“地下水水化学”课程中的思政设计与探索

郭华明，张 艳，何宝南，高志鹏

中国地质大学（北京） 水资源与环境学院，北京 100083

在2016年12月全国高等思想政治工作会议中，习近平总书记强调要用好课堂教学这个主渠道，把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育全过程[1]。5年来，全国高校思想政治工作发生了格局性变化，取得了历史性成就。尤其是2020年教育部制定了《高等学校课程思政建设指导纲要》[2]，为课程思政建设工作开创了新局面。课程思政是新时代高校教育育人的重要环节。在这一背景下，高校教师应当深入贯彻习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，有效落实课程思政，探讨如何将思政教育用润物无声的方法融入专业课程，充分发挥专业课程与思想政治理论课同向同行的协同效应，推动学生的全面发展。

“地下水水化学”课程是中国地质大学（北京）地下水科学与工程专业设立的一门专业基础课。该课程在“水文地球化学基础”的基础上，适当增加了地表水水化学和同位素等内容。其主要介绍地表水、地下水化学成分和同位素组成特征，地下水化学成分形成的基本原理、主要作用和影响因素，地下水化学成分分类和分带，受污染地下水水化学及地下水水化学的研究方法等几个方面的基础知识。主要教学目标是让学生初步掌握地下水化学特征、影响因素和形成过程，地下水水质背景，地下水污染原理和防治方法等基本知识、基本理论；使学生能分析、理解和掌握地下水化学特征的形成过程、影响因素和演化机理，初步培养学生分析问题和解决问题的能力；使学生了解与地下水有关的法律法规、国家和行业标准；在地下水评价工作实践中，能够充分考虑并准确应用与之相关的法律法规和各类标准；通过地下水化学问题分析与实验，综合培养学生运用课程知识的能力，加深学生对课程知识的理解和掌握，积累地下水化学调查和研究的基本经验；以团队合作方式让学生掌握如何根据化学基本原理提出地下水化学特征分析的方案、设计实验步骤、分析实验结果、编写实验报告等，培养学生发现问题、分析问题和解决问题能力以及个人分工和团队合作能力。本门课程蕴含着极其丰富的思政内容，包括“双碳”“美丽乡村”“美丽中国”“绿水青山就是金山银山”以及《地下水管理条例》等。下面将结合该课程相关知识点在国民经济和社会发展中的应用，围绕其中的思政内容进行较为系统地分析和阐述。

一、“地下水水化学”课程与“双碳”目标

1.结合碳酸平衡和岩溶作用机理，理解“双碳”目标的背景及碳汇含义

（1）授课要点：碳酸平衡和岩溶作用。

“地下水水化学”课程的核心内容是水-岩相互作用。从水文地质的研究角度出发，水-岩相互作用主要研究地下水运动过程中与周围介质的相互作用，它的过程及结果即是地下水的地质作用，影响地下水化学组分的形成和迁移[3-4]。碳酸盐矿物（石灰岩、白云石及含有杂质的碳酸盐岩）广泛分布于自然界各类岩石中，因此水岩相互作用的研究离不开碳酸盐-水的相互作用。地下水中的碳酸盐组分、大气中的CO2、岩石中的碳酸盐共同组成了一个完整的碳酸平衡体系（水-气-岩系统）。碳酸平衡的一个重要控制因素是系统中的二氧化碳分压，它控制着碳酸盐的溶解，即水中和Ca2+的浓度。岩溶地区岩石主要由碳酸盐岩组成，碳酸盐风化作用是岩溶地区最常见的水文地球化学作用[5]。碳酸盐岩风化过程中会消耗大量的CO2，大气CO2被转化成，并随着地下水流最终进入海洋，在全球碳循环过程中扮演着极其重要的角色[6]。碳酸盐岩的岩溶作用会显著降低大气CO2浓度，是重要的碳汇过程。此过程产生的碳汇称为碳酸盐风化碳汇或岩溶地质碳汇，其反应方程式如下反应式（1）所示（以方解石为例）。

