從案例分析和課題研究角度探討《水污染控制工程》的“金課” 建設(shè)*

虞 磊, 張 愫, 喬維川

教育部在2018 年6 月份的全國高等學(xué)校本科教育工作會議上提出了“全面振興本科教育” 的要求, 同時首次面向全國高校提出了“金課” 的概念[1]。 《水污染控制工程》作為環(huán)境工程專業(yè)的一門核心課程, 全面覆蓋了水污染治理的技術(shù)、 原理及初步設(shè)計等重要內(nèi)容。 然而這門課程內(nèi)容較多, 涵蓋了物理、 化學(xué)、 生物、 數(shù)學(xué)等多個知識點(diǎn), 且存在一定的交叉。 大部分同學(xué)因缺乏感性認(rèn)識, 面對各種工藝、 技術(shù)只能依靠機(jī)械記憶, 難以實(shí)際切實(shí)的掌握和應(yīng)用, 將一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程學(xué)成了一門知識點(diǎn)分散, 無復(fù)雜問題解決能力的“水課”。 因此, 建設(shè)《水污染控制工程》的“金課”, 有助于學(xué)生了解當(dāng)前水污染防治的前沿技術(shù), 并提高知識和素質(zhì)有機(jī)結(jié)合的能力。這不僅對課堂教學(xué)質(zhì)量的提升, 而且對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動學(xué)習(xí)的提升, 都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

因此, 論文將根據(jù)目前《水污染控制工程》課程教學(xué)所存在的問題, 提出基于案例庫的建立和分析、 課題研究這兩個主要方面來分析和探討《水污染控制工程》 “金課” 建設(shè)的可行性方案。

1 目前《水污染控制工程》課程教學(xué)所面臨的問題

1.1 知識點(diǎn)多而廣

對于環(huán)境工程的學(xué)生來說, 在結(jié)束了大一、 大二的如高等數(shù)學(xué)、 物理學(xué)、 四大化學(xué)等公共基礎(chǔ)課后, 直接接觸水污染控制工程確實(shí)存在感性認(rèn)識上的不足。 例如活性污泥法的技術(shù)介紹, 涵蓋了微生物學(xué)的合成代謝和分解代謝方面的知識; 工藝包含了初沉池、 曝氣池、 二沉池幾個部分, 而這其中的初沉池涉及到斯托克斯公式等計算; 曝氣池又涉及到污泥濃度和COD等運(yùn)行參數(shù)的表征, 曝氣量的核算; 而整個工藝又會引入由米氏方程等生物化學(xué)的知識。 因此這種同時包含微生物學(xué)、 數(shù)學(xué)、 化學(xué)知識的課程, 不僅對學(xué)生而言難以真正掌握, 而且對于授課教師來說上好這門綜合課程也是一個不小的挑戰(zhàn)[3]。 而當(dāng)前, 授課教師在備課和授課時, 僅根據(jù)各章節(jié)知識點(diǎn)進(jìn)行闡述, 但因這些技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際中應(yīng)用多年, 而且每年都面臨這些相同知識的重復(fù), 不存在創(chuàng)新之處, 這種“低階性” 和“陳舊性” 導(dǎo)致了授課教師自身處于了“不用心” 的授課狀態(tài), 草草應(yīng)付了事; 另一方面, 對于學(xué)生來說, 剛開始接觸這些知識, 覺得知識面太廣且晦澀難懂, 導(dǎo)致他們在上課時跟不上節(jié)奏, 提不起興趣。 久而久之, 這門專業(yè)課就成了師生都覺得枯燥乏味的“水課”。

1.2 感性認(rèn)識少

《水污染控制工程》來源于實(shí)際工程需求, 不管其中介紹的設(shè)備、 技術(shù)還是工藝, 對于大部分本科生來說距離相當(dāng)遙遠(yuǎn),這些甚至對一些環(huán)境工程的研究生也相當(dāng)?shù)哪吧鶾4]。 僅僅通過課本上的語句和設(shè)計圖紙, 難以做到良好的感性認(rèn)識。 學(xué)生認(rèn)為自己在學(xué)習(xí)20 世紀(jì)80-90 年代的技術(shù), 這種主觀意識上對這門課程的“陳舊性” 偏見, 也造就了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會認(rèn)為這門課程不實(shí)用, 跟不上時代了, 可學(xué)可不學(xué)。 目前授課教師在授課時, 也引入了一些圖片, 動畫等方式加強(qiáng)對設(shè)備和工藝的認(rèn)識, 但是這些對于學(xué)生來說, 他們不知道為何而學(xué), 學(xué)之所用。 因此學(xué)生在面對這門課程時, 往往只是在考試前, 對授課教師劃的知識點(diǎn)范圍進(jìn)行機(jī)械背誦, 考完試后, 大部分拋至腦后。 這種非由感性認(rèn)識而生、 缺乏實(shí)際需求的非自發(fā)型學(xué)習(xí), 導(dǎo)致的學(xué)習(xí)結(jié)果就是暫時性記憶, 無法從中獲益。

