基于“以學生為中心”的水污染控制工程課程教學改革與實踐

韓嚴和　梁存珍　王楠楠　劉美麗

［摘 要］立德樹人、潛心教書育人是教學的根本任務，水污染控制工程課程始終貫徹“以學生為中心”的教學理念，采取線上線下混合教學法，利用項目學習來加強對學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)，并且堅持持續(xù)改進，最終實現(xiàn)提高學生學習效果和教學質量的目的。

［關鍵詞］“以學生為中心”；立德樹人；水污染控制工程課程；復雜工程問題；持續(xù)改進

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）07-0041-03

水污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)的一門核心主干課程，具有很強的實用性，涉及的知識面較廣，涵蓋了物理、化學和生物等多門學科知識，對學生來說，學習難度較大。傳統(tǒng)的教學主要是以“老三中心”為主，即以教師、教材知識和課堂教學為中心[1]，學生處于被動接受的狀態(tài)，參與度、抬頭率不高，缺乏主動思考的動力。在信息化時代，學生獲取知識的渠道較廣，如何以學生的學習、學生的發(fā)展和學生的學習效果為中心（即“新三中心”）來探索教學改革已經(jīng)成為時代的必然[2]。在工程教育認證理念下，筆者所在的課程組根據(jù)水污染控制工程課程的畢業(yè)要求來設置教學目標，改變“老三中心”的教學模式，堅持將立德樹人、潛心教書育人作為教育的根本任務，貫徹“以學生為中心”的教學理念，采用線上線下混合教學法[3]，加強對學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)[4]，堅持持續(xù)改進[5]，提高學生的學習效果。

一、將課程思政融入教學，提高學生的愛國熱情

社會綠色發(fā)展需要的不僅是有專業(yè)能力的環(huán)保工程師，而且需要品德高尚、愛國敬業(yè)的專業(yè)人才。習近平總書記多次提到“綠水青山就是金山銀山”，即“兩山”理論，為環(huán)境工程專業(yè)學生的課程思政教育提供了切入點。將課程思政融入水污染控制工程課程教學，需要教師深挖專業(yè)特點、社會關注的熱點、中國古代相關科技的精神內涵，并將其自然融入課程，而不是脫離課程教學內容空談課程思政[6]。在進行工程項目案例教學過程中，引入環(huán)保政策、國家環(huán)保戰(zhàn)略和環(huán)保科技發(fā)展內容，使學生形成正確的價值觀和人生觀，將個人成長與國家科技進步緊密結合。引導學生應用專業(yè)知識辨別網(wǎng)絡信息，堅持實事求是的科學精神。實時引導學生建立民族自信，如講到混凝過程時，引入明礬的凈水過程，并指出明礬最早記載于《天工開物》，這種能夠將渾濁的水凈化為干凈可飲用水的工藝由我國最早發(fā)現(xiàn)使用，以此增強學生的民族自豪感。在講污水處理工藝時，以2020年春節(jié)疫情期間，十天建成的雷神山、火神山醫(yī)院污水處理系統(tǒng)為切入點，將醫(yī)院污水處理工藝作為一個項目學習的題目，要求學生根據(jù)病床數(shù)量、醫(yī)院污水的水質特點和設計規(guī)范來確定處理規(guī)模、工藝流程、經(jīng)濟技術合理性，同時根據(jù)云端傳播的工藝流程等來判斷自己工藝的優(yōu)劣。鍛煉學生在公共衛(wèi)生事件發(fā)生之初快速將自己所學回饋社會的能力。

二、依托信息化工具，構建線上線下混合教學模式

水污染控制課程線上線下混合教學模式如圖1所示。教師通過云班課、雨課堂等智慧教學工具發(fā)布課前教學任務、學習內容、學習資料等，學生通過平臺進行在線自主學習并開展互動討論，糾正自己對水污染控制工程概念、原理和影響規(guī)律的錯誤或者偏差認知。同時，通過完成測試作業(yè)來檢驗學習效果。教師根據(jù)學生討論和測試結果分析及掌握學生學習存在的問題，針對問題組織線下課程的教學重點內容，形成線上線下互補式的教學模式。

