论文部分内容阅读
摘 要：在教育部明确提出“淘汰水课、打造金课”的背景下，深入思考“金课”的“高阶性、创新性、挑战度”标准，结合环境工程专业的人才培养目标，从授课内容、授课方式、考评方式三个方面探讨了水污染控制工程课程的“金课”建设，以期为环境工程专业课的教学改革提供有益参考。
关键词：水污染控制工程;金课;建设;教学改革
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）33-0069-04
Abstract： Under the background that the Ministry of education clearly put forward "eliminating water course and creating golden course"， the "advanced， innovation and challenge" criteria of "golden course" was deeply considered. Combined with the talent training goal of environmental engineering technology major， the construction of "golden course" of "Water Pollution Control Engineering" was discussed from three aspects of teaching content， teaching method and evaluation method. All these will provide useful reference for the teaching reform of environmental engineering specialized course.
Keywords： Water Pollution Control Engineering; golden course; construction; teaching reform
随着人类物质文明的高度发展，国家、社会和个人对环境保护和经济协调发展的要求达到了前所未有的程度。中共十九大报告指出，必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的生态理念。实现蓝天碧水净土更是环境工程专业的责任和担当。水资源是人类赖以生存的生命之源，我国水资源人均占有量少，而生活污水和生产废水导致的水污染对人类生存构成重大威胁。水污染控制工程是环境工程专业的核心课程，目标是使学生理解和掌握水污染控制的具体工艺方法和实际应用，培养学生水污染治理能力和开展水污染控制科学研究能力。传统专业课教学中，学生的专业课成绩一般都比较高，但用人单位反馈，毕业生的实践能力比较弱，在解决污水处理的实际问题时，表现为无从下手、难以实施。究其原因，当前人才培养中存在一定程度的重知识、轻应用、少实践、缺创新，忽视实践能力培养的问题，致使与工程应用的社会需求脱节[1]。另外毕业生的敬业精神、责任感和心理承受能力等素质也不能满足社会需求[2]。新的时代要求环境工程专业课教学必须改革，真正实现知识、能力、素质三位一体的人才培养目标。提升高阶性、突出创新性、增加挑战度是新时代本科课程建设的基本原则，这也正是“金课”的“两性一度”[3]。按照“金课”的“两性一度”标准，本文从授课内容、授课方式、考评方式三方面探讨水污染控制工程课程的“金课”建设措施，以期为环境工程专业课的教学改革提供有益参考。
一、内容建设——扩充实践性、前沿性与思政内容
污水处理的实时性、发展性较强，因此在教学中除了传授本门课程的核心内容外，还需动态更新教学内容，扩充实践案例及前沿研究内容，使之能够反映污水处理的时代性和前沿性。同时融入思政内容，落实立德树人根本任务，满足知识、能力、素质三位一体协调发展的人才培养要求。
（一）扩充实践性内容，提升应用能力
学以致用是专业课教学的重要目标。扩充实践性内容，学以致用，提升能力。在水污染控制工程课程传统教学中，更多的是污水处理理论、方法和经典工艺的讲解，关注的是学生的理解和记忆，较少涉及污水处理实际案例的分析讨论，导致理论与实践脱节。因此，在水污染控制工程“金课”建设中，教师要不断搜集整理污水处理的时代典型案例，建立“污水处理工程案例集”。在教学过程中要适时引入案例，例如：在污水物理处理内容的教授中，提供沉淀池、隔油池、气浮池的工程案例。在讲授污水的化学与物理化学处理内容时，提供鸟粪石沉淀法脱氮除磷在世界最大污水处理厂的应用、混凝沉淀及膜处理法在电厂污水处理中的应用等案例。在污水生物处理内容教学中，提供一些生物同步脱氮除磷工程案例，氧化沟脱氮工艺的低成本改造案例，曝气氧化塘、人工湿地在农村污水处理中的应用案例等，让学生分析各案例中处理应用存在的问题及解决方法。在学习污泥处理内容时，提供污泥堆肥的工程案例，避免二次污染等。在污水处理课程设计中，提供一些实际设计案例，如同时满足高脱氮要求和用地紧张的集約污水处理厂设计案例，服务长江大保护战略的超大型污水处理厂设计案例，以及特大型污水处理厂运行维护的案例，加强学生知识的综合应用能力。总之，通过分析、思考、讨论、总结案例，提高学生知识应用能力，使所学知识“活”起来。