1.3 公式死記硬背

《水污染控制工程》中的一個重要內(nèi)容就是根據(jù)廢水量等參數(shù), 計算出所需設(shè)備的大小, 設(shè)計出處理方案。 當(dāng)前不少授課教師, 基本上是通過PPT 或者板書的形式介紹一個個的方程,然后把例題代入到方程中, 計算出設(shè)備或者工藝的參數(shù)。 對應(yīng)的, 在考試過程中, 學(xué)生記住了這些方程用以在考試的計算中答題。 缺乏對這些理論方程來源性的追溯和實(shí)際應(yīng)用場景的介紹, 使得這種專業(yè)課成為了機(jī)械性授課, 就缺少了專業(yè)課的“靈魂”, 和高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)理論教學(xué)方式無異。 因此如何考慮引入理論方程和公式的推導(dǎo)以及實(shí)際工程項目, 為后續(xù)的水污染控制工程設(shè)計打下基礎(chǔ), 也是目前亟需解決的問題之一。

2 關(guān)于如何打造《水污染控制控制》 “金課”的幾點(diǎn)思考

目前《水污染控制工程》授課中普遍存在的上述幾個問題,極大地影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量。 如何對環(huán)境工程的本科生有效“增負(fù)”, 提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 讓他們對專業(yè)負(fù)有社會責(zé)任感, 真正把這門“水課” 變成有深度、 有難度和有挑戰(zhàn)度的“金課”, 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1 案例庫的建立和分析應(yīng)用

2.1.1 基于實(shí)際工程的案例庫建設(shè)

工業(yè)廢水和生活污水是《水污染控制工程》主要處理對象。目前課程介紹的物理處理技術(shù)內(nèi)容方面涵蓋了五項主流技術(shù)。如授課教師只是對各項技術(shù)進(jìn)行闡述原理、 演示設(shè)備構(gòu)造、 介紹應(yīng)用場景等, 學(xué)生在此項內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程只能照搬照套, 不能夠靈活應(yīng)用。 這也是當(dāng)前教學(xué)過程中普遍存在的“低階性”問題, 而教師在課程中, 通過實(shí)際工程的案例介紹, 如: 開展對豆制品廠廢水的處理工程中的物理處理, 市政污水廠的施工案例庫等建設(shè), 利用多組現(xiàn)場照片和視頻, 從不同維度重點(diǎn)介紹和比較設(shè)備的特點(diǎn)和工作原理[5]。 這不僅讓學(xué)生能夠清晰地了解實(shí)際工業(yè)污水和生活污水中設(shè)備的尺寸、 安裝方式和工作狀態(tài), 而且能夠幫助學(xué)生能夠迅速從課本中介紹的多項技術(shù)中快速選擇出最合適的工藝技術(shù)。 將知識能力與實(shí)際相融合, 達(dá)到“金課” 所要求的“高階性”, 就需要授課教師對實(shí)際工程素材的開展針對性的積累, 對素材進(jìn)行編輯和歸類, 與課本知識點(diǎn)做到一一對應(yīng), 這樣才能夠在重要知識點(diǎn)和易混淆知識點(diǎn)的傳授時, 真正做到理論與實(shí)際的相結(jié)合[6], 從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜問題的能力和高級思維。

2.1.2 基于前沿?zé)狳c(diǎn)研究的案例庫建設(shè)