在課堂的教學過程中，教師結合課前在線學習效果的分析結果，融入適當?shù)墓こ探虒W案例，加深學生對水污染控制工程概念、原理和影響規(guī)律的理解與掌握。在課堂上針對學生認知有偏差的地方，進行引導式討論，使學生形成正確的共性認知，并通過雨課堂實時反饋功能進行效果檢驗，即通過案例教學、翻轉課堂、項目學習小組討論的模式激發(fā)學生的學習熱情，使學生從原來的被動學習變?yōu)橹鲃訉W習。

教師適時布置課后在線測試題、大作業(yè)等，學生通過撰寫作業(yè)和進行在線測試來鞏固學習效果，從而掌握相關概念、原理與影響規(guī)律在水污染控制工程項目中的實際應用，具備解決工程過程中出現(xiàn)的各種問題的能力。例如，讓學生查找水污染控制工程中存在的問題，并結合專業(yè)知識進行分析，進而提出解決方案，達到鍛煉學生知識應用能力的目的。為了鍛煉學生的創(chuàng)新能力，要求學生查閱近5年與水污染控制工程相關的外文文獻資料，并進行翻譯，同時安排高年級學生或者研究生對其進行指導。在結課調查中，學生提出水污染控制工程是他們查閱文獻最多的一門課程，鍛煉了他們查閱資料的能力、外文翻譯能力和對水污染控制工程前沿知識的把握能力。

在線教學平臺或小程序可及時反饋學生學習效果。教師可根據(jù)課前的反饋有針對性地改變課堂教學方法和策略，通過課中實時反饋及時掌握學生對知識的理解情況，從而對課程進行適時調整。線上線下混合教學能夠解決單純線上或者單純線下教學的問題，把線上和線下有機結合以提高教學效果，實現(xiàn)教學目標。

三、設置項目學習環(huán)節(jié)，提升學生解決復雜工程問題的能力

基于工程問題，設置項目學習環(huán)節(jié)，讓學生深度參與學習、自主制訂復雜問題的解決方案。在項目學習過程中，教師起輔助作用，學生為完成工程項目需要進行自主學習，并進行系統(tǒng)性總結和知識構建，這就克服了以教師為中心的教學方式的缺點，從而真正做到“以學生為中心”，項目學習有助于教師轉化角色，從表演者轉變成導演者。設置項目組長，優(yōu)化團隊管理方式，提高團隊管理水平，優(yōu)化項目學習考核制度，保證項目學習有效完成。

（一）項目學習任務發(fā)布

在課程教學中，教師將項目的題目、基礎資料和相關要求通過云班課發(fā)布，讓學生帶著問題去學習理論知識。課程結束前兩周，學生需要集中完成項目學習任務。教師結合自身的經(jīng)驗教授學生實際工程設計方法，比如如何收集資料和根據(jù)要求進行設計等，引導學生應用所學知識完成項目學習任務，從而培養(yǎng)學生工程設計所必備的能力。

（二）組建項目團隊

在實際設計工程中，需要團隊成員之間相互配合以完成項目學習任務。本課程通過分組組建項目團隊的方式開展教學，團隊成員合作學習，通過任務分解、合作溝通、難點探討以及通力合作，高效完成項目學習任務，形成高質量的項目學習成果，達到提升學生團隊協(xié)作能力、復雜問題解決能力。項目團隊由4～5名學生組成，要求學生打破性別小團體、班級小團體的限制，自愿組隊。

（三）項目設置和成果展示

一個教學班分成12～15組，一共3～4個項目，每4～5個組分配一個項目，學生要根據(jù)所給的水質、水量、行業(yè)政策和相關法律法規(guī)等限制因素，確定處理工藝流程，并進行詳細分析，對每一個單元進行設計計算，最后進行技術經(jīng)濟分析，如圖2所示。每個小組根據(jù)項目學習任務完成相關內容，并制作PPT向全體學生介紹設計依據(jù)和過程，分配有相同項目的小組作為專家提問，并要求答辯小組回答，同時，根據(jù)情況指出其中的不足，最后對答辯小組進行評分，這樣可以形成競爭性學習，提高學生學習的積極性和分析復雜問題的能力。

（四）項目學習成績評定

項目學習成績計入課程總成績，占比為20%。項目學習成績由三部分組成：一是對手打分，也就是完成相同項目的小組對答辯小組的評分，從而形成競爭性學習；二是組內成員打分，即組內成員集體協(xié)商給組內成員進行評分，但評分需要有5分及以上的分差，否則需要從總分中扣除10分，這主要是為了消除“搭便車”現(xiàn)象，也以此培養(yǎng)學生的協(xié)調能力、溝通能力和集體主義精神；三是教師評定的成績。這樣可以對項目學習的成果進行一個比較客觀的評價。

