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[摘 要] 为推动“新工科”建设，培养适应新时代发展要求的“新工科”人才，高校对课程教学改革提出了更高的要求。分析了人工湿地生态工程在传统教学中存在的问题，并且结合实地参观、理论学习和虚拟仿真实验，开发出“实践—线下—线上”的新型教学模式。该教学模式目前在环境工程专业开展，虚拟仿真实验平台针对全校开放，并发放调查问卷，结果学生普遍反馈教学方式新颖，效果好。
[关 键 词] 教学改革;人工湿地生态工程;实地参观;虚拟仿真实验
[中图分类号] G642 [文獻标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）28-0140-02
十八大会议召开以来，环境问题得到了前所未有的重视，习近平总书记提倡的“绿水青山就是金山银山”的发展观，得到了全国人民的广泛认同。但是我国还面临着大气污染、多样化复杂垃圾的处理、水体与湿地的保护、产业结构调整与转型等诸多问题，因此环境相关专业人才的培养是十分重要的，其中就包括了人工湿地生态工程专业。此外，新一轮的科技创新伴随着新型工业化的发展，需要大量的新工科领域人才，而在前期的探索中，主要有机械、电气、化工、土木、互联网、人工智能等专业，而人工湿地生态工程成为近几年快速发展并且需求旺盛的新工科专业，可以加大改革力度，在实践中提出新型有特色的教学模式。
湿地被称之为“地球之肾”，其生态功能不可替代，而人工湿地生态处理则是一种较好的废水处理方式，它利用土壤、人工介质、植物和微生物等，对污水、污泥进行处理，建立起一个人工湿地系统，防止了环境的再污染，并且可以获得污水处理与资源化的最佳效益。人工湿地生态工程是一门融合植物学、微生物学、生态学为一体的综合水污染生态工程治理的课程，本课程的教学应偏重于实践，仅仅专注于传统的理论教学，对于人工湿地生态工程专业人才的培养是远远不够的。
一、传统人工湿地生态工程教学中的问题
（一）不利于培养学生思考能力
传统的课堂教学模式多为灌输式，教师教、学生被动接受。对于相对浅显的知识点尚且能接受，如：水污染处理工艺、人工湿地分类、特点等。然而对于专业理论知识因缺乏背景和启发性思考只能浅尝辄止，如：微生物参与的C、N、P和S物质循环，植物生理胁迫，污染物去除机理等。传统的人工湿地生态工程教学模式导致学生缺乏主动思考的空间，学生在学习上很难有积极性和主动性，课堂上只是听老师讲解也很容易走神，难以激发学习的兴趣，更不利于培养学生的创新精神以及思考能力。
（二）不利于培养学生的实践能力
人工湿地生态工程是一门实践性很强的学科，而传统的教学模式缺乏新型技术手段的运用，多数课程体系都重视理论教学，而忽略实践教学[1]，对学生来说缺乏趣味性和吸引力。对于一些较抽象的工艺装置和操作，由于学生无法见到实物，导致他们难以理解实际操作中的原理。并且，一些工艺繁琐、气味重、有毒有害、安全风险系数高的装置都不能予以直接展示，影响了学生对实验过程的探究、数据的获取以及对实验结果的认知。
二、“实践教学”和“线上线下混合式教学”的发展现状
随着大数据、智能应用等新技术的快速发展，互联网对教学的作用越来越突出[2]。同时，大家对终身学习、碎片化学习概念的认同，线上线下混合式教学方法应运而生。在我国教育事业的迅速发展下，进行实践教学和线上线下混合教学成了教学改革的发展方向，为培养实践型人才提供了新思路。这样的教学模式不仅能够调动教师和学生的积极性，让教师和学生之间的交流和沟通变得频繁起来，而且可以有效地提高教师的教学效率和学生的学习效果，因此混合式教学模式应当广泛地被运用到课堂教学中，将其独特的优势发挥出来，将我国的教育水平普遍提高。
