“水處理生物學(xué)”課程立體化建設(shè)研究

郝麗婷，郝曉地，仇付國(guó)，付昆明，曹亞莉

（北京建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044）

引言

“水處理生物學(xué)”是給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須掌握的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程之一［1-2］，也是許多工科名校市政工程專(zhuān)業(yè)研究生入學(xué)考試科目之一［3］。以學(xué)生發(fā)展為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的各方面能力為教學(xué)理念，開(kāi)展“水處理生物學(xué)”課程建設(shè)研究，可進(jìn)一步推進(jìn)學(xué)校新工科建設(shè)，強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，完善專(zhuān)業(yè)課程體系，開(kāi)展教學(xué)模式、考核方式改革，提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的國(guó)際視野，培養(yǎng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)與合作能力，深化人才培養(yǎng)模式改革，更好地服務(wù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

北京建筑大學(xué)給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)于2005年首次通過(guò)全國(guó)專(zhuān)業(yè)評(píng)估，被評(píng)為北京市品牌建設(shè)專(zhuān)業(yè)，2008年被評(píng)為北京市特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)，所屬學(xué)科被評(píng)為北京市重點(diǎn)學(xué)科，2013年獲批教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)專(zhuān)業(yè)，2019年獲批為首批國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)，2020年通過(guò)第四次專(zhuān)業(yè)評(píng)估認(rèn)證。面向新工科建設(shè)的需求［4］，亟須對(duì)“水處理生物學(xué)”課程進(jìn)行教學(xué)改革研究，探索立體化的專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)新途徑。

一、“水處理生物學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀及痛點(diǎn)問(wèn)題

（一）教學(xué)現(xiàn)狀

北京建筑大學(xué)給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了“水處理生物學(xué)”課程，共48學(xué)時(shí)，包括理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)兩個(gè)部分，其中，32學(xué)時(shí)為授課教學(xué)，16學(xué)時(shí)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該課程的主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生系統(tǒng)掌握與水處理工程相關(guān)的（微）生物學(xué)的基本知識(shí)，掌握生物特別是微生物在水處理中的作用機(jī)理和規(guī)律，學(xué)習(xí)微生物學(xué)的研究方法和檢驗(yàn)方法，了解學(xué)科新進(jìn)展［5］。同時(shí)在課程中結(jié)合思想政治教育，使學(xué)生了解國(guó)家的水污染防治政策和法規(guī)，樹(shù)立綠色健康發(fā)展理念，建立衛(wèi)生與安全意識(shí)，激勵(lì)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)與創(chuàng)新，樹(shù)立正確的科學(xué)觀，激發(fā)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的熱愛(ài)等。

（二）存在問(wèn)題

本課程授課對(duì)象為給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)大二年級(jí)學(xué)生，他們對(duì)本專(zhuān)業(yè)了解較少，對(duì)未來(lái)所從事的本行業(yè)的具體工作內(nèi)容及如何解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題還不太清楚，因此，本課程將有助于學(xué)生掌握水處理工程中所涉及的生物學(xué)基本知識(shí)、基本原理和實(shí)驗(yàn)技能，把握微生物在水處理中的具體應(yīng)用，了解新進(jìn)展、新方法、新理論等，可利用所學(xué)知識(shí)初步分析和解決相關(guān)的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，有助于后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，是一門(mén)非常實(shí)用的課程，并具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性［6］。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的“水處理生物學(xué)”課程教學(xué)主要存在以下三個(gè)方面的問(wèn)題。

1.部分學(xué)生反映在高中時(shí)期基本沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)生物學(xué)相關(guān)課程，部分學(xué)生由于報(bào)考時(shí)限選的科目未涉及生物學(xué)，所以未將其作為重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，因此一些學(xué)生本課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，存在畏難心理［7］。

2.學(xué)生課程學(xué)習(xí)熱情不高，傳統(tǒng)的教學(xué)模式多以“填鴨式”為主，在教學(xué)實(shí)踐中效果不佳，特別是涉及生物學(xué)基礎(chǔ)部分，知識(shí)點(diǎn)多且抽象，如若采用“灌輸式”教學(xué)，學(xué)生覺(jué)得枯燥乏味，易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，難以提高學(xué)習(xí)興趣［8］。

3.本課程與生命科學(xué)聯(lián)系緊密，隨著生命科學(xué)發(fā)展日新月異，課程資料對(duì)現(xiàn)狀前沿等介紹不足、相對(duì)滯后，比如分子生物學(xué)技術(shù)在水處理中的應(yīng)用等。作為一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，“水處理生物學(xué)”課程實(shí)際工程案例較少、跨學(xué)科跨專(zhuān)業(yè)融合度不高，不利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解及實(shí)際運(yùn)用［9］。

