水信息技术》教材[6]。毫无疑问，该书是主编者谢悦波教授20多年以来从事“水文测验学”课程教学的知识归纳与提炼，也是其长期从事“水信息技术”应用和研究的学术总结。从教材本身来讲，其章节设置合理，理论性、科学性、渐进性和启发性较强，涵盖内容全面，无疑对推动我国“水信息技术”的教学起到了积极作用。然而需要指出的是，教材传递的知识整体注重理论内容的介绍，难度系数较高，作为一门应侧重于实践应用的课程，教材中与工程实例相关的部分却较为有限。因此，在面对持续文字和公式输入、概念介绍，少有具體应用和案例分析的情况下，学生缺乏直观的触动意识，普遍学习兴趣不高，课堂气氛不活跃。

（二）课堂教学学时有限，内容讲授不充分

在过去20年中，受数次课程调整的影响，绝大部分专业课学时被逐步压缩，“水信息技术”课程也不例外。作为水文与水资源工程专业重要的专业课之一，该课程涉及测站与站网、降水观测、水位观测、流量测验、泥沙测验、地下水监测、水质信息采集、实测期以前水文信息的采集、流量数据处理、泥沙数据处理、误差、潮水河水文测验以及水信息系统简述等12个相互关联却特色鲜明的部分。当前，其课堂教学仅有32学时，在如此短的时间内很难对课程所有内容进行充分讲解，势必造成学生在部分知识点的掌握上存在缺失。

（三）实验教学学时偏少，课程实践存在缺口

“水信息技术”课程与工程实际密切结合，对实践性的要求非常高。其实验数量（4个）和实验内容（降水观测、蒸发观测、水文观测、流量观测）在水文与水资源工程专业所有专业课程中都是相对较多的。学生在掌握教材知识的同时，还需要通过实践教学环节的学习来培养工程思维能力、获得工程师的基本训练。在目前只有8个实验学时的情况下，期望学生能够较好掌握水文要素的采集和数据分析处理方法，以及水信息的传输和水信息数据管理技术，独立完成水文预报、水资源评价以及涉水工程的初步设计，从而达到提高学生识图绘图能力、工程设计能力和应用知识解决工程实际问题的能力，是十分不现实的。

此外，据了解，河海大学、中国矿业大学及山东农业大学等开设“水信息技术”课程的高校均已设置了不同时长的课程设计内容，对提升学生的动手能力与认知能力起到了有益的帮助。但目前该课程尚未在太原理工大学开展课程设计环节，水文与水资源工程专业的学生也缺少了一次宝贵的实践机会。

（四）考核方式过于单一，指向性和引导性较差

以试卷形式来考核学生对知识点的掌握情况是以往包括“水信息技术”在内绝大部分课程所采取的主要形式，这导致学生通常只注重考前复习，死记硬背。考核环节理应反映学生的学习态度及动手实践能力，然而笔试的方式考的是学生们的记忆力，很难有效做出大家对相关概念的理解力和解决实际问题能力的正确评价。即便教师平时侧重对实际技能和必要知识的讲授，学生配合并用心学习，但面对通过考试要取得较好分数的考验时，大家仍不得不开启记忆模式，偏向由考核方式指引的，更多的是为实际应用服务的知识点一侧天平。

因此，考核方式的不当促使学生在最终阶段选择回到了重知识轻动手应用的一端。显然，这与课程改革的初衷违背，故考核方式的改革已是一种必然。

二、“水信息技术”课程教学改革意见思考

（一）加强崇尚科学意识，树立学习精神，提高学生学习兴趣

改革开放40年来，中国在经济领域取得了举世瞩目的成就，人民生活水平极大提高，但不可否认的是，在以经济建设为中心，致富光荣的观念深扎于人们脑海的大环境下，我国许多大学生都或多或少受到了干扰和影响。热爱学习、追求真理、心无旁骛已逐渐成为一种稀缺属性。“求实、创新”是太原理工大学的校训，追求科学、崇尚真理也是学校一直秉承的理念。作为大学教师，我们首先应教育学生树立正确的价值观，通过讲述诸如刘光文[7]、黄万里[8]等老一辈著名水文学家在肩负国家使命、探索水文科学的伟大事迹中，传递爱国爱家爱专业的水文精神，提升学生的专业认同感和民族自豪感，从而为顺利开展教学提供有益条件。

此外，兴趣是最好的老师，如能有效激发学生学习“水信息技术”的兴趣，无疑将对改善教学效果起到决定性的作用。太原理工大学水文与水资源工程专业有许多参与过重要水利工程实践的专家学者，其积累的大量工程经验可以通过叙事的形式为学生们讲授，这将有助于充实课程的教学素材，极大增强教学的趣味性，从而带动学生对课程知识的学习积极性。

（二）突出专业设置特色，优化教材知识结构

选用合理的教材对促进学生学习起着十分重要的作用。除采用国家级或省部级教材外，部分开设“水信息技术”课程的院校也会结合高校教师的教学习惯及人才培养定位自编讲义或教材。太原理工大学水文与水资源工程专业的前身为水文地质与工程地质专业，主要针对山西干旱缺水、污染严重及矿山开采诱发的地质灾害及水循环系统严重破坏等自然地理和经济发展特点制订相应的培养计划[9]。因此，在遵循课程教学大纲指导意见的基础上，可以结合山西省矿山开采对水循环系统造成严重破坏的实际，参考相关教材内容，组织专业教师编写出立足于山西水资源特点，理论联系实际，兼顾基础学习与技术应用的“水信息技术”专业教材，对教学内容进行选取和融合。在保证知识结构广泛性和完整性的前提下，做到以基本概念为组成，以实际工程应用为中心，对教材教学内容进行甄选优化，从而为学生的课堂学习提供有益保障。

