建构式教学在《水质工程学》教学改革中的探索

黄 潇,段春云,曹 青,张淑娟

(1a.南京信息工程大学 环境科学与工程学院;1b.水文与水资源工程学院,南京210044;2.吉林建筑科技学院 管理工程学院,长春130051;3.南京工业大学 城市建设学院,南京211816)

课程是人才培养的核心要素,课程质量直接决定人才培养质量。开展课程改革是推进一流本科课程建设的重要手段,是高等教育发展的重要课题。澳大利亚教育心理学家比格斯提出“一致性建构原则”,课程设计需遵循的四个步骤:预期学习成效、教学活动、评价任务、成绩评定[1]。建构式教学模式以该理论为基础,以学生为主体,以自主学习和认知重构为核心,突出学生对知识的“疑问—猜想—理解—重构”的全链条理解过程[2]。

给排水科学与工程是一门普通高等学校本科专业,以培养掌握给排水科学与工程基本理论和基本知识,适应经济建设需要,从事规划、设计、施工、管理、教育和研究开发等方面工作的工程技术和管理人才为培养目标。近些年,在“水十条”“黑臭水体治理”“智慧水务”等一系列政策的推动下,给水排水科学与工程专业人才培养发生“供需差异”。传统教学模式无法满足企事业人才质量要求,这对毕业生的创新能力和高校的人才培养方法提出了新的挑战。如何改进学科教学模式、推动学科发展,以满足专业发展需求,成为了目前给水排水科学与工程专业教学改革的难点。

综上所述,将构建式教学运用到给水排水科学与工程专业中,是推进一流本科课程建设,促进学生自主创新能力的重要推手。本文以《水质工程学》课程(给排水科学与工程专业重要核心课程)为试点对象,对该课程教学改革进行探索与实践。

一、《水质工程学》课程教学现状与问题

《水质工程学》是给排水科学与工程专业的一门专业核心主干课程,是一门关于水污染控制原理、方法及工艺设计的课程,又是一门以水分析化学、微生物学、水力学、物理化学等学科知识为基础,各学科知识交叉融合应用的一门课程。通过本课程的教学,使学生获得水处理的基本知识、方法,得到水质处理设计的基本能力训练。目前,各高校《水质工程学》课程多开设在大学三年级,传统教学模式下的该课程存在如下的教学瓶颈:

(一)教学模式,未体现以“学生为中心”的教学理念

传统的《水质工程学》教学模式多以教师授课、学生被动听课并完成作业为主。教学模式单一、教学方法陈旧一直是导致《水质工程学》教学效果不佳的主要因素。学生缺乏对课程的思考,缺少对水处理工艺的整体把控、问题识别和解决问题的能力。虽然在持续教改的推进下,部分教学过程引入了“翻转课堂”等新的教学模式,但仍保持了“教师为教学主体”的客观现状,改革收效甚微[3]。

(二)教学资源局限,工程延伸性不强

《水质工程学》是给排水科学专业的核心课程,直接关系到学生对本专业的认同感。同时,该课程具有延展性强,专业技术发展快,与国家政策发展紧密相关的特点。传统基于教材的理论教学,受限于教材迭代更新速度,难以满足教学的需求。教师无法将先进的水处理工艺和技术传授给学生,更无法与实际工程项目联系,形成了“学用脱节”的藩篱。

(三)测评方法难以达到教学目标要求,开放性弱

专业认证与教学质量评价中,课程目标的达成度是一项重要评价指标,是能力、素养、思维、思政等高阶目标的综合评价[4]。学业测评是教学中最重要的环节,是学生眼中无形的“指挥棒”,被高等教育专家称为“最短的短板”。目前,各高校的《水质工程学》课程学业测评方式以考试为主,导致学生为考而学,出现重评学、轻促学,重结果、轻过程,重共性、轻个性等问题。

二、建构式教学设计与实施

(一)模块化课程设计是构建式教学的基础

传统《水质工程学》教学模式的授课顺序采用教材编排顺序,在掌握不同水处理工艺功能单元原理、特征的基础上,进行水处理工艺整体介绍。尽管教材编排有其逻辑性,但实际授课中知识点零散,缺乏整体性,导致学生缺乏对知识运用的理解。因此,该课程采用了模块化教学模式,该模式以培养学生对《水质工程学》自主学习为目标,通过典型工程问题为索引,启发学生对给水/污水处理工艺中不同功能单元的原理、特点、应用和局限性的思考,进而循序渐进地对工艺进行“拆解讲授”。形成知识逻辑由表及里、由宏观到微观、层层递进、紧密联系的课程体系,改革单一的教学方法,突破学科式的教学框架。

