基于新工科人才培養(yǎng)的“水處理微生物學(xué)”教學(xué)改革探討

葉金宇 趙青青 宋亞麗 薛向東

摘 要：隨著工程教育的全球化和對高素質(zhì)工程人才日益迫切，復(fù)合型新工科人才的培養(yǎng)已成為教學(xué)改革的核心。在給排水科學(xué)與工程專業(yè)中，核心課程如水處理微生物學(xué)的教學(xué)策略也亟待與時俱進(jìn)。本文分析了水處理微生物學(xué)課程的最新發(fā)展趨勢，并結(jié)合新工科背景，提出了一系列教學(xué)方案、教學(xué)方法和培養(yǎng)模式的創(chuàng)新策略。同時，還對課程的考核方式進(jìn)行了探討和建議，旨在更好地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。這些建議不僅注重培養(yǎng)學(xué)生的問題解決技巧、工程思維和項目管理能力，更旨在打造一個注重實踐與創(chuàng)新的學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)出未來工程領(lǐng)域的先鋒人才。

關(guān)鍵詞：水處理微生物學(xué)；新工科；教學(xué)改革；給排水科學(xué)與工程

Abstract：With the globalization of engineering education and the increasing urgency for highquality engineering talents，the cultivation of compound new engineering talents has become the core of teaching reform.In the field of water supply and drainage science and engineering，core courses such as water treatment microbiology urgently need to keep pace with the times in teaching strategies.This paper analyzes the latest development trends of the water treatment microbiology course and，in the context of the new engineering background，proposes a series of innovative strategies for teaching plans，teaching methods，and training models.At the same time，the assessment methods of the course are discussed and suggested，aiming to better evaluate students' learning outcomes.These suggestions not only focus on cultivating students' problemsolving skills，engineering thinking，and project management capabilities but also aim to create a learning environment that emphasizes practice and innovation，cultivating the pioneers of the future engineering field.

Keywords：Water Treatment Microbiology；New Engineering；Teaching Reform；Water Supply and Drainage Science and Engineering.

一、概述

自2017年起，教育部通過“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”等系列高校合作措施，大力推動新工科課程的建設(shè)［1］。這些措施響應(yīng)了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，旨在深入探索工科教育的新模式，為我國的科技強(qiáng)國戰(zhàn)略提供有力支撐［2］。在這一進(jìn)程中，教育部門不僅加強(qiáng)了對新興工科學(xué)科的支持和研究，還對傳統(tǒng)工科學(xué)科的教育方法和形式進(jìn)行了深度改革。作為工科核心專業(yè)之一的給排水科學(xué)與工程，為我國的水務(wù)和市政領(lǐng)域培育了眾多杰出人才［3］。然而，隨著水工程領(lǐng)域項目的日益復(fù)雜化，對給排水科學(xué)與工程人才的培養(yǎng)模式也面臨新的考驗。因此，持續(xù)優(yōu)化給排水科學(xué)與工程學(xué)科的教學(xué)策略并全面提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，已經(jīng)成為適應(yīng)新工科建設(shè)需求的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

水處理微生物學(xué)作為排水科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，為學(xué)生揭示了水中微生物與水處理技術(shù)之間的緊密互動。該課程內(nèi)容豐富，不僅涵蓋了微生物學(xué)的基礎(chǔ)概念，還探討了污染物在生物分解與轉(zhuǎn)化中的作用、水質(zhì)的生物安全性及其監(jiān)測技術(shù)，以及微生物學(xué)的研究方法［4］。在新工科背景下，對水處理微生物學(xué)課程的達(dá)成要求具有明確的指向性要求。首先，學(xué)生應(yīng)具備對水處理中常見微生物類型的認(rèn)知，能夠系統(tǒng)地描述病毒、細(xì)菌、原生動物及微型后生動物的生物學(xué)特性、生態(tài)位、繁殖策略等，并能夠運(yùn)用關(guān)于細(xì)菌的生理特性、代謝途徑、生態(tài)適應(yīng)性及遺傳變異的相關(guān)理論知識。其次，學(xué)生應(yīng)能夠?qū)⑽⑸飳W(xué)的基礎(chǔ)理論與實踐相結(jié)合，具體應(yīng)用于污水的生物處理、飲用水的微生物處理及消毒等實際工程領(lǐng)域，并對相關(guān)的微生物學(xué)原理和處理技術(shù)有深入的掌握。最后，面對污水處理和飲用水處理中的實際工程問題，學(xué)生應(yīng)能從微生物學(xué)的角度提出創(chuàng)新性的解決方案。這些要求不僅突顯了新工科教育背景下對學(xué)生實際應(yīng)用能力的強(qiáng)調(diào)，而且也反映了當(dāng)前工科教育的趨勢和方向［5］。因此，課程的結(jié)構(gòu)設(shè)計、教學(xué)方法和考核方式的策略性選擇對學(xué)生工程實踐能力提高的培養(yǎng)模式創(chuàng)新以及課程評估的科學(xué)性都是當(dāng)前教育研究的焦點。

