环境科学专业“水污染防治技术”课程教学改革

［摘 要］ “水污染防治技术”是环境科学专业的一门提升技能的重要必修课程，包括理论和实验两大教学内容，主要是培养学生的工程实践与创新能力。结合环境科学专业的学情特点，分析了目前课程开展过程中存在的问题，从课程内容、教学手段、课程环节设置、课程评价方式这四个方面进行“水污染防治技术”的教学改革，以求显著提高课程的教学成效，提升学生的专业技能，增强学生的就业竞争力，也为同类型工科类课程教学在理科专业背景下开展提供了参考。

［关键词］ 环境科学；水污染防治技术；教学改革；人才培养；课程设计

［基金项目］ 2022年度四川省科技厅项目“基因组信息指导下两株活性放线菌的次级代谢产物研究”（2022NSFSC1661）；2020年度西华师范大学校基本科研业务基金“镁合金表面钒酸盐转化膜成膜机理与自修复性能研究”（20A021）；2017年度西华师范大学校级启动基金“薄膜光催化剂化学转化法制备及与超声波联用处理丙烯腈废水研究”（17E056）

［作者简介］ 蒋 晓（1989—），女，四川南充人，博士，西华师范大学环境科学与工程学院讲师，主要从事水污染处理技术研究；马朝旭（1989—），男，甘肃庆阳人，博士，西华师范大学生命科学学院讲师，主要从事环境微生物研究；徐 飞（1982—），男（蒙古族），内蒙古呼伦贝尔人，博士，西华师范大学环境科学与工程学院教授，主要从事水污染处理技术研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）37-0085-04 ［收稿日期］ 2024-04-09

引言

环境科学专业学生理论知识丰富，但专业应用实践能力弱，毕业生不能充分满足“理论与能力并重，毕业即能上岗”的要求。因此，为了弥补短板，部分高校借鉴环境工程专业的培养模式，将环境科学专业的培养模式由纯理科转向理工科结合的方向发展［1］。结合就业市场的需求，环境科学专业培养目标转变为培养具有扎实专业基础、深厚科学素养，掌握自然科学知识，具备生态环境保护的基本理论及工程技术，能够成为技术过硬、综合能力较强的应用型专业技术人才。

“水污染防治技术”是西华师范大学环境科学与工程学院环境科学专业培养模式改革中的一门专业发展课程。它是一门提升专业技能和工程实践能力的重要必修课程，其知识面宽，信息量大，部分内容抽象难懂，工程背景强。随着近几年对课程的教学观察，课程组发现完全应用环境工程专业的“水污染控制工程”教学模式存在一些不可避免的问题。

（一）该课程与环境工程专业的前修课程不同

学生的专业知识结构有所差别，环境科学专业学生不学“环境工程原理”“工程力学”“流体力学”等课程，如果仍侧重讲授与水力学相关的管道设计、设备设计，与传质动力学等相关的反应器设计等知识，势必会造成学生知识的脱节，降低学生学习兴趣，也会给教师的讲授带来困难。

（二）教学内容重复，降低学生学习兴趣

鉴于学生通过《环境科学导论》《水处理》部分内容的学习，已具备一定水污染控制基本概念、技术工艺基础，若按传统的水污染控制工程教学内容开展教学，势必导致部分内容重复教学，降低学生的学习兴趣。

（三）不能有效提升学生工程实践能力

课时有限，内容繁杂，学习难度大，理论与实际过于分离，没有很好发挥提升学生工程实践能力的作用。因此，建立适合于环境科学专业的水处理工程类课程势在必行。

课程组经过几年的教学实践，根据环境科学专业的性质特点，改变课程重心，调整课程结构，更换适宜的课程名称——“水污染防治技术”，并对该课程的教学方法与手段进行探究，使其能更好地服务于环境科学专业的培养目标，为建立适合于理科背景的环境科学专业工程类课程的教学方法提供借鉴。

一、课程开展过程中发现的问题

（一）理论课程内容繁多、陈旧，课时有限

传统的“水污染防治技术”（原名环境工程学—水污染控制工程）共96课时，课程教学包括理论教学（64课时）和实验教学（32课时）两部分。其中，理论教学部分包括污水水质和污水出路、污水的物理处理、污水生物处理的生化反应动力学基础、活性污泥法、生物膜法、污水的土地处理、污水的厌氧生物处理、污水的化学与物化处理、污泥的处理与处置共9章内容。理论教学内容涵盖基本概念、技术基础、原理、工艺、设备、设计计算等；部分课程内容抽象难懂，如生化反应动力学，生物、化学、物理化学处理污水的数学模型、构筑物、设备的内部构造以及处理污水的工艺流程选择等；课程内容工程背景强，设计计算与实验结果处理的参数选择需要一定的实际工程经验并需要查阅大量设计手册与行业标准，计算过程复杂且容易出错。此外，考虑为学生减负，增加学生课后自主学习时间，“水污染防治技术”作为专业发展课程，将课时缩减至64课时（理论教学48课时+实验教学16课时），增加了教师的授课难度。因此，合理规划教学内容、改革教学模式是亟须完成的工作。

