［摘 要］ “水污染防治技術(shù)”是環(huán)境科學專業(yè)的一門提升技能的重要必修課程，包括理論和實驗兩大教學內(nèi)容，主要是培養(yǎng)學生的工程實踐與創(chuàng)新能力。結(jié)合環(huán)境科學專業(yè)的學情特點，分析了目前課程開展過程中存在的問題，從課程內(nèi)容、教學手段、課程環(huán)節(jié)設(shè)置、課程評價方式這四個方面進行“水污染防治技術(shù)”的教學改革，以求顯著提高課程的教學成效，提升學生的專業(yè)技能，增強學生的就業(yè)競爭力，也為同類型工科類課程教學在理科專業(yè)背景下開展提供了參考。

［關(guān)鍵詞］ 環(huán)境科學；水污染防治技術(shù)；教學改革；人才培養(yǎng)；課程設(shè)計

［基金項目］ 2022年度四川省科技廳項目“基因組信息指導下兩株活性放線菌的次級代謝產(chǎn)物研究”（2022NSFSC1661）；2020年度西華師范大學?；究蒲袠I(yè)務(wù)基金“鎂合金表面釩酸鹽轉(zhuǎn)化膜成膜機理與自修復性能研究”（20A021）；2017年度西華師范大學校級啟動基金“薄膜光催化劑化學轉(zhuǎn)化法制備及與超聲波聯(lián)用處理丙烯腈廢水研究”（17E056）

［作者簡介］ 蔣 曉（1989—），女，四川南充人，博士，西華師范大學環(huán)境科學與工程學院講師，主要從事水污染處理技術(shù)研究；馬朝旭（1989—），男，甘肅慶陽人，博士，西華師范大學生命科學學院講師，主要從事環(huán)境微生物研究；徐 飛（1982—），男（蒙古族），內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，博士，西華師范大學環(huán)境科學與工程學院教授，主要從事水污染處理技術(shù)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）37-0085-04 ［收稿日期］ 2024-04-09

引言

環(huán)境科學專業(yè)學生理論知識豐富，但專業(yè)應(yīng)用實踐能力弱，畢業(yè)生不能充分滿足“理論與能力并重，畢業(yè)即能上崗”的要求。因此，為了彌補短板，部分高校借鑒環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)模式，將環(huán)境科學專業(yè)的培養(yǎng)模式由純理科轉(zhuǎn)向理工科結(jié)合的方向發(fā)展［1］。結(jié)合就業(yè)市場的需求，環(huán)境科學專業(yè)培養(yǎng)目標轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)具有扎實專業(yè)基礎(chǔ)、深厚科學素養(yǎng)，掌握自然科學知識，具備生態(tài)環(huán)境保護的基本理論及工程技術(shù)，能夠成為技術(shù)過硬、綜合能力較強的應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才。

“水污染防治技術(shù)”是西華師范大學環(huán)境科學與工程學院環(huán)境科學專業(yè)培養(yǎng)模式改革中的一門專業(yè)發(fā)展課程。它是一門提升專業(yè)技能和工程實踐能力的重要必修課程，其知識面寬，信息量大，部分內(nèi)容抽象難懂，工程背景強。隨著近幾年對課程的教學觀察，課程組發(fā)現(xiàn)完全應(yīng)用環(huán)境工程專業(yè)的“水污染控制工程”教學模式存在一些不可避免的問題。

（一）該課程與環(huán)境工程專業(yè)的前修課程不同

學生的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)有所差別，環(huán)境科學專業(yè)學生不學“環(huán)境工程原理”“工程力學”“流體力學”等課程，如果仍側(cè)重講授與水力學相關(guān)的管道設(shè)計、設(shè)備設(shè)計，與傳質(zhì)動力學等相關(guān)的反應(yīng)器設(shè)計等知識，勢必會造成學生知識的脫節(jié)，降低學生學習興趣，也會給教師的講授帶來困難。