目前，人工湿地生态工程的课程大多是以课堂理论教学为主，实践教学为辅，全面开展实践教学和线上线下混合教学模式的课程较少。然而，传统的教学方式形式较为单一，学生接受知识较为被动，缺乏主观性、探究性，并且学生跳过了自我探索、寻求答案的过程，无法锻炼解决问题的能力。然而，实践教学和线上线下混合式教学模式可以较好地解决此类问题。
学院在课程上大胆开展实践教学，拓宽实践教学途径，让学生带着任务走出课堂。首先，实践教学可以辅助理论知识的学习，提高学生对课程的兴趣和创新能力;其次，实践教学可以提高学生的实际应用能力，有利于满足毕业以后的工作需要。实践性的教学可以更好地锻炼学生的自主学习能力，进一步提高工科人才培养质量，增强学生的社会竞争力，以更好地适应社会需求。
另一方面，线上线下混合式教学模式也正在成为以后教学模式的主流趋势，其最主要的特点就是在学生学习的时候不仅可以通过线下的传统教学，还可以利用网上的各种资源进行线上学习。在进行线上学习时，学习的进度和学习的时间都可以自己来掌控，并且可以自己将课本上的知识进行一定程度的延伸，从而提高自己的学习能力。同时，线上线下混合式的教学模式可以加强学生和老师之间的互动性，在线下课堂上，让学生带着问题来听课;在线上课堂上，让学生在学习的过程中可以随时向老师提问，也可以建立课程交流社区，营造更好的学习氛围。此外，线上线下混合式教学模式还具有个性化的特点[3]，学生可以根据自身的学习情况和知识的掌握程度选择适合自己的课程，并且可以根据自己的兴趣选择自己喜欢的课程，学生在线上课程进行的自主学习将与主观能动性密切挂钩，而线上线下混合的教学模式充分地将学生放在了学习的主体地位，可以让学生更加全面地了解自己的学习情况。 三、“实践—线下—线上”教学模式在人工湿地生态工程教学中的应用
针对传统人工湿地生态工程教学模式存在的问题，创造性地将“实践—线下—线上”新型教学模式应用于本课程。在理论学习之前可以大胆走出课堂，去到人工湿地示范工程，让学生对人工湿地的构造、运行和设计有宏观的认识，启发学生思考，引导其发现问题、分析问题再解决问题，锻炼其思考能力和动手能力。在后期解决问题方面，也可以使用虚拟仿真实验系统，运用更加真实的操作流程帮助学生更好地理解理论知识，并且加深对治理工艺的印象。具体内容如下：
（一）实践教学——实地参观
在理论课前，通过参观人工湿地示范工程，让学生对人工湿地的构造、运行和设计有宏观的认识，思考工艺存在的问题。
在实地参观之前，可以发布考察任务，比如：熟悉人工湿地的基质、植物和微生物在污水中的净化作用;了解人工湿地污染物去除机制和强化措施等，并对学生进行分组，让学生进行自主参观。小组成员共同完成任务，不仅可以使任务完成得更加高效，而且可以提高学生的团队意识，培养学生的合作技能与人际交往能力，形成较好的学习氛围[4]。
而在实地参观的过程中，学生为了完成考察任务，不可避免地会遇到新的困惑和问题，这便引起了学生求解的欲望，使他们想要自行解决问题，同时也提升了学生自我思考问题和解决问题的能力。为了解决问题，学生可以向老师求助，而老师给予的帮助最好是具有指引性的，引导学生去寻找答案，而不是直接告诉学生答案。引导性的教学模式可以使学生更好地了解自己的学习进度，在心理上有更好的接受能力，激发学生自我思考的学习兴趣。
（二）线下教学——课堂学习
针对在实地参观中发现的问题展开课程的理论学习，从微观角度解析问题背后的科学本质，引导学生发散思维，提出解决方案。
