李占玲，武 雄，沈 曄

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083

教學(xué)方法

基于大作業(yè)的“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”課程教學(xué)探索

李占玲，武 雄，沈 曄

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083

針對“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”課程理論性和方法性較強(qiáng)的特點(diǎn)，以及教學(xué)過程中存在的問題，提出了基于大作業(yè)形式輔助課堂教學(xué)的探索實(shí)踐。通過布置大作業(yè)，可以將課程中眾多知識點(diǎn)有效地融合起來，經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用，能夠促進(jìn)學(xué)生對課程理論知識和方法的理解，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，在教學(xué)中取得了良好的效果。

大作業(yè)；水資源開發(fā)利用與保護(hù)；課程教學(xué)

“行是知之始，知是行之成”。大學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)是高校教育的培養(yǎng)目標(biāo)，也是新形勢下大學(xué)生個(gè)人全面發(fā)展的需要，更是適應(yīng)改革開放和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要。在本科學(xué)習(xí)階段，實(shí)踐能力的培養(yǎng)主要是通過一系列完善的實(shí)踐教學(xué)體系得以實(shí)現(xiàn)，這一體系包括實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)[1]。對于一門具體的課程來說，除了常規(guī)的課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)課程、上機(jī)課程、課程設(shè)計(jì)外，能否通過其他途徑增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力呢？本文通過增設(shè)大作業(yè)的方式來強(qiáng)化學(xué)生在“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”課程學(xué)習(xí)中實(shí)踐能力的培養(yǎng)[1-2]。

一、為什么增設(shè)大作業(yè)

“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”是中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水文與水資源工程專業(yè)的專業(yè)主干課程，是一門既涉及理論研究又強(qiáng)調(diào)應(yīng)用方法的綜合性較強(qiáng)的基礎(chǔ)性課程，同時(shí)，也是一門時(shí)代性較強(qiáng)的課程[3]。課程內(nèi)容繁雜，知識點(diǎn)多、概念多、方法多。受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，一些教學(xué)問題不同程度的存在。例如，學(xué)生就某些知識點(diǎn)坐而論道能夠頭頭是道，但如何將學(xué)到的理論與方法應(yīng)用于后續(xù)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)則一籌莫展；對重要知識點(diǎn)應(yīng)用不熟練甚至不會應(yīng)用；學(xué)習(xí)積極性不高、動手能力差、課上參與度不高；發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力不足等等。基于以上原因，為達(dá)到既注重理論知識的教學(xué)，又能加強(qiáng)對學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，體現(xiàn)我校在水文與水資源工程專業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)和研究的特色和優(yōu)勢，本課程增設(shè)了大作業(yè)這一環(huán)節(jié)。

二、什么是大作業(yè)

大作業(yè)是相對于常規(guī)的課后作業(yè)而言的。常規(guī)的課后作業(yè)，一般是為訓(xùn)練強(qiáng)化課程中某個(gè)概念或知識點(diǎn)而布置的活動，完成作業(yè)所需時(shí)間短，一般1～2小時(shí)。大作業(yè)與常規(guī)作業(yè)的區(qū)別主要體現(xiàn)在“大”上，它包含兩個(gè)層面：一是內(nèi)容“大”，它貫穿和綜合了這門課程的很多知識點(diǎn)；二是時(shí)間“大”，完成作業(yè)所需時(shí)間比常規(guī)作業(yè)長[1]。

三、大作業(yè)的內(nèi)容包括什么

“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”主要分為水資源系統(tǒng)和水資源評價(jià)兩大部分主要內(nèi)容。水資源系統(tǒng)是本課程的理論基礎(chǔ)部分，主要以課堂講授為主。水資源評價(jià)既涉及很多概念，又涉及很多方法，是本課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。本文主要圍繞水資源評價(jià)的相關(guān)知識點(diǎn)，設(shè)計(jì)大作業(yè)的內(nèi)容。大作業(yè)題目如下：已知我國某流域控制水文站1978～2008年日流量資料，其中1988年和1989年缺測；其上有3個(gè)雨量站，已知各個(gè)雨量站點(diǎn)1978～2003年日降水量觀測資料。根據(jù)已有資料，完成以下作業(yè)。

（1）插補(bǔ)延長水文站月流量資料，計(jì)算流域多年平均徑流量，對當(dāng)?shù)厮Y源開發(fā)利用提供建議。

對實(shí)測流量資料進(jìn)行插補(bǔ)延長主要是為了解決只有短期實(shí)測資料或者實(shí)測資料有缺測的情況下評價(jià)流域多年平均徑流量的方法，是該課程第三章地表水資源量評價(jià)的內(nèi)容。實(shí)測資料的缺失是在水量計(jì)算與評價(jià)、水文模擬中經(jīng)常遇到的問題，掌握插補(bǔ)延長的原理和方法對于解決水文科學(xué)中資料缺失等實(shí)際問題具有重要意義[4]。為了加深學(xué)生對擬選取參證變量以及插補(bǔ)延長方法的理解，大作業(yè)給出了與已知流量序列有密切水力聯(lián)系的多個(gè)站點(diǎn)的降水量序列，鼓勵(lì)學(xué)生通過已學(xué)知識自行分析和判斷參證變量的選取。另外，由于給定的是日尺度數(shù)據(jù)，讓學(xué)生通過動手計(jì)算和分析，加深對降水和流量兩個(gè)要素在日、月、季度、年等不同時(shí)間尺度上相關(guān)性的理解?；谶x取的參證變量，利用相關(guān)分析法對缺測流量資料進(jìn)行插補(bǔ)延長。再根據(jù)已知流量資料，計(jì)算該流域多年平均徑流量，從而為流域水資源開發(fā)利用提供依據(jù)。

