基于高等教育的《水處理工程》案例庫建設(shè)及實施*

劉 芳，王永強，趙朝成，盧 磊，孫 娟

(中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

1 案例庫建設(shè)的意義

為響應(yīng)國家“中國制造2025”、“網(wǎng)絡(luò)強國”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“一帶一路”、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等重大戰(zhàn)略需求，支撐服務(wù)于新興經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，培養(yǎng)大批新興工程科技人才，成為構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢、占據(jù)全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)戰(zhàn)略制高點的重要舉措。此外，我國研究生教育培養(yǎng)模式正處于以學(xué)術(shù)型為主轉(zhuǎn)向?qū)W術(shù)型與應(yīng)用型并重的重要轉(zhuǎn)折期，全日制工程碩士研究生的招生規(guī)模明顯擴大。區(qū)別于學(xué)術(shù)型碩士的培養(yǎng)目標(biāo)，工程型碩士在培養(yǎng)過程中不僅注重理論知識的培養(yǎng)，更強調(diào)工程實踐能力的培養(yǎng)，并以此作為專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)工作的核心[1]。在2015年教育部印發(fā)的《教育部關(guān)于加強專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》中，明確指出專業(yè)學(xué)位研究生在培養(yǎng)過程中需要強化案例教學(xué)。

作為一門具有極強實踐性的綜合性學(xué)科，環(huán)境工程在實踐能力與工程設(shè)計方面對環(huán)境工程專業(yè)學(xué)位研究生要求較高。然而，適用于環(huán)境工程學(xué)科發(fā)展的實踐教學(xué)體系尚不完備，我國很多高校存在人才培養(yǎng)模式單一、研究生實踐能力培養(yǎng)欠缺等問題，導(dǎo)致了環(huán)境工程專業(yè)學(xué)位研究生進入社會后處于一個較為尷尬的境地。環(huán)境工程專業(yè)學(xué)位研究生的培養(yǎng)不應(yīng)局限于環(huán)境專業(yè)基礎(chǔ)理論及知識的學(xué)習(xí)，而要強調(diào)工程實踐能力的訓(xùn)練，注重實際環(huán)境問題的解決，培養(yǎng)具備環(huán)境專業(yè)技術(shù)、管理工作能力的應(yīng)用型高層次工程技術(shù)人才。

《水處理工程》是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)位研究生的一門重要必修課，兼具理論知識與實踐應(yīng)用性。但現(xiàn)存的教學(xué)過程中卻存在如下幾個問題：(1)教學(xué)內(nèi)容更新緩慢，與實際環(huán)境工程領(lǐng)域的發(fā)展脫節(jié)，缺乏對學(xué)生工程意識的培養(yǎng)；(2)前沿知識內(nèi)容方面過分強調(diào)知識點，對實際教學(xué)案例的介紹有所欠缺；(3)教學(xué)模式單一，缺乏多樣性，缺少師生交流與互動；(4)缺乏有效的學(xué)后建議、反饋和修改渠道。響應(yīng)《教育部關(guān)于加強專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》文件精神，建設(shè)課程教學(xué)案例庫，對于構(gòu)建符合專業(yè)學(xué)位特點的課程體系、提高我校專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)質(zhì)量具有重大意義。

案例教學(xué)是圍繞學(xué)生展開，通過呈現(xiàn)案例情境，緊密結(jié)合理論與實踐，積極引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析及解決問題，并在此過程中掌握理論、構(gòu)建體系、提高能力的一種教學(xué)方式[2]。建立完備的案例庫，一方面有利于共享教學(xué)資源的實現(xiàn)，即方便授課教師選擇合適的案例來豐富課堂教學(xué)內(nèi)容；另一方面又可作為支持系統(tǒng)來推進案例式、討論式、引導(dǎo)式等教學(xué)方法的進行，提升教學(xué)質(zhì)量[3]。以建立健全案例庫為切入點，提高教育教學(xué)質(zhì)量，改革教學(xué)授課方法，并為我校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)位研究生應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)保駕護航。

2 《水處理工程》案例庫建設(shè)內(nèi)容

2.1 建設(shè)設(shè)想

重視課程學(xué)習(xí)，提高課程質(zhì)量以及加強課程建設(shè)是深化研究生教育改革過程中的緊要任務(wù)[2]。作為資源與環(huán)境類別環(huán)境工程專業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)學(xué)位碩士研究生的核心課程，《水處理工程》課程通過相關(guān)知識學(xué)習(xí)，介紹了生活、生產(chǎn)廢水污染防治的理論知識和工程技術(shù)等；又同時通過現(xiàn)場案例分析強化學(xué)生對新興技術(shù)方法的理解、運用能力，儲備相關(guān)研究知識，培養(yǎng)學(xué)生在水處理過程中的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。

