“双一流”背景下专业基础课教学改革

摘    要：课程教学改革与创新是建设一流课程的必然选择，也是建设一流专业的重要发力点。文章针对传统模式下专业基础课的教学困境，以水文与水资源工程专业基础课程——“水文学原理”为例，提出“一中心、两层次、三目标、四融合”的教学改革新思路，突出“以学生为中心”和“以问题为导向”的教学设计理念，融合“知识、能力、素质”三元目标，采用多元化、分层次的教學方法，科学设计教学内容，以专业知识点为主线，突出教学重点和难点，引入学科热点、研究前沿与专业英语，强化能力培养和知识创新，拓宽学生国际视野，结合过程与终端考核改进教学评价，搭建多平台、全方位师生互动交流机制，激发学生学习激情，提升教学综合效果。

关键词：水文与水资源工程；水文学原理；专业基础课；教学研究；改革对策

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1002-4107（2024）06-0017-05

党的十八大以来，以习近平总书记为核心的党中央高度重视人才工作与教育事业，强调创新是引领发展的第一动力，而创新驱动的根源则在于人才培养，特别是高质量创新型人才培养，已成为创新型国家建设的首要任务。因此，要坚持创新在国家发展中的核心地位，以科技自立自强为战略支撑，深入实施科教兴国战略、人才强国战略，推动教育强国建设与创新驱动发展，不断完善国家创新体系[1-2]，为创新人才培养提供强有力的支撑。高等学校作为知识传播和技术创新的关键场所，肩负着高质量人才的培养的艰巨使命[3]，应义不容辞地担负起高素质、创新型人才培养任务，为国家不断输送德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。目前，我国初步完成了教育现代化发展目标，实现了高等教育普及化、大众化。2017年启动的“双一流”建设促使高等教育全面迈入以质量提升为核心的内涵式发展阶段。高校应突出人才培养的核心地位，强化一流大学与一流学科建设，服务于教育强国、人才强国的根本目标。因此，为适应新时期发展需要和人才需求，我国大力推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，不断提高高校服务社会发展的能力。以新工科为例，加快工程教育改革创新，培养一批创新卓越的工程技术人才，使之服务于科技创新战略，支撑产业转型升级和创新发展[4]，是当前教育改革的必行之路。

水利是国民经济发展的基础产业，是人类文明与社会发展的重要支柱，关乎国家命运与人类生存。自古以来，我国特有的地理气候条件导致水涝灾害多发，“兴水利、除水害”历来是治国安邦的大事。近百年来，全球气候变化和人类活动不断加剧，致使全球水问题日益复杂，特别是我国正处于经济高速发展时期，“水多、水少、水脏”等诸多问题尤为突出，这对水利事业发展提出了新挑战[5]。因此，当前形势下亟需具备宽基础、强能力、高素质、富有创新精神和实践能力的水利专业人才，更好地推动水利事业高质量发展，建设水利科技强国，抢占水利科技制高点[6]。水文与水资源工程是水利类的核心专业，涉及自然科学、工程科学、技术科学与社会科学领域，以培养在水文学、水资源、水生态、水环境及水安全等方向具有坚实基础的高素质创新人才，为水利、国土、能源、交通、环保、城建等行业发展提供关键支撑。中国矿业大学水文与水资源工程专业始于建国初期中国矿业学院煤炭地质勘探专业水文地质方向。1980年，中国矿业大学设立水文地质与工程地质专业，后因教育部专业目录调整，2001年改为水文与水资源工程专业，2021年获批江苏省一流本科专业并通过工程教育专业认证。因此，本文面向国家需求，结合工程教育专业认证中“以学生为中心”“产出导向（OBE）”和“持续改进”的核心理念，以中国矿业大学水文与水资源工程专业基础课“水文学原理”为例，探索以创新能力培养为目标的课堂教学模式，以期为一流专业和一流课程建设提供有力支撑，为地矿类高校水利人才培养和教学改革提供参考。

