“大思政”格局下“水文地质与工程地质”课程思政建设研究
时间：2023-03-03 17:15:05 来源：千叶帆 本文已影响人
牛晓丽， 高程程， 李心平， 马天成， 王佳琛， 王治豪， 杨 震， 刘志伟
（河南科技大学农业装备工程学院，河南 洛阳 471003）
课程思政指以构建全员、全程、全课程育人格局的形式将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育根本任务的一种综合教育理念[1]。2020 年6 月，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》（以下简称《纲要》），提出课程思政建设要在全国所有高校、所有学科专业全面推进[2]。在此背景下，如何实现显性教育和隐性教育相统一，已成为亟待解决的重要问题。
“水文地质与工程地质”课程是高校水利类工科专业的主干课程，将人类工程活动“嵌入”于地表圈层之中，由此引发一系列地质问题，进而衍生出来的一门古老而又实用的科学[3]。《纲要》中明确提出，工科专业课程思政教学重点要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当[2]。因此，在讲授“水文地质与工程地质”课程时，需深度挖掘提炼课程知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，引导学生热爱本职专业，投身于我国伟大的水利工程事业中，实现态度养成、价值引领。本文总结该课程的教学经验，对课程思政“润物无声”融入教学过程进行了初步设计与实践。
“水文地质与工程地质”课程是农业水利工程及相关专业的一门专业必修课。知识体系包括地质学基础、水文地质学、工程地质学3 大部分。地质学基础部分涵盖了 “工程地质学”和“水文地质学”的概念、主要研究内容，工程地质条件的内涵，基本的基础地质和工程地质的知识，主要的造岩矿物类型，3 大岩石的主要特征，地壳运动与地质作用、地层与地质构造的概念及地质构造对工程建筑物稳定性的影响。水文地质学部分包括地下水的概念、分类以及特征，水对土木工程的影响作用。工程地质学部分需了解岩石及特殊土的工程性质与分类，了解地下工程、地基工程与边坡工程地质问题，以及环境工程地质问题。掌握工程地质勘察的目的、任务和阶段，勘察的内容和方法[4]。课程以“工程”为主线，共分为14 章。安排课堂讲授32 学时，野外地质实习1 周，课程结构和学时分配如图1 所示。通过该课程的教学培养，学生能领悟工程地质的思维方法，熟练应用地质工作的专业手段，分析和解决特定工程地质实际问题。
图1 课程结构和学时分配Fig. 1 Course structure and class hour allocation
将课堂教学与思政教育融合是落实“守好一段渠、种好责任田”的重要举措，旨在使德育与智育相统一[5]。在课程内容中注入相关“触点”和“融点”，通过挖掘和运用课程思政素材，以“如盐溶水”的方式将正确的价值观、职业责任感和家国情怀有效地传递给学生，使课堂能为弘扬主旋律、传播正能量的主阵地，实现价值塑造、知识传授和能力培养的有机融合[6]。“水文地质与工程地质”课程涉及水文地质学、工程地质学、环境地质学、构造地质学等多学科的专业基础知识，蕴含丰富的思政元素以供挖掘[7]。但以往的教学往往只注重专业知识点的传授，并未有效利用本课程鲜活的事例和特色，让学生在课堂上培养兴趣，学会通过言行举止传播正能量，培养好的价值取向，规范职业素养。因此，需要在专业课中有机融入“课程思政”，重视大学“育人育德”的教育本质，充分发挥课程思政在协同育人方面的重要作用，这是大势所趋，势在必行。
3.1 提炼思政元素
将课程教学目标设定为知识目标、能力目标和情感态度目标。为达到教学目标，在每章课程内容中引入思政教育的具体元素点，如绪论一章讲解过程中，引用哲学家怀特海的“自然是我们通过感官在感知中所观察到的东西”，引导学生关注学科发展简史，从1856 年达西（DARCI）孔隙渗流理论诞生，1929 年奥地利的太沙基发现有效应力原理，到 1979 年中国工程地质学奠基人谷德振支持成立了中国地质学会工程地质专业委员会，向学生展示一代代地质人永不懈怠、奋斗不息的科学情怀。第3 章矿物光泽部分，通过对玉石蜡质光泽的讲解，阐述我国传统文化中描述人的品格“温润如玉”这一词的含义；
