“地下水水化學”課程中的思政設計與探索

郭華明，張 艷，何寶南，高志鵬

中國地質大學（北京） 水資源與環境學院，北京 100083

在2016年12月全國高等思想政治工作會議中，習近平總書記強調要用好課堂教學這個主渠道，把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育全過程[1]。5年來，全國高校思想政治工作發生了格局性變化，取得了歷史性成就。尤其是2020年教育部制定了《高等學校課程思政建設指導綱要》[2]，為課程思政建設工作開創了新局面。課程思政是新時代高校教育育人的重要環節。在這一背景下，高校教師應當深入貫徹習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神，有效落實課程思政，探討如何將思政教育用潤物無聲的方法融入專業課程，充分發揮專業課程與思想政治理論課同向同行的協同效應，推動學生的全面發展。

“地下水水化學”課程是中國地質大學（北京）地下水科學與工程專業設立的一門專業基礎課。該課程在“水文地球化學基礎”的基礎上，適當增加了地表水水化學和同位素等內容。其主要介紹地表水、地下水化學成分和同位素組成特征，地下水化學成分形成的基本原理、主要作用和影響因素，地下水化學成分分類和分帶，受污染地下水水化學及地下水水化學的研究方法等幾個方面的基礎知識。主要教學目標是讓學生初步掌握地下水化學特征、影響因素和形成過程，地下水水質背景，地下水污染原理和防治方法等基本知識、基本理論；使學生能分析、理解和掌握地下水化學特征的形成過程、影響因素和演化機理，初步培養學生分析問題和解決問題的能力；使學生了解與地下水有關的法律法規、國家和行業標準；在地下水評價工作實踐中，能夠充分考慮并準確應用與之相關的法律法規和各類標準；通過地下水化學問題分析與實驗，綜合培養學生運用課程知識的能力，加深學生對課程知識的理解和掌握，積累地下水化學調查和研究的基本經驗；以團隊合作方式讓學生掌握如何根據化學基本原理提出地下水化學特征分析的方案、設計實驗步驟、分析實驗結果、編寫實驗報告等，培養學生發現問題、分析問題和解決問題能力以及個人分工和團隊合作能力。本門課程蘊含著極其豐富的思政內容，包括“雙碳”“美麗鄉村”“美麗中國”“綠水青山就是金山銀山”以及《地下水管理條例》等。下面將結合該課程相關知識點在國民經濟和社會發展中的應用，圍繞其中的思政內容進行較為系統地分析和闡述。

一、“地下水水化學”課程與“雙碳”目標

1.結合碳酸平衡和巖溶作用機理，理解“雙碳”目標的背景及碳匯含義

（1）授課要點：碳酸平衡和巖溶作用。

“地下水水化學”課程的核心內容是水-巖相互作用。從水文地質的研究角度出發，水-巖相互作用主要研究地下水運動過程中與周圍介質的相互作用，它的過程及結果即是地下水的地質作用，影響地下水化學組分的形成和遷移[3-4]。碳酸鹽礦物（石灰巖、白云石及含有雜質的碳酸鹽巖）廣泛分布于自然界各類巖石中，因此水巖相互作用的研究離不開碳酸鹽-水的相互作用。地下水中的碳酸鹽組分、大氣中的CO2、巖石中的碳酸鹽共同組成了一個完整的碳酸平衡體系（水-氣-巖系統）。碳酸平衡的一個重要控制因素是系統中的二氧化碳分壓，它控制著碳酸鹽的溶解，即水中和Ca2+的濃度。巖溶地區巖石主要由碳酸鹽巖組成，碳酸鹽風化作用是巖溶地區最常見的水文地球化學作用[5]。碳酸鹽巖風化過程中會消耗大量的CO2，大氣CO2被轉化成，并隨著地下水流最終進入海洋，在全球碳循環過程中扮演著極其重要的角色[6]。碳酸鹽巖的巖溶作用會顯著降低大氣CO2濃度，是重要的碳匯過程。此過程產生的碳匯稱為碳酸鹽風化碳匯或巖溶地質碳匯，其反應方程式如下反應式（1）所示（以方解石為例）。