一、“水文学原理”课程概述

（一）课程内容与特点

“水文学原理”课程是水文与水资源工程专业的基础课程和核心课程，是后续专业课程“水文测验”“水文预报”“水文分析与计算”“水利计算”的先导课程。根据水文学的定义[7]，水文学重点研究地球系统中水的存在、分布和运动规律等，以各种水体为研究对象，涵盖气、液、固三相特征，涉及地球系统的大气圈、岩石圈、水圈和生物圈四大圈层，与地球科学中气象学、地理学、地球物理学等诸多学科均有密切联系[8]。因此，课程教学以水文循环为主线、以水量平衡为核心、以产汇流理论为重点，系统讲授与水相关物理过程的基本概念、形成原理、计算方法等，如水文循环及其物理过程形成机制、相互关系与时空变化特征等[9]。基于此，中国矿业大学“水文学原理”课程教学内容分为三个方面：（1）水文学概述，介绍水文学定义、流域和水系基本概念、学科研究内容与方法等；（2）水文循环部分，讲授水文循环现象及各个关键过程，如降水、蒸散发、下渗、土壤水、地下水、径流等；（3）流域产汇流部分，探讨流域产流机制、产流与汇流计算方法和河道洪水演算等。根据教学安排，以芮孝芳教授的《水文学原理》作为主教材[7]，而张建云院士译著的《水文学手册》、沈冰教授主编的《水文学原理》、Dingman S L的Physical Hydrology和Brutsaert W的Hydrology：An Introduction作为参考。

（二）课程目标

从“知识、能力、素质”三元结构出发，将课程教学目标定位为以知识传授为基础（掌握基本理论与方法，建立扎实的专业基础，用于解决复杂工程问题），以能力培养为根本（培养具有分析实际工程问题和解决问题的能力，拓展工程视野），以素质提升为宗旨（增强职业素养与技能，具有科学精神、创新意识与家国情怀）。通过学习该课程，学生能够认识水文现象基本规律，理解径流形成过程的物理机制，培养分析和解决生产或科研中水文学相关问题的能力，并掌握解决复杂水文学问题的基本原理和方法，为水文与水资源工程专业培养具有家国情怀、创新精神、实践能力和国际视野的专门技术人才。

二、“水文学原理”课程教学现状

当前，高等教育理念正在发生转变，教育功能也在逐步扩大，故而教学手段与模式改革也面临诸多挑战与困难，例如学习方式的改变、信息传播手段的推广以及学生综合素质的提升等给教学手段与模式改革带来了挑战。传统模式无法激发学生对知识获取的欲望，学生缺乏“主人翁”意识，学习目标不明、方向不清，导致学习困难、丧失兴趣，绝大多数学生仅以通过考试、获取学分为最终目标，无法真正融入课程，全面理解课程的重要性和探索知识的奥秘[10]。教师在传统模式里同样面临困境，现有考核体系中缺少全面质量评价，忽视了教师的教学贡献，教学工作成为教师的职业良心行为。同时，由于教师在课堂教学中无法从学生处获取积极反馈和主动响应，教学活动演变成单一的“教”而非“教”与“学”的双向互动，课堂教学缺乏生命力，教师无法从教学中获得满足感、荣誉感与成就感，逐步消耗了“爱教”的热情。这些问题的产生可能存在以下几方面原因。

（一）教学理念方面

一直以来，我国从义务教育到高等教育，课堂教学采取“教师主讲—学生主听”的基本模式，课堂基本为教师单向输出的“一言堂”，特别是专业基础课程，往往涉及广泛的基础理论与方法，内容难度大、理论难懂、知识零散。因此，教学理念中存在明显的重“教”轻“学”思想，教师很容易忽视学生的自主能动性，更无法兼顾学生个体差异而实施分类教学，长期如此，学生在课堂教学中就无法认识到自主学习、主动学习的重要性。特别是在当前课程学时普遍压缩的背景下，传统教学理念的弊端日渐凸显，如若依然守旧，仅注重专业知识的讲授，则可能导致教学计划无法按期完成，教学中也必然如疾步行军、快马加鞭般“赶工期”，致使学生如囫囵吞枣般接受教学填鸭式投喂，学习效果大打折扣，更无法转化成专业技能与相关能力。

