新工科背景下水污染控制工程混合式教学

孙彩玉，宋志伟，潘宇，李立欣，韩佳慧，刘平

新工科背景下水污染控制工程混合式教学

孙彩玉1，宋志伟1，潘宇1，李立欣1，韩佳慧2，刘平2

（1. 黑龙江科技大学 环境与化工学院，黑龙江 哈尔滨 150022；2. 中国环境科学学会，北京 100082）

在新工科背景下，结合学校办学定位和办学特色，以一流课程为目标，依托智慧树教学平台，水污染控制工程课程教学采用“线上+线下”混合式教学模式，构建了2个平台和2个渠道的“2T”混合式教学模式．整合建立线上线下教学资源，改革教学方法，融入课程思政，构建有“8+8”课程思政体系，建立了多元化成绩评价模式，取得了较好的教学效果，为建设“线上+线下”混合模式课程提供借鉴．

水污染控制工程；“线上+线下”混合教学模式；新工科

面对新兴产业和新兴科技的飞速发展，传统的工科培养理念已不能完全适应社会发展的需求．高等院校工科专业是培养工科人才最重要的基地，然而工程教育进入传统工科教育实践模块内容滞后于产业发展的阶段[1]．“新工科”概念于“十三五”开局之年提出[2]，在“新工科”建设教育理念提出的次年，教育部推出“新工科”建设行动计划[3]，工程教育要以专业认证为手段，以国家创新驱动为发展战略，最终达到高质量人才培养的最终目标[4]．“新工科”人才培养要立足国家需求和业态需求，对于高校而言，培养新工科人才就要立足于专业和课程[5]，把课程建设作为落脚点，新工科建设的本质是人才培养，服务国家战略发展新需求，强化实践创新创业能力．

线上教学具有独特的优势，其打破了时间与空间的限制[6]，体验了“互联网+”支持下的教育过程与效果[7]，“线上+线下”混合式教学目前已经成为普遍的教学模式，被多数高校教师采用，也为新工科人才培养提供了更佳的教学模式[8]．高等教育引领的“教育转型升级”“教育生态重塑”“高校课堂革命”的呼声高涨[9]，致力打造混合式“金课”更是推动高校实施“新工科”教育改革的主要载体和具体路径[10]．

本文以黑龙江科技大学环境工程专业2017，2018，2019级本科学生为授课对象，介绍水污染控制工程课程基于智慧树教学平台的线上线下混合教学模式的思考与实践．水污染控制工程是环境工程专业的核心课，以OBE理念为导向，采用线上线下混合式教学模式，依据“知识+能力+素质”三位一体的课程建设目标，结合学校应用型人才培养办学定位，确定课程目标．

1　水污染控制工程课程目标

水污染控制工程课程注重结合实践性和应用性的特点，以学生为中心，以OBE理念为导向，立足新工科人才培养需求，结合特色应用型人才培养定位，以一流专业建设为目标，确定4个课程目标．

课程目标1：掌握污水物理化学处理方法、生物处理方法、深度处理方法的基本概念、基本原理、处理工艺及应用，掌握污泥的处理与处置基本方法，并能将其用于水污染控制工程问题的分析．

课程目标2：能够通过查阅文献及相关资料，利用所学的基础知识和基本原理，根据污水的特点和性质，结合相关规范要求，识别和判断水污染控制工程中的关键问题，分析水污染问题的原因，提出合理的解决方案．

课程目标3：能够理解污水处理基本原理和技术方法，根据污水特性和水环境区域污染防治特征，通过水质分析，选取合理的工艺单元，进行工艺方案的积水分析和设计计算．

课程目标4：使学生具备国际视野，对水污染领域的国际状况和发展有所了解，能对当前热门的污水处理新工艺、新技术及新型水污染问题发表个人观点及看法，具备国际交流能力和国际合作意识．

其中课程目标1体现知识目标，对应对知识体系的掌握．课程目标2，3体现能力目标，能熟练运用水处理工程知识、技术原理，利用现代技术工具，解决水处理领域的复杂工程问题；能将创新意识和可持续发展理念融入工程实践．课程目标4应为素质目标，厚植生态文明理念；培养法律意识、团队意识；勇于探索、敢于创新的工匠精神；具备国际视野、爱国情怀；提升社会责任感与专业使命感．

