海水入侵實踐教學方法及技能強化訓練

摘 要：海水入侵引發的地下水及環境問題已引起國內外學者的廣泛關注，有必要將相關的理論及調查方法融入地下水、環境相關專業的實踐教學中，提升學生解決海水入侵問題的能力。該文針對如何開展海水入侵教學實習強化學生技能這一問題開展討論。除在課內加強基礎知識講解及實驗技能訓練外，還聯合企業工程師針對實際場地調查進行指導，實習團隊教師亦結合科研項目及應用類項目的要點，有針對性地對學生進行指導。教學團隊引導本科生進行研究生組會式報告及討論使其在本科階段了解并初步掌握基本的文獻閱讀分析、數據分析討論及科研報告的規范性撰寫方法。在大量投入師資及教務處的助教指導政策的推動下，采用小班化教學指導以及助教的介入式教學均可以保證教學實習的質量。盡管近年來在海水入侵教學實習過程中教師團隊作了較多努力，但是對于綜合性大學的工科專業而言，仍然期待與更多的企業及科研院所合作為同學們創造更多技能強化的機會。

關鍵詞：海水入侵；優化師資；小班研討；基礎夯實；技能強化

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）24-0124-04

Abstract： Seawater intrusion is a pressing environmental issue that has garnered attention from scholars worldwide. In order to equip groundwater and environment-related majors with the knowledge and skills to tackle this problem， it is imperative that relevant theories and investigation methods be integrated into practical teaching. This article outlines how to effectively carry out seawater intrusion teaching practices to strengthen students' abilities. In addition to reinforcing basic knowledge and experimental skills in the classroom， the department collaborates with engineers to provide guidance on conducting site surveys. Our internship team's teachers offer targeted guidance to students based on the key points of scientific research and application projects. Under the guidance of our teaching team， undergraduates conduct group meetings， where they present and discuss reports that cover basic literature reading analysis， data analysis， discussion， and standardized scientific report writing methods. Thanks to the significant investments made in our department's teachers and the guidance provided by the academic affairs office， we employ small class teaching and intervention-based teaching assistant guidance to ensure high-quality teaching practices. Despite our team's considerable efforts in seawater intrusion teaching practices in recent years， we are still seeking opportunities to cooperate with more enterprises and research institutes to provide students with additional opportunities to hone their skills.

Keywords： seawater intrusion; optimizing teaching staff; small-group seminars; foundation strengthen; skill enhancement

隨著全球氣候變化和海平面上升，海水入侵問題日益嚴峻，對沿海地區的地下水資源和生態環境造成了潛在威脅。海水入侵不僅影響地下水的可用性和質量，還對農業、工業和居民生活產生影響。因此，將海水入侵的相關理論和實踐調查分析方法融入環境工程及地下水科學與工程等專業的教學中，顯得尤為必要。

本研究結合吉林大學環境工程專業的實踐教學經驗，探討了如何通過優化教學方法和強化技能訓練，提升學生解決海水入侵問題的能力。通過與企業合作、引入研究生助教制度、開展小班化分組指導等多種方式，努力提高教學實習的質量和效果，為學生打下堅實的理論基礎和實踐技能，培養其在實際工作中解決復雜環境問題的能力。

本文將詳細介紹海水入侵實踐教學的背景、教學方法以及取得的主要成果，以期為相關專業的實踐教學提供有益參考。

一 海水入侵實踐教學環節背景及面臨的主要問題

世界上約70%的人口生活在濱海地區，居民生活和工農業生產大量開采地下水導致地下水位下降，引起海水入侵現象，而全球氣候變化海平面上升進一步加劇海水入侵程度[1]。海水入侵已成為困擾沿海地區經濟社會發展的重大資源、環境問題，嚴重影響沿海地區地下水資源[2]。如果能借助實踐教學讓學生對其有充分地了解，將有助于提高學生解決實際問題的能力并為后續的學習和研究工作打下良好的基礎。吉林大學環境工程、地下水科學與工程專業分別由原長春科技大學（原長春地質學院）的環境工程專業和水文地質專業發展而來，具有鮮明的地球科學特征。環境工程專業對學生在科學研究和工程實踐領域的培養目標：經過5～10年的實踐鍛煉，學生能夠具備扎實的專業知識、科學研究和工程實踐創新能力以及深厚的人文素養，能夠勝任工程師或與之相當的業務崗位工作。地下水科學與工程專業的培養目標：畢業生在專業領域經過5年的實踐鍛煉，具備工程師（或相應職稱的）專業技術能力和良好的工程素養，預期能夠勝任生產、教學和科學研究等業務崗位工作。結合培養目標加之吉林大學興城實踐教學基地得天獨厚的教學資源能為學生實踐教學提供良好的條件。因此，這兩個專業為大二的學生開設了海水入侵實踐教學的內容。兩個專業結合培養目標在教學實習過程中各有側重，且都面臨問題，下面以環境工程專業為例具體說明。

