信息技術(shù)與《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》教學(xué)融合的探索*

徐文杰，孫曉旭

(南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》這門(mén)課程主要研究在水的社會(huì)循環(huán)中水質(zhì)特征的變化，研究為滿(mǎn)足不同用戶(hù)用水需求，實(shí)現(xiàn)水的良性社會(huì)循環(huán)，保證子孫后代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的水資源利用，而對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制及處理的科學(xué)技術(shù)。通過(guò)不同的方法與裝置改變?cè)闹笜?biāo)、提高水的質(zhì)量，解決原水不能滿(mǎn)足用戶(hù)要求的矛盾。作為水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課程，學(xué)生通過(guò)《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》的學(xué)習(xí)全面系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)水質(zhì)與水質(zhì)指標(biāo)等概念，較扎實(shí)地掌握各種給水處理單元的概念、運(yùn)行原理、技術(shù)規(guī)范及各給水處理單元技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為將來(lái)從事相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理工作等奠定理論和應(yīng)用基礎(chǔ)[1-2]。

新時(shí)代，信息技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，其在教育教學(xué)中的使用也越來(lái)越普遍，但信息技術(shù)與高等學(xué)校教育教學(xué)的深度融合已不再是其單純的應(yīng)用，而是通過(guò)學(xué)科交叉而形成新的教學(xué)模式、教學(xué)生態(tài)的全新融合模式[3]?？偨Y(jié)近十幾年的教學(xué)信息化發(fā)展歷程，可簡(jiǎn)要地歸納為9個(gè)核心概念，即：開(kāi)放教育資源、數(shù)字化學(xué)習(xí)、混合式學(xué)習(xí)、快課、開(kāi)放課、微課、翻課、慕課和私播課。它們分別代表著不同時(shí)期在各種理論指導(dǎo)下信息技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的基本路徑和發(fā)展趨勢(shì)[4]。傳統(tǒng)的教學(xué)手段易使學(xué)生感到枯燥乏味，難以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自發(fā)性、主動(dòng)性和積極性。因此將信息技術(shù)與《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》的教育教學(xué)工作融合是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)的必然要求，具有重要的意義。本文基于我校水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案要求，結(jié)合現(xiàn)有《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》課程理論體系和學(xué)科發(fā)展，探討了信息技術(shù)與《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》教育教學(xué)融合的探索與實(shí)踐，以期支撐新時(shí)代復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求。

1 課程面臨的挑戰(zhàn)

目前課程面臨如下幾點(diǎn)挑戰(zhàn)：第一，傳統(tǒng)教學(xué)模式難以順應(yīng)時(shí)代潮流。如今，新的信息技術(shù)不斷涌現(xiàn)，對(duì)教育教學(xué)方式的革新產(chǎn)生了非常大的影響，由此產(chǎn)生了新的教育教學(xué)理念、方法和手段，創(chuàng)新教育教學(xué)理念、方法、手段，創(chuàng)建新型課堂教學(xué)模式，已成為大勢(shì)所趨。在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程實(shí)施中，教師作為課堂教學(xué)的主體完成課程內(nèi)容的講授，學(xué)生則通過(guò)聽(tīng)課被動(dòng)吸收知識(shí)課。這種教學(xué)模式采用的教學(xué)手段比較單一，在一定程度上忽略了學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的參與度及學(xué)生作學(xué)習(xí)主體的自主性。新時(shí)代下，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，需要我們積極探索和嘗試新的課堂教學(xué)方法和手段，創(chuàng)新教學(xué)模式，形成順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流的教學(xué)生態(tài)，以提高教學(xué)效果，提高教育效率。