（2）思政内容。

气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，威胁人类赖以生存的地球环境。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减少温室气体排放。2020年9月我国在第七十五届联合国大会上，首次提出要在2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和的目标。这是中国向全世界的郑重承诺，彰显了大国责任，提升了我国的国际影响力。在此“双碳”目标下，探索适合我国的碳增汇的技术和最佳途径尤为重要。碳汇是指吸收大气中CO2，并将其固定、存储，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。我国岩溶面积占国土面积的1/3，岩溶作用具有较大的碳汇潜力，产生的大气CO2汇是全球碳汇的重要组成部分，在实现气候变化调节和碳增汇的目标中发挥重要作用。

（3）预期成效。

在学习碳酸平衡和岩溶作用相关知识的基础上，引入我国“双碳”战略目标的基本含义及提出的国内外背景，使学生在掌握本课程中岩溶碳汇过程机理的同时，了解我国实现“双碳”目标的必要性和战略意义，熟悉碳汇的基本概念及增汇的重要途径。有助于增加学生的学习兴趣，培养学生的使命感。

2.结合地热资源的开发利用，理解碳减排含义

（1）授课要点：地热资源的特点及开发利用。

地热资源的特点和开发利用是“地下水水化学”课程的重要内容之一。地热资源是指贮存在地球内部的本土能源，主要集中在板块构造边缘，起源于地球内部岩浆活动放热和放射性核素衰变。地热资源是一种绿色环保、低碳节能、分布广泛的清洁能源，在我国能源转型发展中具有显著的推动效应[7]。地热资源按照成因和产出条件，分为浅层地热资源（地表以下200米内）、水热型地热资源（地下热水，含热并含水）和干热岩资源（含热不含水）。地下热水是一种特殊类型的地下水，在一定的地质条件下，因受地球内部热能影响而形成温度不同的地下热水。我国一般把温度高于25℃的地下水称为地下热水。地热水是水资源的重要组成部分，其化学组分和化学类型不同于一般的地下水。地下热水成因研究中，通常利用水化学及环境同位素方法分析地热水的化学组分特征、补给来源、热储特征等[8]。

随着人类社会发展，地热资源的开发利用越来越广泛，如用于工业、农业、医疗、发电、采暖、旅游业等。温泉洗浴疗养、温室种植、水产养殖及供暖是地热资源最直接的利用方式。我国地热资源丰富，开采利用的潜力非常大。中国地质调查局统计，我国336个主要城市浅层和中深层地热能年可采资源量分别折合7 亿和18.65 亿吨标准煤[9]。我国地热能直接利用以供暖为主，目前华北多个地区已建成了以地热能为主要能源的清洁供暖“无烟城”[10]。地热资源开发利用最显著的特点是持续稳定、安全高效和清洁可再生，不排放污染物和温室气体，改善生态环境。2020年我国地热能利用总量相当于减排二氧化碳1.7亿吨，节能减排效果显著[7]。

（2）思政内容：“十三五”规划和碳减排。

在全球气候变暖和各种环境问题突出的当下，地热资源作为一种清洁能源备受关注。为促进地热能产业持续健康发展，2017年2月国家发展改革委、国家能源局和国土资源部发布了《地热能开发利用“十三五”规划》[11]。规划阐述了地热资源开发利用的指导方针和目标等，推动了我国建设绿色低碳、安全高效、清洁的现代能源体系，助力我国实现碳达峰和碳中和目标。

碳减排，即减少二氧化碳等温室气体排放量，它是实现我国“双碳”目标的重要途径。在“双碳”目标的大背景下，能源体系需更大力度转型，提高清洁能源比例，从源头控制碳排放，从而达到碳减排的效果。地热资源开发利用对碳减排、改善生态环境效果十分显著，是促进生态文明建设的重要举措。

