“水污染控制工程”課程建設(shè)與教學(xué)改革探索

陳 一，何 強(qiáng)，許 勁

（重慶大學(xué) 環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，重慶 400044）

引言

水是生命的源泉，工業(yè)的血脈，城市的命脈。隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)、美麗中國(guó)建設(shè)等重大戰(zhàn)略的全面推進(jìn)，對(duì)水環(huán)境質(zhì)量提升，特別是水污染防治提出了新的要求?！吨腥A人民共和國(guó)水污染防治法》的頒布與修訂，強(qiáng)化了水污染控制領(lǐng)域相關(guān)人才知識(shí)能力培養(yǎng)的重要性與緊迫性，應(yīng)將水污染控制相關(guān)課程納入高等教育、職業(yè)教育和技術(shù)培訓(xùn)?！八廴究刂乒こ獭笔且婚T采用科學(xué)和工程技術(shù)的方法，解決與污水處理及回用相關(guān)的問題，并最終以與環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的方式保護(hù)水環(huán)境、水資源和公共健康，維持社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的學(xué)科?！八廴究刂乒こ獭笔黔h(huán)境工程專業(yè)的必修核心專業(yè)課程，緊扣國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù)需求，具有理論與工程實(shí)踐并重特性，堅(jiān)持立德樹人，遵循以學(xué)生發(fā)展為中心的教育理念［1-2］。因此，如何提高“水污染控制工程”教學(xué)的育人質(zhì)量，是適應(yīng)新時(shí)代高等教育立德樹人新要求的重要課題［3］。

一、“水污染控制工程”課程教學(xué)面臨的主要問題

在生態(tài)文明建設(shè)需求與新工科建設(shè)背景下，水污染控制工程面臨著新挑戰(zhàn)，水環(huán)境問題呈現(xiàn)系統(tǒng)性、復(fù)雜性，綜合治理難度遠(yuǎn)超以往，再加上課程的實(shí)踐性、綜合性與學(xué)科交叉特性，沿用傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生難以掌握水污染控制的系統(tǒng)性知識(shí)，制訂處理工藝方案和系統(tǒng)解決方案的能力較弱。在課程教學(xué)中亟待解決的重點(diǎn)問題有以下幾方面。

（一）課程教學(xué)目標(biāo)不完整

水污染控制工程包含控制理論與控制工程兩部分，在教學(xué)中應(yīng)做到理論與工程實(shí)踐并重，讓學(xué)生能夠運(yùn)用其理論和方法解決環(huán)境領(lǐng)域面臨的復(fù)雜工程問題。然而，目前本課程教學(xué)目標(biāo)存在兩極分化的現(xiàn)象，理科類院校重理論輕實(shí)踐［4］，工科類院校重實(shí)踐輕理論，均不利于新工科建設(shè)背景下復(fù)合型工程科學(xué)人才的培養(yǎng)。

（二）課堂內(nèi)容滯后于科技發(fā)展

現(xiàn)代科技發(fā)展迅速，水污染控制新原理、新技術(shù)層出不窮，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)更新速度快。然而，目前使用教材內(nèi)容普遍滯后，與國(guó)家重大需求、世界科技前沿存在代差，理論與實(shí)踐脫節(jié)；課堂理論學(xué)時(shí)普遍壓縮減少，知識(shí)碎片化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重［5］。

（三）實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能

課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“水污染控制工程”課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，但學(xué)生對(duì)實(shí)際工藝?yán)斫獠簧?，難以將設(shè)計(jì)理念與工藝運(yùn)行有效結(jié)合；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在規(guī)范操作層面成效顯著，但缺乏綜合訓(xùn)練和創(chuàng)新訓(xùn)練，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

二、課程教學(xué)改革思路

（一）明確適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)目標(biāo)

工程教育是我國(guó)高等教育的重要組成部分，工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是培養(yǎng)與社會(huì)相適應(yīng)人才的基本路徑［6］。“水污染控制工程”課程作為環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)本科教學(xué)的專業(yè)主干課程和必修課程，培養(yǎng)學(xué)生作為水處理工程師的專業(yè)素養(yǎng)，掌握水污染控制領(lǐng)域的基本理論、專門知識(shí)和基本技能，熟悉并能正確運(yùn)用水處理工程設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與手冊(cè)，具備水處理工藝設(shè)計(jì)計(jì)算與圖紙繪制的能力，為學(xué)生能夠順利完成畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，并開展污水處理相關(guān)的科學(xué)研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）完善并更新課程內(nèi)容