（二）教學內(nèi)容重復，降低學生學習興趣

鑒于學生通過《環(huán)境科學導論》《水處理》部分內(nèi)容的學習，已具備一定水污染控制基本概念、技術(shù)工藝基礎(chǔ)，若按傳統(tǒng)的水污染控制工程教學內(nèi)容開展教學，勢必導致部分內(nèi)容重復教學，降低學生的學習興趣。

（三）不能有效提升學生工程實踐能力

課時有限，內(nèi)容繁雜，學習難度大，理論與實際過于分離，沒有很好發(fā)揮提升學生工程實踐能力的作用。因此，建立適合于環(huán)境科學專業(yè)的水處理工程類課程勢在必行。

課程組經(jīng)過幾年的教學實踐，根據(jù)環(huán)境科學專業(yè)的性質(zhì)特點，改變課程重心，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，更換適宜的課程名稱——“水污染防治技術(shù)”，并對該課程的教學方法與手段進行探究，使其能更好地服務(wù)于環(huán)境科學專業(yè)的培養(yǎng)目標，為建立適合于理科背景的環(huán)境科學專業(yè)工程類課程的教學方法提供借鑒。

一、課程開展過程中發(fā)現(xiàn)的問題

（一）理論課程內(nèi)容繁多、陳舊，課時有限

傳統(tǒng)的“水污染防治技術(shù)”（原名環(huán)境工程學—水污染控制工程）共96課時，課程教學包括理論教學（64課時）和實驗教學（32課時）兩部分。其中，理論教學部分包括污水水質(zhì)和污水出路、污水的物理處理、污水生物處理的生化反應(yīng)動力學基礎(chǔ)、活性污泥法、生物膜法、污水的土地處理、污水的厭氧生物處理、污水的化學與物化處理、污泥的處理與處置共9章內(nèi)容。理論教學內(nèi)容涵蓋基本概念、技術(shù)基礎(chǔ)、原理、工藝、設(shè)備、設(shè)計計算等；部分課程內(nèi)容抽象難懂，如生化反應(yīng)動力學，生物、化學、物理化學處理污水的數(shù)學模型、構(gòu)筑物、設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造以及處理污水的工藝流程選擇等；課程內(nèi)容工程背景強，設(shè)計計算與實驗結(jié)果處理的參數(shù)選擇需要一定的實際工程經(jīng)驗并需要查閱大量設(shè)計手冊與行業(yè)標準，計算過程復雜且容易出錯。此外，考慮為學生減負，增加學生課后自主學習時間，“水污染防治技術(shù)”作為專業(yè)發(fā)展課程，將課時縮減至64課時（理論教學48課時+實驗教學16課時），增加了教師的授課難度。因此，合理規(guī)劃教學內(nèi)容、改革教學模式是亟須完成的工作。

（二）實驗內(nèi)容落后，實驗手段需創(chuàng)新

原“環(huán)境工程學—水污染控制工程”的實驗內(nèi)容包括自由沉淀、污泥性能、生化處理、混凝、吸附等單元實驗及廢水處理演示實驗。實驗課程以基礎(chǔ)性的驗證實驗為主，缺乏設(shè)計性和綜合性實驗項目，并且這些實驗項目內(nèi)容比較陳舊，實驗手段也比較單一落后，很難引起學生的學習興趣。日新月異的新型水處理工藝的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)深入各行業(yè)的生產(chǎn)實踐，需要學生具有較強的工程實踐能力和創(chuàng)新能力［2］，而目前的實驗教學內(nèi)容與實驗手段不能滿足學生個人專業(yè)素養(yǎng)的提升。改進課程后的實驗課時被大幅壓縮，因此，優(yōu)化實驗內(nèi)容、豐富實驗手段、改變實驗教學模式是突破實驗教學困境的主要方法［3］。

