融合课程思政和劳动教育的科研驱动式教学——以“水质工程学”为例

张彦平，张瑞君，李 静

（河北工业大学 土木与交通学院，天津 300401）

给排水科学与工程专业的学生肩负着缓解水危机，建设生态文明和美丽中国的历史责任。“水质工程学”是给排水科学与工程专业的核心课程，是为实现水的良性社会循环及水资源的可持续利用而控制和改善水质的学科［1］，内容涉及微生物学、物理、化学、材料学等，属于多学科交叉融合，内容繁多复杂，且随着科学技术的快速发展，水处理新方法、新技术不断涌现，使得该学科已成为给排水人才培养的主战场。在新工科倡导的独立、创新和实践精神培养［2］，以及“水质工程学”课程建设要求的高阶性、创新性、挑战度背景下［3］，河北工业大学土木与交通学院给排水科学与工程系充分利用本专业科研（教学）复合型教师的优势条件，将科研驱动式教学模式有机融入“水质工程学”课程教学中，并在培养学生创新思维的过程中有机融入课程思政和劳动教育，以期满足新时代给排水专业高素质复合型人才培养的需求。

一、科研驱动式教学模式在水质工程学教学中的应用探索

科研驱动式教学是指教师将本学科先进的科研成果及教师自身科研成果融入课堂教学，使教师和学生能够有效参与教学与研究活动，是培养创新型人才的一种新型教学模式［4］。科研驱动式教学在“水质工程学”课程教学过程中主要通过以下方式展开，并获得了良好的教学效果。

（一）科研驱动式教学有机融入课堂教学

“教而不研则浅，研而不教则空。”科研驱动教学模式的实施首先需要教师不断充实自己的知识体系，具备丰富的科研经验积累，并始终保持对学术前沿的追踪，同时注重科研与教学活动相结合，将科研方法、创新、成果等融入课堂教学活动中，使学生在学习基本理论知识的同时，培养创新能力和科学研究方法。河北工业大学土木与交通学院给排水科学与工程专业负责“水质工程学”授课的教师，均为教学/科研型教师，对学术前沿具有较为敏锐的洞察力和丰富的科研积累。在“水质工程学”课程教学过程中通过介绍学科前沿、优化教学案例、设计教学活动等方式将创新精神和思维融入课堂教学活动中，培养学生的创造性思辨能力和素养。例如，在污水厌氧生物处理知识模块中，教师通过介绍厌氧生物反应器发展的历程、趋势和研究前沿，让学生通过反应器的发展变革了解科研创新的过程和特点，掌握科研的方法和思维；在污水生物脱氮除磷知识点讲授过程中，教师首先介绍传统生物脱氮除磷的基本原理、工艺技术及其改进方法和优缺点，随后引入新型生物脱氮除磷技术——短程硝化反硝化、厌氧氨氧化及反硝化聚磷技术，通过对脱氮除磷机理的对比分析，强化学生对基本知识的理解和掌握，并引导其突破传统思维，发现新的解决问题的方法，达到培养学生开拓创新的效果。此外，授课教师在讲授知识的过程中充分发挥自身的科研特色和优势，将自己的科研成果和思路有机地融入课堂教学，激发学生的科研兴趣。例如，在《污泥处理处置与利用》章节中，在讲授完污泥的有效利用和最终处置后，以自己研究团队采用高级氧化技术溶胞污泥，进而采用强化隐性生长技术将污泥作为碳源回用于生物处理构筑物，以强化污水脱氮除磷的科研思路与成果作为教学案例，介绍最新的污泥减量化和资源化技术。以这些前沿的科技成果作为教学案例，不仅能强化学生对知识的掌握，还能够激发学生的学习兴趣，活跃课堂氛围，培养学生的科研创新思维，从而提高课堂教学效果。授课过程中，教师也可以采用翻转课堂、问题导向式教学模式或专业文献阅读法设计教学活动。例如，在讲授完高级氧化知识点后，给学生布置任务，让学生在课下查阅有关新型高级氧化技术的文献资料，并以小组形式整理成科技论文或制作成PPT进行课堂展示和讨论，教师通过学生团队论文提交情况和PPT内容进行总结，从而引导学生主动探索，增强了课堂互动，锻炼了学生自主学习的能力以及了解学科前沿的途径和机会，极大地提高了课堂教学效果。

（二）鼓励学生参与科研创新活动

创新型国家的根基在于创新型人才的培养。2017年，教育部高等教育司发布的《关于开展新工科研究与实践的通知》中指出，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革创新［5］。这对给排水专业的课程建设和人才培养模式提出了新的要求。鼓励学生积极参与科研实验、大学生创新创业活动和科技竞赛，这些都是培养给排水科学与工程专业创新型人才的有效途径。在教学过程中，鼓励有一定科研潜力的学生组队申报学校组织的大学生创新创业训练计划项目、节能减排竞赛、“深水杯”等活动，使学生在科研活动过程中加强对知识的掌握和理解，以及向创新型学习的转变。笔者所在教研团队指导学生申报了“类石墨烯秸秆生物质炭吸附染料废水研究”“给水铁污泥制备磁性吸附材料去除水中氮磷的研究”“以给水厂含铝污泥为基质的土壤渗滤处理模拟研究”“天然辣木籽吸附去除重金属离子镍、铬的性能研究”“一种煤气化废水的新型处理工艺与装置”等课题，均获得了国家级、省级、校级大创项目的支持。其中，“一种煤气化废水的新型处理工艺与装置”获得了第十二届iCAN国际创新创业大赛中国总决赛三等奖。在科研项目申报过程中，学生通过大量文献阅读了解课题前沿，凝练创新点；在项目执行过程中，学生积极参与试验，并针对试验过程中存在的问题，提出创造性的解决方法；学生在参与科技竞赛过程中，进一步开阔了视野。科研活动训练与科技竞赛极大地提升了学生的科研素养和创新能力，并且使得在书本上学到的那些抽象的理论和概念得以生动展现，更加强了学生对基本理论知识的理解和吸收。