根據(jù)學(xué)科最新發(fā)展趨勢(shì)和專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，定期修訂教學(xué)大綱和考試大綱，更新知識(shí)體系，確保課堂教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和前沿性［1，7］；注重經(jīng)典與現(xiàn)代銜接，結(jié)合國(guó)家重大工程，通過案例研討，將最新科研成果及前沿科學(xué)問題融入教學(xué)，開闊學(xué)生學(xué)科視野，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和探索精神；結(jié)合國(guó)內(nèi)外專業(yè)教材、專著及國(guó)內(nèi)外最新研究成果，增加污水處理碳中和與能源回收等內(nèi)容，提高課程的高階性和挑戰(zhàn)度；有機(jī)融合課程思政內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生價(jià)值塑造的同頻共振，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)獲得感和素養(yǎng)能力，形成“知水、樂水、愛水”的“水污染控制工程”課程的核心價(jià)值觀。

（三）構(gòu)建現(xiàn)代化信息技術(shù)教學(xué)系統(tǒng)

構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）和App（雨課堂、藍(lán)墨云、問卷星、Adobe Connect）等現(xiàn)代化信息技術(shù)教學(xué)系統(tǒng)，通過學(xué)院國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生對(duì)污水處理流程及各工藝設(shè)備構(gòu)造進(jìn)行情境體驗(yàn)型學(xué)習(xí)。利用現(xiàn)代化信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)云班課、翻轉(zhuǎn)課堂、移動(dòng)教學(xué)及智能設(shè)備教學(xué)等，讓學(xué)生形成帶著問題進(jìn)課堂的思維模式和行為習(xí)慣。針對(duì)課程重點(diǎn)和難點(diǎn)，充分利用教學(xué)互動(dòng)過程中生成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能化系統(tǒng)分析、聯(lián)動(dòng)分析和對(duì)比分析，驅(qū)動(dòng)智慧教學(xué)不斷優(yōu)化與完善，讓課程教育完成從“經(jīng)驗(yàn)互動(dòng)”到“數(shù)據(jù)互動(dòng)”。

三、課程教學(xué)改革探索

（一）完善課程教學(xué)目標(biāo)

在國(guó)家深化教育改革的背景下，教育模式由工程技術(shù)型逐漸向工程科學(xué)型轉(zhuǎn)變，科學(xué)與工程并重，培養(yǎng)能夠融合科學(xué)發(fā)現(xiàn)與工程技術(shù)的工程科學(xué)人才是本課程的人才培養(yǎng)目標(biāo)。本課程在傳統(tǒng)上是培養(yǎng)學(xué)生作為水處理工程師所需的專業(yè)素養(yǎng)為目標(biāo)。隨著社會(huì)對(duì)科學(xué)能力與創(chuàng)新人才的需求，工程教育將科學(xué)研究能力與素養(yǎng)也納入了專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求當(dāng)中，以期通過課程的開設(shè)為污水處理領(lǐng)域相關(guān)的學(xué)術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。因此，通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生具備以下能力：（1）通過對(duì)水污染控制專業(yè)技術(shù)方法與工程知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握水污染控制工程的典型技術(shù)原理，認(rèn)識(shí)水污染防治工程問題的復(fù)雜性，通過水污染控制系統(tǒng)方案比選與工藝設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒗碚撝R(shí)用于水污染治理領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的新技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計(jì)；（2）在水污染控制領(lǐng)域，夯實(shí)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和環(huán)境工程的理論基礎(chǔ)的能力，結(jié)合課堂實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、描述、判斷并定性定量分析典型水處理領(lǐng)域的關(guān)鍵性問題，理解實(shí)驗(yàn)研究在水污染控制過程中的意義和作用，并具有水處理技術(shù)方法的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究能力；（3）了解社會(huì)需求、國(guó)家政策和法規(guī)，熟悉水污染控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范手冊(cè)，能根據(jù)復(fù)雜的水污染控制工程問題的目標(biāo)，提出有針對(duì)性的設(shè)計(jì)/開發(fā)方案，尤其是新型城鎮(zhèn)化過程中的水污染控制復(fù)雜問題中的系統(tǒng)、單元或工藝流程設(shè)計(jì)方案；（4）結(jié)合相關(guān)工程背景知識(shí)，優(yōu)化水污染控制方案與工藝設(shè)計(jì)，降低或避免水污染控制工程設(shè)計(jì)、建設(shè)與運(yùn)行管理過程對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響［8］。

