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摘要：伴随着计算机信息技术的高度发展，软件开发与应用能力在高等教育中起到越来越重要的作用。对于地下水科学与工程专业学科，应用专业软件解决地下水環境中的实际问题，成为本科甚至是研究生教育模式改革的需要，更是培养应用型和研究型人才的需要。本文结合桂林理工大学地下水科学与工程专业中软件教学课程的建设与推广实例，总结分析了地下水科学与工程专业软件课程建设、内容以及存在问题，对比分析不同毕业需求下需要掌握的主要专业软件，为地下水科学与工程专业教学与实践教育提供了理论基础。
关键词：地下水科学与工程；专业软件教学；课程建设
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）23-0184-03
一、引言
桂林理工大学是中央与地方共建、以广西壮族自治区管理为主的高校。学校源于1956年原国家重工业部在广西组建的桂林地质学校，历经五改归属、十易校名的发展历程，其中，1978年更名为桂林冶金地质学院，1993年更名为桂林工学院，2009年正式更名为桂林理工大学[1]。地下水科学与工程专业依托学校地学优势学科的建设和发展，该专业适应经济社会发展多样性的需要，培养侧重于地下水资源和地下水工程研究，突出地下水资源的勘查、评价、开发、管理学术型人才及地下水环境和地质环境监测、评价和治理，工程地质勘察、设计、施工的应用型高级专门人才[1，2]。学生毕业后从业适应面广，主要从事国土资源、水利、城建、环保、煤炭、冶金、交通等部门的相关单位（如水利勘察设计研究院、电力设计研究院、煤炭设计研究院、建筑设计研究院、地热开发设计院及各种工程施工单位等）以及中外合资企业、教育部门、部队的相关领域的与地下水科学与工程的科研、教学、管理、设计和生产等方面的工作。
经过长期的专业建设与发展，桂林理工大学地下水科学与工程专业形成了一系列主干课程，包括综合地质学、水文地质学基础、地下水动力学、水文地质勘察、水文地球化学、水文地质数值法、工程地质学、土力学与地基基础、工程地质勘察和环境地质学。系统地构建了集中性实践教学课程，包括测量实习、综合地质实习、生产实习、水文地质勘察设计、工程地质勘察设计和毕业实习[3]。
然而近几年来，随着信息化技术的高速发展，采用传统学科的讲授与野外实践教学已经不能满足社会对地下水科学与工程专业人才的需求。无论是研究型机构，还是应用型单位，越发迫切的需要大量熟练操作专业软件的人才进行专业的数据处理与分析、建设地下水环境相关的综合数据库（地下水水质、水位实时监测等信息），甚至是基于特定的应用目的进行软件的二次开发，而这些恰恰是高校本科以及研究生教育中比较薄弱的环节[4-6]。因此，本文以桂林理工大学地下水科学与工程专业为例，结合其在专业软件应用课程方面的建设与推广过程，总结分析了地下水科学与工程专业软件课程的建设与内容，揭示其存在的主要问题，对比分析不同毕业需求下需要掌握的主要专业软件，为地下水科学与工程专业教学和实践教育提供理论基础。
二、地下水科学与工程专业软件应用课程建设
与其他高校不同的是，桂林理工大学的地下水科学与工程学科建设保留了学科前身——水文地质工程地质专业办学的模式，重点针对广西等西南岩溶地区水文地质、工程地质和环境地质问题与解决进行了专业建设与学生培养[1]。作为广西唯一的学科专业，毕业生就业率连年100%。尽管该学科办学早，教学制度成熟，师资力量强，但受计算机信息教育条件所限，该学科中专业软件应用教学建设直到近几年才得到重视和发展。目前，该学科的软件应用教学主要包括三方面：图像绘制与处理软件的操作与应用、以地下水动力学为主的软件操作与应用以及水文地球化学方面的软件教学与应用。对软件的二次开发与应用则主要以学生自学和小班研究型课程为主。
1.图像绘制与处理软件的操作与应用。本科学习的第二年，地下水科学与工程专业开设了CAD软件制图等必修课程，需要掌握CAD软件操作的基本能力，包括利用软件绘制水文地质钻孔图、地下水流等值线图、地形图等。第三或第四年设立GIS软件原理与应用选修课，选用MAPGIS和ARCGIS两款软件作为教学工具，要求学生能利用GIS软件提取地形图中的点、线、面等信息，熟练进行不同坐标系的转换。
