“水污染控制工程綜合實驗”課程教學探討

劉文如，王建芳

（1.蘇州科技大學天平學院 環境工程系，江蘇 蘇州 215009；2.蘇州科技大學 環境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

大學新工科建設以及工程教育專業認證，是推進我國工程教育高質量發展工作的重要舉措，對于我國從工程教育大國走向工程教育強國具有重要意義［1］。在新工科建設和工程教育認證大背景下，各高校積極落實“學生中心、結果導向、持續改進”的教育理念，重點圍繞培養工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才，開展系列教學改革與探索實踐［2］。

蘇州科技大學環境工程專業作為典型的工科專業，以培養具有創新精神和解決復雜環境工程問題能力的應用型高級環境保護工程技術人才為核心目標。“水污染控制工程綜合實驗”作為環境工程專業代表性的實踐課程，要求學生綜合運用專業理論知識，通過科學實驗，探索實際環境問題的解決方案或途徑，是最具理論聯系實際、學以致用特征的一門課程［3］。通過學習該課程，使學生理論聯系實際，培養學生觀察問題、分析問題和解決問題的綜合能力，引導學生進行積極探索、勇于創新和進行團隊協作［4］。本文以蘇州科技大學環境工程專業“水污染控制工程綜合實驗”課為例，探討在新工科建設和工程教育背景下，如何開展以提高學生解決復雜工程問題能力和創新能力為目標的環境工程專業實踐教學環節的教學改革。

一、“水污染控制工程綜合實驗”課程教學現狀與問題分析

調查研究發現，高等教育中的“重研究、輕應用；重學術、輕技術；重知識、輕能力”等現象較為普遍；就課程教學而言，表現為重視理論教學而輕視實踐訓練［5］。本校“水污染控制工程綜合實驗”課程教學現狀亦不容樂觀，存在的主要問題如下：（1）實驗內容落后且與工程實際脫節現象明顯，難以調動學生參與的能動性、積極性與創造性，對學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力鍛煉不足，創新思維培養不足。（2）實驗教學形式單一，仍以灌輸為主，即基本上采取教師設計實驗內容、目的與流程，學生照葫蘆畫瓢的形式，學生只是單一地對實驗課本內容進行簡單重復，只知道操作步驟，而不知道或不理解操作步驟的原理，對學生的動手能力、工程能力和主動思維等培養成效不佳。（3）實驗組織不科學，實驗過程中機械分組或離散性組隊，實驗小組配合度低、凝聚力不足，缺乏啟發式、討論式交流，有效的團隊協作鍛煉不足。（4）課程考核手段不完善，重結果輕過程現象較普遍，缺乏對實驗全過程的質量監督和考核機制，基于產出導向的學生能力培養考核機制不健全，考核結果對后續實驗教學的持續改進反饋不足。（5）課程思政體系不健全，實驗教學與能力培養、價值塑造的融合度不高，難以滿足以德育人目標。

總之，當前現實環境中有關水污染控制相關問題的處理情況千變萬化，無法以實驗室的理想參數設定環境為依據，學生不理解實驗步驟背后的相關理論和原理，難以做到舉一反三和知其所以然，會導致課程的效果大打折扣，無法發揮實踐課程設置的作用。因此，目前的以“水污染控制工程綜合實驗”課程為代表的實踐類教學與新工科建設和工程教育認證大背景下的環境工程專業育人目標脫節［6］。此外，日益嚴峻的就業形勢和競爭激烈的人才市場需求，更是倒逼應用型本科院校培養的畢業生不僅要掌握全面系統的理論專業知識，還要具備深厚扎實的動手能力、創新精神和工程素養［7］。

二、“水污染控制工程綜合實驗”課程教學改革措施

蘇州科技大學環境工程專業以培養具有較強創新意識和實踐能力、適應社會經濟發展需求的環境工程高級應用型人才為目標，并以服務地方經濟發展為育人特色。以“水污染控制工程綜合實驗”為代表的實踐教學是實現上述育人目標極為重要的一個環節。在總結當前實驗教學現狀和主要問題的基礎上，結合《工程教育專業認證標準》和我校實際情況，開展“水污染控制工程綜合實驗”課程教學改革，探索以強化學生自主學習和主動探索為驅動，以課程指導教師團隊與學生實驗小組縱向橫向深度融合為核心的實踐課程教學新模式。具體措施如下。

1.完善課程思政建設，凸顯價值塑造，激發情感共鳴。通過深入挖掘課程思政元素，將習近平生態文明思想融入課程教學：在技術原理上，培養學生實事求是的科學精神，在工藝革新和優化組合上，培養學生精益求精的創新精神，在工藝運行和管理上，通過優秀前輩專家的人生經歷和發現，培養學生忘我工作的敬業精神，通過污水處理在中國的快速發展、水環境質量持續改善融入中國的舉國體制優勢，堅定“四個自信”，將思政元素有機融入課程教學（見圖1），構建了以習近平生態文明思想為指導的課程思政教育體系。總之，以國際工程教育認證要求為基礎，在教學大綱和教學目標中明確對學生情感、態度與價值觀的培養目標和要求，在實驗過程中踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，積極學以致用、探索創新，弘揚勞動精神、團隊協作精神等。

