案例式教學(xué)在“物理性污染控制工程”課程教學(xué)中的應(yīng)用

邱 斌 孫德智

(北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083)

案例式教學(xué)在“物理性污染控制工程”課程教學(xué)中的應(yīng)用

邱 斌 孫德智

(北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083)

針對環(huán)境工程專業(yè)“物理性污染控制工程”課程的特點(diǎn)，探討了案例式教學(xué)在該課程教學(xué)中實施的可行性。同時針對“物理性污染控制工程”課程教學(xué)存在的問題，以“噪聲污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容為例，從工程案例的教案設(shè)計、課堂教學(xué)方式和實際工程綜合訓(xùn)練3個方面對“物理性污染控制工程”課程開展案例式教學(xué)進(jìn)行了探索。首先應(yīng)利用工程案例進(jìn)行教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容的理解；其次利用多種教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)生課堂的參與度；第三，利用綜合實踐訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)污染控制技術(shù)的應(yīng)用能力?！拔锢硇晕廴究刂乒こ獭闭n程實施案例式教學(xué)后，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力，滿足了環(huán)境工程專業(yè)教育認(rèn)證的要求，培養(yǎng)了高質(zhì)量的環(huán)境工程實踐型專業(yè)人才。

環(huán)境工程；物理性污染控制工程；案例教學(xué)；工程實踐

一、案例式教學(xué)在“物理性污染控制工程”課程教學(xué)中實施的可行性

(一)“物理性污染控制工程”課程的特點(diǎn)

“物理性污染控制工程”是環(huán)境工程專業(yè)的主要課程之一，與“水污染控制工程”“大氣污染控制工程”和“固體廢棄物污染控制工程”等構(gòu)成了環(huán)境工程的主要專業(yè)課程。課程教學(xué)內(nèi)容包括噪聲、振動、電磁輻射、放射性、光及熱等6種物理性污染及其控制技術(shù)，是一門工程性很強(qiáng)的專業(yè)課程?！拔锢硇晕廴究刂乒こ獭闭n程內(nèi)容多，學(xué)時少,各項控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論計算公式較多且較為抽象。因此，如何在有限的學(xué)時內(nèi)引導(dǎo)學(xué)生較好地掌握教學(xué)內(nèi)容，并能在實際工程中加以應(yīng)用，是本課程教學(xué)中需要解決的問題。

(二)案例式教學(xué)在“物理性污染控制工程”課程教學(xué)中實施的可行性

案例式教學(xué)是一種開放式、互動式的新型教學(xué)方式[1]，是在課程教學(xué)過程中引入典型案例，以點(diǎn)帶面講授相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的一種教學(xué)方法，旨在提高學(xué)生的邏輯分析能力和解決實際問題的能力?！拔锢硇晕廴究刂乒こ獭闭n程內(nèi)容涉及了各類物理性污染控制技術(shù)理論及其在實際工程中的應(yīng)用方法。其概念、原理、控制技術(shù)及其工程應(yīng)用方法等內(nèi)容非常抽象，加之學(xué)生的實際工程背景較弱，因此對課程知識的理解有限。采用實際工程案例的教學(xué)模式正好能解決該門課程教學(xué)過程中存在的這些問題。目前，北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)已通過工程教育認(rèn)證，按照認(rèn)證要求課程的設(shè)置要針對實際復(fù)雜的環(huán)境工程問題，學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)要具備分析問題和解決實際環(huán)境工程問題的能力[2]。案例式教學(xué)一方面可以使教學(xué)中抽象的內(nèi)容變得更加形象，增強(qiáng)學(xué)生對各項污染控制技術(shù)的理解；另一方面通過綜合訓(xùn)練也能提高學(xué)生對各項技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用能力。因此，工程案例教學(xué)模式應(yīng)用于“物理性污染控制工程”課程教學(xué)是可行的。

二、“物理性污染控制工程”課程教學(xué)存在的問題

目前，雖然已有同行從教學(xué)手段[3]、教學(xué)內(nèi)容[4]、教學(xué)方法和考核方式[5]等方面對“物理性污染控制工程”課程進(jìn)行了改革，并取得了較好的教學(xué)效果，但是“物理性污染控制工程”課程教學(xué)仍存在著一些問題。