（三）紧跟行业发展动态，实时更新教学内容

科学技术的迅猛发展不断刷新着以往被视为已走向成熟的学科知识体系，“水信息技术”虽以水文、水资源为背景，但实际上其与技术手段的应用密不可分，当今世界几乎每一天信息技术都在发生着变革。相比之下，现阶段该课程教材的更新速度相对有限，很多知识内容已无法紧跟时代的潮流，不能满足相关行业经济发展的需求。因此，对教学内容进行合理优化改革，增加能够反映新技术、新工艺和新方法的前沿内容，删除陈旧、与实际应用脱离较多的知识内容已成为一种必然。例如，根据本课程偏实际应用的特点及发展需要，可在授课过程中适当增加诸如3S（GIS、RS、GPS）、地表及地下水数值模拟、流体软件计算应用以及数据处理软件等面向未来发展的专题，从而提升学生的分析计算及软件应用能力。

（四）强化实践教学作用，提升学生动手能力

“水信息技术”是水文与水资源工程所有专业课程中实验课时最多，与实际应用最为密切的课程之一。通过实验教学，不但可以加深学生对所学课堂知识的理解，同时也能够培养学生掌握正确分析方法，提升创新意识、创新思维和创新能力。因此，该课程的实践教学对培养合格水文与水资源工程专业人才具有重要意义。

近年来，在中央财政支持地方高校发展专项资金及山西省财政专项资金的支持下，太原理工大学对原本整体水平相对落后的实验室进行了改造[10]，并制订了详细的实验计划，现实验室已完全具备开展各类符合“水信息技术”课程要求的实验。在实验环境、实验设施得到改善的情况下，依托太原理工大学 “大学生创新创业训练计划”及“实验室开放项目”等，让本科生除在常规课程实验外，利用课余时间更多地走进实验室，充分利用实验资源，为学生提供自主发展和实践锻炼的空间，以实现实验室为学生所用，提高学生实际动手能力的目的。

（五）完善考评考核体系，強调综合能力培养机制

完善的课程评价和考核机制是保证教学质量的关键所在。传统的考试方式给学生留下的印象多为呆板、枯燥，其内容大多同知识点的记忆有关，这与“水信息技术”课程所强调的评价学生基础知识、检验学生实际动手能力的初衷相差较大。

为了让学生对知识更好的理解，并运用所学知识在毕业后更好地适应社会和企业，课题组将逐步改变现有的考核方式。首先，在笔试环节引入工程案例、工程项目的讨论与分析，将传统的名词解释、选择和问答等题型有机融入其中，从侧面考查学生对基础知识的掌握和应用能力；其次，增加课程设计环节，探索课堂教学内容中可能被挖掘的设计方向，通过设计检验学生独立思考，解决实际工程问题的能力；最后，加大对实验教学的考核力度，通过提高实验成绩在总评成绩的百分比增强学生对实验环节的重视程度，进而促进其动手能力的提高。初步拟定考核体系包括理论考试、课程设计和实验考核三个部分。其中，理论考试成绩、课程设计和实验考核成绩分别占总成绩的60%、25%和15%，且根据项目实施情况对各环节所占比例进行恰当调整。从而引导学生朝着理论知识掌握、工程问题解决、动手能力提升三个方面协调发展，这将有助于学生构建核心竞争力。

顺应时代发展、突破传统教学理念的束缚、优化教学内容、丰富教学手段、改革考核考评模式是“水信息技术”课程未来的前进方向。我们旨在通过教师和学生在“授课”与“受课”过程中的共同付出及努力，实现对学生学习精神的树立、理论知识的理解、实际问题的解决以及动手能力的提高等目标。同时，笔者也希望经过不懈的探索，不断更新教学理念，总结经验教训，加深学生对“水信息技术”课程的认知，为进一步提高太原理工大学水文与水资源工程专业本科生教学质量及专业人才培养做出应有的贡献。

参考文献：

[1]国家自然科学基金委员会.自然科学学科发展战略调研报告[M].北京：科学出版社，1994：1-2.

[2]顾正华，唐洪武，李云，等.水信息学与智能水力学[J].河海大学学报：自然科学版，2003，（5）.

[3]李树平.水信息学概述[J].给水排水，2002，（4）.

[4][6]谢悦波.水信息技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009：前言.

[5]杨银科，苗丁丁，陈倩颖，等.新形势下水文与水资源工程专业教学改革关键问题研究[J].环境科学与管理，2017，（7）.

[7]刘国纬.纪念刘光文教授百年诞辰[J].水科学进展，2010，（6）.

[8]党治国.科学的良心——纪念黄万里老师[J].同舟共进，2004，（3）.

[9][10]张永波，张志祥，杨军耀，等.水文与水资源工程专业课程体系构建[J].科技创新导报，2015，（18）.

[责任编辑 包玉红]