從案例分析和課題研究角度探討《水污染控制工程》的“金課” 建設*

虞 磊, 張 愫, 喬維川

教育部在2018 年6 月份的全國高等學校本科教育工作會議上提出了“全面振興本科教育” 的要求, 同時首次面向全國高校提出了“金課” 的概念[1]。 《水污染控制工程》作為環境工程專業的一門核心課程, 全面覆蓋了水污染治理的技術、 原理及初步設計等重要內容。 然而這門課程內容較多, 涵蓋了物理、 化學、 生物、 數學等多個知識點, 且存在一定的交叉。 大部分同學因缺乏感性認識, 面對各種工藝、 技術只能依靠機械記憶, 難以實際切實的掌握和應用, 將一門實踐性較強的課程學成了一門知識點分散, 無復雜問題解決能力的“水課”。 因此, 建設《水污染控制工程》的“金課”, 有助于學生了解當前水污染防治的前沿技術, 并提高知識和素質有機結合的能力。這不僅對課堂教學質量的提升, 而且對學生學習興趣和主動學習的提升, 都具有重要的現實意義[2]。

因此, 論文將根據目前《水污染控制工程》課程教學所存在的問題, 提出基于案例庫的建立和分析、 課題研究這兩個主要方面來分析和探討《水污染控制工程》 “金課” 建設的可行性方案。

1 目前《水污染控制工程》課程教學所面臨的問題

1.1 知識點多而廣

對于環境工程的學生來說, 在結束了大一、 大二的如高等數學、 物理學、 四大化學等公共基礎課后, 直接接觸水污染控制工程確實存在感性認識上的不足。 例如活性污泥法的技術介紹, 涵蓋了微生物學的合成代謝和分解代謝方面的知識; 工藝包含了初沉池、 曝氣池、 二沉池幾個部分, 而這其中的初沉池涉及到斯托克斯公式等計算; 曝氣池又涉及到污泥濃度和COD等運行參數的表征, 曝氣量的核算; 而整個工藝又會引入由米氏方程等生物化學的知識。 因此這種同時包含微生物學、 數學、 化學知識的課程, 不僅對學生而言難以真正掌握, 而且對于授課教師來說上好這門綜合課程也是一個不小的挑戰[3]。 而當前, 授課教師在備課和授課時, 僅根據各章節知識點進行闡述, 但因這些技術已經在實際中應用多年, 而且每年都面臨這些相同知識的重復, 不存在創新之處, 這種“低階性” 和“陳舊性” 導致了授課教師自身處于了“不用心” 的授課狀態, 草草應付了事; 另一方面, 對于學生來說, 剛開始接觸這些知識, 覺得知識面太廣且晦澀難懂, 導致他們在上課時跟不上節奏, 提不起興趣。 久而久之, 這門專業課就成了師生都覺得枯燥乏味的“水課”。

1.2 感性認識少

《水污染控制工程》來源于實際工程需求, 不管其中介紹的設備、 技術還是工藝, 對于大部分本科生來說距離相當遙遠,這些甚至對一些環境工程的研究生也相當的陌生[4]。 僅僅通過課本上的語句和設計圖紙, 難以做到良好的感性認識。 學生認為自己在學習20 世紀80-90 年代的技術, 這種主觀意識上對這門課程的“陳舊性” 偏見, 也造就了學生在學習過程中會認為這門課程不實用, 跟不上時代了, 可學可不學。 目前授課教師在授課時, 也引入了一些圖片, 動畫等方式加強對設備和工藝的認識, 但是這些對于學生來說, 他們不知道為何而學, 學之所用。 因此學生在面對這門課程時, 往往只是在考試前, 對授課教師劃的知識點范圍進行機械背誦, 考完試后, 大部分拋至腦后。 這種非由感性認識而生、 缺乏實際需求的非自發型學習, 導致的學習結果就是暫時性記憶, 無法從中獲益。

1.3 公式死記硬背

《水污染控制工程》中的一個重要內容就是根據廢水量等參數, 計算出所需設備的大小, 設計出處理方案。 當前不少授課教師, 基本上是通過PPT 或者板書的形式介紹一個個的方程,然后把例題代入到方程中, 計算出設備或者工藝的參數。 對應的, 在考試過程中, 學生記住了這些方程用以在考試的計算中答題。 缺乏對這些理論方程來源性的追溯和實際應用場景的介紹, 使得這種專業課成為了機械性授課, 就缺少了專業課的“靈魂”, 和高等數學等基礎理論教學方式無異。 因此如何考慮引入理論方程和公式的推導以及實際工程項目, 為后續的水污染控制工程設計打下基礎, 也是目前亟需解決的問題之一。

2 關于如何打造《水污染控制控制》 “金課”的幾點思考

目前《水污染控制工程》授課中普遍存在的上述幾個問題,極大地影響了學生的學習興趣和教學質量。 如何對環境工程的本科生有效“增負”, 提升學生的學習興趣, 讓他們對專業負有社會責任感, 真正把這門“水課” 變成有深度、 有難度和有挑戰度的“金課”, 具有重要的現實意義。

