“水處理生物學”課程立體化建設研究

郝麗婷，郝曉地，仇付國，付昆明，曹亞莉

（北京建筑大學 環境與能源工程學院，北京 100044）

引言

“水處理生物學”是給排水科學與工程專業學生必須掌握的專業基礎課程之一［1-2］，也是許多工科名校市政工程專業研究生入學考試科目之一［3］。以學生發展為中心，以培養學生的各方面能力為教學理念，開展“水處理生物學”課程建設研究，可進一步推進學校新工科建設，強化專業內涵建設，完善專業課程體系，開展教學模式、考核方式改革，提高教學質量，提高學生的國際視野，培養學生的競爭與合作能力，深化人才培養模式改革，更好地服務專業人才培養目標。

北京建筑大學給排水科學與工程專業于2005年首次通過全國專業評估，被評為北京市品牌建設專業，2008年被評為北京市特色專業建設點，所屬學科被評為北京市重點學科，2013年獲批教育部卓越工程師教育培養計劃試點專業，2019年獲批為首批國家級一流本科專業建設點，2020年通過第四次專業評估認證。面向新工科建設的需求［4］，亟須對“水處理生物學”課程進行教學改革研究，探索立體化的專業課程建設新途徑。

一、“水處理生物學”課程教學現狀及痛點問題

（一）教學現狀

北京建筑大學給排水科學與工程專業開設了“水處理生物學”課程，共48學時，包括理論教學與實踐環節兩個部分，其中，32學時為授課教學，16學時為實驗教學。該課程的主要教學任務是使學生系統掌握與水處理工程相關的（微）生物學的基本知識，掌握生物特別是微生物在水處理中的作用機理和規律，學習微生物學的研究方法和檢驗方法，了解學科新進展［5］。同時在課程中結合思想政治教育，使學生了解國家的水污染防治政策和法規，樹立綠色健康發展理念，建立衛生與安全意識，激勵學生熱愛科學與創新，樹立正確的科學觀，激發學生對專業的熱愛等。

（二）存在問題

本課程授課對象為給排水科學與工程專業大二年級學生，他們對本專業了解較少，對未來所從事的本行業的具體工作內容及如何解決專業問題還不太清楚，因此，本課程將有助于學生掌握水處理工程中所涉及的生物學基本知識、基本原理和實驗技能，把握微生物在水處理中的具體應用，了解新進展、新方法、新理論等，可利用所學知識初步分析和解決相關的專業問題，有助于后續專業課程的學習，是一門非常實用的課程，并具有較強的應用性和實踐性［6］。但在實際教學過程中發現，傳統的“水處理生物學”課程教學主要存在以下三個方面的問題。

1.部分學生反映在高中時期基本沒有系統學習過生物學相關課程，部分學生由于報考時限選的科目未涉及生物學，所以未將其作為重點內容進行系統學習，因此一些學生本課程學習基礎薄弱，存在畏難心理［7］。

2.學生課程學習熱情不高，傳統的教學模式多以“填鴨式”為主，在教學實踐中效果不佳，特別是涉及生物學基礎部分，知識點多且抽象，如若采用“灌輸式”教學，學生覺得枯燥乏味，易產生厭學情緒，難以提高學習興趣［8］。

3.本課程與生命科學聯系緊密，隨著生命科學發展日新月異，課程資料對現狀前沿等介紹不足、相對滯后，比如分子生物學技術在水處理中的應用等。作為一門實踐性很強的課程，“水處理生物學”課程實際工程案例較少、跨學科跨專業融合度不高，不利于學生對所學知識的理解及實際運用［9］。

二、“水處理生物學”課程教學立體化建設理念及思路

近年來，隨著信息技術的迅猛發展和普及，數字教材已經成為支持教育教學、終身學習和學術研究等方面的有效教學工具，立體化的數字教學可提供“教學資源整體解決方案”，為學生提供多媒介、多形態、多層次的教學資源和多種教學服務，可以有效提高教學的效率和質量［10］。結合目前“水處理生物學”課程教學現狀，通過教學實踐，已整理出一整套系統的授課教學資料，構建了教學課程框架。通過立體化教學的建立，將國內外教材的精華內容匯集整合，發揮其特點和優勢，并補充實際典型案例，使學生既對教材中的內容有深入的了解，又學到了前沿資料中的先進理念和方法。將多媒體技術與教學資源有機整合，形成立體化教學方式，將有助于提升課程的教學質量和授課效率，更好地服務復合型專業人才培養。