鑒于上述背景和挑戰(zhàn)，本文旨在探討新工科背景下，對水處理微生物學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革探索，以期培養(yǎng)學(xué)生的實際工程應(yīng)用能力。本文通過從教學(xué)方法的多元化、培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和考核方式的革新等關(guān)鍵維度出發(fā)，提出一系列具體的教學(xué)策略和建議。這些建議不僅旨在更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維，還希望為他們在未來的工程領(lǐng)域中發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用提供堅實的基礎(chǔ)。希望本研究能為相關(guān)領(lǐng)域的教育工作者提供有益的參考，并推動水處理微生物學(xué)課程的持續(xù)創(chuàng)新和完善。

二、教學(xué)方案的優(yōu)化

近年來，水處理微生物學(xué)領(lǐng)域經(jīng)歷了飛速的理論和技術(shù)進(jìn)展。隨著新技術(shù)和方法的不斷涌現(xiàn)，研究成果在給排水科學(xué)與工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為適應(yīng)這種變化并滿足培養(yǎng)具備強(qiáng)大工程實踐能力、創(chuàng)新能力和國際競爭力的高素質(zhì)新工科人才的需求，亟須對水處理微生物學(xué)的教學(xué)方案進(jìn)行深度的改革。這種改革應(yīng)緊跟學(xué)科的最新發(fā)展，不僅傳授基礎(chǔ)知識，還要拓展學(xué)生的視野，并培養(yǎng)其實踐和創(chuàng)新能力。但如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)確保教學(xué)的系統(tǒng)性和完整性，同時涵蓋學(xué)科的最新進(jìn)展，是一個待解決的挑戰(zhàn)。為此，建議在教學(xué)內(nèi)容中整合國際學(xué)術(shù)前沿、最新研究成果和實踐工程案例，使內(nèi)容更加豐富和實用。這樣不僅可以避免對某些基礎(chǔ)知識的過度強(qiáng)調(diào)，還能增強(qiáng)學(xué)生對實際應(yīng)用技術(shù)的理解。此外，建議將教學(xué)模式從傳統(tǒng)的教師中心轉(zhuǎn)變?yōu)楦⒅貙W(xué)生參與的模式，以提高教學(xué)質(zhì)量并更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。同時，各個章節(jié)的內(nèi)容應(yīng)融合學(xué)科最新的研究成果和工程實例，以滿足模塊化、立體化教學(xué)的需求，確保在有限的時間內(nèi)提供高質(zhì)量的教學(xué)。

在新工科教育背景下，對學(xué)生的工程素質(zhì)和實踐能力的培養(yǎng)受到了前所未有的重視。為此，在理論與實驗教學(xué)中，對工程應(yīng)用內(nèi)容的深度和廣度都有了更高的要求。尤其是在水處理微生物學(xué)的教學(xué)中，其具體知識和原理都需進(jìn)行深入、細(xì)致的探討。為了提升教學(xué)效果，應(yīng)系統(tǒng)地收集和整理國內(nèi)外的杰出教材，并引入創(chuàng)新的多媒體素材，如圖片和動畫，從而優(yōu)化課堂幻燈片的展示效果。為進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的實踐能力，應(yīng)組織學(xué)生分組研究使用微生物技術(shù)進(jìn)行污水處理的實際工程項目。學(xué)生需要自行通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫查找環(huán)境微生物學(xué)的相關(guān)資料，并進(jìn)行匯總和分析，最終制作出專題幻燈片。每組都會選出代表或自薦者在大課上分享他們的研究成果，這不僅加深了他們對工程知識的理解，還為他們后續(xù)的實習(xí)活動打下了堅實的基礎(chǔ)。此外，還需要定期邀請具有豐富實踐經(jīng)驗的企業(yè)專家為學(xué)生開設(shè)講座，旨在加強(qiáng)學(xué)校與水處理行業(yè)的聯(lián)系，幫助學(xué)生及時了解行業(yè)最新動態(tài)，并激發(fā)他們對水處理微生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。