(一)課程教學(xué)內(nèi)容多且抽象，學(xué)生難以理解

“物理性污染控制工程”課程包括6種物理性污染及其控制技術(shù)，其內(nèi)容涉及了各種物理學(xué)概念和原理，如聲波的傳遞、聲波在多孔材料中的吸收、聲波在多孔吸聲板中的傳遞過程等，大部分內(nèi)容都是抽象的，學(xué)生理解起來較為困難。

(二)重理論教學(xué)，輕實踐教學(xué)

目前“物理性污染控制工程”課程仍采取教師講授的教學(xué)模式，學(xué)生雖然在理論層面上了解了各種物理性污染的控制技術(shù)，但是這些污染控制技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用方法學(xué)生并不了解。這種以教師講授為主的教學(xué)方式，缺少對學(xué)生解決實際工程問題的訓(xùn)練，無法讓學(xué)生針對實際工程來綜合應(yīng)用所學(xué)的各項物理性污染的控制技術(shù)，因此影響了學(xué)生污染控制工程實踐能力的提升。

三、案例式教學(xué)在“物理性污染控制工程”課程教學(xué)中的實施

針對“物理性污染控制工程”課程教學(xué)中存在的問題，筆者采取工程案例式教學(xué)模式，對課程進(jìn)行了改革。以“噪聲污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容為例，從工程案例的教案設(shè)計、課堂教學(xué)形式和實際工程綜合訓(xùn)練3個方面進(jìn)行了探索。

(一)結(jié)合工程案例開展課堂教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容的理解

1．精心選擇工程案例

案例是開展案例教學(xué)至關(guān)重要的因素，因此教師應(yīng)精心選取教學(xué)案例。教學(xué)案例應(yīng)選取學(xué)生熟悉的、與學(xué)生生活相關(guān)的工程項目或者著名的工程案例。筆者所選用的工程方案中包括了工程中降噪的所有技術(shù)(吸聲技術(shù)、消聲技術(shù)和隔聲技術(shù))。為了使所選工程案例能涵蓋這些降噪技術(shù)，教師可在原有工程案例的基礎(chǔ)上通過增加工程條件使得該工程案例能囊括更多的教學(xué)內(nèi)容，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

教師精心選取的工程案例可以提前布置給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)了解，之后在課堂上以學(xué)習(xí)小組的形式匯報學(xué)習(xí)的內(nèi)容。教師可以簡要講解各種控制技術(shù)的原理和使用條件，帶領(lǐng)學(xué)生深入研究工程案例，以加強(qiáng)學(xué)生對各項控制技術(shù)的理解。

2．結(jié)合工程案例進(jìn)行理論教學(xué)

“物理性污染控制工程”課程是在大三下學(xué)期開設(shè)的，筆者在講授課程重要內(nèi)容“噪聲污染控制工程”時，教案包括兩部分內(nèi)容：一是理論學(xué)習(xí)教案，二是經(jīng)過周密設(shè)計的工程案例教案。理論學(xué)習(xí)教案從科學(xué)理論的角度介紹了噪聲的產(chǎn)生、概念、評價方法以及各種噪聲污染控制技術(shù)(包括吸聲、隔聲和消聲)的原理。根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)大綱，這些內(nèi)容有一部分與大一下學(xué)期開設(shè)的“大學(xué)物理”和大三上學(xué)期開設(shè)的“環(huán)境監(jiān)測”課程內(nèi)容重疊，因此筆者精簡了聲學(xué)基礎(chǔ)和噪聲評價方法等重合部分的教學(xué)內(nèi)容，在課堂上只針對重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容做講解。工程案例教案是一項實際建設(shè)工程的噪聲污染的控制方案。教師要求學(xué)生對此案例進(jìn)行歸納、總結(jié)，提煉出噪聲污染的控制技術(shù)，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，熟悉、掌握和總結(jié)不同特征噪聲的控制技術(shù)在工程中的使用條件和降噪效果。教師通過學(xué)生提煉的工程案例的內(nèi)容，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的真實情況，并針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不斷調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容。

