新工科背景下“特種廢水處理”課程教學改革

摘" 要：在新工科背景下，“特種廢水處理”課程作為環境工程專業必不可少的課程之一，積極響應國家戰略號召，為培養新時代創新型、復合型和應用型的卓越工程人才，實施教學改革。文章深入分析了“特種廢水處理”課程教學的現狀，從教學內容、教學方法、教學主體和教學空間四方面提出問題，并針對這些問題，特別創建了模擬創業公司融資答辯教學環節的體驗式學習模型，并從教改目標、教學模式、教學方法、教改特色四方面提出了“特種廢水處理”教學的改革方向。通過本課程的教學改革，學生將掌握特種廢水處理技術的基本知識、加深對污水處理技術的理解與認識，并提升終身學習能力和創新意識。

關鍵詞：特種廢水處理；環境工程；教學改革；答辯；創業

為了適應國家戰略發展的新需求，提升國際競爭力，并滿足立德樹人的新要求，國家在教育領域提出了“新工科”概念，旨在培養適應新時代需求的具備創新能力、綜合素質和實踐能力的優秀工程人才。在新工科建設背景下，課程教學方面不僅需要建設新工科專業，還需要對傳統工科教育進行轉型升級，采取應用翻轉課堂、情境教學、案例教學、啟發教學等多樣教學方法，改變傳統的以教師為中心的教學模式，提高學生課堂參與度、自我探索以及學習的欲望和創新意識。“特種廢水處理”是環境工程專業的課程之一，本課程全面系統地介紹了發酵工業、制革工業、制漿造紙工業、醫院污水、重金屬工業廢水、肉類加工廢水和垃圾滲濾液等廢水來源、水量和水質特征，重點介紹了各種廢水處理技術的現狀。該課程具有很強的實踐性和針對性，在訓練和培養環境工程專業本科生分析和解決實際問題的能力方面發揮非常重要的作用。通過本課程的學習，學生可以更好地把握特種廢水處理技術的基本知識，依據廢水的水量和水體特性研究出合適的處理工藝和參數，為學生今后從事廢水處理和環保工作奠定了基礎。面對諸多新挑戰和新要求，“特種廢水處理”課程教學要順應時代和行業的發展趨勢，積極改革原有的教學內容、教學模式和教學方法等。文章主要闡述了目前“特種廢水處理”課程教學的現狀和存在的不足，并針對問題提出了一些改善途徑，以培養出具備創新創業能力、豐富實踐知識和多項新技術的新工科人才，以期促進學科建設和提高地方本科教學水平。

一、環境工程專業 “特種廢水處理” 教學的現狀和問題

（一）偏重理論教學，學習難度較大

由于工科教學內容本身理論性、學術性和抽象性更強，該門課程學習難度較大，要求教師在教授知識時需要更加深刻和細致地進行講解。“特種廢水處理”作為一門內容豐富的工科教學課程，在教學過程主要還是以理論教學為主，一方面教學內容枯燥乏味，學生的學習熱情和積極性欠缺，另一方面學生難以在固定的學習周期內學習到全面的知識，難以透徹理解所學的知識點和概念原理。

（二）教學方法單一，難以活躍課堂氛圍

傳統單一的教學方法缺乏創新性和應變性，難以調動學生的學習興趣和積極性，難以營造活躍的課堂學習氛圍，從而導致學生學習效率不理想，學習效果較差。在授課的過程中，發現學生存在難以充分應用理論學習獲得專業知識、思考問題不深入等問題，原因主要在于教師往往偏重于理論知識的講授和學習，習慣利用板書和多媒體課件的方式從頭至尾將課本理論知識向學生灌輸，缺乏啟發式教學、案例式教學和情境式教學等教學方法，難以激發學生學習興趣和思考問題意識。

（三）以教師為主體，缺乏課堂互動性

在“特種廢水處理”教學的課堂上，教學方式仍然以教師為中心，缺乏師生之間和學生之間的互動，學生的求知欲無法被激發，學生的參與積極性也難以調動。如果課堂教學不實現從“以教師為主”到“以學生為主”的教學理念轉變，不僅會導致教師難以準確獲取學生的學習反饋信息，無法全面了解學生的學習情況和進展以及時調整教學安排，還會導致學生缺乏學習互動體驗、學習印象不深刻，影響學習質量。

（四）受課堂限制，學習空間拓展較難

“特種廢水處理”教學主要以線下課堂教學為主，教師在固定時間和教室對學生實施集中式教學。相比線上教學，這種教學方式能夠直觀地提高教學效率，但是學生的學習成果受到時間和空間的限制，不能利用碎片化時間和其他平臺開展個性化學習，深化課堂理論知識。并且由于教學周期的限制，教學內容大多局限于課程書本教材，導致單純完成書本內容的教學已是一項難題，更難以發揮其他更豐富更有效的教學資源。