《水處理工程》案例庫的建設(shè)，從培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型高層次人才的角度出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧環(huán)境領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識和先進技術(shù)方法于實際工程管理當(dāng)中，放眼于新時代獨立承擔(dān)能力人才的培養(yǎng)。《水處理工程》案例庫的建立健全在教學(xué)過程中可以起到資源共享、持續(xù)使用的作用，并能作為指導(dǎo)課程教學(xué)的有力工具，為其他課程教學(xué)案例庫的建立提供經(jīng)驗與參考。

2.2 建設(shè)原則

以經(jīng)典案例為教學(xué)資料，不斷擴充并提高案例數(shù)量與質(zhì)量，來建設(shè)普及度高、教學(xué)效果好的高質(zhì)量案例庫，是案例教學(xué)法成功的關(guān)鍵[4]。為適應(yīng)研究生研究方向多種多樣的現(xiàn)狀，應(yīng)深入深化技術(shù)研究，加強具體技術(shù)的理論基礎(chǔ)與實踐應(yīng)用的融合。因此，在案例庫建設(shè)過程中，不僅要綜合考慮課程本身的理論基礎(chǔ)介紹和實踐性、應(yīng)用性管理，還要立足實際，顧及研究生的教學(xué)要求[5]。案例庫建設(shè)遵循如下原則：

(1)規(guī)范性原則。案例的選取方向，應(yīng)與課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)，內(nèi)容詳實，對理論的分析要準(zhǔn)確透徹、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。通過案例教學(xué)，引導(dǎo)研究生能夠靈活運用基本理論知識分析解決問題。

(2)啟發(fā)性原則。所選案例反映的問題應(yīng)具有一定的深度與廣度，能有效啟發(fā)研究生對問題的思考、分析和解決，培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維方式。

(3)互動性原則。加強課堂中的交流互動，在老師的引導(dǎo)下，提高研究生在案例分析過程中的參與感，模擬體驗案例情景及角色，提高教學(xué)效果。

(4)融合性原則。教學(xué)案例應(yīng)該能反映基礎(chǔ)理論與應(yīng)用的深度融合，回歸技術(shù)本質(zhì)，研究生能夠?qū)W以致用。

2.3 建設(shè)內(nèi)容

案例庫的建設(shè)包括準(zhǔn)備階段、案例庫建設(shè)規(guī)劃、案例庫設(shè)計、案例撰寫和案例庫實施總結(jié)五個階段(圖1)。每個案例收集完整資料，案例庫中不僅包括文字的描述，也盡可能包括影像、圖片等多媒體資料，來促進學(xué)生在觀察思考過程中的感官認(rèn)識及理解掌握。團隊討論選定課程案例，推敲該案例教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，精心設(shè)計案例問題及導(dǎo)入的環(huán)節(jié)。《水處理工程》案例庫共包括10個，結(jié)合本學(xué)校的行業(yè)特色，分別為煉油廢水處理案例分析、油田污水處理案例分析、化工廢水處理案例分析、市政污水處理案例分析、光催化材料在廢水處理中應(yīng)用案例分析、分散式生活污水處理案例分析、重金屬冶煉廢水案例分析、城市污水廠污泥處理案例分析、黑臭水體處理案例分析、吸附材料在水處理中應(yīng)用案例分析。每個案例內(nèi)容包括案例題目、案例首頁相關(guān)信息注釋、摘要及關(guān)鍵詞、引言、案例相關(guān)背景介紹、案例詳細(xì)內(nèi)容(重點)、結(jié)尾、參考文獻、附錄。

圖1 案例庫建設(shè)流程Fig.1 Case base construction process

3 案例庫的設(shè)計與實施

案例教學(xué)法作為一種以工程案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，可通過對學(xué)生參與課堂討論的有效引導(dǎo)，提高學(xué)生解決實際問題的能力[6]。精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，用適當(dāng)?shù)墓こ贪咐龑?dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生的課堂積極性；輔助板書、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等教學(xué)手段，營造一個簡便、輕松、全面的教學(xué)環(huán)境。案例教學(xué)方式的設(shè)計是案例教學(xué)的精髓，設(shè)計水處理工程案例教學(xué)方式，重點應(yīng)注意以下幾個問題：

(1)論題的爭議性。案例教學(xué)應(yīng)對實際工程問題進行模擬，激發(fā)學(xué)生進行討論，調(diào)動學(xué)生的積極性。討論過程中，學(xué)生可以鞏固所學(xué)的理論知識，可以知曉并借鑒其他同學(xué)解決問題的方案。

