環(huán)境工程學(xué)課堂教學(xué)方法改革探索
——以生物脫氮為例

王艷錦, 宋阿娟, 張倩倩, 王小艷

(河南財(cái)政金融學(xué)院 環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院,河南 鄭州 450046)

環(huán)境工程學(xué)是環(huán)境科學(xué)專業(yè)必修的一門專業(yè)核心課程,本文在課程特點(diǎn)和學(xué)情分析的基礎(chǔ)上,對(duì)其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法及教學(xué)考核等4個(gè)方面進(jìn)行探討,以期為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方式提供有益參考。

1 教學(xué)分析

我校本課程使用的教材是高等教育出版社出版的《環(huán)境工程學(xué)》(3版),內(nèi)容覆蓋面廣,包括水、氣、固、噪聲及其他污染等4個(gè)方面的內(nèi)容。授課對(duì)象是環(huán)境科學(xué)專業(yè)大三學(xué)生,在學(xué)習(xí)本課程之前,學(xué)生已學(xué)習(xí)了環(huán)境工程原理、環(huán)境生物學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程,具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),但自主學(xué)習(xí)能力欠缺,不能把前后課程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,系統(tǒng)性思維和高階能力不足。所以,在教學(xué)內(nèi)容安排上注重與相關(guān)課程內(nèi)容進(jìn)行協(xié)調(diào)整合,避免重復(fù)講授,采用模塊化單元化教學(xué),將教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化,結(jié)合多元化的教學(xué)方法,做到精講要點(diǎn)、突出重點(diǎn)、解釋難點(diǎn),重在理論知識(shí)的內(nèi)化和工程應(yīng)用實(shí)踐能力的發(fā)展,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣,實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)、技能和素養(yǎng)的三維教學(xué)目標(biāo)[1-2]。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

人民教育家于漪曾說(shuō)“一堂課要備一輩子”,可見教學(xué)設(shè)計(jì)是教學(xué)行為實(shí)施中非常重要的環(huán)節(jié)。教學(xué)設(shè)計(jì)是一個(gè)全面規(guī)劃教學(xué)系統(tǒng)的過(guò)程,包括教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對(duì)象的分析、教學(xué)內(nèi)容和方法的選擇以及教學(xué)評(píng)估等內(nèi)容,各部分內(nèi)容既相互獨(dú)立,又相互依存、相互制約,是一個(gè)有機(jī)的整體。不僅要設(shè)計(jì)教師如何講,還要設(shè)計(jì)學(xué)生如何學(xué),對(duì)實(shí)施高效課堂具有提綱挈領(lǐng)的作用[3]。對(duì)于應(yīng)用型本科院校的教師而言,只有從學(xué)生的主觀能動(dòng)性的角度設(shè)計(jì)教學(xué)模式,才能最大程度地激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣[4]。學(xué)生不是盛裝知識(shí)的容器,教師也不是知識(shí)的灌輸者,而是學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、引導(dǎo)者和參與者,將教師教與學(xué)生學(xué)有機(jī)統(tǒng)一起來(lái),使知識(shí)、生活、生命在課堂上達(dá)到共鳴,真正煥發(fā)課堂的活力,力爭(zhēng)每一個(gè)45分鐘都是一節(jié)高效課堂。因此,課堂教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循OBE(outcome based education)教育理念,在教法和學(xué)法的最優(yōu)化方面精心設(shè)計(jì),引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性,貫徹理論和實(shí)踐相結(jié)合的原則,以有效幫助學(xué)生達(dá)成預(yù)期學(xué)習(xí)效果。

環(huán)境工程學(xué)涉及工程工藝較多,以生物脫氮單元為例,教學(xué)目標(biāo)是掌握廢水脫氮工藝,在教學(xué)設(shè)計(jì)上,如果直接從工藝入手,學(xué)生往往知其然而不知其所以然,可能還會(huì)抱怨工藝甚多。其實(shí),任何工藝都是基于不同功能微生物的生理生化特性而開發(fā)出來(lái)的,不同工藝的側(cè)重點(diǎn)有所不同,但都是為了適應(yīng)承擔(dān)具體功能微生物的生理生化特性的,所以生物脫氮單元從最基礎(chǔ)的生化機(jī)理入手,要求學(xué)生掌握脫氮微生物的生理生化特性,然后再理解具體工藝怎么使這些微生物發(fā)揮脫氮功能的,這樣才能充分理解各種各樣的工藝流程,并能根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算。

3 教學(xué)方法

課堂是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的主陣地,是師生雙方感情和思想交流的過(guò)程。在教學(xué)過(guò)程中,首先創(chuàng)設(shè)一個(gè)教與學(xué)和諧融洽的教學(xué)氛圍更加有意義。輕松愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)學(xué)生的精神面貌、學(xué)習(xí)效果等都會(huì)產(chǎn)生積極的影響,課堂教學(xué)效果就會(huì)有顯著的提高。2019年,教育部發(fā)布了《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》,提出要加快推動(dòng)教育信息化轉(zhuǎn)段升級(jí),以教育信息化支撐和引領(lǐng)教育現(xiàn)代化[5],所以在課堂教學(xué)過(guò)程中,除了采取板書形式進(jìn)行教學(xué)外,還結(jié)合現(xiàn)代多媒體教學(xué)方式給學(xué)生展示部分動(dòng)畫素材,比如利用Flash等軟件構(gòu)建水、氣、廢等構(gòu)筑物模型和處理工藝流程,使抽象復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容動(dòng)態(tài)化和形象化,使學(xué)生更加直觀、鮮明地了解、認(rèn)識(shí)一些反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及其工作原理,多元化的教學(xué)手段和豐富的教學(xué)能夠資源吸引學(xué)生的注意力,也是高效課堂的重要保障[6]。