二、“特種廢水處理” 教學改革方向

（一）改革目標

第一，加強學生對特種廢水處理理論知識的理解。通過在課堂中引入模擬科技項目融資環節，讓學生扮演投資者、工程師或顧問等角色，讓他們分析和評估特種廢水處理技術的可行性、市場前景和風險，并提出切實可行的建議。通過這樣的綜合實踐活動，學生能夠將所學理論知識應用于實際問題，深入理解知識的關聯和應用。

第二，增強學生了解行業前沿知識的興趣：教師通過引導學生進行技術市場需求和革新點的分析，讓學生能夠研究行業報告、專利文獻、科技創新案例等，從而了解當前特種廢水處理領域的最新發展情況和前沿技術。通過培養學生的系統分析能力、總結歸納能力和邏輯思維能力，激發學生對探索本課程相關領域前沿知識的興趣。

（二）教學模式

采用“線上+線下”相結合的教學模式，使學生可以根據自己的時間和節奏進行學習，提供更多學習機會和靈活性，拓展學生的學習空間。線上教學可以使用個性化學習方法，如短視頻、在線直播、互評作業、在線測試和在線討論。線下課堂則可以利用翻轉課堂完成知識內化。線上線下的相互配合兼具靈活性、便利性、互動性的特點，一方面，可以充分利用現代互聯網技術的優勢，彌補傳統教學模式的不足，以滿足學生個性化學習需求；另一方面，保留傳統教學的優勢，提升零距離教學和加強教師學生之間的溝通，能夠構建和諧的學習氛圍。

1. 線上教學模式

互聯網的興起促進了知識共享時代的發展，這使得學生的學習環境從過去的僅限于課堂快速演變成基于課堂的泛網絡學習平臺。學生可以通過慕課、超星等網絡學習平臺以及任課教師科研實踐經歷、企業生產實踐等的視頻影像資料學習專業知識，這不僅豐富了教學手段，還會為學生在有限時間的選擇更多自己感興趣的專業知識，為身臨其境似的感受專業知識的應用場景提供了可能，還極大地提升了教學效率。不僅如此，還可以采用在線測試、討論和分享等在線學習形式，將學生集中在一個在線平臺上，讓學生在平臺上暢所欲言，與教師和學生進行交流、分享想法和解決問題，促進彼此之間的學習和合作，營造良好的學習氛圍。

2. 線下教學模式

將翻轉課堂引入線下教學，引導、鼓勵學生將線上學習獲得的專業知識與線下學習成果相組合，圍繞任課教師布置的專業實踐案例中需要解決的問題，通過團隊合作，形成有效的、有針對性的解決方案。然后師生在課堂上一起參與、協作互助、共同探究，通過學生展示團隊方案，再與任課教師和其他學生進行辯論，實現“越辯越明、越辯越清、越辯越有興趣”的教學效果。“以學生發展為中心”的線下翻轉課堂的教學形式，不僅強化任課教師與學生以及學生間的互動，還可以提升學生的自主學習興趣與動力。

（三）教學方法

“特種廢水處理”課程具有內容復雜、綜合性強、相關知識廣泛、需要工程實例、工程數據支撐等特點。［1-3］同時，“特種廢水處理”是一門實踐性很強的工程課程，各種污水處理技術都來自污水處理工程的實踐。因此，需要學生在掌握相關基礎理論知識的前提下，可以運用理論知識處理具體的工程問題。［4］“特種廢水處理”課程涉及許多污水處理工藝的原理、運行管理和工藝設備操作，這些內容采用傳統的教學方法難以呈現，使學生感到抽象、復雜、枯燥，影響學生對所學知識的理解。因此，在教學中，教師應靈活運用多種教學策略，以提升課堂教學效率并激發學生的學習積極性。

1. 案例式教學

案例教學法被認為是一種成功的教學方法，它首先由哈佛商學院實施并取得了成功，并且在20世紀90年代開始在我國推行。［3，5］案例教學以學生對相關理論知識和技術的掌握為基礎，教師依據教學內容和培養目標的需求，選擇典型案例，使學生融入特定工程項目中，學生通過獨立思考和分組討論處理項目的實際問題，以此實現理論結合實踐的教學方法。例如，“化學與人類”課程思政教學引入了綠色能源與未來發展的案例，引導學生思考化學在解決全球性環境問題的作用，這能夠充分激發學生的內在學習動力，有效提高課程目標達成度，并提升化學與人類課程思政教育在人才培養中的育人效果。因此，在本課程教學過程中，充分利用互聯網收集真實案例，將課程內容與社會和周邊發生的比較典型的事件或企業的實際污水處理項目相結合，減少課堂理論教學與實際工程應用的差距，激發學生對專業知識的學習興趣。在案例教學過程中，學生間的相互交流與討論，有助于提高其分析和解決實際問題的能力以及學生的團隊合作精神和綜合素質。以“醫院污水處理”一章為例，在教學過程中可以通過對醫院污水危害事件的講述和我國在污染治理方面的成功案例的介紹，讓學生認識到當前解決水污染問題的必要性與迫切性，培養學生的社會責任感、職業精神和生態環保意識。

