環(huán)境工程原理課程教學(xué)方法的探討

王夫美，張芝昆，張笑，田利，沈伯雄，王菲，任芝軍，張長平

（河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津）

“環(huán)境工程原理”是環(huán)境類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是環(huán)境類學(xué)生接觸到的第一門專業(yè)類課程，該課程理論性強、涉及內(nèi)容廣、知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜。我校環(huán)境工程專業(yè)于2017 年開設(shè)“環(huán)境工程原理”課程，以替代原來的“環(huán)境工程學(xué)”作為環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)理論課程。教材選用普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材由清華大學(xué)胡洪營主編的“環(huán)境工程原理”。該課程是建立在環(huán)境污染控制工程基礎(chǔ)上，充分吸收和借鑒了反應(yīng)工程原理、化工原理、流體力學(xué)、生物工程、傳遞過程原理、工程學(xué)等課程（學(xué)科）的理論內(nèi)容[1]。該課程的內(nèi)容覆蓋的理論知識廣，工程反應(yīng)原理難度大且抽象，對“教”與 “學(xué)”都有很高的要求[2]。本文討論了環(huán)境工程原理的教學(xué)改革方法以及提高教學(xué)效果的具體措施。

一 課程內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計

我校“環(huán)境工程原理”課程開設(shè)于大三學(xué)年的第一學(xué)期，學(xué)生開始專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，而“環(huán)境工程原理”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，起到由公共課向?qū)I(yè)課的銜接過渡作用?！碍h(huán)境工程原理”是使學(xué)生從嚴密的邏輯思維轉(zhuǎn)向工程思維的一門課程，而緒論課對本門課程及本學(xué)科都起到提綱挈領(lǐng)的作用。通過緒論學(xué)習(xí)，使學(xué)生認識到學(xué)習(xí)本課程的重要性以及實用性，認識到本課程在環(huán)境學(xué)科中的地位和作用。其次，緒論課還需要強調(diào)學(xué)好本課程的方法，即“宏觀現(xiàn)象-微觀機理-數(shù)學(xué)表達”，這是貫穿本門課程后續(xù)章節(jié)的主要講解及學(xué)習(xí)思路，學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法，后續(xù)學(xué)習(xí)過程都遵循此規(guī)律，使得眾多的公式、符號及知識點清晰明了[3]。最后，由于環(huán)境工程原理課程緊密聯(lián)系其他專業(yè)基礎(chǔ)課程，因此，要根據(jù)課程之間的共同點以及本院校的辦學(xué)特色，將具課程特色的內(nèi)容列為重點教學(xué)內(nèi)容，避免由于重復(fù)而造成的學(xué)時資源浪費，例如，優(yōu)化精簡了和其他課程重復(fù)的內(nèi)容，比如流體流動和“流體力學(xué)”，沉降與“大氣污染控制工程”以及微生物反應(yīng)器和“環(huán)境工程微生物學(xué)”。以及充分利用學(xué)校學(xué)院公共資源強化課程內(nèi)容的理解和實踐能力，如，化工學(xué)院建有“海水資源高效利用化工技術(shù)”教育部工程研究中心和“河北省現(xiàn)代海洋化工技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心”，其研究內(nèi)容與離子交換、膜分離章節(jié)相吻合；本學(xué)院設(shè)有熱能工程專業(yè)與熱量傳遞章節(jié)緊密聯(lián)系，因此，通過講授課程相關(guān)內(nèi)容結(jié)合院校共享資源進一步強化實踐教學(xué)，同時加深知識點理解。

