基于激發學習興趣的“環境工程原理”課程改革與實踐

張 麗，劉瓊玉，楊志華

（江漢大學環境與健康學院 湖北 武漢 430056）

“兩性一度”是教育部提出的金課標準，即高階性、創新性和挑戰度。這一標準從課程目標、課程內容及難易程度上都對課程教學提出了更高的要求。“高階性”從課程目標層面要求知識能力素質的有機融合，要培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維；“創新性”要求課程內容反映前沿性和時代性，教學形式呈現先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化；“挑戰度”是指課程要有一定難度，學生需要跳一跳才能夠得著，對教師備課和學生課下有較高要求。“兩性一度”的金課標準已經成了高校課程建設的規范操作。

“環境工程原理”課程是教育部教指委指定的環境工程專業核心課程，該課程內容難度大、概念抽象、學科交叉性強。同時，該課程的知識具有較強的連貫性和鮮明的理論指導實踐的屬性。一直以來，學生普遍反映理解難度大，學習興趣不高，嚴重制約了課程的“兩性一度”建設。針對存在的問題，本論文以激發學生學習興趣為切入點，有針對性地從教學內容、教學形式及考核方式等方面積極開展教學改革，以提高教學質量，提升課程的“兩性一度”。

1 明確課程目標，指導課程建設

“環境工程原理”課程的主要任務是系統地闡述生態環境治理工程中具有共性的工程學基礎、基本過程和基本現象及污染治理設備、工藝和工程的基本原理[1]。根據這一課程任務，結合工程專業認證和課程“兩性一度”建設的要求，明確該課程的課程目標：

課程目標1：掌握質量、熱量衡算原理和質量、熱量傳遞速率方程，具備識別和分析環境污染控制和生態修復工程中涉及的具有共性的現象和過程的能力。

課程目標2：掌握分離技術原理及不同分離過程的速率方程，具備針對具體環境問題提出解決方案并展開論證的能力。

課程目標3：掌握均相、非均相反應器的設計方程，具備對相關設備展開主要工藝設計的能力。

通過上述知識的學習和能力的訓練，在素質層面上要培養學生家國情懷、職業責任，使學生學會各種科學思維的方法，培養其團隊意識和創新思維。從課程目標來看，該課程理論知識量大，能力和素質目標要求高，因此，亟須開展教學改革，提高教學效果。

2 分析學生學情，構建學習飛輪

從該課程的課程目標來看，該課程從知識、能力和素質目標方面都對學生提出了較高的要求。因此，課程組為落實“以學生為本”的教學理念，對學情展開認真分析，有針對性地開展教學改革。

為更好地了解學生學習狀況，本課程組在網上開展了學生問卷調查，在回答“截至目前，您覺得“環境工程原理”課程難不難？”和“是什么原因導致您無法專注聽講”時，分別有63.2%和86%的學生表示內容太難。究其原因，一是本課程是我校本科生接觸的第一門專業基礎課，教學對象通常是大學二年級本科生，學生缺乏基本的工程經驗從而給學習帶來了困難；二是本課程具有較強的理論性和系統性，要求學生能完成從基礎到專業、從理論到工程的過渡，達成知識和能力的融會貫通和進階發展。針對學生學情分析，必須采取措施幫助學生克服困難，順利完成過渡。

在企業管理中常常提到“飛輪效應”。所謂“飛輪效應”[2]是指為了使靜止的飛輪轉動起來，一開始必須花費很大的氣力，一圈一圈反復地推，雖然每轉一圈都很費力，但飛輪會轉動得越來越快。當達到某一臨界點后，飛輪的重力和沖力會成為推動力的一部分，此時無須再費更大的力氣，飛輪依舊能快速轉動，而且不停地轉動。如果要構建學生的學習效應飛輪，什么是第一原動力？愛因斯坦曾經說過：“興趣是最好的老師”。如果能讓學生對“環境工程原理”產生興趣，學生就會愿意或者自發地去探究和學習。學生學習的主動性更強，就能主動思考提出更多的問題，從而對于原理的理解更清楚，分析和解決問題的能力就更強，獲得的成就感更多，進而更進一步增大了學習興趣。學習興趣的進一步增強，能帶動其他環節的運轉，這一環路就構成了學生的“學習效應飛輪”。因此，本研究以增強學生學習興趣為切入點，以興趣為原動力，通過外力增強學生的學習興趣，構建學生正反饋“學習效應飛輪”，最終讓“學習效應飛輪”自主高速轉動起來，實現“飛輪效應”。

3 增強學生興趣，全面實施教學改革

興趣的激發必須對癥下藥，熟悉感是克服畏難情緒的“良方”，成就感是持續興趣的“靈藥”。因此，課程組從教學內容入手，改進和完善了教學形式和考核方式。

3.1 厘清課程主線，構建課程邏輯框架，讓學生“心中有數”

針對本課程概念和理論繁多的問題，在課程內容上進行整合，形成“一主線（污染物去除）兩方面（技術和設備）三模塊（原理基礎、分離原理和反應工程）”的內容邏輯框架[3]。本課程內容圍繞污染物高效、快速地去除，從技術方法（包括分離和轉化兩類）和設備設計兩方面展開。技術原理的學習主要訓練學生對微觀過程的解析和對過程變化速率的數學表達，培養學生能識別分析主要影響因素，具備提出解決方案展開論證的能力。設備設計主要訓練學生運用微分思維和衡算思維，具備開展主要工藝設計的能力，為后續專業課的學習打下理論基礎。在開課之初，教師向學生介紹課程的邏輯框架，讓學生了解要學習的內容和內在的邏輯，幫助學生厘清學習思路，減少學生畏難情緒。