（二）教学内容方面

教学内容是教与学的核心，是教与学相互作用的媒介，包括课程标准、教材、参考资料等，其中课程标准是教学内容的基本要求，教材是教学内容的基础和主要载体，参考资料则是教学内容的重要支撑。常规而言，教学内容多以成熟理论与方法为主体，辅以新的认识与探索，但教材中很难纳入一些不成熟的新研究或新认识。因此，教学中如坚守教材本身，往往很难让学生了解学科前沿，如课程教材关于流域蒸散发计算方法部分以水文学方法、气象学方法和混合方法为主，而对学科前沿或最新成果关注较少；如对Budyko水热耦合平衡理论、蒸散发互补关系理论等介绍不够；又如当前研究热点集中于变化环境下水循环演变问题[11-12]，2022年10月美国地质勘探局修改了新版水循环示意图，首次引入人类活动等关键影响因素，改变了单纯的“自然”循环部分，但教材中对水文循环影响因素中对气候变化和人类活动的影响论述较少。由此可知，教学内容更新不及时，会影响学生对学科现状的理解与认识，无法适应当前不断变化的学科新形势，也无法应对新问题与新挑战，在一定程度上导致学生与社会需求脱节。再者，专业基础课内容是专业领域的基本理论与关键技术，课程教学内容理论性较强，原理分析中涉及公式推导较多，如下渗经验公式、蒸散发理论、土壤水控制方程、洪水波运动理论等，对学生的数学基础要求较高，且学生难以将抽象难懂的原理知识与工程实践需求相结合，使得学生的学习动力与兴趣不足。

（三）教学方法方面

如前所述，传统教学模式重“教”轻“学”，教学活动以教师为主导，主要依靠教师语言讲授、PPT等多媒体展示等方式完成，教学方法相对单一。在当前总体学分压缩背景下，专业教学课时已严重压缩，导致教学环节中教学进度快速推进，教学中更多地围绕知识点讲授，而无法实现能力与素质培养目标。专业基础课理论性强，如土壤水分入渗、降水产流现象、洪涝形成等缺乏必要的实验或实例支撑，单纯的知识点灌输模式无法让学生深刻理解并形成有效记忆，间接地影响了学生发现问题能力的养成，也忽视了对学生理解力、判断力、学以致用地分析解决问题能力和开辟新知识能力的培养与开发。同时，长期的考核机制已使学生适应了“填鸭式”或“满堂灌”教学模式，对课程学习意义认识不足，导致平时学习主动性欠缺、效率低下，且学习目标定位简单。学生以通过考试、获得学分为根本目的，更习惯于机械式记忆，缺少交流讨论的意愿，无法体会和理解知识背后的内涵。课堂教学虽说也有教学互动环节，但以“教师提问—学生回答”的提问式和“学生提问—教师答疑”的答疑式为主要方式，缺乏深度思考的双向交流与互动机制，无法激发出双方思想碰撞的火花。

三、“水文学原理”课程教学改革探索

现有教学实践主要是让学生了解、学习一些固定的知识、理论和方法，很少考虑水文领域的实际需求，如在全球和区域环境变化日益加剧的形势下，如何使学生更好地认识地球系统中水循环的演变及与人类的相互关系，特别是变化环境下的水循环问题，是“水文学原理”课程教学改革中要重点关注的问题之一[13]。此外，在学时减少而内容有增无减的情况下，充分保障教学效果，提升教学质量以实现创新人才培养目标是教学改革的重要目标。因此，“双一流”建设背景下，探索“水文学原理”课程教学改革和创新势在必行。由此，笔者提出了“一中心、两层次、三目标、四融合”的教学改革思路：以学生为中心，从“教”与“学”两个层面创新教学理念、凸显教学服务、改革教学模式。以立足知识传授、着重能力培养、关注素质提升为目标，即以知识传授为基础、能力培养为根本、素质提升为宗旨。在教学內容方面实现“德育+智育”的融合，深挖课程思政元素，细化教学计划，更新教学内容；在课程资源方面注重“线上+线下”的融合，以线下教材为基础，以线上教学资源为补充，丰富课程学习资源，拓宽学生认识视角；在方法手段方面侧重“传统+智能”的融合，优化教学手段，实现教学方式智能化变革；在评价体系方面融合“过程+终端”双重评价，突出终端课程评价，强化过程考核机制，建立多元化考核体系。