二、“水處理生物學(xué)”課程教學(xué)立體化建設(shè)理念及思路

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及，數(shù)字教材已經(jīng)成為支持教育教學(xué)、終身學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)研究等方面的有效教學(xué)工具，立體化的數(shù)字教學(xué)可提供“教學(xué)資源整體解決方案”，為學(xué)生提供多媒介、多形態(tài)、多層次的教學(xué)資源和多種教學(xué)服務(wù)，可以有效提高教學(xué)的效率和質(zhì)量［10］。結(jié)合目前“水處理生物學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，已整理出一整套系統(tǒng)的授課教學(xué)資料，構(gòu)建了教學(xué)課程框架。通過(guò)立體化教學(xué)的建立，將國(guó)內(nèi)外教材的精華內(nèi)容匯集整合，發(fā)揮其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并補(bǔ)充實(shí)際典型案例，使學(xué)生既對(duì)教材中的內(nèi)容有深入的了解，又學(xué)到了前沿資料中的先進(jìn)理念和方法。將多媒體技術(shù)與教學(xué)資源有機(jī)整合，形成立體化教學(xué)方式，將有助于提升課程的教學(xué)質(zhì)量和授課效率，更好地服務(wù)復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)。

建設(shè)立體化的“水處理生物學(xué)”教學(xué)體系，結(jié)合發(fā)展實(shí)際及前沿趨勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中所遇到的具體案例及相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)介紹等，進(jìn)行立體化多媒體、多形態(tài)、多層次的展現(xiàn)，幫助學(xué)生更好地掌握課程知識(shí)、拓展知識(shí)維度和構(gòu)建專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系，并結(jié)合課程思政，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)的熱愛(ài)，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷、社會(huì)責(zé)任感和專(zhuān)業(yè)使命感。

三、“水處理生物學(xué)”課程立體化建設(shè)教學(xué)方法及途徑

（一）立體化教學(xué)資料整合

依據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)典教材及發(fā)展前沿，深入細(xì)化并完善授課電子課件、案例分析和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，引入案例式專(zhuān)題教學(xué)，將科研資源引入教學(xué)。將教師實(shí)際科研經(jīng)歷作為案例進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生初步了解本領(lǐng)域何為科研、如何做科研等關(guān)鍵問(wèn)題。優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，保證與現(xiàn)階段教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)層次具有較好的適應(yīng)性。

（二）立體化教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)立

1.建立基礎(chǔ)知識(shí)平臺(tái)：與課程進(jìn)度保持一致，作業(yè)和答疑按教學(xué)進(jìn)度逐步公開(kāi)。

2.建立拓展學(xué)習(xí)平臺(tái)：讓學(xué)生了解國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，開(kāi)闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)的興趣和認(rèn)識(shí)，完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境的建設(shè)，提供豐富的網(wǎng)絡(luò)資源。

3.建立交流反饋平臺(tái)：為師生提供交流平臺(tái)，注重調(diào)研學(xué)生課程學(xué)習(xí)感受。

（三）立體化教學(xué)模式——注重平時(shí)成績(jī)

在教學(xué)方法上不斷改進(jìn)，貫徹以學(xué)生為中心的教育理念，實(shí)現(xiàn)立體化教學(xué)。尤其是通過(guò)信息技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用，可不斷提高教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的積極性，注重過(guò)程評(píng)價(jià)，開(kāi)設(shè)課程預(yù)警。

1.采用基于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)的互動(dòng)教學(xué)模式，方便學(xué)生提前預(yù)習(xí)、查閱相關(guān)資料及觀看教學(xué)視頻、慕課等。

2.利用在線(xiàn)簽到、課堂作業(yè)問(wèn)答積分等形式多種手段，大幅度提升學(xué)生的課堂參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，保證學(xué)生在深度高效學(xué)習(xí)后，及時(shí)鞏固、強(qiáng)化并掌握知識(shí)點(diǎn)。

3.鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，自擬多類(lèi)型試題（含答案），強(qiáng)化學(xué)生掌握重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的能力。鼓勵(lì)學(xué)生課下復(fù)習(xí)并繪制重點(diǎn)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，及時(shí)將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理、掌握。

4.課程作業(yè)除了布置基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)外，多形式、遞進(jìn)式進(jìn)行多維度訓(xùn)練（基礎(chǔ)、提高、挑戰(zhàn)、研究），例如在線(xiàn)舉例本領(lǐng)域前沿研究方向，提供本領(lǐng)域國(guó)際前沿研究資料，并以小組為單位開(kāi)展專(zhuān)題研究，鼓勵(lì)學(xué)生撰寫(xiě)總結(jié)并進(jìn)行課堂展示，組間和組內(nèi)學(xué)生互相評(píng)分，不僅促進(jìn)了課程知識(shí)的深入理解、思考和拓展，更有效增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)生表現(xiàn)得非常積極。

