環境工程原理課程教學方法的探討

王夫美，張芝昆，張笑，田利，沈伯雄，王菲，任芝軍，張長平

（河北工業大學能源與環境工程學院，天津）

“環境工程原理”是環境類專業的基礎課程，是環境類學生接觸到的第一門專業類課程，該課程理論性強、涉及內容廣、知識結構復雜。我校環境工程專業于2017 年開設“環境工程原理”課程，以替代原來的“環境工程學”作為環境工程專業基礎理論課程。教材選用普通高等教育“十一五”國家級規劃教材由清華大學胡洪營主編的“環境工程原理”。該課程是建立在環境污染控制工程基礎上，充分吸收和借鑒了反應工程原理、化工原理、流體力學、生物工程、傳遞過程原理、工程學等課程（學科）的理論內容[1]。該課程的內容覆蓋的理論知識廣，工程反應原理難度大且抽象，對“教”與 “學”都有很高的要求[2]。本文討論了環境工程原理的教學改革方法以及提高教學效果的具體措施。

一 課程內容的優化設計

我校“環境工程原理”課程開設于大三學年的第一學期，學生開始專業課程的學習，而“環境工程原理”作為一門專業基礎課，起到由公共課向專業課的銜接過渡作用。“環境工程原理”是使學生從嚴密的邏輯思維轉向工程思維的一門課程，而緒論課對本門課程及本學科都起到提綱挈領的作用。通過緒論學習，使學生認識到學習本課程的重要性以及實用性，認識到本課程在環境學科中的地位和作用。其次，緒論課還需要強調學好本課程的方法，即“宏觀現象-微觀機理-數學表達”，這是貫穿本門課程后續章節的主要講解及學習思路，學生掌握學習方法，后續學習過程都遵循此規律，使得眾多的公式、符號及知識點清晰明了[3]。最后，由于環境工程原理課程緊密聯系其他專業基礎課程，因此，要根據課程之間的共同點以及本院校的辦學特色，將具課程特色的內容列為重點教學內容，避免由于重復而造成的學時資源浪費，例如，優化精簡了和其他課程重復的內容，比如流體流動和“流體力學”，沉降與“大氣污染控制工程”以及微生物反應器和“環境工程微生物學”。以及充分利用學校學院公共資源強化課程內容的理解和實踐能力，如，化工學院建有“海水資源高效利用化工技術”教育部工程研究中心和“河北省現代海洋化工技術協同創新中心”，其研究內容與離子交換、膜分離章節相吻合；本學院設有熱能工程專業與熱量傳遞章節緊密聯系，因此，通過講授課程相關內容結合院校共享資源進一步強化實踐教學，同時加深知識點理解。

二 教學方法的多元化

（一）自主學習與學生授課

在教學實施中逐步強化學生的主體地位，引導、激勵學生主動獲取知識、能力與素養。首先，每節課授課前，向學生展示該節課的實施教案，包括章節的重點難點、預期目標、考核方式、時間分配等。課堂上通過增加討論課、翻轉課堂、雨課堂等提高學生的課堂參與度。例如，本課程部分章節采用自主學習并展示的方法進行，如：針對上文中所述課程重復章節均采用自主學習法。學生通過回顧復習已學內容，以及查閱資料、討論等并進行總結，鼓勵學生以個人或者小組代表形式進行PPT 匯報，最后老師總結與點評。這一方法，既體現“以學生為中心”的課程理念，讓學生做課堂的主人；也完善了課程目標服務于學習產出的內在聯系，也兼顧了與其他專業課的協調性；同時既可以提高學習效果，又可以增加學生學習的信心。其次，每節課的結束時，會提前布置下一節課授課內容，需要強調提前預習和復習的內容；例如，學習第三篇化學與生物反應工程原理部分反應器和動力學內容，會提前布置預習以及復習前面質量傳遞和吸收章節的內容，這些內容緊密相關且層層遞進。另外，課后布置延伸課堂知識的小專題，學生查閱資料并制作 PPT 或 Word 文檔以便于課堂交流學習與過程考核。

（二）結構框架式對比學習法

“環境工程原理”課程涉及流體力學、傳熱學、分離工程、反應工程、微生物學等眾多學科的知識，學生學習過程較為困難。教學過程中，在每章結束后與學生一起做總結，不僅僅是公式、知識點的簡單羅列，而是將知識點系統化、簡單化，總結每一章知識框架，讓學生從復雜眾多的知識點中理順思路，大大提高教學效果[4]。如在第一篇《環境工程原理基礎》中包括質量和能量衡算、流體流動、熱量傳遞及質量傳遞共四章，在課程階段小結時，為學生展現出一張知識結構框圖，由框圖發現流體流動、熱量傳遞及質量傳遞的相似性，均符合緒論中“宏觀現象—微觀機理—數學表達”這一方法，同時又都是在質量和能量衡算的基礎上完成各種設計計算，如圖1 所示。結構框架式對比學習法使學生更好地掌握“環境工程原理”的知識體系，同時培養了學生的邏輯思維習慣和能力。