（一）更新教育教学理念，持续改进教学方法，注重创新与能力培养

1.“以学生为中心”的教学理念。以工程教育专业认证为契机，以江苏省一流本科专业建设为抓手，以一流本科课程建设为目标，坚持“以学生为中心”的新理念，围绕创新型专业人才培养目标与毕业要求，明确课程教学内容，细化教学计划，分解课程目标，注重课堂教学与实践训练相结合，强调知识传授与创新能力培养相结合，提高学生理论联系实际以及分析问题、解决问题的能力，结合大学生创新训练计划、全国水利创新设计大赛等指导学生开展研究探索的活动，提升学生综合素质。突出以学生的发展为根本，鼓励学生参与到学习活动的全过程中，促进学生主动学习。推动课前—课中—课后教学环节改革，使学生在课前学习基本知识与内容、课中讨论与交流教学重点和难点、课后强化实践训练与操作，实现学生对教学内容的全方位吸收、深层次理解。既注重学生的全面发展，也尊重学生个体差异，因材施教，结合课外学习材料内容（专业英语素材、学科前沿素材、线上课程资源、专业期刊文献等），让学生自主选择学习方向与素材，并结合素材完成课程作业与实践训练。

2.“以问题为导向”的教学设计。教学改革的核心在于教学设计的改革，以学生为中心的教育模式强调“教”与“学”的深层次融合与协同发展，即需要考虑“如何教”和“如何学”的问题，建立以教师为主导、以学生为主体的新型教学关系，加强师生互动，强化学生参与，注重引导与启发，激发兴趣与热情，开展“以问题为导向”的教学设计探索。教学设计一般包括课程框架设计和教学过程设计，其中课程框架设计包括讲授内容（重点和难点）、自学安排、探究知识、实践部分、拓展要求等，教学过程设计包括讲授、研讨和实践等方法设计。以土壤水章节为例，理论讲授主要涉及土壤水存在形式、能量状态与控制方程等，安排学生自主学习土壤结构及土壤水相关基本概念等，探究知识要求学生掌握土壤水特征曲线及其测定方法，实践部分则围绕土壤水分参数及实验方法开展教学，而拓展部分则側重使学生了解土壤水运动方程及求解方法，特别是非饱和土壤水运动方程，为后续下渗理论的学习提供支撑。

3.多元化、分层次的教学方法。教学方法是实现教学过程的主要手段，不同教学内容、教学环节可能适用于不同教学方法，如传统的讲授式教学法在阐明概念、传授知识、论证定律和公式方面较为实用。针对“水文学原理”课程基础概念多、理论性强的特点，在讲授式教学法的基础上，可辅以情景教学、任务驱动教学和互动教学等多种方法。情景教学法主要以案例或情景为载体，引导学生自主探究，将理论知识与现实场景进行联系，调动学生的多个感官共同认识知识，实现知识传递。如讲授降雨中关于降水等级的划分时，可引入不同等级降水（小雨—中雨—大雨—暴雨—大暴雨—特大暴雨）的实景动态画面。又如讲授产流机制时，可结合动画展示不同类型径流成分产生过程与条件，也可让学生比较不同陆地表面的产流现象，如草地、硬化路面、屋顶、水池等。任务驱动式教学以任务为依托，吸引学生主动参与，锻炼学生独立自主的学习能力、分析问题与解决问题的能力，结合课外学时完成相关探索任务。如教师在讲授绪论提及的人类面临的水问题时，要求学生课后充分利用图书馆或网络资源，探求中国水问题的演变与成因，开展交流讨论加深对水问题的认知。再如教师在讲授数字高程模型部分时，可通过课外任务让学生掌握ArcGIS软件处理水系与流域的相关功能。互动式教学以教师和学生双方互动交流讨论为主，教师可在课前布置主题任务，鼓励学生通过网络、图书馆等渠道以团队合作形式进行文献资料收集、共享、学习、归纳，形成学习笔记和汇报PPT；课堂上，教师以启发与引导为主，可采取“组会”形式，学生进行汇报、交流、讨论，教师点评与总结；课后，学生进行归纳总结，形成总结报告，开展研究式学习。