2.1 案例庫的建立和分析應用

2.1.1 基于實際工程的案例庫建設

工業廢水和生活污水是《水污染控制工程》主要處理對象。目前課程介紹的物理處理技術內容方面涵蓋了五項主流技術。如授課教師只是對各項技術進行闡述原理、 演示設備構造、 介紹應用場景等, 學生在此項內容的學習過程只能照搬照套, 不能夠靈活應用。 這也是當前教學過程中普遍存在的“低階性”問題, 而教師在課程中, 通過實際工程的案例介紹, 如: 開展對豆制品廠廢水的處理工程中的物理處理, 市政污水廠的施工案例庫等建設, 利用多組現場照片和視頻, 從不同維度重點介紹和比較設備的特點和工作原理[5]。 這不僅讓學生能夠清晰地了解實際工業污水和生活污水中設備的尺寸、 安裝方式和工作狀態, 而且能夠幫助學生能夠迅速從課本中介紹的多項技術中快速選擇出最合適的工藝技術。 將知識能力與實際相融合, 達到“金課” 所要求的“高階性”, 就需要授課教師對實際工程素材的開展針對性的積累, 對素材進行編輯和歸類, 與課本知識點做到一一對應, 這樣才能夠在重要知識點和易混淆知識點的傳授時, 真正做到理論與實際的相結合[6], 從而培養學生解決實際復雜問題的能力和高級思維。

2.1.2 基于前沿熱點研究的案例庫建設

隨著我國部分區域的水環境日趨向好, 傳統的環境污染問題已不再是部分環保工作者的重點關注對象。 現課程中的物理化學處理技術部分分成了九大塊內容, 各項技術原理不同, 應用場景不同, 對學生的知識理解和熟練掌握造成了較大的困擾和挑戰。 通過新研究成果的介紹, 如: 污水廠尾水中抗生素殘留而引起的生態風險問題。 通過對這一前沿科學發現的拓展和介紹, 結合文獻搜索和歸納, 讓學生自主的學習和比較各種處理技術的優缺點, 充分體現出教與學的互動性。 這種課程的“創新性” 不同于讓學生自主研發某項技術或者產品, 而是通過授課教師在平時注意搜集和積累當前的熱點研究問題, 使得課程內容能夠重點反映出前沿性和時代性。 在此基礎上, 努力思考和嘗試這些熱門的環境問題是否可以與現有課本上所介紹的技術工藝相對接。 通過這種基于“熱點問題提出-文獻歸納-技術優缺點的對比總結” 的教學形式, 體現的正是“金課” 建設中重要的“創新性”, 即可使學生們能夠了解到當今環境領域的熱點和發展動態, 也可積累學生們對本專業的興趣, 激發學習動機, 使得學習結果的具有明顯的探究性和個性化。

2.2 基礎知識與課題式研究的有機融合

《水污染控制工程》教材是一門基于理論知識和實際應用的綜合性課程。 目前的課程設置中每一章節都是獨立的理論體系。 采用的教學方式一般為PPT 講解和學生問答相結合的方式, 一方面能夠對重要知識點進行梳理, 另一方面也能幫助學生對所學知識點的鞏固與掌握。 這種傳統的教學和復習方式一直保留至今, 雖具有上述的優勢, 但這種“陳舊性” 使得這種教學方式缺乏了對學生創新思維的培養, 使得學生難以對所學知識進行進一步拓展和應用。 若授課教師以課題研究形式下達, 明確課題任務; 學生綜合所學知識對老師布置的課題開展文獻調研、 動手實驗、 數據分析等系列工作, 這種對老師備課和學生課下均具有較高的要求。 例如, 教師布置的課題為: 新冠時期臨時醫院的污水處理方案研究, 要求學生利用所學知識對廢水水質進行綜合評價, 確立主要污染物及其去除方法等,通過分組形式進行課題研究, 設計方案并專業可行性方案。 這一課題研究形式的教學方法, 一方面體現了理論知識與實際的有機融合, 使學生明確了所學專業的社會責任, 提高了學生的主動研究興趣, 另一方面使得學生了解學以致用的重要意義,提高綜合解決復雜的問題的能力。 這種課題研究形式的教學方式, 對于教師和學生初次接觸具有一定的難度, 即“挑戰度”,需要“教” 和“學” 雙方跳一跳才能夠得著, 以達到良好的教學和知識鞏固的效果。

3 結 語

“金課” 建設既是全面提升教學質量的抓手, 也是振興本科教學的目標。 結合《水污染控制工程》的課程特點, 通過案例分析和課題研究合的教學方式, 有效提高此門專業課的“教”與“學” 的水平, 提高教學質量, 培養出為我國水污染治理的實踐性人才。