“以學(xué)生為中心”的生態(tài)水文學(xué)教學(xué)策略探討

孫自永　左麥枝　甘義群　張學(xué)海

摘要：生態(tài)水文學(xué)是水文學(xué)與水資源專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。由于該課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐和應(yīng)用色彩，單獨(dú)應(yīng)用傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)其教學(xué)目標(biāo)。本文對(duì)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方法在該課程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，著重探討了案例研究和問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)兩類教學(xué)策略的應(yīng)用，從而為提高生態(tài)水文學(xué)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—分析問(wèn)題—解決問(wèn)題、管理和決策、團(tuán)隊(duì)合作、交流溝通、批判性思考等能力提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)水文學(xué)；教學(xué)策略；案例研究；問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）53-0181-03

生態(tài)水文學(xué)是水文學(xué)中一個(gè)相對(duì)年輕但發(fā)展迅速的研究領(lǐng)域，是研究水循環(huán)與生態(tài)系統(tǒng)相互作用的一門交叉學(xué)科。它于1992年的都柏林國(guó)際水與環(huán)境大會(huì)上被作為一門獨(dú)立學(xué)科提出，隨著聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際水文計(jì)劃和人與生物圈計(jì)劃（UNESCO's International Hydrology Program and Man and the Biosphere Program）的實(shí)施而迅速得以發(fā)展，成為當(dāng)前水文學(xué)的研究熱點(diǎn)。目前，生態(tài)水文學(xué)的主要研究領(lǐng)域包括：①陸地表面氣候、土壤、植被、地下水間的相互作用，主要服務(wù)于土地利用、糧食生產(chǎn)和氣候變化調(diào)控；②河流廊道內(nèi)徑流的動(dòng)態(tài)變化、水生生物的響應(yīng)以及污染物在河岸帶內(nèi)遷移轉(zhuǎn)化等，主要服務(wù)于水資源開(kāi)發(fā)、水質(zhì)保護(hù)與改善以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與恢復(fù)；③河水和地下水對(duì)湖泊、河口和海岸帶的水量和物質(zhì)輸入，主要服務(wù)于水質(zhì)保護(hù)與改善（特別是富營(yíng)養(yǎng)化）以及漁業(yè)生產(chǎn)。可以看出，生態(tài)水文學(xué)與糧食安全、氣候變化、土地利用、生態(tài)安全、水資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)等一系列的國(guó)際焦點(diǎn)和國(guó)家重大需求密切相關(guān)。正因如此，雖然只有20多年的歷史，但生態(tài)水文學(xué)已成為水文學(xué)與水資源學(xué)科體系的重要組成部分，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、荷蘭、阿根廷等國(guó)的許多大學(xué)不僅很早就開(kāi)設(shè)了生態(tài)水文學(xué)（Ecohydrology）課程，部分大學(xué)還專門設(shè)立了生態(tài)水文學(xué)專業(yè)。國(guó)內(nèi)的北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、武漢大學(xué)、四川大學(xué)、吉林大學(xué)、北京師范大學(xué)、河海大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）等也都將生態(tài)水文學(xué)作為水文學(xué)與水資源專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程開(kāi)設(shè)。

一、生態(tài)水文學(xué)對(duì)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)策略的需求