（三）板書與多媒體技術的有效結合

在課堂教學中積極使用多媒體教學手段，利用文字、圖片、聲音和視頻等資料極大地豐富了教學內容，提高學生的感性認識，取得良好的教學效果。但是，過分地依賴多媒體教學，反而會給教學效果帶來負面影響。相反，重要公式甚至推導過程，適當的板書展示，更能帶動學生思考過程。根據課堂調研問卷結果顯示：82% 的學生要求加強板書的比例，13% 的學生認為多媒體就可以，5% 的學生表示無所謂。因此，在“環境工程原理”的教學中，傳統教學方式和多媒體的有效結合，才能真正起到事半功倍的效果。如對于原理的講解、公式的推導及習題的演算，宜采用傳統板書的方式，板書推導和演算過程，既加深對知識點的理解與掌握，也給學生提供了思考時間。而對于工程上的設備設計計算如換熱器、除塵設備、吸收塔、萃取塔、過濾機等，可以采用多媒體圖片、FLASH 動畫、視頻教學，使工程的設備更形象化，基本理論的應用更具體化，加深學生認識感知和知識理解。在講解基本原理的同時，又可以根據社會的發展，介紹各種設備的發展以及前沿先進技術，既拓展學生思維又緊密結合課程內容，使學生進一步深刻體會到“環境工程原理”這門課程的作用。

（四）“互聯網+”教學方式

隨著網絡資源的豐富，“互聯網+”教學模式也應運而生，例如，視頻公開課、微課、慕課(MOOC)、翻轉課堂等。網絡資源信息量大，交互性強，能夠更好地幫助學生進行個性化學習、自主學習和移動學習。例如，提供自主學習的網站供學生有針對性地碎片化學習，如 MOOC、精品課等，一般選取課堂上未能呈現的某個知識點，通過自學完成課外擴展知識的補充與更新。其次，師生的互動可以在課下延續，利用互聯網上的QQ、微信等社交互動平臺和問卷星平臺等，進行跟蹤調研學生學習情況，解答學生在學習中的疑難問題，了解反饋信息，從而不斷優化教學方法。此外，對于教師，“互聯網+”教學模式也是帶來諸多益處。例如，可以利用網絡平臺批改作業習題，教師可以隨時隨地批改作業，利用碎片化時間，既節省辦公空間；還可保證作業的永久留存。另外，教師可以將微課視頻、課程的相關資料或習題解析等上傳網絡，供學生隨時查閱和復習，減輕了人工的工作量[5]。

（五）科研反哺教學

推行教學帶動科研，科研反哺教學的互促方式。教學與科研兩者有機結合，教師和學生均受益。教師而言，通過教授這門課程，加深原理機制的理解與應用，受益匪淺，科研能力顯著提高。例如，根據自身研究課題臭氧強化堿法脫硫脫硝，以及關于生物炭吸附脫除煙氣中單質汞的研究，分別與該課程的吸收和吸附章節內容緊密相關。對于學生，通過參與科研課題研究，既加深課程內容的理解與應用，同時培養學生科學素養。例如，成立了一種是基于科研課題的研究小組，參與教師以及相關教研組教師課題的研究；另一種則是成立興趣研究小組，根據自己的興趣設立研究項目內容，查閱相關文獻，并設計實驗方案。通過鼓勵并積極申報各類競賽項目，例如，全國大學生節能減排實踐大賽，大學生創新創業訓練計劃項目等。目前，本課程教研組已成功組織學生申報國家級大學生創新項目2 項，省級大學生創新項目4 項，院級大學生創新項目7 項。學生通過參與科研課題，充分發揮其主體性，不僅了解本課程在實踐中的應用，還可以開發思維方式，積極思考和探索，提高動手能力和創新能力。

三 結語

環境工程原理由于涉及面廣、難度大且抽象，學生學習吃力，影響了學習積極性和學習效果。除了上述教學方法外，也適當地引用了問題導向法、反問教學法、案例教學法等多種教學方式，引導學生自發、主動思考，收到了良好的教學效果，主要表現在以下幾方面：(1)教學效果明顯改善，通過授課前課程目標定位的展現以及每章節內容總結，使學生思路清晰且明確認識到學習課程需要達成的預期目標，掌握的知識與技能更加牢固。(2)科研課題的參與以及課外前沿技術的拓展，使學生充分了解該課程對未來職業能力的支撐作用，激發學生的學習和從事相關行業的熱情，同時也大大加強學生的實踐創新能力。學生對該課程的認可度逐步提高，學習興趣及主動性增強，課堂的參與度明顯提高。(3)學生自我素質能力的提高，在課程體系中引入了學生自主展示學習，包括個人和小組團隊形式。充分發揮學生做課堂的主人翁作用，既鍛煉了學生個人能力包括自主學習能力、邏輯思維能力、語言表達能力等，也加強了團隊成員的協作能力。在今后的教學中，我校環境工程原理課程仍需進一步優化、更新和豐富教學內容和方式，充分激發學生的學習興趣，從而提高教學質量。