在课程安排方面,灵活调整《水质工程学》授课章节顺序,按照水从饮用水取用到污水排放的整个社会循环出发。首先,前置教材为典型给水处理系统、特种水源处理工艺系统和城市污水处理系统等章节。在学生掌握给水/污水处理整体工艺基础上,分别对核心处理单元进行逐个攻破。按照水的社会循环路径,通过“穿针引线”的方式,让学生更牢靠地掌握教材内容,图1为“水质工程学(2)”模块化课程设计思路。

在授课形式方面,模块化教学更适合采用板书和多媒体联合授课,板书能够更好地展示知识之间的逻辑关联,教师书写时间为学生留出思考的空间,学生能更好地完成知识接收、思考和内化的过程。多媒体教学以教学视频和图片展示为主,辅佐板书教学更加生动形象。关于板书和多媒体授课方式进行了学生意见调查,几乎所有同学都倾向于板书授课方式,认为该方式知识内化效果更佳。

图1 “水质工程学(2)”模块化课程设计思路

(二)黄金分割课堂时间,突出学生主体地位

时间管理是课堂教学十分关键的环节,涉及师生互动环节、教师授课环节、学生参与知识构建环节等,该过程环环相扣,需要进行科学动态的计划和调控[5]。基于模块化和构建式教学方式,《水质工程学》课程的时间管理设置了“回眸(师生)—初探(学生)—纠偏(教师)—重构(师生)”四个教学环节,并进行了教学时间的黄金分割,突出学生主体地位。

“回眸”环节是师生互动的开端,利用教学伊始的5分钟,教师引导学生对水处理工艺及上节课的教学内容进行回顾,并以此引出本节课的教学内容;“初探”环节,学生利用10分钟时间,对本节课的课前预习内容进行知识解读,并进行小组讨论,同学再对其汇报的内容提出质疑;“纠偏”环节,教师根据学生掌握的情况,利用黄金25分钟对知识点进行梳理,纠正学生理解误区,解答学生质疑的问题及知识点延展;“重构”即为师生重构知识体系,利用5分钟时间,集中梳理课程思维导图,知识点概括,更好地帮助师生总结教学内容、梳理知识点。

(三)多途径启发,提高学生建构式学习能力

传统的课堂以教师为主体,学生被动接受知识的模式,严重缺乏对课程的思考,缺少对水处理工艺的探索兴趣及问题识别和解决问题的内在动力。因此,该课程采用多途径启发的教学设计,涵盖课前自主学习、教学案例分析、小组合作讨论汇报、问题答疑解惑以及开发课题研究等。同时,将思政教学融入到课程建设中,通过课程思政的建构式融入,学生能够以案例为出发点,在教学活动中体验、感受、启迪,在逐步坚定“为谁培养人”的信念中,开启新的知识学习。

(四)开放课题强化知识内化,凸显学以致用

《水质工程学》涉及不同类型的污废水处理、污水处理过程又存在诸多差异、教材难以全面覆盖,如:低C/N比/低温条件如何提高生物脱氮效率等实际问题,只有通过知识迁移方可提出解决策略,是强化学生知识内化、凸显学以致用的有效途径。开放式课题设置是对理论知识综合考评的一个有效手段,也是构建式教学的应用升华,注重学生自主学习能力的培养,改进传统“硬塞入”教学方式。教师针对某一现象提出开放性问题(无法在教材中找到答案)引导学生通过知网等途径获取文献资料,学生围绕该问题进行线索搜集、知识重组、问题解析、提炼与总结,最终形成研究报告。同时,通过绘制思维导图对问题解决途径和涉及原理进行总结,按照个人的思考逻辑梳理知识框架,强化知识内化。