在科研驱动式教学过程中，学生作为主体积极参与到科研过程中，充分发挥了学生的积极主动性，培养了学生的创新思维，提高了科学研究的兴趣。据统计，绝大多数经历过科研项目锻炼的学生毕业后进入了哈尔滨工业大学、北京工业大学、中国科学院等高等院校和研究所进行深造。因此，科研驱动式教学模式的实施为培养给排水科学与工程专业科研创新型人才打下了良好的基础。

二、科研驱动式教学与课程思政的融合

科研驱动式教学模式在“水质工程学”课程教学实施过程中，始终坚持教书和育人相统一、学术创新和国家需求相统一的原则，培养学生正确的世界观、人生观和价值观，科研创新思维和能力，培养其社会责任感和民族自豪感。

在采用科研驱动模式授课过程中，通过介绍我国水处理行业“领军人物”，以其先进的科研成果激励学生。例如，在讲授生物脱氮除磷技术时，介绍我国工程院院士彭永臻在污水生物厌氧氨氧化脱氮方面所取得新进展。彭永臻院士带领团队，首次在世界上提出了“短程反硝化耦合厌氧氨氧化”相关研究成果，并协助北京城市排水集团，率先突破厌氧氨氧化菌工业化、规模化应用的难题，建立了我国第一项自主知识产权技术体系——厌氧氨氧化工程建设。在讲授厌氧生物处理技术时，提及我国工程院院士任南琪。1999年任南琪院士带领团队在世界上首次完成有机废水发酵法生物制氢中试研究，开创了具有我国自主知识产权的厌氧活性污泥工艺发酵法生物制氢技术，并于2005年完成生产规模实验，创造了世界之最，推动了生物制氢技术的工业化进程。在讲授臭氧氧化与消毒技术时，介绍我国工程院院士马军。马军院士率领的科研团队以臭氧高级氧化技术为核心，于2021年研制出具有高效灭活新冠病毒作用的臭氧高级氧化技术与装备，能有效将病毒和细菌氧化灭活，降低了新冠病毒传播感染的风险。通过介绍这些水处理界知名院士专家以及他们的最新科研成果为祖国和人民所带来的荣誉与安全，增强了学生的民族自豪感、社会责任感和爱国热情。

学生从事科研创新活动有助于培养其团队合作、诚实守信、严谨求实、吃苦耐劳等品质。在科研活动或竞赛过程中，每一位小组成员都分配有具体任务，需要所有成员相互协助才能完成整个项目任务，从而培养了学生的团队协作能力和互帮互助精神；在科研试验过程中，学生需要严谨操作，认真记录试验数据，这有助于培养学生科学严谨、实事求是的态度；在经过一系列的付出最终获得成功和好评时，增强了学生的自信心和自豪感。整个科研过程磨炼了学生承受挫折的能力和耐心，激发了其求知欲和探索精神。

科研驱动式教学与课程思政两者相辅相成、相互促进。科研驱动式教学通过独具特色的课堂讲授及全面的科研训练提高学生的综合素质，培养学生的家国情怀、责任意识、创新意识、奉献精神等思政元素。而课程思政又以其强大的思想感染力和内在精神动力激励着学生保持着对学习和科研工作的热情，以及面对困难时始终保持积极乐观的态度；以高度的责任感和正确的价值观引领着学生在学习和科研工作中保持敬业、求实、奋斗和创新精神。

三、科研驱动式教学与劳动教育的融合

劳动教育在培养学生综合素质方面具有不可替代的作用。劳动教育是培养学生全面发展的一个重要方面。然而，目前高等院校普遍重视理论教育，缺少劳动教育培养的平台。2020年3月，中共中央、国务院印发《关于全面加强新时代大中小学劳动教育的意见》，指出除劳动教育必修课程外，其他课程结合学科、专业特点，有机融入劳动教育内容［6］。而科研驱动式教学可以为学生提供良好的劳动教育机会和平台。例如，参与科研项目的学生在进行试验过程中，需要自己动手清洗玻璃器皿、配制化学药品、制备材料、开展水处理试验、测定各种指标等。在这个过程中，学生将专业知识和劳动实践相结合，在强化对专业知识理解和掌握的基础上，提升了学生的职业能力和创造力，并带动了新的思想。劳动教育过程本身又促进了思政元素的培养。例如，试验过程中要求药剂称量准确、试验操作精准，这有助于培养学生精益求精的工匠精神。在试验过程中学生可能会遇见挫折，需要针对实际问题进行深入分析，不断调整实验方法，反复实验才能获得理想的结果，这培养了学生坚韧不拔、勇于拼搏的劳模精神。因此，科研驱动式教学不仅加强了对学生创新思维的培养，而且为学生提供了劳动教育的机会，让学生在劳动实践中锻炼创新意识，体会劳动的价值和快乐，从而树立正确的劳动价值观和劳模精神，实现了劳动实践、科研创新和思政育人的协同发展。

结语

在新工科背景下，为了提升对给排水科学与工程专业创新型人才的培养，本课程团队将科研驱动式教学有机融入“水质工程学”教学过程中，有效激发了学生的学习兴趣，极大地提升了学生的创新思维和能力，获得了良好的教学效果。科研驱动式教学过程中可有机融入课程思政，并为劳动教育提供专业平台，三者相辅相成，共同培养具有社会责任感和民族自豪感的给排水科学与工程专业复合型创新人才。