2.以地下水动力学为主的软件教学与应用。在学习水文地质学、地下水动力学、水文地质数值法课程的基础上，开设Visual modflow为主的软件操作应用课程，根据学生的掌握情况，适时增加与此类似的专业软件操作教学，例如GMS等。Visual Modflow是目前国际上最流行且被各国一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统。该系统是由加拿大Waterloo水文地质公司在原Modflow软件的基础上应用现代可视化技术开发研制的。这个软件包由Modflow（水流评价）、Modpath（平面和剖面流线示踪分析）和MT3D（溶质运移评价）三大部分组成，并且具有强大的图形可视界面功能。设计新颖的菜单结构允许用户非常容易地在计算机上直接圈定模型区域和剖分计算单元，并可方便地为各剖分单元和边界条件直接在机上赋值。掌握该软件的操作与应用，有助于学生从事研究型和应用型的工作，例如，对水文地质调查区进行三维建模，根据实验数据预测水流、水质的演化，进行有效的地下水环境影响评价等。
3.水文地球化学方面的软件教学与应用。在学习地下水污染与防治、水文地球化学课程的基础上，设立phreeqc软件应用课程的教学实习。Phreeqc是一个用于计算多种低温水文地球化学反应的计算机软件。Phreeqc最简单的应用就是计算溶液中各种化学物质的分布以及溶液中矿物质与气体的饱和状态。反演模拟功能可推导和量化在流动过程中能够反映化学物质变化的化学反应方程。Phreeqc能够处理的反应方程包括建立矿物、表面络合物、阳离子交换剂、土壤溶液、气体组分单位分压、固定压强或固定体积气相间平衡的物质运移反应。Phreeqc在未污染和污染环境的调查中，在实验室、野外和区域调查中也是有用的。Phreeqc能够调查各种自然和受人类影响的环境的地球化学反应，包括酸性矿水排放、放射性废物隔离、污染物运移、营养物富集、含水层自然及人工修复、含水层储量恢复、饮用水处理、室内实验和区域含水层系统等。在地下水科学与工程专业教学过程中，该软件的教学课程包括软件的所有操作功能，主要以简单的矿物平衡、混合反应、新物种的形成与逆向模拟等四个功能的应用操作为主。 三、软件应用课程推广
地下水科学与工程专业软件应用课程的推广过程需要考虑诸多方面，例如專业软件的筛选、场地建设、计算机系统、软件的版权问题等。
1.软件筛选。地下水科学与工程专业学科涉及的软件专业性强、种类丰富、各有特色。在软件应用课程的建设与推广中，选择合适的软件进行教学尤为重要。例如，目前国内外常用的几个水文地球化学模拟软件有PHREEQC、TOUHG2TOUGHT2
关键词：地下水科学与工程；专业软件教学；课程建设
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）23-0184-03
一、引言
桂林理工大学是中央与地方共建、以广西壮族自治区管理为主的高校。学校源于1956年原国家重工业部在广西组建的桂林地质学校，历经五改归属、十易校名的发展历程，其中，1978年更名为桂林冶金地质学院，1993年更名为桂林工学院，2009年正式更名为桂林理工大学[1]。地下水科学与工程专业依托学校地学优势学科的建设和发展，该专业适应经济社会发展多样性的需要，培养侧重于地下水资源和地下水工程研究，突出地下水资源的勘查、评价、开发、管理学术型人才及地下水环境和地质环境监测、评价和治理，工程地质勘察、设计、施工的应用型高级专门人才[1，2]。学生毕业后从业适应面广，主要从事国土资源、水利、城建、环保、煤炭、冶金、交通等部门的相关单位（如水利勘察设计研究院、电力设计研究院、煤炭设计研究院、建筑设计研究院、地热开发设计院及各种工程施工单位等）以及中外合资企业、教育部门、部队的相关领域的与地下水科学与工程的科研、教学、管理、设计和生产等方面的工作。
经过长期的专业建设与发展，桂林理工大学地下水科学与工程专业形成了一系列主干课程，包括综合地质学、水文地质学基础、地下水动力学、水文地质勘察、水文地球化学、水文地质数值法、工程地质学、土力学与地基基础、工程地质勘察和环境地质学。系统地构建了集中性实践教学课程，包括测量实习、综合地质实习、生产实习、水文地质勘察设计、工程地质勘察设计和毕业实习[3]。
