环境系统分析案例教学与学生能力的培养

笪春年 刘盛萍 孙倩倩 叶劲松

摘 要：针对环境系统分析课程理论和综合性强特点，分析该课程案例教学如何促进学生四种能力的培养，倡导以学生为主体、以能力输出为导向的人才培养模式，实现工科专业学生环境素养的提高和能力的提升。

关键词：自主学习；案例教学；能力培养；环境系统分析

合肥学院学习和借鉴德国应用科学大学成功经验，对人才培养体系进行了改革：强调以学生能力培养为导向，实行模块化课程体系。各模块课程体系改革以往传统教学模式中的知识重复讲解，将课程知识进行整合，减少课内授课学时，增加大学生课后自主学习学时，从而大大提高了课程教学的效率和人才培养的绩优化。然而，这项教学改革就要求教师如何能够将课内授课知识与学生的能力培养结合起来，一方面达到人才培养既定目标，另一方面又能促进应用型人才能力得到提升。

环境系统分析是以模型化为手段，模拟和揭示环境系统的发展与变化规律，并寻求最优化与科学决策方法对环境——经济的协调发展做出最优的选择，该课程涵盖大气、水体、土壤等多个环境要素，包含计算机、高等数学、经济学、工程学等多个学科，这就要求学生不仅要有扎实的全面综合知识，还要有学习、分析、实践动手的能力。

一、 以案例教学培养大学生自主学习的能力

环境系统分析是一门理论与实践结合较强的课程，课程中涉及到较多的理论模型，并要求学习者能将这些数学模型运用到具体环境问题中去。合肥学院作为一所应用型本科高校，历来重视学生应用能力的培养，强调让学生在学习过程中掌握理论，在实践中运用创新知识解决具体实际问题，使其具有适应社会的能力。因此，环境系统分析在教学方法方面，实施课堂讨论式教学、基于问题的学习、团队式学习、课后自主学习等教学方法，改变了以往教师讲、学生听的教学方式。在我校2016级环境工程专业人才培养方案中，环境系统分析课内学时数由原来的48学时减少到36学时，增加了48学时的大学生课后自主学习学时。课内学时的减少，这就要求学生课后需要花更多的自主学习时间，这也要求授课教师紧密结合该课程的实际情况，课内通过案例教学方式引导学生课后自主學习。比如在讲述环境系统分析方法时，授课教师通过列举日常生活中烧水、做菜和做饭的案例，从而引出环境系统分析的最优化思路，引导学生分析和综合问题的能力，找出最优化的方法，并将系统分析的理论分析方法与实际生活紧密相结合，从而激发学生的学习兴趣和自主学习动力。再如：授课教师在讲述湖泊水库水质模型时，启发学生把湖泊水库想象成一个均匀混合的水箱，引导学生进行课后自主复习，结合高等数学、微积分和计算机仿真知识，通过逐步提问，推导出湖泊水库的沃伦威德尔模型，授课过程不断提问，层层启发，引导学生同步思考，使学生主动自发地参与分析判断，得以达到更好的教学效果，也激发了学生课后自我探索、自我学习的内动力。学生自主学习通常要求围绕教师布置的某一个问题或者围绕某一案例，开展文献调研，最后以智慧课程、小组汇报或者课程小结等形式提交，改革了传统纸质化考试的单一考核方式，以多元化课程评价方式对学生学习效果进行鉴定，一方面拓展了学生的视野和思路，另一方面也提高了学生自主学习、分析问题和解决问题的能力，同时教师也能更加科学、全面地评价学生的知识、能力和综合素质，打破了传统方式下学生和老师的“学”和“教”模式。

二、 以案例教学培养大学生实践创新能力

案例教学通常以接近环境实际的例子来培养学生实践创新能力，环境系统分析是一门解决现实中环境问题的课程，因此，授课教师需要结合大量的案例，让学生有理性认识并有更加直观的感性认识，真正能用环境系统分析知识解决环境问题，如在讲解一维河流水质模型后，带领学生深入合肥南淝河进行现场调研，让学生模拟南淝河水质对污染物的迁移特点进行分析，并撰写分析调查报告，最后按照分组形式汇报调研结论，通过实践形式对学生的部分成绩进行认定和评判，在考核过程中，有意加大学生实践环节的成绩比例，使学生的成绩考核趋于能力实践化，提高学生的实践动手和创新能力。

三、 以案例教学培养大学生分析问题的能力

环境系统分析课程主要内容讲述的是环境系统模型在环境问题中的应用，如果授课者在课堂上单纯地给学生推导一些枯燥的数学计算过程，就会使得学生在学习过程中一直处于被动状态，无法激起学生的积极性。如何激起学生的学习兴趣？本人在教学中，通过激发学生抽象思维，带着问题进入课题，让学生通过问题思考教学过程，从而培养学生分析问题和解决问题能力。如讲述系统概念时引入阿波罗登月飞船的设计思想，提出阿波罗登月飞船的系统要素和要素之间是如何相互作用？带着问题让学生思考，让学生提前查阅文献资料，然后带着问题答案进入课堂，将问题融入到老师的课程教学中；讲述环境系统分析时引申介绍交通拥堵单双向行驶问题，让学生提前针对问题提出几种方案，寻求最优化方案；讲大气环境模型时引入计算机仿真系统，通过智慧课堂等资源让学生结合计算机仿真知识模拟大气污染物迁移规律，让学生领悟大气环境模型的优点，从而提高了课堂老师教与学生学的效果，同时通过案例教学培养了学生分析和解决实际问题的能力。

四、 以案例教学培养学生与他人合作承担具体任务的能力

大气环境质量模型一章，教师以烟囱高架污染源为例，介绍高架点源模型的特征，然后构建高斯扩散模型，并推出高斯扩散方程；利用计算机模拟软件，演示大气污染物在大气中运动规律的动态仿真，激发学生的学习热情和兴趣，授课者将大气污染的形成过程设计成学生课后自我学习的内容，将班级学生分成若干小组，每个小组针对问题开展文献调研以及现场调研，然后小组内开展讨论，撰写调研报告，最后以小组形式进行汇报，教师和学生代表进行评价。汇报中，学生思路开阔，从著名的世界“八大公害事件”谈到中国著名记者柴静的纪录片“穹顶之下”到中国的雾霾现状，最后对大气污染物形成的内在原因和过程进行详细分析。通过这种自我学习的过程，一方面培养了学生自我学习的能力，另一方面培养了学生团队合作能力，同时也提高了学习效率，调研成果通过汇报的形式可以在班级内共享。

五、 结语

应用型人才培养是时下高等教育改革的热点之一。合肥学院作为一所应用型本科高校，在人才培养目标中突出强调了学生应用能力和工程实践能力的培养。环境系统分析作为环境工程专业的核心必修课程，课程“教”与“学”的好坏直接影响到学生将来走上岗位的专业能力体现，传统灌输型的教学方式不再适合当前应用型人才培养。因此，笔者通过多重案例教学，以思维为导向，层层深入地培养学生分析问题、解决问题的能力、实践创新能力和自主学习的能力，为服务地方性和应用型人才培养奠定了基础，也与我校应用型人才培养目标相吻合，今后授课教师将继续探索智慧课堂、雨课堂等多种手段推进课堂教学改革。

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作者简介：

笪春年，刘盛萍，孙倩倩，叶劲松，安徽省合肥市，合肥学院生物与环境工程系。