建設立體化的“水處理生物學”教學體系，結合發展實際及前沿趨勢，引導學生自主查閱文獻，通過實際應用過程中所遇到的具體案例及相關專業知識介紹等，進行立體化多媒體、多形態、多層次的展現，幫助學生更好地掌握課程知識、拓展知識維度和構建專業知識體系，并結合課程思政，加強學生對本專業的熱愛，激發學生的愛國情懷、社會責任感和專業使命感。

三、“水處理生物學”課程立體化建設教學方法及途徑

（一）立體化教學資料整合

依據國內外經典教材及發展前沿，深入細化并完善授課電子課件、案例分析和網絡教學平臺，引入案例式專題教學，將科研資源引入教學。將教師實際科研經歷作為案例進行教學，讓學生初步了解本領域何為科研、如何做科研等關鍵問題。優化課程體系結構，保證與現階段教學內容、教學方法和教學層次具有較好的適應性。

（二）立體化教學網絡平臺設立

1.建立基礎知識平臺：與課程進度保持一致，作業和答疑按教學進度逐步公開。

2.建立拓展學習平臺：讓學生了解國內外最新研究進展，開闊學生的視野，提高學生對本專業的興趣和認識，完善網絡教學環境的建設，提供豐富的網絡資源。

3.建立交流反饋平臺：為師生提供交流平臺，注重調研學生課程學習感受。

（三）立體化教學模式——注重平時成績

在教學方法上不斷改進，貫徹以學生為中心的教育理念，實現立體化教學。尤其是通過信息技術在課堂教學中的應用，可不斷提高教學質量及學生參與教學活動的積極性，注重過程評價，開設課程預警。

1.采用基于超星學習通平臺的互動教學模式，方便學生提前預習、查閱相關資料及觀看教學視頻、慕課等。

2.利用在線簽到、課堂作業問答積分等形式多種手段，大幅度提升學生的課堂參與度，激發學生的學習熱情，保證學生在深度高效學習后，及時鞏固、強化并掌握知識點。

3.鼓勵學生根據章節內容進行課后復習，自擬多類型試題（含答案），強化學生掌握重點學習內容的能力。鼓勵學生課下復習并繪制重點內容的思維導圖，及時將所學知識進行梳理、掌握。

4.課程作業除了布置基礎專業知識外，多形式、遞進式進行多維度訓練（基礎、提高、挑戰、研究），例如在線舉例本領域前沿研究方向，提供本領域國際前沿研究資料，并以小組為單位開展專題研究，鼓勵學生撰寫總結并進行課堂展示，組間和組內學生互相評分，不僅促進了課程知識的深入理解、思考和拓展，更有效增強了學生的學習興趣，提升了學生的團隊協作能力，學生表現得非常積極。

5.注重過程評價，開展階段性課程預警，用實時呈現的平時成績及時有效地反饋學生的學習情況，并逐一對階段性平時成績較低的學生進行提醒。

（四）立體化課程考核體系

立體化考核和評價方式為：總評成績=平時成績（占35%）+期末考試（占50%）+實驗考核（占15%），按百分制記。

平時成績和期末考試成績占比可有5%～10%的上下浮動。平時成績包括作業、測驗、考勤、課堂展示、專題資料學習等。

（五）立體化課程思政建設

1.培養家國情懷。通過學習掌握國家方針政策，秉持“綠水青山就是金山銀山”的情懷，結合抗疫方向和本專業領域相關實際案例，使學生對我國給排水事業獲得的巨大成就產生強大的自豪感，對將來所從事的職業有十足的信心，培養學生的愛國意識和民族自豪感，使其樹立遠大理想，并將理想內化為學習動力，認真扎實學習本領域專業知識，積極奉獻社會！

2.培養責任意識、科學與人文精神。通過本專業相關科學史的介紹、相關規范和標準的學習、人文知識的熏陶、工作紀律的要求教育等，使學生具備工程師的基本素質，形成良好的社會責任感，引導并幫助學生形成正確的世界觀、人生觀和價值觀，激發學生造福人類的信念。

3.培養艱苦奮斗精神。通過了解前輩們的奮斗歷程，使學生對給排水科學與工程事業發展充滿信心，在工作中不怕苦不怕累、腳踏實地、勤儉節約、實干肯干，繼承和發揚前輩的艱苦奮斗精神，真正為國家民族的發展貢獻自身力量。

