水文地球化學(xué)基礎(chǔ)課程存在的問(wèn)題及建議

史浙明

摘? ?要：水文地球化學(xué)是水文地質(zhì)學(xué)專業(yè)的三大主干專業(yè)課之一，是我校水文與水資源工程及地下水科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)核心課程。我校作為水文地球化學(xué)的發(fā)源地，過(guò)去幾十年來(lái)在該學(xué)科上培養(yǎng)了大批人才。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，目前水文地球化學(xué)領(lǐng)域也面臨許多新的困難和挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在教材、教學(xué)內(nèi)容和方法、水文地球化學(xué)新方向、教師能力等方面。本文對(duì)我校的水文地球化學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，同時(shí)針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討，希望能夠促進(jìn)水文地球化學(xué)課程的教學(xué)和學(xué)科發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水文地球化學(xué)? 教學(xué)? 問(wèn)題? 建議

Abstract： Hydrogeochemistry is one of the main specialty courses of hydrogeology， and it is the core course of the major of hydrology and water resources engineering. As the origin of hydrogeochemistry in China， our university has trained a large quantities of students. However， with the development of economy and society， the field of hydrogeochemistry also faces with many difficulties and challenges， which are mainly in textbook， teaching contents and teaching method， the new direction of hydrogeochemistry， the ability of the teacher. This paper introduce the present situation of hydrogeochemistry， and discuss the existed problems， we hope it can help to improve the teaching and science progress of hydrogeochemistry.

Key Words： Hydrogeochemistry; Teaching; P roblem; Suggestion

水文地球化學(xué)是水文地質(zhì)學(xué)的一部分，它是以地下水化學(xué)成分的形成及各種化學(xué)元素在其中的遷移規(guī)律為主要研究對(duì)象的一門學(xué)科，是探索地球殼層各帶地下水的地球化學(xué)作用的一門新興學(xué)科。我國(guó)從20世紀(jì)80年代起出版了一系列水文地球化學(xué)方面的教材及專著，對(duì)培養(yǎng)我國(guó)的水文地球化學(xué)人才起到了重要的作用。目前我國(guó)主要的水文地球化學(xué)方面的教材有沈照理等編寫的《水文地球化學(xué)基礎(chǔ)》[1]、李學(xué)禮等編寫的《水文地球化學(xué)》[2]，以及錢會(huì)編寫的《水文地球化學(xué)》[3]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這門課程也越來(lái)越受到水文、地質(zhì)及環(huán)境專業(yè)的重視，國(guó)內(nèi)有多所學(xué)校開設(shè)了該門課程，然而對(duì)于該課程的教學(xué)研討方面的文章十分稀少，這一現(xiàn)象并不利于該課程的良性發(fā)展。經(jīng)過(guò)近幾年的教學(xué)，筆者發(fā)現(xiàn)目前”水文地球化學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)面臨一系列問(wèn)題和挑戰(zhàn)，一些教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有及時(shí)更新，一些手段較為落后，不能完全滿足新時(shí)代一流本科教學(xué)要求。因此，總結(jié)目前教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，提出新的改進(jìn)措施和建議，無(wú)疑對(duì)于提升水文地球化學(xué)課程的整體質(zhì)量具有重要意義。

1? 我校水文地球化學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院作為國(guó)內(nèi)最早開展水文地質(zhì)人才培養(yǎng)的機(jī)構(gòu)之一，水文地球化學(xué)的課程在沈照理先生的領(lǐng)導(dǎo)下創(chuàng)立，至今已有近70年歷史。目前我校水文地球化學(xué)課程主要面向水文與水資源工程。該課程選用沈照理先生1993版《水文地球化學(xué)基礎(chǔ)》以及李學(xué)禮先生《水文地球化學(xué)》兩本經(jīng)典教材作為主要參考教材。課程內(nèi)容由緒論，水化學(xué)基礎(chǔ)，地下水化學(xué)成分的組成，地下水化學(xué)成分的形成及其影響因素，水的地球化學(xué)循環(huán)及水文地球化學(xué)分帶，地下水的水文地球化學(xué)分類，水文地球化學(xué)的應(yīng)用幾部分組成。其中水化學(xué)基礎(chǔ)、地下水化學(xué)組成、地下水化學(xué)成分的形成及影響、水的地球化學(xué)循環(huán)等內(nèi)容主要取自沈照理先生的《水文地球化學(xué)基礎(chǔ)》教材，而水文地球化學(xué)分帶、地下水的水文地球化學(xué)分類則主要取自李學(xué)禮先生的《水文地球化學(xué)》教材。水文地球化學(xué)應(yīng)用部分主要介紹地下水污染的基本類型及特征以及初步介紹地下水環(huán)境和現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。該門課程為40學(xué)時(shí)，安排在大三秋季學(xué)期的后半學(xué)期，在先修課程《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》結(jié)束后再進(jìn)行。近幾年來(lái)每學(xué)期上課的學(xué)生為一個(gè)班，人數(shù)40人左右。在具體講授過(guò)程中，主要基于多媒體PPT進(jìn)行，在教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上結(jié)合一些教師在實(shí)際工作中的案例以及一些文獻(xiàn)中的典型案例來(lái)進(jìn)行講授，結(jié)合隨堂練習(xí)，課后作業(yè)等方式進(jìn)行。