（2）思政內容。

氣候變化是人類面臨的全球性問題，隨著各國二氧化碳排放，溫室氣體猛增，威脅人類賴以生存的地球環境。在這一背景下，世界各國以全球協約的方式減少溫室氣體排放。2020年9月我國在第七十五屆聯合國大會上，首次提出要在2030年實現碳達峰，2060年實現碳中和的目標。這是中國向全世界的鄭重承諾，彰顯了大國責任，提升了我國的國際影響力。在此“雙碳”目標下，探索適合我國的碳增匯的技術和最佳途徑尤為重要。碳匯是指吸收大氣中CO2，并將其固定、存儲，從而減少溫室氣體在大氣中濃度的過程、活動或機制。我國巖溶面積占國土面積的1/3，巖溶作用具有較大的碳匯潛力，產生的大氣CO2匯是全球碳匯的重要組成部分，在實現氣候變化調節和碳增匯的目標中發揮重要作用。

（3）預期成效。

在學習碳酸平衡和巖溶作用相關知識的基礎上，引入我國“雙碳”戰略目標的基本含義及提出的國內外背景，使學生在掌握本課程中巖溶碳匯過程機理的同時，了解我國實現“雙碳”目標的必要性和戰略意義，熟悉碳匯的基本概念及增匯的重要途徑。有助于增加學生的學習興趣，培養學生的使命感。

2.結合地熱資源的開發利用，理解碳減排含義

（1）授課要點：地熱資源的特點及開發利用。

地熱資源的特點和開發利用是“地下水水化學”課程的重要內容之一。地熱資源是指貯存在地球內部的本土能源，主要集中在板塊構造邊緣，起源于地球內部巖漿活動放熱和放射性核素衰變。地熱資源是一種綠色環保、低碳節能、分布廣泛的清潔能源，在我國能源轉型發展中具有顯著的推動效應[7]。地熱資源按照成因和產出條件，分為淺層地熱資源（地表以下200米內）、水熱型地熱資源（地下熱水，含熱并含水）和干熱巖資源（含熱不含水）。地下熱水是一種特殊類型的地下水，在一定的地質條件下，因受地球內部熱能影響而形成溫度不同的地下熱水。我國一般把溫度高于25℃的地下水稱為地下熱水。地熱水是水資源的重要組成部分，其化學組分和化學類型不同于一般的地下水。地下熱水成因研究中，通常利用水化學及環境同位素方法分析地熱水的化學組分特征、補給來源、熱儲特征等[8]。

隨著人類社會發展，地熱資源的開發利用越來越廣泛，如用于工業、農業、醫療、發電、采暖、旅游業等。溫泉洗浴療養、溫室種植、水產養殖及供暖是地熱資源最直接的利用方式。我國地熱資源豐富，開采利用的潛力非常大。中國地質調查局統計，我國336個主要城市淺層和中深層地熱能年可采資源量分別折合7 億和18.65 億噸標準煤[9]。我國地熱能直接利用以供暖為主，目前華北多個地區已建成了以地熱能為主要能源的清潔供暖“無煙城”[10]。地熱資源開發利用最顯著的特點是持續穩定、安全高效和清潔可再生，不排放污染物和溫室氣體，改善生態環境。2020年我國地熱能利用總量相當于減排二氧化碳1.7億噸，節能減排效果顯著[7]。

（2）思政內容：“十三五”規劃和碳減排。

在全球氣候變暖和各種環境問題突出的當下，地熱資源作為一種清潔能源備受關注。為促進地熱能產業持續健康發展，2017年2月國家發展改革委、國家能源局和國土資源部發布了《地熱能開發利用“十三五”規劃》[11]。規劃闡述了地熱資源開發利用的指導方針和目標等，推動了我國建設綠色低碳、安全高效、清潔的現代能源體系，助力我國實現碳達峰和碳中和目標。

碳減排，即減少二氧化碳等溫室氣體排放量，它是實現我國“雙碳”目標的重要途徑。在“雙碳”目標的大背景下，能源體系需更大力度轉型，提高清潔能源比例，從源頭控制碳排放，從而達到碳減排的效果。地熱資源開發利用對碳減排、改善生態環境效果十分顯著，是促進生態文明建設的重要舉措。