（二）優(yōu)化課程教學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)與內(nèi)容

針對(duì)環(huán)境專業(yè)的學(xué)生，開展學(xué)習(xí)特征的調(diào)研工作，通過多方位的結(jié)果分析，全面了解學(xué)生的公共基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備以及學(xué)習(xí)需求；深入分析政府部門、行政單位、事業(yè)單位、設(shè)計(jì)院、企業(yè)及科研院所需要的人才在本課程的知識(shí)內(nèi)容、工程技術(shù)能力及綜合素質(zhì)方面的具體需求；梳理并分析本課程的知識(shí)點(diǎn)與環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科下其他公共基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)的互補(bǔ)性與教學(xué)進(jìn)度的銜接，確定本課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)需求及統(tǒng)籌布局。從以下三方面系統(tǒng)分析其知識(shí)點(diǎn)互補(bǔ)性及交叉關(guān)聯(lián)性，優(yōu)化并重構(gòu)符合本專業(yè)課程特點(diǎn)的“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容體系：（1）現(xiàn)有課程教材《水污染控制工程》、《排水工程（下）》（第五版）等教材的具體知識(shí)點(diǎn)；（2）公共基礎(chǔ)課程“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)化學(xué)”等各課程中的基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)；（3）環(huán)境學(xué)科下“畫法幾何”“工程制圖與計(jì)算機(jī)繪圖”“流體力學(xué)”“物理化學(xué)”“環(huán)境監(jiān)測(cè)”“環(huán)境工程微生物學(xué)”“環(huán)境工程原理”“排水管網(wǎng)與泵站”“工程力學(xué)”“工程地質(zhì)與水文地質(zhì)”“環(huán)境水化學(xué)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程中支撐的本課程基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)。針對(duì)環(huán)境專業(yè)的學(xué)科特色、課程特點(diǎn)、就業(yè)需求與專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，系統(tǒng)分析前序各課程知識(shí)點(diǎn)在本課程理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的銜接與交叉情況，合理安排課程知識(shí)框架設(shè)計(jì)方法，按照水污染控制工程“理論—方法—技術(shù)”為遞進(jìn)邏輯主線，以“緒論、反應(yīng)器理論、均化、固液分離、化學(xué)混凝、吸附、活性污泥法、生物膜法、污水生物除磷脫氮與再生水回用、污泥處理與處置”為主要課程教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充污水處理碳中和與能源回收等國(guó)家重大需求與國(guó)際學(xué)術(shù)前沿相關(guān)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)大綱中的知識(shí)框架進(jìn)行優(yōu)化，并完善其框架下的教學(xué)要求與知識(shí)點(diǎn)，修訂教學(xué)大綱。

（三）創(chuàng)新教學(xué)組織實(shí)施

“水污染控制工程”理論教學(xué)按照2學(xué)時(shí)課堂教學(xué)節(jié)奏進(jìn)行課程內(nèi)容設(shè)計(jì)，以污水處理理論與工程技術(shù)的基本原理為起點(diǎn)，按照典型水污染、水質(zhì)指標(biāo)、水污染控制的物化和生化原理、技術(shù)措施和設(shè)計(jì)計(jì)算為主線，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)和研討，重點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生制定工藝方案，幫助學(xué)生掌握水污染綜合分析和全流程質(zhì)量控制。通過問題導(dǎo)向式教學(xué)和研究型學(xué)習(xí)，讓學(xué)生成為主動(dòng)學(xué)習(xí)者，提高學(xué)生教學(xué)參與度；通過理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生分析復(fù)雜環(huán)境問題的能力與實(shí)踐創(chuàng)新的能力；結(jié)合相關(guān)的工程案例，做到追根溯源，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；分析突發(fā)水環(huán)境污染，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保情懷和奉獻(xiàn)精神；定期邀請(qǐng)行業(yè)專家進(jìn)課堂，培養(yǎng)學(xué)生的工程師職業(yè)素養(yǎng)。在課堂外，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以多種貼近學(xué)生的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)資源的推送和課外指導(dǎo)，將課程內(nèi)容延伸到課外，激發(fā)學(xué)生的探索欲望和創(chuàng)新精神；通過需求導(dǎo)向開設(shè)專題講座，引入水處理前沿技術(shù)。