2? 存在的問(wèn)題

水文地球化學(xué)作為一門理解地下水水質(zhì)隨時(shí)間和空間的演化規(guī)律[4]，其在地下水專業(yè)人才的培養(yǎng)具有不可替代的地位。正如水文地球化學(xué)這門學(xué)科的發(fā)展歷史沿革，水文地球化學(xué)的研究?jī)?nèi)容、研究范疇在不斷擴(kuò)展，因此也要求我們不斷更新教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法。與此同時(shí)，許多新的新的技術(shù)和手段也在不斷引入地下水研究領(lǐng)域，從而使得我們這一課程也面臨一系列的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

2.1 教材問(wèn)題

最為突出的問(wèn)題是教材問(wèn)題，由于我校主要采用沈照理先生1993版的教材，該教材至今已有26年歷史，自1993年出版后，該教材再無(wú)更新版本，目前該版本教材也不再印刷，所以目前也無(wú)出版社可供學(xué)生購(gòu)買。這種情況也造成我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中一定的困難。由于教材中的許多內(nèi)容是20多年前的內(nèi)容，而教師講稿中的除了一些基本知識(shí)點(diǎn)，還有許多近些年來(lái)教師從事工作的案例以及許多近十幾年來(lái)新的一些知識(shí)。筆者在近幾年教學(xué)工作中也發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生有不少困惑，不知道該如何利用教材和講稿。因此，盡快更新一版新的高質(zhì)量水文地球化學(xué)教材是當(dāng)務(wù)之急，對(duì)于提高水文地質(zhì)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。

2.2 教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)

目前我校水文地球化學(xué)課程主要側(cè)重的傳統(tǒng)水文地球化學(xué)內(nèi)容，即熱力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容;地下水化學(xué)成分的形成及演化及其遷移規(guī)律;水文地球化學(xué)的分類和分帶。然而，隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的水文地球化學(xué)問(wèn)題，如人類活動(dòng)對(duì)地下水化學(xué)組分的影響如人類活動(dòng)引起的地下水污染;采礦活動(dòng)引起的天然地下水水質(zhì)變化;頁(yè)巖氣開采對(duì)地下水水質(zhì)的影響[5];深部流體的地球化學(xué)特征，地?zé)峥碧介_發(fā)過(guò)程中水文地球化學(xué)技術(shù)和方法的應(yīng)用;一些新技術(shù)手段的發(fā)展：如稀有氣體的應(yīng)用[6];一些新的統(tǒng)計(jì)方法和手段如多元統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)[7]等新技術(shù)手段在水文地球化學(xué)研究中的應(yīng)用;一些新的地球化學(xué)模擬程序的應(yīng)用等等。上述變化均反映了水文地球化學(xué)學(xué)科發(fā)展的生命力，也要求我們適時(shí)地、恰當(dāng)?shù)貙⑦@些內(nèi)容加入我們的課程，讓學(xué)生能夠了解學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，激發(fā)對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情。

課時(shí)方面，由于教育部對(duì)于大部分專業(yè)課課時(shí)的壓縮，導(dǎo)致許多課程的課時(shí)十分緊張。水文地球化學(xué)基礎(chǔ)作為地下水專業(yè)學(xué)生三大主干課程之一，目前僅有40學(xué)時(shí)。要在40學(xué)時(shí)內(nèi)將諸多內(nèi)容進(jìn)行透徹講授，具有較大難度。緊縮的學(xué)時(shí)只能讓教師針對(duì)學(xué)校的特色，甄選一部分內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解。比如筆者在講授的時(shí)候側(cè)重?zé)崃W(xué)、天然地下水化學(xué)成分特征、形成及影響因素，元素在地下水中的遷移和沉淀等部分內(nèi)容。目前對(duì)于一些新的技術(shù)方法在水化學(xué)中的應(yīng)用涉及不足。如何進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整課程內(nèi)容，盡可能全面而又不失重點(diǎn)地講授是需要進(jìn)一步探討的問(wèn)題。