環境工程專業實踐教學環節分為認識實習、教學實習、生產實習、畢業實習、畢業論文（設計），培養的學生既在傳統環境工程水、氣、固和聲等領域具有扎實的技能，還具有鮮明的地球科學特征。

該專業主要培養學生掌握城市水、土、氣環境污染調查、監測、評價的基本工作方法和技術要領。側重于無機污染組分分析測試方法的訓練；重點掌握污染場地的基本調查方法，污染現狀的評價，污染風險的預測方法；側重于有機污染組分分析測試方法的訓練；培養學生主動獲取和分析判斷環境信息的能力，提高學生在城市環境，特別是污染場地的調查評價方面的應用能力、實踐能力。

在近年來實際應用項目及科研項目開展過程中，發現部分研究生在基礎的分析及數據分析等方面的能力仍待加強，因此針對學生的應用技能強化這一實際問題，在多年的教學實習經驗基礎之上結合借鑒的優秀方法進行改進總結，提出適用于環境工程教學實習的方法。

二 教學方法

（一） 專業教師工程經驗強化及企業教師聯合指導

只有教師的工程應用能力得到提升，才能夠把相關的經驗講授給參與教學實習的同學們。近年來國家工程教育專業認證相關論證過程中，專家會根據實際情況在專業教師工程經驗提升這一問題上給出了改進意見。針對專家反饋的相關問題，實踐教學團隊在縱向科研課題中逐漸強化研究內容的應用性，除縱向課題外，還與企業合作完成工程應用性較強的橫向項目。在這些項目的完成過程中，專業教師的工程經驗逐漸增強，且學生們也能在教學實習過程中接觸到更多實踐中會遇到的問題并給出合適的解決方案。

為了在教學過程中給學生提供更廣闊的參與工程實踐的平臺，邀請企業或行業專家作為兼職教師，實踐教學過程中邀請了吉化雙苯廠工程師、中國石化石油化工科學研究院的研究員參與教學實習的指導，為實習提供意見和建議。

教師的工程經驗與教學中工程應用知識點的講授呈正相關關系，企業工程師具有豐富的現場經驗，因此聘請企業工程師參與會促進工程經驗的傳授，使學生清晰地了解現場調查過程中常遇到的問題及解決方案。專業教師講授理論內容，企業教師在現場講授實際場地中的問題，兩者配合，可以使學生在理論和應用領域得到相輔相成的訓練，充分提高綜合素質。值得一提的是，近來年，專業教師承擔的應用型項目逐漸增多，在課程講授過程中也逐漸強化了實際工程問題的講解。

（二） 研究生組會式報告與討論

教學團隊成員在指導研究生開展科研的過程中發現，部分學生在本科階段只是被動地接收知識，并沒有形成主動探尋科學問題、進行文獻綜述及數據分析討論的綜合能力。近年來，大批學生在畢業后選擇繼續攻讀研究生學位，2022年吉林大學環境工程專業這一比例達到62.86%。因此，有必要在本科階段加強對學生科研基礎技能的訓練、開展與研究生科研密切相關的實習環節作為教學實習環節，以便他們更順利地步入研究生生活軌道。

教師團隊結合研究生在學習過程中需要提升的能力，在教學實習過程中逐漸強化其基礎科研技能，不斷探索新的教學方式，積極促進學生主動獲取和分析判斷環境信息的能力。為了讓學生們開展充分討論，每節課程在基礎講授之后，布置作業內容均安排小組討論，其他各組同學均會針對報告內容進行提問質詢，但此期間，指導教師發現部分同學會為了“問倒”其他同學而提問，因此應適時引導同學們在提問時注意問題的適宜度，討論是針對應該解決的問題，而不是為了找到其他同學的知識盲點而顯示自己的“博學”。總體而言，近年來討論環節在寬松的氛圍下進行，盡可能讓大部分同學都參與討論并了解參與團體討論的必要性。

（三） 小班化分組指導

為保障教學效果，聯合學校、企業教師、工程師、實驗師等開展小班化分組指導，且《吉林大學一流本科實踐教學提升行動計劃（2021—2025年）》中提出“建立本科實踐教學研究生助教制度”，在該計劃的支持下，可有2位研究生助教參與輔助教學，豐富指導教師團隊，可以保證在實習過程中對學生進行充分地指導，也可以保證小班化分組指導的實現。