（二）扩充前沿性内容，提升创新能力
在“金课”教学中还需将水污染控制方面的学术研究、科技发展前沿成果引入课程，让学生了解专业最新动向，拓宽专业视野，开拓思维，激发探索创新。例如：在学习污水生物处理内容时，提供具有节能降耗和环境友好独特优点的厌氧氨氧化生物脱氮技术的前沿研究成果，具体如不同的厌氧氨氧化工艺研究;碳氮比、温度等因素影响厌氧氨氧化的研究;厌氧氨氧化菌的生理学、微生物组学、微生物群落相互作用、微生物生态学的研究;厌氧氨氧化颗粒污泥中胞外多聚物的成分、结构、作用及控制策略等的前沿研究;节能降耗强化脱氮工艺的氧化沟改造研究;基于保氮保磷理念下人工湿地的运用研究等等。在污水化学处理方法学习中，引入国内外学者针对抗生素、消毒副产物等内分泌干扰物，采用真空紫外/过氧化氢工艺高级氧化技术降解新型难降解有机污染物的最新研究进展。在污水物理化学处理方法学习中，带领学生了解膜分离技术应用过程中膜制备、膜分离等当今水处理前沿技术难题。通过补充学习前沿应用内容，让学生感受到专业课知识并不是仅限书本的简单易懂理论，从理论到应用需要许多科研攻关，激发学生要不断探索、不囿于书本内容、不做“井底之蛙”的精神。随着时代的发展，学生意向读研的比例越来越高，通过对污水处理前沿成果的了解，有助于他们选择读研方向。在“金课”建设中，教师要及时更新“污水处理前沿成果集”，使学生所学知识“新”起来。 （三）融入思政内容，提升素质
立德树人是教育的根本任务[4]。在专业课教学中，通过鲜活的例子，教导学生不仅要学习工程技术人员和科研人员的成果，还要学习他们的爱岗敬业、脚踏实地、勇于担当等品质，唤醒学生的责任感和使命感，从而自觉提升自身能动性，以“润物细无声”的方式实现对学生的素质培养更是事半功倍。例如，在介绍生物脱氮除磷、水环境治理新材料、膜技术等领域在我国所取得的辉煌成绩案例时，强调我国科学家坚持不懈、百折不挠、锐意进取的精神，从而提升道路自信、理论自信、制度自信和文化自信，激励学生为“美丽中国”而不断努力。在学习“污水排放标准”时，强调“达标排放”，剖析“偷排”现象，使学生深刻领悟社会主义核心价值观中的“法治”及“诚信”。传统教学中也会插入思政内容，但往往都是临场发挥。课程思政要求在教学设计阶段就构思好什么样的思政元素可以融入到自己的课堂中，在什么位置融入最为妥当，而不是完全依靠课堂的临场发挥。需要教师在备课阶段就要准备好相关资料以及思考如何做好语言表达，做到有备而来，使得学生在上课过程中积极参与并感受到其中蕴含的政治思想与哲理。
二、课堂建设——线上线下混合
为实现知识、能力、素质三位一体协调发展的人才培养要求，上文对水污染控制工程教学内容进行了扩充，但在传统的教学模式下是无法完成上述内容的，毕竟教学课时有限，并且地方本科院校教学中，普遍存在学生上课缺乏兴趣、学习不积极主动，课堂缺乏有效互动等现象，因此改革传统教学模式势在必行。
美国当代著名心理学家、教育家布卢姆将教学活动的整体目标分为认知、情感、心理活动三大领域。其中认知领域又分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次目标[5]，记忆和理解属于低级认知层次;分析、评价和创造属于较高认知层次。
布卢姆认知领域教学目标的六个层次，不仅强调了对基础和基本概念的理解和应用，更重要的是注重对学生分析问题、解决问题能力及创新精神的培养。传统课堂教学模式主要完成的是记忆、理解及部分应用学习能力。借助现代信息化技术，采用线上线下混合教学模式，有助于改善传统课堂教学中分析、评价和创新能力培养欠缺的情况，建设学生用心学习、深度学习、完整学习的“金课”课堂。
（一）线上课堂，完成浅层认知
线上教学利用先进信息技术和手段，激发学生学习兴趣，获取知识方便，适用于不同学习风格和学习程度的学生。SPOC（小规模在线课程）是通过设计和利用优质的MOOC（大规模在线课程）资源，建立的适合本校学生的教学内容和模式[6]。目前我们开设的水污染控制工程课程在线开放课程已在大学MOOC平台开设五期，选课总人数超过了一万八千余人，课程具有重内容、精制作、广讨论等特点，受到学习者广泛好评。基于水污染控制工程在线开放课程开展線上SPOC教学活动，同时也将同课程其他优秀视频资源选择性融入我们的SPOC教学中。