教無(wú)定法,教必有法。科學(xué)合理的教學(xué)方法應(yīng)該有自己的個(gè)性特點(diǎn),符合自己學(xué)生的實(shí)際,既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。在教學(xué)過(guò)程中,打通線上線下,聯(lián)結(jié)課堂內(nèi)外。課前在學(xué)習(xí)通發(fā)布視頻資源和自主學(xué)習(xí)任務(wù)單,了解富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)內(nèi)容,進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)的自主學(xué)習(xí),教師負(fù)責(zé)收集學(xué)習(xí)反饋。課中靈活應(yīng)用問(wèn)題教學(xué)法、案例分析、小組討論、自主探究等教學(xué)方法,用于實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的參與式教學(xué),使學(xué)生在提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的動(dòng)態(tài)過(guò)程中,完成從脫氮微生物生化機(jī)理到具體工藝流程的學(xué)習(xí)。課后設(shè)計(jì)需要獨(dú)立學(xué)習(xí)或者小組學(xué)習(xí)的不同學(xué)習(xí)任務(wù),鍛煉學(xué)生文獻(xiàn)檢索能力,助力學(xué)生深度學(xué)習(xí),同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和高階能力,提高學(xué)生綜合素質(zhì)。以下是生物脫氮案例教學(xué)法的具體實(shí)施過(guò)程[7]。

1)案例介紹。教師將準(zhǔn)備好的2個(gè)有關(guān)生物脫氮的案例,一個(gè)是富營(yíng)養(yǎng)化的案例,另一個(gè)是城鎮(zhèn)污水處理廠案例,通過(guò)運(yùn)用多媒體等方式向?qū)W生全面介紹案例。

2)分組分析案例。將全班40名學(xué)生分成8組,每組都對(duì)上述2個(gè)案例進(jìn)行分析,要求每小組推薦一名代表作好記錄,代表小組陳述分析意見。教師提出的問(wèn)題為:①造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的原因是什么?②水體中氮的存在形態(tài)有哪些?它們之間是如何轉(zhuǎn)化的?③污水處理生物脫氮微生物種類有哪些?它們的生理特征是什么?

3)觀察與啟發(fā)。各組分析案例時(shí),教師到各小組中巡視,觀察討論情況,不發(fā)表任何意見。教師在準(zhǔn)備案例時(shí)估計(jì)到,學(xué)生有可能對(duì)污水處理廠出水氮含量超標(biāo)的原因分析存在困難。所以,在學(xué)生討論中引導(dǎo)學(xué)生從脫氮微生物生理生化特性入手,結(jié)合硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)影響因素對(duì)生物脫氮工藝進(jìn)行分析,讓學(xué)生明白工藝設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)即脫氮機(jī)理,厘清工藝的重要控制參數(shù)對(duì)出水水質(zhì)的影響。在該過(guò)程中,教師要做好引導(dǎo)者角色,引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題,而不是告訴學(xué)生答案。在討論過(guò)程中的任何時(shí)間,學(xué)生都可以對(duì)其發(fā)現(xiàn)的疑問(wèn)或者感興趣的問(wèn)題進(jìn)行提問(wèn)和討論。

4)陳述意見。學(xué)生對(duì)教師提出的問(wèn)題進(jìn)行闡述,在闡述過(guò)程中,指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真聽取別人的意見,取長(zhǎng)補(bǔ)短,相得益彰,同時(shí)教師要注意對(duì)學(xué)生發(fā)言時(shí)間的控制。

5)知識(shí)整理。案例中會(huì)涉及相關(guān)專業(yè)知識(shí)要點(diǎn),比如氨化作用、硝化作用、反硝化作用、傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝(圖1)等,教師指導(dǎo)學(xué)生把案例中的要點(diǎn)進(jìn)行歸納整理并進(jìn)行展示。

圖1 傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝

6)評(píng)價(jià)總結(jié)。教師對(duì)各小組觀點(diǎn)中存在的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)短點(diǎn)評(píng)與總結(jié),要重視學(xué)生分析問(wèn)題的邏輯思維過(guò)程,表述層次和結(jié)構(gòu),專業(yè)術(shù)語(yǔ)的使用等方面的問(wèn)題,以小組為單位進(jìn)行案例討論的記錄和整理并形成案例分析報(bào)告,加深學(xué)生對(duì)案例的認(rèn)識(shí),幫助學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)與實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

