新工科背景下水處理生物學(xué)教學(xué)改革研究

宋培學(xué) 王滿堂 袁丹青

[摘 要]水處理生物學(xué)是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課，但是該門課程目前在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、成績(jī)考核評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)方面都存在較大的問(wèn)題，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前新工科建設(shè)背景下培養(yǎng)具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型人才的要求。文章根據(jù)棗莊學(xué)院及其給排水科學(xué)與工程專業(yè)的辦學(xué)定位、人才培養(yǎng)目標(biāo)以及課程教學(xué)實(shí)際情況對(duì)水處理生物學(xué)課程的教學(xué)方式方法、教學(xué)反饋機(jī)制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)四個(gè)方面提出了一些改革的建議和方法，爭(zhēng)取為社會(huì)培養(yǎng)出更多合格的給排水專業(yè)人才。

[關(guān)鍵詞]水處理生物學(xué);新工科;教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2020）09-0099-03

2015年，聯(lián)合國(guó)教科文組織指出高等工程教育經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)型，目前發(fā)展成為注重實(shí)踐的“工程范式”。我國(guó)在2016年提出了“新工科”的概念，并在 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的基礎(chǔ)上發(fā)布了《高等教育司關(guān)于開(kāi)展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》[1]，隨即形成了“‘新工科建設(shè)復(fù)旦共識(shí)”[2]，“‘新工科行動(dòng)路線（天大行動(dòng)）”[3]和北京指南 [4]。新工科以新理念、新特征、新知識(shí)、新模式、新機(jī)會(huì)、新人才為特點(diǎn)，以培養(yǎng)具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新人才為培養(yǎng)目標(biāo)，基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求。目前國(guó)內(nèi)各大高校紛紛響應(yīng)，開(kāi)始加入到新工科建設(shè)的行列中來(lái)。

水處理生物學(xué)課程是高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)指定的給排水科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課[5]，是該學(xué)科專業(yè)知識(shí)體系中的十六門主干課程之一，是生物學(xué)知識(shí)尤其是微生物學(xué)知識(shí)與工程應(yīng)用相互融合的交叉學(xué)科。本課程的講授可為后續(xù)給排水核心專業(yè)課水質(zhì)工程學(xué)中污水的凈化奠定一定的知識(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)為給排水專業(yè)其他課程設(shè)計(jì)提供必要的理論指導(dǎo)。水處理生物學(xué)同時(shí)也是很多工科名校市政工程專業(yè)的研究生入學(xué)考試科目。新工科建設(shè)中最關(guān)鍵的是人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新。隨著科學(xué)技術(shù)尤其是生命科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，現(xiàn)有的教學(xué)模式和教學(xué)方法顯然不能使學(xué)生掌握生物學(xué)在水處理領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì)，也不能滿足當(dāng)前形勢(shì)對(duì)新工科建設(shè)的要求。因此，本文結(jié)合我校辦學(xué)定位，給排水科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，新工科的建設(shè)要求，現(xiàn)有學(xué)生的學(xué)情特征以及教師的教學(xué)體會(huì)，對(duì)水處理生物學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了研究。

一、教學(xué)現(xiàn)狀以及存在問(wèn)題

棗莊學(xué)院是學(xué)科門類較為齊全的綜合性、應(yīng)用型省屬本科院校，其給排水科學(xué)與工程專業(yè)于2015年開(kāi)始招生，秉承“兼愛(ài)、尚賢、博物、戴行”的校訓(xùn)，遵循學(xué)校服務(wù)地方、特色發(fā)展，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供應(yīng)用型人才。本專業(yè)服務(wù)于水的開(kāi)采、加工、輸送、回收、再生回用以及可持續(xù)利用這一社會(huì)循環(huán)領(lǐng)域。在我校2019級(jí)給排水科學(xué)與工程人才培養(yǎng)方案課程設(shè)置與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣中，水處理生物學(xué)對(duì)應(yīng)“問(wèn)題分析”和“研究”兩個(gè)畢業(yè)要求，其教學(xué)目標(biāo)包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)三大塊。知識(shí)目標(biāo)要求學(xué)生掌握微生物學(xué)的基本知識(shí)，包括微生物的形態(tài)、生理特性等特征，掌握如何利用微生物在水體凈化和水處理中的作用機(jī)理和規(guī)律。能力目標(biāo)要求學(xué)生具備將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到水處理工程設(shè)計(jì)、水質(zhì)污染控制和水中微生物檢測(cè)的能力。素質(zhì)目標(biāo)要求培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、協(xié)同合作的能力以及環(huán)保、創(chuàng)新意識(shí)。水處理生物學(xué)課程安排在大二下學(xué)期，學(xué)時(shí)為三十二個(gè)理論學(xué)時(shí)，同時(shí)獨(dú)立設(shè)課十六個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程。共有兩位教師承擔(dān)授課任務(wù)，均具有博士學(xué)位。所選用的教材為顧夏生主編的通用教材即《水處理生物學(xué)》（第六版）。本門課程已經(jīng)進(jìn)行了三輪的教學(xué)過(guò)程，根據(jù)學(xué)生訪談、教師課后總結(jié)和考試成績(jī)分析，筆者發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題。