三、教學(xué)方法的多元化

本課程應(yīng)以學(xué)生的全面發(fā)展為核心，旨在確保知識、思維和人格三者之間的協(xié)同進(jìn)展［6］。為滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求，教學(xué)方法應(yīng)多元化，包括啟發(fā)式、探究式、討論式和參與式等方式，以促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和批判性思維。團(tuán)隊學(xué)習(xí)和案例分析也是教學(xué)的重要組成部分，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。例如，在探討活性污泥中的硝化細(xì)菌時，可以先深入了解其生態(tài)分布和生理特性，然后詳細(xì)分析其在氮循環(huán)中的作用，以及如何在實際工程中將其效果最大化。這種教學(xué)方式旨在將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生更好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識。為適應(yīng)現(xiàn)代教育趨勢，建議采用線上線下混合式教學(xué)模式，結(jié)合在線教學(xué)的便利性和傳統(tǒng)教學(xué)的深入性，為學(xué)生提供更加豐富的學(xué)習(xí)體驗。同時，評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程也十分關(guān)鍵，應(yīng)確保評價方式的多樣性和公正性，從而更好地推動學(xué)生的全面成長。

水處理微生物學(xué)與實際的污水處理緊密相連。為確保學(xué)生深入掌握理論知識并能在實際工作中應(yīng)用，建議在本課程中引入污水處理廠的現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)將使學(xué)生有機(jī)會直接進(jìn)入污水處理廠，親歷真實生產(chǎn)環(huán)境，觀察微生物在污水處理中的應(yīng)用。這種實地教學(xué)可以幫助學(xué)生直觀地領(lǐng)會微生物學(xué)的關(guān)鍵概念，例如微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生長控制及其代謝功能，并將所學(xué)理論與實際應(yīng)用技術(shù)結(jié)合起來。這不僅有望加深學(xué)生對理論的理解，還可以鍛煉他們的實際工程操作和問題解決能力。為進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)，建議將基礎(chǔ)知識與實際應(yīng)用案例相結(jié)合。這種策略鼓勵學(xué)生遵循“理論—實踐—再理論—再實踐”的學(xué)習(xí)模式，深化對理論與實踐關(guān)系的認(rèn)識。另外，利用現(xiàn)代教育技術(shù)，建議采用“虛實結(jié)合”的教學(xué)方式。通過虛擬仿真實驗，學(xué)生可以在模擬環(huán)境中分析污水處理流程，識別問題并提出改進(jìn)措施。這不僅有望增強(qiáng)學(xué)生對微生物污水處理的了解，還有助于提升他們在工藝流程調(diào)整和控制上的技能，進(jìn)一步培養(yǎng)其實踐和創(chuàng)新能力。

四、培養(yǎng)模式的創(chuàng)新

在當(dāng)前的高等學(xué)校教育趨勢中，產(chǎn)業(yè)、教學(xué)和研究的融合已經(jīng)成為核心策略［7］。為此，水處理微生物學(xué)課程應(yīng)當(dāng)緊扣“學(xué)生中心，產(chǎn)出導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念，充分利用地方的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，將該課程與地方產(chǎn)業(yè)的相關(guān)工程項目建立深度合作關(guān)系。這樣的合作方式不僅可以構(gòu)建一個多元化的協(xié)同培養(yǎng)體系，還能確保課程內(nèi)容與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高度匹配［8］。同時，建議水處理微生物學(xué)課程應(yīng)深入融入項目式學(xué)習(xí)，與當(dāng)?shù)氐乃畡?wù)、市政和環(huán)保企業(yè)建立緊密的合作關(guān)系，為學(xué)生提供實習(xí)機(jī)會，鼓勵學(xué)生參與污水處理工藝的選擇、活性污泥的培養(yǎng)，使他們在真實的工作環(huán)境中應(yīng)用所學(xué)，進(jìn)一步增強(qiáng)其實操技能，真正做到“學(xué)以致用”。此外，跨學(xué)科合作也是一個不可忽視的方面，例如，鼓勵學(xué)生與化學(xué)和環(huán)境工程等學(xué)科的學(xué)生共同解決問題，以培養(yǎng)他們的團(tuán)隊合作精神和跨學(xué)科思維。定期的實際水處理案例分析可以幫助鍛煉學(xué)生的批判性思維和問題解決能力。最后，在水處理微生物學(xué)課程設(shè)計中，我們應(yīng)當(dāng)充分利用科研成果，將其融入教學(xué)中。例如，課程團(tuán)隊在研究中取得的關(guān)于活性污泥和厭氧氨氧化菌的成果，可以作為教學(xué)案例和素材為學(xué)生提供實際參考。為了進(jìn)一步強(qiáng)化科研與教學(xué)的結(jié)合，還可以考慮實施“雙向選擇、雙導(dǎo)師制、雙重身份、雙方評價”的培養(yǎng)模式，從而構(gòu)建一個實踐與理論相結(jié)合的教學(xué)體系。這樣的模式不僅能夠促進(jìn)教學(xué)與科研之間的緊密互動，還能確保課程團(tuán)隊的學(xué)術(shù)研究成果能夠為教學(xué)提供有力支撐，進(jìn)而為學(xué)生帶來更加深入和實際的學(xué)習(xí)體驗。