在实地参观并自行解决问题后，可以通过课堂汇报来展示各组的成果，其中包括参观过程、参观结果、其中所遇到的问题和组内成员是如何解决的。在进行成果展示时，因为每一组所要完成的任务都不一样，大家可以通过课堂汇报更快地了解其他组的任务，并且通过制作汇报PPT以及小组讲解的环节，更加深入地了解自己小组所要完成的任务。为了保证学生严肃认真地完成汇报任务，还可以对各组的汇报进行评分，并将一定比例计入期末成绩中。课堂汇报后，教师可以对各组展示做出评价，选择优秀的作品作为案例讲解，针对较重要的问题、仍未解决的问题进行更进一步的分析，加深学生对知识的理解。
（三）线上教学——虚拟仿真实验
借助本研究团队开发的《人工湿地虚拟仿真实验平台》验证解决方案的可行性，可以在进一步的工艺优化过程中，强化理论知识学习。
学生可以在虚拟仿真实验平台上处理工艺设计，通过模拟运行水质净化效果验证工艺的可行性，并通过调整工艺和参数进一步优化。在虚拟仿真实验平台进行操作，能使学生对抽象和复杂的工艺装置更加容易理解与掌握，增强课程学习的趣味性，提高学生自主学习的积极性。同时，一些体积大、价格昂贵、操作不安全以及操作条件苛刻的实验，通过线上的虚拟仿真平台也可以解决，以拓展本科生人工湿地生态工程教学的广度和深度，让学生在有限的时间内掌握更多、更实际的处理工艺。
四、总结与展望
本课程通过实地参观、理论学习和虚拟仿真实验，提出了一种“实践—线下—线上”的新型教学模式。该教学模式不仅能够有效地激发学生對学习的积极性，提高学生自主思考问题、解决问题的能力，同时，为学生构建了全面而丰富的知识体系，对于培养学生实验的动手能力和科研思维具有重要意义。新型教学模式的探索，是“新工科”改革的产物，是培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才的必要方法。
参考文献：
[1]张浩，刘哲玉，王磊，等.环境生态工程专业工程体验式教学模式的构建[J].教育教学论坛，2020（49）：220-221.
[2]薛松.论线上线下混合教育教学改革措施[J].农家参谋，2020（20）：256.
[3]姜晓丽.线上线下混合式教学模式改革探究[J].现代商贸工业，2020，41（36）：125-126.
[4]崔明.高效合作学习的教学策略[J].大学教育，2019（1）：27-30.
◎编辑 薛直艳
[关 键 词] 教学改革;人工湿地生态工程;实地参观;虚拟仿真实验
[中图分类号] G642 [文獻标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）28-0140-02
十八大会议召开以来，环境问题得到了前所未有的重视，习近平总书记提倡的“绿水青山就是金山银山”的发展观，得到了全国人民的广泛认同。但是我国还面临着大气污染、多样化复杂垃圾的处理、水体与湿地的保护、产业结构调整与转型等诸多问题，因此环境相关专业人才的培养是十分重要的，其中就包括了人工湿地生态工程专业。此外，新一轮的科技创新伴随着新型工业化的发展，需要大量的新工科领域人才，而在前期的探索中，主要有机械、电气、化工、土木、互联网、人工智能等专业，而人工湿地生态工程成为近几年快速发展并且需求旺盛的新工科专业，可以加大改革力度，在实践中提出新型有特色的教学模式。
湿地被称之为“地球之肾”，其生态功能不可替代，而人工湿地生态处理则是一种较好的废水处理方式，它利用土壤、人工介质、植物和微生物等，对污水、污泥进行处理，建立起一个人工湿地系统，防止了环境的再污染，并且可以获得污水处理与资源化的最佳效益。人工湿地生态工程是一门融合植物学、微生物学、生态学为一体的综合水污染生态工程治理的课程，本课程的教学应偏重于实践，仅仅专注于传统的理论教学，对于人工湿地生态工程专业人才的培养是远远不够的。
一、传统人工湿地生态工程教学中的问题
（一）不利于培养学生思考能力