4.挖掘课程思政元素，融合德育与智育。一方面，专业基础课作为先导课程，需要让学生对专业发展有所了解，树立专业信心，同时结合学科专业发展历程，解读本专业的重点方向与优势特色，结合课程内容解读课程地位与贡献，让学生能够全面理解专业的作用与发展前景，更好地建立专业荣誉感。另一方面，充分挖掘专业历史、学科背景、知名学者的主要成就与贡献，将励志故事融入教学内容增加学生的兴趣，吸引学生的注意力，可以结合中国水利工程建设成就、中国学者的科学贡献以及水利工作者特别是水文工作者的奉献精神，引导学生树立正确的职业观、世界观、人生观，培养具有家国情怀的合格接班人，从而让学生成为推崇科学精神且具备人文素养和奉献精神的专业技能人才。如进行绪论教学时可结合课程发展历程介绍水文原理的研究历史，中国作为四大文明古国之一，在人类文明史上贡献很大，历史上有诸多水利成果，如广西灵渠、陕西郑国渠、四川都江堰等；新中国成立后也有很多著名的水利工程，如三峡水利枢纽、南水北调工程。在水文学相关领域我国同样也贡献颇多，如对水文循环的认识，中国文献早有记载，《吕氏春秋》中有对水文循环进行解释——“云气西行，云云然，冬夏不辍；水泉东流，日夜不休；上不竭，下不满，小为大，重为轻，圜道也”；对水文进行观测，也是开始于中国与古埃及，据《尚书·禹贡》等古籍记载，约公元前2300年，大禹治水，已“随山刊木”（立木于河中），观测河水涨落。而在现代水文研究中，中国同样贡献斐然，如当代主要水文模型中，河海大学赵人俊教授等开发的新安江模型成为应用广泛的模型，也是主要的代表。以上内容的介绍可使学生认识到中国文明与水文明的密切关系以及水文明的演变。

（二）系统梳理教学内容，制定合理教学方案，引入专业英语和科研前沿热点

1.科学设计教学内容，突出重点和难点，分层次实施教学计划。教学内容是人才培养的重要依托和深化教学改革的核心，依据专业培养方案和课程教学质量标准的要求，以人才培养为出发点，系统梳理课程知识点，突出教材重难点，引入学科热点，提炼教学主线。结合教材与参考资源，从水文循环体系框架到水文循环各环节形成过程，从产汇流理论到洪水波运动及洪水演算，有条理构建完整的专业知识框架。教学过程中及时更新教学内容，优化课程知识结构，如课程教材缺乏径流章节，为保证水文现象及过程完整性，教学计划增补该部分内容；又如地下水章节，与“水文地质学基础”课程内容部分雷同，可适度缩减。合理布局教学内容，突出重点和难点，以此为抓手，整合学习资源，拓展教学内容，增加教学深度和广度，增强课程实用性，开展多元化、分层次教学活动，其中记忆与理解层次的知识点以学生自主学习为主，对应用、分析与评价层次的内容（如教学重点和难点）则采用学生自主学习与教师引导相结合的方式。而创造层次的知识则鼓励学生自主探索、教师适度参与、学生团队合作，从而激发学生学习热情与兴趣（如教学难点与前沿热点）。如在教学水文循环的影响因素时，应增加气候变化和人类活动的影响探讨，分析变化环境下水文循环演变规律，让学生熟悉当前水循环研究的热点方向与最新成果。又如在教学流域与水系内容时，除基本概念外，可利用课外学时，借助ArcGIS工具（ArcToolbox工具箱—Spatial Analyst工具—ArcHydroTool模块）尝试流域和水系参数及特征值提取研究（如流向、汇流累积量、河网阈值等），加深学生对基本概念的认识与理解，使其掌握参数或特征值的实用性。

2.引进专业英文教材，拓宽学生国际视野，提升学生综合能力。为适应国际化发展要求，拓宽学生国际化视野，提升学生专业英文水平，课程可引进美国新罕布什尔大学劳伦斯·S·丁曼（Lawrence S.Dingman）教授编写的Physical Hydrology和美国康奈尔大学威尔弗里德·布鲁泽特（Wilfried Brutsaert）教授编写的Hydrology：An Introduction，其内容结构与课程教材知识体系具有很好的相通性。Physical Hydrology教材被武汉大学等引入作为双语教学课程[14]，成为“水文学原理”课程经典教材；Hydrology：An Introduction被清华大学列为“水文学原理与应用”课程的参考教材。通过中英文语义阐释水文学基础内容，可增强学生对于英语专业术语的理解和认识，以满足工程教育专业认证中的国际视野与国际交流相关要求。