5.注重過(guò)程評(píng)價(jià)，開(kāi)展階段性課程預(yù)警，用實(shí)時(shí)呈現(xiàn)的平時(shí)成績(jī)及時(shí)有效地反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并逐一對(duì)階段性平時(shí)成績(jī)較低的學(xué)生進(jìn)行提醒。

（四）立體化課程考核體系

立體化考核和評(píng)價(jià)方式為：總評(píng)成績(jī)=平時(shí)成績(jī)（占35%）+期末考試（占50%）+實(shí)驗(yàn)考核（占15%），按百分制記。

平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)占比可有5%～10%的上下浮動(dòng)。平時(shí)成績(jī)包括作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、考勤、課堂展示、專(zhuān)題資料學(xué)習(xí)等。

（五）立體化課程思政建設(shè)

1.培養(yǎng)家國(guó)情懷。通過(guò)學(xué)習(xí)掌握國(guó)家方針政策，秉持“綠水青山就是金山銀山”的情懷，結(jié)合抗疫方向和本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際案例，使學(xué)生對(duì)我國(guó)給排水事業(yè)獲得的巨大成就產(chǎn)生強(qiáng)大的自豪感，對(duì)將來(lái)所從事的職業(yè)有十足的信心，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)意識(shí)和民族自豪感，使其樹(shù)立遠(yuǎn)大理想，并將理想內(nèi)化為學(xué)習(xí)動(dòng)力，認(rèn)真扎實(shí)學(xué)習(xí)本領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，積極奉獻(xiàn)社會(huì)！

2.培養(yǎng)責(zé)任意識(shí)、科學(xué)與人文精神。通過(guò)本專(zhuān)業(yè)相關(guān)科學(xué)史的介紹、相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)、人文知識(shí)的熏陶、工作紀(jì)律的要求教育等，使學(xué)生具備工程師的基本素質(zhì)，形成良好的社會(huì)責(zé)任感，引導(dǎo)并幫助學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，激發(fā)學(xué)生造福人類(lèi)的信念。

3.培養(yǎng)艱苦奮斗精神。通過(guò)了解前輩們的奮斗歷程，使學(xué)生對(duì)給排水科學(xué)與工程事業(yè)發(fā)展充滿(mǎn)信心，在工作中不怕苦不怕累、腳踏實(shí)地、勤儉節(jié)約、實(shí)干肯干，繼承和發(fā)揚(yáng)前輩的艱苦奮斗精神，真正為國(guó)家民族的發(fā)展貢獻(xiàn)自身力量。

4.培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。通過(guò)以小組為單位開(kāi)展專(zhuān)題研究、進(jìn)行成果展示及組間和組內(nèi)學(xué)生互相評(píng)分等方式，培養(yǎng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，形成團(tuán)隊(duì)合作精神，提升學(xué)生的人際交往能力，使學(xué)生意識(shí)到互相合作、互相支持的重要性，進(jìn)而全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

5.培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)了解科技發(fā)展助力我國(guó)市政工程建設(shè)的實(shí)例，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新引領(lǐng)意識(shí)，并鼓勵(lì)學(xué)生利用課程所學(xué)知識(shí)，積極參與校內(nèi)外科技創(chuàng)新競(jìng)賽等，在實(shí)踐中不斷提高創(chuàng)新能力，為我國(guó)給排水科學(xué)與工程事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

四、“水處理生物學(xué)”課程立體化建設(shè)成果

通過(guò)不斷立體化整合國(guó)家政策標(biāo)準(zhǔn)、最新文獻(xiàn)報(bào)道、圖形、圖像、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)、公眾號(hào)推送消息等各種形式的教學(xué)資料，有效調(diào)動(dòng)了具有不同生物學(xué)基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并在一定程度上均衡了學(xué)生的知識(shí)掌握進(jìn)度。依據(jù)經(jīng)典《水處理生物學(xué)》教材及發(fā)展前沿［5］，結(jié)合我校及專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，在提升學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將科研資源與教學(xué)相融合，如引入水處理生物學(xué)案例等專(zhuān)題教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)科研及實(shí)際應(yīng)用的初步了解。

