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摘要:文章首先阐述了课程思政的内涵及必要性,然后论述了水文与水文地质学课程思政元素的挖掘,包括 课程特点蕴含的思政元素、历史人物蕴含的思政元素、水文计算蕴含的思政元素、地下水资源开发蕴含的思 政元素、实践环节蕴含的思政元素。
关键词:水文与水文地质学课程,思政元素,水文计算
水文与水文地质学是给排水工程专业一 门重要 的专业基础课,该课程包含工程水文学与水文地质学 两个部分的内容[1]。主要研究对象为地表水与地下水, 涉及自然界中的水体形成、分布、循环、运动、地下水 赋存状态、补给、径流、水质、水量在时空上的变化规 律等内容[2-3]。近年来,各大城市频繁出现内涝、干旱等 自然灾害,严重影响到人民的生命财产安全 。水文与 水文地质学在我国给水、排水工程中起着至关重要的 作用,让学生掌握其中规律,并有效地运用和调控水 体, 达到兴利除害的目的是本门课程的核心所在,因 此,在水文与水文地质学课程实际教学过程中,开展 相关的思政教育就显得极为重要,尤其是让学生树立 正确的价值观、道德观,并保持对本专业的热爱、甘于 奉献社会,是教学的重中之重。
一、课程思政的内涵及必要性
(一)课程思政的内涵
课程思政是在全面加强思想政治工作的大背景 下,在加强和改进高等学校思想政治课教育教学的过 程中,特别是在进一步强调其他课程必须与思想政治 课程同向同行、协同发力的形势下提出来的。
所谓课程思政 , 一般是相对高等学校的全面思 想政治体系而言的,或者说是相对于“ 非课程”的思 想政治教育而言, 即在高等教育的课程建设和课堂 中,将本课程涉及的思政元素有机地融入其中,并且 在传道授业解惑的同时 , 能够非常自然地引进思政 元素,对学生产生润物无声、潜移默化的影响,起到 很好的育人作用 。因此,课程思政意味着教师的角色 发生了根本性的变化, 即教师从单纯的知识传播者 转变为健全人格的塑造者和正确价值观的引导者,任重而道远。
(二)水文与水文地质学开展课程思政的必要性
作为给排水专业的一门基础性课程,水文与水文 地质学有着揭示自然规律的天然属性,而党的二十大 强调的“ 推动绿色发展, 促进人与自然和谐共生”的 理念,为构建该课程思政体系指明了方向,同时让课 程的科学规律更好地指导工程实践是开设本课程的 初衷。
在实际教学中,教师应该在强调水文与水文地质 学专业教学内容的基础上,引导学生关注社会发展与 自然资源利用和环境保护,体会和谐发展新思路的内 涵,从而激发学生的社会责任感和家国情怀;通过讲 述我国年年都出会出现城市内涝 , 很多技术也不成 熟,以此激发学生“立志科研、科技报国、攻克新挑战 ” 的爱国热情,从而为我国城市给排水系统的建设与完 善做好充分准备; 城市给排水管网系统作为城市的 “ 里子”工程,事关市民的生命财产安全,教师可以此 启发学生在今后工作中要严格按照相关规范进行设 计或施工,要以民族大义为先,树立全局利益、国家利 益高于一切的大格局。
强化水文与水文地质学课程的专业知识教育 和思政教育的双重效果 , 可确保习近平新时代中国 特色社会主义思想和党的二十大精神进教材 、进课 堂、进头脑,从而切实构建起水文与水文地质学课程 思政教学的新模式。
二、水文与水文地质学课程思政元素的挖掘
(一)课程特点蕴含的思政元素
水文与水文地质学课程具有综合性强 、实践性 强、经验性强等特点[4] 。科技工作者通过实践发现,水文现象往往在时间上具有周期性和随机性,在空间上 具有相似性和特殊性,只要抓住主要矛盾,发现规律, 提取出较为系统的理论,就可以更好地指导实践 。 由 此,学生可以学到:要更好地解决问题,不需要抓住所 有问题的根源,但一定要抓住问题的关键,这样才能 更加高效地解决问题。
任何理论课程的开设均是为了更好地解决实际 工程问题,故要学会从实践中发现问题,并从实践中 来,再回归到实践中去,实现实践的第二次飞跃,从而 推动学科的正向发展 。光有经验而没有理论的工程 人,是没有灵魂的,也无法完善课程理论;光有理论而 没有经验的工程人,将会落入纸上谈兵的窠臼 。概言 之,要在实践中学经验、在课本中学理论,两者均不能 偏废。
