數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下“水污染控制工程A（1）”課程改革與實(shí)踐

摘"要：教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型為課程教學(xué)改革和創(chuàng)新帶來新機(jī)遇?！八廴究刂乒こ藺（1）”課程以服務(wù)國家、社會及專業(yè)發(fā)展的人才需求為引領(lǐng)，融合數(shù)字素養(yǎng)培養(yǎng)，課程組開展重新設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，重構(gòu)教學(xué)知識體系，豐富教學(xué)資源和融合數(shù)字技術(shù)的教學(xué)模式等教學(xué)創(chuàng)新改革與實(shí)踐，并針對現(xiàn)有教材存在的問題編寫高質(zhì)量的補(bǔ)充教材，改革創(chuàng)新教材的體例和內(nèi)容，提升教材的數(shù)字化水平。經(jīng)過多年的改革與實(shí)踐，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、應(yīng)用創(chuàng)新能力、數(shù)字素養(yǎng)及課程品質(zhì)均得到顯著提高，為培養(yǎng)服務(wù)于城市建設(shè)的全面性數(shù)字化人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化轉(zhuǎn)型；教學(xué)改革；水污染控制工程A（1）

水污染控制工程在城鎮(zhèn)化和城市現(xiàn)代化建設(shè)中具有重要地位。我國提出“美麗中國”的發(fā)展目標(biāo)，水環(huán)境治理被納入“深入推進(jìn)環(huán)境污染防治”的行動中，也是天津十項(xiàng)行動中提出的生態(tài)城市建設(shè)內(nèi)容，對京津冀地區(qū)的環(huán)境治理產(chǎn)生重要影響。國家、行業(yè)及京津冀地區(qū)的發(fā)展也推動水污染控制工程的快速發(fā)展。作為水污染控制工程的重要組成部分，給水處理技術(shù)和工藝日新月異，給水處理行業(yè)致力于實(shí)現(xiàn)“節(jié)能、低碳、綠色”的處理模式，迫切需要水處理專業(yè)人才的同時(shí)，也對其人文素養(yǎng)、工程實(shí)踐能力提出更高要求，急需適應(yīng)行業(yè)需求，善于解決實(shí)際工程和復(fù)雜工程問題能力的專業(yè)人才。此外，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，水處理行業(yè)也在不斷向數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型［12］。在轉(zhuǎn)型過程中，給水處理行業(yè)提出了具有數(shù)字環(huán)境適應(yīng)能力的全面型數(shù)字化人才的新需求［34］。因此，課程教學(xué)需要積極開展教學(xué)改革與創(chuàng)新，推進(jìn)數(shù)字技術(shù)與課程教學(xué)的深度融合，適應(yīng)數(shù)字轉(zhuǎn)型中水處理行業(yè)對高素質(zhì)創(chuàng)新人才的需求。

“水污染控制工程A（1）”課程的核心內(nèi)容為給水處理的原理、工藝及其設(shè)計(jì)計(jì)算。課程內(nèi)容多、理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)，是環(huán)境工程專業(yè)核心課程，也是學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，服務(wù)于城鎮(zhèn)和城市水處理行業(yè)對復(fù)合型應(yīng)用人才的需求。

1"課程教學(xué)存在的問題

基于多年的教學(xué)實(shí)踐，深悟“高等教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型”和“兩性一度”的內(nèi)涵［56］，結(jié)合新時(shí)代專業(yè)課的根本任務(wù)和學(xué)情分析，發(fā)現(xiàn)課程教學(xué)尚存在的一些突出問題。第一，注重經(jīng)典理論知識的掌握，忽視應(yīng)用知識的訓(xùn)練，學(xué)生缺少主動思考，導(dǎo)致學(xué)生靈活應(yīng)用知識的能力欠缺，限制創(chuàng)新思維的構(gòu)建，尤其是面對當(dāng)前水處理的熱點(diǎn)問題，缺乏從科學(xué)的角度分析和研究復(fù)雜水處理問題的方法。第二，重視知識的積累，忽視數(shù)字化素養(yǎng)和環(huán)境工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生缺少專業(yè)認(rèn)同感和環(huán)保責(zé)任感，適應(yīng)數(shù)字化專業(yè)環(huán)境的能力較差，不利于全面性數(shù)字化人才的培養(yǎng)。第三，教師對教育數(shù)字化內(nèi)涵理解不夠，對掌握線上教學(xué)的應(yīng)用功能及操作數(shù)字化教學(xué)硬件的能力不足，難以滿足數(shù)字化時(shí)代下課程改革的要求。

2"課程改革的具體措施

針對以上問題，課程團(tuán)隊(duì)教師秉持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，以服務(wù)國家、社會及專業(yè)發(fā)展的需求為引領(lǐng)，開展了數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下“水污染控制工程A（1）”的課程教學(xué)創(chuàng)新改革與實(shí)踐。