第二，教師將信息技術(shù)融入到教育教學(xué)的創(chuàng)新能力還有待提高。2018年，教育部頒布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》指出：“經(jīng)過(guò)多年的探索實(shí)踐，信息技術(shù)對(duì)教育的革命性影響已經(jīng)初步顯現(xiàn)，但與新時(shí)代的要求仍存在較大差距。教師信息技術(shù)應(yīng)用能力基本具備但信息化教學(xué)創(chuàng)新能力尚顯不足，信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合不夠[5]。”目前，高校教師對(duì)基礎(chǔ)信息技術(shù)的使用并不陌生，但是由于新的信息技術(shù)涌現(xiàn)速度飛快，使課堂教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)出現(xiàn)了更多的可能與方法，教師原有的基礎(chǔ)性信息技術(shù)的應(yīng)用能力已經(jīng)不能貼合新時(shí)代學(xué)生喜愛(ài)適應(yīng)信息技術(shù)的特點(diǎn)，難以滿(mǎn)足當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展要求。教師對(duì)新信息技術(shù)的掌握使用能力以及將這些信息技術(shù)融入到教育教學(xué)的創(chuàng)新能力還有待提高。作為新時(shí)代的高校教師，需不斷學(xué)習(xí)掌握新信息技術(shù)，了解學(xué)生的興趣點(diǎn)及需求，探索其在教育教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用，嘗試多元化的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與課程的融合。

2 教學(xué)方法多樣化探討

信息化時(shí)代，對(duì)《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》的課程教學(xué)理念、教學(xué)組織、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法提出了新的要求與挑戰(zhàn)。應(yīng)以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自發(fā)性、主動(dòng)性和積極性為主要目標(biāo)，充分利用新時(shí)代學(xué)生易于接受新事物、對(duì)信息化設(shè)備掌握程度高的特點(diǎn)，課程教學(xué)中結(jié)合信息化手段、線(xiàn)上教學(xué)平臺(tái)、虛擬仿真等手段，實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)“教”到主動(dòng)“學(xué)”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。本文結(jié)合《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》的教學(xué)內(nèi)容 , 提出了幾點(diǎn)信息技術(shù)與教學(xué)的融合方式，如圖 1 所示。

圖1 信息技術(shù)與《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》教學(xué)的融合方式Fig.1 Integrated approach of information technology and teaching of Water Quality Engineering Ⅰ

2.1 電子設(shè)備的合理使用

目前《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》這門(mén)課程主要采用的是傳統(tǒng)的講授法，教師借助PPT進(jìn)行講解，易使學(xué)生感到枯燥。通常我們都會(huì)看到這樣的畫(huà)面每次我們走進(jìn)教室，大部分學(xué)生在低頭玩手機(jī)、平板電腦，為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)一代的學(xué)生，我們需要做出改變。學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品非常感興趣、掌握度高、依賴(lài)度高，我們單純采取“堵”的措施，即禁止學(xué)生們玩手機(jī)、電腦，并不能達(dá)到理想的效果。如果能充分利用學(xué)生對(duì)手機(jī)、電腦等電子設(shè)備的興趣將其運(yùn)用到教學(xué)中去，將其作為與學(xué)生交互、課堂管理的工具，能發(fā)揮意想不到的效果。比如：采用微信建群進(jìn)行部分課堂活動(dòng)，在新學(xué)期上課初，采用微信面對(duì)面建群的方式快速的將學(xué)生連接起來(lái)，形成互動(dòng)關(guān)系?？梢詫⑹孪葴?zhǔn)備好的教師自我介紹、我國(guó)水環(huán)境的現(xiàn)狀、水的社會(huì)循環(huán)過(guò)程、水質(zhì)工程學(xué)所解決的問(wèn)題等課程引入相關(guān)文檔、視頻通過(guò)微信群的方式分享給學(xué)生，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們的興趣快速引入課程。在授課過(guò)程中，最重要的是與學(xué)生形成互動(dòng)而不是單方面的教師知識(shí)輸出?？梢圆捎檬謾C(jī)軟件對(duì)課堂進(jìn)行有效的管理和交互。例如采用學(xué)習(xí)通發(fā)起課堂簽到，比傳統(tǒng)的簽到方式更加便捷精確；在課堂提問(wèn)環(huán)節(jié)可采用搖一搖方式隨機(jī)找同學(xué)回答問(wèn)題，根據(jù)回答情況可快速記錄學(xué)生平時(shí)課堂表現(xiàn)，這種隨機(jī)點(diǎn)名的方式避免了教師傳統(tǒng)點(diǎn)名方式的慣性思維，給每個(gè)學(xué)生都形成一種促進(jìn)聽(tīng)課的動(dòng)力；還可以隨時(shí)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，例如隨堂練習(xí)，設(shè)置一定時(shí)間讓學(xué)生完成練習(xí)并上傳。通過(guò)合理的利用手機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)課堂中師生的互動(dòng)關(guān)系，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與度與學(xué)習(xí)的積極性。