（3）預期成效。

我們結合地熱資源開發利用相關知識點，引入《地熱能開發利用“十三五”規劃》及碳減排，使學生在掌握地熱資源的基本概念及開發利用特點的同時，了解我國實現“雙碳”目標所面臨的挑戰與機遇、碳減排的含義和技術手段及相關政策性文件，理解地熱資源開發利用與碳減排的關系，也有助于學生學習習近平總書記關于推動能源生產和消費革命戰略思想等重要講話精神。

二、地方病防治與“美麗鄉村”“美麗中國”建設

（1）授課內容：地方病和天然劣質地下水的形成過程。

地方病是因當地水或土壤中某種（些）元素或化合物過多、不足或比例失常，通過食物和飲水作用引起的某些地域發生的疾病，常見的地方病有氟病與齲齒、地方性砷中毒、消化系統癌變、大骨節病、克山病、甲狀腺腫大等。這些地方病的形成通常與地下水中有害元素濃度異常有關。地方病的分布、病因及相關的防治方法是“地下水水化學”課程的重要內容，與地方病息息相關的劣質地下水形成機理是本課程的重要拓展內容之一。

首先，地方病中的氟病和齲齒與地下水中氟濃度異常有關，在空間上地方性氟中毒也與高氟地下水的分布高度重疊。高氟地下水的形成與含氟礦物的溶解、堿性環境中OH-對F-的競爭吸附、蒸發濃縮等過程密切相關[12-13]，其中涉及“地下水水化學”課程中的溶解——沉淀、吸附——解吸、蒸發——濃縮等水文地球化學過程。

其次，地方性砷中毒與高砷地下水密切相關，兩者在空間分布上也具有高度的一致性。高砷地下水的形成與含水層中有機物降解導致的含砷鐵氧化物還原性溶解密切相關，釋放進入地下水的砷在隨水流遷移時會受到沉積物中鐵氧化物吸附的阻滯作用；同時，鐵氧化物還原釋放的Fe（II）會與、H2S等物質發生沉淀生成菱鐵礦和黃鐵礦等，是調控地下水中Fe（II）濃度的主要過程[14-15]。因此，高砷地下水的形成過程包括了氧化——還原、溶解——沉淀、吸附——解吸等的水文地球化學過程。

胃癌、肝癌、食道癌等消化系統癌變與劣質地下水密切相關，劣質地下水中通常含有較高濃度的、、等。地下水中的氮循環，涉及復雜的硝化作用、反硝化作用、厭氧氨氧化等多種氧化還原過程[16]，是“地下水水化學”課程重點關注的生物地球化學反應。

最后，大骨節病、克山病與地下水中硒濃度較低有關，甲狀腺腫大則與地下水中碘濃度較低有關，而地下水中硒、碘濃度較低可能與當地含水層沉積物該元素背景值較低有關[17]。沉積物和地下水中環境背景值評價是“地下水水化學”課程學習的內容之一。

（2）思政內容：“美麗鄉村”和“美麗中國”。

“美麗鄉村”是中國共產黨第十六屆五中全會提出建設社會主義新農村的重大歷史任務時提出的“生產發展、生活寬裕、鄉風文明、村容整潔、管理民主”等具體要求[18]。農業部（現農業農村部）于2014年2月正式對外發布美麗鄉村建設十大模式：產業發展型、生態保護型、城郊集約型、社會綜治型、文化傳承型、漁業開發型、草原牧場型、環境整治型、休閑旅游型、高效農業型[19]，為全國的美麗鄉村建設提供范本和借鑒。其中生態保護型和環境整治型與“地下水水化學”課程內容息息相關。

“美麗中國”是中國共產黨第十八次全國代表大會提出的概念，強調把生態文明建設放在突出地位，融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程[20]。在2015年10月召開的十八屆五中全會上，“美麗中國”被納入“十三五”規劃[20]。其中，與“地下水水化學”課程任務有關的“生態之美”是“美麗中國”建設中的首要目標。

