普通高校環(huán)境工程原理的教學(xué)現(xiàn)狀及改革優(yōu)化*

倪茂飛，吳云杰

(貴州民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

環(huán)境工程原理是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的應(yīng)用型課程[1]。該課程內(nèi)容涵蓋了“環(huán)境工程原理基礎(chǔ)”、“分離過程原理”和“化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理”等多方面內(nèi)容，以動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的視角分析了環(huán)境工程中常見的物質(zhì)“遷移”、“反應(yīng)”和“轉(zhuǎn)化”過程，具有指導(dǎo)環(huán)境領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)和成果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的重要意義。然而，該課程概念繁多、內(nèi)容抽象且需要高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等多學(xué)科基礎(chǔ)，因此師生普遍反映課程專業(yè)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大等問題。同時(shí)，該課程具有較強(qiáng)的連貫性，其中流體流動(dòng)、質(zhì)量傳遞和熱量傳遞的學(xué)習(xí)為后續(xù)分析沉淀、過濾、吸收和吸附過程打下了理論基礎(chǔ)，也為反映動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器原理的解析提供了專業(yè)方法。因此，剖析本課程當(dāng)前所遇到的教學(xué)方面問題，針對這些問題提出切實(shí)有效的改革優(yōu)化，對客觀評價(jià)和總結(jié)環(huán)境工程原理課程教改效果具有至關(guān)重要的作用。

1 環(huán)境工程原理課程的教學(xué)現(xiàn)狀及問題

現(xiàn)大多普通高校環(huán)境學(xué)院將環(huán)境工程原理設(shè)置為必修課程，它的前身是“化工原理”[2]。清華大學(xué)胡洪營、張旭和黃霞等在2005年合編完成的教材在該課程中已被普遍使用，并列入“十二五普通高校教育本科國家級規(guī)劃教材”和全國精品(優(yōu)秀)課程。針對該課程內(nèi)容難、交叉性強(qiáng)和理論與實(shí)踐緊密結(jié)合等特點(diǎn)，在課程設(shè)置、考核方式、教學(xué)手段和師生互動(dòng)方面存在一定的問題亟待解決。

1.1 課程設(shè)置

環(huán)境工程原理課程大多設(shè)置64課時(shí)(含實(shí)驗(yàn)課)或32課時(shí)(不含實(shí)驗(yàn)課)。作為基礎(chǔ)課程，它普遍先于或同步于環(huán)境專業(yè)其它課程如水污染控制工程、大氣污染控制工程和固體廢物處理處置開展。這種課程設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是為后續(xù)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，缺點(diǎn)是教師需要同時(shí)兼顧原理的講解和背景的科普。教學(xué)通常以第一、二篇內(nèi)容“環(huán)境工程原理基礎(chǔ)”和“分離過程原理”作為課程重點(diǎn)。然而對于第三篇“化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理”，由于其專業(yè)性和工程運(yùn)用較強(qiáng)，同時(shí)加之更偏向于化工專業(yè)，導(dǎo)致教學(xué)所占份額較少。另一方面，課程實(shí)驗(yàn)偏基礎(chǔ)且主要以教師演示或?qū)W生進(jìn)行機(jī)械地開關(guān)裝置、觀察和記錄為主，這很大程度限制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和將理論與實(shí)際相結(jié)合能力的培養(yǎng)。

1.2 考核方式

該課程的考核以“平時(shí)考勤+平時(shí)作業(yè)+階段測試+期末考試”的方式為主。其中平時(shí)作業(yè)的布置多以問答題和計(jì)算題給出，同時(shí)考對應(yīng)章節(jié)需要掌握的內(nèi)容。它的好處是考核方向緊密聯(lián)系課本，但由于缺乏工程實(shí)際體驗(yàn)因此無法直接與應(yīng)用相通。階段性測試以多題型試卷解析為主，它有利于教師更好地了解學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)情況，同時(shí)能夠提供教學(xué)情況數(shù)據(jù)。然而，對于環(huán)境工程原理課程來說，如何將環(huán)境工程學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和高等數(shù)學(xué)多維度交叉學(xué)科思維反饋到工程實(shí)際上才是本學(xué)科重點(diǎn)。因此，在階段性測試和期末考試的考核方式進(jìn)一步完善。