2　“线上+线下”混合式教学模式的实施

采用线上线下混合式教学模式，依据“知识+能力+素质”三位一体的课程建设目标，构建了“课内-课外”2条渠道（Two channels），“线上-线下”2个教学平台（Two platforms），即“2T”混合式教学模式．其中，教学设计、平台、环节、渠道等与课程具体目标相对应（见图1）．

2.1　课内“线上+线下”混合教学实施

水污染控制工程课程于2021年在智慧树教学平台上线，线上设置包括在线教程、见面课、课程资源、课程公告、互动问答、作业测试和考核标准等模块，同时具备调取学习进度、分析学情等模块．线上教学过程包括4个模块，即学习任务发布、课程视频学习、线上自学测试、师生交流研讨．根据教学目标和授课计划，教师于课前在线上发布思考和预习任务，提供工艺技术、教学案例等学习资料．学生带着问题在课上自主学习教学视频，完成线上测试．根据线上授课内容，教师在课程论坛上发布讨论专题，学生查阅资料，联系所学理论，发表观点，师生-生生之间交流互动．

线下教学包括4个模块，即水污染事件播报、知识点讲解、师生互动研讨、创新思维拓展训练．讲练结合，帮助学生突破对重点难点的理解和掌握，实现理论到实践的思考与应用．

课内线上教学实施过程中的共享课程视频学习、学生自学测试环节以及线下教学中的知识点讲解模块为实现课程知识目标服务．同时，师生交流研讨、互动问答环节、创新思维拓展模块能极大程度地锻炼学生的自主学习能力、创新能力、表达交流能力和运用理论分析解决复杂工程问题的能力，很好地实现了课程能力目标．

图1　水污染控制工程混合式教学设计

2.2　课外“线上+线下”混合教学实施

线上定期组织学生聆听院士、专家线上报告，提升专业认同感和自豪感，树立大国工匠精神．线下包括2个模块，即企业专家讲座和环保主题活动．聘请优秀校友、企业专家来校讲座；定期举办环保主题活动，依托世界环境日、世界水日、世界地球日等，组织开展环保知识竞赛、世界水日、环境书法大赛等环保主题活动．课外的教学实施设计不仅拓展了学生对专业和行业领域的了解和认知，扩大了专业知识面，同时也有效激励引导学生服务国家的责任担当，培养学生的专业认同感、团队精神和协作能力．因此，此教学模式的实施既保证了课程知识目标和能力目标的实现，也兼顾了素质目标，做到了“知识-素质-能力”三位一体协同育人．

3　课程思政的实践与实施

水污染控制工程课程确立4个方面的思政目标：

（1）坚定学生理想信念，培养学生的爱国情怀、家国情怀以及当代青年的社会责任感与历史使命感；

（2）培养学生勇于探索、勇于创新的科学精神以及专业认同感和专业使命感，开拓创新的职业品格和行为习惯，树立大国工匠精神；

（3）培养学生勇于担当、乐于奉献的团结合作意识和团队精神；

（4）培养学生的生态环保意识、法律法规意识和可持续发展理念．

课程教学设计中将思政元素与水污染控制工程知识点有机融合，将思政元素融入到教学内容和每一教学环节的知识点讲授中，实现课程教学目标的同时，在专业知识的学习和专业技能的训练中带给学生价值观层面的精神指引；课程构建收集的思政育人的元素内容丰富、形式多样，更好地实现了情感和价值观的培养，做到多层次、全方位育人．融入思政元素，强化价值塑造．在传授知识的同时，全方位融入思政元素，厚植生态文明理念，培育社会主义核心价值观．构建“8部分教学内容+8个思政元素”，即“8+8”教学内容体系．该课程思政体系构建与该课程的4个方面的课程思政目标相对应（见图2）．