2.2 多種教學(xué)方式相結(jié)合

信息化的建設(shè)不僅僅是指運(yùn)用投影、平板電腦、大屏幕，教學(xué)改革最關(guān)注的不是硬件設(shè)施的改變，而是思路的轉(zhuǎn)變。充分利用互聯(lián)網(wǎng)、電子設(shè)備將老師、學(xué)生連在一起。將多種授課方式如快課、微課、面授課堂、云課堂、翻轉(zhuǎn)課堂和慕課融合，實(shí)現(xiàn)老師、教室、學(xué)生三者連在一起，實(shí)現(xiàn)交互式教學(xué)模式[6]，這種模式能夠有效地改變目前課堂中存在的教學(xué)模式單一、忽視學(xué)生的差異性、師生間缺少交流互動(dòng)等問(wèn)題，有助于師生交流互動(dòng)、因材施教，有效提高教學(xué)效果。《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》這門(mén)課程涉及到多種水處理工藝技術(shù)的原理，如果單純采用PPT講解容易使學(xué)生感到枯燥，且傳統(tǒng)的課堂講授若學(xué)生課上沒(méi)充分理解課下無(wú)法繼續(xù)有效學(xué)習(xí)。我們可以采用快課、微課技術(shù)，通過(guò)語(yǔ)音文本轉(zhuǎn)換、動(dòng)漫助教設(shè)計(jì)、手繪動(dòng)畫(huà)、自助錄課技術(shù)將枯燥且較難理解的原理內(nèi)容數(shù)字化，將傳統(tǒng)授課與快課微課結(jié)合，能引發(fā)學(xué)生的興趣，加深學(xué)生對(duì)原理性?xún)?nèi)容的理解，且課后教師可以將這些數(shù)字化的內(nèi)容上傳到學(xué)習(xí)通等平臺(tái)，供同學(xué)們反復(fù)觀(guān)看學(xué)習(xí)。例如在講述反應(yīng)器理論、膠體的雙電層結(jié)構(gòu)、混凝的機(jī)理、理想沉淀池去除率、大阻力配水系統(tǒng)原理等內(nèi)容時(shí)，這些內(nèi)容理解相對(duì)困難，但又是本課程的重點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)同學(xué)們掌握給水處理工藝的原理及應(yīng)用都具有重要的意義，對(duì)于這類(lèi)重難點(diǎn)內(nèi)容，可提前將其做成快課或微課，并準(zhǔn)備相應(yīng)的習(xí)題。在授課過(guò)程中，首先播放視頻，采用我們上述提到的學(xué)習(xí)通等手機(jī)軟件發(fā)布習(xí)題測(cè)驗(yàn)學(xué)生們的掌握情況，并實(shí)時(shí)收集結(jié)果，對(duì)學(xué)生沒(méi)掌握的內(nèi)容再進(jìn)行重點(diǎn)講述，實(shí)現(xiàn)“學(xué)習(xí)導(dǎo)入”、“授課視頻”、“練習(xí)測(cè)驗(yàn)”、“反饋總結(jié)”和“學(xué)習(xí)導(dǎo)航”5個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合的師生交互式教學(xué)模式。這種形式還可方便同學(xué)們課后反復(fù)觀(guān)看學(xué)習(xí)，理解掌握重難點(diǎn)內(nèi)容。