传统的课堂教学模式多为灌输式，教师教、学生被动接受。对于相对浅显的知识点尚且能接受，如：水污染处理工艺、人工湿地分类、特点等。然而对于专业理论知识因缺乏背景和启发性思考只能浅尝辄止，如：微生物参与的C、N、P和S物质循环，植物生理胁迫，污染物去除机理等。传统的人工湿地生态工程教学模式导致学生缺乏主动思考的空间，学生在学习上很难有积极性和主动性，课堂上只是听老师讲解也很容易走神，难以激发学习的兴趣，更不利于培养学生的创新精神以及思考能力。
（二）不利于培养学生的实践能力
人工湿地生态工程是一门实践性很强的学科，而传统的教学模式缺乏新型技术手段的运用，多数课程体系都重视理论教学，而忽略实践教学[1]，对学生来说缺乏趣味性和吸引力。对于一些较抽象的工艺装置和操作，由于学生无法见到实物，导致他们难以理解实际操作中的原理。并且，一些工艺繁琐、气味重、有毒有害、安全风险系数高的装置都不能予以直接展示，影响了学生对实验过程的探究、数据的获取以及对实验结果的认知。
二、“实践教学”和“线上线下混合式教学”的发展现状
随着大数据、智能应用等新技术的快速发展，互联网对教学的作用越来越突出[2]。同时，大家对终身学习、碎片化学习概念的认同，线上线下混合式教学方法应运而生。在我国教育事业的迅速发展下，进行实践教学和线上线下混合教学成了教学改革的发展方向，为培养实践型人才提供了新思路。这样的教学模式不仅能够调动教师和学生的积极性，让教师和学生之间的交流和沟通变得频繁起来，而且可以有效地提高教师的教学效率和学生的学习效果，因此混合式教学模式应当广泛地被运用到课堂教学中，将其独特的优势发挥出来，将我国的教育水平普遍提高。
目前，人工湿地生态工程的课程大多是以课堂理论教学为主，实践教学为辅，全面开展实践教学和线上线下混合教学模式的课程较少。然而，传统的教学方式形式较为单一，学生接受知识较为被动，缺乏主观性、探究性，并且学生跳过了自我探索、寻求答案的过程，无法锻炼解决问题的能力。然而，实践教学和线上线下混合式教学模式可以较好地解决此类问题。
学院在课程上大胆开展实践教学，拓宽实践教学途径，让学生带着任务走出课堂。首先，实践教学可以辅助理论知识的学习，提高学生对课程的兴趣和创新能力;其次，实践教学可以提高学生的实际应用能力，有利于满足毕业以后的工作需要。实践性的教学可以更好地锻炼学生的自主学习能力，进一步提高工科人才培养质量，增强学生的社会竞争力，以更好地适应社会需求。
另一方面，线上线下混合式教学模式也正在成为以后教学模式的主流趋势，其最主要的特点就是在学生学习的时候不仅可以通过线下的传统教学，还可以利用网上的各种资源进行线上学习。在进行线上学习时，学习的进度和学习的时间都可以自己来掌控，并且可以自己将课本上的知识进行一定程度的延伸，从而提高自己的学习能力。同时，线上线下混合式的教学模式可以加强学生和老师之间的互动性，在线下课堂上，让学生带着问题来听课;在线上课堂上，让学生在学习的过程中可以随时向老师提问，也可以建立课程交流社区，营造更好的学习氛围。此外，线上线下混合式教学模式还具有个性化的特点[3]，学生可以根据自身的学习情况和知识的掌握程度选择适合自己的课程，并且可以根据自己的兴趣选择自己喜欢的课程，学生在线上课程进行的自主学习将与主观能动性密切挂钩，而线上线下混合的教学模式充分地将学生放在了学习的主体地位，可以让学生更加全面地了解自己的学习情况。 三、“实践—线下—线上”教学模式在人工湿地生态工程教学中的应用
针对传统人工湿地生态工程教学模式存在的问题，创造性地将“实践—线下—线上”新型教学模式应用于本课程。在理论学习之前可以大胆走出课堂，去到人工湿地示范工程，让学生对人工湿地的构造、运行和设计有宏观的认识，启发学生思考，引导其发现问题、分析问题再解决问题，锻炼其思考能力和动手能力。在后期解决问题方面，也可以使用虚拟仿真实验系统，运用更加真实的操作流程帮助学生更好地理解理论知识，并且加深对治理工艺的印象。具体内容如下：