（三）課程人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)設(shè)置過于獨立

“水污染防治技術(shù)”的課堂教學、實驗教學和認識實習環(huán)節(jié)設(shè)置過于獨立，三個人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)是分段進行的，課堂教學完畢再進行實驗教學，期末再進行認識實習，導致各個環(huán)節(jié)時間間隔較長，課堂教學沒有很好地服務(wù)于實驗教學，實驗教學也沒有發(fā)揮鞏固課堂講授內(nèi)容的作用，實際和理論的結(jié)合在認識實習中的有效性也被削弱。此外，培養(yǎng)環(huán)節(jié)設(shè)置過于獨立，不能有效激發(fā)學生的學習興趣［4］。因此，優(yōu)化調(diào)整培養(yǎng)環(huán)節(jié)，才能提高實際掌握本課程知識的效率，也能夠更好幫助學生課后能力的提升。

（四）評價方式不全面

目前，“水污染防治技術(shù)”課程考核方式仍以閉卷考試為主，輔以平時作業(yè)、實驗成績的評分考核。閉卷考試的考核方式主要側(cè)重考查學生對基礎(chǔ)理論知識的學習，大部分學生以考前臨時突擊重點、強化記憶的方式應(yīng)付期末考試，考試結(jié)束知識點也基本忘記，這樣無法達到以考促學的目的。并且，傳統(tǒng)的實驗課程考核主要以實驗報告為依據(jù)，未考查學生實際操作的情況，這種實驗課成績評價方式忽視了學生的實踐能力，導致學生對實際動手操作的積極性不高，不能促進學生學習的主動性，也不利于培養(yǎng)學生的動手能力。傳統(tǒng)的課程評價方式既不能有效體現(xiàn)學生的真實學業(yè)水平，更無法達到促進學生理論知識升華、工程設(shè)計能力與自主學習能力同步提高、實驗研究能力提升的目標。

二、課程改革的主要措施

（一）優(yōu)化精簡教學內(nèi)容

1.針對前修課程“環(huán)境科學導論”“環(huán)境監(jiān)測”等與本課程教材教學內(nèi)容重疊的知識點，課程教學方式以引導學生知識記憶為主要目的，通過布置課后作業(yè)，讓學生自己總結(jié)知識。這種方式，可以在一定程度上節(jié)約課時，還可以避免因重復教學導致學生學習興趣不高的問題。

2.“水污染防治技術(shù)”與環(huán)境工程專業(yè)“水污染控制工程”課程有所不同，本課程更側(cè)重水污染預防與治理的基本理論，各種控制技術(shù)的應(yīng)用原理以及過程分析。對于一些工程基礎(chǔ)要求高的內(nèi)容，如自由沉淀沉速公式、活性污泥法數(shù)學模型的推導、反應(yīng)器動力學、傳質(zhì)原理等內(nèi)容，在不影響知識連貫性上可以進行適當?shù)膭h減，以降低學習難度。

3.“水污染防治技術(shù)”是一門不斷發(fā)展的科學技術(shù)課程，教學內(nèi)容也需要與時俱進，不斷更新、補充、豐富。因此，在符合教學大綱規(guī)定教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將實際工程項目或新技術(shù)的應(yīng)用作為教學素材，適當刪減陳舊落后的工藝技術(shù)，深入講解水處理技術(shù)的發(fā)展歷程和新工藝、新技術(shù)基本原理與應(yīng)用特點，以適應(yīng)科學技術(shù)的發(fā)展，從而有利于學生的就業(yè)與深造。