(2)研討的開放性。案例教學(xué)中老師的角色為教學(xué)組織者，只對學(xué)生分析解決問題進行引導(dǎo)，不提供問題的答案。而且案例討論也沒有絕對正確的答案，只有解決問題的基本原則和不同的解決方案。研討的開放性將每個人的想法都激發(fā)出來，其中不乏具有創(chuàng)意的方案和方法，能夠促進學(xué)生將已有的理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q真實問題的能力。

(3)團隊的協(xié)作性。在組織教學(xué)是，教師要對團隊建立和分工進行指導(dǎo)，如收集資料、形成方案、組織研討、陳述報告等分別由團隊成員分工協(xié)作完成，保證案例討論中每個團隊成員都能夠融入其中。

水處理工程課程案例教學(xué)從過程來看，主要特點為：以實際水處理工程為對象，學(xué)生為主體，導(dǎo)師為主導(dǎo)。具體來說就是以實際污廢水為研究對象，引導(dǎo)學(xué)生主動探索案例中出現(xiàn)的問題，并提出可能的解決方案，然后由教師進行引導(dǎo)和總結(jié)，提煉知識點，深化學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)提升學(xué)生分析、解決問題的應(yīng)用能力。上述特點決定了，在授課過程中，教師一定要積極引導(dǎo)學(xué)生工程意識的樹立，在解決問題時，兼顧相關(guān)基礎(chǔ)知識的運用與實際工程中某項技術(shù)的可行性，并結(jié)合實際，評估操作過程中的經(jīng)濟性和安全性。視頻教學(xué)作為學(xué)生接受度較高的方式之一，有利于學(xué)生在共鳴中學(xué)習(xí)并掌握知識點。例如，以表面處理廠含鎳水案例為切入點，簡要介紹含鎳廢水危害及處理工藝，接著，提出問題并播放能夠解答問題的視頻案例，使學(xué)生在觀看視頻案例的過程中進行思索并尋求答案。

另外，還要關(guān)注案例的總結(jié)與評價。參考EC2000雙循環(huán)模式(圖2)，構(gòu)建內(nèi)外循環(huán)相結(jié)合的模式對案例教學(xué)效果進行評價[7]。一方面，通過案例總結(jié)考核學(xué)生的掌握情況，讓其歸納凝練案例思路與技術(shù)路線，提出可能的優(yōu)化方案，使知識結(jié)構(gòu)立體化。另一方面，教師反思案例選擇的合理性、課堂活躍程度、教學(xué)實際效果等方面，給予學(xué)生盡量公正的課程評價。通過內(nèi)外循環(huán)模式分析，持續(xù)改進案例庫，豐富完善案例內(nèi)容并提高案例教學(xué)質(zhì)量。

圖2 案例教學(xué)效果評價雙循環(huán)模式Fig.2 Double circulation mode of case teaching effect evaluation

最后，開展基于工程案例的綜合實踐訓(xùn)練，提高學(xué)生對工程技術(shù)的實際應(yīng)用能力。設(shè)計適用于多種污染物共存的復(fù)雜水體的綜合污染控制技術(shù)，是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的基本要求，也是《水處理工程》課程的總體教學(xué)目標(biāo)。通過綜合實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實際工程問題的解決能力。在該環(huán)節(jié)中，教師針對案例庫中某一個污水處理廠，設(shè)定實踐訓(xùn)練的題目；學(xué)生根據(jù)課程知識及污水處理廠實際情況，設(shè)計一套解決污染的綜合控制方案，與現(xiàn)有案例庫的方案進行對比。教師綜合考察學(xué)生在實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，了解學(xué)生對課程的掌握程度以及實際綜合應(yīng)用能力。在此過程中，也增強了學(xué)生的放眼實際問題的工程意識。

4 結(jié) 語

案例教學(xué)是推動研究生教學(xué)改革，提升專業(yè)學(xué)位研究生實踐能力，促進課堂與實際工況有機融合的重要途徑。針對《水處理工程》課程內(nèi)容特點，以圖片、視頻等多媒體課件為輔助工具，構(gòu)建包括煉油廢水處理案例分析、油田污水處理案例分析、化工廢水處理案例分析、市政污水處理案例分析、分散式生活污水處理案例分析、重金屬冶煉廢水案例分析、城市污水廠污泥處理案例分析、黑臭水體處理案例分析、光催化材料在廢水處理中應(yīng)用案例分析、吸附材料在水處理中應(yīng)用案例分析等方面的教學(xué)案例庫。緊密結(jié)合理論與實踐，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的能力。另外，確保案例教學(xué)研究方向的引領(lǐng)，不斷補充和更新案例庫內(nèi)容，與時俱進；采用雙循環(huán)模式評價并改進案例教學(xué)效果，持續(xù)完善案例的內(nèi)容，提高案例教學(xué)實用性與專業(yè)性。