二 教學(xué)方法的多元化

（一）自主學(xué)習(xí)與學(xué)生授課

在教學(xué)實施中逐步強化學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)、激勵學(xué)生主動獲取知識、能力與素養(yǎng)。首先，每節(jié)課授課前，向?qū)W生展示該節(jié)課的實施教案，包括章節(jié)的重點難點、預(yù)期目標、考核方式、時間分配等。課堂上通過增加討論課、翻轉(zhuǎn)課堂、雨課堂等提高學(xué)生的課堂參與度。例如，本課程部分章節(jié)采用自主學(xué)習(xí)并展示的方法進行，如：針對上文中所述課程重復(fù)章節(jié)均采用自主學(xué)習(xí)法。學(xué)生通過回顧復(fù)習(xí)已學(xué)內(nèi)容，以及查閱資料、討論等并進行總結(jié)，鼓勵學(xué)生以個人或者小組代表形式進行PPT 匯報，最后老師總結(jié)與點評。這一方法，既體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的課程理念，讓學(xué)生做課堂的主人；也完善了課程目標服務(wù)于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的內(nèi)在聯(lián)系，也兼顧了與其他專業(yè)課的協(xié)調(diào)性；同時既可以提高學(xué)習(xí)效果，又可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。其次，每節(jié)課的結(jié)束時，會提前布置下一節(jié)課授課內(nèi)容，需要強調(diào)提前預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的內(nèi)容；例如，學(xué)習(xí)第三篇化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理部分反應(yīng)器和動力學(xué)內(nèi)容，會提前布置預(yù)習(xí)以及復(fù)習(xí)前面質(zhì)量傳遞和吸收章節(jié)的內(nèi)容，這些內(nèi)容緊密相關(guān)且層層遞進。另外，課后布置延伸課堂知識的小專題，學(xué)生查閱資料并制作 PPT 或 Word 文檔以便于課堂交流學(xué)習(xí)與過程考核。

（二）結(jié)構(gòu)框架式對比學(xué)習(xí)法

“環(huán)境工程原理”課程涉及流體力學(xué)、傳熱學(xué)、分離工程、反應(yīng)工程、微生物學(xué)等眾多學(xué)科的知識，學(xué)生學(xué)習(xí)過程較為困難。教學(xué)過程中，在每章結(jié)束后與學(xué)生一起做總結(jié)，不僅僅是公式、知識點的簡單羅列，而是將知識點系統(tǒng)化、簡單化，總結(jié)每一章知識框架，讓學(xué)生從復(fù)雜眾多的知識點中理順思路，大大提高教學(xué)效果[4]。如在第一篇《環(huán)境工程原理基礎(chǔ)》中包括質(zhì)量和能量衡算、流體流動、熱量傳遞及質(zhì)量傳遞共四章，在課程階段小結(jié)時，為學(xué)生展現(xiàn)出一張知識結(jié)構(gòu)框圖，由框圖發(fā)現(xiàn)流體流動、熱量傳遞及質(zhì)量傳遞的相似性，均符合緒論中“宏觀現(xiàn)象—微觀機理—數(shù)學(xué)表達”這一方法，同時又都是在質(zhì)量和能量衡算的基礎(chǔ)上完成各種設(shè)計計算，如圖1 所示。結(jié)構(gòu)框架式對比學(xué)習(xí)法使學(xué)生更好地掌握“環(huán)境工程原理”的知識體系，同時培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維習(xí)慣和能力。

（三）板書與多媒體技術(shù)的有效結(jié)合

在課堂教學(xué)中積極使用多媒體教學(xué)手段，利用文字、圖片、聲音和視頻等資料極大地豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的感性認識，取得良好的教學(xué)效果。但是，過分地依賴多媒體教學(xué)，反而會給教學(xué)效果帶來負面影響。相反，重要公式甚至推導(dǎo)過程，適當?shù)陌鍟故荆軒訉W(xué)生思考過程。根據(jù)課堂調(diào)研問卷結(jié)果顯示：82% 的學(xué)生要求加強板書的比例，13% 的學(xué)生認為多媒體就可以，5% 的學(xué)生表示無所謂。因此，在“環(huán)境工程原理”的教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)方式和多媒體的有效結(jié)合，才能真正起到事半功倍的效果。如對于原理的講解、公式的推導(dǎo)及習(xí)題的演算，宜采用傳統(tǒng)板書的方式，板書推導(dǎo)和演算過程，既加深對知識點的理解與掌握，也給學(xué)生提供了思考時間。而對于工程上的設(shè)備設(shè)計計算如換熱器、除塵設(shè)備、吸收塔、萃取塔、過濾機等，可以采用多媒體圖片、FLASH 動畫、視頻教學(xué)，使工程的設(shè)備更形象化，基本理論的應(yīng)用更具體化，加深學(xué)生認識感知和知識理解。在講解基本原理的同時，又可以根據(jù)社會的發(fā)展，介紹各種設(shè)備的發(fā)展以及前沿先進技術(shù)，既拓展學(xué)生思維又緊密結(jié)合課程內(nèi)容，使學(xué)生進一步深刻體會到“環(huán)境工程原理”這門課程的作用。

