“以學生為中心”的生態水文學教學策略探討

孫自永　左麥枝　甘義群　張學海

摘要：生態水文學是水文學與水資源專業的一門重要專業課程。由于該課程具有較強的實踐和應用色彩，單獨應用傳統的“以教師為中心”的教學方法難以實現其教學目標。本文對“以學生為中心”的教學方法在該課程中的應用進行了分析，著重探討了案例研究和問題導向學習兩類教學策略的應用，從而為提高生態水文學教學質量，培養學生的發現問題—分析問題—解決問題、管理和決策、團隊合作、交流溝通、批判性思考等能力提供指導。

關鍵詞：生態水文學；教學策略；案例研究；問題導向學習

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）53-0181-03

生態水文學是水文學中一個相對年輕但發展迅速的研究領域，是研究水循環與生態系統相互作用的一門交叉學科。它于1992年的都柏林國際水與環境大會上被作為一門獨立學科提出，隨著聯合國教科文組織國際水文計劃和人與生物圈計劃（UNESCO's International Hydrology Program and Man and the Biosphere Program）的實施而迅速得以發展，成為當前水文學的研究熱點。目前，生態水文學的主要研究領域包括：①陸地表面氣候、土壤、植被、地下水間的相互作用，主要服務于土地利用、糧食生產和氣候變化調控；②河流廊道內徑流的動態變化、水生生物的響應以及污染物在河岸帶內遷移轉化等，主要服務于水資源開發、水質保護與改善以及生態環境的保護與恢復；③河水和地下水對湖泊、河口和海岸帶的水量和物質輸入，主要服務于水質保護與改善（特別是富營養化）以及漁業生產。可以看出，生態水文學與糧食安全、氣候變化、土地利用、生態安全、水資源開發與保護等一系列的國際焦點和國家重大需求密切相關。正因如此，雖然只有20多年的歷史，但生態水文學已成為水文學與水資源學科體系的重要組成部分，美國、英國、德國、荷蘭、阿根廷等國的許多大學不僅很早就開設了生態水文學（Ecohydrology）課程，部分大學還專門設立了生態水文學專業。國內的北京大學、清華大學、中國農業大學、武漢大學、四川大學、吉林大學、北京師范大學、河海大學、中國地質大學（武漢）等也都將生態水文學作為水文學與水資源專業的專業基礎課程開設。

一、生態水文學對“以學生為中心”的教學策略的需求

自誕生之時起，生態水文學就致力于生態環境與水環境問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，具有極強的實踐和應用色彩。因此，在生態水文學教學過程中，除了專業知識的傳授外，還應注重培養學生分析問題和解決問題、管理和決策、團隊合作、交流溝通、批判性思考等能力，縮短真實世界與書本世界之間的差距，提高學生適應工作的能力。顯然，傳統的“以教師為中心”的教學方法無法單獨承擔這一重任。近年來，隨著素質教育的普遍推行和教育的國際化趨勢，“以學生為中心”的教育理念正在盛行。該教育理念對學習過程中學習者的主體地位給予了很大關注，注重體現學生在知識、能力、素質、個性等方面的要求，在理解和關注學生興趣與需求的前提下進行綜合應用能力的培養，教師在教學活動中不再是“滿堂灌”的知識傳授者，而是主要起創造學習環境、引導學習活動、提供相關資源的作用，以使學生能主動地接收知識，有效地調動學生的好奇心、積極性和創造性，更好地培養學生獨立發現問題、分析問題和解決問題的能力。可以看出，這一教育理論與生態水文學的教學目標非常一致。因此，為了調動學生的學習積極性和能動性，培養其創新意識和綜合素質，教師應在生態水文學課程教學中大膽應用“以學生為中心”的教學方法。要想貫徹“以學生為中心”的教育理念，關鍵是教學策略的選擇。目前，應用較為廣泛的“以學生為中心”的教學策略有研究性學習、案例研究、問題導向學習、探究學習、發現式學習、自主學習等。這些策略在適用的教學目標、內容和對象上存在明顯差異。這里重點探討適用于工程教育的案例研究法和問題導向學習兩類策略。