自誕生之時(shí)起，生態(tài)水文學(xué)就致力于生態(tài)環(huán)境與水環(huán)境問(wèn)題的解決和為流域尺度上土地與水資源的綜合管理提供指導(dǎo)，具有極強(qiáng)的實(shí)踐和應(yīng)用色彩。因此，在生態(tài)水文學(xué)教學(xué)過(guò)程中，除了專業(yè)知識(shí)的傳授外，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題、管理和決策、團(tuán)隊(duì)合作、交流溝通、批判性思考等能力，縮短真實(shí)世界與書(shū)本世界之間的差距，提高學(xué)生適應(yīng)工作的能力。顯然，傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學(xué)方法無(wú)法單獨(dú)承擔(dān)這一重任。近年來(lái)，隨著素質(zhì)教育的普遍推行和教育的國(guó)際化趨勢(shì)，“以學(xué)生為中心”的教育理念正在盛行。該教育理念對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)者的主體地位給予了很大關(guān)注，注重體現(xiàn)學(xué)生在知識(shí)、能力、素質(zhì)、個(gè)性等方面的要求，在理解和關(guān)注學(xué)生興趣與需求的前提下進(jìn)行綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，教師在教學(xué)活動(dòng)中不再是“滿堂灌”的知識(shí)傳授者，而是主要起創(chuàng)造學(xué)習(xí)環(huán)境、引導(dǎo)學(xué)習(xí)活動(dòng)、提供相關(guān)資源的作用，以使學(xué)生能主動(dòng)地接收知識(shí)，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心、積極性和創(chuàng)造性，更好地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?？梢钥闯觯@一教育理論與生態(tài)水文學(xué)的教學(xué)目標(biāo)非常一致。因此，為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動(dòng)性，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)，教師應(yīng)在生態(tài)水文學(xué)課程教學(xué)中大膽應(yīng)用“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方法。要想貫徹“以學(xué)生為中心”的教育理念，關(guān)鍵是教學(xué)策略的選擇。目前，應(yīng)用較為廣泛的“以學(xué)生為中心”的教學(xué)策略有研究性學(xué)習(xí)、案例研究、問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)、探究學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等。這些策略在適用的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和對(duì)象上存在明顯差異。這里重點(diǎn)探討適用于工程教育的案例研究法和問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)兩類策略。

二、案例研究在生態(tài)水文學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

所謂的案例研究（case studies）教學(xué)，是指學(xué)生通過(guò)對(duì)教師提供的案例進(jìn)行研究活動(dòng)，從而完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的一種課堂學(xué)習(xí)方式。通過(guò)對(duì)案例的研究，學(xué)生可以逐漸熟悉生產(chǎn)實(shí)踐中的真實(shí)問(wèn)題，掌握解決這些問(wèn)題所需的技能。事實(shí)上，作為一種非常靈活的教學(xué)方法，案例研究既可用于“以教師為中心”的教學(xué)，也可用于“以學(xué)生為中心”的教學(xué)。當(dāng)案例界定清晰，且給出了明確的解決方案時(shí)，案例研究通常是以教師為中心的；當(dāng)沒(méi)有給出或只給出部分解決方案，需要學(xué)生進(jìn)行批判性思考、信息搜尋、數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)換和創(chuàng)新時(shí)，案例研究通常是以學(xué)生為中心的。在工程教育中，基于案例的學(xué)習(xí)相當(dāng)普遍。不少研究證明，基于案例的學(xué)習(xí)能夠增進(jìn)學(xué)生的代入感、批判性思維和問(wèn)題解決技能。

在生態(tài)水文學(xué)課程中，案例研究教學(xué)的開(kāi)展遵循如下步驟。

1.介紹。教師給學(xué)生介紹案例研究教學(xué)的基本概念，并對(duì)生態(tài)水文學(xué)課程中擬采用的案例研究教學(xué)進(jìn)行概括性介紹，以使學(xué)生理解案例研究教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，克服從常規(guī)課堂到案例研究課堂轉(zhuǎn)變中的不適應(yīng)，為接下來(lái)的教學(xué)作好心理準(zhǔn)備。

2.案例選擇。針對(duì)各部分教學(xué)內(nèi)容，教師提前準(zhǔn)備好與擬討論的主題密切相關(guān)的案例。選擇的案例應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：取自于真實(shí)生活情境；具有典型性和代表性；具有專業(yè)探討價(jià)值；能引起學(xué)生興趣，激發(fā)其進(jìn)行創(chuàng)新性和批判性思考；不能過(guò)于簡(jiǎn)單，應(yīng)具有一定的復(fù)雜性。例如，可以選用歷史上的富營(yíng)養(yǎng)化事件、國(guó)際知名的試驗(yàn)流域的相關(guān)成果、當(dāng)前的水資源管理問(wèn)題等，也可選用本專業(yè)學(xué)術(shù)雜志上的研究性論文。

