基于“以学生为中心”的水污染控制工程课程教学改革与实践

韩严和　梁存珍　王楠楠　刘美丽

［摘 要］立德树人、潜心教书育人是教学的根本任务，水污染控制工程课程始终贯彻“以学生为中心”的教学理念，采取线上线下混合教学法，利用项目学习来加强对学生解决复杂工程问题能力的培养，并且坚持持续改进，最终实现提高学生学习效果和教学质量的目的。

［关键词］“以学生为中心”；立德树人；水污染控制工程课程；复杂工程问题；持续改进

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）07-0041-03

水污染控制工程是环境工程专业的一门核心主干课程，具有很强的实用性，涉及的知识面较广，涵盖了物理、化学和生物等多门学科知识，对学生来说，学习难度较大。传统的教学主要是以“老三中心”为主，即以教师、教材知识和课堂教学为中心[1]，学生处于被动接受的状态，参与度、抬头率不高，缺乏主动思考的动力。在信息化时代，学生获取知识的渠道较广，如何以学生的学习、学生的发展和学生的学习效果为中心（即“新三中心”）来探索教学改革已經成为时代的必然[2]。在工程教育认证理念下，笔者所在的课程组根据水污染控制工程课程的毕业要求来设置教学目标，改变“老三中心”的教学模式，坚持将立德树人、潜心教书育人作为教育的根本任务，贯彻“以学生为中心”的教学理念，采用线上线下混合教学法[3]，加强对学生解决复杂工程问题能力的培养[4]，坚持持续改进[5]，提高学生的学习效果。

一、将课程思政融入教学，提高学生的爱国热情

社会绿色发展需要的不仅是有专业能力的环保工程师，而且需要品德高尚、爱国敬业的专业人才。习近平总书记多次提到“绿水青山就是金山银山”，即“两山”理论，为环境工程专业学生的课程思政教育提供了切入点。将课程思政融入水污染控制工程课程教学，需要教师深挖专业特点、社会关注的热点、中国古代相关科技的精神内涵，并将其自然融入课程，而不是脱离课程教学内容空谈课程思政[6]。在进行工程项目案例教学过程中，引入环保政策、国家环保战略和环保科技发展内容，使学生形成正确的价值观和人生观，将个人成长与国家科技进步紧密结合。引导学生应用专业知识辨别网络信息，坚持实事求是的科学精神。实时引导学生建立民族自信，如讲到混凝过程时，引入明矾的净水过程，并指出明矾最早记载于《天工开物》，这种能够将浑浊的水净化为干净可饮用水的工艺由我国最早发现使用，以此增强学生的民族自豪感。在讲污水处理工艺时，以2020年春节疫情期间，十天建成的雷神山、火神山医院污水处理系统为切入点，将医院污水处理工艺作为一个项目学习的题目，要求学生根据病床数量、医院污水的水质特点和设计规范来确定处理规模、工艺流程、经济技术合理性，同时根据云端传播的工艺流程等来判断自己工艺的优劣。锻炼学生在公共卫生事件发生之初快速将自己所学回馈社会的能力。

二、依托信息化工具，构建线上线下混合教学模式

水污染控制课程线上线下混合教学模式如图1所示。教师通过云班课、雨课堂等智慧教学工具发布课前教学任务、学习内容、学习资料等，学生通过平台进行在线自主学习并开展互动讨论，纠正自己对水污染控制工程概念、原理和影响规律的错误或者偏差认知。同时，通过完成测试作业来检验学习效果。教师根据学生讨论和测试结果分析及掌握学生学习存在的问题，针对问题组织线下课程的教学重点内容，形成线上线下互补式的教学模式。

在课堂的教学过程中，教师结合课前在线学习效果的分析结果，融入适当的工程教学案例，加深学生对水污染控制工程概念、原理和影响规律的理解与掌握。在课堂上针对学生认知有偏差的地方，进行引导式讨论，使学生形成正确的共性认知，并通过雨课堂实时反馈功能进行效果检验，即通过案例教学、翻转课堂、项目学习小组讨论的模式激发学生的学习热情，使学生从原来的被动学习变为主动学习。