案例選取后，教師對學(xué)生的引導(dǎo)也是非常關(guān)鍵的[6]。教師首先根據(jù)教學(xué)需要設(shè)計出一系列要求學(xué)生回答的問題，這些問題應(yīng)與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)，問題的難度則需層層遞進(jìn)、觸類旁通。其次，在課堂上，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生按照教學(xué)內(nèi)容對工程案例進(jìn)行解析，通過設(shè)計的問題引導(dǎo)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行消化理解。教師通過學(xué)生回答問題的情況來掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。例如，筆者以北京林業(yè)大學(xué)新建鍋爐房為教學(xué)工程案例，首先以該項目在運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲給校園生活帶來煩惱為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生了解噪聲的概念、噪聲產(chǎn)生的本質(zhì)，從而加深對噪聲控制技術(shù)的理解；其次，筆者根據(jù)鍋爐房生產(chǎn)運(yùn)行中的噪聲，設(shè)計了這些噪聲具有什么特征、采用什么方法進(jìn)行監(jiān)測、如何評價這些噪聲污染等問題，通過探討問題的答案，帶領(lǐng)學(xué)生回憶理論教學(xué)及案例教學(xué)中各種噪聲污染控制技術(shù)及其各項技術(shù)使用的條件和可達(dá)到的降噪效果。

(二)依托工程案例，加強(qiáng)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

1．指導(dǎo)學(xué)生開展課外自學(xué)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力

環(huán)境工程專業(yè)“物理性污染控制工程”課程教學(xué)內(nèi)容較多，包括噪聲污染控制工程、振動污染控制技術(shù)、電磁輻射污染控制技術(shù)、放射性污染控制技術(shù)、熱污染控制技術(shù)和光污染控制技術(shù)6部分內(nèi)容，但學(xué)時較少，僅有24學(xué)時。環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案要求，在大一的“大學(xué)物理”課程中已涉及聲、熱、光、電、磁等基礎(chǔ)理論的內(nèi)容，大三上學(xué)期開設(shè)的“環(huán)境監(jiān)測”課程涉及了各種物理性污染的監(jiān)測和評價方法。因此，為了節(jié)約課時并達(dá)到較好的教學(xué)效果，筆者要求學(xué)生在上課前自行完成理論教案和工程案例教案的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)理論教案和工程案例教案的原始材料的基礎(chǔ)上，初步理解和總結(jié)歸納工程案例教案中所采用的控制技術(shù)。通過自學(xué)，避免了教師向?qū)W生“灌輸”知識的弊端，同時也培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

為了提高教學(xué)質(zhì)量、滿足環(huán)境工程專業(yè)工程教育認(rèn)證的要求，培養(yǎng)出高質(zhì)量的工程型人才，筆者還加強(qiáng)了學(xué)生對各項物理性污染最新工程控制技術(shù)的學(xué)習(xí)。通過引導(dǎo)學(xué)生在課后看視頻講座、閱讀課外書刊或與教師及同學(xué)討論等方式來完成該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)與總結(jié)。教師可在課堂上留出部分時間，讓學(xué)生以學(xué)習(xí)小組的形式分享學(xué)習(xí)成果。在這個環(huán)節(jié)，要求教師及時掌握控制技術(shù)發(fā)展的新動態(tài)，并能對學(xué)生所講的前沿技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)評。自主學(xué)習(xí)的形式可以提升學(xué)生對各項控制技術(shù)發(fā)展動態(tài)的理解，使其具備解決實際環(huán)境工程問題的能力[2]。

2．以問題為引導(dǎo)講授工程案例，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解

教師通過對實際工程案例的講授，一方面可以使學(xué)生形象理解污染控制中各項技術(shù)措施的原理，另一方面還可以使學(xué)生進(jìn)一步了解這些污染控制技術(shù)和措施在實際工程中的應(yīng)用條件和效果。教師在在講解過程中，需要根據(jù)課堂的進(jìn)程設(shè)計適當(dāng)?shù)膯栴}來引導(dǎo)學(xué)生逐步進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。教師可采用蘇格拉底教學(xué)法，利用設(shè)計好的問題不斷追問學(xué)生，直到學(xué)生理解為止。但是在該階段，教師應(yīng)照顧到大多數(shù)的學(xué)生，避免向一名或者少數(shù)幾名學(xué)生提問，以提高學(xué)生的整體課堂參與度。

3．圍繞工程案例增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的工程認(rèn)知能力

作為一門工程控制課程，課堂教學(xué)可使學(xué)生了解各項工程措施的原理、適用條件等。但僅有課堂教學(xué)不能提升學(xué)生的實際操作能力，因此應(yīng)適當(dāng)增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。但實踐教學(xué)必須在理論課程學(xué)習(xí)完成后才可以進(jìn)行。例如，在完成理論學(xué)習(xí)后，筆者帶領(lǐng)學(xué)生參觀了北京林業(yè)大學(xué)新建的鍋爐房工程，現(xiàn)場考察了各項污染控制措施在實際工程建設(shè)中的使用方法。面對實際工程案例，學(xué)生能迅速掌握、了解和區(qū)分吸聲、隔聲和消聲技術(shù)以及多種污染控制技術(shù)在實際工程中的綜合使用方法，提高了學(xué)生對工程的認(rèn)知能力。