（2）對該流域控制水文站的流量資料進(jìn)行頻率分析，估算不同特征年對應(yīng)的流量以及年內(nèi)分配和年際變化特征。

頻率分析是該課程第二章地下水資源量評價(jià)中講到的重要知識點(diǎn)。實(shí)際上，頻率分析貫穿于水資源量評價(jià)的整個(gè)過程[5]。無論是地表水資源量評價(jià)，還是地下水資源量評價(jià)，都涉及不同特征年水量的計(jì)算。頻率分析是劃分不同特征年的最根本的依據(jù)。為了加深學(xué)生對頻率分析基本概念以及與之相關(guān)的累積概率分布、保證率等知識的理解，大作業(yè)要求學(xué)生通過給定的流量資料，根據(jù)累積經(jīng)驗(yàn)頻率公式，計(jì)算得到不同流量對應(yīng)的累積頻率，并由此得到不同特征年的流量，由此劃分出該流域給定時(shí)段內(nèi)不同特征年的具體年份。

流量的年內(nèi)分配和年際變化特征是該課程第三章開展地表水水量計(jì)算的重要內(nèi)容，是在不同時(shí)間尺度上對流量變化規(guī)律的探討。描述流量年內(nèi)分配、年際變化的指標(biāo)相對簡單且容易理解。但如果僅僅是單純的課堂講述，課堂形式比較單一、教學(xué)內(nèi)容又比較多的時(shí)候，大部分學(xué)生會表現(xiàn)出無精打采，課堂氣氛則會單調(diào)沉悶。而通過教師在課堂采用多媒體軟件演示、講解之后，再要求學(xué)生動手計(jì)算，則既提高了學(xué)生的動手能力，又提高了學(xué)生在課堂的參與度，豐富了課堂教學(xué)氣氛，加強(qiáng)了師生間的交流。在此基礎(chǔ)上，再將知識點(diǎn)融合到大作業(yè)之中，則既能啟發(fā)學(xué)生思考，又能提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、解決問題的實(shí)踐能力。

（3）采用數(shù)字濾波法和平滑最小值法評估該流域河道多年平均基流量、不同特征年河道基流量的年內(nèi)分配和年際變化特征。

基流分割不僅是地表水資源評價(jià)和地下水資源評價(jià)的重要內(nèi)容（第二章和第三章）。同時(shí)，也是近些年來開展生態(tài)需水量研究、生態(tài)基流研究的基礎(chǔ)和核心[6]。傳統(tǒng)的基流分割方法包括直線分割線、退水曲線法、Tennant法等。除了傳統(tǒng)的方法以外，近年來又陸續(xù)提出了一些新的基流分割方法，如數(shù)字濾波法、平滑最小值法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[7]。90后大學(xué)生思維活躍、知識面寬、接收新知識新事物能力強(qiáng)。在專業(yè)課學(xué)習(xí)方面，需要不斷將新理論、新方法引入到課堂教學(xué)中，跟上科學(xué)研究的最新進(jìn)程，這樣才能避免所培養(yǎng)人才知識老化的現(xiàn)象。另外，將新理論新方法引入到教學(xué)課堂后，還需要學(xué)生學(xué)以致用，才能夠“增益其所不能”。大作業(yè)要求學(xué)生采用數(shù)字濾波法和平滑最小值法對給定的月流量資料進(jìn)行基流分割，并對兩種方法得到的結(jié)果進(jìn)行分析；討論濾波系數(shù)對基流分割結(jié)果的影響；根據(jù)最枯月平均流量法或90%保證率最枯月平均流量法對正反濾波次數(shù)進(jìn)行推斷；在此基礎(chǔ)上，從年內(nèi)分配不均勻系數(shù)、年際變化不穩(wěn)定系數(shù)等角度討論河流基流量的年內(nèi)分配和年際變化特征，了解流域地表水和地下水對河流的補(bǔ)給情況。

通過布置此次大作業(yè)，將本課程第二章中的水量均衡法、水文分析法以及第三章中的地表水水量計(jì)算方法等眾多知識點(diǎn)進(jìn)行了有效的融合，既幫助了學(xué)生更好地理解和掌握課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，理清眾多知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，有效地提高了教學(xué)的質(zhì)量，又培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決綜合性問題的能力。