教师适时布置课后在线测试题、大作业等，学生通过撰写作业和进行在线测试来巩固学习效果，从而掌握相关概念、原理与影响规律在水污染控制工程项目中的实际应用，具备解决工程过程中出现的各种问题的能力。例如，让学生查找水污染控制工程中存在的问题，并结合专业知识进行分析，进而提出解决方案，达到锻炼学生知识应用能力的目的。为了锻炼学生的创新能力，要求学生查阅近5年与水污染控制工程相关的外文文献资料，并进行翻译，同时安排高年级学生或者研究生对其进行指导。在结课调查中，学生提出水污染控制工程是他们查阅文献最多的一门课程，锻炼了他们查阅资料的能力、外文翻译能力和对水污染控制工程前沿知识的把握能力。

在线教学平台或小程序可及时反馈学生学习效果。教师可根据课前的反馈有针对性地改变课堂教学方法和策略，通过课中实时反馈及时掌握学生对知识的理解情况，从而对课程进行适时调整。线上线下混合教学能够解决单纯线上或者单纯线下教学的问题，把线上和线下有机结合以提高教学效果，实现教学目标。

三、设置项目学习环节，提升学生解决复杂工程问题的能力

基于工程问题，设置项目学习环节，让学生深度参与学习、自主制订复杂问题的解决方案。在项目学习过程中，教师起辅助作用，学生为完成工程项目需要进行自主学习，并进行系统性总结和知识构建，这就克服了以教师为中心的教学方式的缺点，从而真正做到“以学生为中心”，项目学习有助于教师转化角色，从表演者转变成导演者。设置项目组长，优化团队管理方式，提高团队管理水平，优化项目学习考核制度，保证项目学习有效完成。

（一）项目学习任务发布

在课程教学中，教师将项目的题目、基础资料和相关要求通过云班课发布，让学生带着问题去学习理论知识。课程结束前两周，学生需要集中完成项目学习任务。教师结合自身的经验教授学生实际工程设计方法，比如如何收集资料和根据要求进行设计等，引导学生应用所学知识完成项目学习任务，从而培养学生工程设计所必备的能力。

（二）组建项目团队

在实际设计工程中，需要团队成员之间相互配合以完成项目学习任务。本课程通過分组组建项目团队的方式开展教学，团队成员合作学习，通过任务分解、合作沟通、难点探讨以及通力合作，高效完成项目学习任务，形成高质量的项目学习成果，达到提升学生团队协作能力、复杂问题解决能力。项目团队由4～5名学生组成，要求学生打破性别小团体、班级小团体的限制，自愿组队。

（三）项目设置和成果展示

一个教学班分成12～15组，一共3～4个项目，每4～5个组分配一个项目，学生要根据所给的水质、水量、行业政策和相关法律法规等限制因素，确定处理工艺流程，并进行详细分析，对每一个单元进行设计计算，最后进行技术经济分析，如图2所示。每个小组根据项目学习任务完成相关内容，并制作PPT向全体学生介绍设计依据和过程，分配有相同项目的小组作为专家提问，并要求答辩小组回答，同时，根据情况指出其中的不足，最后对答辩小组进行评分，这样可以形成竞争性学习，提高学生学习的积极性和分析复杂问题的能力。

（四）项目学习成绩评定

项目学习成绩计入课程总成绩，占比为20%。项目学习成绩由三部分组成：一是对手打分，也就是完成相同项目的小组对答辩小组的评分，从而形成竞争性学习；二是组内成员打分，即组内成员集体协商给组内成员进行评分，但评分需要有5分及以上的分差，否则需要从总分中扣除10分，这主要是为了消除“搭便车”现象，也以此培养学生的协调能力、沟通能力和集体主义精神；三是教师评定的成绩。这样可以对项目学习的成果进行一个比较客观的评价。