（3）预期成效。

我们结合地热资源开发利用相关知识点，引入《地热能开发利用“十三五”规划》及碳减排，使学生在掌握地热资源的基本概念及开发利用特点的同时，了解我国实现“双碳”目标所面临的挑战与机遇、碳减排的含义和技术手段及相关政策性文件，理解地热资源开发利用与碳减排的关系，也有助于学生学习习近平总书记关于推动能源生产和消费革命战略思想等重要讲话精神。

二、地方病防治与“美丽乡村”“美丽中国”建设

（1）授课内容：地方病和天然劣质地下水的形成过程。

地方病是因当地水或土壤中某种（些）元素或化合物过多、不足或比例失常，通过食物和饮水作用引起的某些地域发生的疾病，常见的地方病有氟病与龋齿、地方性砷中毒、消化系统癌变、大骨节病、克山病、甲状腺肿大等。这些地方病的形成通常与地下水中有害元素浓度异常有关。地方病的分布、病因及相关的防治方法是“地下水水化学”课程的重要内容，与地方病息息相关的劣质地下水形成机理是本课程的重要拓展内容之一。

首先，地方病中的氟病和龋齿与地下水中氟浓度异常有关，在空间上地方性氟中毒也与高氟地下水的分布高度重叠。高氟地下水的形成与含氟矿物的溶解、碱性环境中OH-对F-的竞争吸附、蒸发浓缩等过程密切相关[12-13]，其中涉及“地下水水化学”课程中的溶解——沉淀、吸附——解吸、蒸发——浓缩等水文地球化学过程。

其次，地方性砷中毒与高砷地下水密切相关，两者在空间分布上也具有高度的一致性。高砷地下水的形成与含水层中有机物降解导致的含砷铁氧化物还原性溶解密切相关，释放进入地下水的砷在随水流迁移时会受到沉积物中铁氧化物吸附的阻滞作用；同时，铁氧化物还原释放的Fe（II）会与、H2S等物质发生沉淀生成菱铁矿和黄铁矿等，是调控地下水中Fe（II）浓度的主要过程[14-15]。因此，高砷地下水的形成过程包括了氧化——还原、溶解——沉淀、吸附——解吸等的水文地球化学过程。

胃癌、肝癌、食道癌等消化系统癌变与劣质地下水密切相关，劣质地下水中通常含有较高浓度的、、等。地下水中的氮循环，涉及复杂的硝化作用、反硝化作用、厌氧氨氧化等多种氧化还原过程[16]，是“地下水水化学”课程重点关注的生物地球化学反应。

最后，大骨节病、克山病与地下水中硒浓度较低有关，甲状腺肿大则与地下水中碘浓度较低有关，而地下水中硒、碘浓度较低可能与当地含水层沉积物该元素背景值较低有关[17]。沉积物和地下水中环境背景值评价是“地下水水化学”课程学习的内容之一。

（2）思政内容：“美丽乡村”和“美丽中国”。

“美丽乡村”是中国共产党第十六届五中全会提出建设社会主义新农村的重大历史任务时提出的“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”等具体要求[18]。农业部（现农业农村部）于2014年2月正式对外发布美丽乡村建设十大模式：产业发展型、生态保护型、城郊集约型、社会综治型、文化传承型、渔业开发型、草原牧场型、环境整治型、休闲旅游型、高效农业型[19]，为全国的美丽乡村建设提供范本和借鉴。其中生态保护型和环境整治型与“地下水水化学”课程内容息息相关。

“美丽中国”是中国共产党第十八次全国代表大会提出的概念，强调把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程[20]。在2015年10月召开的十八届五中全会上，“美丽中国”被纳入“十三五”规划[20]。其中，与“地下水水化学”课程任务有关的“生态之美”是“美丽中国”建设中的首要目标。