（一）教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，與最新技術(shù)脫節(jié)

目前的科學(xué)技術(shù)水平更新很快，尤其是生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展更是日新月異。水處理生物學(xué)主要依托于微生物學(xué)，和生命科學(xué)有著密不可分的聯(lián)系。教材雖然會(huì)有更新，但是滯后于目前科技的發(fā)展。在本門課程的授課過(guò)程中教師基本上是按照教材內(nèi)容來(lái)講授基本知識(shí)而忽略了實(shí)踐的應(yīng)用，這就使學(xué)生無(wú)法了解到目前最新的科學(xué)技術(shù)水平，也不利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行正確的理解和運(yùn)用，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生難以勝任與本課程專業(yè)知識(shí)相關(guān)的部分工作。

（二）教學(xué)方法較為單一

本門課程目前的教學(xué)方法主要是根據(jù)教材進(jìn)行PPT的講授，同時(shí)寫一些必要的板書。本門課程偏向于生物學(xué)，同時(shí)涉及生物化學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科知識(shí)，屬于交叉學(xué)科。給排水科學(xué)與工程屬于工科專業(yè)，學(xué)生對(duì)于生物學(xué)的知識(shí)掌握較少，基礎(chǔ)較差，同時(shí)本門課程在第一大模塊中主要講授微生物比如細(xì)菌、真菌和病毒的形態(tài)特征、生理生態(tài)特征，這些微生物無(wú)法用肉眼看到，較為抽象，僅憑PPT中一些圖片很難讓學(xué)生真正地了解和掌握。這就容易出現(xiàn)“老師強(qiáng)行灌輸，學(xué)生被動(dòng)接受”的現(xiàn)象，從而造成學(xué)生無(wú)法積極主動(dòng)地參與到課堂活動(dòng)中，學(xué)習(xí)效率低下，課堂氛圍沉悶，甚至出現(xiàn)學(xué)生上課睡覺(jué)、玩手機(jī)的現(xiàn)象。

（三）成績(jī)考核評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)較為單一

課程成績(jī)作為一門課程教學(xué)效果的直接體現(xiàn)，其考核評(píng)定方式科學(xué)有效尤為重要。目前本門課程成績(jī)的評(píng)定方式是平時(shí)成績(jī)占比30%、期末成績(jī)占比70%。其中平時(shí)成績(jī)的評(píng)定主要是看考勤情況，而不夠重視學(xué)生在課堂的表現(xiàn)。這就更加無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂活動(dòng)的積極性，從而導(dǎo)致期末考試前，學(xué)生都寄希望于老師畫重點(diǎn)進(jìn)行考前突擊，其學(xué)習(xí)效果不佳。

（四）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)較為薄弱

水處理生物學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，為了讓學(xué)生更好掌握本課程的知識(shí)并且能夠有效地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)非常重要。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師在理論課的教學(xué)中投入了較多精力，實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)卻沒(méi)有得到足夠的重視。雖然實(shí)驗(yàn)課單獨(dú)設(shè)課，并有十六個(gè)學(xué)時(shí)，但也僅僅開(kāi)設(shè)了四個(gè)實(shí)驗(yàn)，且都是基礎(chǔ)理論的驗(yàn)證性試驗(yàn)，如顯微鏡的使用、微生物的革蘭氏染色、培養(yǎng)基的制備等，缺乏創(chuàng)新性，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)課的模式基本上為教師下發(fā)實(shí)驗(yàn)方案，稍微強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)后根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的演示，學(xué)生一般都是機(jī)械式地跟著老師照葫蘆畫瓢。實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核也主要是看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量而不是看學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作技能掌握情況。