4.“水污染防治技術(shù)”實驗須配合理論教學，不僅能幫助學生鞏固理論知識，還進一步培養(yǎng)了學生分析水污染狀況與應(yīng)用預防、治理技術(shù)的能力，從而為學生進行水污染防治工程設(shè)計、系統(tǒng)管理，畢業(yè)后繼續(xù)深造或從事相關(guān)科研工作打下堅實基礎(chǔ)［5］。學生必須經(jīng)歷一個完整工程的構(gòu)建，讓學生理解和掌握污水處理整個工藝流程。因此，實驗內(nèi)容要包含一級、二級、三級處理的項目，還要兼顧物理、化學、物理化學以及生物處理方法。由于實驗課時的大幅壓縮，需對實驗內(nèi)容重新制定，以綜合性、自主設(shè)計性實驗為主。因此，將諸多獨立的小實驗編制成一個涵蓋諸多知識點和操作技能要求的綜合型實驗。例如，原環(huán)境工程學水污染控制工程中涵蓋氣浮實驗、混凝實驗、生化處理實驗、過濾等單元實驗，而這些實驗皆是水污染處理工藝中的一環(huán)。為此，在綜合實驗的設(shè)計中就可以將這些單元實驗內(nèi)容包含其中，并實現(xiàn)上下游串聯(lián)，明確每一個單元在整個污水處理工藝中的作用并明確相關(guān)的注意事項，最終形成完整的污水處理工藝流程，得出處理單元對應(yīng)控制參數(shù)。當學生掌握了設(shè)備、儀器的使用，可以增加創(chuàng)新型、設(shè)計型實驗內(nèi)容。學生根據(jù)實驗目標和要求設(shè)計實驗方案，教師從旁協(xié)助，學生獨立完成實驗內(nèi)容，從而提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

（二）深化教學模式，豐富教學手段

針對本課程內(nèi)容多、課時少的特點以及環(huán)境科學學生的情況，理論教學以課堂教學為主、線上教學為輔。線下課堂側(cè)重于相關(guān)基本理論、技術(shù)方法、設(shè)備原理等講解。采用水污染控制工程教材的編排順序，增加一些實際工程項目作為學習對象，輔以實際工程的照片與視頻，更為直觀地為學生展示處理過程，適當引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學方法，引導學生自主探討工藝原理，總結(jié)技術(shù)特點，提升學生的學習興趣［6］。充分利用線上平臺，發(fā)揮學生自主學習的能力。課前把預習的內(nèi)容，包括課件、微課視頻、思考題等上傳至線上平臺，學生做好課前預習，從而有效提高課堂效率。課后除了在線上平臺布置學生必須完成的課后習題外，還將一些深入的設(shè)計計算，如構(gòu)筑物、反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)造的尺寸計算等作為擴展知識進行有選擇性的補充，供感興趣的學生進一步學習。

線下的實驗教學能幫助學生具象化理解并及時鞏固抽象的理論知識，從而提高學生的操作能力，但由于實驗內(nèi)容的增加，實驗課時的壓縮，需要積極配合使用線上教學。對于驗證性實驗內(nèi)容，將實驗相關(guān)基礎(chǔ)理論上傳線上平臺供學生學習，并且修改現(xiàn)有實驗課件，增加大量可視化內(nèi)容，使學生更快地了解實驗過程。在實驗過程中，及時糾正學生的不當操作并解答學生提出的疑問。做好課前預習可有效節(jié)約課時，可視化的實驗步驟能提高學生操作的準確度。對于創(chuàng)新型、設(shè)計型實驗，提前在線上發(fā)布實驗題目，學生根據(jù)實驗內(nèi)容查閱文獻，自主設(shè)計流程，教師查閱指正，從而確定方案。在規(guī)定的課堂時間內(nèi)，學生在教師的協(xié)助下，通過團隊協(xié)作的方式完成實驗。整個過程，不僅培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度和團隊協(xié)同能力，還進一步提升了學生的工程實踐能力。

（三）合理安排本課程各個環(huán)節(jié)的時間設(shè)置

按照學習規(guī)律（接觸新知識—學習知識—鞏固知識），合理安排課堂教學、實驗教學和認識實習的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。在“水污染防治技術(shù)”課程開始之前，先安排學生進行認識實習，實地參觀污水廠的處理流程。認識實習完畢，進入課堂教學環(huán)節(jié)，在學生大致了解污水廠處理環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上進行基礎(chǔ)知識的講授，這時，學生的學習興趣濃厚，對知識的接受度高，從而大大降低了教師的授課難度。課堂教學要盡量與實驗教學穿插進行，每個實驗對應(yīng)的理論在課堂教學完成后，安排實驗教學環(huán)節(jié)，通過理論和實際有效的聯(lián)系，加深學生對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握和理解，把“水污染防治技術(shù)”分散的理論知識與實際情況結(jié)合起來，進而提高學生分析和解決實際問題的能力。