1.3 教學(xué)手段

當(dāng)前環(huán)境工程原理課程主要采取課堂教學(xué)+實(shí)驗(yàn)操作的模式，同時(shí)配合課堂講授的形式。雖然該教學(xué)手段豐富且具有普遍適用性，并在以往的教學(xué)中取得了一定進(jìn)步作用。然而，考慮到該課程內(nèi)容難、涉及學(xué)科廣泛等特點(diǎn)，僅僅依靠上課期間對知識(shí)的講授仍然不夠，需要配合其它輔助手段加強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，同時(shí)促進(jìn)教與學(xué)過程的進(jìn)一步拔高。另一方面，學(xué)生普遍反映課堂內(nèi)的學(xué)習(xí)雖然能夠掌握部分內(nèi)容，但由于課程覆蓋面過于廣泛，在沒有老師講授的情況下很難獨(dú)立完成課程預(yù)習(xí)工作。因此，有必要加強(qiáng)課程多學(xué)科知識(shí)體系的構(gòu)建與記憶點(diǎn)的強(qiáng)化。

1.4 師生互動(dòng)

師生互動(dòng)作為課程難以掌握好尺度的一節(jié)，已經(jīng)廣泛為教育改革領(lǐng)域所研究[3]。對于環(huán)境工程原理來說，師生互動(dòng)的重點(diǎn)并非在于課堂的活躍程度，因?yàn)榉敝氐恼n程內(nèi)容已經(jīng)占據(jù)了大部分課堂工作。因此，在適當(dāng)活躍課堂的條件下，如何指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)成為了該課程師生互動(dòng)的關(guān)鍵。然而，當(dāng)前的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)一般利用早/晚自習(xí)的時(shí)間并以其自覺性為主。教師則是以“課程內(nèi)容概述+課后習(xí)題解答”方式輔助。該方法對部分基礎(chǔ)好的學(xué)生適用，但對自制力較差的學(xué)生效果不顯著。因?yàn)檎n程難度較大且具有一定的連貫性，容易造成單節(jié)內(nèi)容拖動(dòng)全課程理解不清的情況，從而進(jìn)一步促使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情節(jié)。在這種情況下，良好的師生互動(dòng)從而指導(dǎo)學(xué)生分階段理解課程顯得尤為重要。

2 環(huán)境工程原理課程教學(xué)改革及優(yōu)化

針對以上教學(xué)過程中的問題，在課程設(shè)置、考核方式、教學(xué)手段和師生互動(dòng)方面進(jìn)一步提出切實(shí)可行的教學(xué)及改革優(yōu)化措施(圖1)。以期提高普通高校環(huán)境工程原理課程的教學(xué)水平，一方面優(yōu)化我國在新時(shí)代教學(xué)方法和途徑中的探索。

圖1 環(huán)境工程原理課程改革及優(yōu)化模式Fig.1 Curriculum reform and optimization mode of environmental engineering principles

2.1 課程設(shè)置優(yōu)化

環(huán)境工程原理作為基礎(chǔ)課程與其它專業(yè)課程如水污染控制工程、大氣污染控制工程和固體廢物處理處置在同一學(xué)期完成。這一方面使得學(xué)習(xí)具有學(xué)科連貫性，深切地感受環(huán)境工程原理在環(huán)境污染治理和控制過程中的應(yīng)用[4]。另一方面促使老師各司其職又承前啟后，大大節(jié)約了課程時(shí)間同時(shí)增加了各學(xué)科之間的聯(lián)系。另一方面，對于環(huán)境工程原理課程來說，第一、二篇主要是基于原理的闡述，而第三篇?jiǎng)t是關(guān)于反應(yīng)及反應(yīng)工程的應(yīng)用。因此可以利用實(shí)驗(yàn)課程和多媒體教學(xué)相結(jié)合的方式，將一些圖片、音像和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)資料展示給學(xué)生，加強(qiáng)第三篇內(nèi)容的認(rèn)知和應(yīng)用。該方法具有雙重效應(yīng)：既解決了第三篇“化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理”在課程中占比較少的問題，又促進(jìn)了學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合能力的培養(yǎng)。

2.2 考核方式完善

本課程的考核方式可加入除卷面考試之外的其它評價(jià)方法，進(jìn)而促進(jìn)多維度教學(xué)評估。據(jù)筆者近年在該方面的嘗試，由于課程論文或設(shè)計(jì)主要側(cè)重于教學(xué)拓展和表達(dá)方面的運(yùn)用，但環(huán)境工程原理作為基礎(chǔ)課程主要服務(wù)于環(huán)境領(lǐng)域理論和實(shí)際，且在實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)敷衍、抄襲和重點(diǎn)不明的特點(diǎn)，從而該模式不適用于環(huán)境工程原理。筆者在教學(xué)過程中采用了一種“課堂搶答”的模式效果較好且學(xué)生的積極性十分高，該模式主要操作為：設(shè)計(jì)幾個(gè)提示性詞語共同指向一個(gè)確定答案且分別給出，第一個(gè)搶答正確的學(xué)生給予平時(shí)成績加分。需要注意的是，該過程不在于學(xué)生對課程深度的了解，而重點(diǎn)是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，所以難/易題交叉給出，保證每個(gè)學(xué)生具有參與感。