3.案例感知。引導(dǎo)學(xué)生閱讀案例材料，使其熟悉案例情境，掌握案例涉及到的主要事實(shí)和數(shù)據(jù)，識(shí)別案例情境中包含的關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)案例進(jìn)行初步分析。案例感知可以在課堂上完成，也可以讓學(xué)生在課前完成。該階段主要培養(yǎng)學(xué)生的信息整合能力和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。

4.自主探究?；诎咐畔?，應(yīng)用已有的專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行個(gè)體的自主探究。對(duì)于已有解決方案的案例，按“問(wèn)題提出、現(xiàn)象觀察、假說(shuō)形成、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析、假說(shuō)驗(yàn)證、結(jié)論形成”的流程對(duì)案例進(jìn)行分析，重新演繹解決方案的形成過(guò)程，評(píng)價(jià)與判斷這些解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)，嘗試提出不同的解決方案；對(duì)于沒(méi)有提供或只提供部分解決方案的案例，圍繞已識(shí)別出的關(guān)鍵問(wèn)題和案例中的重要信息，提出解決問(wèn)題的方法，擬訂解決問(wèn)題的方案和策略，探討實(shí)施的具體計(jì)劃，并按“準(zhǔn)備、執(zhí)行、評(píng)估、調(diào)整”的行動(dòng)調(diào)節(jié)理論進(jìn)行執(zhí)行。該階段主要培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、管理和決策、批判性思考等能力。endprint

5.交流與討論。在學(xué)生通過(guò)自主探究獲得了個(gè)人關(guān)于案例的獨(dú)立見(jiàn)解后，組織學(xué)生進(jìn)行交流與討論。在生態(tài)水文學(xué)教學(xué)過(guò)程中，將交流討論又劃分為三個(gè)階段：首先進(jìn)行分組合作，小組以4～6人為宜，每個(gè)小組成員就自己的自主探究過(guò)程和成果進(jìn)行交流和討論，形成相對(duì)一致的意見(jiàn)后，小組成員進(jìn)行分工合作，完成下階段課堂陳述與討論的準(zhǔn)備工作，包括材料的準(zhǔn)備、幻燈片的制作等；第二階段是課堂陳述，即以小組為單位，讓學(xué)生對(duì)其案例分析過(guò)程與成果進(jìn)行正式陳述；第三階段是小組間討論，在每個(gè)小組匯報(bào)完畢后，引導(dǎo)其他小組對(duì)其進(jìn)行提問(wèn)、評(píng)價(jià)、補(bǔ)充等，開(kāi)展小組間的交流。該階段主要培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、交流溝通、批判性思考的能力和領(lǐng)導(dǎo)力。

6.總結(jié)評(píng)價(jià)。在案例研究教學(xué)的最后，教師對(duì)整個(gè)案例研究過(guò)程做出總結(jié)性評(píng)價(jià)，以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行反思和總結(jié)，從而得到知識(shí)的完善和能力的提高?？偨Y(jié)評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括：①學(xué)生在前幾個(gè)階段中的表現(xiàn)，要突出其優(yōu)點(diǎn)，對(duì)暴露出來(lái)的問(wèn)題也進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的重點(diǎn)應(yīng)該集中在學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題、管理和決策、團(tuán)隊(duì)合作、交流溝通、批判性思考等能力上，而不是知識(shí)或?qū)W術(shù)觀點(diǎn)上；②對(duì)案例本身所蘊(yùn)含的知識(shí)或問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的重點(diǎn)集中在知識(shí)點(diǎn)的提煉、與已有知識(shí)的聯(lián)系、需要補(bǔ)充的知識(shí)等上面，使學(xué)生意識(shí)到自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的缺陷，找到進(jìn)一步完善的方向。

