基于開發內化教學模式下的“水污染控制工程”教學設計研究

萬紅

摘 要：武昌理工學院踐行成功素質教育理念，創立了開發內化教育模式。為了提升學生自主學習和解決實際工程問題的能力，突出創新素質培養，本文以《水污染控制工程》為例，創造性的把開發內化教學模式融入課程的教學設計中，探討了課程教學目標、教學方法、課堂教學過程實施和教學實踐的設計，為環境工程應用性課程的教學設計研究提供一定的理論基礎。

關鍵詞：開發內化教學模式；教學設計；水污染控制工程；課程目標

教學設計是根據教學對象和教學目標，確定合適的教學起點與終點，有序地安排教學諸要素形成教學方案的過程 [1]。加涅[2]認為“教學設計是一個系統化規劃教學系統的過程”，強調教學設計是對教學過程和途徑的優化。肯普認為：“教學設計是一種連續動態的計劃過程，即運用系統方法研究教學過程中各要素之間有關聯的問題和需求，再尋找解決問題的方法步驟，然后評價教學成果的過程[3]。徐英俊認為“教學設計是運用系統方法確定教學目標、分析教學問題、建立策略方案、試行解決方案、評價試行結果和修改方案的過程[4]。梅瑞爾認為教學設計的目的是創設和開發促進學生掌握這些知識技能的學習經驗和學習環境[5]，強調了對學習環境和學習經驗的設計。我國教育技術界專家何克抗教授提出了“雙主”教學系統設計思想，即在教學中既要充分發揮教師的主導作用，又要創造有利于學生主動探索、主動發現，有利于體現學生的主體地位的新型學習環境，初步建立了具有我國特色的教學設計理論體系[6-7]。

筆者認為課程的教學設計應服從學校辦學理念和培養目標。武昌理工學院踐行成功素質教育理念，創立了開發內化教育模式。開發內化即通過教師開啟學生的智慧，發掘學生的潛質，激發學生內在的動力和活力，引導和促使學生將教學內容通過接受、理解、消化、運用、實踐等內化為自身相應的觀念素質、品格素質、知識素質、能力素質、方法素質[8]。因此，在滿足教學設計基本要求的前提下，創造性的把開發內化教學模式的三個環節（教師引導—學生研習和課堂檢驗—精講提升和釋疑解惑）融入課程的教學設計中，是推進我校教學改革的必然要求，是對教學設計理論研究的深化與拓寬。環境工程學科包含的水、氣、聲、固等污染控制工程類課程、具有很強的應用性和實踐性。為了提升學生自主學習能力，培養其解決實際工程問題的能力，突出創新素質培養，本文結合開發內化教學模式，以《水污染控制工程》為例，探索開發內化教學模式下環境工程應用型課程教學設計。旨在通過科學合理的課程設計研究，貫徹“以教師為主導、學生為中心的教”，促使學生變被動學習為主動探究式學習，實現由專業知識教育向專業素質教育的根本轉變，為環境工程應用性課程的教學設計研究提供一定的理論基礎。

1 課程教學目標設計

課程教學目標指教學活動預期達到的結果，也是教師完成教學任務所要達到的要求和標準。設計科學合理的課程教學目標，在教學中能起到指揮棒的作用。基于開發內化教學模式，課程教學目標應體現觀念、品格、知識、能力、方法五大素質目標。對該門課程來說，觀念素質目標是具有環境保護和可持續發展理念；品格素質目標是嚴謹求實、精益求精和開拓創新的精神；知識素質目標是掌握生活污水的物理處理、化學處理、生化處理、物理化學處理和污水廠污泥處理的基本原理和基本技術，掌握污水處理工藝中常用設備及構筑物的構造和工作原理，熟悉污水處理工藝中相關設備的選型和應用，了解水污染控制的前沿動態（新概念、新工藝、新技術）和相關政策法規；能力素質目標是具備從事水污染控制領域的科學研究、廢水處理系統的技術開發、工藝和設施的設計、技術分析、運行管理能力[9]；方法素質目標是掌握污水處理常規工藝的設計計算方法和熟練繪制環境工程施工圖的方法。五大素質目標是一個有機的整體，共同構成了課程的素質目標。其中觀念和品格素質目標處于核心地位，起導向和定位作用；知識素質、能力素質和方法素質目標起著基礎的作用。