圖1 “水污染控制工程綜合實驗”課程思政融入

2.整合優勢資源，打造能力突出、特色鮮明的教學團隊。依托蘇州科技大學城市生活污水資源化利用技術國家地方聯合工程實驗室、江蘇省環境科學與工程重點實驗室以及水處理技術與材料協同創新中心等專業平臺，為“水污染控制工程綜合實驗”課程教學打造了優質硬件設施，建設了污水處理、給水處理及工業廢水等“體驗式”“模塊化”工藝試驗系統［8］，并建設了“水控綜合實驗仿真系統”，用于學生對部分實驗項目的練習，同時學科和專業平臺為學生創新實踐提供經費支持；根據教師科研方向和工程背景，精心組建了“水污染控制工程綜合實驗”課程教學教師團隊，為團隊成員不僅具有豐富的環境工程實踐經歷，還活躍于科學研究一線，在備課和教學（線上線下混合式教學）過程中可以將每位教師的科學研究成果、工程實踐經驗與“水污染控制工程綜合實驗”課程教學相結合，創建動態更新、生動豐富的教學案例，實現以科研前沿和工程實踐反哺教學、教學科研及實踐同頻共振的良性發展。此外，每位教師的研究方向、實踐專長和知識結構各不相同，在集體備課過程中交流借鑒，具有互補性和啟發性。

3.創新教學方式，形成指導教師團隊—學生實驗小組縱向橫向深度融合的教學新模式。每位教師直接分管特定的實驗小組，將班級化整為零，在教師指導下，學生根據特定問題或典型案例有針對性地啟發學生創新實驗設計，實驗方案設計過程中多次開展互動式、研討式教學，啟發學生獨立思考、探索創新，實驗方案設計完成后交由不同小組及其指導教師進行審閱校核；教師團隊監督指導實驗操作，全程掌控實驗進程，有意識地引導學生發現實驗過程中存在的問題，并強化小組內學生與學生之間的交流協作，激發學生的學習內驅力；教學過程中，指導教師間就各自分管的實驗小組內存在的問題和現象進行及時有效的溝通交流，充分發揮整個教師團隊的綜合力量，更加高效地解決問題和提升教學質量；在課程考核時，不同指導教師所帶實驗小組的成果報告進行交換批改和共同評閱，確保公平公正；同時，每位指導教師得以相互學習，共同提高，為后續教學質量持續改進奠定基礎。

4.精選教學內容，鼓勵積極探索，突出學以致用。一方面，提高自主探索、自行設計類實驗所占課時比例，部分實驗項目見表1，側重培養學生深度分析、大膽質疑、勇于創新的科研精神和實踐能力［9］。如本課程中的給水處理綜合實驗和污水處理綜合實驗，該類型實驗綜合性和自主性強，具有一定的挑戰性，也最能體現學生的知識和能力以及情感態度和價值觀的差異，因此，提高該類型實驗的課時比例，有利于集中精力和優勢資源提升教學效果和育人質量。另一方面，提升單個實驗的內在質量，將單一的純理論性實驗融入更加接近實際環境和問題的實驗項目中，充分體現環境工程綜合實驗的研究性、創新性、綜合性，引導實驗小組進行研討、質疑、辯論，調動學生解決問題的積極性，弘揚團隊協作精神［10］。如在離子交換、活性炭吸附等水處理實驗中，將原來所使用的成分單一的待處理水樣替換為成分較為復雜的污水或預處理后的實際污水，學生通過實驗學習復雜水質中的離子交換和活性炭吸附的除污過程，深入分析實驗所得數據和實驗結果。此外，將學術研究、科技發展前沿成果合理地引入每個實驗項目，引導學生對行業需求、國家戰略進行思考，培養學生的科研興趣和創新精神，增強學生對國家的自豪感，提升對社會的責任感，激勵個人學習的使命感。如在污水處理綜合實驗項目中，針對傳統活性污泥法存在的缺點（如泥水分離慢、能耗高、流程長等），適時引入好氧顆粒污泥、短程生物脫氮技術等，結合習近平生態文明思想，培養學生作為環保人的使命擔當。

5.強化過程監督，建立多維考核機制。利用校院兩級督導制度和同行聽課評價機制，強化課程教學和思政育人質量管理；改進學生評教機制，結合傳統教務平臺學期末的課程測評和新增設的微信課程調查問卷反饋渠道，及時全面了解學生學習效果以及對課程教學的建議，課程組匯總學生期末考核、督導同行聽課評價以及學生評教結果后，進行集體研討，擇優采納用于推進課程教學的持續改進。學生期末考核實行過程考核與結果考核相結合的方式，建立了基于工程認證標準和面向產出的課程教學達成度評價體系［11］，并將課程思政納入課程考核，在課程達成度分析表中明確思政目標達成度；成績比例分配向實際問題解決型實驗和創新思維研究型實驗傾斜，考核內容重點向實驗方案設計的創新思維以及實驗過程中發現問題、分析問題和解決問題的能力培養傾斜。課程的評價和持續改進機制見圖2。

圖2 課程的評價和持續改進機制

結語

以“水污染控制工程綜合實驗”課程為代表的環境工程專業實踐教學，是培養學生實踐能力、創新精神和綜合素養的重要教學環節。然而，當前存在學生對實踐教學重視不足、積極性和參與度不高等問題，導致實踐教學對學生動手能力、創新能力、工程能力培養成效不佳，阻礙了環境工程專業對工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的應用創新型新工科人才培養目標的實現。探索以強化學生自主學習和主動探索為驅動，以課程指導教師團隊與學生實驗小組縱向橫向深度融合為核心的實踐課程教學新模式具有重要的實踐意義。本文結合工程教育認證標準和我校“水污染控制工程綜合實驗”課程教學實際情況，開展課程教學改革探索，形成以“水污染控制工程綜合實驗”課程為代表的實踐教學新模式，學生在此教學模式下充分發揮主觀能動性，價值塑造與綜合實踐能力培養并駕齊驅，為培養具有可持續發展理念和國際視野、能解決復雜環境工程問題的創新型高級工程技術人才提供借鑒。