水污染控制工程课程线上SPOC教学包含视频、文档、随堂测验、单元测验、单元作业、讨论等内容。视频内容除了教师出镜的微课视频外，还有大量展示污水处理构件结构与原理的动画视频，这些都利于学生对基础知识的记忆、理解与掌握。学生学习视频后，通过线上测验及作业检测学习效果。同时，线上SPOC还设有讨论区专栏，教师、学生均可在讨论区进行提问和解答，实现师生、生生之间的互动。传统课堂授课，受课堂时间、内容的限制，给予学生提问的机会很少，故学生在教师讲解过程中出现的一些不理解问题得不到充分解决。而线上讨论区能及时满足学生在学习过程中的交流期望和需求，提高学习效果。另外，线上学习具有移动化、可反复等优势，学生可根据自身理解的程度反复学习，不受时空限制，满足学生的个性化学习需求。线上SPOC教学能较好地完成基础知识的学习，这样节省出线下课堂时间，给线下课堂进行交流讨论等深度学习提供了时间可行性。总之，运用SPOC模式可对学习绩效和学生情感态度产生积极影响，大大提高了教与学的质量和效果[7]。
（二）线下课堂，实现高层认知
线下实体课堂有面对面优势，可实现教师主导下的学生自主式、参与式、探究式、合作式学习。水污染控制工程线下课堂教学主要开展重难点讲解、工程案例及科技前沿成果的分析讨论交流等教学活动。对于重难点问题的掌握情况，教师可通过慕课堂练习获取信息，讲解时就会有的放矢。通过慕课堂练习，学生也了解了自己未掌握的内容，这样在老师讲解时就会更加投入。对案例分析及前沿内容，主要以小组形式进行深度学习。为高效利用线下课堂时间，可以把相关学习内容及问题提前布置给学生，学生课前思考，完成解答。课堂上各小组汇总各成员解答，辨析整理，形成小组解决方案，以小组为单位进行汇报，小组间进行研讨交流，教师反馈。这些教学活动从真实的案例出发，生动有趣地呈现教学内容，使得学习者不再一味被动地接受枯燥的知识，而是在真实的情景中主动去寻找问题的解决办法，从而增强学习者与课程内容的互动性，提高学习效果，而且讨论交流也会激发学生广泛思考，提高学生解决问题的能力。线下课堂教学有利于学生应用、分析、评价、创造等能力的培养，实现深层次学习。
为保证线上线下混合式教学的开课质量，教师需对每个知识点进行教学设计，将教学内容进行线上线下的有机融合。以生物同步脱氮除磷工艺课程知识点为例，介绍教学内容、教学方式、教学评价与反思的设计，见表1。
三、考评建设——加大过程性评价
对大部分学生来说，课程的成绩评定对学习起到激励作用。环境工程专业课程传统的成绩评定是按平时占10%，期中考试占20%，期末考试占70%进行的。考试对课程成绩起了决定性作用，而环境工程专业课的考试主要考察的是学生对知识点的记忆和理解，因此多数同学都能取得较好的分数，特别是有些平时不怎么努力学习的同学，靠考前突击强记也能轻松过关。这种传统的评价方式使学生感到学与不学对最后的成绩影响不大，导致学习积极性不高，这与“金课”倡导的合理提升学业挑战度大相径庭。
关键词：水污染控制工程;金课;建设;教学改革
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）33-0069-04
Abstract： Under the background that the Ministry of education clearly put forward "eliminating water course and creating golden course"， the "advanced， innovation and challenge" criteria of "golden course" was deeply considered. Combined with the talent training goal of environmental engineering technology major， the construction of "golden course" of "Water Pollution Control Engineering" was discussed from three aspects of teaching content， teaching method and evaluation method. All these will provide useful reference for the teaching reform of environmental engineering specialized course.