7)作業(yè)。根據(jù)學(xué)生的思維水平,布置多樣化的作業(yè),按小組查閱資料,對(duì)不同的污水處理要求,改進(jìn)傳統(tǒng)脫氮工藝,每組編寫一套生物脫氮工藝流程,并了解生物脫氮工藝的最新進(jìn)展,鞏固和延伸課程內(nèi)容,促使學(xué)生及時(shí)、徹底掌握所學(xué)內(nèi)容。

在上述案例教學(xué)過(guò)程中,教師不僅要做好準(zhǔn)備,并且還要提前將案例交給學(xué)生,學(xué)生也要查閱相關(guān)書籍、標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)等資料,全面了解案例。只有教師和學(xué)生雙方都進(jìn)行了充分準(zhǔn)備,才能實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)的效果。生物脫氮單元學(xué)習(xí)結(jié)束后,教師向?qū)W生發(fā)放了匿名調(diào)查問(wèn)卷,內(nèi)容包括學(xué)習(xí)興趣、參與主動(dòng)性、專業(yè)知識(shí)掌握、課堂氛圍、綜合素質(zhì)提升等5方面,分為“認(rèn)同”“一般”和“不認(rèn)同”3個(gè)選項(xiàng),問(wèn)卷發(fā)放40份,回收40份。調(diào)查結(jié)果如圖2所示,案例教學(xué)能使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí),充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,既鍛煉了學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力,又考察了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力,還提高了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力等。

圖2 調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果

4 教學(xué)考核

教學(xué)考核是教育評(píng)價(jià)的重要組成部分,是客觀、公正地評(píng)定學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)和評(píng)價(jià)教師教學(xué)效果的重要過(guò)程,也是提高教育教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生發(fā)展和教師成長(zhǎng)的重要手段。課程考核采用考試形式,課程考核改革主要體現(xiàn)在兩方面:其一是時(shí)間安排。該課程之前采用的是集中學(xué)習(xí),最終進(jìn)行期末考試,這樣考試前復(fù)習(xí)內(nèi)容較多,導(dǎo)致學(xué)生疲于應(yīng)付考試,因此,在每個(gè)模塊內(nèi)容學(xué)習(xí)完就安排對(duì)該模塊的考試,這樣更有利于學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí),每個(gè)模塊的考試成績(jī)作為總成績(jī)的一部分[8]。其二是之前課程總成績(jī)包括期末考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)兩部分。由于平時(shí)成績(jī)的主觀影響因素較多,難以給出十分客觀公平的評(píng)價(jià),尤其是采用小組討論時(shí),準(zhǔn)確客觀地對(duì)每位學(xué)生的參與度進(jìn)行評(píng)價(jià)至關(guān)重要。針對(duì)小組活動(dòng)中學(xué)生參與度評(píng)價(jià),采取了以下對(duì)策:一是在分組討論中,由于學(xué)生之間存在一定的差異,依照“組內(nèi)異質(zhì),組間同質(zhì)”的原則有效進(jìn)行分組,以達(dá)到優(yōu)劣互補(bǔ)的效果;二是在學(xué)生評(píng)價(jià)方面,建立過(guò)程性評(píng)價(jià)機(jī)制,從團(tuán)隊(duì)評(píng)價(jià)和個(gè)體評(píng)價(jià)兩方面細(xì)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),既能激發(fā)學(xué)生參與的積極性,又能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到合作的重要性,從而能夠客觀評(píng)價(jià)每位學(xué)生在小組活動(dòng)中的表現(xiàn)。通過(guò)考試方式改革,學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)效率得到了大幅度提高。同時(shí),教師基于成績(jī)分析報(bào)告、學(xué)生反饋意見等多種渠道及時(shí)對(duì)自己教學(xué)行為進(jìn)行分析與反思,進(jìn)一步提高課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)業(yè)激情,考查學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果,近年來(lái)鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合專業(yè)理論知識(shí),參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各種各樣的活動(dòng),其中2021年5位學(xué)生參加了省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí),在創(chuàng)新中成長(zhǎng),完善學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐技能,增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力,達(dá)到了良好的教學(xué)效果[9]。

5 小結(jié)

環(huán)境工程學(xué)作為環(huán)境科學(xué)專業(yè)最基礎(chǔ)的課程之一,課程內(nèi)容豐富,必須持續(xù)不斷地進(jìn)行課堂教學(xué)改革,才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。教師是教學(xué)的組織者和管理者,是學(xué)生的領(lǐng)路人,在寶貴的課堂教學(xué)時(shí)間里,學(xué)生到達(dá)什么樣的預(yù)期,主要取決于教師對(duì)課堂的組織和管理。因此,作為課程教師,要始終遵循教學(xué)理念時(shí)代化,教學(xué)內(nèi)容模塊化,教學(xué)方法多元化,教學(xué)手段信息化,以學(xué)生為中心,成果導(dǎo)向逆向設(shè)計(jì)課堂教學(xué),達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的。課堂教學(xué)改革永無(wú)止境,在今后的教學(xué)過(guò)程中,要主動(dòng)適應(yīng)高等教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢(shì),進(jìn)一步提高課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果,同時(shí)開展各種形式的課外活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力,塑造學(xué)生服務(wù)于美麗中國(guó)建設(shè)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。