（四）優(yōu)化課程評價方式

改革后的教學模式為線上線下混合模式，更加注重學習過程的考核。不同于以往的課程評價方式，不僅考核學生知識掌握情況，而且注重考核學生線上線下表現(xiàn)的各個環(huán)節(jié)，進而對學生能力進行評價。整個考核包括過程考核（50%）和結(jié)果考核（50%）兩部分。相比過去的教學模式，提高了過程考核占比，包括線上隨堂作業(yè)（10%）、課堂表現(xiàn)與研討（10%）、實驗（30%）。其中，實驗學習效果需要從知識體系的理解、操作過程、實驗方案和對實驗數(shù)據(jù)分析與實驗結(jié)論進行評價［7］。實驗成績由線上實驗預習（10%）、操作（30%）和實驗報告（60%）組成。結(jié)果考核為期末閉卷考試，考核內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論（70%）與綜合性應(yīng)用（30%），注重對學生基礎(chǔ)概念與理論的掌握、綜合運用所學知識解決問題能力的考評。

結(jié)語

針對環(huán)境科學專業(yè)學生的學情，對工程背景強的“水污染防治技術(shù)”課程進行改革，從而培養(yǎng)學生的工程實踐能力、應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力，滿足就業(yè)需求。針對課程內(nèi)容繁雜、實驗手段單一、課程環(huán)節(jié)不緊湊、評價方式不全面等主要問題，通過精準設(shè)置課程內(nèi)容、豐富教學手段、合理安排課程環(huán)節(jié)、緊密結(jié)合理論與實踐教學提高學生學習興趣，培養(yǎng)學生實踐與創(chuàng)新能力，以形成適合環(huán)境科學專業(yè)的具有工科專業(yè)特色的環(huán)境工程學教學體系。

參考文獻

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［2］周超超，譚文發(fā)，張宇，等.基于工程教育認證的水污染控制工程實驗教學改革與實踐［J］.廣州化工，2022，50（11）：171-173.

［3］吳向陽，劉宏，李潛.環(huán)境工程專業(yè)“水污染控制工程”課程建設(shè)［J］.教育與職業(yè)，2012（5）：131-133.

［4］劉暢，熊慧欣，紀榮平，等.水污染控制工程課程體系的教學改革淺議［J］.廣東化工，2022，49（12）：226-228.

［5］秦麗，李博，李天國，等.以培養(yǎng)學生能力為導向的《水污染控制工程》實驗教學改革探討［J］.化工設(shè)計通訊，2019，45（12）：176-177.

［6］廖德祥.《水污染控制工程》翻轉(zhuǎn)課堂教學方法設(shè)計與實踐［J］.廣州化工，2022，50（11）：224-226.

［7］唐朝暉，劉木根.多維度綜合開放實驗教學考核體系［J］.實驗技術(shù)與管理，2020，37（3）：171-174.

Teaching Reform of Water Pollution Prevention and Control Technology Course for

Environmental Science

JIANG Xiaoa， MA Zhao-xub， XU-Feia

（a. College of Environmental Science and Engineering， b. College of Life Science， China West Normal University， Nanchong， Sichuan 637009， China）

Abstract： Water pollution prevention and control technology is an important compulsory course for environmental science majors to enhance professional skills. It includes teaching contents about theory and experiment， mainly aimed at cultivating students’ abilities of engineering practice and innovation. According to the characteristics of weak engineering background in the field of environmental science， this paper analyzed the existing problems in the teaching process. The teaching reform was carried out from four aspects： course content， teaching methods， course design， and evaluation methods. It’s expected to significantly improve the teaching effectiveness of the course， enhance the students’ professional skills， and their employment competitiveness， and also provide reference for the development of similar engineering courses in the context of science majors.

Key words： environmental science; water pollution prevention and control technology; teaching reform; personnel training; course design