三、問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)在生態(tài)水文學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)（Problem-based learning）是基于問(wèn)題解決過(guò)程的學(xué)習(xí)，它旨在讓學(xué)生試著解決真實(shí)世界的實(shí)際問(wèn)題而不僅僅只是通過(guò)教師的講授來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)最初起源于醫(yī)學(xué)院和專業(yè)技術(shù)學(xué)院的教學(xué)活動(dòng)，目前已開(kāi)始應(yīng)用于工程教育中。眾所周知，問(wèn)題解決是人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦凶顬橹匾恼J(rèn)知活動(dòng)，而問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)則通過(guò)模擬人類自然的問(wèn)題解決過(guò)程來(lái)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，使學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)到所需要的知識(shí)和技能，為發(fā)展學(xué)生的批判性思維方式和靈活的問(wèn)題解決技能提供大量機(jī)會(huì)，保證在新情境中可以遷移技能與應(yīng)用知識(shí)。此外，問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)還被證明可以增強(qiáng)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的代入感，提高學(xué)習(xí)的積極性。

在生態(tài)水文學(xué)課程中，問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)的開(kāi)展遵循如下步驟。

1.介紹。教師對(duì)生態(tài)水文學(xué)課程中擬采用的問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，以使學(xué)生為接下來(lái)的教學(xué)作好心理準(zhǔn)備。此外，教師通過(guò)有針對(duì)性的講解，對(duì)接下來(lái)的問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)可能涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行概括性介紹。

2.問(wèn)題提出。問(wèn)題的提出有兩種方式：教師提前精心準(zhǔn)備好與學(xué)習(xí)內(nèi)容密切相關(guān)的問(wèn)題；教師只給出主題，介紹相關(guān)內(nèi)容和要求，引導(dǎo)學(xué)生自己尋找問(wèn)題。在問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)中，所提出的問(wèn)題必須是一個(gè)開(kāi)放性的現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題。比較理想的問(wèn)題應(yīng)該復(fù)雜性適中、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可能具有多個(gè)解決途徑或解決方案，同時(shí)要有一定的趣味性和挑戰(zhàn)性，如降雨量的變化和人口增長(zhǎng)如何影響城市水安全？大壩修建或拆除的影響有哪些（安全、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等方面）？為什么全球范圍內(nèi)陸地徑流在減??？為什么某河流的出山徑流量在減少？

3.分組研究。通過(guò)教師指定或自由組合的方式將學(xué)生分組，小組以4～6人為宜。小組成員首先通過(guò)內(nèi)部討論確定總體的工作規(guī)劃；然后，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，找出解決問(wèn)題還需要學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，通過(guò)各種方法來(lái)獲取這些必要的知識(shí)；再次進(jìn)行小組討論，初步確定問(wèn)題的解決方案和實(shí)施計(jì)劃，并對(duì)小組成員進(jìn)行分工；小組成員根據(jù)分工開(kāi)展信息收集、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、模型構(gòu)建、綜合分析等工作，按照“準(zhǔn)備—執(zhí)行—評(píng)估—調(diào)整”的行動(dòng)調(diào)節(jié)理論執(zhí)行計(jì)劃，從而解決問(wèn)題；最后，基于上述成果，編寫研究報(bào)告，制作下階段匯報(bào)所用的幻燈片。在該階段，老師主要起引導(dǎo)者、輔助者和資源提供者的作用，要避免控制學(xué)生的思維。該階段最能體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為主體的教育理念，是問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)的核心所在，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題、管理和決策、團(tuán)隊(duì)合作、交流溝通、批判性思考等能力，同時(shí)能提高學(xué)生的假設(shè)提出和檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)收集、實(shí)驗(yàn)操作、統(tǒng)計(jì)分析、模型模擬、學(xué)術(shù)寫作等專業(yè)技能，還可培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)及終生學(xué)習(xí)的態(tài)度。