Keywords： Water Pollution Control Engineering; golden course; construction; teaching reform
随着人类物质文明的高度发展，国家、社会和个人对环境保护和经济协调发展的要求达到了前所未有的程度。中共十九大报告指出，必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的生态理念。实现蓝天碧水净土更是环境工程专业的责任和担当。水资源是人类赖以生存的生命之源，我国水资源人均占有量少，而生活污水和生产废水导致的水污染对人类生存构成重大威胁。水污染控制工程是环境工程专业的核心课程，目标是使学生理解和掌握水污染控制的具体工艺方法和实际应用，培养学生水污染治理能力和开展水污染控制科学研究能力。传统专业课教学中，学生的专业课成绩一般都比较高，但用人单位反馈，毕业生的实践能力比较弱，在解决污水处理的实际问题时，表现为无从下手、难以实施。究其原因，当前人才培养中存在一定程度的重知识、轻应用、少实践、缺创新，忽视实践能力培养的问题，致使与工程应用的社会需求脱节[1]。另外毕业生的敬业精神、责任感和心理承受能力等素质也不能满足社会需求[2]。新的时代要求环境工程专业课教学必须改革，真正实现知识、能力、素质三位一体的人才培养目标。提升高阶性、突出创新性、增加挑战度是新时代本科课程建设的基本原则，这也正是“金课”的“两性一度”[3]。按照“金课”的“两性一度”标准，本文从授课内容、授课方式、考评方式三方面探讨水污染控制工程课程的“金课”建设措施，以期为环境工程专业课的教学改革提供有益参考。
一、内容建设——扩充实践性、前沿性与思政内容
污水处理的实时性、发展性较强，因此在教学中除了传授本门课程的核心内容外，还需动态更新教学内容，扩充实践案例及前沿研究内容，使之能够反映污水处理的时代性和前沿性。同时融入思政内容，落实立德树人根本任务，满足知识、能力、素质三位一体协调发展的人才培养要求。
（一）扩充实践性内容，提升应用能力
学以致用是专业课教学的重要目标。扩充实践性内容，学以致用，提升能力。在水污染控制工程课程传统教学中，更多的是污水处理理论、方法和经典工艺的讲解，关注的是学生的理解和记忆，较少涉及污水处理实际案例的分析讨论，导致理论与实践脱节。因此，在水污染控制工程“金课”建设中，教师要不断搜集整理污水处理的时代典型案例，建立“污水处理工程案例集”。在教学过程中要适时引入案例，例如：在污水物理处理内容的教授中，提供沉淀池、隔油池、气浮池的工程案例。在讲授污水的化学与物理化学处理内容时，提供鸟粪石沉淀法脱氮除磷在世界最大污水处理厂的应用、混凝沉淀及膜处理法在电厂污水处理中的应用等案例。在污水生物处理内容教学中，提供一些生物同步脱氮除磷工程案例，氧化沟脱氮工艺的低成本改造案例，曝气氧化塘、人工湿地在农村污水处理中的应用案例等，让学生分析各案例中处理应用存在的问题及解决方法。在学习污泥处理内容时，提供污泥堆肥的工程案例，避免二次污染等。在污水处理课程设计中，提供一些实际设计案例，如同时满足高脱氮要求和用地紧张的集約污水处理厂设计案例，服务长江大保护战略的超大型污水处理厂设计案例，以及特大型污水处理厂运行维护的案例，加强学生知识的综合应用能力。总之，通过分析、思考、讨论、总结案例，提高学生知识应用能力，使所学知识“活”起来。
（二）扩充前沿性内容，提升创新能力