依托超星學(xué)習(xí)通等在線(xiàn)平臺(tái)，建立了基礎(chǔ)知識(shí)平臺(tái)，與課程進(jìn)度保持一致，方便學(xué)生在線(xiàn)提前預(yù)習(xí)、查閱資料等。作業(yè)和答疑按教學(xué)進(jìn)度逐步公開(kāi)，有助于學(xué)生梳理并掌握知識(shí)點(diǎn)。結(jié)合觀看慕課、會(huì)議報(bào)告視頻等方式，可以不斷擴(kuò)寬學(xué)生在水處理生物學(xué)領(lǐng)域的視野，極大地提升學(xué)生的興趣及積極性。通過(guò)拓展學(xué)習(xí)平臺(tái)的建立，讓學(xué)生了解國(guó)內(nèi)外最新相關(guān)專(zhuān)題研究進(jìn)展，鼓勵(lì)學(xué)生自主利用我校圖書(shū)館查閱文獻(xiàn)，進(jìn)行閱讀、學(xué)習(xí)，不僅提升了學(xué)生對(duì)本學(xué)科領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，更增強(qiáng)了學(xué)生課程學(xué)習(xí)的自主性，同時(shí)完善了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)資源的建設(shè)。交流反饋平臺(tái)的建設(shè)給師生提供了良好的交流平臺(tái)，學(xué)生課程學(xué)習(xí)感受的及時(shí)反饋非常有助于教師在教學(xué)中不斷改進(jìn)教學(xué)方法，階段性的課程預(yù)警也有效地幫助了學(xué)生，真正意義上做到了教學(xué)相長(zhǎng)。

通過(guò)不斷改進(jìn)立體化教學(xué)模式及教學(xué)方法，極大地提高了學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的積極性及教學(xué)質(zhì)量。在線(xiàn)課堂作業(yè)問(wèn)答積分等形式，大幅度提升了學(xué)生的課堂參與度，極大地提升了學(xué)生在本領(lǐng)域的探究興趣及對(duì)本課程的深入思考程度，實(shí)現(xiàn)了與學(xué)生在課上課下都可以互動(dòng)、交流的模式，學(xué)生課堂表現(xiàn)非常好，出勤率也高。學(xué)生在課后分組學(xué)習(xí)時(shí)也十分積極認(rèn)真，與教師利用交流平臺(tái)不斷深入探討，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性與能動(dòng)性。

通過(guò)不斷完善考核體系，進(jìn)行立體化考核，采取綜合評(píng)分，不再單獨(dú)依賴(lài)教師的評(píng)分，也不再單獨(dú)依賴(lài)應(yīng)試分?jǐn)?shù)進(jìn)行評(píng)定，改變了學(xué)生普遍固有的學(xué)習(xí)和思維模式，使課程成績(jī)考核更加多元化，更加科學(xué)和系統(tǒng)。多方式、多角度、多途徑地全面評(píng)判學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，有效調(diào)動(dòng)了不同生物學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，切實(shí)地促進(jìn)了學(xué)生全面素質(zhì)的提升。通過(guò)結(jié)合立體化課程思政建設(shè)，切實(shí)增強(qiáng)了學(xué)生的家國(guó)情懷、責(zé)任意識(shí)、科學(xué)與人文精神及艱苦奮斗、團(tuán)隊(duì)協(xié)作及創(chuàng)新精神等。

經(jīng)過(guò)施行“水處理生物學(xué)”課程教學(xué)周期的完整運(yùn)行及教學(xué)改革創(chuàng)新，取得了顯著的教學(xué)效果，教學(xué)評(píng)價(jià)良好，學(xué)生反饋良好。以學(xué)生發(fā)展為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的各方面能力為教學(xué)理念，開(kāi)展“水處理生物學(xué)”課程相關(guān)建設(shè)，不僅進(jìn)一步推進(jìn)了學(xué)校新工科建設(shè)，更切實(shí)提高并綜合培養(yǎng)了學(xué)生的各方面能力。

本研究對(duì)北京建筑大學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課“水處理生物學(xué)”在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、評(píng)價(jià)機(jī)制等方面進(jìn)行了課程立體化建設(shè)初探。將國(guó)內(nèi)外教材的精華內(nèi)容進(jìn)行匯集整合，補(bǔ)充了實(shí)際典型案例，并結(jié)合課程思政，使學(xué)生既學(xué)習(xí)了先進(jìn)理念和方法，又對(duì)課程內(nèi)容有了更深入的了解。將多媒體技術(shù)與教學(xué)資源有機(jī)整合，形成了立體化教學(xué)方式，不僅提升了課程的教學(xué)質(zhì)量和授課效率，也更好地服務(wù)了專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。課程的考核方式更加立體化，重視每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，提升了“水處理生物學(xué)”課程的教學(xué)效果。因此，本文提出的關(guān)于“水處理生物學(xué)”課程的立體化建設(shè)具有一定的推廣價(jià)值，希望為其他課程的教學(xué)提供一定的參考。