一、课程教学目标
通过水文地质学课程的课堂和实验教学,使学生对水文地质学的基本概念、基本原理与基本方法有比较系统的认识和正确的理解,并逐步培养学生科学观察能力、抽象思维能力、空间想象能力和自学能力;培养学生运用所学的水文地质学基本知识和方法分析和解决水文地质实际问题的能力,也为学生学习后继课程,进一步学习新理论、新知识以及新技术打下扎实的水文地质基础。
二、思政育人目标
从课程所涉及的专业、行业、国家、历史等视域,拓展课程的广度、深度和维度。注重水文地质学基本理论和方法与实际水文地质实践问题的贯通,适应“新工科”对工程实践能力及复合型人才的培养要求,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当,培养学生探索未知、追求真理的科学精神。
三、课程思政典型教学案例设计
案例一、我国水文地质学的发展史与水文地质学奠基人陈梦熊
引子:在该课程的绪论中,一般都要讲解水文地质学学科的发展历史。
我国水文地质学的发展历史,划分为四个阶段,即:①萌芽阶段(20世纪前);②初始阶段(1900-1950年),开始应用地质学的基本理论研究地下水;③奠基阶段(1950-1970年),主要有前苏联学术思想影响下,奠定水文地质的理论基础,是区域水文地质学与农业水文地质学的开创时期;④成长时期(1970-2000年),是水资源水文地质学、城市水文地质学与环境水文地质学的发展时期。20世纪70年代以来,与西方国家之间的学术交流与合作日益频繁,促使我国水文地质学迅速发展;特别是许多新理论、新技术的输入,导致传统水文地质学逐渐演化发展,进入现代水文地质学的新时期。提到水文地质学就不得不提水文地质学的奠基人-陈梦熊院士。
生平:陈梦熊,男,祖籍浙江上虞,水文地质学家、工程地质学家,中国科学院学部委员(院士),九三学社社员,国土资源部咨询研究中心咨询委员、中国地质调查局高级咨询专家。
1917年10月12日,陈梦熊出生于江苏省南京市。
1923年,陈梦熊在南京中央大学实验学校读小学。
1930年,陈梦熊就读于金陵大学附属中学。
1938年,陈梦熊考入昆明西南联合大学地质地理气象系,主修地质。
1942年,陈梦熊从昆明西南联合大学毕业后考入重庆原中央地质调查所。
1945年,陈梦熊参加以王曰伦先生为首的祁连山地质矿产考察队,自西宁向北翻越祁连山脉,进入河西走廊,成为中国国内第一个横越祁连山的地质调查队的成员。
1946年,陈梦熊随所复员到南京,参加黄汲清先生主持的中国地质图编图工作。
1950年,陈梦熊根据区域水文地质普查等工作的初步成果,编辑出版了第一部以中国实际资料为主的《实用水文地质学》。

我国水文地质学奠基人—陈梦熊先生(图片来源于网络)
1957年,陈梦熊加入九三学社。
1974年,陈梦熊担任总技术负责,组建了基建工程兵水文地质普查部队。 1982年,陈梦熊改任地矿部科技顾问委员会委员,科技高级咨询中心高级顾问,他还在中国地质大学、长春科技大学等院校兼职教授。
1991年,陈梦熊当选为中国科学院学部委员(院士)。
1998年,地矿部改组成立国土资源部,陈梦熊仍在该部咨询研究中心任咨询委员。
2000年11月,陈梦熊参加中国地质学史研究会第14次年会。
2007年11月,陈梦熊领头在致温家宝总理关于加快旧址保护的信上签名。 2012年12月28日,陈梦熊在北京逝世,享年96岁。
科研成就:
20世纪80年代以来,陈梦熊致力于地下水资源与环境水文地质问题的研究,在国内外先后发表论文140余篇,完成国际水文计划(IHP)两项国际合作研究课题。提出水工环地质学科新体系与方向
陈梦熊出版《水文地质工程地质环境地质学科发展战略研究》一书,在书中,陈梦熊重点就21世纪水文地质、工程地质、环境地质学科的发展战略从理论上进行深入探讨,提出了自己的观点;在对水资源与西部大开发战略探讨中,提出了西北干旱区水资源与可持续发展战略、西北干旱区水资源与荒漠化防治战略、西北黄土高原水资源与可持续发展战略、西南岩溶地区水资源与可持续发展战略和关于水资源可持续发展战略等。
2009年4月,中国科学院与国家自然科学基金委员会联合启动了“2011~2020年中国学科发展战略研究”项目,并完成了《2011~2020年中国学科发展战略总结报告》。陈梦熊认真研读了该报告,并结合中国水工环地质工作现状,写下了《关于学科研究的最新发展》一文,文中说:“开展学科发展战略研究,把握学科发展态势,前瞻思考科学前沿领域和发展方向,认知学科发展规律,从中国学科发展的学术能力和政策环境出发,制定学科发展战略,对于推动中国学科的均衡协调可持续发展,进而实现科技事业健康发展、促进科技创新能力整体跨越,具有基础性意义。”