（3）预期成效。

通过“地下水水化学”课程知识的学习，使学生了解因天然地下水中化学物质异常（不足或过剩）而导致的各种生物地球化学地方病，学习影响地下水化学物质异常的关键水文地球化学过程，研究改造环境、改良水质、防病治害的综合性措施，引导学生在未来的科研工作中防治劣质地下水、开发利用健康的饮用水源、降低乃至消除地方病的发生，为“美丽乡村”和“美丽中国”的建设服务。

三、地下水污染修复与“绿水青山就是金山银山”

（1）授课要点：地下水污染与修复。

地下水污染主要指人类活动影响下地下水水质朝着恶化方向发展的现象。随着社会经济发展，工业排污、农业施肥、生活垃圾处理不当等常会引发地下水污染。地下水中污染物如硝酸盐、砷、汞、有机物、细菌、放射性物质等含量增高，不仅威胁居民的用水安全，而且会对生态环境造成影响。在我国滨海地区，地下水富含无机氮，大连、秦皇岛杨岱河平原和山东东部地下水硝酸盐的平均浓度远高于饮用水质标准（10 mg N/L）[21]，珠江三角洲第四系含水层系统地下水氨氮含量高达390 mg/L[22]。由于地下水储存在地表以下的含水层中，并在其中缓慢运移，地面污染物在进入地下水之前，要先经过包气带，因此地下水污染具有隐蔽性、难治理性和滞后性的特点，一般不会造成突发性的环境问题，但是一旦造成恶果，其影响基本不可逆。

地下水污染修复是利用物理、化学或者生物等工程和非工程措施与方法，固定、转移、吸收、降解或转化地下水中的污染物，使其含量降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。由于地下水污染问题日益突出，地下水修复成为国内外环境领域的一个热点问题。地下水修复前要进行详细的地下水环境调查，提供满足修复技术筛选和工程设计的基础数据，而且实施过程中受当地水文地质条件的自然变化和人为因素影响，因此地下水污染修复具有操作烦琐、时间长、成本高的特点，需要长期监测和维护。

（2）思政内容：“绿水青山就是金山银山”和生态文明。

“绿水青山就是金山银山”蕴含着绿色发展的思想，是科学发展观的更高境界。从2015年3月习近平总书记正式提出[23]，2017年党的十九大历史性地写入党章[24]，到2018年5月全国生态环境保护大会把它作为生态文明建设的重要原则之一[25]，体现了全党全社会大力推进生态文明建设的战略思维。地下水污染修复对地下水资源的可持续利用有重要意义，也体现了“绿水青山就是金山银山”和生态文明建设的理念。

（3）预期成效。

结合地下水污染和修复的基本概念和特点，引入“绿水青山就是金山银山”的生态文明理念，使学生在熟悉我国地下水污染现状的同时，了解《地下水污染防治规划》的背景和重要性，理解地下水污染修复与生态文明建设的联系，有助于丰富学生的社会主义生态文明观，理解习近平总书记关于绿色发展、生态文明建设等系列重要论述。有助于倡导学生节约用水，形成绿色低碳的生活方式，同时对社会中存在的有可能污染地下水的现象进行监督，保护我们的生命之水，共建美丽家园。

四、“地下水水化学”课程与《地下水管理条例》

《地下水管理条例》是为加强地下水管理，防治地下水超采和污染，保障地下水质量和可持续利用，推进生态文明建设而制定的全国性行政法规。其聚焦地下水超采、污染突出等问题，明确规定划定地下水超采区、禁止开采区、限制开采区，编制地下水超采综合治理方案，推动实施地下水超采治理；规定了划定地下水污染防治重点区，严格地下水污染管控的措施；对超采、污染地下水行为，规定了严格的法律责任。“地下水水化学”课程与《地下水管理条例》中地下水节约与保护、污染防治以及监督管理等内容息息相关，通过对课程相关内容的学习，使学生树立节约保护地下水和饮水安全理念，增强地下水污染防治与管控意识，明确地下水的监督管理和法律责任。