（四）打造“智慧+專業(yè)課”新模式

針對(duì)教學(xué)中學(xué)生對(duì)污水處理工藝及構(gòu)筑物難以建立“立體化”系統(tǒng)思維，造成對(duì)實(shí)際構(gòu)筑物與工藝?yán)斫獠簧畹膯栴}，可通過開發(fā)虛擬仿真軟件系統(tǒng)平臺(tái)，進(jìn)行線上教學(xué)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)分析軟件、大型分析儀器、典型污水處理廠、單體構(gòu)筑物及泵3D素材等“可視化”教學(xué)，同時(shí)利用工程設(shè)備展示相結(jié)合開展“體驗(yàn)式”教學(xué)，讓學(xué)生“身臨其境”。針對(duì)專業(yè)教學(xué)模式存在的“一對(duì)多”，上課教學(xué)節(jié)奏主要通過教師經(jīng)驗(yàn)判斷的問題，通過使用現(xiàn)代化信息技術(shù)教學(xué)系統(tǒng)（雨課堂、藍(lán)墨云、問卷星、Adobe Connect）等，可線上支持課堂隨測(cè)，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)多人高效互動(dòng)、答疑彈幕及大數(shù)據(jù)分析等，助理教學(xué)過程從“經(jīng)驗(yàn)互動(dòng)”到“數(shù)據(jù)互動(dòng)”，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)課程教學(xué)環(huán)境的智慧賦能。

（五）建立綜合考核評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)教學(xué)考核僅注重結(jié)果管理，導(dǎo)致學(xué)生也普遍只注重理論知識(shí)的掌握，靠考前臨時(shí)復(fù)習(xí)應(yīng)對(duì)考試，往往考試結(jié)束后對(duì)所學(xué)知識(shí)迅速遺忘。課程應(yīng)理論與實(shí)踐并重，采用“過程性評(píng)價(jià)”考核方式，注重學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力的綜合測(cè)評(píng)。理論課程成績(jī)由作業(yè)與課堂研討（30%～40%）、理論考試（60%～70%）組成，課程設(shè)計(jì)與專業(yè)實(shí)驗(yàn)成績(jī)采用等級(jí)制單獨(dú)計(jì)算。通過作業(yè)和課堂研討，考查學(xué)生識(shí)別、描述、分析及表達(dá)環(huán)境問題的能力；通過理論考試，測(cè)評(píng)學(xué)生在專業(yè)知識(shí)應(yīng)用及分析解決復(fù)雜水環(huán)境問題的能力；通過課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)，衡量學(xué)生整合反思和團(tuán)隊(duì)協(xié)作溝通交流的能力。通過考核方式的改革與優(yōu)化，建立反饋學(xué)習(xí)效果的全生命周期評(píng)估體系，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生綜合能力的系統(tǒng)化考核，提升學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的全面掌握和深度理解。

結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家全面推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、美麗中國(guó)建設(shè)等戰(zhàn)略部署下，水污染防治受到高度重視?！八廴究刂乒こ獭闭n程作為高等院校環(huán)境類專業(yè)本科教學(xué)的主干課程之一，其建設(shè)與改革方向應(yīng)以適應(yīng)未來水污染控制相關(guān)的工作崗位能力需要的工程科學(xué)人才培養(yǎng)為主線，加強(qiáng)傳統(tǒng)課程教學(xué)環(huán)境的智慧賦能，以多方位的課程教學(xué)改革為依托，激發(fā)學(xué)生探索欲望和創(chuàng)新精神，全面提升學(xué)生的水污染控制知識(shí)掌握、專業(yè)技術(shù)能力與科學(xué)素養(yǎng)，塑造“知水、樂水、愛水”的水污染控制課程的核心價(jià)值觀，培養(yǎng)具有良好的科學(xué)素養(yǎng)、具備解決水污染控制工程關(guān)鍵性復(fù)雜問題的工程科學(xué)人才。