（一）实践教学——实地参观
在理论课前，通过参观人工湿地示范工程，让学生对人工湿地的构造、运行和设计有宏观的认识，思考工艺存在的问题。
在实地参观之前，可以发布考察任务，比如：熟悉人工湿地的基质、植物和微生物在污水中的净化作用;了解人工湿地污染物去除机制和强化措施等，并对学生进行分组，让学生进行自主参观。小组成员共同完成任务，不仅可以使任务完成得更加高效，而且可以提高学生的团队意识，培养学生的合作技能与人际交往能力，形成较好的学习氛围[4]。
而在实地参观的过程中，学生为了完成考察任务，不可避免地会遇到新的困惑和问题，这便引起了学生求解的欲望，使他们想要自行解决问题，同时也提升了学生自我思考问题和解决问题的能力。为了解决问题，学生可以向老师求助，而老师给予的帮助最好是具有指引性的，引导学生去寻找答案，而不是直接告诉学生答案。引导性的教学模式可以使学生更好地了解自己的学习进度，在心理上有更好的接受能力，激发学生自我思考的学习兴趣。
（二）线下教学——课堂学习
针对在实地参观中发现的问题展开课程的理论学习，从微观角度解析问题背后的科学本质，引导学生发散思维，提出解决方案。
在实地参观并自行解决问题后，可以通过课堂汇报来展示各组的成果，其中包括参观过程、参观结果、其中所遇到的问题和组内成员是如何解决的。在进行成果展示时，因为每一组所要完成的任务都不一样，大家可以通过课堂汇报更快地了解其他组的任务，并且通过制作汇报PPT以及小组讲解的环节，更加深入地了解自己小组所要完成的任务。为了保证学生严肃认真地完成汇报任务，还可以对各组的汇报进行评分，并将一定比例计入期末成绩中。课堂汇报后，教师可以对各组展示做出评价，选择优秀的作品作为案例讲解，针对较重要的问题、仍未解决的问题进行更进一步的分析，加深学生对知识的理解。
（三）线上教学——虚拟仿真实验
借助本研究团队开发的《人工湿地虚拟仿真实验平台》验证解决方案的可行性，可以在进一步的工艺优化过程中，强化理论知识学习。
学生可以在虚拟仿真实验平台上处理工艺设计，通过模拟运行水质净化效果验证工艺的可行性，并通过调整工艺和参数进一步优化。在虚拟仿真实验平台进行操作，能使学生对抽象和复杂的工艺装置更加容易理解与掌握，增强课程学习的趣味性，提高学生自主学习的积极性。同时，一些体积大、价格昂贵、操作不安全以及操作条件苛刻的实验，通过线上的虚拟仿真平台也可以解决，以拓展本科生人工湿地生态工程教学的广度和深度，让学生在有限的时间内掌握更多、更实际的处理工艺。
四、总结与展望
本课程通过实地参观、理论学习和虚拟仿真实验，提出了一种“实践—线下—线上”的新型教学模式。该教学模式不仅能够有效地激发学生對学习的积极性，提高学生自主思考问题、解决问题的能力，同时，为学生构建了全面而丰富的知识体系，对于培养学生实验的动手能力和科研思维具有重要意义。新型教学模式的探索，是“新工科”改革的产物，是培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才的必要方法。
参考文献：
[1]张浩，刘哲玉，王磊，等.环境生态工程专业工程体验式教学模式的构建[J].教育教学论坛，2020（49）：220-221.
[2]薛松.论线上线下混合教育教学改革措施[J].农家参谋，2020（20）：256.
[3]姜晓丽.线上线下混合式教学模式改革探究[J].现代商贸工业，2020，41（36）：125-126.
[4]崔明.高效合作学习的教学策略[J].大学教育，2019（1）：27-30.
◎编辑 薛直艳