課程思政背景下膜處理法教學改革與實踐

趙東升，徐俊，蔣耿民，張怡文，魯菁，楊仕偉，樊碗麗

(1.南陽師范學院 土木建筑工程學院，河南 南陽 473061；2.中國海洋大學 環(huán)境科學與工程學院，山東 青島 266100)

0 引言

2020 年5 月，教育部印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知，要求各高校全面推進課程思政建設。將思政教育內(nèi)容寓于專業(yè)課程教學是高校課程思政建設的關鍵內(nèi)容[1]。水質(zhì)工程學作為給排水科學與工程專業(yè)的核心課程之一，目前的教學設計還未能與課程思政建設有效匹配和同步更新[2-4]。膜處理法課程單元是水質(zhì)工程學課程的重要組成部分，也是該課程最具時代特色的內(nèi)容之一，教學內(nèi)容涵蓋傳統(tǒng)的微濾/超濾、納濾/反滲透、電滲析以及新興的正滲透、膜蒸餾等膜法水處理技術。近年來，膜處理法技術研究發(fā)展迅速，內(nèi)容不斷更新迭代，已成為保障我國飲用水安全、改善水環(huán)境質(zhì)量的關鍵技術，契合我國飲水安全保障、碧水保衛(wèi)戰(zhàn)等重大戰(zhàn)略需求。將豐富的思政教育元素蘊于課程內(nèi)容，這對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識及科學探索精神，引導學生樹立成熟的價值觀至關重要。本文以膜處理法課程單元為例開展課程思政教學設計，并對實施成效進行評價，以實現(xiàn)“知行合一”的課程思政教育終極目標。

1 重設課程思政教學目標

在膜處理法課程單元原有知識目標和能力目標的基礎上，重設價值目標，確定好課程思政主題，形成貫穿整個課程單元的課程思政教學脈絡。通過講解膜處理法課程思政案例素材及開展膜技術專題研討等內(nèi)容，引導學生樹立正確的價值導向，培養(yǎng)工科生的職業(yè)道德、專業(yè)素養(yǎng)、擔當精神和科學探索精神；了解膜處理法的行業(yè)發(fā)展歷程，激發(fā)學生的制度自信和民族自豪感；掌握各類膜處理法的工作原理和未來發(fā)展方向，強化學生的社會責任感和擔當意識。

2 完善課程思政教學內(nèi)容

依據(jù)膜處理法課程單元特色，提煉專業(yè)知識體系蘊含的思政教育元素，合理拓展專業(yè)知識的深度和溫度，加強具有時代特征的課程思政素材庫教學資源建設，增加課程教學的知識性和人文性，為課程思政的有效開展提供充分的教育教學資源[5]。

2.1 講好技術突破，堅定制度自信

給學生講解天津膜天公司在全球率先開發(fā)出同質(zhì)增強型聚偏氟乙烯中空纖維膜以及北京碧水源打破國際壟斷率先建成纖維增強型復合非溶劑致相分離法超/微濾膜生產(chǎn)線的案例，強調(diào)我國膜企業(yè)的自主創(chuàng)新能力顯著提高。此外，給學生講解膜技術近年來在我國城鎮(zhèn)生活污水和工業(yè)廢水處理領域得到快速規(guī)?；こ虘?，表明我國已成為膜法污水處理技術研究最活躍、應用最廣泛的國家。通過講述技術突破創(chuàng)新筑牢強國之基實例和膜技術的規(guī)?；瘧茫箤W生認識到我國社會主義制度的特點，引導學生堅定制度自信。

2.2 講透技術原理，強化法制觀念和工程倫理教育

針對電滲析的工作原理，給學生講解通過外加直流電場的約束，水中的陰、陽離子做定向遷移，分別透過陰、陽離子交換膜，達到分離水中離子的目的[6]。這與通過法治約束公民的個人行為來確保社會秩序化運行不謀而合，教師可通過類比，引導學生樹立法制觀念，恪守職業(yè)道德，同時強化學生工程倫理教育。