（3）預期成效。

通過“地下水水化學”課程知識的學習，使學生了解因天然地下水中化學物質異常（不足或過剩）而導致的各種生物地球化學地方病，學習影響地下水化學物質異常的關鍵水文地球化學過程，研究改造環境、改良水質、防病治害的綜合性措施，引導學生在未來的科研工作中防治劣質地下水、開發利用健康的飲用水源、降低乃至消除地方病的發生，為“美麗鄉村”和“美麗中國”的建設服務。

三、地下水污染修復與“綠水青山就是金山銀山”

（1）授課要點：地下水污染與修復。

地下水污染主要指人類活動影響下地下水水質朝著惡化方向發展的現象。隨著社會經濟發展，工業排污、農業施肥、生活垃圾處理不當等常會引發地下水污染。地下水中污染物如硝酸鹽、砷、汞、有機物、細菌、放射性物質等含量增高，不僅威脅居民的用水安全，而且會對生態環境造成影響。在我國濱海地區，地下水富含無機氮，大連、秦皇島楊岱河平原和山東東部地下水硝酸鹽的平均濃度遠高于飲用水質標準（10 mg N/L）[21]，珠江三角洲第四系含水層系統地下水氨氮含量高達390 mg/L[22]。由于地下水儲存在地表以下的含水層中，并在其中緩慢運移，地面污染物在進入地下水之前，要先經過包氣帶，因此地下水污染具有隱蔽性、難治理性和滯后性的特點，一般不會造成突發性的環境問題，但是一旦造成惡果，其影響基本不可逆。

地下水污染修復是利用物理、化學或者生物等工程和非工程措施與方法，固定、轉移、吸收、降解或轉化地下水中的污染物，使其含量降低到可接受的水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害物質的過程。由于地下水污染問題日益突出，地下水修復成為國內外環境領域的一個熱點問題。地下水修復前要進行詳細的地下水環境調查，提供滿足修復技術篩選和工程設計的基礎數據，而且實施過程中受當地水文地質條件的自然變化和人為因素影響，因此地下水污染修復具有操作煩瑣、時間長、成本高的特點，需要長期監測和維護。

（2）思政內容：“綠水青山就是金山銀山”和生態文明。

“綠水青山就是金山銀山”蘊含著綠色發展的思想，是科學發展觀的更高境界。從2015年3月習近平總書記正式提出[23]，2017年黨的十九大歷史性地寫入黨章[24]，到2018年5月全國生態環境保護大會把它作為生態文明建設的重要原則之一[25]，體現了全黨全社會大力推進生態文明建設的戰略思維。地下水污染修復對地下水資源的可持續利用有重要意義，也體現了“綠水青山就是金山銀山”和生態文明建設的理念。

（3）預期成效。

結合地下水污染和修復的基本概念和特點，引入“綠水青山就是金山銀山”的生態文明理念，使學生在熟悉我國地下水污染現狀的同時，了解《地下水污染防治規劃》的背景和重要性，理解地下水污染修復與生態文明建設的聯系，有助于豐富學生的社會主義生態文明觀，理解習近平總書記關于綠色發展、生態文明建設等系列重要論述。有助于倡導學生節約用水，形成綠色低碳的生活方式，同時對社會中存在的有可能污染地下水的現象進行監督，保護我們的生命之水，共建美麗家園。

四、“地下水水化學”課程與《地下水管理條例》

《地下水管理條例》是為加強地下水管理，防治地下水超采和污染，保障地下水質量和可持續利用，推進生態文明建設而制定的全國性行政法規。其聚焦地下水超采、污染突出等問題，明確規定劃定地下水超采區、禁止開采區、限制開采區，編制地下水超采綜合治理方案，推動實施地下水超采治理；規定了劃定地下水污染防治重點區，嚴格地下水污染管控的措施；對超采、污染地下水行為，規定了嚴格的法律責任?！暗叵滤瘜W”課程與《地下水管理條例》中地下水節約與保護、污染防治以及監督管理等內容息息相關，通過對課程相關內容的學習，使學生樹立節約保護地下水和飲水安全理念，增強地下水污染防治與管控意識，明確地下水的監督管理和法律責任。