图2　水污染控制工程课程“8+8”课程思政体系构建

4　教学资源组建与教学方法

4.1　教学资源组建

在线课程已在智慧树平台正式上线运行，建有线上教学视频64个、思政教学案例20个、工程案例85个、工程视频36个、国家级矿井水处理虚拟仿真教学平台1个、污水处理厂构筑物/设备运行动画演示视频100余个，内容覆盖大纲所有知识点要求；有相关标准、规范、手册、参考书目、学术文献等课程资源300余册，长期合作污水治理实习基地12个，其中省外4个，省内8个，具有污泥处理处置厂资质的实习单位1个，向学生展示最新的环保理念、行业动态、政策法规、科技创新、技术应用、社会服务，充分体现课程的前沿性．

目前，线上课程已开设3个学期，授课对象为2017，2018，2019级，课程活跃度95%，讨论区参与度达90%，学员辐射范围较广，线上资源使用率良好，有4所高校借鉴应用了“2T”混合教学模式，并使用了线上共享课用于补充线下课堂教学．

4.2　教学方法

水污染控制工程课堂教学组织实施过程中，以翻转课堂为抓手，通过任务式、问题导向式、案例式、探究式等推进混合式教学改革；以解决复杂工程问题为导向，充分发挥实习基地产教融合作用，理论教学与工程实际接轨，全面培养学生的创新思维与实践能力；以能力评价为目标，构建多元化考核模式，激发学生的学习热情和活力．

5　“线上+线下”混合式教学课程成绩评定

水污染控制工程根据“线上+线下”混合式教学特点，构建“4+2”多元化评价模式，即过程考核（占40%）、期末考试（占60%）．考核方式多样，覆盖内容全面，注重对学生知识运用能力的考查，评价结果课反馈，并有持续改进的相关机制．符合学生的认知规律，符合新工科背景下着重培养人才工程实践创新能力的教育理念．其中过程考核内容包括：水污染事件播报（占10%）、课堂问题研讨（占5%）、线上线下作业（占15%）、课程报告（占10%）；期末考试采用开闭卷结合形式，闭卷考核水处理理论基础知识（占36%），开卷考核工艺设计计算（占24%）．

课程目标达成度计算按照教学大纲中各指标点为评价依据，首先统计各考核内容的得分情况，按照各考核项占该课程目标的多少计算权重，各考核项达成度是由该项样本平均得分占总分多少得出，最后课程目标达成度由各考核项达成度与计算权重乘积之和求得．本课程通过学生的课堂表现、作业完成情况、期末考试成绩来评价课程目标1的达成情况；通过课程报告、期末考试成绩来评价课程目标2的达成情况；通过作业完成情况、期末考试成绩来评价课程目标3的达成情况；通过水污染事件播报、期末考试成绩来评价课程目标4的达成情况．评价方式与课程目标要求相匹配，考核方式评价细则与课程目标的对应关系见表1．

以2018级环境工程专业本科生成绩为例，本门课程各课程目标达成度期望值为0.65，通过计算可知各课程目标评价结果均为达成，计算方法见表1．

表1　水污染控制工程2018级环境工程专业课程目标达成情况

根据2018级学生课程目标达成情况可知，学生课程目标3，4达成情况良好，本轮主要针对课程目标1，2进行持续改进．针对课程目标1的改进措施为，可增加日常训练和基础知识作业的比例；课堂上强化基础知识的训练，学生课余时间多加学习和复习课堂上不理解的知识点．在水污染治理实习中，强化训练，针对不同水厂的不同工艺分类总结和讲解，培养针对不同水质选取合理工艺解决问题的能力，全面开放线上资源，学生随时调取学习视频资源和测试环节．针对课程目标2的改进措施，在日常课程中，增加科技论文（报告）撰写这一节内容．利用网络定期向学生分享最新的国内和国际水污染方面文献．培养学生规范撰写专业论文的能力．针对工程设计计算能力薄弱问题，进一步精心设计大作业，增加对水处理工艺设计计算的训练，着重系统讲解活性污泥处理法和生物膜处理法．对于个别未到达期望值的学生，采取教师个别指导、重复实验的方法，培养他们正确采集数据、处理数据、分析实验数据的能力．