二、案例研究在生態水文學教學中的應用

所謂的案例研究（case studies）教學，是指學生通過對教師提供的案例進行研究活動，從而完成學習目標的一種課堂學習方式。通過對案例的研究，學生可以逐漸熟悉生產實踐中的真實問題，掌握解決這些問題所需的技能。事實上，作為一種非常靈活的教學方法，案例研究既可用于“以教師為中心”的教學，也可用于“以學生為中心”的教學。當案例界定清晰，且給出了明確的解決方案時，案例研究通常是以教師為中心的；當沒有給出或只給出部分解決方案，需要學生進行批判性思考、信息搜尋、數據分析、轉換和創新時，案例研究通常是以學生為中心的。在工程教育中，基于案例的學習相當普遍。不少研究證明，基于案例的學習能夠增進學生的代入感、批判性思維和問題解決技能。

在生態水文學課程中，案例研究教學的開展遵循如下步驟。

1.介紹。教師給學生介紹案例研究教學的基本概念，并對生態水文學課程中擬采用的案例研究教學進行概括性介紹，以使學生理解案例研究教學的優勢，克服從常規課堂到案例研究課堂轉變中的不適應，為接下來的教學作好心理準備。

2.案例選擇。針對各部分教學內容，教師提前準備好與擬討論的主題密切相關的案例。選擇的案例應符合以下標準：取自于真實生活情境；具有典型性和代表性；具有專業探討價值；能引起學生興趣，激發其進行創新性和批判性思考；不能過于簡單，應具有一定的復雜性。例如，可以選用歷史上的富營養化事件、國際知名的試驗流域的相關成果、當前的水資源管理問題等，也可選用本專業學術雜志上的研究性論文。

3.案例感知。引導學生閱讀案例材料，使其熟悉案例情境，掌握案例涉及到的主要事實和數據，識別案例情境中包含的關鍵問題，對案例進行初步分析。案例感知可以在課堂上完成，也可以讓學生在課前完成。該階段主要培養學生的信息整合能力和發現問題的能力。

4.自主探究。基于案例信息，應用已有的專業知識，進行個體的自主探究。對于已有解決方案的案例，按“問題提出、現象觀察、假說形成、試驗設計、結果分析、假說驗證、結論形成”的流程對案例進行分析，重新演繹解決方案的形成過程，評價與判斷這些解決方案的優缺點，嘗試提出不同的解決方案；對于沒有提供或只提供部分解決方案的案例，圍繞已識別出的關鍵問題和案例中的重要信息，提出解決問題的方法，擬訂解決問題的方案和策略，探討實施的具體計劃，并按“準備、執行、評估、調整”的行動調節理論進行執行。該階段主要培養學生分析問題、解決問題、管理和決策、批判性思考等能力。endprint

5.交流與討論。在學生通過自主探究獲得了個人關于案例的獨立見解后，組織學生進行交流與討論。在生態水文學教學過程中，將交流討論又劃分為三個階段：首先進行分組合作，小組以4～6人為宜，每個小組成員就自己的自主探究過程和成果進行交流和討論，形成相對一致的意見后，小組成員進行分工合作，完成下階段課堂陳述與討論的準備工作，包括材料的準備、幻燈片的制作等；第二階段是課堂陳述，即以小組為單位，讓學生對其案例分析過程與成果進行正式陳述；第三階段是小組間討論，在每個小組匯報完畢后，引導其他小組對其進行提問、評價、補充等，開展小組間的交流。該階段主要培養學生團隊合作、交流溝通、批判性思考的能力和領導力。

6.總結評價。在案例研究教學的最后，教師對整個案例研究過程做出總結性評價，以促進學生進行反思和總結，從而得到知識的完善和能力的提高。總結評價的內容包括：①學生在前幾個階段中的表現，要突出其優點，對暴露出來的問題也進行合理的評價，評價的重點應該集中在學生的分析問題和解決問題、管理和決策、團隊合作、交流溝通、批判性思考等能力上，而不是知識或學術觀點上；②對案例本身所蘊含的知識或問題進行評價，評價的重點集中在知識點的提煉、與已有知識的聯系、需要補充的知識等上面，使學生意識到自身知識結構的缺陷，找到進一步完善的方向。

三、問題導向學習在生態水文學教學中的應用

問題導向學習（Problem-based learning）是基于問題解決過程的學習，它旨在讓學生試著解決真實世界的實際問題而不僅僅只是通過教師的講授來進行學習。問題導向學習最初起源于醫學院和專業技術學院的教學活動，目前已開始應用于工程教育中。眾所周知，問題解決是人們日常生活和工作中最為重要的認知活動，而問題導向學習則通過模擬人類自然的問題解決過程來促進學生學習，使學生在解決問題的過程中學習到所需要的知識和技能，為發展學生的批判性思維方式和靈活的問題解決技能提供大量機會，保證在新情境中可以遷移技能與應用知識。此外，問題導向學習還被證明可以增強學生在教學過程中的代入感，提高學習的積極性。