四、大作業(yè)如何開展

在講授完大作業(yè)所涉及的所有知識點(diǎn)以后，教師向?qū)W生簡要介紹大作業(yè)涉及的流域概況以及基本數(shù)據(jù)情況，然后布置大作業(yè)。大作業(yè)以小組的形式開展，每組2～3人，由學(xué)生自主組合。為了保證每個(gè)學(xué)生都能參與到大作業(yè)中來，要求每組組長為每位成員均分配任務(wù)。在大作業(yè)布置之后的2周內(nèi)利用課外時(shí)間完成。在完成作業(yè)的過程中，鼓勵(lì)小組成員之間、小組與小組之間、組員與教師之間進(jìn)行交流與討論，提出問題，拓展思路。針對大作業(yè)進(jìn)行過程中學(xué)生提出的共性問題，教師通過郵件方式或者在課堂上及時(shí)地反饋指導(dǎo)意見。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生用其他專業(yè)課中學(xué)到的知識、理論和方法等開展相關(guān)研究。

大作業(yè)以報(bào)告的形式提交，大作業(yè)的成績最終以平時(shí)成績的一部分計(jì)入最終總成績。在報(bào)告中，學(xué)生可以將大作業(yè)過程中的心得和體會向教師反饋。教師也會根據(jù)學(xué)生的建議，進(jìn)一步調(diào)整和完善大作業(yè)的內(nèi)容。

五、教學(xué)效果分析

在“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”課程實(shí)踐能力的培養(yǎng)方面，除每章布置思考題外，綜合課程中多個(gè)知識點(diǎn)，通過設(shè)置大作業(yè)形式輔助教學(xué)，讓學(xué)生靈活運(yùn)用學(xué)到的理論和知識，對實(shí)際水資源問題進(jìn)行理性思維和科學(xué)回答，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、學(xué)以致用、融會貫通的能力。通過近幾年的實(shí)踐，從課堂效果方面看，學(xué)生積極性和參與度明顯提高；從作業(yè)完成情況看，學(xué)生能夠按時(shí)完成所要求的課后作業(yè)以及大作業(yè)內(nèi)容，遇見問題能夠主動與他人或教師交流、溝通；從學(xué)生考試成績看，以2011年和2013年考試成績?yōu)槔?011年該課程平均分78.58分，2013年學(xué)生成績平均分81.57分；學(xué)生對大作業(yè)涵蓋的知識點(diǎn)的掌握普遍較好，準(zhǔn)確率較高。

六、結(jié)束語

“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”課程內(nèi)容繁瑣，知識點(diǎn)多，通過大作業(yè)的形式可以將課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)等眾多知識點(diǎn)有效地貫穿起來，成為一個(gè)有機(jī)的整體，加深學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的理解和運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行參與性學(xué)習(xí)和互動式學(xué)習(xí)。針對本課程教學(xué)中反映出來的新情況以及對學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的新要求，我們將不斷豐富和完善大作業(yè)的內(nèi)容及開展形式，努力讓學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用、融會貫通的實(shí)踐效果。

[1] 于鳳云.增設(shè)“互換性與測量技術(shù)”課程大作業(yè)強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力[J].教育教學(xué)論壇，2015(16)：38-40.

[2] 馬芳.馬雪倩.基于“微課”與“大作業(yè)”理念在醫(yī)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)的實(shí)踐探討[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2015(12)：66-68.

[3] 崔亞莉，邵景力，劉明柱.“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”課程教學(xué)方式思考[J].中國地質(zhì)教育， 2005，14(1)：77-78.

[4] 崔科超，李云武.札馬什克(二）水文站流量資料插補(bǔ)延長分析[J].甘肅水利水電技術(shù)，2013(10)：3-5.

[5] 張麗娟，陳曉宏，葉長青，等.考慮分組歷史洪水的超定量洪水頻率分析[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2014(4)：14-20.

[6] 劉劍宇，張強(qiáng)，孫鵬，等.鄱陽湖最小生態(tài)需水研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014(4)：149-153.

[7] 董薇薇，丁永建，魏霞.祁連山疏勒河上游基流變化及其影響因素分析[J].冰川凍土，2014，36(3)：661-669.

Title:Teaching Exploration of the Course of the Exploitation and Conservation of Water Resources Based on Big Exercises

big exercises; exploitation and conservation of water resources; course teaching

G642

A

1006-9372（2017）01-0034-03

2016-06-20。

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）2014年度教學(xué)研究與教學(xué)改革項(xiàng)目資助（JGYB201409）。

李占玲，女，副教授，主要從事水文學(xué)與水資源的教學(xué)和科研工作。

投稿網(wǎng)址： www.chinageoeducation.net.cn 聯(lián)系郵箱：bjb3162@cugb.edu.cn

李占玲，武雄，沈曄.基于大作業(yè)的“水資源開發(fā)利用與保護(hù)”課程教學(xué)探索[J].中國地質(zhì)教育，2017，26（1）：34-36.

Author(s):LI Zhan-ling, WU Xiong, SHEN Ye