在讲解沉积岩成层过程知识点时，向学生介绍沉积岩是指将其他岩石的风化产物和一些火山喷发物，经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。由于沉积岩中化石所受破坏较少，也较易完整保存，被称为“地质历史书页”，对考古学十分重要，可将其与我国悠远厚重的历史相类比，激发学生的爱国情怀。第4 章在断层的野外识别部分要借助热泉和震中的线状分布特点，强调我国不同地区构造的复杂性，增加学生解决复杂工程地质问题的责任感和使命感。在地质图部分，要向学生强调不同比例尺地质图件的涉密性，培养学生对重要地质资料的保密意识，全方位提升学生在以后工程建设中的专业素养。第6 章通过对地下水潜蚀作用的讲解，使学生明白“千里之堤，毁于蚁穴”的道理，培养学生对工程质量把控的工匠精神。第11 章在洞室选址的工程地质条件部分，以宜万铁路为例，介绍隧道工程可能面临的巨大挑战，如山高壁陡、河谷深切的地貌，岩溶、顺层、滑坡、断层破碎带和崩塌等各种不良地质现象。从修建理念提出到建成的历史过程，向学生传达我国对于重大工程建设的持续关注与投入，培养学生的家国情怀。
3.2 改进教学方法
遵循“以学生为中心”的思想，采用线上线下混合式教学模式，即课堂讲授环节和形式新颖的线上互动交流相结合的教学方法，提高学生参与度，认真设计每节课的“课前、课中和课后”3 个阶段，最大限度地调动学生的主观能动性，提升课程思政教学质量。
3.3 丰富教学手段
利用多媒体课件进行视频、示意图、动画图、实际情景图片展示，激发学生的兴趣和创造能力；
通过大学MOOC 在线平台完成在线自学、课后测试、答疑互动、在线讨论和发布学习公告等；
运用企业微信发布学习进度安排和在线教学与讨论交流。另外，在教学过程中科学合理地融入中国传统文化，把晦涩的知识点和有趣的中国文化结合起来，增加课程趣味性和吸引力，引用一些警句和故事使学生领悟工程世界中的智慧，提升思政铸魂育人实效。同时，展示学科发展新进展和新成果，及时体现到教学课堂上，激发学生的科研创新思维。
3.4 精心设计教学环节
精确掌控各个教学环节的专业知识点和思政教学融入点，借助上述丰富的教学手段，精心设计教学环节和过程[4]。如在讲授渠道边坡稳定性计算时，通过展示从古至今的水利工程，如通济渠、永济渠、京杭大运河和南水北调工程，将历史与现实相结合，逐步导入新的知识点，进而熟练掌握南水北调工程建设过程中遇到的工程地质问题、边坡和地基的稳定性问题、围岩稳定性和透水性问题、渠道边坡失稳及冻胀问题，重点掌握渠道边坡稳定性分析方法，以及动水压力和静水压力对渠道边坡稳定性的影响。通过这一知识点的讲授，使思政元素既源于历史又基于现实，同时使学生了解到南水北调工程是世界上规模最大、技术最复杂、难度最大的水利工程，从提出设想，到研究、规划、设计、论证、决策，跨越半个多世纪，如此超长期的工程，只有中国共产党才可以完成，充分体现了中国共产党为民初心的坚定不移。
4.1 课程说明
“水文地质与工程地质”课程中“地面沉降与地裂缝”一节的课程说明如表1 所示。教学进程时间分配如表2 所示。
表1 “地面沉降与地裂缝”相关课程说明Tab. 1 Course description of “ground fissure of land subsidence level”
表2 “地面沉降与地裂缝”相关教学进程时间分配Tab. 2 Teaching process time allocation of “ground fissure of land subsidence level”
4.2 概述
地面沉降属于环境工程地质问题，是目前世界各大城市普遍面临的一个主要工程地质问题，也是地质人高度关注的重点[8]。首先通过视频介绍各大城市地面沉降案例，重点运用数据展示法介绍我国地面沉降的严重程度，进而引申出地面沉降和地裂缝的学科定义，结合示意图分析地裂缝产生因素，包括地裂缝破裂面倾角、土体内摩擦角和黏聚力等。逐步深入直至引导进入对地面沉降和地裂缝成因的思考与理解。最终介绍工程实例和学科发展新进展加深对知识点的掌握，知识点由浅入深、层层递进，在具体学习中渗透和体现教学和育人结合的原则，使学生领会水资源保护的必要性和意义所在，进一步感悟到南水北调工程事关战略全局、事关长远发展、事关人民福祉。
4.3 课程教学目标
该节课的教学目标：①了解地面沉降和地裂缝的定义及产生原因；