3.2 搭建生活實歷→理論學習→工程實例的遞進式學習模式，消除學習陌生感

上課好比給學生講“故事”，講授的素材和形式是學生愿意聽的重要影響因素。因此，從學生熟悉的東西入手，給予知識的熟悉感，能極大地減少學生學習的畏懼感。教師從學生熟悉的生活實例導入課程知識點，將課本里看似抽象“高大上”的理論原理，通過日常生活實例，展現給學生，構建學生的理論基石，再將理論知識遷移到工程案例，幫助學生理解理論；學生從工程案例中拓展理論知識，進而用理論知識解釋生活中的現象和行為，培養運用理論分析和解決問題的能力。師生共建生活實例→理論學習→工程實例的遞進式學習模式。如在講授過濾章節，可以首先引入生活中打豆漿、過濾豆渣的經歷引導學生理解表面過濾的概念，及過濾速率的影響因素。由于學生熟悉打豆漿，所以由此引出的表面過濾也不那么陌生難懂。在理解的基礎上，通過播放視頻讓學生了解污泥脫水處理的板框壓濾工藝，引導學生根據工程實際來進一步理解原理。又如在學習完熱傳導后，引導學生思考為什么在生活中有些地方曬被子會有拍打被子的習慣，繼而引導學生解釋在實際工程中為什么保溫材料要用多孔材料。通過這種遞進式學習模式，學生對理論知識的理解力和接受度明顯提高，同時也能很好地理解理論如何指導實踐。

3.3 師生共建，采用多種教學方法，不斷給予學生新鮮感

目前，傳統的“以教師為中心”獨角戲式的教學方式已經不能適應現在教學的要求，“以學生為中心”師生共建的教學理念逐漸成為主流。

問題驅動教學法是以問題為主線，學生圍繞師設計的問題，主動構建知識體系的教學方法。作為問題驅動教學法的主導者，教師可以根據教學內容，選取合適的時事熱點事件和前沿報道，結合學生喜歡的短視頻，提出問題，讓學生在觀看視頻的同時聚焦問題進行思考。如講到吸收時可以結合前沿的碳捕集技術設計問題，讓學生在了解碳捕集技術的同時，進行有關吸收塔設備知識的學習。可以明顯看出，這種教學方法容易激起學生的求知欲，此時教師若適當進行引導，學生的理解程度將大大加強。

項目式教學法也是近些年常用的教學方法。在項目式教學法中，可以從加強學生的參與度入手，引導學生做“生活的有心人”，發現現象，尋找問題。在此基礎上，學生和教師一起設計具有一定創新性的項目，增強學生的新鮮感。同時，為了增強學生的成就感，可以將大項目分解為若干子項目，逐步推進，學生完成項目的過程就是不斷“通關”的過程。逐步提升的挑戰度，減少了學生初始的畏難情緒和焦慮，提高了學生階段性完成的滿足感，形成正反饋，能保證“高階性”訓練。

線上線下混合式教學是近些年出現的新的教學形式，也將是未來課程教學的主流模式之一。線上線下混合式教學不是網絡資源和課堂教學的簡單機械相加，而是分階段有側重地通過課前線上導學、課堂知識串講和重難點講解、課后線上復習鞏固，拓寬學習時空，變“教師講授為主”為“學生自主學習為主”的教學模式。在“環境工程原理”課程教學中，可以通過建設課程的線上資源，包括知識點短視頻、工程案例視頻、線上通關測試、線上討論等，充分利用網絡打破傳統固定學習模式，學生可以自主利用時間完成課前預習、知識拓展和課后鞏固等任務。同時，通過線上測試能使學生及時發現自己學習中存在的問題并進行調整。抽象的概念原理也可以通過工程案例視頻具象化，幫助學生理解。而當這些任務通過線上解決后，課堂上教師就有了更多的時間開展高階性訓練。

此外，學生授課、翻轉課堂是常用的增強學生參與度的教學手段。如針對“環境工程原理”公式繁雜的情況，可以采用學生講例題、學生出習題等形式，充分調動學生的參與意愿，“以學生之口，解學生之惑”。“走出去，請進來”的形式，帶學生走進實驗室、走進企業生產現場開展學習，邀請工程師來校講課，都是很好的激發學生學習興趣的方式。

3.4 強化過程考核，形成正反饋

一直以來，以期末考試為主的“一考定乾坤”的考核方式很難滿足能力培養的課程目標要求，也無法使學生和教師及時了解學習成果，導致學生缺乏學習動力。因此，有必要基于OBE 理念，針對課程目標設置考核內容和方式，強化過程化管理，將過程考核和終極考核相結合。過程考核包括平時課堂回答問題、微專題報告、展示交流以及線上測試等；終極考核包括期末考試和綜合項目報告等。考核可以分為個人項目和團隊項目。對于個人項目，可以將較大的項目進行分解，增加學生完成的意愿，使學生更容易完成。每個小任務完成后，教師要及時進行總結和點評，不斷給予學生鼓勵和正反饋。對于團隊項目，要讓學生參與講評和打分，一方面能更好地反映學生的實際情況，同時也增加了學生的認同感。期末考試少采用死記硬背的形式，試題盡量做到理論聯系實際，既讓學生能動筆，又能考查學生綜合運用知識的高階性能力。

4 小結

學習的關鍵在于發現和探索，而學習的樂趣在于發現新事物和解決難題。因此，在“環境工程原理”課程的建設過程中，始終以激發學生的興趣為出發點，通過厘清課程內容，豐富教與學的方法和形式，增強學生的參與感，改進考核形式，從而減少學生的畏難情緒，讓學生的愿意學，在學習的過程中始終收獲成就感，從而形成“飛輪效應”，達成課程目標，提升課程的“兩性一度”。