普通高校環(huán)境工程原理的教學現(xiàn)狀及改革優(yōu)化*

倪茂飛，吳云杰

(貴州民族大學生態(tài)環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550025)

環(huán)境工程原理是環(huán)境科學與工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，同時也是理論與實踐緊密結(jié)合的應用型課程[1]。該課程內(nèi)容涵蓋了“環(huán)境工程原理基礎(chǔ)”、“分離過程原理”和“化學與生物反應工程原理”等多方面內(nèi)容，以動力學和熱力學的視角分析了環(huán)境工程中常見的物質(zhì)“遷移”、“反應”和“轉(zhuǎn)化”過程，具有指導環(huán)境領(lǐng)域科學技術(shù)和成果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的重要意義。然而，該課程概念繁多、內(nèi)容抽象且需要高等數(shù)學和大學物理等多學科基礎(chǔ)，因此師生普遍反映課程專業(yè)性強、學習難度大等問題。同時，該課程具有較強的連貫性，其中流體流動、質(zhì)量傳遞和熱量傳遞的學習為后續(xù)分析沉淀、過濾、吸收和吸附過程打下了理論基礎(chǔ)，也為反映動力學和反應器原理的解析提供了專業(yè)方法。因此，剖析本課程當前所遇到的教學方面問題，針對這些問題提出切實有效的改革優(yōu)化，對客觀評價和總結(jié)環(huán)境工程原理課程教改效果具有至關(guān)重要的作用。

1 環(huán)境工程原理課程的教學現(xiàn)狀及問題

現(xiàn)大多普通高校環(huán)境學院將環(huán)境工程原理設置為必修課程，它的前身是“化工原理”[2]。清華大學胡洪營、張旭和黃霞等在2005年合編完成的教材在該課程中已被普遍使用，并列入“十二五普通高校教育本科國家級規(guī)劃教材”和全國精品(優(yōu)秀)課程。針對該課程內(nèi)容難、交叉性強和理論與實踐緊密結(jié)合等特點，在課程設置、考核方式、教學手段和師生互動方面存在一定的問題亟待解決。

1.1 課程設置

環(huán)境工程原理課程大多設置64課時(含實驗課)或32課時(不含實驗課)。作為基礎(chǔ)課程，它普遍先于或同步于環(huán)境專業(yè)其它課程如水污染控制工程、大氣污染控制工程和固體廢物處理處置開展。這種課程設置的優(yōu)點是為后續(xù)專業(yè)課程打下堅實的基礎(chǔ)，缺點是教師需要同時兼顧原理的講解和背景的科普。教學通常以第一、二篇內(nèi)容“環(huán)境工程原理基礎(chǔ)”和“分離過程原理”作為課程重點。然而對于第三篇“化學與生物反應工程原理”，由于其專業(yè)性和工程運用較強，同時加之更偏向于化工專業(yè)，導致教學所占份額較少。另一方面，課程實驗偏基礎(chǔ)且主要以教師演示或?qū)W生進行機械地開關(guān)裝置、觀察和記錄為主，這很大程度限制了學生自主學習和將理論與實際相結(jié)合能力的培養(yǎng)。

1.2 考核方式

該課程的考核以“平時考勤+平時作業(yè)+階段測試+期末考試”的方式為主。其中平時作業(yè)的布置多以問答題和計算題給出，同時考對應章節(jié)需要掌握的內(nèi)容。它的好處是考核方向緊密聯(lián)系課本，但由于缺乏工程實際體驗因此無法直接與應用相通。階段性測試以多題型試卷解析為主，它有利于教師更好地了解學生的階段性學習情況，同時能夠提供教學情況數(shù)據(jù)。然而，對于環(huán)境工程原理課程來說，如何將環(huán)境工程學、熱力學、動力學和高等數(shù)學多維度交叉學科思維反饋到工程實際上才是本學科重點。因此，在階段性測試和期末考試的考核方式進一步完善。

1.3 教學手段

當前環(huán)境工程原理課程主要采取課堂教學+實驗操作的模式，同時配合課堂講授的形式。雖然該教學手段豐富且具有普遍適用性，并在以往的教學中取得了一定進步作用。然而，考慮到該課程內(nèi)容難、涉及學科廣泛等特點，僅僅依靠上課期間對知識的講授仍然不夠，需要配合其它輔助手段加強學生對知識點的理解和記憶，同時促進教與學過程的進一步拔高。另一方面，學生普遍反映課堂內(nèi)的學習雖然能夠掌握部分內(nèi)容，但由于課程覆蓋面過于廣泛，在沒有老師講授的情況下很難獨立完成課程預習工作。因此，有必要加強課程多學科知識體系的構(gòu)建與記憶點的強化。

1.4 師生互動

師生互動作為課程難以掌握好尺度的一節(jié)，已經(jīng)廣泛為教育改革領(lǐng)域所研究[3]。對于環(huán)境工程原理來說，師生互動的重點并非在于課堂的活躍程度，因為繁重的課程內(nèi)容已經(jīng)占據(jù)了大部分課堂工作。因此，在適當活躍課堂的條件下，如何指導學生進行預習、復習成為了該課程師生互動的關(guān)鍵。然而，當前的預習、復習一般利用早/晚自習的時間并以其自覺性為主。教師則是以“課程內(nèi)容概述+課后習題解答”方式輔助。該方法對部分基礎(chǔ)好的學生適用，但對自制力較差的學生效果不顯著。因為課程難度較大且具有一定的連貫性，容易造成單節(jié)內(nèi)容拖動全課程理解不清的情況，從而進一步促使學生產(chǎn)生厭學情節(jié)。在這種情況下，良好的師生互動從而指導學生分階段理解課程顯得尤為重要。

