从案例分析和课题研究角度探讨《水污染控制工程》的“金课” 建设*

2023-01-16乔维川

广州化工 2022年7期

虞磊, 张愫, 乔维川

教育部在2018 年6 月份的全国高等学校本科教育工作会议上提出了“全面振兴本科教育” 的要求, 同时首次面向全国高校提出了“金课” 的概念[1]。《水污染控制工程》作为环境工程专业的一门核心课程, 全面覆盖了水污染治理的技术、原理及初步设计等重要内容。然而这门课程内容较多, 涵盖了物理、化学、生物、数学等多个知识点, 且存在一定的交叉。大部分同学因缺乏感性认识, 面对各种工艺、技术只能依靠机械记忆, 难以实际切实的掌握和应用, 将一门实践性较强的课程学成了一门知识点分散, 无复杂问题解决能力的“水课”。因此, 建设《水污染控制工程》的“金课”, 有助于学生了解当前水污染防治的前沿技术, 并提高知识和素质有机结合的能力。这不仅对课堂教学质量的提升, 而且对学生学习兴趣和主动学习的提升, 都具有重要的现实意义[2]。

因此, 论文将根据目前《水污染控制工程》课程教学所存在的问题, 提出基于案例库的建立和分析、课题研究这两个主要方面来分析和探讨《水污染控制工程》 “金课” 建设的可行性方案。

1 目前《水污染控制工程》课程教学所面临的问题

1.1 知识点多而广

对于环境工程的学生来说, 在结束了大一、大二的如高等数学、物理学、四大化学等公共基础课后, 直接接触水污染控制工程确实存在感性认识上的不足。例如活性污泥法的技术介绍, 涵盖了微生物学的合成代谢和分解代谢方面的知识; 工艺包含了初沉池、曝气池、二沉池几个部分, 而这其中的初沉池涉及到斯托克斯公式等计算; 曝气池又涉及到污泥浓度和COD等运行参数的表征, 曝气量的核算; 而整个工艺又会引入由米氏方程等生物化学的知识。因此这种同时包含微生物学、数学、化学知识的课程, 不仅对学生而言难以真正掌握, 而且对于授课教师来说上好这门综合课程也是一个不小的挑战[3]。而当前, 授课教师在备课和授课时, 仅根据各章节知识点进行阐述, 但因这些技术已经在实际中应用多年, 而且每年都面临这些相同知识的重复, 不存在创新之处, 这种“低阶性” 和“陈旧性” 导致了授课教师自身处于了“不用心” 的授课状态, 草草应付了事; 另一方面, 对于学生来说, 刚开始接触这些知识, 觉得知识面太广且晦涩难懂, 导致他们在上课时跟不上节奏, 提不起兴趣。久而久之, 这门专业课就成了师生都觉得枯燥乏味的“水课”。

1.2 感性认识少

《水污染控制工程》来源于实际工程需求, 不管其中介绍的设备、技术还是工艺, 对于大部分本科生来说距离相当遥远,这些甚至对一些环境工程的研究生也相当的陌生[4]。仅仅通过课本上的语句和设计图纸, 难以做到良好的感性认识。学生认为自己在学习20 世纪80-90 年代的技术, 这种主观意识上对这门课程的“陈旧性” 偏见, 也造就了学生在学习过程中会认为这门课程不实用, 跟不上时代了, 可学可不学。目前授课教师在授课时, 也引入了一些图片, 动画等方式加强对设备和工艺的认识, 但是这些对于学生来说, 他们不知道为何而学, 学之所用。因此学生在面对这门课程时, 往往只是在考试前, 对授课教师划的知识点范围进行机械背诵, 考完试后, 大部分抛至脑后。这种非由感性认识而生、缺乏实际需求的非自发型学习, 导致的学习结果就是暂时性记忆, 无法从中获益。

1.3 公式死记硬背

《水污染控制工程》中的一个重要内容就是根据废水量等参数, 计算出所需设备的大小, 设计出处理方案。当前不少授课教师, 基本上是通过PPT 或者板书的形式介绍一个个的方程,然后把例题代入到方程中, 计算出设备或者工艺的参数。对应的, 在考试过程中, 学生记住了这些方程用以在考试的计算中答题。缺乏对这些理论方程来源性的追溯和实际应用场景的介绍, 使得这种专业课成为了机械性授课, 就缺少了专业课的“灵魂”, 和高等数学等基础理论教学方式无异。因此如何考虑引入理论方程和公式的推导以及实际工程项目, 为后续的水污染控制工程设计打下基础, 也是目前亟需解决的问题之一。

