新工科背景下“特種廢水處理”課程教學(xué)改革

摘" 要：在新工科背景下，“特種廢水處理”課程作為環(huán)境工程專業(yè)必不可少的課程之一，積極響應(yīng)國家戰(zhàn)略號(hào)召，為培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新型、復(fù)合型和應(yīng)用型的卓越工程人才，實(shí)施教學(xué)改革。文章深入分析了“特種廢水處理”課程教學(xué)的現(xiàn)狀，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)主體和教學(xué)空間四方面提出問題，并針對(duì)這些問題，特別創(chuàng)建了模擬創(chuàng)業(yè)公司融資答辯教學(xué)環(huán)節(jié)的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)模型，并從教改目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教改特色四方面提出了“特種廢水處理”教學(xué)的改革方向。通過本課程的教學(xué)改革，學(xué)生將掌握特種廢水處理技術(shù)的基本知識(shí)、加深對(duì)污水處理技術(shù)的理解與認(rèn)識(shí)，并提升終身學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：特種廢水處理；環(huán)境工程；教學(xué)改革；答辯；創(chuàng)業(yè)

為了適應(yīng)國家戰(zhàn)略發(fā)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(lǐng)域提出了“新工科”概念，旨在培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代需求的具備創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力的優(yōu)秀工程人才。在新工科建設(shè)背景下，課程教學(xué)方面不僅需要建設(shè)新工科專業(yè)，還需要對(duì)傳統(tǒng)工科教育進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，采取應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂、情境教學(xué)、案例教學(xué)、啟發(fā)教學(xué)等多樣教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，提高學(xué)生課堂參與度、自我探索以及學(xué)習(xí)的欲望和創(chuàng)新意識(shí)。“特種廢水處理”是環(huán)境工程專業(yè)的課程之一，本課程全面系統(tǒng)地介紹了發(fā)酵工業(yè)、制革工業(yè)、制漿造紙工業(yè)、醫(yī)院污水、重金屬工業(yè)廢水、肉類加工廢水和垃圾滲濾液等廢水來源、水量和水質(zhì)特征，重點(diǎn)介紹了各種廢水處理技術(shù)的現(xiàn)狀。該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和針對(duì)性，在訓(xùn)練和培養(yǎng)環(huán)境工程專業(yè)本科生分析和解決實(shí)際問題的能力方面發(fā)揮非常重要的作用。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以更好地把握特種廢水處理技術(shù)的基本知識(shí)，依據(jù)廢水的水量和水體特性研究出合適的處理工藝和參數(shù)，為學(xué)生今后從事廢水處理和環(huán)保工作奠定了基礎(chǔ)。面對(duì)諸多新挑戰(zhàn)和新要求，“特種廢水處理”課程教學(xué)要順應(yīng)時(shí)代和行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，積極改革原有的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法等。文章主要闡述了目前“特種廢水處理”課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的不足，并針對(duì)問題提出了一些改善途徑，以培養(yǎng)出具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、豐富實(shí)踐知識(shí)和多項(xiàng)新技術(shù)的新工科人才，以期促進(jìn)學(xué)科建設(shè)和提高地方本科教學(xué)水平。

一、環(huán)境工程專業(yè) “特種廢水處理” 教學(xué)的現(xiàn)狀和問題

（一）偏重理論教學(xué)，學(xué)習(xí)難度較大

由于工科教學(xué)內(nèi)容本身理論性、學(xué)術(shù)性和抽象性更強(qiáng)，該門課程學(xué)習(xí)難度較大，要求教師在教授知識(shí)時(shí)需要更加深刻和細(xì)致地進(jìn)行講解。“特種廢水處理”作為一門內(nèi)容豐富的工科教學(xué)課程，在教學(xué)過程主要還是以理論教學(xué)為主，一方面教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性欠缺，另一方面學(xué)生難以在固定的學(xué)習(xí)周期內(nèi)學(xué)習(xí)到全面的知識(shí)，難以透徹理解所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)和概念原理。

（二）教學(xué)方法單一，難以活躍課堂氛圍

傳統(tǒng)單一的教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新性和應(yīng)變性，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，難以營造活躍的課堂學(xué)習(xí)氛圍，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率不理想，學(xué)習(xí)效果較差。在授課的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在難以充分應(yīng)用理論學(xué)習(xí)獲得專業(yè)知識(shí)、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(shí)的講授和學(xué)習(xí)，習(xí)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(shí)向?qū)W生灌輸，缺乏啟發(fā)式教學(xué)、案例式教學(xué)和情境式教學(xué)等教學(xué)方法，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和思考問題意識(shí)。