四、持续改进

持续改进是工程教育专业认证的三大基本理念之一，即评价—反馈—改进的循环改进机制。水污染控制工程课程的持续改进主要分为课内的持续改进和课外的持续改进。课内的持续改进主要是通过实时应答软件和课前与课中的调查来掌握学生对知识理解的情况和能力锻炼情况，及时纠正教学中的偏差。课外的持续改进主要是结合结课后的调查情况和考评结果分析需要采取的措施，用于后续课程教学的改进，以此提高教学质量，实现教学目标。

水污染控制工程根据课程毕业要求设置了4个教学目标，其中教学目标1是掌握水污染控制技术相关工艺原理及应用，教学目标2是具有初步解决水污染控制工程中复杂工程问题的能力，教学目标3是具有获取与运用有关技术资料并建立相应模型的能力，教学目标4是具有环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规应用能力。课程组对某年级学生的4个教学目标达成情况进行了调查分析。从结果可以看出，教学目标2和3达成情况比较好，说明学生具备获取与运用有关技术资料并建立相应模型的能力及环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规应用能力。但是教学目标1和2得分相对较低，在后续教学中需要强化对学生水污染控制技术工艺应用能力和初步解决复杂工程问题能力的培养。对此，教师可以在课堂教学内容中更多地融入综合性、复杂性、开放性题目或案例分析，并进行讨论和点评。课程组针对课程教学采取了以下改进措施。

首先，让学生在学习过程中主动参与，积极探索，带着问题进行学习。在课堂教学过程中设置问题情景，培养学生解决问题、分析问题、设计方案、开展研究的能力，进一步增强学生的应用能力。

其次，进一步强化项目学习，着力培养学生运用工具书和知识的能力。设置复杂工程问题，引导学生应用数学模型来解决问题。

最后，采用校企双教师的方式开展教学，增强学生工程实践能力。邀请资深环保工程专家，给学生讲授企业一线的水污染问题，提高学生的学习兴趣和动力。

改进措施实施前后两届学生的4个教学目标平均值如表1所示，通过持续改进提高了教学目标1和2的达成情况，但是教学目标3和4的达成度较低，这也说明仅仅依靠课堂有限的时间开展教学，容易出现顾此失彼的情况。因此，后续需要增加学生课后时间的投入。

五、总结

“以学生为中心”是高校教学的初衷和使命，除了要对学生的技能进行培养，还要对学生的价值观进行塑造。在信息快速发展的时代，人才的培养对教学提出了更高要求，这就需要高校持续不断改进教学方法。水污染控制工程课程主要采用项目学习的方式来锻炼学生解决复杂工程问题的能力，最终通过持续改进实现真正的“以学生为中心”的教学目标。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 陈凡.以学生为中心的教学何以可能：基于51所大学本科课堂现状的实证研究[J].高等教育研究，2017：38（10）：75-82.

[2] 赵炬明.论新三中心：概念与历史：美国SC本科教学改革研究之一[J].高等工程教育研究，2016（3）：35-56.

[3] 王艺璇，滕洪辉，汤茜，等.后疫情时代环境类课程“线上+线下”教学模式探索[J].山东化工，2021，50（2）：213-214.

[4] 刘美丽，陈家庆，韩严和.工程教育专业认证背景下流体力学课程改革与实践[J].大学教育，2020（2）：17-19.

[5] 张海涵，黄廷林，朱陆莉.持续改进在环境工程专业认证中的位置和作用机制：以西安建筑科技大学为例[J].大学教育，2021（5）：43-48.

[6] 陈佼，陆一新.“课程思政”理念下的《水污染控制工程》教学改革探讨[J].科技创新导报，2019，16（29）：191-193.

［责任编辑：苏祎颖］