3? 改進(jìn)建議

首先是盡快對(duì)沈照理先生1993版《水文地球化學(xué)基礎(chǔ)》進(jìn)行再版，解決教材匱乏問(wèn)題。在教材編寫過(guò)程中，要注重傳承與創(chuàng)新。新增的部分可以重點(diǎn)增加人來(lái)活動(dòng)對(duì)地下水環(huán)境的影響：如地下水污染防治、地?zé)豳Y源勘探開發(fā)、頁(yè)巖氣開采對(duì)環(huán)境影響，含水層回灌對(duì)地下水環(huán)境影響方面的內(nèi)容。其次，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)盡可能多地設(shè)計(jì)隨堂練習(xí)和隨堂討論，盡可能讓學(xué)生更加積極主動(dòng)地參與課程中。比如在講解piper三線圖時(shí)，可以提供不同水樣水質(zhì)測(cè)試結(jié)果，讓學(xué)生練習(xí)如何將水樣測(cè)試結(jié)果投影至piper圖，并且讓學(xué)生解讀圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)的含義。同時(shí)，可讓學(xué)生在投完數(shù)據(jù)點(diǎn)后進(jìn)行討論其中可能發(fā)生的水文地球化學(xué)過(guò)程，以提高學(xué)生綜合利用知識(shí)的能力。同時(shí)，許多數(shù)學(xué)方法目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于水文地球化學(xué)中，在課程講解中可以更多地融入一些應(yīng)用較多的方法，如多元統(tǒng)計(jì)中的聚類分析、因子分析、主成分分析等常用的分析手段。在開展多元統(tǒng)計(jì)教學(xué)中，由于多元統(tǒng)計(jì)所需的數(shù)學(xué)要求較高，可直接利用成熟的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件如常用的SPSS。在給學(xué)生介紹完多元統(tǒng)計(jì)方法的基本原理后，則可以給學(xué)生介紹SPSS的操作，然后講解SPSS結(jié)果的意義。采用的案例可以選取煤礦水源識(shí)別的案例，人類活動(dòng)地下水污染識(shí)別等案例[8]。這類內(nèi)容可以給學(xué)生布置大作業(yè)，讓學(xué)生2～3人一組進(jìn)行完成，如此可以更大程度地訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力以及對(duì)知識(shí)的應(yīng)用。另外一個(gè)重要的內(nèi)容是地球化學(xué)模擬方面，地球化學(xué)模擬作為利用熱力學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法定量計(jì)算天然地下水中組分分布及水巖相互作用及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的有效方法，學(xué)生需要對(duì)其具有初步的了解并能簡(jiǎn)單地進(jìn)行應(yīng)用。以往的教學(xué)中我們只是介紹水文地球化學(xué)模擬的概念以及現(xiàn)存的模擬程序及每個(gè)程序的優(yōu)缺點(diǎn)，然而并沒(méi)有讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作。未來(lái)，我們將在此基礎(chǔ)上，選定PHREEQC為教學(xué)對(duì)象，該程序免費(fèi)且具有操作界面，易于學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生掌握基本的混合、飽和指數(shù)計(jì)算、反向地球化學(xué)模擬等內(nèi)容，并安排合適的案例供學(xué)生進(jìn)行練習(xí)。最終，在課程末期，可以安排一次綜合性的大作業(yè)，比如選擇某個(gè)研究較為成熟、現(xiàn)象較為典型的盆地，收集從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)各個(gè)不同部位的地下水化學(xué)分析資料，要求學(xué)生進(jìn)行地下水水文地球化學(xué)演化的分析，要求運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)方法、地球化學(xué)模擬方法來(lái)進(jìn)行水巖作用的分析，大作業(yè)的成績(jī)作為平時(shí)成績(jī)重要的參考資料之一。

4? 結(jié)語(yǔ)

水文地球化學(xué)作為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）的校級(jí)精品課程，且是我國(guó)水文地球化學(xué)學(xué)科的起源地，提高我校水文地球化學(xué)教學(xué)質(zhì)量對(duì)于培養(yǎng)高素質(zhì)的水文地質(zhì)類專業(yè)人才具有重要意義。本文從水文地球化學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及改進(jìn)措施等方面進(jìn)行了闡述，希望對(duì)水文地球化學(xué)課程的教學(xué)能夠起到一點(diǎn)參考價(jià)值。同時(shí)，由于水文地球化學(xué)內(nèi)容包羅萬(wàn)象，提高教學(xué)質(zhì)量也必然要求教師具有全方位的素質(zhì)，需要教師刻苦鉆研專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，在水文地球化學(xué)專業(yè)領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，提高教師的自身素質(zhì)。

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