陈梦熊认为:解决可持续发展面临的资源环境灾害问题,成为地球科学发展的重要推动力;将行星地球作为一个整体系统进行交叉集成成为地球科学研究的重要方式;新技术体系与观测和模拟平台成为地球科学研究不可或缺的支撑;全球和区域大型合作研究计划成为地球科学研究的重要组织形式;面向社会、服务用户、实现有序地球管理及为人类社会可持续发展服务成为地球科学研究的重要目标。
为了研究地下水系统由于水资源开发可能产生的各种环境效应,他承担了国际水文计划关于“水资源开发的负效应与管理”的国际合作课题,负责其中地下水部分。
对此,陈梦熊根据从事地质工作70年的研究与实践,并融入其学术思想,提出了水文地质、工程地质、环境地质新学科体系、目标任务、推动力量和前沿方向,阐明了面向社会、服务用户、实现有序地球管理、为可持续发展服务是地球科学研究的重要目标,协调好水资源与环境同经济社会可持续发展是水文地质学面临的艰巨任务,从工程勘察向地质灾害防治工程重心转移是工程地质服务社会发展的必然结果,关注全球变化、预测未来生存环境、促进人口资源环境协调发展是环境地质学的根本宗旨。
20世纪70年代初,陈梦熊对中国的编图方法进行了彻底改革,他结合实际,把含水层按含水介质划分为五种类型。
科研成果:
1985年,陈梦熊因组织全国区域水文地质普查工作获国家科技进步奖二等奖。
陈梦熊组织编制出版了中国第一幅1∶300万水文地质图,20世纪60年代组织相关省份编制出版1∶100万黄淮海平原及松辽平原的水文地质图系,是中国最早按自然单元编制的小比例尺图系,建立了“图系”的典型模式,获1978年全国科学大会奖。
2005年9月16日,在北京举行的东亚、东南亚地学合作计划第42届年会上,陈梦熊获德国地质科学协会颁发的利奥普德·冯·布什奖章。
2006年11月15日,陈梦熊获得何梁何利基金科学与技术进步奖。
(注:以上资料均来自网络及期刊文献)
思政育人目标:陈梦熊是中国水文地质事业奠基人和开拓者,也是享有国际盛誉的著名水文地质学家,不断地行走在中国的地质空白地带,用充满传奇色彩的人生为中国的水文地质事业书写了一段在艰难中成长的辉煌篇章,在课程的绪论中,介绍陈梦熊的事迹,是恰当的;通过陈梦熊先生的伟大事迹,让学生感受到科学的严谨,学科发展的艰辛,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。
案例二、达西定律试验的科学研讨
引子:水文地质学试验具有较强的逻辑性和较宽的拓展性,其天生自带思想启迪的特质。课程思政教育的路径,在于向学生展示学科内涵的魅力,激励学生追求真理,树立科学探索意识。下面以达西定律试验这个知识点为例,实施思政教育。
达西定律的实践意义:达西定律是描述饱和土中水的渗流速度与水力坡降之间的线性关系的实验定律,通过达西渗流实验的教学与实践,使学生掌握达西定律各参数之间的物理关系,加深对地下水渗流理论的认识。随着地下水在土体孔隙中渗透,由于渗透阻力的作用,沿程必然伴随着能量的损失。达西定律中蕴含着世界上一种普遍的规律,即流正比于势,反比于阻。结合水流、车流、人流等实例,以更加生动形象的手法传授理性的知识与概念。作为渗流中最基本的定律,达西定律形式简洁,最早是由实验证实。借助于精心设计的室内试验,排除次要因素的干扰,将所要研究的对象控制于相对纯粹的状态。老师在实验背景的讲述中可以着重向学生介绍探索科学的过程和追求真理的历程,以及假设条件对控制性实验的重要性,以此突出实践的意义。与此同时,应做进一步引申:针对砂质土体中的层流运动,达西定律应用较好,但当水力梯度较大而引发紊流,或在粘土和具有细裂隙的岩石中,达西定律已不再适用。以此为契机,向学生传递注重工程实际的重要性,引导学生体会理论与实践相辅相成,互相促进的过程。
教学过程:
课前内容准备
目前,水文地质学实验教学多围绕背景介绍-仪器操作-结果整理的步骤进行,教学模式程式化严重,往往只注重了专业知识的传授,忽视了德育的培养,普遍存在思政元素挖掘不足的问题。作为教学活动的主导人,实验教师应在充分了解实验项目的基础之上,将水文地质实验课中的思想教育和人文教育内容融入教学资料中,并及时增添新理论、新技术、新案例,使水文地质实验教学向生动、趣味、实用的方向发展。同时,应积极参加校方组织的交流培训和思政学习活动,与时俱进,不断提升自身的思想水平。积极申报各类思政教改项目,不断完善已有的教学模式,从教学手法、教学内容上进行创新,并拓展丰富的实验教学相关活动,以此提高学生的专业兴趣和学习积极性。