（四）“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)方式

隨著網(wǎng)絡(luò)資源的豐富，“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式也應(yīng)運而生，例如，視頻公開課、微課、慕課(MOOC)、翻轉(zhuǎn)課堂等。網(wǎng)絡(luò)資源信息量大，交互性強，能夠更好地幫助學(xué)生進行個性化學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和移動學(xué)習(xí)。例如，提供自主學(xué)習(xí)的網(wǎng)站供學(xué)生有針對性地碎片化學(xué)習(xí)，如 MOOC、精品課等，一般選取課堂上未能呈現(xiàn)的某個知識點，通過自學(xué)完成課外擴展知識的補充與更新。其次，師生的互動可以在課下延續(xù)，利用互聯(lián)網(wǎng)上的QQ、微信等社交互動平臺和問卷星平臺等，進行跟蹤調(diào)研學(xué)生學(xué)習(xí)情況，解答學(xué)生在學(xué)習(xí)中的疑難問題，了解反饋信息，從而不斷優(yōu)化教學(xué)方法。此外，對于教師，“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式也是帶來諸多益處。例如，可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺批改作業(yè)習(xí)題，教師可以隨時隨地批改作業(yè)，利用碎片化時間，既節(jié)省辦公空間；還可保證作業(yè)的永久留存。另外，教師可以將微課視頻、課程的相關(guān)資料或習(xí)題解析等上傳網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生隨時查閱和復(fù)習(xí)，減輕了人工的工作量[5]。

（五）科研反哺教學(xué)

推行教學(xué)帶動科研，科研反哺教學(xué)的互促方式。教學(xué)與科研兩者有機結(jié)合，教師和學(xué)生均受益。教師而言，通過教授這門課程，加深原理機制的理解與應(yīng)用，受益匪淺，科研能力顯著提高。例如，根據(jù)自身研究課題臭氧強化堿法脫硫脫硝，以及關(guān)于生物炭吸附脫除煙氣中單質(zhì)汞的研究，分別與該課程的吸收和吸附章節(jié)內(nèi)容緊密相關(guān)。對于學(xué)生，通過參與科研課題研究，既加深課程內(nèi)容的理解與應(yīng)用，同時培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。例如，成立了一種是基于科研課題的研究小組，參與教師以及相關(guān)教研組教師課題的研究；另一種則是成立興趣研究小組，根據(jù)自己的興趣設(shè)立研究項目內(nèi)容，查閱相關(guān)文獻，并設(shè)計實驗方案。通過鼓勵并積極申報各類競賽項目，例如，全國大學(xué)生節(jié)能減排實踐大賽，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目等。目前，本課程教研組已成功組織學(xué)生申報國家級大學(xué)生創(chuàng)新項目2 項，省級大學(xué)生創(chuàng)新項目4 項，院級大學(xué)生創(chuàng)新項目7 項。學(xué)生通過參與科研課題，充分發(fā)揮其主體性，不僅了解本課程在實踐中的應(yīng)用，還可以開發(fā)思維方式，積極思考和探索，提高動手能力和創(chuàng)新能力。

三 結(jié)語

環(huán)境工程原理由于涉及面廣、難度大且抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)吃力，影響了學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。除了上述教學(xué)方法外，也適當?shù)匾昧藛栴}導(dǎo)向法、反問教學(xué)法、案例教學(xué)法等多種教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)、主動思考，收到了良好的教學(xué)效果，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)教學(xué)效果明顯改善，通過授課前課程目標定位的展現(xiàn)以及每章節(jié)內(nèi)容總結(jié)，使學(xué)生思路清晰且明確認識到學(xué)習(xí)課程需要達成的預(yù)期目標，掌握的知識與技能更加牢固。(2)科研課題的參與以及課外前沿技術(shù)的拓展，使學(xué)生充分了解該課程對未來職業(yè)能力的支撐作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和從事相關(guān)行業(yè)的熱情，同時也大大加強學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。學(xué)生對該課程的認可度逐步提高，學(xué)習(xí)興趣及主動性增強，課堂的參與度明顯提高。(3)學(xué)生自我素質(zhì)能力的提高，在課程體系中引入了學(xué)生自主展示學(xué)習(xí)，包括個人和小組團隊形式。充分發(fā)揮學(xué)生做課堂的主人翁作用，既鍛煉了學(xué)生個人能力包括自主學(xué)習(xí)能力、邏輯思維能力、語言表達能力等，也加強了團隊成員的協(xié)作能力。在今后的教學(xué)中，我校環(huán)境工程原理課程仍需進一步優(yōu)化、更新和豐富教學(xué)內(nèi)容和方式，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量。