（四） 線上教學資源建設與利用

2020年起在吉林大學教務處相關政策引導下，各專業相繼建立了線上課程資源，所有課程的資源在教學群內均可獲得。以“海水入侵”教學環節為例，自2018級引入6個英文原聲動畫視頻以來，在授課前，每小組認領1個視頻進行翻譯及字幕制作。在課堂上播放相關機理講解視頻時，各小組均可看到其他小組翻譯的視頻，并且根據視頻進行討論，這種方式可以使學生在有限的時間內獲得更豐富的知識。

（五） 研究生助教介入式輔助教學與實習生活

如前所述，吉林大學教務處發布了《吉林大學一流本科實踐教學提升行動計劃（2021—2025年）》，2022年的實習中吸納了一名博士研究生及一名碩士研究生助教，兩名研究生在年齡上與進行實習的同學相仿，比教學崗的老師更有共同語言，能夠更充分地了解除學習以外的需求，積極向教師團隊反饋，以增強對實習學生的人文關懷。

三 基于培養目標的技能強化訓練

為培養具有愛國情懷、批判性思維、創造創新能力，懂交流、善合作，具備數學、物理、化學、生物、地學和計算機等知識基礎，掌握給水與廢水、廢氣、固體廢棄物、土壤污染、地下水污染及其他污染控制與治理基本理論，具備以工程手段研究解決復雜環境污染問題能力的多學科交叉方面應用復合型和專業創新型人才。使學生畢業后可在相關學科領域繼續深造，或在環境相關領域從事環境工程設計、技術研發、科學研究和工程管理等工作，在教學方法創新的基礎上，強化學生的基礎技能和專業技能具有必要性。

（一） 專業實驗基礎技能夯實

環境工程教學實習的先修課程分析化學、環境監測、水文地質學基礎所學的基礎知識可以在教學實習中得到夯實。在海水入侵等實踐教學環節中主要針對地表水、地下水、土壤環境調查及分析測試，地表水及地下水的監測以無機指標為主，包括Cl-、電導率、HCO3-、CO32-、SO42-、NO3-、K+、Na+、Ca2+和Mg2+等；土壤環境的監測以金屬指標為主，包括Cu、Pb、Cr、Cd、Zn、Fe和Mn等。針對以上指標進行環境樣品的室內處理、分析測試及誤差檢驗。同時后續課程水處理實驗、水質工程學（水樣全分析）所需的基礎實驗技能也在本次實習的過程中得到了預習。

在實習過程中所有學生均有機會充分地進行水質分析，分析技能培養可以為三年級專業課以及后續工作或研究生科研訓練打下良好的基礎，讓本科生具有較為堅實的專業基礎。除在未來工作及研究生學習中的受益外，近來年，本科生多人次在全國大學生市政環境類創新競賽中獲得了國家（地區）級獎項。

（二） 教學實習各環節技能強化培養

在背景資料講解過程中，授課團隊教師主要講解研究區基礎情況并給出調查任務，此后的調查任務分工由各組同學討論確定，教師在必要時給予引導。在國家級實習基地內，有國內多家地質類知名院校，學生除在線上查閱資料外，還可與知名地質院校的優秀學子進行交流獲取線下資料。

在調查方案設定的過程可以采用直接向學生布置調查區域，為學生指定調查方案的方式。為提高學生的方案設計能力，更推薦自調查方案制定伊始就逐步引導學生完成。在調查過程中，每一小班均根據研區現狀各自開展調查方案的編制，在編制方案后，進行大班討論，針對小班中的不同意見進行分析并修改完善相關方案。這樣可以使同學們調研前對各自的研究區域具有更充分的了解。在調查方案的制定過程中，存在不完善的點，需要進行引導，而不是盲目的否定。

部分同學在本科學習階段沒有形成積極進行文獻檢索的意識，而在研究生的第一學期為了準備開題報告需要大量閱讀文獻，但是常常不得法，因此，在教學實習的過程中，提前講述基本的文獻檢索知識，并在小班教學過程中引導學生針對不同需求進行精讀和泛讀。

主要實施方式是在備課過程中，團隊教師搜索6篇與海水入侵相關的國內外著名（知名）刊物的文獻[3-8]，《水文地質工程地質》為領域內高水平中文核心期刊，《高校地質學報》為地質類專業期刊。《Journal of Hydrology》為水文水資源領域頂級期刊，除此之外還有《Nature》子刊《Nature Communications》，文獻的刊物選擇涵蓋綜合類/專業類的著名/知名期刊。在文獻內容選擇方面，從世界范圍內的海水入侵介紹到國內的模型研究，涵蓋了多個方向的研究。