2.3 講明技術瓶頸，培養(yǎng)奉獻精神和科學探究精神

在各類膜工藝運行過程中，膜材料在進水污染物和化學清洗劑的長期作用下，膜表面形成永久污染物，導致膜材料老化，膜壽命縮短。膜片犧牲自身完成水質(zhì)凈化，這與奉獻精神有異曲同工之處。以膜永久污染和膜老化的講解為切入點，發(fā)揮課程的外延作用，強化學生奉獻意識。此外，在強調(diào)膜法污水處理技術在我國廣泛研究和應用的同時，要向?qū)W生指出與國外高端膜產(chǎn)品相比，國產(chǎn)膜在高通量、抗污染和長壽命等方面的競爭仍處于劣勢，低成本高性能新型膜材料的研發(fā)是拓展膜處理法工程應用前景的關鍵。同時，給學生強調(diào)膜污染和老化問題目前仍是阻礙膜技術在水處理領域進一步推廣應用的技術瓶頸，引導學生勇于挑戰(zhàn)科學難題，積極投身于膜技術在水質(zhì)凈化處理中的共性問題研究，培養(yǎng)學生科學探索精神。

3 改進課程思政教學方法

3.1 耦合思政課程形成同頻共向的育人合力

3.1.1 膜處理法與人民健康的合一性，與人文的統(tǒng)一性

水是生命之源，保障飲用水安全就是保障民生[7]。教師可通過介紹膜處理法在飲用水深度處理中的應用對學生進行人文素養(yǎng)的熏陶。講述20 世紀90 年代深圳建成我國第一條采用國產(chǎn)中空纖維超濾膜的飲用水生產(chǎn)線，篳路藍縷30 余年，耦合超濾膜和納濾膜工藝的“雙膜法”為人民飲水健康開辟新的道路，使學生深刻認識到膜處理法為保障居民飲水安全和健康注入的新活力，從而實現(xiàn)從“有水喝”到“喝好水”的歷史性跨越?；谖覈嗣袢罕姟俺运眴栴}的歷史背景與現(xiàn)實需求，通過強調(diào)膜處理法不斷更新、日益廣泛的應用現(xiàn)狀與發(fā)展要求，從而引入解說《馬克思主義基本原理》中馬克思主義科學性、人民性、實踐性的基本特征；融合解讀《中國近代史綱要》中我黨全心全意為人民服務的根本宗旨；交叉引進《習近平新時代中國特色社會主義思想概論》中始終貫徹以人民為中心的執(zhí)政理念。從而使學生在膜處理法的嬗變中體悟人文價值的力量，引導學生在今后的學習與生活中堅持以人為本，起到思政育人的效果。

3.1.2 膜處理法與生態(tài)自然觀的契合性，與生態(tài)文明理念的生成性

生態(tài)文明建設強調(diào)堅持人與自然和諧共生，協(xié)同推進人民富裕、國家強盛、中國美麗[8]，將生態(tài)文明思想融入膜處理法的教學實踐勢在必行，以橫向貫通思政課程內(nèi)容。首先，結(jié)合《形勢與政策》碧水保衛(wèi)戰(zhàn)與美麗中國目標的提出，指出膜處理法是當前最適合再生水回用的水處理技術，同時講述北京高碑店污水廠再生水處理工程的超濾膜工藝可實現(xiàn)100 萬m3/d的污水再生回用，強調(diào)其在城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用領域的重要貢獻。其次，聯(lián)系《馬克思主義基本原理》課程，結(jié)合膜處理法在順應自然、保護自然的條件下促進水資源的循環(huán)利用的價值作用，強化學生對人與自然和諧相處的正確認識。最后，聯(lián)系習近平新時代中國特色社會主義思想概論課程，通過對比《水污染防治行動計劃》實施以來城市水生態(tài)環(huán)境的改善狀況，幫助學生學深悟透膜處理法在其中發(fā)揮的關鍵作用，引導學生樹立社會主義生態(tài)文明理念，傳遞“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)價值觀。

3.2 提高課程單元的“兩性一度”

改進教學方法，引入科研項目、學科動態(tài)前沿和經(jīng)典研究專著，提高課程“兩性一度”[9]，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和科學精神。