4.陳述與討論。通過(guò)課堂陳述的方式，各小組對(duì)其問(wèn)題提出、問(wèn)題解決思路與過(guò)程以及最終的問(wèn)題答案或解決方案進(jìn)行介紹。陳述時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生使用多媒體演示，鼓勵(lì)所有成員都參與到陳述中（可采用分段分工陳述方式）。陳述后其他小組進(jìn)行提問(wèn)和評(píng)判，教師也可參與到提問(wèn)中去。該階段主要培養(yǎng)學(xué)生交流溝通和批判性思考的能力以及口頭表達(dá)的技能。

5.評(píng)估與反思。教師對(duì)各學(xué)習(xí)小組的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)中要注意用語(yǔ)，以肯定為主，對(duì)暴露出來(lái)的問(wèn)題也以建設(shè)性意見(jiàn)的形式進(jìn)行合理點(diǎn)評(píng)。同時(shí)，要求學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)估，小組成員之間和小組之間也進(jìn)行平行評(píng)估。這些評(píng)估，促進(jìn)學(xué)生反思自己在知識(shí)結(jié)構(gòu)、專業(yè)技能和綜合素質(zhì)上的欠缺，為下一步的學(xué)習(xí)方向和學(xué)習(xí)目標(biāo)的制訂奠定基礎(chǔ)。

四、“以學(xué)生為中心”的生態(tài)水文學(xué)教學(xué)中應(yīng)注意的問(wèn)題

1.不要將“以學(xué)生為中心”與“以教師為中心”截然對(duì)立。生態(tài)水文學(xué)兼具理、工科的特點(diǎn)，涉及的部分理論知識(shí)或基礎(chǔ)知識(shí)在案例選擇或問(wèn)題設(shè)計(jì)上存在著較大困難，可能需要傳統(tǒng)的課堂講解；無(wú)論是案例研究還是問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)，在開(kāi)展之前都需要教師對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行介紹，對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)及其之間的聯(lián)系進(jìn)行概略式講解，這都屬于“以教師為中心”的范疇；在案例研究教學(xué)過(guò)程中，如果選擇的案例是本專業(yè)中較為艱深或具有重大意義和影響的學(xué)術(shù)論文，可能采用“以教師為中心”的教學(xué)方法更為合適；兩類教學(xué)策略最后階段的教師總結(jié)與評(píng)價(jià)往往起著畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用，屬于必不可少的內(nèi)容。

2.無(wú)論是案例研究中的案例，還是問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)中的問(wèn)題，都必須選擇真實(shí)世界中的實(shí)際情景，在注重典型性和代表性的同時(shí)，還要兼顧趣味性和挑戰(zhàn)性，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)熱情。

3.在討論階段，教師不能完全“隱退”或只扮演主持人的角色，要成為討論的引導(dǎo)者和參與者，提示學(xué)生進(jìn)行對(duì)比、反思和舉一反三，使得討論得以深入發(fā)展，同時(shí)防止學(xué)生離題或者提出不當(dāng)?shù)膯?wèn)題影響討論，防止一個(gè)學(xué)生或者少數(shù)學(xué)生壟斷討論。

4.在分組研究階段，教師應(yīng)起到監(jiān)督作用，督促所有學(xué)生都積極參與，不能出現(xiàn)一個(gè)學(xué)生為主，其他人袖手旁觀的現(xiàn)象。教師還應(yīng)要求學(xué)生形成自己的觀點(diǎn)和解決辦法，不能簡(jiǎn)單地重復(fù)事實(shí)，或者在案例研究中重復(fù)和無(wú)條件認(rèn)同前人的結(jié)論和觀點(diǎn)。

5.教師應(yīng)營(yíng)造開(kāi)放、民主的氛圍，讓學(xué)生自由探索和發(fā)言，即使是不成熟的想法或意見(jiàn)也要以鼓勵(lì)為主，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和勇于冒險(xiǎn)的精神，培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)困難時(shí)的韌性和對(duì)失敗與挫折的無(wú)所畏懼。教師還要尊重學(xué)生的多樣性和差異性，珍惜和培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知靈活性。

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