1.樹立節約保護地下水和飲水安全的理念

地下水作為水資源的重要組成部分，在保障居民生活用水、支持社會經濟發展以及維持生態平衡等方面發揮了十分重要的作用，尤其是作為無替代水源地區的居民生活用水時，地下水的供給和水質均與人類的生存密切相關[26]。除超采造成的湖庫水量減少、飲用水供給矛盾日益突出外，原生地質成因的劣質水以及人類活動影響下的水質污染均是人體健康的潛在危害?！暗叵滤瘜W”中的特殊類型地下水水化學章節明確闡釋了水化學元素缺乏或過剩與地方病的聯系，如氟過剩和不足可能引發的氟骨癥和齲齒，砷過剩引發的地砷病，缺碘造成的甲狀腺腫和克汀病，以及克山病、大骨節病和癌癥等成因復雜的地方病，使學生深刻認識地下水水化學對人類生命的價值，從而樹立節約保護和安全飲水并重的健康理念，有效保障飲用水源匱乏地區居民的可持續用水以及飲用水安全，充分體現我國踐行中國特色社會主義所倡導的“人民至上、生命至上”的原則。

2.增強地下水污染防治與管控意識

“地下水水化學”課程通過對地下水污染概念、污染源、污染途徑、常見地下水污染（無機、金屬、非金屬、有機）以及地下水環境質量評價等內容的講授，使學生充分認識到地下水污染的影響已經滲透進我們的日常生活，不僅會影響飲水安全，還對食品、居住以及工農業生產等造成潛在危害[27]。強化學生們的地下水污染防治與管控意識教育，了解和準確應用與地下水有關的國家和行業標準，提高科學素養和規范意識，初步具備在實際工作中判斷地下水污染的能力，為《地下水管理條例》中污染防治條例的實施奠定基礎。

與此同時，《地下水管理條例》的實施，也為我國地下水污染防治指明了方向，開創了依法治污的新局面，使得地下水污染防治有法可依，有法必依，深化和健全了地下水污染防治的知識體系，使學生能夠更加全面系統地理解和掌握與地下水污染相關的理論知識，增強地下水污染防治與管控意識，從而樹立正確的職業理想，把握好人生成長的方向。

3.明確地下水的監督管理和法律責任

“了解與地下水有關的法律法規，國家和行業標準，且在工作實踐中，能夠充分考慮并準確應用與之相關的法律法規和各類標準”是“地下水水化學”課程一項重要的教學目標，也是工程教育認證的畢業要求之一。然而事實上，受以往行政監督管理不到位、法律保護制度不健全以及缺乏專門性法律制度等影響，地下水沒有取得應有的保護效果[28]?！兜叵滤芾項l例》的頒布實施，表明地下水邁入依法嚴管的新階段，條例首次明確了地下水保護利用規劃的法律地位和重要作用，要依法加強地下水保護治理，用法治力量守護好地下水[29]。這在一定程度上體現了國家對地下水行業的高度重視，增強了學生們從事地下水專業學習的信心和勇氣，同時也使學生深刻認識到作為一名專業人員所肩負的社會責任和歷史使命，從而在專業知識學習過程中培養踐行責任和使命擔當所應具備的素養，通過監督管理以及運用法律武器來維護地下水的資源平衡和水質安全。

五、結論

“地下水水化學”課程是中國地質大學（北京）為地下水科學與工程專業設立的一門專業基礎課。在該課程教學過程中，注重課程思政內容的講述，結合碳酸平衡和巖溶作用機理，讓學生理解“雙碳”目標的背景及碳匯含義；結合地熱資源的開發利用，使學生理解碳減排含義；結合地方病的分布、病因及相關的防治方法，使學生深入理解“美麗鄉村”“美麗中國”的內涵；結合地下水污染特點及修復的艱巨性和復雜性，讓學生深入理解“綠水青山就是金山銀山”的科學內涵，培養學生的生態文明建設理念。此外，本課程把《地下水管理條例》貫穿于整個教學環節，使學生樹立節約保護和飲水安全理念，增強地下水污染防治與管控意識，明確地下水的監督管理和法律責任。