水文与水文地质学课程涉及的其他课程内容繁 多,主要包括水力学、概率论与数理统计、水分析化 学、工程地质学。要想学好该课程,必须有其他课程的 基础知识,这也告诫学生任何一 门课程在本领域中都 不是孤立存在的,均起到了承上启下的作用,因此要 想学好一 门课程,就要系统地学习本专业涉及的相关 课程,才能有举一反三的能力 。在水文与水文地质学 这门课程中,有太多的半经验半理论的公式作为设计 规范的基础,其中经验系数的取值问题,因人而异,这 会导致面对相同的水文或水文地质材料,不同的设计 者得到的结果大相径庭,进而无法正确地指导工程实 践 。实际上,由于目前科技工作者对自然现象认知的 局限性及数学方法的有限性,导致水文与水文地质学 课程发展缓慢 。而要想更快地推动学科发展,学生就 务必要在学好这门课的同时,具备从新的视角发现问 题,并提出创新性解决方案的能力[5],同时教师要鼓励 学生志存高远,为了推动学科朝着高标准、高要求、高 质量方向发展而贡献出自己的一份力量,进而更好地 建设祖国。
(二)历史人物蕴含的思政元素
水文学最原始的观测方法是利用水尺进行河流 水位的观测,但该方法后来在大量的水利、给排水工 程建设中遇到了计算问题,这对水文学的发展和完善 提出了更高的要求,由此,涌现出了一大批历史人物为 其做出了不可磨灭的贡献 。1663 年,雷恩发明了自记 雨量计;1687 年,哈雷发明了蒸发器;1870 年,埃利斯 发明了流速仪;1674 年, 佩罗提出了水量平衡概念; 1802 年,道尔顿提出了蒸发公式;1856 年,达西提出了渗流速度与渗流坡降的关系, 为研究地下水奠定了基 础 。20 世纪初至 20 世纪 50 年代,皮尔逊Ⅲ型曲线分 析方法、维伯尔经验频率经验公式、谢尔曼的单位过 程线理论等产流汇流理论 、计算公式和方法相继出 现, 改进了水文计算和预报的方法,提高了成果的精 度。1986 年,伊格尔森提出了全球尺度水文学的概念, 为全球尺度水文学的研究奠定了理论基础。从中可以 发现,水文学的发展历史悠久,但仍不完善,目前的成 果是基于大量的科学家的不懈努力与奋斗而来的。
基于此,教师可以教导学生学习任何学科、做任 何事情,都不是一蹴而就的,需要不断地积累,不断地 总结,不断地发现和解决问题,要学会站在巨人的肩 膀上看待问题,尊重科学[6],但也不能迷信权威,要对 已有理论或相关测验设备大胆进行质疑,并提出解决 方案。另外,历史人物能够作出贡献,一定是基于对水 文的热爱,因为热爱是最好的老师,有了热爱才会有 不竭的动力,对此,学生在校期间应该热爱自己的专 业,步入社会后应该热爱自己的职业,只有这样,方能 在自己的专业领域有所建树,才能在职业发展道路上 走得更远。
此外,这些学者在实践中发现问题并提出问题解 决方案的过程中,发现影响问题的因素很多,在理论 模型建立时,并不能面面俱到,因此只能够抓住其中 影响问题的关键因素 。比如,在进行汇流计算时,影响 汇流的因素有降雨强度、土质情况、地面坡度、地形条 件、地面植被情况、流域面积等因素,而为了得到大致 结果,只需要将主要因素降雨强度引入公式,便可求 得洪峰流量值。这也充分说明了,不论是在做研究、学 习中,还是在生活中,只要抓住影响事物的主要矛盾, 就能快捷、高效地解决问题。
(三)水文计算蕴含的思政元素
水文学计算部分主要包括水量平衡的计算,水 位、流量的观测计算,水文频率与统计参数的计算,洪 峰流量(水位)、枯水流量(水位)的计算 。水资源在时 间和空间上均呈现严重不平衡分布现象,时间上是夏 秋季是丰水期,春冬为枯水期,并且枯水年与丰水年 也会交替出现;空间上是南方水资源总量大于北方。 但是人类对水资源的需求量不会因为地域位置的差 异及时间的不同而有过大的波动,因此,人类会修建 水库对水资源进行调节,并将水能转化为电能;通过 修建输水管道和明渠进行南水北调;通过对某一频率 下的水位计算, 设计出合理的取水口和泄水口高程;通过对某一频率下的流量计算,设计出合理的输水排 水管道管径并明确明渠过水断面面积。