五、考核方式的革新

當(dāng)前，傳統(tǒng)的課程考核方式已不完全適應(yīng)素質(zhì)教育的需求，可能導(dǎo)致學(xué)生在基礎(chǔ)知識掌握和專業(yè)領(lǐng)域的綜合應(yīng)對能力上存在不足。特別是對于注重應(yīng)用性和工程實踐能力的課程，如水處理微生物學(xué)，需要探索和建立更為合理和科學(xué)的考核體系。目前，水處理微生物學(xué)課程的考核大多集中在傳統(tǒng)的筆試上，這主要關(guān)注學(xué)生對理論知識的掌握，但很難全面評估學(xué)生在實踐中的應(yīng)用能力。為了更全面地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，建議采用綜合考核方法，既考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識，也考查其在工程實踐中的應(yīng)用能力?；A(chǔ)知識的考核可以繼續(xù)采用傳統(tǒng)方式，如平時成績（作業(yè)）、課堂提問、期中測試和期末考試等，以實現(xiàn)對學(xué)生知識的多次、深入的評估。而工程應(yīng)用能力的考核則應(yīng)重點關(guān)注學(xué)生如何將所學(xué)知識應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，例如，可以通過大型作業(yè)或項目的形式，評估學(xué)生在水質(zhì)評估、污水處理工藝流程選擇和生產(chǎn)安全保障等方面的綜合能力，從而更加全面地培養(yǎng)和評估學(xué)生的實際應(yīng)用能力。

結(jié)語

在新工科背景下，高等教育人才培養(yǎng)的模式正在經(jīng)歷深刻的變革，其中實踐環(huán)節(jié)被視為培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于水處理微生物學(xué)這一課程，其核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生能夠綜合運(yùn)用科學(xué)理論和技術(shù)手段，從而有效地分析和解決實際污水處理工程問題。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，本文從四個維度出發(fā)：優(yōu)化教學(xué)方案、采用多元化的教學(xué)方法、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和革新考核方式，對水處理微生物學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討。此外，為確保教學(xué)內(nèi)容與實際需求保持同步，需持續(xù)關(guān)注水處理微生物領(lǐng)域的國內(nèi)外教育趨勢，深入了解相關(guān)行業(yè)對人才的具體需求以及國際發(fā)展動態(tài)。這樣，才能確保培養(yǎng)出的給排水科學(xué)與工程學(xué)畢業(yè)生不僅具備國際化的視野，還擁有扎實的工程素養(yǎng)，從而為推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。

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基金項目：浙江科技學(xué)院課程思政教學(xué)研究項目（2023ksj3）；浙江科技學(xué)院教學(xué)研究與改革一般項目（2022jg39）；浙江科技學(xué)院研究生教學(xué)研究項目（2021 yjsjg01）

作者簡介：葉金宇（1991— ），男，黑龍江牡丹江人，博士研究生，講師，主要從事水污染控制方向的教學(xué)與科研；趙青青（1994— ），女，河南新鄉(xiāng)人，博士研究生，講師，主要從事飲用水處理方向的教學(xué)與科研；宋亞麗（1974— ），女，吉林公主嶺人，博士研究生，教授，主要從事地表水處理的教學(xué)與科研工作；薛向東（1971— ），男，江蘇銅山人，博士研究生，教授，主要從事固體廢棄物處理處置的教學(xué)與科研工作。