在生態水文學課程中，問題導向學習的開展遵循如下步驟。

1.介紹。教師對生態水文學課程中擬采用的問題導向學習進行簡要介紹，以使學生為接下來的教學作好心理準備。此外，教師通過有針對性的講解，對接下來的問題導向學習可能涉及的知識點進行概括性介紹。

2.問題提出。問題的提出有兩種方式：教師提前精心準備好與學習內容密切相關的問題；教師只給出主題，介紹相關內容和要求，引導學生自己尋找問題。在問題導向學習中，所提出的問題必須是一個開放性的現實世界的問題。比較理想的問題應該復雜性適中、結構簡單且可能具有多個解決途徑或解決方案，同時要有一定的趣味性和挑戰性，如降雨量的變化和人口增長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、經濟、生態等方面）？為什么全球范圍內陸地徑流在減小？為什么某河流的出山徑流量在減少？

3.分組研究。通過教師指定或自由組合的方式將學生分組，小組以4～6人為宜。小組成員首先通過內部討論確定總體的工作規劃；然后，對問題進行分析，找出解決問題還需要學習的專業知識，通過各種方法來獲取這些必要的知識；再次進行小組討論，初步確定問題的解決方案和實施計劃，并對小組成員進行分工；小組成員根據分工開展信息收集、實驗設計、數據統計、模型構建、綜合分析等工作，按照“準備—執行—評估—調整”的行動調節理論執行計劃，從而解決問題；最后，基于上述成果，編寫研究報告，制作下階段匯報所用的幻燈片。在該階段，老師主要起引導者、輔助者和資源提供者的作用，要避免控制學生的思維。該階段最能體現以學習者為主體的教育理念，是問題導向學習的核心所在，可以培養學生分析問題和解決問題、管理和決策、團隊合作、交流溝通、批判性思考等能力，同時能提高學生的假設提出和檢驗、數據收集、實驗操作、統計分析、模型模擬、學術寫作等專業技能，還可培養學生主動學習及終生學習的態度。

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

5.評估與反思。教師對各學習小組的表現進行評價。評價中要注意用語，以肯定為主，對暴露出來的問題也以建設性意見的形式進行合理點評。同時，要求學生進行自我評估，小組成員之間和小組之間也進行平行評估。這些評估，促進學生反思自己在知識結構、專業技能和綜合素質上的欠缺，為下一步的學習方向和學習目標的制訂奠定基礎。

四、“以學生為中心”的生態水文學教學中應注意的問題

1.不要將“以學生為中心”與“以教師為中心”截然對立。生態水文學兼具理、工科的特點，涉及的部分理論知識或基礎知識在案例選擇或問題設計上存在著較大困難，可能需要傳統的課堂講解；無論是案例研究還是問題導向學習，在開展之前都需要教師對教學方法進行介紹，對關鍵知識點及其之間的聯系進行概略式講解，這都屬于“以教師為中心”的范疇；在案例研究教學過程中，如果選擇的案例是本專業中較為艱深或具有重大意義和影響的學術論文，可能采用“以教師為中心”的教學方法更為合適；兩類教學策略最后階段的教師總結與評價往往起著畫龍點睛的作用，屬于必不可少的內容。

2.無論是案例研究中的案例，還是問題導向學習中的問題，都必須選擇真實世界中的實際情景，在注重典型性和代表性的同時，還要兼顧趣味性和挑戰性，以激發學生的好奇心和學習熱情。

3.在討論階段，教師不能完全“隱退”或只扮演主持人的角色，要成為討論的引導者和參與者，提示學生進行對比、反思和舉一反三，使得討論得以深入發展，同時防止學生離題或者提出不當的問題影響討論，防止一個學生或者少數學生壟斷討論。

4.在分組研究階段，教師應起到監督作用，督促所有學生都積極參與，不能出現一個學生為主，其他人袖手旁觀的現象。教師還應要求學生形成自己的觀點和解決辦法，不能簡單地重復事實，或者在案例研究中重復和無條件認同前人的結論和觀點。

5.教師應營造開放、民主的氛圍，讓學生自由探索和發言，即使是不成熟的想法或意見也要以鼓勵為主，以激發學生的好奇心和勇于冒險的精神，培養學生面對困難時的韌性和對失敗與挫折的無所畏懼。教師還要尊重學生的多樣性和差異性，珍惜和培養學生的認知靈活性。

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