4.培養團隊協作意識。通過以小組為單位開展專題研究、進行成果展示及組間和組內學生互相評分等方式，培養學生的競爭意識，形成團隊合作精神，提升學生的人際交往能力，使學生意識到互相合作、互相支持的重要性，進而全面提升學生的綜合素質。

5.培養創新意識。通過了解科技發展助力我國市政工程建設的實例，強化學生創新引領意識，并鼓勵學生利用課程所學知識，積極參與校內外科技創新競賽等，在實踐中不斷提高創新能力，為我國給排水科學與工程事業發展貢獻自己的力量。

四、“水處理生物學”課程立體化建設成果

通過不斷立體化整合國家政策標準、最新文獻報道、圖形、圖像、音頻、視頻、動畫、公眾號推送消息等各種形式的教學資料，有效調動了具有不同生物學基礎學生的學習興趣，并在一定程度上均衡了學生的知識掌握進度。依據經典《水處理生物學》教材及發展前沿［5］，結合我校及專業人才培養目標，在提升學生對本專業領域認識的基礎上，進一步將科研資源與教學相融合，如引入水處理生物學案例等專題教學，加深學生對本專業科研及實際應用的初步了解。

依托超星學習通等在線平臺，建立了基礎知識平臺，與課程進度保持一致，方便學生在線提前預習、查閱資料等。作業和答疑按教學進度逐步公開，有助于學生梳理并掌握知識點。結合觀看慕課、會議報告視頻等方式，可以不斷擴寬學生在水處理生物學領域的視野，極大地提升學生的興趣及積極性。通過拓展學習平臺的建立，讓學生了解國內外最新相關專題研究進展，鼓勵學生自主利用我校圖書館查閱文獻，進行閱讀、學習，不僅提升了學生對本學科領域的認識，更增強了學生課程學習的自主性，同時完善了網絡教學環境及網絡資源的建設。交流反饋平臺的建設給師生提供了良好的交流平臺，學生課程學習感受的及時反饋非常有助于教師在教學中不斷改進教學方法，階段性的課程預警也有效地幫助了學生，真正意義上做到了教學相長。

通過不斷改進立體化教學模式及教學方法，極大地提高了學生參與教學活動的積極性及教學質量。在線課堂作業問答積分等形式，大幅度提升了學生的課堂參與度，極大地提升了學生在本領域的探究興趣及對本課程的深入思考程度，實現了與學生在課上課下都可以互動、交流的模式，學生課堂表現非常好，出勤率也高。學生在課后分組學習時也十分積極認真，與教師利用交流平臺不斷深入探討，有效調動了學生的自主學習積極性與能動性。

通過不斷完善考核體系，進行立體化考核，采取綜合評分，不再單獨依賴教師的評分，也不再單獨依賴應試分數進行評定，改變了學生普遍固有的學習和思維模式，使課程成績考核更加多元化，更加科學和系統。多方式、多角度、多途徑地全面評判學生的學習效果，有效調動了不同生物學學習基礎學生的學習熱情，切實地促進了學生全面素質的提升。通過結合立體化課程思政建設，切實增強了學生的家國情懷、責任意識、科學與人文精神及艱苦奮斗、團隊協作及創新精神等。

經過施行“水處理生物學”課程教學周期的完整運行及教學改革創新，取得了顯著的教學效果，教學評價良好，學生反饋良好。以學生發展為中心，以培養學生的各方面能力為教學理念，開展“水處理生物學”課程相關建設，不僅進一步推進了學校新工科建設，更切實提高并綜合培養了學生的各方面能力。

本研究對北京建筑大學專業基礎課“水處理生物學”在教學內容、教學方式、評價機制等方面進行了課程立體化建設初探。將國內外教材的精華內容進行匯集整合，補充了實際典型案例，并結合課程思政，使學生既學習了先進理念和方法，又對課程內容有了更深入的了解。將多媒體技術與教學資源有機整合，形成了立體化教學方式，不僅提升了課程的教學質量和授課效率，也更好地服務了專業人才培養目標。課程的考核方式更加立體化，重視每個教學環節，提升了“水處理生物學”課程的教學效果。因此，本文提出的關于“水處理生物學”課程的立體化建設具有一定的推廣價值，希望為其他課程的教學提供一定的參考。