依托教師承擔的科研項目，從中提煉科學問題，以科研反哺教學，幫助學生加深對重難點知識的理解，提高課程的高階性。教師將自主研制的新型納濾膜與傳統(tǒng)納濾膜在水處理中的應用性能進行比較，使學生對膜分離的原理、基本傳質(zhì)方程及新型膜材料的開發(fā)有更感性的認識；將膜性能測試方法引入課堂教學，幫助學生掌握膜系統(tǒng)的操作模式和布置形式；在膜污染和劣化的講解中，將膜污染和劣化機制的研究成果以圖片的形式展示給學生，培養(yǎng)學生深度分析、大膽質(zhì)疑的批判性高階思維，強化學生獨立思考的思維意識，提升學生靈活運用所學知識解決復雜問題的綜合能力。

追蹤學科前沿動態(tài)，將學科前沿熱點轉(zhuǎn)化為教學素材，牽引學生的創(chuàng)新性思維，提高課程的創(chuàng)新性[10]。將《科學》雜志報道的利用電噴霧式3D 打印技術高精度逐層打印聚酰胺膜以及《自然》雜志報道的自清潔壓電陶瓷膜引入課堂，向?qū)W生展示科學家是如何通過這些先進的技術來控制膜的厚度和表面粗糙度以及如何利用導電濾膜去除附著在膜表面及孔內(nèi)的污染物，開展探究式教學，提高課堂教學形式的先進性，讓課堂活起來，激發(fā)學生研發(fā)高性能水處理分離膜的興趣，提升學生的學習效率和學習質(zhì)量，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和科學精神。

引入國內(nèi)外經(jīng)典研究專著，引導學生開展探究式學習，提高課程挑戰(zhàn)度。推薦學生在課后閱讀清華大學黃霞教授編著的《膜法水處理工藝膜污染機理與控制技術》一書，給學生較多的課下自主學習和思考時間，使學生加深對膜處理法專業(yè)知識的理解，開拓學生的學術視野，擴大知識的深度和廣度，增加課程學習的挑戰(zhàn)度。

4 課程思政教學實施

創(chuàng)新教學方式，潛移默化地融入思政元素，結(jié)合超星學習通網(wǎng)絡教學平臺開展線上線下混合式教學，教學互動形式靈活，提高學生的參與度，增強學生的學習動機，主要包括以下三個步驟。

4.1 課前熱身

將課件提前發(fā)布在超星學習通網(wǎng)絡教學平臺，布置課前預習。推薦學生觀看紀錄片《讓海水變“甜”》，要求每位學生提交一篇不少于300 字的觀后感，使學生直觀領悟膜處理法在保障我國沿海缺水地區(qū)飲用水安全中所起的重要作用，讓學生在討論區(qū)展開自由探討，并帶著問題進入課堂，保障課堂學習效率。

4.2 課堂講授和小組研討

依托超星學習通網(wǎng)絡教學平臺，創(chuàng)建水質(zhì)工程學課程，開展線上線下混合式教學改革。將膜處理法相關教學內(nèi)容錄制成教學視頻，上傳至線上課程平臺供學生自學，并通過監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)實現(xiàn)精準教學。教師可將線上自學騰出的學時用于線下課堂研討。例如，線下課前將學生劃分為微濾/超濾、納濾/反滲透、電滲析、正滲透和膜蒸餾技術五個方向的研討小組，引導學生通過學術數(shù)據(jù)庫搜索文獻資料，總結(jié)各類膜法水處理技術相關研究和應用動態(tài)，為線下課堂專題研討做好充分的準備。線下課中各小組成員根據(jù)自己搜集的資料對本小組分配的膜技術方向展開專題研討，其他小組的成員聆聽和學習。最后，教師從多功能膜拓展、膜選擇性分離功能強化、特種分離膜定制和膜工藝綠色低碳發(fā)展等方面總結(jié)膜處理法未來可持續(xù)發(fā)展的方向，有效拓展課程內(nèi)容的廣度和深度，引導學生反思所學專業(yè)知識在解決社會重大需求中的作用，明確所學知識與社會需求之間的關系，完成知識的遷移轉(zhuǎn)化。