3.引入优质课程资源，突显科学前沿热点，激发学生学习热情。为了丰富学生视野，充分利用课后学时，各高校可引入线上优质课程与网络资源，如中国大学MOOC等。以“水文学导论”为例，该课程由张建云院士领导数十位知名学者共同讲授水文学研究基础与热点，系统介绍水文学研究历史渊源、主要科学进展、主流技术方法及重要学术思想，引导学生热爱水文科学研究，了解学科前沿与热点，激发学生学习的积极性。实际课堂教学中，适时融入水科学研究前沿问题，如在气候变化和人类活动影响下，自然界的水文循环和水量平衡正在发生变化：我国南涝北旱日益加剧，“城市看海”现象频繁发生，海平面上升，陆地湖泊萎缩等水问题；我国先后修建大量水利工程，快速的城市化建设促使陆面水文过程发生显著变化，引发一系列的环境变化及效应。

（三）改革教学评价机制，增加师生互动交流，提升教学效果

1.适应创新教学模式改革，建立过程评价与终端评价机制。课程教学评价一直是检验教学效果的主要手段，一般以课程考试成绩来量化。为了适应创新性教学的评价机制，借助工程教育专业认证理念，强化教学过程考核，增加过程考核比重，丰富过程考核形式，注重学生自身興趣，改变单一、固定的课程考核比例权重，以增强学生平时学习的积极主动性。如中国矿业大学2020版培养方案中，课程考核各项目的比例过程考核最多可占50%，并充分结合课堂测试、课堂互动与点名、课后作业、课堂汇报交流、英文阅读与专业前沿学习等，综合完成过程考核，强调学习的过程性、持续性以及目标性。教学中进行2～3次课堂测试，3～4次课后作业，1～2次小型课程设计，8次课外学习材料总结，将这些成绩作为过程考核的主要依据。而在结课考试中，也对考试内容进行调整，增加分析题、推导题和综合题，增加对学生综合能力的考核。

2.激发学生好奇心，增强学生主动性与积极性。课程教学中尊重学生的认知规律，教学设计由现象到本质，由实践到理论，深入浅出，激发学生的学习热情，在学生尚未形成专业知识体系时加强学生创新能力和拓展思维培养。充分挖掘经典案例，结合教师经验，建立教学案例，激发学生兴趣与爱好。通过事例去阐释水文现象及其本质，如讲授降雨入渗规律时，借助“筛子”和“门槛”形象描述降雨在地表以及土壤中的分配过程，提高学生对水科学研究的关注度。

3.强化师生互动交流，搭建良好的导学关系平台。为了激励学生积极学习、主动参与交流互动，结合教学过程评价，适度给予学生“加分”奖励，如在课堂积极讨论可享受平时成绩加分政策，鼓励学生在课堂积极回应教师，强化师生之间的互动交流。在课后活动中，结合本科生导师制、课后学时、创新计划等，启发学生开展研究式学习与探索，教师积极参与指导，通过科学方法提高学生学习效率，有助于增强学生的自信与学习动力。根据学习成效与成果给予过程考核的适度奖励，可形成一种外部激励。

四、结论

本文面向一流专业与一流课程建设目标，以工程教育专业认证为契机，以创新人才培养为宗旨，以中国矿业大学水文与水资源工程专业“水文学原理”课程为例开展教学改革探索，并针对专业基础课程在教学理念、教学内容、教学方法与评价体系的不足，提出了“一中心、两层次、三目标、四融合”的教学模式新思路，突出以学生为中心，以问题为导向，从“教”与“学”层面分别设计教学方案，开展“德育”+“智育”教学内容融合、“线上”+“线下”教学资源融合、“传统”+“智能”教学方法融合和“过程”+“终端”教学评价融合，为实现“知识、能力、素质”三元培养目标提供支撑。

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[责任编辑  包玉红]

收稿日期：2023-11-20

作者简介：宋晓猛，中国矿业大学资源与地球科学学院副教授，博士，博士生导师

基金项目：中国矿业大学教学研究项目“基于创新型人才培养目标的水文与水资源工程专业基础课程教学模式改革与应用”（2021YB24）