在新媒體條件下，翻轉(zhuǎn)課堂就是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建起學(xué)生在課前完成對(duì)教學(xué)資源的學(xué)習(xí)，在課堂上形成師生協(xié)作探究和互動(dòng)交流等活動(dòng)的教學(xué)模式[7]。翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施同樣離不開(kāi)微課技術(shù)的支持，教師先將相關(guān)內(nèi)容制作成微課供學(xué)生們線(xiàn)上觀(guān)看，在課堂上學(xué)生與教師就課程內(nèi)容進(jìn)行交流討論。在《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》授課過(guò)程中，對(duì)開(kāi)放性的工程問(wèn)題的開(kāi)放式討論，比如，設(shè)置“目前我國(guó)地表水的污染現(xiàn)狀如何？”、“實(shí)際給水廠(chǎng)中采用的混凝劑有哪些？在工程實(shí)踐中采用的提高混凝效果的措施有哪些？”、 “各種消毒方法的利弊，目前消毒技術(shù)存在的問(wèn)題有哪些？”等討論題目。課前將這些討論題目發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生就相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行自主探索學(xué)習(xí)，在課堂上進(jìn)行集中交流探討，同學(xué)就自己的探究結(jié)果進(jìn)行交流探討。這種方式強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性， 讓學(xué)習(xí)者成為學(xué)習(xí)過(guò)程的主體。

2.3 將虛擬仿真技術(shù)融入課堂

《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》課程中還涉及到多種水處理構(gòu)筑物，如混凝池、沉淀池、澄清池、過(guò)濾池等，這些構(gòu)筑物有多種分類(lèi)，需要學(xué)生們理解掌握給水處理構(gòu)筑物的運(yùn)行原理與過(guò)程。僅采用PPT圖片講授介紹難以使學(xué)生直觀(guān)的認(rèn)清各給水處理單元的具體結(jié)構(gòu)，學(xué)生很難直觀(guān)地感受水處理的工藝細(xì)節(jié)[8]。因此針對(duì)這一問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建各水處理構(gòu)筑物的3D模型。這些給水處理構(gòu)筑物模型能夠?qū)⒏鳂?gòu)筑物的構(gòu)造和尺寸直觀(guān)的展現(xiàn)在學(xué)生面前，并能動(dòng)態(tài)模擬構(gòu)筑物實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中待處理水及泥渣等的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用聲音、形狀等多種感官結(jié)合引起學(xué)生的注意力，再結(jié)合教師的講解，能夠有效的加深學(xué)生對(duì)給水處理單元運(yùn)行原理及過(guò)程的理解與掌握。教師講解這類(lèi)知識(shí)時(shí)通過(guò)講授法再輔以仿真技術(shù)的形象展示，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與課堂的有機(jī)融合，有利于學(xué)生將《水質(zhì)工程學(xué)1》的理論知識(shí)與給水廠(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)理論向應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。此外虛擬仿真技術(shù)在目前疫情防控的大背景下也具有重要的意義，出于疫情防控的需要，學(xué)生不便到給水處理廠(chǎng)參觀(guān)學(xué)習(xí)，但認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)是學(xué)生將課本知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的不可或缺的一環(huán)，此時(shí)虛擬仿真技術(shù)便發(fā)揮了巨大的作用?？梢詫⒔o水廠(chǎng)完整的工藝通過(guò)虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建模型，通過(guò)模型演示完整的處理流程。且其具有靈活的特點(diǎn)可以將不同的工藝組合，使同學(xué)們能清晰的了解多種給水廠(chǎng)運(yùn)行工藝流程。因此發(fā)展虛擬仿真技術(shù)并將其應(yīng)用到《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》的教學(xué)過(guò)程中也是大勢(shì)所趨。

3 結(jié) 語(yǔ)

《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》是水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干專(zhuān)業(yè)課，新時(shí)代，信息技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了教育教學(xué)方式的改革，將信息技術(shù)與《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》教育教學(xué)融合是一個(gè)長(zhǎng)期、漸進(jìn)的過(guò)程，也是順應(yīng)新時(shí)代環(huán)境類(lèi)人才培養(yǎng)要求的必由之路。在教學(xué)過(guò)程中，我們可充分利用新時(shí)代學(xué)生們對(duì)信息技術(shù)的興趣，將手機(jī)等電子設(shè)備適時(shí)應(yīng)用到課程活動(dòng)及管理中；將多種授課方式相融合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與度與自主性，形成師生交互式教學(xué)模式；將虛擬仿真融入到課堂中，加深同學(xué)們對(duì)知識(shí)的理解與應(yīng)用。充分利用信息時(shí)代帶給我們的便利，不斷探索其在課程教學(xué)中的應(yīng)用，幫助我們實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)“教”到主動(dòng)“學(xué)”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，提升《水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ》的教育教學(xué)質(zhì)量。