二、教改內(nèi)容與方法

高校以培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才為目標(biāo)，為了讓學(xué)生能夠更好地掌握知識(shí)，首先要了解學(xué)生的學(xué)情，要進(jìn)行詳細(xì)的學(xué)情分析，即“備課便是備學(xué)生”。目前學(xué)生基本上都為00后的獨(dú)生子女，他們的性格較為獨(dú)立，個(gè)性比較鮮明。棗莊學(xué)院屬于普通地方院校，學(xué)生的生源水平無(wú)法和名校的相提并論。學(xué)生雖然在大一和大二的上半學(xué)期學(xué)過(guò)一些專業(yè)基礎(chǔ)課，具備一定的工科專業(yè)基礎(chǔ)，但總體專業(yè)水平較差，并且存在過(guò)分依賴電子設(shè)備（如手機(jī)和電腦）的現(xiàn)象，缺少主動(dòng)思考的積極性。學(xué)生雖然缺乏實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，但是很善于溝通，并對(duì)一些新事物的興趣濃厚。針對(duì)目前學(xué)生的特點(diǎn)以及新工科背景下的具體要求，我們結(jié)合目前本門課程所存在的問(wèn)題，主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的教學(xué)改革。

（一）豐富教學(xué)手段，融合前沿知識(shí)

本門課程以課堂講授為主，通過(guò)多渠道多手段豐富課堂教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度。比如在水處理生物學(xué)基礎(chǔ)這個(gè)模塊中，我們改變了教材中真核生物、原核生物、病毒等微生物分開(kāi)講授的模式，以對(duì)比的方式突出不同種類微生物的特點(diǎn)，并采用視頻、模擬動(dòng)畫等多媒體教學(xué)方式，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶和理解。某些知識(shí)點(diǎn)和重點(diǎn)以問(wèn)題導(dǎo)入和結(jié)合實(shí)際案例的方式引導(dǎo)學(xué)生，就一個(gè)實(shí)際問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)行分組討論，根據(jù)分組討論得出的結(jié)果讓學(xué)生在課堂上以報(bào)告的形式講出來(lái)，讓學(xué)生成為上課的主體，這樣既能讓學(xué)生更加主動(dòng)地掌握知識(shí)，同時(shí)還能達(dá)到能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)的要求。

前文也提到，本門課程和生命科學(xué)聯(lián)系緊密，生物水處理技術(shù)也隨著生命科學(xué)和生物技術(shù)的進(jìn)步而快速發(fā)展。擔(dān)任本門課程的教師均為博士學(xué)歷，并且都有較為扎實(shí)的生物學(xué)專業(yè)背景，有能力獲得一些相關(guān)科學(xué)和技術(shù)的最新科研進(jìn)展信息。因此，教師在本門課程的講授過(guò)程中，除了教材內(nèi)容，還要適時(shí)引入一些科研成果，讓學(xué)生掌握目前該行業(yè)的最新研究進(jìn)展?fàn)顩r，同時(shí)提高學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力。