2 教學方法設計

開發內化教學模式強調學生的自主學習及通過教師的引導將教學內容內化為學生的素質，教師應該根據課程目標、內容、特點和學生實際，靈活采用任務驅動、項目載體、頭腦風暴、現場法、案例法、問題式、討論式、互動式等多種教學方法實施和強化開發內化教學。環境工程學科大多數課程是污染控制工程類課程，任務驅動和項目載體式教學方法是以工程項目和任務驅動的思想組織教學內容，以工程模塊的方式設計教學單元項目，將每個教學項目分解為多個子任務，精選和設計子任務對應的教學案例和實訓案例；同時以項目教學單元任務為主線，以典型案例為載體實施教學，將課程單元知識點融合到案例和實訓練習中。以《水污染控制工程》（第三版，下冊，高教出版社）教材為例，通過設計合理的主體項目，將第九、十、十二、十八和十九章的教學內容通過主體項目的子任務串聯在一起，從而將這五大章的知識要點以任務驅動式的方法融合到主體項目這條主線中。主體項目設計如下：

已知某城鎮生活污水處理廠進水水質為：動植物油類=100mg/L，COD=400mg/L，BOD5=250 mg/L，NH3-N=38 mg/L，TP=10 mg/L，SS=200mg/L，污水中含有一定量的漂浮物和砂子、煤渣等無機顆粒，進水流量為7萬噸/天。項目要求：（1）通過工藝比選分析后設計出合理的工藝流程，并對主要構筑物或設備進行設計計算和選型，使處理后的污水能夠達到《污水處理廠排放標準》的一級B標準。（2）該城鎮在北邊有一塊長200米、寬150米的平地可作為污水處理廠廠址，最低地面標高為3.5米，地下水位標高為0.5米，地基承載能力為15噸/m2，污水收集管網總出口標高為1.5米。年平均氣溫15℃，年降水量800mm，夏、冬季計算氣溫分別為30℃和5 ℃；夏、冬季主導風向分別為東南風和西北風。畫出污水處理廠平面布置和高程圖。

2.畫出污水廠高程布置圖。

由表1可知，這些子任務以工程項目為主線，涵蓋廢水的水質指標和標準、物理處理、活性污泥處理、污泥處理、污水處理廠的設計等教學要點，有一定的系統性、邏輯性和前后連貫性，具備目標可達性，具備符合學生層次解決問題的可行性。有了具體可行的項目任務和目標，能夠激發學生主動探索和解決實際問題的動機，學生在通過查閱文獻、工程調查、實證研究、模型應用、交流討論等方式完成任務的過程中，能夠促進學生對相應教學內容的應用、創新和內化。對于該課程理論性比較強的內容如沉淀的基礎理論、污水生化反應動力學基礎、活性污泥法數學模型等內容采用問題探究式和問題解決式的教學方法比較合適，即把學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過讓學習者合作解決真正的問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和形成自主學習的能力[10]。將每個教學單元設計成若干針對性強的問題，學生的自主研習和老師的教學內容將圍繞解決問題展開。對于生物膜法、穩定塘和污水的土地處理、化學和物理化學處理、厭氧生物處理等內容既可以通過設計合理的主體項目采用任務驅動式教學，也可以采用工程案例分析法、討論式等教學方法加以靈活補充，使教學內容既有理論問題的分析又有實際問題的探討。總之，對于環境工程污染控制類課程，采用以工程項目的思想組織教學內容和任務驅動、工程案例、問題解決式等教學方法，既能充分發揮教師的主導作用，又能創設有利于學生主動探索和創新，有利于體現學生主體地位的學習環境。

3 課堂教學實施過程設計

好的課堂教學過程設計是實現向每一堂課要質量的前提，是決定教學內容整體設計的實施效果的關鍵。基于開發內化教學模式，《水污染控制工程》課堂教學過程設計圍繞以下以下3個環節進行。

1.教師引導。通過教師的主導作用促成學生內化，這是開發內化教學的根本目的。而教師引導目的就在于充分發揮教師在教學全過程中的主導作用。首先是導入引導，這是上好每一次課的良好開端。導入引導的關鍵是立足教學內容精選典型的工程案例、環保事故、相關視頻或新頒布的環保法規等，吸引學生高度關注本次課的教學內容。然后是推進引導，這是上好每次課的過程保障。在課堂知識點的過渡結點時，教師備課室要精心設計需要設問的問題推進和遞進教學內容，從而保證學生思維注意力的連貫性和學生與教師思維的同步性。最后是歸結引導，這是上好每次課的完美結終。歸結引導可采用歸納法和抽象法。前者是對本次課所講授的內容進行梳理，以揭示有序的知識鏈，重在學生記憶。后者是對知識點進行內在的、本質的的提升，揭示知識點的綱和目，重在學生理解。精心設計的教學引導有著良好的啟發效應，能夠激發學生思考，真正起到開發引導作用。