课中操作实践
根据水文地质实验的特点,所有项目均需要配合完成,在小组内明确分工,与同组成员沟通协调,积极配合,帮助学生树立“团结就是力量”的思想。在毛细上升高度测定和达西实验中,实验室通常会提供不同颗粒级配的砂土作为实验介质,通过分析水在不同介质中的运动规律,帮助学生理解不同介质的水理性质。鉴于一组成员较难在有限时间内完成所有介质的实验工作,在实验过程中,教师应做好引导工作,有意锻炼学生的团结协作精神,通过小组间关于实验结果的对比分析和深入讨论,鼓励学生从实验细节中理解造成结果差异的根本原因,进而联系到工程实际,介绍基坑、隧道等地下工程中防水、疏水措施的意义,以此增加学生的专业兴趣,培养服务于国家国民经济建设和社会可持续发展的远大志向。
结果整理分析
在实验结果分析中引导学生从地下水资源和工程地下水的双重角度,思考地下水流运动规律在水资源开发利用、地下水污染治理以及地质灾害方面的作用。从资源的角度,理解渗流对于地下水补给、排泄、污染物的迁移影响以及其与地下水系统、地下水环境、生态系统的关系,建立绿色可持续发展理念;从工程的角度,了解水在土中流动较快时则可能引起坝基渗流,基坑渗流、塌方、泥石流及流土等地质灾害,建立尊重自然的思想。在此过程中,引导学生进行身为地质工程专业人员的责任讨论,使学生更加深刻地体会到所学专业的重要意义,树立献身水文地质工程事业的信念。
课后拓展交流
课后,将专业知识点和课程思政要点进行深度整合,围绕“立德树人”目标,通过线上公开平台途径发布思政阅读材料及课外拓展学习资料。注重引入时事分析讨论,及时更新水文地质相关工程案例,增加学生对专业知识的理解与运用能力,引导学生在完成实验之余,进一步思考所学知识理论的实用价值。积极开展师生互动,帮助学生树立正确的人生观和价值观,加强学生的专业认同感,培养学生服务于国家国民经济建设和社会可持续发展的远大志向,为建设生产发展、生活富裕、生态良好的文明社会做出贡献。

达西定律实验装置示意图
思政育人目标:从专业视野、课堂文化、学科建设等方面,将水文地质学的专业知识与社会主义核心价值观有机融合。在实验教学的全过程中,渗透思政教育细节,帮助学生从思政角度进一步认识、理解专业知识,为国家培养出更多富于使命感与责任感的水文地质人才。
四、课程思政实施成效及学生反馈
自2020年5月教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》以来,《水文地质学》课程坚持落实立德树人根本任务,全力推进课程思政建设,寓价值观引导于知识传授和能力培养之中。通过专业课教师的言传身教将思想政治教育元素与专业知识有机融合,在专业课教学中用渗透性的方式使学生在耳濡目染中受到教育。
该课程实施思政育人的主要路径有两种,一是充分挖掘水文地质学学科的中国元素,例如在国际和国内具有较高知名度的、治学严谨的我国水文地质学专家、学者的事迹、成就,以及我国各个专业、行业中重大工程的水文地质学课题成果,从实际工程中吸取养分,感受科学家们的科学精神和爱国敬业的温度,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当;二是充分采用研讨教学模式,提炼知识点相关的前沿科研课题,开拓学生视野的广度和深度,激发学生科技创新的斗志,培养学生自主探索未知、追求真理的科学精神。
该课程的课程思政实施已近两年,成效明显。主要体现在三个方面,一是学生乐于接受,更感兴趣,上课注意力更集中。因为上述的两种思政实施路径,都与水文地质学科学知识紧密相关,且具有一定的趣味性,相比科学理论知识,知名学者的故事、重大工程的案例、挑战未知的刺激更让人兴奋,开阔了学生视野,加深了对所学内容的理解,并学会了运用所学理论分析社会实践中的一些问题;二是学生参与程度提高,师生互动性增强,课堂案例教学、讨论演讲、自主学习、课程论文等所有学生能够参加的课堂实践活动。在与学生课堂交流或研讨过程中,从学生的发言可以感受到学生的道德素质和责任意识在提高。三是改变了理论课教师“上课来,下课走”的局面,主动关心和了解学生,关注和尊重他们的情感、知识经验和学习兴趣,使他们“亲其师,而信其道”。