②掌握地下水抽采引起地面沉降的机理；
③掌握太沙基一维固结理论基本形式和各参数物理意义；
④明确承压完整井在地下水超采过程中有效应力变化情况。
4.4 思政育人目标
（1）引导学生热爱本职专业，建立可持续发展的理念，投身于我国伟大的水利工程事业中。
（2）使学生体会到南水北调工程是造福人民、造福民族的伟大工程，体现了中国共产党为人民谋幸福、为民族谋复兴的初心，增强学生民族自豪感。
4.5 教学实施过程
4.5.1 新课导入
播放一小段中央电视台新闻频道关于上海、西安、北京发生地面沉降的报道，吸引学生关注该工程地质问题。进而展示地面沉降量数据，近30 年间，黄三角地区沉降了1～3 m，长三角地区沉降了2 m，珠三角地区沉降了1.5 m，全国发生地面沉降的城市超过50 个，华北平原地面沉降量超过200 mm 的范围达6.4 万km2，占整个华北平原区的46%。通过这些触目惊心的数据，树立学生地下水资源保护的主体意识和责任担当。
4.5.2 知识点展开
介绍地面沉降和地裂缝的定义，解释Fsinθ=σtanφ+ C 公式中各物理参数的意义，分析人类活动对地面沉降和地裂缝影响。
4.5.3 提出问题
地下水超采是如何引起地面沉降的？
4.5.4 承接
回顾承压完整井示意图和太沙基一维固结理论，说明引起沉降的因素包括土的压缩模量、有效应力的改变值和含水层的厚度，其中有效应力的改变值是造成地面沉降的根本原因。
4.5.5 地面沉降危害
上覆地层荷载引起的总应力是由孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的，即总应力等于孔隙水压力与固体颗粒承担的有效应力之和。抽取地下水时会造成地下水位下降，孔隙水压力降低，而总应力不变，有效应力必然随之增加，从而导致土层压密固结，地表产生沉降变形。如果按照正常合理的方式开采地下水不会造成地面沉降，因为地下水在开采后，地表水通过渗透作用可以补充地下水，但短时间内超量开采则会造成地下水水位急剧下降，又由于北方地表水匮乏导致地下水补充量不足，进而加剧水位下降，导致地面沉降。地裂缝与地面沉降就像一对孪生兄弟，如果说地面沉降是量变的话，地裂缝就是质变，二者相互作用对城市建设造成危害。
4.5.6 举例
引用西安14 条地裂缝测线布设展示图，向学生介绍14 条地裂缝平面上走向稳定，似等间距排列，裂面南倾，南盘同步下降，覆盖面积达250 km2，活动时间之长、规模之大，国内外罕见，在世界上独一无二[9]。运用长安大学彭建兵院士团队提出的城市地下水开采5大优化方案，以及1960 年至今监测西安地面沉降活动速率减弱的最新研究进展，进一步将理论知识点与实践应用相结合，加深学生对知识点的理解和掌握[10]。向学生再次介绍南水北调工程的伟大，是解决北方地下水超采的重要措施，对缓解北方地区水资源匮乏的现状及补充地下水资源的重大意义。
4.5.7引申与思政教育
从地面沉降这种城市慢性病出发，点明地下水超采对地面沉降的影响机理，运用动画视频、最新学科进展和示意图等手段，以“春风化雨”的形式将水资源保护理念、可持续发展战略等思政教育渗透到每位学生的心里。
4.5.8结束与开启
总结本节内容，提出思考问题：西安地铁与地裂缝相交上百处，地铁隧道如何适应其变形？学生课下查阅资料，回答问题。指明预习方向。
通过该课程的教学培养，2019 级和2020 级本科生对课程的满意度得到提高，受到师生们的认可。学生领悟到工程地质的思维方法，可以熟练应用地质工作的专业手段，分析和解决特定工程地质实际问题。课程结束后对两个班级的学生开展评教调查，有效回收率达到95%，课程设置必要性92%，教学内容满意度达96%，教学方式满意度94%，学生到课率100%，学生自主学习率90%。实践证明，将思政内容引入专业课，可提高学生的学习主动性，引导学生树立正确的价值观，建立可持续发展的理念，认识到生态文明建设的意义，实现专业课协同育人的效果。
在“水文地质与工程地质”课程思政教学建设过程中，坚持把立德树人作为中心环节，立足于学科专业理论和方法，深入提炼课程中蕴含的科学精神、家国情怀和社会责任等思政元素，改进教学方法，丰富教学手段，精心设计教学设计。将教书育人落实于课堂教学中，在一定程度上，提高学生专业课程思政育人质量，真正做到“润物无声”。
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