合理的水文计算,往往需要有大量的水文实测资 料作为基础,但是我国绝大部分的地方水文资料的实 测值不足 100 年,这给相应的水文计算造成了较大程 度的随机性,因此,更加需要对已测数据进行适当的 筛取,保证其合理性,以便应用正确的理论进行计算 或曲线匹配,并且对于实测值极低的流域,应多选用 相应的参证站进行分析。这告诫学生在今后的工作中 一定要恪尽职守,不随意篡改实测数据,给后续研究 工作者提供更加真实可靠的原始资料。在今后的设计 和施工过程中,数据的选取与计算一定要严谨,要严 格按照相应的行业规范来确定,做到有规可依,毕竟 任何工程建设都是差之毫厘,失之千里,而且现在我 国工程设计实行终身负责制[7],所以更应该引起重视, 铸造属于自身的精品。
此外, 水文的计算是需要多方案进行比对的,需 要考虑安全性、经济性、社会性、生态和谐性、可操作 性等诸多问题 。比如,对于设计洪水来讲,在某一设计 频率下,需要修建多大库容的水库,或者需要多高的 大坝才能拦住相应频率的洪水,从理论上讲,设计频 率越小,洪水重现期就越长,就越安全,但是相应的水 库库容或大坝的高程就越大, 工程量就相应的增大, 并且部分深山峡谷会因为技术难题或地质条件限制 坝高,这就存在安全性与经济性、可操作性与生态和 谐性等矛盾,此时,设计人员要综合考虑实际情况,做 出适当的取舍。虽然工程中一般是在保证建筑物安全 的前提下,再考虑其他的问题,但是为了保证避免洪 水灾害,往往会在一定程度上牺牲建筑物自身稳定的 安全性,这样反倒得不偿失,这就要求相关人员慎重 地选择洪水设计频率 。对于设计枯水来讲,设计频率 越大,枯水重现期就越长,保证率就越高,设计取水口 的位置就越低,但是由于河流对河岸的冲刷,往往在 较低位置处冲刷较为严重,或者淤堵较为严重,这使 得取水口的位置寿命极短 , 反而增加了工程造价,因 此要对取水口的高程进行适当的优化 。概言之,在用 理论指导实践的同时,不能盲目地将理论值作为设计 值,应在设计中多考虑实际情况,才能取得令人满意 的结果。
(四)地下水资源开发蕴含的思政元素
水乃万物之源 。大量的城镇、厂矿企业、国防工 程 、干旱地区等地区均需要修建大量的蓄水工程来满足生产生活用水, 而这些水体大多来源于地下水 资源,因此就必须对地下水资源进行开发利用,但是 其中也面临着一些问题 , 如过量开采地下水会导致 开采条件恶化,造成地面沉降,引起地面塌陷 。所以 学习本门课的初衷是要让学生明白,人类不能毫无 节制地向大自然索取资源 , 而是要做到人与自然和 谐共生,要像保护眼睛一样保护环境,人类不能征服 自然,只能利用自然 。与此同时,作为新时代给排水 工程专业的学生,应该担负起更加合理、更加高效的 开发地下水资源的使命。
水资源是人类赖以生存的必备物质 。我国的水 资源总量较多,但人口基数大,人均占有水资源量低 于世界平均水平,因此,应该让学生树立节约用水的 意识,并且养成循环使用水资源的习惯 。具体而言, 教师可以通过播放视频的形式教育学生 , 如果不节 约水资源,就会因为缺水而导致一系列问题的出现。 地球上的水资源总体还是比较可观的, 但是有 97% 左右的水是咸水或冰川,无法直接利用,主要原因是 目前的开采和提炼淡水的技术不成熟 , 那么就需要 研发新技术、新工艺对水资源进行处理,并且前提是 要在不破坏生态平衡的情况下 。这就要求学生不仅 要学习本门课程,还需要学习水分析化学、水资源规 划及利用等其他课程, 在充分理解已有知识的基础 上,进一步拓展并创新。
地下水资源按照埋藏条件可以分为包气带水、潜 水、承压水,渗流缓慢[8]。其中包气带水、潜水与外界联 系较强,特别容易受到外界因素的影响,地表水或雨 水是其主要的来源 。如果空气受到严重污染,那么雨 水中将会含有大量影响人类身体健康的离子,而雨水 最终变成了地下水,同时废水、废渣的任意排放也会 使得地下水被大量污染,对此,教师可通过给学生讲 授或播放视频的方式,让学生明白饮用了受到污染的 地下水将会对人类的健康造成极大的威胁 。 