2.1"“數(shù)字化+雙師”型教師隊(duì)伍的建設(shè)

由于學(xué)生缺乏工程應(yīng)用的概念，很難理解給水處理的基本原理和抽象的復(fù)雜構(gòu)筑物單元。為此，本課程組教師以科技特派員、參加工程項(xiàng)目合作等方式提升教師工程教學(xué)能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，有力地支持了理論教學(xué)。而且課程組還定期組織數(shù)字化技術(shù)培訓(xùn)和參加體現(xiàn)數(shù)字技術(shù)的教學(xué)創(chuàng)新大賽，強(qiáng)化教師對數(shù)字教學(xué)內(nèi)涵的理解，提高教師建設(shè)和使用數(shù)字資源的能力，提高教師數(shù)字素養(yǎng)，促進(jìn)教師利用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式和方法。教師以數(shù)字素養(yǎng)熏陶學(xué)生，滿足培養(yǎng)全面性數(shù)字化人才的需求。

2.2"重新設(shè)計(jì)課程目標(biāo)

“水污染控制工程A（1）”先前的主要課程目標(biāo)是使學(xué)生獲得水質(zhì)凈化和水污染控制的基本知識和基本理論及培養(yǎng)水質(zhì)凈化初步設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，忽視學(xué)生適應(yīng)數(shù)字化專業(yè)環(huán)境的培養(yǎng)，未能充分發(fā)揮課程對構(gòu)建學(xué)生數(shù)字化思維的作用。因此，為了應(yīng)對數(shù)字化時(shí)代的新挑戰(zhàn)，課程團(tuán)隊(duì)教師對接國家和京津冀地區(qū)規(guī)劃、給水處理行業(yè)的高素質(zhì)數(shù)字化人才需求，充分分析學(xué)生的知識、能力基礎(chǔ)及專業(yè)需求，并立足全面性數(shù)字化人才的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生工程創(chuàng)新和數(shù)字化思維的構(gòu)建，培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的能力。遵循教育和認(rèn)知規(guī)律按照認(rèn)識—理解—掌握—實(shí)踐的層次設(shè)計(jì)具有層級性的課程目標(biāo)，注重環(huán)境工程和數(shù)字素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.3"構(gòu)建融合數(shù)字化技術(shù)的知識體系

課程團(tuán)隊(duì)教師從經(jīng)典知識、工程實(shí)際、水處理革新及數(shù)字素養(yǎng)的角度重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，遵循認(rèn)知規(guī)律展示內(nèi)容，如圖1所示。將教學(xué)內(nèi)容分解為知識點(diǎn)，整合和提高各知識點(diǎn)的深度和廣度，強(qiáng)化工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生初步設(shè)計(jì)和靈活應(yīng)用知識的能力。教師根據(jù)課時(shí)和知識點(diǎn)聯(lián)系實(shí)際，引入給水處理技術(shù)的前沿動態(tài)和熱點(diǎn)問題，不斷更新教學(xué)內(nèi)容。比如，增加了水處理研究進(jìn)展、新技術(shù)、智慧水處理技術(shù)等拓展內(nèi)容；編寫融入智慧水務(wù)的教學(xué)案例；引入智慧管理模式下復(fù)雜水處理問題的實(shí)例分析等。通過知識體系的重構(gòu)，兼顧知識傳授與能力培養(yǎng)，為課程知識和能力目標(biāo)的達(dá)成奠定基礎(chǔ)。

3"建設(shè)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源

3.1"線上課程教學(xué)資源

課程團(tuán)隊(duì)教師利用電腦端及移動端超星學(xué)習(xí)通平臺系統(tǒng)有效開展線上資源建設(shè)，建設(shè)課程網(wǎng)絡(luò)平臺，豐富課程數(shù)字化資源，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)渠道。平臺提供的線上課程資源包括課件、教案、視頻、知識拓展、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等，并引入國家精品在線開放課程。平臺還設(shè)有課前預(yù)習(xí)任務(wù)、隨堂練習(xí)、課后習(xí)題和檢測等模塊，利用移動端超星學(xué)習(xí)，學(xué)生可以完成章節(jié)測驗(yàn)、作業(yè)及討論等教學(xué)活動，教師可進(jìn)行作業(yè)批改和參與討論。通過課程網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)師生互動，有效答疑，及時(shí)幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)、生活中的困惑，提高全方位課程育人的效果。教師還可以分析學(xué)生參與線上資源的數(shù)據(jù)，評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)興趣及專業(yè)素養(yǎng)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略，提高教學(xué)效果。此外，課程建設(shè)了水處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，生動再現(xiàn)水處理流程的各單元過程，學(xué)生可以通過校園網(wǎng)絡(luò)登錄虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，申請?zhí)摂M實(shí)驗(yàn)，自主完成實(shí)驗(yàn)過程。