在“金课”教学中还需将水污染控制方面的学术研究、科技发展前沿成果引入课程，让学生了解专业最新动向，拓宽专业视野，开拓思维，激发探索创新。例如：在学习污水生物处理内容时，提供具有节能降耗和环境友好独特优点的厌氧氨氧化生物脱氮技术的前沿研究成果，具体如不同的厌氧氨氧化工艺研究;碳氮比、温度等因素影响厌氧氨氧化的研究;厌氧氨氧化菌的生理学、微生物组学、微生物群落相互作用、微生物生态学的研究;厌氧氨氧化颗粒污泥中胞外多聚物的成分、结构、作用及控制策略等的前沿研究;节能降耗强化脱氮工艺的氧化沟改造研究;基于保氮保磷理念下人工湿地的运用研究等等。在污水化学处理方法学习中，引入国内外学者针对抗生素、消毒副产物等内分泌干扰物，采用真空紫外/过氧化氢工艺高级氧化技术降解新型难降解有机污染物的最新研究进展。在污水物理化学处理方法学习中，带领学生了解膜分离技术应用过程中膜制备、膜分离等当今水处理前沿技术难题。通过补充学习前沿应用内容，让学生感受到专业课知识并不是仅限书本的简单易懂理论，从理论到应用需要许多科研攻关，激发学生要不断探索、不囿于书本内容、不做“井底之蛙”的精神。随着时代的发展，学生意向读研的比例越来越高，通过对污水处理前沿成果的了解，有助于他们选择读研方向。在“金课”建设中，教师要及时更新“污水处理前沿成果集”，使学生所学知识“新”起来。 （三）融入思政内容，提升素质
立德树人是教育的根本任务[4]。在专业课教学中，通过鲜活的例子，教导学生不仅要学习工程技术人员和科研人员的成果，还要学习他们的爱岗敬业、脚踏实地、勇于担当等品质，唤醒学生的责任感和使命感，从而自觉提升自身能动性，以“润物细无声”的方式实现对学生的素质培养更是事半功倍。例如，在介绍生物脱氮除磷、水环境治理新材料、膜技术等领域在我国所取得的辉煌成绩案例时，强调我国科学家坚持不懈、百折不挠、锐意进取的精神，从而提升道路自信、理论自信、制度自信和文化自信，激励学生为“美丽中国”而不断努力。在学习“污水排放标准”时，强调“达标排放”，剖析“偷排”现象，使学生深刻领悟社会主义核心价值观中的“法治”及“诚信”。传统教学中也会插入思政内容，但往往都是临场发挥。课程思政要求在教学设计阶段就构思好什么样的思政元素可以融入到自己的课堂中，在什么位置融入最为妥当，而不是完全依靠课堂的临场发挥。需要教师在备课阶段就要准备好相关资料以及思考如何做好语言表达，做到有备而来，使得学生在上课过程中积极参与并感受到其中蕴含的政治思想与哲理。
二、课堂建设——线上线下混合
为实现知识、能力、素质三位一体协调发展的人才培养要求，上文对水污染控制工程教学内容进行了扩充，但在传统的教学模式下是无法完成上述内容的，毕竟教学课时有限，并且地方本科院校教学中，普遍存在学生上课缺乏兴趣、学习不积极主动，课堂缺乏有效互动等现象，因此改革传统教学模式势在必行。
美国当代著名心理学家、教育家布卢姆将教学活动的整体目标分为认知、情感、心理活动三大领域。其中认知领域又分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次目标[5]，记忆和理解属于低级认知层次;分析、评价和创造属于较高认知层次。
布卢姆认知领域教学目标的六个层次，不仅强调了对基础和基本概念的理解和应用，更重要的是注重对学生分析问题、解决问题能力及创新精神的培养。传统课堂教学模式主要完成的是记忆、理解及部分应用学习能力。借助现代信息化技术，采用线上线下混合教学模式，有助于改善传统课堂教学中分析、评价和创新能力培养欠缺的情况，建设学生用心学习、深度学习、完整学习的“金课”课堂。
（一）线上课堂，完成浅层认知