(五)“线上线下融合教学”让教学效果翻倍

“线上线下融合教学”将传统的面对面教学(线下教学)与在线教育(线上教学)相结合,以充分利用两者的优势,提供更丰富和灵活的学习体验[6]。《水质工程学》涉及较多的污水处理工艺和污水处理案例,仅依靠课堂教学的学时,无法满足该课程的培养目标。因此,线上教学以学生自学和知识构建为主要目的,本课程学生根据自己的基础对新知识进行预习,并形成“思维导图”和“知识逻辑框架”。该办法能够更好地提高学生自主学习能力。线下教育以教师教学和学生互动为主,学生通过对污水处理新工艺的线上研讨与线下分享,促进学生之间的互动和合作,增强团队合作和沟通技能。

(六)多维度教学测评方式改革

目前,各高校的《水质工程学》课程学业测评方式以考试为主,导致学生“为考而学”,出现重成绩、轻过程的问题。本课程改变了原有的评价模式,将平时成绩进一步分解为课前预习、课堂表现、课后任务和开放论文,将考评由“期末考评”转移到“过程考核”,更加注重了过程管理,提高了测评的科学性。同时,期中考试重点考核学生对知识的掌握情况,而期末考试重点考查学生对知识的迁移转化能力,更契合学生能力培养,提高教学目标的达成度。

三、教学反馈与反思

(一)教学反馈

教学反馈是一种获取学生对教学过程和课程内容的意见和观点的机制,对教师教学进度和教学方式调整非常重要,更好地适应学生需求,并提供教育体验的持续改进[7]。本课程改革的教学反馈分为平时教学反馈和课程结束教学反馈,反馈内容包含课程内容、教学方法、课堂氛围等方面的问题;反馈方式涵盖口头反馈、书面反馈、在线调查问卷、小组讨论和个别面谈等方式。经过对南京信息工程大学2020级给水排水科学与工程专业教学,共收集33份学生反馈,总结如下:课堂创设互动性的环境,为学生提供师生互动的机会,鼓励他们提问、讨论和分享观点;利用多媒体演示、在线工具和教育技术来增强课程的吸引力和互动性;小组合作可增加学生的自主性和参与度。将课程内容与实际案例联系起来,这可以激发学生的兴趣,融合应用场景,学习的针对性更强。构建式的课程思政,牵引让学生明确学习意义,坚定了为国家发展而学习的信念。

(二) 教学反思

该课程改革的成功之处:(1)构建式教学模式让课堂气氛高涨,学生自主学习能力增强,极大提高了课程目标的达成度和学生能力培养要求;(2)学生民族使命感和职业认同感的提升是本课程实施过程中的重要牵引,引入思政教育,赋予学生正确的价值导向是知识技能传播的前提;(3)“工程案例”教学、视频教学,极大地调动了学生的学习主动性和积极性,让抽象的概念变得看得见、摸得着,不但为学生营造了宽松的课堂学习氛围,培养了学生的工程思维和设计理念;(4)“线上线下教学”“翻转课堂”和“思维导图”等教学方式,提高了教学容量,教师动态把控学生的理解程度,弥补了学生线上教学参与度低的不足,凸显了“学生”课堂主体地位。

该课程改革存在不足:(1)构建式教学过程中如何平衡“学生”的主体地位和“教师”的主持角色是该模式应用的难点,存在“过犹不及”的问题,导致学生出现学习压力大、学习倦怠的问题。(2)线上教学仍会存在部分学生的参与度不高,让每位学生在分组讨论和分组作业中100%参与是较为困难的。(3)板书与多媒体联合教学是该课程改革学生最为赞同的教学模式,但如何协调板书教学内容尺度和教学进度,这对老师的备课提出了更高的要求。

四、结语

“新工科”建设和水务行业的快速发展为给水排水科学与工程专业教学改革提供了新的指引和改革契机,如何办好满足水务行业需求的教育,加速建设高质量课程教育模式,仍是给水排水科学与工程专业的主旋律。通过打破传统教材逻辑体系,模块化教学方式结合构建式教学模式,提升了学生的自主学习能力、课程内化效率、知识牵引转化效果,在“产、学、研”多维度,促进了课程培养目标的达成度。因此,该教学模式突出了学生的主体地位,适合进行推广应用。

总之,“大水务”时代,给水排水科学与工程专业面临的巨大的产业改革,既带来了新的挑战,也带来了新的机遇。这需要教育工作者不断改革教学方法和教育理念,通过诸如构建式教学模式改革等途径,培养能够适应时代发展需求的高质量、创新型人才,为我国水务行业发展做出贡献。