（二）強(qiáng)化教學(xué)反饋機(jī)制，優(yōu)化考核方式

教師教得怎么樣可以通過(guò)教學(xué)反饋機(jī)制直接體現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生學(xué)得怎么樣可以通過(guò)考核直接體現(xiàn)出來(lái)。因此，采用好的教學(xué)反饋機(jī)制和多元化的考核方式顯得尤為重要。教學(xué)評(píng)價(jià)主要是指對(duì)教師教學(xué)效果的評(píng)價(jià)，包括同行評(píng)價(jià)、督導(dǎo)評(píng)價(jià)，最重要的是學(xué)生評(píng)價(jià)，目的是改進(jìn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。但是反饋機(jī)制應(yīng)該是雙向的，要強(qiáng)化教師和學(xué)生的雙向反饋機(jī)制，可以采取師生座談會(huì)、學(xué)生評(píng)教、學(xué)生信息員、課代表、批改作業(yè)、答疑解惑、各種測(cè)驗(yàn)和考試等反饋方式。通過(guò)以上的教學(xué)反饋機(jī)制，找到教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，不斷調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)，采取更合適的教學(xué)方法和教學(xué)手段，改進(jìn)教學(xué)模式，進(jìn)而提高教學(xué)效果。同時(shí)要注重過(guò)程考核，適當(dāng)?shù)卦黾悠綍r(shí)成績(jī)的比例，建立多元化的平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制，要根據(jù)學(xué)生課堂參與度、問(wèn)題討論結(jié)果以及回答問(wèn)題表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，除此之外還要加入課后復(fù)習(xí)和創(chuàng)新思維等方面的綜合考量。要加強(qiáng)期末考試的試卷分析，分析學(xué)生在期末試題中每種題型的得分情況以及各種知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，對(duì)于學(xué)生普遍掌握不好的知識(shí)點(diǎn)要分析原因，以便在下次課的教學(xué)過(guò)程中加以改進(jìn)。

（三）突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中要以學(xué)生為中心，突出學(xué)生的主體地位。在保證實(shí)驗(yàn)安全和嚴(yán)格規(guī)定實(shí)驗(yàn)流程的前提下，適當(dāng)?shù)亟o學(xué)生一定的發(fā)揮空間，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表個(gè)人見(jiàn)解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。要在引?dǎo)學(xué)生做好上文提到的基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件和任課教師的專業(yè)背景，適當(dāng)增加一些有深度和創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)。充分利用本校的污水處理廠和水廠進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，現(xiàn)場(chǎng)采樣，現(xiàn)場(chǎng)處理，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。增加連續(xù)型實(shí)驗(yàn)，比如連續(xù)在本校污水處理廠進(jìn)行活性污泥的采樣并進(jìn)行觀察，觀察污泥在一個(gè)周期內(nèi)微生物尤其是原生動(dòng)物和后生動(dòng)物的變化，這樣更能加深學(xué)生對(duì)于生物水處理的認(rèn)識(shí)。嚴(yán)把實(shí)驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量關(guān)，杜絕出現(xiàn)任意修改實(shí)驗(yàn)結(jié)果、篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，嚴(yán)禁學(xué)生相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告。最后的實(shí)驗(yàn)考核要適當(dāng)降低實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分比例，注重過(guò)程考核，以學(xué)生的實(shí)際操作水平作為重要的考核依據(jù)。

（四）充分利用開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

隨著水處理技術(shù)的快速發(fā)展，本門課程的知識(shí)點(diǎn)和篇幅有了大幅增加，但課時(shí)卻縮減了，這就造成了課堂上很難完成基礎(chǔ)的教學(xué)任務(wù)，很多時(shí)候?yàn)榱粟s進(jìn)度而忽視了教學(xué)質(zhì)量。近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放式課堂如慕課平臺(tái)等的快速發(fā)展提供了非常便利和實(shí)用的教學(xué)平臺(tái)。教師可充分利用學(xué)生喜歡利用網(wǎng)絡(luò)資源這一特點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提前對(duì)重要章節(jié)進(jìn)行完整的視頻錄制并上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)供學(xué)生們自學(xué)，在課堂中只進(jìn)行問(wèn)題的答疑，這樣既能提升學(xué)生的自學(xué)能力，又能提高授課的效率。

三、結(jié)語(yǔ)

以上教學(xué)方式方法的改革實(shí)踐，既能夠提升本門課程的教學(xué)效果，同時(shí)還能夠提升學(xué)生的創(chuàng)新思維水平和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)和行業(yè)發(fā)展需求的給排水專業(yè)人才。新工科以培養(yǎng)具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新人才為培養(yǎng)目標(biāo)，這就要求高校以及高校教師時(shí)刻把握時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，在教學(xué)中不斷改進(jìn)和努力學(xué)習(xí)，提高本專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知[EB/OL].[2019-07-21].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t201?70223_297158.html.

[2] “新工科”建設(shè)復(fù)旦共識(shí)[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[3] “新工科”建設(shè)行動(dòng)路線（“天大行動(dòng)”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[4] 新工科建設(shè)指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[5] 高等學(xué)校給水排水工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì). 高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]