3.2"線下課程教學(xué)資源

經(jīng)過多年的努力，課程團(tuán)隊(duì)教師建設(shè)了給水處理的模型室、圖紙室、資料室等線下課程資源，為學(xué)生提供線下研討和學(xué)習(xí)平臺，強(qiáng)調(diào)探究性、合作和個(gè)性化學(xué)習(xí)的融合；建設(shè)了水處理實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)中心等課外實(shí)踐平臺，同時(shí)，結(jié)合京津冀地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，與水廠開展校企合作，建立實(shí)習(xí)基地。教師將這些課程資源應(yīng)用于教學(xué)，組織學(xué)生參加課外實(shí)踐，支持教學(xué)由課內(nèi)向課外延伸，拓寬了學(xué)生視野，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，提高了課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，利于培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新、適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和反思的能力。

4"基于融合數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式

課程團(tuán)隊(duì)教師以服務(wù)國家、社會及專業(yè)發(fā)展的需求為引領(lǐng)，基于“融合給水處理革新和數(shù)字素養(yǎng)”的教學(xué)理念，開展“知識+能力+創(chuàng)新”一體化的課程設(shè)計(jì)，如圖2所示。

依據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，積極探索課程教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)構(gòu)建融合數(shù)字和信息化技術(shù)的教學(xué)過程。將教學(xué)過程分為“課前—課中—課后—結(jié)課”四階段。

課前，教師圍繞課程的教學(xué)目標(biāo)，通過課程網(wǎng)站發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，包括提問和提供水污染事件等，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，理解講授內(nèi)容的社會與實(shí)踐意義，使學(xué)生學(xué)會利用教學(xué)資源高質(zhì)量完成預(yù)習(xí)任務(wù)，鍛煉學(xué)生分析和獨(dú)立思考的能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)責(zé)任感和使命感，構(gòu)建學(xué)生的數(shù)字化思維，營造教學(xué)情境。

課中，靈活運(yùn)用用板書和多媒體課件，融合引導(dǎo)式、啟發(fā)式和案例式等教學(xué)方法線下授課，引導(dǎo)主動思考，構(gòu)建創(chuàng)新思維；采用雨課堂信息化平臺進(jìn)行提問、答題及課堂小組成果展示等方式進(jìn)行教學(xué)互動，尤其是小組成果展示后，教師和各組同學(xué)提問，教師及時(shí)歸納、總結(jié)，強(qiáng)化師生、生生互動，使學(xué)生全身心投入教學(xué)中。

課后，教師可根據(jù)雨課堂的教學(xué)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方案；鼓勵學(xué)生利用課程網(wǎng)絡(luò)平臺的教學(xué)資源，拓寬專業(yè)視野，教師則進(jìn)行答疑和批改作業(yè)。課堂教學(xué)之外，課程教學(xué)還積極開展以小組學(xué)習(xí)、課外實(shí)踐、參加競賽等形式教學(xué)活動。比如，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動，并在課程網(wǎng)站上發(fā)布活動的主題和要求，構(gòu)建“自主+探究+合作”的課后分組學(xué)習(xí)模式；分組學(xué)習(xí)過程中組員利用線上和線下教學(xué)資源開展自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，用視頻會議展示學(xué)習(xí)成果，教師和各組同學(xué)提問，教師及時(shí)點(diǎn)評，并啟發(fā)學(xué)生，增強(qiáng)學(xué)生適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的意識和反思，培養(yǎng)解決問題的能力、應(yīng)用創(chuàng)新能力及利用數(shù)字化技術(shù)解決問題的能力。此外，教師組織學(xué)生參加課外企業(yè)實(shí)踐，通過產(chǎn)教融合的方式培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)和數(shù)字化思維。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，建設(shè)培養(yǎng)數(shù)字化人才所需要的水處理環(huán)境，在實(shí)踐過程中強(qiáng)化學(xué)生的綜合數(shù)據(jù)思維和運(yùn)用數(shù)字技術(shù)的能力。

結(jié)課，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為中心，優(yōu)化課程考核標(biāo)準(zhǔn)，以提高學(xué)生參與度、強(qiáng)化過程性考核。教師還利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果，開展目標(biāo)達(dá)成度、問卷調(diào)查和學(xué)生評教，總結(jié)和反思教學(xué)，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方案。

5"加強(qiáng)融合數(shù)字技術(shù)的教材建設(shè)