（三）以教師為主體，缺乏課堂互動(dòng)性

在“特種廢水處理”教學(xué)的課堂上，教學(xué)方式仍然以教師為中心，缺乏師生之間和學(xué)生之間的互動(dòng)，學(xué)生的求知欲無法被激發(fā)，學(xué)生的參與積極性也難以調(diào)動(dòng)。如果課堂教學(xué)不實(shí)現(xiàn)從“以教師為主”到“以學(xué)生為主”的教學(xué)理念轉(zhuǎn)變，不僅會(huì)導(dǎo)致教師難以準(zhǔn)確獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋信息，無法全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和進(jìn)展以及時(shí)調(diào)整教學(xué)安排，還會(huì)導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)互動(dòng)體驗(yàn)、學(xué)習(xí)印象不深刻，影響學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（四）受課堂限制，學(xué)習(xí)空間拓展較難

“特種廢水處理”教學(xué)主要以線下課堂教學(xué)為主，教師在固定時(shí)間和教室對(duì)學(xué)生實(shí)施集中式教學(xué)。相比線上教學(xué)，這種教學(xué)方式能夠直觀地提高教學(xué)效率，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)成果受到時(shí)間和空間的限制，不能利用碎片化時(shí)間和其他平臺(tái)開展個(gè)性化學(xué)習(xí)，深化課堂理論知識(shí)。并且由于教學(xué)周期的限制，教學(xué)內(nèi)容大多局限于課程書本教材，導(dǎo)致單純完成書本內(nèi)容的教學(xué)已是一項(xiàng)難題，更難以發(fā)揮其他更豐富更有效的教學(xué)資源。

二、“特種廢水處理” 教學(xué)改革方向

（一）改革目標(biāo)

第一，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)特種廢水處理理論知識(shí)的理解。通過在課堂中引入模擬科技項(xiàng)目融資環(huán)節(jié)，讓學(xué)生扮演投資者、工程師或顧問等角色，讓他們分析和評(píng)估特種廢水處理技術(shù)的可行性、市場前景和風(fēng)險(xiǎn)，并提出切實(shí)可行的建議。通過這樣的綜合實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題，深入理解知識(shí)的關(guān)聯(lián)和應(yīng)用。

第二，增強(qiáng)學(xué)生了解行業(yè)前沿知識(shí)的興趣：教師通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行技術(shù)市場需求和革新點(diǎn)的分析，讓學(xué)生能夠研究行業(yè)報(bào)告、專利文獻(xiàn)、科技創(chuàng)新案例等，從而了解當(dāng)前特種廢水處理領(lǐng)域的最新發(fā)展情況和前沿技術(shù)。通過培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)分析能力、總結(jié)歸納能力和邏輯思維能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)探索本課程相關(guān)領(lǐng)域前沿知識(shí)的興趣。

（二）教學(xué)模式

采用“線上+線下”相結(jié)合的教學(xué)模式，使學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間和節(jié)奏進(jìn)行學(xué)習(xí)，提供更多學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和靈活性，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。線上教學(xué)可以使用個(gè)性化學(xué)習(xí)方法，如短視頻、在線直播、互評(píng)作業(yè)、在線測試和在線討論。線下課堂則可以利用翻轉(zhuǎn)課堂完成知識(shí)內(nèi)化。線上線下的相互配合兼具靈活性、便利性、互動(dòng)性的特點(diǎn)，一方面，可以充分利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，以滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求；另一方面，保留傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，提升零距離教學(xué)和加強(qiáng)教師學(xué)生之間的溝通，能夠構(gòu)建和諧的學(xué)習(xí)氛圍。

1. 線上教學(xué)模式

互聯(lián)網(wǎng)的興起促進(jìn)了知識(shí)共享時(shí)代的發(fā)展，這使得學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境從過去的僅限于課堂快速演變成基于課堂的泛網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)。學(xué)生可以通過慕課、超星等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)以及任課教師科研實(shí)踐經(jīng)歷、企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐等的視頻影像資料學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，這不僅豐富了教學(xué)手段，還會(huì)為學(xué)生在有限時(shí)間的選擇更多自己感興趣的專業(yè)知識(shí)，為身臨其境似的感受專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用場景提供了可能，還極大地提升了教學(xué)效率。不僅如此，還可以采用在線測試、討論和分享等在線學(xué)習(xí)形式，將學(xué)生集中在一個(gè)在線平臺(tái)上，讓學(xué)生在平臺(tái)上暢所欲言，與教師和學(xué)生進(jìn)行交流、分享想法和解決問題，促進(jìn)彼此之間的學(xué)習(xí)和合作，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