四、持續(xù)改進

持續(xù)改進是工程教育專業(yè)認證的三大基本理念之一，即評價—反饋—改進的循環(huán)改進機制。水污染控制工程課程的持續(xù)改進主要分為課內的持續(xù)改進和課外的持續(xù)改進。課內的持續(xù)改進主要是通過實時應答軟件和課前與課中的調查來掌握學生對知識理解的情況和能力鍛煉情況，及時糾正教學中的偏差。課外的持續(xù)改進主要是結合結課后的調查情況和考評結果分析需要采取的措施，用于后續(xù)課程教學的改進，以此提高教學質量，實現(xiàn)教學目標。

水污染控制工程根據(jù)課程畢業(yè)要求設置了4個教學目標，其中教學目標1是掌握水污染控制技術相關工藝原理及應用，教學目標2是具有初步解決水污染控制工程中復雜工程問題的能力，教學目標3是具有獲取與運用有關技術資料并建立相應模型的能力，教學目標4是具有環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策、法律、法規(guī)應用能力。課程組對某年級學生的4個教學目標達成情況進行了調查分析。從結果可以看出，教學目標2和3達成情況比較好，說明學生具備獲取與運用有關技術資料并建立相應模型的能力及環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策、法律、法規(guī)應用能力。但是教學目標1和2得分相對較低，在后續(xù)教學中需要強化對學生水污染控制技術工藝應用能力和初步解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)。對此，教師可以在課堂教學內容中更多地融入綜合性、復雜性、開放性題目或案例分析，并進行討論和點評。課程組針對課程教學采取了以下改進措施。

首先，讓學生在學習過程中主動參與，積極探索，帶著問題進行學習。在課堂教學過程中設置問題情景，培養(yǎng)學生解決問題、分析問題、設計方案、開展研究的能力，進一步增強學生的應用能力。

其次，進一步強化項目學習，著力培養(yǎng)學生運用工具書和知識的能力。設置復雜工程問題，引導學生應用數(shù)學模型來解決問題。

最后，采用校企雙教師的方式開展教學，增強學生工程實踐能力。邀請資深環(huán)保工程專家，給學生講授企業(yè)一線的水污染問題，提高學生的學習興趣和動力。

改進措施實施前后兩屆學生的4個教學目標平均值如表1所示，通過持續(xù)改進提高了教學目標1和2的達成情況，但是教學目標3和4的達成度較低，這也說明僅僅依靠課堂有限的時間開展教學，容易出現(xiàn)顧此失彼的情況。因此，后續(xù)需要增加學生課后時間的投入。

五、總結

“以學生為中心”是高校教學的初衷和使命，除了要對學生的技能進行培養(yǎng)，還要對學生的價值觀進行塑造。在信息快速發(fā)展的時代，人才的培養(yǎng)對教學提出了更高要求，這就需要高校持續(xù)不斷改進教學方法。水污染控制工程課程主要采用項目學習的方式來鍛煉學生解決復雜工程問題的能力，最終通過持續(xù)改進實現(xiàn)真正的“以學生為中心”的教學目標。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 陳凡.以學生為中心的教學何以可能：基于51所大學本科課堂現(xiàn)狀的實證研究[J].高等教育研究，2017：38（10）：75-82.

[2] 趙炬明.論新三中心：概念與歷史：美國SC本科教學改革研究之一[J].高等工程教育研究，2016（3）：35-56.

[3] 王藝璇，滕洪輝，湯茜，等.后疫情時代環(huán)境類課程“線上+線下”教學模式探索[J].山東化工，2021，50（2）：213-214.

[4] 劉美麗，陳家慶，韓嚴和.工程教育專業(yè)認證背景下流體力學課程改革與實踐[J].大學教育，2020（2）：17-19.

[5] 張海涵，黃廷林，朱陸莉.持續(xù)改進在環(huán)境工程專業(yè)認證中的位置和作用機制：以西安建筑科技大學為例[J].大學教育，2021（5）：43-48.

[6] 陳佼，陸一新.“課程思政”理念下的《水污染控制工程》教學改革探討[J].科技創(chuàng)新導報，2019，16（29）：191-193.

［責任編輯：蘇祎穎］