1.树立节约保护地下水和饮水安全的理念

地下水作为水资源的重要组成部分，在保障居民生活用水、支持社会经济发展以及维持生态平衡等方面发挥了十分重要的作用，尤其是作为无替代水源地区的居民生活用水时，地下水的供给和水质均与人类的生存密切相关[26]。除超采造成的湖库水量减少、饮用水供给矛盾日益突出外，原生地质成因的劣质水以及人类活动影响下的水质污染均是人体健康的潜在危害。“地下水水化学”中的特殊类型地下水水化学章节明确阐释了水化学元素缺乏或过剩与地方病的联系，如氟过剩和不足可能引发的氟骨症和龋齿，砷过剩引发的地砷病，缺碘造成的甲状腺肿和克汀病，以及克山病、大骨节病和癌症等成因复杂的地方病，使学生深刻认识地下水水化学对人类生命的价值，从而树立节约保护和安全饮水并重的健康理念，有效保障饮用水源匮乏地区居民的可持续用水以及饮用水安全，充分体现我国践行中国特色社会主义所倡导的“人民至上、生命至上”的原则。

2.增强地下水污染防治与管控意识

“地下水水化学”课程通过对地下水污染概念、污染源、污染途径、常见地下水污染（无机、金属、非金属、有机）以及地下水环境质量评价等内容的讲授，使学生充分认识到地下水污染的影响已经渗透进我们的日常生活，不仅会影响饮水安全，还对食品、居住以及工农业生产等造成潜在危害[27]。强化学生们的地下水污染防治与管控意识教育，了解和准确应用与地下水有关的国家和行业标准，提高科学素养和规范意识，初步具备在实际工作中判断地下水污染的能力，为《地下水管理条例》中污染防治条例的实施奠定基础。

与此同时，《地下水管理条例》的实施，也为我国地下水污染防治指明了方向，开创了依法治污的新局面，使得地下水污染防治有法可依，有法必依，深化和健全了地下水污染防治的知识体系，使学生能够更加全面系统地理解和掌握与地下水污染相关的理论知识，增强地下水污染防治与管控意识，从而树立正确的职业理想，把握好人生成长的方向。

3.明确地下水的监督管理和法律责任

“了解与地下水有关的法律法规，国家和行业标准，且在工作实践中，能够充分考虑并准确应用与之相关的法律法规和各类标准”是“地下水水化学”课程一项重要的教学目标，也是工程教育认证的毕业要求之一。然而事实上，受以往行政监督管理不到位、法律保护制度不健全以及缺乏专门性法律制度等影响，地下水没有取得应有的保护效果[28]。《地下水管理条例》的颁布实施，表明地下水迈入依法严管的新阶段，条例首次明确了地下水保护利用规划的法律地位和重要作用，要依法加强地下水保护治理，用法治力量守护好地下水[29]。这在一定程度上体现了国家对地下水行业的高度重视，增强了学生们从事地下水专业学习的信心和勇气，同时也使学生深刻认识到作为一名专业人员所肩负的社会责任和历史使命，从而在专业知识学习过程中培养践行责任和使命担当所应具备的素养，通过监督管理以及运用法律武器来维护地下水的资源平衡和水质安全。

五、结论

“地下水水化学”课程是中国地质大学（北京）为地下水科学与工程专业设立的一门专业基础课。在该课程教学过程中，注重课程思政内容的讲述，结合碳酸平衡和岩溶作用机理，让学生理解“双碳”目标的背景及碳汇含义；结合地热资源的开发利用，使学生理解碳减排含义；结合地方病的分布、病因及相关的防治方法，使学生深入理解“美丽乡村”“美丽中国”的内涵；结合地下水污染特点及修复的艰巨性和复杂性，让学生深入理解“绿水青山就是金山银山”的科学内涵，培养学生的生态文明建设理念。此外，本课程把《地下水管理条例》贯穿于整个教学环节，使学生树立节约保护和饮水安全理念，增强地下水污染防治与管控意识，明确地下水的监督管理和法律责任。