2. 線下教學(xué)模式

將翻轉(zhuǎn)課堂引入線下教學(xué)，引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生將線上學(xué)習(xí)獲得的專業(yè)知識(shí)與線下學(xué)習(xí)成果相組合，圍繞任課教師布置的專業(yè)實(shí)踐案例中需要解決的問題，通過團(tuán)隊(duì)合作，形成有效的、有針對(duì)性的解決方案。然后師生在課堂上一起參與、協(xié)作互助、共同探究，通過學(xué)生展示團(tuán)隊(duì)方案，再與任課教師和其他學(xué)生進(jìn)行辯論，實(shí)現(xiàn)“越辯越明、越辯越清、越辯越有興趣”的教學(xué)效果?！耙詫W(xué)生發(fā)展為中心”的線下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式，不僅強(qiáng)化任課教師與學(xué)生以及學(xué)生間的互動(dòng)，還可以提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力。

（三）教學(xué)方法

“特種廢水處理”課程具有內(nèi)容復(fù)雜、綜合性強(qiáng)、相關(guān)知識(shí)廣泛、需要工程實(shí)例、工程數(shù)據(jù)支撐等特點(diǎn)。［1-3］同時(shí)，“特種廢水處理”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程課程，各種污水處理技術(shù)都來自污水處理工程的實(shí)踐。因此，需要學(xué)生在掌握相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)的前提下，可以運(yùn)用理論知識(shí)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(yùn)行管理和工藝設(shè)備操作，這些內(nèi)容采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以呈現(xiàn)，使學(xué)生感到抽象、復(fù)雜、枯燥，影響學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)靈活運(yùn)用多種教學(xué)策略，以提升課堂教學(xué)效率并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1. 案例式教學(xué)

案例教學(xué)法被認(rèn)為是一種成功的教學(xué)方法，它首先由哈佛商學(xué)院實(shí)施并取得了成功，并且在20世紀(jì)90年代開始在我國推行。［3，5］案例教學(xué)以學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)和技術(shù)的掌握為基礎(chǔ)，教師依據(jù)教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)的需求，選擇典型案例，使學(xué)生融入特定工程項(xiàng)目中，學(xué)生通過獨(dú)立思考和分組討論處理項(xiàng)目的實(shí)際問題，以此實(shí)現(xiàn)理論結(jié)合實(shí)踐的教學(xué)方法。例如，“化學(xué)與人類”課程思政教學(xué)引入了綠色能源與未來發(fā)展的案例，引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)在解決全球性環(huán)境問題的作用，這能夠充分激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，有效提高課程目標(biāo)達(dá)成度，并提升化學(xué)與人類課程思政教育在人才培養(yǎng)中的育人效果。因此，在本課程教學(xué)過程中，充分利用互聯(lián)網(wǎng)收集真實(shí)案例，將課程內(nèi)容與社會(huì)和周邊發(fā)生的比較典型的事件或企業(yè)的實(shí)際污水處理項(xiàng)目相結(jié)合，減少課堂理論教學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用的差距，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。在案例教學(xué)過程中，學(xué)生間的相互交流與討論，有助于提高其分析和解決實(shí)際問題的能力以及學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和綜合素質(zhì)。以“醫(yī)院污水處理”一章為例，在教學(xué)過程中可以通過對(duì)醫(yī)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(xué)生認(rèn)識(shí)到當(dāng)前解決水污染問題的必要性與迫切性，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、職業(yè)精神和生態(tài)環(huán)保意識(shí)。

2. 體驗(yàn)式教學(xué)

在授課過程中，教師和學(xué)生應(yīng)加強(qiáng)溝通和互動(dòng)，教師需及時(shí)關(guān)注學(xué)習(xí)困難的學(xué)生，注重學(xué)生的教學(xué)反饋和課堂體驗(yàn)，這有助于學(xué)生在系統(tǒng)掌握所需專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，激發(fā)實(shí)踐本領(lǐng)、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，教師可通過向?qū)W生提問的方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并設(shè)置課堂討論環(huán)節(jié)讓學(xué)生參與，有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的自主學(xué)習(xí)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(yè)廢水處理時(shí)，將我國在污染治理方面的成功案例的討論作為互動(dòng)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài)。同時(shí)，通過將課堂上介紹的發(fā)酵工業(yè)廢水、制革工業(yè)廢水、制漿造紙工業(yè)廢水、醫(yī)院污水、重金屬工業(yè)廢水、肉類加工廢水和垃圾滲濾液等七類不同行業(yè)廢水污染特征及處理工藝技術(shù)現(xiàn)狀結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生綜合性與多元化思考和分析上述領(lǐng)域技術(shù)市場需求，鼓勵(lì)學(xué)生基于污水處理理論知識(shí)分析技術(shù)革新點(diǎn)。最終由學(xué)生隨機(jī)分組（每組4 ～ 6人），圍繞前述七大行業(yè)廢水之一，模擬創(chuàng)建滿足技術(shù)市場需求的具有核心技術(shù)的環(huán)境保護(hù)創(chuàng)業(yè)公司，以從投資代表（教師）處獲得虛擬融資為目標(biāo)，通過課堂PPT匯報(bào)展示的方式，向投資代表（教師）展示創(chuàng)業(yè)公司核心技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)、市場分析、收益分析等內(nèi)容，并與教師和學(xué)生開展課堂答辯。通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)提出問題、分析問題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)形成解決方法的過程，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、舉一反三并培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)。課后，各小組復(fù)盤模擬融資答辯過程中涉及的選擇及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，整理出一份完整的學(xué)習(xí)報(bào)告。