由于課程的教與學(xué)主要圍繞教材進(jìn)行，教材建設(shè)是教學(xué)質(zhì)量的最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也是創(chuàng)新教學(xué)改革及提高課程教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。因而，《水污染控制工程A（1）》教材在給水處理人才培養(yǎng)中的地位與作用十分重要?，F(xiàn)有教材的內(nèi)容選用主要采用兩種方式：一種是通過修訂、調(diào)整或刪減經(jīng)典教材的內(nèi)容編制教材；另一種是在原有經(jīng)典教材內(nèi)容的基礎(chǔ)之上，適當(dāng)增加結(jié)合應(yīng)用性內(nèi)容編制教材?，F(xiàn)有教材的主要特點(diǎn)如下。

（1）教材注重給水處理基本理論知識和經(jīng)典處理工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算，強(qiáng)調(diào)基本知識的嚴(yán)謹(jǐn)性，但是對理論知識實(shí)踐化的內(nèi)涵理解深度不夠，課后習(xí)題作為理論知識應(yīng)用的主要方式。這使得理論知識的拓展性延伸不充分，弱化了對學(xué)生分析能力、創(chuàng)新思維及工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，不能很好地契合當(dāng)前培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用型人才的需求。

（2）目前教材缺乏新理念、新技術(shù)、新工藝及新科研成果等內(nèi)容。尤其是面臨教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的要求，數(shù)字化素材不夠豐富，難以滿足培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的需求。

針對現(xiàn)有教材存在的問題，課程團(tuán)隊(duì)教師經(jīng)過多年的教學(xué)探索和實(shí)踐，明確編寫教材的定位，以知識夠用、有效、長效為原則合理設(shè)計(jì)教材結(jié)構(gòu)。積極編寫高質(zhì)量的補(bǔ)充教材，改革創(chuàng)新教材的體例和內(nèi)容，尤其是融合科學(xué)研究、工程實(shí)際、拓展工程創(chuàng)新思維及數(shù)字技術(shù)的教材，強(qiáng)調(diào)在教材中引入給水處理新工藝、新技術(shù)及工程案例等內(nèi)容。此外，將融合給水處理資源的引導(dǎo)案例、背景知識、學(xué)術(shù)爭論及最新進(jìn)展、案例分析及推薦數(shù)字資源等內(nèi)容貫穿章節(jié)的始終；充分利用現(xiàn)代信息化技術(shù)建設(shè)教學(xué)PPT、教案以及信息化案例庫等資源，以提升教材的數(shù)字化水平，增強(qiáng)教材的推廣應(yīng)用效果。

6"課程教學(xué)改革的成效與比較

近年來，已初步建立融合數(shù)字素養(yǎng)和環(huán)境工程素養(yǎng)的教學(xué)體系，已取得一些可喜的成果。首先，課程團(tuán)隊(duì)教師經(jīng)過多年的課程教學(xué)改革與探索，顯著提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和專業(yè)認(rèn)同感。學(xué)生利用數(shù)字化資源的能力也得到提高，普遍認(rèn)為課程數(shù)字資源有利于提高自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的效果。融入構(gòu)建創(chuàng)新思維的教學(xué)內(nèi)容，提高了課程的挑戰(zhàn)度，使學(xué)生投入更多的時(shí)間學(xué)習(xí)本課程，探索融入數(shù)字技術(shù)的多元化教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂表現(xiàn)活躍，精力集中。此外，學(xué)生加深了對環(huán)境工程素養(yǎng)內(nèi)涵的理解，對專業(yè)的認(rèn)同感得到提升，本專業(yè)就業(yè)比率由48.8%提高到58%。其次，依托本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生積極參加水處理方面的課外科技創(chuàng)新活動，其中多人參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、“挑戰(zhàn)杯”“北控水務(wù)杯”虛擬仿真等競賽，獲得多項(xiàng)國家級、省部級及校級立項(xiàng)和獎項(xiàng)，增強(qiáng)了學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新的能力和提升了數(shù)字素養(yǎng)。最后，課程品質(zhì)得到顯著提高。為2017年環(huán)境工程專業(yè)獲批天津市應(yīng)用型專業(yè)、2018年通過本科審核評估、2019年入選天津市一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)及2022年通過教育部環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)證提供了專業(yè)核心課程支撐，2024年本課程獲批天津市一流課程建設(shè)。

結(jié)語

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型為“水污染控制工程A（1）”課程教學(xué)改革與創(chuàng)新帶來了機(jī)遇，課程從教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容及教學(xué)模式等角度，開展了多方面的教學(xué)創(chuàng)新改革與實(shí)踐，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和專業(yè)認(rèn)同感，增強(qiáng)了學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新的能力和提升了數(shù)字素養(yǎng)，課程品質(zhì)得到顯著提高。

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基金：天津城建大學(xué)教育教學(xué)改革與研究重點(diǎn)項(xiàng)目：價(jià)值引領(lǐng)視域下一流課程建設(shè)與實(shí)踐（編號：JGZD22033）

作者簡介：范曉丹（1971—"），女，漢族，黑龍江雞西人，博士研究生，教授，研究方向：環(huán)境工程。