同时,地 下水是处于动态平衡的,是通过降雨—径流—蒸发等 水文循环存在的[9],只要任意一个环节发生问题,必定 会影响地下水的质量安全,这也教育学生,要想达到 一个目标,就必须认真对待其中每一个环节,否则就 达不到预期效果 。而承压水一般受到外界影响较小, 水质一般也比较好,水量储存量也比较多,埋藏深度 往往较潜水深,适合人类饮用,但是往往在开采后,其 水资源得不到及时的补充,会导致地下水枯竭,并且 一旦受到污染,将很难恢复如初 。因此在实际工程中,若打井取水,应充分掌握当地的等水位线图和地形等 高线图,谨慎选择井口位置。而为了减少工作量,就需 要学生对等高线图有充分的掌握 , 并合理利用水资 源,以避免其受到污染。
(五)实践环节蕴含的思政元素
为了让学生更好地理解所学的专业知识及概 念,水文与水文地质学课程会配有一定学时的实践环 节[10] 。根据实践教学大纲,可将学生分成 4—5 人为一 组的小组,每一组选举一名组长,在教师的带领下,完 成大纲规定的教学目标 。在实验过程中,由组长统领 本组成员,根据所在组的实际情况,给各个组员明确 分工,组员要积极配合,互相帮助,高效地完成实验任 务 。比如,在测定任意断面的流量时,需要先测定该断 面的实际面积和平均流速,两者之积即为流量,但实 验中 ,往往需要将整个断面分解为几个曲多边形,然 后将每一部分进行求解并累加得到,对此,一个学生 可以使用仪器测断面面积,一个学生可以使用流速仪 测不同点处的流速,一个学生可以对所测数据进行归 纳整理,并绘制曲线,进而得到相应的成果图,组内其 余学生则进行辅助,这能让学生树立“ 团结就是力量 ” 的信念,让其了解团队的重要性。在工作中,往往重大 的成就不是一个人单枪匹马就能干出来的,而是一个 团队的结晶,当学生有了这种团队协作精神,就可以 战胜工作中的艰难险阻 , 最终才能取得相应的成果 。 同样,一个国家和一个民族要想发展,离不开任何一 个人的努力,更离不开一个部署全局的统领者,这有 助于学生树立社会主义要想更高质量地发展,自己必 须奉献一份力量的大局观 。另外,教师通过将流量的 知识点进一步拓展到洪峰流量、枯水流量,将理论知 识与实际问题相结合,便可为学生解决洪灾及干旱等 问题奠定基础,提高学生的求知欲,培养学生服务国 民经济和社会主义发展的远大志向,让其为成为社会 主义建设者和接班人贡献力量[11]。
在实验中,鼓励学生进行组与组之间的讨论,一 方面可以提高学生沟通协调的能力 , 另一方面可以 让其发现自己的不足, 提高从实践中发现并分析解 决问题的能力 。 比如,通过让学生讨论“ 不同组之间 得到的实验结果为什么会相差这么大, 是实验误差 吗?是方法不对吗?是计算失误吗?是有了新的发现 吗? ”等问题可以让学生养成善于发现问题,并思考 如何解决这些问题的习惯,从而做到不迷信权威,要 敢于有理有据地质疑已学知识 , 毕竟人类的知识一直是处于探索之中的,没有绝对的真理,由此,可以 进一步培养学生去伪存真的意识, 提高学生解决问 题的能力 。这样,水文与水文地质学这门课程才能有 更多的新发现,才能进一步建立学科构架,完善学科 体系,推动专业的发展。
在水文与水文地质学中 , 只有通过在野外钻井, 才能测得该区域范围内的单位时间涌水量,并进一步 确定该土质的渗透系数, 为取水工程提供相应的资 料 , 或者为已有的科技人员提供所需的研究背景资 料 。但是野外一般是人烟稀少的地方,并且由于工序 的复杂性和工程量的巨大性,往往需要许多天才能完 成,这就提示学生,要从事本行业的工作就一定要有 不畏艰难、艰苦奋斗、甘于奉献的优秀品质 。 的确,任 何工作在起初的时候都较为艰难,这提示学生要甘于 吃苦,不断学习,不断开拓进取,不能半途而废,这样 才能取得成就,进而为我国社会主义建筑添砖加瓦。
三、结语
本文主要针对水文与水文地质学课程进行思政 元素的深入挖掘,具体包括课程特点、历史人物、水文 计算、地下水资源开发、实践环节五个方面,如此该课 程能够成为思政育人的主阵地,让育人过程做到润物 无声,为新时代的祖国培养出一批政治合格、技术过 硬的给排水专业人才。
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