4.3 課后話題探討

除了引導學生閱讀國內(nèi)外經(jīng)典研究專著外，授課教師課后在教學平臺分享膜處理法相關典型工程案例鏈接、工程設計標準等資料，增強學生對膜處理法工程設計的感性認知。同時，在網(wǎng)絡教學平臺討論區(qū)發(fā)布“膜技術的未來發(fā)展趨勢和重點研究方向”的話題探討，拓展學生的學習思路，開闊學生的專業(yè)視野，在潛移默化中增強學生的專業(yè)責任感。

5 課程思政教學成效評價

5.1 評價方法與設計

基于態(tài)度形成理論[11]，采用話語分析來評價學生“專業(yè)素養(yǎng)”態(tài)度的形成?；谡J知、情景和表現(xiàn)三要素，將課前觀后感作為認知要素的實現(xiàn)，將學生查閱文獻資料和課堂小組研討作為情景要素的實現(xiàn)，將學生的課后話題探討作為表現(xiàn)要素的實現(xiàn)。對應設計三個階段的評價數(shù)據(jù)搜集：第一階段，搜集學生觀后感的話語內(nèi)容，進行詞云分析；第二階段，搜集學生課堂上小組研討的語音內(nèi)容，進行詞云分析；第三階段，搜集學生課后話題探討的話語內(nèi)容，進行詞云分析。

5.2 評價結(jié)果與反思

在第一階段學生課前熱身環(huán)節(jié)，將學生的觀后感文本導入Nvivo 12 進行詞云分析，結(jié)果如圖1(a)所示。首先，“利用”“使用”和“問題”等非專業(yè)知識內(nèi)容的詞頻最高，說明課前學生還停留在表面的認同話術；其次，“淡水”“資源”和“水資源”等專業(yè)知識內(nèi)容的詞頻出現(xiàn)次數(shù)較高，表明通過課前熱身，學生對專業(yè)素養(yǎng)有了初步的體察。根據(jù)第二階段學生課堂小組研討語音內(nèi)容的詞云分析結(jié)果，如圖1(b)所示，可以看出“汲取”“離子”“分離”和“回收”等專業(yè)知識內(nèi)容的詞頻最高，說明通過教師課堂講解和學生查閱文獻資料，學生對膜處理法相關專業(yè)知識有了更深刻的理解，專業(yè)素養(yǎng)明顯提升。在第三階段學生課后話題探討環(huán)節(jié)，將學生的話語內(nèi)容進行詞云分析，結(jié)果如圖1(c)所示?？梢钥闯觯鞍l(fā)展”“應用”“技術”和“分離”等詞出現(xiàn)的頻率最高，說明經(jīng)過課堂討論環(huán)節(jié)，學生開始進一步思考膜處理法存在的問題，更加關注學科技術的未來發(fā)展。

圖1 三個階段的詞云分析結(jié)果圖

通過這一案例的分析，總結(jié)出基于態(tài)度形成理論的課程思政評價經(jīng)驗：要基于學科專業(yè)知識幫助學生建立認知，這是態(tài)度形成的開端；需要留心觀察課堂的每一個環(huán)節(jié)，尋找適當?shù)捏w驗點，不斷拓展課程思政建設的途徑；要重視評價的反饋，以持續(xù)改進教師的教和學生的學。

6 結(jié)語

全面推進課程思政教學改革符合新時代教育發(fā)展變革的要求。如何將思政元素融入并貫穿于專業(yè)課程教學全過程和各環(huán)節(jié)，是高校教師面臨的新課題。針對膜處理法課程單元，教師可通過重設課程思政教學目標、完善課程思政教學內(nèi)容和改進課程思政教學方法進行課程思政教學設計。在教學實施過程中，通過課前熱身、小組研討和課后探討三個步驟實現(xiàn)對學生的價值塑造，并基于態(tài)度形成理論評價課程思政教學成效，持續(xù)改進課程思政教學質(zhì)量，以培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞乃幚砉こ碳夹g人才。