2 关于如何打造《水污染控制控制》 “金课”的几点思考

目前《水污染控制工程》授课中普遍存在的上述几个问题,极大地影响了学生的学习兴趣和教学质量。如何对环境工程的本科生有效“增负”, 提升学生的学习兴趣, 让他们对专业负有社会责任感, 真正把这门“水课” 变成有深度、有难度和有挑战度的“金课”, 具有重要的现实意义。

2.1 案例库的建立和分析应用

2.1.1 基于实际工程的案例库建设

工业废水和生活污水是《水污染控制工程》主要处理对象。目前课程介绍的物理处理技术内容方面涵盖了五项主流技术。如授课教师只是对各项技术进行阐述原理、演示设备构造、介绍应用场景等, 学生在此项内容的学习过程只能照搬照套, 不能够灵活应用。这也是当前教学过程中普遍存在的“低阶性”问题, 而教师在课程中, 通过实际工程的案例介绍, 如: 开展对豆制品厂废水的处理工程中的物理处理, 市政污水厂的施工案例库等建设, 利用多组现场照片和视频, 从不同维度重点介绍和比较设备的特点和工作原理[5]。这不仅让学生能够清晰地了解实际工业污水和生活污水中设备的尺寸、安装方式和工作状态, 而且能够帮助学生能够迅速从课本中介绍的多项技术中快速选择出最合适的工艺技术。将知识能力与实际相融合, 达到“金课” 所要求的“高阶性”, 就需要授课教师对实际工程素材的开展针对性的积累, 对素材进行编辑和归类, 与课本知识点做到一一对应, 这样才能够在重要知识点和易混淆知识点的传授时, 真正做到理论与实际的相结合[6], 从而培养学生解决实际复杂问题的能力和高级思维。

2.1.2 基于前沿热点研究的案例库建设

随着我国部分区域的水环境日趋向好, 传统的环境污染问题已不再是部分环保工作者的重点关注对象。现课程中的物理化学处理技术部分分成了九大块内容, 各项技术原理不同, 应用场景不同, 对学生的知识理解和熟练掌握造成了较大的困扰和挑战。通过新研究成果的介绍, 如: 污水厂尾水中抗生素残留而引起的生态风险问题。通过对这一前沿科学发现的拓展和介绍, 结合文献搜索和归纳, 让学生自主的学习和比较各种处理技术的优缺点, 充分体现出教与学的互动性。这种课程的“创新性” 不同于让学生自主研发某项技术或者产品, 而是通过授课教师在平时注意搜集和积累当前的热点研究问题, 使得课程内容能够重点反映出前沿性和时代性。在此基础上, 努力思考和尝试这些热门的环境问题是否可以与现有课本上所介绍的技术工艺相对接。通过这种基于“热点问题提出-文献归纳-技术优缺点的对比总结” 的教学形式, 体现的正是“金课” 建设中重要的“创新性”, 即可使学生们能够了解到当今环境领域的热点和发展动态, 也可积累学生们对本专业的兴趣, 激发学习动机, 使得学习结果的具有明显的探究性和个性化。

2.2 基础知识与课题式研究的有机融合

《水污染控制工程》教材是一门基于理论知识和实际应用的综合性课程。目前的课程设置中每一章节都是独立的理论体系。采用的教学方式一般为PPT 讲解和学生问答相结合的方式, 一方面能够对重要知识点进行梳理, 另一方面也能帮助学生对所学知识点的巩固与掌握。这种传统的教学和复习方式一直保留至今, 虽具有上述的优势, 但这种“陈旧性” 使得这种教学方式缺乏了对学生创新思维的培养, 使得学生难以对所学知识进行进一步拓展和应用。若授课教师以课题研究形式下达, 明确课题任务; 学生综合所学知识对老师布置的课题开展文献调研、动手实验、数据分析等系列工作, 这种对老师备课和学生课下均具有较高的要求。例如, 教师布置的课题为: 新冠时期临时医院的污水处理方案研究, 要求学生利用所学知识对废水水质进行综合评价, 确立主要污染物及其去除方法等,通过分组形式进行课题研究, 设计方案并专业可行性方案。这一课题研究形式的教学方法, 一方面体现了理论知识与实际的有机融合, 使学生明确了所学专业的社会责任, 提高了学生的主动研究兴趣, 另一方面使得学生了解学以致用的重要意义,提高综合解决复杂的问题的能力。这种课题研究形式的教学方式, 对于教师和学生初次接触具有一定的难度, 即“挑战度”,需要“教” 和“学” 双方跳一跳才能够得着, 以达到良好的教学和知识巩固的效果。