2. 體驗式教學

在授課過程中，教師和學生應加強溝通和互動，教師需及時關注學習困難的學生，注重學生的教學反饋和課堂體驗，這有助于學生在系統掌握所需專業知識的基礎上，激發實踐本領、增強創新意識。同時，教師可通過向學生提問的方法，調動學生的積極性，并設置課堂討論環節讓學生參與，有助于培養學生良好的自主學習能力、思維敏捷能力、辯證分析能力、言語溝通能力。例如，在講授重金屬工業廢水處理時，將我國在污染治理方面的成功案例的討論作為互動內容，引導學生關注行業動態。同時，通過將課堂上介紹的發酵工業廢水、制革工業廢水、制漿造紙工業廢水、醫院污水、重金屬工業廢水、肉類加工廢水和垃圾滲濾液等七類不同行業廢水污染特征及處理工藝技術現狀結合，引導學生綜合性與多元化思考和分析上述領域技術市場需求，鼓勵學生基于污水處理理論知識分析技術革新點。最終由學生隨機分組（每組4 ～ 6人），圍繞前述七大行業廢水之一，模擬創建滿足技術市場需求的具有核心技術的環境保護創業公司，以從投資代表（教師）處獲得虛擬融資為目標，通過課堂PPT匯報展示的方式，向投資代表（教師）展示創業公司核心技術及創新點、市場分析、收益分析等內容，并與教師和學生開展課堂答辯。通過引導學生運用專業知識提出問題、分析問題、總結經驗形成解決方法的過程，促使學生自主學習、舉一反三并培養學生終身學習能力和創新意識。課后，各小組復盤模擬融資答辯過程中涉及的選擇及相關知識點，整理出一份完整的學習報告。

3. 情境式教學

在課堂教學中，教師可以創造具有典型性和代表性的情境，使學生成為課堂的中心。教師通過引導和評價等方式與學生進行互動，以加強彼此的互動和交流。教師可以根據特種廢水處理領域的實際場景和問題，設計真實的情境來引導學生學習。例如，模擬一個特種廢水處理工程項目或企業運營情景，讓學生在這個情境中扮演相關角色，面對真實的挑戰和決策。與此同時，還可以使用教育科技工具和在線資源，為情境式教學提供支持。例如，利用虛擬實驗室、模擬軟件等，讓學生在虛擬環境中進行實踐和探索。這些技術工具可以增強學生對情境的沉浸感和參與度，進一步提高學習效果。在教學過程中，教師不僅僅是傳授知識的角色，更重要的是引導和輔助學生。學生也不再只是被動接受知識，而是更加積極地參與到課堂教學中，充當主體角色，并展現出更強的參與性和主動性。

（四）改革特色

為了訓練與培養環境工程專業本科生的分析實際問題與解決實際問題的能力，增長實踐知識，在課堂上引入模擬科技項目融資環節，通過展示創業公司核心技術及創新點、市場分析、收益分析等內容，第一，培養學生自主學習和終身學習能力；第二，增強學生對前沿知識的探索能力與創新意識；第三，加深學生對特種廢水處理理論內涵的理解，增強學生把專業知識運用到診斷、辨析、提出、分析、解決環境問題的實踐能力。

四、結語

文章依據對特種廢水處理在課堂上介紹的發酵工業廢水、制革工業廢水、制漿造紙工業廢水、醫院污水、重金屬工業廢水、肉類加工廢水和垃圾滲濾液等七類不同行業廢水污染特征及處理工藝技術現狀，引導學生綜合性與多元化思考和分析上述領域技術市場需求，鼓勵學生基于污水處理理論知識分析技術革新點。同時，基于技術市場需求和技術革新點的分析，創建模擬創業公司融資答辯教學環節，該教學環節以課堂PPT匯報方式開展，內容應包括但不限于核心技術及創新點、技術革新可行性分析、市場分析、盈收分析、運營方式等內容。使學生經過體驗式教學后，能夠對污水處理技術有更深入理解與認識，并培養終身學習能力和創新意識。

參考文獻：

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［3］ 姜珺秋，魏亮亮，王琨. 環境工程專業特種廢水處理課程教學討論［J］. 黑龍江教育學院學報，2013，32（07）：67-69.

［4］ 董姍燕，成先雄，嚴群，等. 案例教學法在《特種廢水處理技術》課程教學中的應用［J］. 教育現代化，2019，6（87）：285-287.

［5］ 胡珊珊，劉興起. 案例教學法在水文學教學中的應用［J］. 首都師范大學學報：自然科學版，2016，37（02）：93-95.

（責任編輯：羅欣）

基金項目：教育部產學研協同育人項目“新工科背景下模擬科技項目融資嵌入‘特種廢水處理’教學的研究與實踐”（項目編號：220503221274428）；遼寧大學本科教學改革項目“基于課程思政的通識課‘化學與人類’課程教學模式設計與探討”（項目編號：JG2021KCSZ004）；遼寧大學課程思政示范課程項目“化學與人類”。

作者簡介：王子超（1986—），男，博士，遼寧大學環境學院教授，研究方向為水污染控制；牛昌威（1998—），男，碩士在讀，遼寧大學環境學院，研究方向為水污染控制。