3. 情境式教學(xué)

在課堂教學(xué)中，教師可以創(chuàng)造具有典型性和代表性的情境，使學(xué)生成為課堂的中心。教師通過引導(dǎo)和評(píng)價(jià)等方式與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，以加強(qiáng)彼此的互動(dòng)和交流。教師可以根據(jù)特種廢水處理領(lǐng)域的實(shí)際場景和問題，設(shè)計(jì)真實(shí)的情境來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。例如，模擬一個(gè)特種廢水處理工程項(xiàng)目或企業(yè)運(yùn)營情景，讓學(xué)生在這個(gè)情境中扮演相關(guān)角色，面對(duì)真實(shí)的挑戰(zhàn)和決策。與此同時(shí)，還可以使用教育科技工具和在線資源，為情境式教學(xué)提供支持。例如，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室、模擬軟件等，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐和探索。這些技術(shù)工具可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)情境的沉浸感和參與度，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)過程中，教師不僅僅是傳授知識(shí)的角色，更重要的是引導(dǎo)和輔助學(xué)生。學(xué)生也不再只是被動(dòng)接受知識(shí)，而是更加積極地參與到課堂教學(xué)中，充當(dāng)主體角色，并展現(xiàn)出更強(qiáng)的參與性和主動(dòng)性。

（四）改革特色

為了訓(xùn)練與培養(yǎng)環(huán)境工程專業(yè)本科生的分析實(shí)際問題與解決實(shí)際問題的能力，增長實(shí)踐知識(shí)，在課堂上引入模擬科技項(xiàng)目融資環(huán)節(jié)，通過展示創(chuàng)業(yè)公司核心技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)、市場分析、收益分析等內(nèi)容，第一，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力；第二，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)前沿知識(shí)的探索能力與創(chuàng)新意識(shí)；第三，加深學(xué)生對(duì)特種廢水處理理論內(nèi)涵的理解，增強(qiáng)學(xué)生把專業(yè)知識(shí)運(yùn)用到診斷、辨析、提出、分析、解決環(huán)境問題的實(shí)踐能力。

四、結(jié)語

文章依據(jù)對(duì)特種廢水處理在課堂上介紹的發(fā)酵工業(yè)廢水、制革工業(yè)廢水、制漿造紙工業(yè)廢水、醫(yī)院污水、重金屬工業(yè)廢水、肉類加工廢水和垃圾滲濾液等七類不同行業(yè)廢水污染特征及處理工藝技術(shù)現(xiàn)狀，引導(dǎo)學(xué)生綜合性與多元化思考和分析上述領(lǐng)域技術(shù)市場需求，鼓勵(lì)學(xué)生基于污水處理理論知識(shí)分析技術(shù)革新點(diǎn)。同時(shí)，基于技術(shù)市場需求和技術(shù)革新點(diǎn)的分析，創(chuàng)建模擬創(chuàng)業(yè)公司融資答辯教學(xué)環(huán)節(jié)，該教學(xué)環(huán)節(jié)以課堂PPT匯報(bào)方式開展，內(nèi)容應(yīng)包括但不限于核心技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)革新可行性分析、市場分析、盈收分析、運(yùn)營方式等內(nèi)容。使學(xué)生經(jīng)過體驗(yàn)式教學(xué)后，能夠?qū)ξ鬯幚砑夹g(shù)有更深入理解與認(rèn)識(shí)，并培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)。

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［5］ 胡珊珊，劉興起. 案例教學(xué)法在水文學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［J］. 首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，37（02）：93-95.

（責(zé)任編輯：羅欣）

基金項(xiàng)目：教育部產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人項(xiàng)目“新工科背景下模擬科技項(xiàng)目融資嵌入‘特種廢水處理’教學(xué)的研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：220503221274428）；遼寧大學(xué)本科教學(xué)改革項(xiàng)目“基于課程思政的通識(shí)課‘化學(xué)與人類’課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)與探討”（項(xiàng)目編號(hào)：JG2021KCSZ004）；遼寧大學(xué)課程思政示范課程項(xiàng)目“化學(xué)與人類”。

作者簡介：王子超（1986—），男，博士，遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授，研究方向?yàn)樗廴究刂?；牛昌威?998—），男，碩士在讀，遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院，研究方向?yàn)樗廴究刂啤?/p>