然而近几年来，随着信息化技术的高速发展，采用传统学科的讲授与野外实践教学已经不能满足社会对地下水科学与工程专业人才的需求。无论是研究型机构，还是应用型单位，越发迫切的需要大量熟练操作专业软件的人才进行专业的数据处理与分析、建设地下水环境相关的综合数据库（地下水水质、水位实时监测等信息），甚至是基于特定的应用目的进行软件的二次开发，而这些恰恰是高校本科以及研究生教育中比较薄弱的环节[4-6]。因此，本文以桂林理工大学地下水科学与工程专业为例，结合其在专业软件应用课程方面的建设与推广过程，总结分析了地下水科学与工程专业软件课程的建设与内容，揭示其存在的主要问题，对比分析不同毕业需求下需要掌握的主要专业软件，为地下水科学与工程专业教学和实践教育提供理论基础。
二、地下水科学与工程专业软件应用课程建设
与其他高校不同的是，桂林理工大学的地下水科学与工程学科建设保留了学科前身——水文地质工程地质专业办学的模式，重点针对广西等西南岩溶地区水文地质、工程地质和环境地质问题与解决进行了专业建设与学生培养[1]。作为广西唯一的学科专业，毕业生就业率连年100%。尽管该学科办学早，教学制度成熟，师资力量强，但受计算机信息教育条件所限，该学科中专业软件应用教学建设直到近几年才得到重视和发展。目前，该学科的软件应用教学主要包括三方面：图像绘制与处理软件的操作与应用、以地下水动力学为主的软件操作与应用以及水文地球化学方面的软件教学与应用。对软件的二次开发与应用则主要以学生自学和小班研究型课程为主。
1.图像绘制与处理软件的操作与应用。本科学习的第二年，地下水科学与工程专业开设了CAD软件制图等必修课程，需要掌握CAD软件操作的基本能力，包括利用软件绘制水文地质钻孔图、地下水流等值线图、地形图等。第三或第四年设立GIS软件原理与应用选修课，选用MAPGIS和ARCGIS两款软件作为教学工具，要求学生能利用GIS软件提取地形图中的点、线、面等信息，熟练进行不同坐标系的转换。
2.以地下水动力学为主的软件教学与应用。在学习水文地质学、地下水动力学、水文地质数值法课程的基础上，开设Visual modflow为主的软件操作应用课程，根据学生的掌握情况，适时增加与此类似的专业软件操作教学，例如GMS等。Visual Modflow是目前国际上最流行且被各国一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统。该系统是由加拿大Waterloo水文地质公司在原Modflow软件的基础上应用现代可视化技术开发研制的。这个软件包由Modflow（水流评价）、Modpath（平面和剖面流线示踪分析）和MT3D（溶质运移评价）三大部分组成，并且具有强大的图形可视界面功能。设计新颖的菜单结构允许用户非常容易地在计算机上直接圈定模型区域和剖分计算单元，并可方便地为各剖分单元和边界条件直接在机上赋值。掌握该软件的操作与应用，有助于学生从事研究型和应用型的工作，例如，对水文地质调查区进行三维建模，根据实验数据预测水流、水质的演化，进行有效的地下水环境影响评价等。
3.水文地球化学方面的软件教学与应用。在学习地下水污染与防治、水文地球化学课程的基础上，设立phreeqc软件应用课程的教学实习。Phreeqc是一个用于计算多种低温水文地球化学反应的计算机软件。Phreeqc最简单的应用就是计算溶液中各种化学物质的分布以及溶液中矿物质与气体的饱和状态。反演模拟功能可推导和量化在流动过程中能够反映化学物质变化的化学反应方程。Phreeqc能够处理的反应方程包括建立矿物、表面络合物、阳离子交换剂、土壤溶液、气体组分单位分压、固定压强或固定体积气相间平衡的物质运移反应。Phreeqc在未污染和污染环境的调查中，在实验室、野外和区域调查中也是有用的。Phreeqc能够调查各种自然和受人类影响的环境的地球化学反应，包括酸性矿水排放、放射性废物隔离、污染物运移、营养物富集、含水层自然及人工修复、含水层储量恢复、饮用水处理、室内实验和区域含水层系统等。在地下水科学与工程专业教学过程中，该软件的教学课程包括软件的所有操作功能，主要以简单的矿物平衡、混合反应、新物种的形成与逆向模拟等四个功能的应用操作为主。 三、软件应用课程推广
地下水科学与工程专业软件应用课程的推广过程需要考虑诸多方面，例如專业软件的筛选、场地建设、计算机系统、软件的版权问题等。
1.软件筛选。地下水科学与工程专业学科涉及的软件专业性强、种类丰富、各有特色。在软件应用课程的建设与推广中，选择合适的软件进行教学尤为重要。例如，目前国内外常用的几个水文地球化学模拟软件有PHREEQC、TOUHG2TOUGHT2