通过课程目标达成度进行课程质量分析，针对达成度不理想的课程目标，在教学内容、教学方法等方面进行持续改进和跟踪分析，构建评价闭环，促进课程评价反哺教学，解决教学实践中出现的问题，从而推动教学质量不断提升．

6　结语

新工科网络时代背景下，教师需要积极改变传统的教学理念，转变教学方式，向更适应新时代的教学模式跃进融合．本课程依托智慧树教学平台，结合地方特色应用型办学定位遵循工程专业认证OBE教学理念，以一流专业建设为目标，本课程日后的改革方向和改进措施主要为4个方面：

（1）推进融合式教学改革．遵循学生中心理念，定期开展学情调查，进一步优化教学设计，使教学设计更贴近学生认知规律，提升学习效果．充分利用线上线下资源，探索“线上+线下”混合式教学，提升课程的实效性．

（2）推进课程思政建设．推进“以问题为导向、以实效为依托、以质量为核心、以特色为牵引”的课程思政建设与探索，提升思政育人效果．

（3）不断优化知识体系．紧密围绕社会热点问题和最新研究成果，与时俱进地更新教学内容，优化知识体系，丰富课程线上线下教学资源，强化学生能力培养，加强课程团队建设．

（4）加强教师研讨交流，现代教学技能培训，培育青年教学名师，建成省级教学团队，提升团队教学水平．

[1] 陆国栋，李拓宇．新工科建设与发展的路径思考[J]．高等工程教育研究，2017（3）：20-26．

[2] 张朋，李晓艳，杨益，等．基于“新工科”理念的车路协同创新教学实践平台建设探索[J]．决策探索（中），2020（6）：80-83．

[3] 张晓燕．工程教育专业认证背景下的学生工作实践与探索：基于南京航空航天大学的分析[J]．当代教育实践与教学研究，2018（9）：173-174．

[4] 习近平．在北京大学师生座谈会上的讲话[M]．北京：人民出版社，2018．

[5] 徐晓飞，初佃辉．新工科背景下服务科学与工程专业建设及人才培养[J]．高等工程教育研究，2020（4）：48-53．

[6] 教育部．关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知[EB/OL]．（2018-08-27）[2019-11-13]．http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201809/t20180903_347079.html.

[7] 马娟．后疫情时代高校教学新常态：混合式教学生态之重构[J]．开封文化艺术职业学院学报，2022（5）：99-101．

[8] 郭楠．工科背景下的教学创新方法探讨[J]．教育教学论坛，2022（8）：145-148．

[9] 刘振天，刘强．在线教学如何助力高校课堂革命？——疫情之下大规模在线教学行动的理性认知[J]．华东师范大学学报（教育科学版），2020（7）：31-41．

[10] 黄建军，马文超．新工科背景下一流本科建设课程实践教学改革[J]．高教学刊，2021（1）：16-19．

Water pollution control engineering mixed teaching mode under new engineering science background

SUN Caiyu1，SONG Zhiwei1，PAN Yu1，LI Lixin1，HAN Jiahui2，LIU Ping2

（1. School of Environment and Chemical Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China；2. Chinese Society for Environmental Sciences，Beijing 100082，China）

Under the background of the new engineering course，combined with the school-running orientation and school-running characteristics，taking the first-class course as the target and relying on the teaching platform of wisdom tree，the water dye control engineering course teaching adopts the online + offline hybrid teaching mode，constructs two platforms and two channels of “2T”mixed teaching mode．Integrates and establishes online and offline teaching resources，reforms teaching methods，integrates curriculum ideology and politics，and constructs “8+8”curriculum ideology and politics system．Sets up a multi-evaluation model and obtains better teaching effect，which can be used for reference in constructing online + offline mixed model courses．

water pollution control engineering；online and offline mixed teaching mode；new engineeringscience

1007-9831（2022）09-0100-06

X131.2∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.09.022

2022-05-12

黑龙江省教育科学“十四五”规划重点课题（GJB1422118）；教育部新工科实践与研究项目（E-CXCYYR20200920）；黑龙江高等教育教学改革项目（SJGY20210776）

孙彩玉（1986-），女，黑龙江哈尔滨人，讲师，博士，从事环境工程研究．E-mail：suncaiyuscy@126.com