2 環(huán)境工程原理課程教學改革及優(yōu)化

針對以上教學過程中的問題，在課程設置、考核方式、教學手段和師生互動方面進一步提出切實可行的教學及改革優(yōu)化措施(圖1)。以期提高普通高校環(huán)境工程原理課程的教學水平，一方面優(yōu)化我國在新時代教學方法和途徑中的探索。

圖1 環(huán)境工程原理課程改革及優(yōu)化模式Fig.1 Curriculum reform and optimization mode of environmental engineering principles

2.1 課程設置優(yōu)化

環(huán)境工程原理作為基礎(chǔ)課程與其它專業(yè)課程如水污染控制工程、大氣污染控制工程和固體廢物處理處置在同一學期完成。這一方面使得學習具有學科連貫性，深切地感受環(huán)境工程原理在環(huán)境污染治理和控制過程中的應用[4]。另一方面促使老師各司其職又承前啟后，大大節(jié)約了課程時間同時增加了各學科之間的聯(lián)系。另一方面，對于環(huán)境工程原理課程來說，第一、二篇主要是基于原理的闡述，而第三篇則是關(guān)于反應及反應工程的應用。因此可以利用實驗課程和多媒體教學相結(jié)合的方式，將一些圖片、音像和網(wǎng)絡學習平臺資料展示給學生，加強第三篇內(nèi)容的認知和應用。該方法具有雙重效應：既解決了第三篇“化學與生物反應工程原理”在課程中占比較少的問題，又促進了學生理論與實踐結(jié)合能力的培養(yǎng)。

2.2 考核方式完善

本課程的考核方式可加入除卷面考試之外的其它評價方法，進而促進多維度教學評估。據(jù)筆者近年在該方面的嘗試，由于課程論文或設計主要側(cè)重于教學拓展和表達方面的運用，但環(huán)境工程原理作為基礎(chǔ)課程主要服務于環(huán)境領(lǐng)域理論和實際，且在實踐中經(jīng)常出現(xiàn)敷衍、抄襲和重點不明的特點，從而該模式不適用于環(huán)境工程原理。筆者在教學過程中采用了一種“課堂搶答”的模式效果較好且學生的積極性十分高，該模式主要操作為：設計幾個提示性詞語共同指向一個確定答案且分別給出，第一個搶答正確的學生給予平時成績加分。需要注意的是，該過程不在于學生對課程深度的了解，而重點是調(diào)動學生學習積極性，所以難/易題交叉給出，保證每個學生具有參與感。

2.3 教學手段完善

針對當前環(huán)境工程原理課程內(nèi)容難、涉及學科廣泛且應用性強等特點，教學手段需要相應調(diào)整[5]。高校老師普遍同時身兼教學和科研的任務，且同一學院老師往往專業(yè)背景相同但方向各異。因此建議結(jié)合課本內(nèi)容和教師專業(yè)方向，開展本課程有關(guān)的環(huán)境領(lǐng)域前沿科學匯報，深化學生對學科應用的理解。這樣不但強化了書本上的內(nèi)容，同時也構(gòu)建了學科之間的聯(lián)系利于學習記憶。另一方面，學生知識背景和理解水平各異，按部就班的教學手段對學習能力較強的學生具有一定效果，但也給前后銜接不強和學習能力較弱的學生帶來了惡性循環(huán)。此時增加學生的參與感尤為重要，需要有目的地互動、提問一些簡單基礎(chǔ)的知識，在交流過程中了解學生的學習動態(tài)，并且加強難點問題的前后關(guān)聯(lián)。由于環(huán)境工程原理課程是前后內(nèi)容嚴格遞進的，因此在“分離過程原理”和“化學與生物反應工程原理”課程的學習過程中不妨回溯“環(huán)境工程原理基礎(chǔ)”的難度內(nèi)容，從而加強課程聯(lián)系。并且，充分利用“網(wǎng)絡時代”學習資源，號召學生利用課外時間在“中國大學慕課網(wǎng)”、“智慧樹在線教育”等平臺學習，查缺補漏的同時加深對本課程的理解。

2.4 師生互動優(yōu)化

大學師生關(guān)系與初、高中時期具有顯著的區(qū)別，同時大學教育具有專業(yè)性、學術(shù)性和創(chuàng)新性[6]。對于環(huán)境工程原理課程來說，處理好課堂與課下師生之間的互動關(guān)系顯得尤為重要，這一方面為了避免學生的厭學情緒，一方面促進學生主動學習的激情。例如，主動以討論的姿態(tài)與學生共同學習，重點不僅僅在于相應知識點的掌握，還應當進一步有意地培養(yǎng)學生自學和本課程問題的解決思路。同時，還需進一步探索教師因材施教的方法。其中布置主觀題小組討論并讓其代表匯報在當代的教改中比較普遍。這種方式的優(yōu)點是著重培養(yǎng)學生團隊協(xié)作研究、解決問題的能力。然而在實踐過程中經(jīng)常遇到部分同學參與度較低的問題，此時教師深入團隊、引領(lǐng)團隊是解決此類問題的重要手段。

3 結(jié) 語

當前普通高校環(huán)境工程原理課程以內(nèi)容難度大、學科交叉性強和理論實踐聯(lián)系緊密等特點，其教學過程受到了較大阻礙。本文以課程設置、考核方式、教學手段和師生互動的現(xiàn)狀出發(fā)，闡述了針對性的教學改革方法，即優(yōu)化課程時間和分配原則、建立高參與度學生考核方式、加強課程多學科知識體系的構(gòu)建與記憶點的強化、以及發(fā)揮老師在師生互動過程中的引導性。利用以上方法和手段應對該課程教與學的難點問題，進一步拓展深化學習自覺性和能動性，以期為環(huán)境類學科基礎(chǔ)建設提出意見方針。