在現場調查過程中，每一小班均有團隊教師或助教進行現場指導。現場引導學生借助地圖軟件標記調查的點位并記錄調查點信息，提升學生地圖使用能力，為后續的野外學習、工作奠定基礎。在海水入侵調查之后各組進行數據匯總，2018—2021年各組采用共享表格的形式進行數據匯總，2022年各小班采用傳統的Excel進行數據匯總，針對數據匯總方式出現的“倒退”現象，需要提示學生。在2018年調研時，缺少往年數據，因此在判斷海水入侵情況時，尚不充分，到2022年，團隊已經有五年的數據，因此對2018年（2016級本科生）和2022年（2020級本科生）的結果分析提出的要求也產生了變化，2022年的分析結果需要結合前幾年的數據，以判斷海水入侵的變化，以及部分區域的海水楔是否是正常的漲退。

針對本科二年級學生，所有實驗能數據分析工作之后，報告的成文仍然需要規范化方面的培訓，在團隊的教學過程中，制定了教學實習報告的相關撰寫規范，但是在后續的大學生創新訓練計劃過程中，發現仍有部分同學會忘記相關的規范性撰寫，因此，在近年來的教學中，除了提示同學們在本門課的報告撰寫中遵守相應的規范外，還應不斷提示同學們在本門課所習得的技能在其他科研訓練環節亦適用。

四 主要成果

團隊成員結合本科教學及學生在后續研究生階段開展科研過程中存在的問題，引導學生在環境工程教學實習課程中強化基礎科研技能。團隊教師積極指導學生利用教學實習過程中習得的技能在環境工程領域相關的本科生學科競賽中積極探索，獲得多項環境工程相關的國內高水平學科競賽獎項。除指導學生獲獎外，團隊老師“以賽代練”，積極參與學校組織的教學大賽，以實際行動和學生共同進步，踐行環境工程專業國家工程教育認證指標點中的“終身學習”[9]。

2018—2023年，團隊成員依托教學實習課程指導本科生23人次獲得國家（地區）級、省級各項實踐教學競賽獎項，其中包括全國大學生市政環境類實踐創新競賽、“節能減排”環境科技創新競賽及“挑戰杯”課外學術科技作品競賽的國家級獎項以及吉林省大學生環境科技創新競賽等省級獎項。自2018年起，團隊教師指導本科生發表一作SCI論文8篇，亦有同學成功申請到國家留學基金委的國際短期實習項目并進一步強化自身的專業技能。

五 結束語

綜上所述，環境工程教學實習作為將專業基礎知識與實驗技能和實際場地調查相結合的實習環節，對于學生的應用技能培養具有現實意義。在實習過程中充分借鑒企業教師的實踐經驗，有針對性地培養學生解決實際問題的能力，對于學生的應用技能提高具有較好的效果。教學團隊引導本科生進行研究生組會式報告及討論使其在本科階段了解并初步掌握基本的文獻閱讀分析、數據分析討論及科研報告的規范性撰寫方法。在系內大量投入師資及教務處的助教指導政策的推動下，師生比1∶6的小班化教學指導以及助教的介入式教學均可以保證教學實習的質量。在各年度實習中均會發現學生有不同的特長，有的同學擅長實驗分析，有的同學擅長報告的視覺展示，有的同學擅長視頻制作與講解并具有熟練的專業軟件操作能力，可以結合學生的特長鼓勵其在團體合作中發揮積極的作用。

盡管近年來在教學實習過程中，環境工程教學實習團隊作了較多努力，但是仍然需要不斷進步，作為研究型大學的工科專業，在企業實踐基地的建立領域期待有更多的企業可以合作，建立實習基地，為同學們創造更多提升經驗的機會。

參考文獻：

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DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.24.028

基金項目：教育部產學合作協同育人項目“環境工程專業創新創業實踐能力強化：校企聯合培養下的綜合訓練體系建設”（230803975214253）；吉林省高教科研課題“基于多源在線教學素材比選的《環境監測》教學內容可視化改進研究”（JGJX2023D12）；吉林大學本科教學改革研究項目“環境監測教學知識點過載的挑戰與應對策略研究”（2023XYB102）；國家自然科學基金青年基金項目“多孔介質介導超限電流驅動FCDI凈化含砷地下水的機制與效能”（42107483）

第一作者簡介：張春鵬（1986-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為水處理及污染場地生態環境風險評價。