2.學生研習和課堂檢驗。開發內化教學模式主要是通過“三習”（即復習思考題、預習思考題、練習題）促成學生自主學習。對于以任務驅動和項目載體為主要教學方法的教學內容，三習題的設置和子任務是一致的；以問題解決、案例分析主要教學方法的教學內容，“三習題”要科學設計，能夠達到促進學生學習隱含于問題背后的理論知識，形成解決問題的技能和提高自主學習的能力。預習題側重引導、提示、布置任務；復習題綜合性較強，側重理解和應用；練習題以側重思考和運用應用為主，有一定的廣度和深度，能促進學生獨立思考，創新思維。只有布置任務而沒有檢驗，教學效果會遞減，課堂檢驗是開發內化教學模式的關鍵環節。課堂檢驗任務和三習題內容基本一致，重在檢驗教學的核心內容、重點和難點。課堂檢驗的形式可以采用提問、小測驗、討論等形式。檢驗時間根據教學內容可安排15-20分鐘左右。教師對學生的回答必須客觀點評，特別是錯誤回答要給予糾正，對不同學生觀點要給予鼓勵。凡有檢驗，就必須有成績記載，教師對學生回答問題的評分必須公正，這是對學生負責、對學生大愛的表現。

3.精講提升和釋疑解惑。開發內化教學的精髓是通過教師精心布置教學任務、精心選擇布置相應的參考書目和課堂上的嚴格檢驗，提升學生課外自主學習的能力，因此課堂上教師不能對教學內容面面俱到。教師主要講授教學內容精粹，講清要點、重難點和自己的觀點，使學生能夠達到理解和掌握的程度；通過突破重點和解決難點，使學生能夠在理解和掌握的基礎上達到會運用的程度；同時要結合章節內容介紹學科發展方向、前沿和展望和教師自己的可以成果，引導學生探索未知。因此要做到精講提升就需要教師對教學內容一定要有全面深入的研究，達到熟練精通的程度。另外，教師要培養學生善于提問的習慣，不能消極被動等待學生提問，而要善于抓住疑點引導學生提問并逐步深化、推進問題，和學生共同溝通、探討、解決問題，使枯燥的學習變成充滿樂趣的探究。反之，學生質疑的深度與難度，也是衡量教師教學水平和學生內化程度的重要標志。

4 實踐教學設計

本課程采用了多種形式的實踐教學包括課程實驗、課程設計、認識實習、生產實習、科研訓練和社會實踐等，理論與實踐教學環節課時比例達到1：1，使學生在立體化實踐中提高實踐能力、創新能力和專業素質。哈佛大學前校長陸登庭在北大講壇上曾說：“在邁向新世紀的過程中，一種最好的教育就是有利于人們具有創新性，使人們變得更善于思考，更有追求的理想和洞察力，成為更完善、更成功的人。”[11]單一的驗證性實驗已不能滿足對學生創新能力和綜合實驗技能的培養，為了更好地讓學生通過多元化綜合性實驗和科研訓練把專業知識、專業能力和專業方法內化為學生自身穩定的專業素質，我們建立了綜合設計和開放性實驗平臺，實驗室配置了多種生物反應器如UASB、SBR、A2/O、完全混合式反應器，Linpor反應器，水解酸化池等；物理及物理化學處理設備如石英砂濾池、活性炭吸附柱、氣浮裝置、離子交換設備、反滲透裝置等設備；消毒設備如臭氧發生器、紫外消毒等設備和液相色譜、熒光分光光度計等水質監測設備。學生根據興趣自行確定實驗內容，設計實驗方案，撰寫實驗任務書。在指導老師審定實驗的可行性之后，各組學生獨立完成實驗。如果實驗創新性較強、內容豐富、數據準確，課程老師進一步指導學生撰寫和發表科研論文。實踐證明，綜合性實驗和科研訓練平臺建設不僅能夠較好地培養學查閱文獻、實驗設計、大型儀器調試、數據分析、論文寫作等方面的能力，還能培養他們團隊協作、開拓創新的精神，對貫徹我校成功素質教育，滿足學生全面發展也有重要意義。

教學既是科學，又是藝術，教學的真諦不在于傳授、仿效，而在于通過教師開發促成學生將教學內容內化為自身的素質，主體如果對某些知識雖然能夠記憶、理解、會模仿，但不會運用，沒有形成相應的知識、能力或方法素質，最終會逐漸遺忘。教學確實需要我們每位教師真正用“心”去研究教學設計和創新教學方法。只要我們做到忠誠教育，大愛學生，志存高遠，不懈追求，就一定能夠培養和造就創新型人才。

參考文獻

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