2.3 教學(xué)手段完善

針對當(dāng)前環(huán)境工程原理課程內(nèi)容難、涉及學(xué)科廣泛且應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，教學(xué)手段需要相應(yīng)調(diào)整[5]。高校老師普遍同時(shí)身兼教學(xué)和科研的任務(wù)，且同一學(xué)院老師往往專業(yè)背景相同但方向各異。因此建議結(jié)合課本內(nèi)容和教師專業(yè)方向，開展本課程有關(guān)的環(huán)境領(lǐng)域前沿科學(xué)匯報(bào)，深化學(xué)生對學(xué)科應(yīng)用的理解。這樣不但強(qiáng)化了書本上的內(nèi)容，同時(shí)也構(gòu)建了學(xué)科之間的聯(lián)系利于學(xué)習(xí)記憶。另一方面，學(xué)生知識(shí)背景和理解水平各異，按部就班的教學(xué)手段對學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生具有一定效果，但也給前后銜接不強(qiáng)和學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生帶來了惡性循環(huán)。此時(shí)增加學(xué)生的參與感尤為重要，需要有目的地互動(dòng)、提問一些簡單基礎(chǔ)的知識(shí)，在交流過程中了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，并且加強(qiáng)難點(diǎn)問題的前后關(guān)聯(lián)。由于環(huán)境工程原理課程是前后內(nèi)容嚴(yán)格遞進(jìn)的，因此在“分離過程原理”和“化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理”課程的學(xué)習(xí)過程中不妨回溯“環(huán)境工程原理基礎(chǔ)”的難度內(nèi)容，從而加強(qiáng)課程聯(lián)系。并且，充分利用“網(wǎng)絡(luò)時(shí)代”學(xué)習(xí)資源，號召學(xué)生利用課外時(shí)間在“中國大學(xué)慕課網(wǎng)”、“智慧樹在線教育”等平臺(tái)學(xué)習(xí)，查缺補(bǔ)漏的同時(shí)加深對本課程的理解。

2.4 師生互動(dòng)優(yōu)化

大學(xué)師生關(guān)系與初、高中時(shí)期具有顯著的區(qū)別，同時(shí)大學(xué)教育具有專業(yè)性、學(xué)術(shù)性和創(chuàng)新性[6]。對于環(huán)境工程原理課程來說，處理好課堂與課下師生之間的互動(dòng)關(guān)系顯得尤為重要，這一方面為了避免學(xué)生的厭學(xué)情緒，一方面促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的激情。例如，主動(dòng)以討論的姿態(tài)與學(xué)生共同學(xué)習(xí)，重點(diǎn)不僅僅在于相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的掌握，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步有意地培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)和本課程問題的解決思路。同時(shí)，還需進(jìn)一步探索教師因材施教的方法。其中布置主觀題小組討論并讓其代表匯報(bào)在當(dāng)代的教改中比較普遍。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是著重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作研究、解決問題的能力。然而在實(shí)踐過程中經(jīng)常遇到部分同學(xué)參與度較低的問題，此時(shí)教師深入團(tuán)隊(duì)、引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)是解決此類問題的重要手段。

3 結(jié) 語

當(dāng)前普通高校環(huán)境工程原理課程以內(nèi)容難度大、學(xué)科交叉性強(qiáng)和理論實(shí)踐聯(lián)系緊密等特點(diǎn)，其教學(xué)過程受到了較大阻礙。本文以課程設(shè)置、考核方式、教學(xué)手段和師生互動(dòng)的現(xiàn)狀出發(fā)，闡述了針對性的教學(xué)改革方法，即優(yōu)化課程時(shí)間和分配原則、建立高參與度學(xué)生考核方式、加強(qiáng)課程多學(xué)科知識(shí)體系的構(gòu)建與記憶點(diǎn)的強(qiáng)化、以及發(fā)揮老師在師生互動(dòng)過程中的引導(dǎo)性。利用以上方法和手段應(yīng)對該課程教與學(xué)的難點(diǎn)問題，進(jìn)一步拓展深化學(xué)習(xí)自覺性和能動(dòng)性，以期為環(huán)境類學(xué)科基礎(chǔ)建設(shè)提出意見方針。