(三)結(jié)合工程案例開展綜合實踐訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生對污染控制技術(shù)的應(yīng)用能力

在實際工程中，各類污染往往是同時存在的，在復(fù)雜環(huán)境體系中如何綜合應(yīng)用所學(xué)的污染控制技術(shù)是“物理性污染控制工程”課程教學(xué)的最終目標(biāo)，也是環(huán)境工程專業(yè)工程教育認(rèn)證的要求。為了提高學(xué)生解決實際工程問題的能力，“物理性污染控制工程”課程增加了綜合實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，教師設(shè)計一個污水處理廠的案例，給定污水處理廠運(yùn)行的基本資料，包括噪聲、振動、電磁輻射、放射性、光及熱等課程所涉及的各類物理性污染源。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的課程知識，理清該污水處理廠存在的物理性污染源及污染特征，針對各類物理性污染的特征選用適合的控制技術(shù)，并結(jié)合污水處理廠的實際情況，設(shè)計一套解決各項物理性污染的綜合控制方案。通過設(shè)計物理性污染的綜合控制方案，教師可以綜合考察學(xué)生對各項污染控制技術(shù)的理解和掌握程度以及對各項污染控制技術(shù)措施的綜合使用能力，同時也增強(qiáng)了學(xué)生對工程建設(shè)的認(rèn)知。

四、案例式教學(xué)在“物理性污染控制工程”課程教學(xué)中實施的成效

(一)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣對于課程學(xué)習(xí)是非常重要的。筆者選取學(xué)生熟悉的、與學(xué)生生活相關(guān)的事件為教學(xué)工程案例，就是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如北京林業(yè)大學(xué)在建鍋爐房項目以及城市污水處理廠，均為環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生所熟知的案例。而在“振動污染控制工程”和“放射性污染控制工程”教學(xué)中選用塔科馬大橋事件和切爾諾貝利事件等著名歷史事件，都是容易吸引學(xué)生注意力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)案例?？茖W(xué)地選取教學(xué)案例，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能提高教學(xué)效果。

(二)提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

教師在課前引導(dǎo)學(xué)生自習(xí)基礎(chǔ)理論內(nèi)容和工程案例基礎(chǔ)材料，并在學(xué)習(xí)理論內(nèi)容的基礎(chǔ)上，總結(jié)、歸納工程案例中的各項污染控制措施，不僅提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，同時也促進(jìn)了學(xué)生對新知識的收集和整理。這項訓(xùn)練既培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)新知識的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力。

(三)培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力

教師通過引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的理論知識解析實際工程案例，提高了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，而綜合實踐訓(xùn)練提高了學(xué)生解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力。案例式教學(xué)增強(qiáng)了環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生對物理性污染控制工程建設(shè)的認(rèn)識，滿足了環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)證的要求，從而培養(yǎng)出高質(zhì)量的環(huán)境工程實踐型專業(yè)人才。

[1] 萬猛，李曉輝.問解案例教學(xué)法[J].中國大學(xué)教育，2014(3)：73-79.

[2] 程翔，孫德智，王毅力，等.基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境工程專業(yè)課程教學(xué)體系的構(gòu)建——以北京林業(yè)大學(xué)為例[J].中國林業(yè)教育.2017，35(1)：35-38.

[3] 詹艷慧，林建偉.“物理性污染控制工程”的教學(xué)實踐與思考[J].教育教學(xué)論壇，2016(48)：117-119.

[4] 王立立，金臘華，王伯光，等.構(gòu)建“物理性污染控制工程”教學(xué)新模式的實踐[J].教育教學(xué)論壇，2015(7)：141-142.

[5] 洪新，唐克.“物理性污染控制工程”教改體會[J].教育教學(xué)論壇，2014(41)：130-132.

[6] 鄭淑芬.案例教學(xué)法的作用、實施環(huán)節(jié)及需要注意的問題[J].

教育探索，2008(4)：56-57.

(責(zé)任編輯 王 偉)