隨著我國部分區(qū)域的水環(huán)境日趨向好, 傳統(tǒng)的環(huán)境污染問題已不再是部分環(huán)保工作者的重點(diǎn)關(guān)注對象。 現(xiàn)課程中的物理化學(xué)處理技術(shù)部分分成了九大塊內(nèi)容, 各項技術(shù)原理不同, 應(yīng)用場景不同, 對學(xué)生的知識理解和熟練掌握造成了較大的困擾和挑戰(zhàn)。 通過新研究成果的介紹, 如: 污水廠尾水中抗生素殘留而引起的生態(tài)風(fēng)險問題。 通過對這一前沿科學(xué)發(fā)現(xiàn)的拓展和介紹, 結(jié)合文獻(xiàn)搜索和歸納, 讓學(xué)生自主的學(xué)習(xí)和比較各種處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn), 充分體現(xiàn)出教與學(xué)的互動性。 這種課程的“創(chuàng)新性” 不同于讓學(xué)生自主研發(fā)某項技術(shù)或者產(chǎn)品, 而是通過授課教師在平時注意搜集和積累當(dāng)前的熱點(diǎn)研究問題, 使得課程內(nèi)容能夠重點(diǎn)反映出前沿性和時代性。 在此基礎(chǔ)上, 努力思考和嘗試這些熱門的環(huán)境問題是否可以與現(xiàn)有課本上所介紹的技術(shù)工藝相對接。 通過這種基于“熱點(diǎn)問題提出-文獻(xiàn)歸納-技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的對比總結(jié)” 的教學(xué)形式, 體現(xiàn)的正是“金課” 建設(shè)中重要的“創(chuàng)新性”, 即可使學(xué)生們能夠了解到當(dāng)今環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)和發(fā)展動態(tài), 也可積累學(xué)生們對本專業(yè)的興趣, 激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī), 使得學(xué)習(xí)結(jié)果的具有明顯的探究性和個性化。

2.2 基礎(chǔ)知識與課題式研究的有機(jī)融合

《水污染控制工程》教材是一門基于理論知識和實(shí)際應(yīng)用的綜合性課程。 目前的課程設(shè)置中每一章節(jié)都是獨(dú)立的理論體系。 采用的教學(xué)方式一般為PPT 講解和學(xué)生問答相結(jié)合的方式, 一方面能夠?qū)χ匾R點(diǎn)進(jìn)行梳理, 另一方面也能幫助學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)的鞏固與掌握。 這種傳統(tǒng)的教學(xué)和復(fù)習(xí)方式一直保留至今, 雖具有上述的優(yōu)勢, 但這種“陳舊性” 使得這種教學(xué)方式缺乏了對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng), 使得學(xué)生難以對所學(xué)知識進(jìn)行進(jìn)一步拓展和應(yīng)用。 若授課教師以課題研究形式下達(dá), 明確課題任務(wù); 學(xué)生綜合所學(xué)知識對老師布置的課題開展文獻(xiàn)調(diào)研、 動手實(shí)驗(yàn)、 數(shù)據(jù)分析等系列工作, 這種對老師備課和學(xué)生課下均具有較高的要求。 例如, 教師布置的課題為: 新冠時期臨時醫(yī)院的污水處理方案研究, 要求學(xué)生利用所學(xué)知識對廢水水質(zhì)進(jìn)行綜合評價, 確立主要污染物及其去除方法等,通過分組形式進(jìn)行課題研究, 設(shè)計方案并專業(yè)可行性方案。 這一課題研究形式的教學(xué)方法, 一方面體現(xiàn)了理論知識與實(shí)際的有機(jī)融合, 使學(xué)生明確了所學(xué)專業(yè)的社會責(zé)任, 提高了學(xué)生的主動研究興趣, 另一方面使得學(xué)生了解學(xué)以致用的重要意義,提高綜合解決復(fù)雜的問題的能力。 這種課題研究形式的教學(xué)方式, 對于教師和學(xué)生初次接觸具有一定的難度, 即“挑戰(zhàn)度”,需要“教” 和“學(xué)” 雙方跳一跳才能夠得著, 以達(dá)到良好的教學(xué)和知識鞏固的效果。

3 結(jié) 語

“金課” 建設(shè)既是全面提升教學(xué)質(zhì)量的抓手, 也是振興本科教學(xué)的目標(biāo)。 結(jié)合《水污染控制工程》的課程特點(diǎn), 通過案例分析和課題研究合的教學(xué)方式, 有效提高此門專業(yè)課的“教”與“學(xué)” 的水平, 提高教學(xué)質(zhì)量, 培養(yǎng)出為我國水污染治理的實(shí)踐性人才。