线上教学利用先进信息技术和手段，激发学生学习兴趣，获取知识方便，适用于不同学习风格和学习程度的学生。SPOC（小规模在线课程）是通过设计和利用优质的MOOC（大规模在线课程）资源，建立的适合本校学生的教学内容和模式[6]。目前我们开设的水污染控制工程课程在线开放课程已在大学MOOC平台开设五期，选课总人数超过了一万八千余人，课程具有重内容、精制作、广讨论等特点，受到学习者广泛好评。基于水污染控制工程在线开放课程开展線上SPOC教学活动，同时也将同课程其他优秀视频资源选择性融入我们的SPOC教学中。
水污染控制工程课程线上SPOC教学包含视频、文档、随堂测验、单元测验、单元作业、讨论等内容。视频内容除了教师出镜的微课视频外，还有大量展示污水处理构件结构与原理的动画视频，这些都利于学生对基础知识的记忆、理解与掌握。学生学习视频后，通过线上测验及作业检测学习效果。同时，线上SPOC还设有讨论区专栏，教师、学生均可在讨论区进行提问和解答，实现师生、生生之间的互动。传统课堂授课，受课堂时间、内容的限制，给予学生提问的机会很少，故学生在教师讲解过程中出现的一些不理解问题得不到充分解决。而线上讨论区能及时满足学生在学习过程中的交流期望和需求，提高学习效果。另外，线上学习具有移动化、可反复等优势，学生可根据自身理解的程度反复学习，不受时空限制，满足学生的个性化学习需求。线上SPOC教学能较好地完成基础知识的学习，这样节省出线下课堂时间，给线下课堂进行交流讨论等深度学习提供了时间可行性。总之，运用SPOC模式可对学习绩效和学生情感态度产生积极影响，大大提高了教与学的质量和效果[7]。
（二）线下课堂，实现高层认知
线下实体课堂有面对面优势，可实现教师主导下的学生自主式、参与式、探究式、合作式学习。水污染控制工程线下课堂教学主要开展重难点讲解、工程案例及科技前沿成果的分析讨论交流等教学活动。对于重难点问题的掌握情况，教师可通过慕课堂练习获取信息，讲解时就会有的放矢。通过慕课堂练习，学生也了解了自己未掌握的内容，这样在老师讲解时就会更加投入。对案例分析及前沿内容，主要以小组形式进行深度学习。为高效利用线下课堂时间，可以把相关学习内容及问题提前布置给学生，学生课前思考，完成解答。课堂上各小组汇总各成员解答，辨析整理，形成小组解决方案，以小组为单位进行汇报，小组间进行研讨交流，教师反馈。这些教学活动从真实的案例出发，生动有趣地呈现教学内容，使得学习者不再一味被动地接受枯燥的知识，而是在真实的情景中主动去寻找问题的解决办法，从而增强学习者与课程内容的互动性，提高学习效果，而且讨论交流也会激发学生广泛思考，提高学生解决问题的能力。线下课堂教学有利于学生应用、分析、评价、创造等能力的培养，实现深层次学习。
为保证线上线下混合式教学的开课质量，教师需对每个知识点进行教学设计，将教学内容进行线上线下的有机融合。以生物同步脱氮除磷工艺课程知识点为例，介绍教学内容、教学方式、教学评价与反思的设计，见表1。
三、考评建设——加大过程性评价
对大部分学生来说，课程的成绩评定对学习起到激励作用。环境工程专业课程传统的成绩评定是按平时占10%，期中考试占20%，期末考试占70%进行的。考试对课程成绩起了决定性作用，而环境工程专业课的考试主要考察的是学生对知识点的记忆和理解，因此多数同学都能取得较好的分数，特别是有些平时不怎么努力学习的同学，靠考前突击强记也能轻松过关。这种传统的评价方式使学生感到学与不学对最后的成绩影响不大，导致学习积极性不高，这与“金课”倡导的合理提升学业挑战度大相径庭。