（二）实验内容落后，实验手段需创新

原“环境工程学—水污染控制工程”的实验内容包括自由沉淀、污泥性能、生化处理、混凝、吸附等单元实验及废水处理演示实验。实验课程以基础性的验证实验为主，缺乏设计性和综合性实验项目，并且这些实验项目内容比较陈旧，实验手段也比较单一落后，很难引起学生的学习兴趣。日新月异的新型水处理工艺的开发和应用已经深入各行业的生产实践，需要学生具有较强的工程实践能力和创新能力［2］，而目前的实验教学内容与实验手段不能满足学生个人专业素养的提升。改进课程后的实验课时被大幅压缩，因此，优化实验内容、丰富实验手段、改变实验教学模式是突破实验教学困境的主要方法［3］。

（三）课程人才培养环节设置过于独立

“水污染防治技术”的课堂教学、实验教学和认识实习环节设置过于独立，三个人才培养环节是分段进行的，课堂教学完毕再进行实验教学，期末再进行认识实习，导致各个环节时间间隔较长，课堂教学没有很好地服务于实验教学，实验教学也没有发挥巩固课堂讲授内容的作用，实际和理论的结合在认识实习中的有效性也被削弱。此外，培养环节设置过于独立，不能有效激发学生的学习兴趣［4］。因此，优化调整培养环节，才能提高实际掌握本课程知识的效率，也能够更好帮助学生课后能力的提升。

（四）评价方式不全面

目前，“水污染防治技术”课程考核方式仍以闭卷考试为主，辅以平时作业、实验成绩的评分考核。闭卷考试的考核方式主要侧重考查学生对基础理论知识的学习，大部分学生以考前临时突击重点、强化记忆的方式应付期末考试，考试结束知识点也基本忘记，这样无法达到以考促学的目的。并且，传统的实验课程考核主要以实验报告为依据，未考查学生实际操作的情况，这种实验课成绩评价方式忽视了学生的实践能力，导致学生对实际动手操作的积极性不高，不能促进学生学习的主动性，也不利于培养学生的动手能力。传统的课程评价方式既不能有效体现学生的真实学业水平，更无法达到促进学生理论知识升华、工程设计能力与自主学习能力同步提高、实验研究能力提升的目标。

二、课程改革的主要措施

（一）优化精简教学内容

1.针对前修课程“环境科学导论”“环境监测”等与本课程教材教学内容重叠的知识点，课程教学方式以引导学生知识记忆为主要目的，通过布置课后作业，让学生自己总结知识。这种方式，可以在一定程度上节约课时，还可以避免因重复教学导致学生学习兴趣不高的问题。

2.“水污染防治技术”与环境工程专业“水污染控制工程”课程有所不同，本课程更侧重水污染预防与治理的基本理论，各种控制技术的应用原理以及过程分析。对于一些工程基础要求高的内容，如自由沉淀沉速公式、活性污泥法数学模型的推导、反应器动力学、传质原理等内容，在不影响知识连贯性上可以进行适当的删减，以降低学习难度。

3.“水污染防治技术”是一门不断发展的科学技术课程，教学内容也需要与时俱进，不断更新、补充、丰富。因此，在符合教学大纲规定教学内容的基础上，将实际工程项目或新技术的应用作为教学素材，适当删减陈旧落后的工艺技术，深入讲解水处理技术的发展历程和新工艺、新技术基本原理与应用特点，以适应科学技术的发展，从而有利于学生的就业与深造。

4.“水污染防治技术”实验须配合理论教学，不仅能帮助学生巩固理论知识，还进一步培养了学生分析水污染状况与应用预防、治理技术的能力，从而为学生进行水污染防治工程设计、系统管理，毕业后继续深造或从事相关科研工作打下坚实基础［5］。学生必须经历一个完整工程的构建，让学生理解和掌握污水处理整个工艺流程。因此，实验内容要包含一级、二级、三级处理的项目，还要兼顾物理、化学、物理化学以及生物处理方法。由于实验课时的大幅压缩，需对实验内容重新制定，以综合性、自主设计性实验为主。因此，将诸多独立的小实验编制成一个涵盖诸多知识点和操作技能要求的综合型实验。例如，原环境工程学水污染控制工程中涵盖气浮实验、混凝实验、生化处理实验、过滤等单元实验，而这些实验皆是水污染处理工艺中的一环。为此，在综合实验的设计中就可以将这些单元实验内容包含其中，并实现上下游串联，明确每一个单元在整个污水处理工艺中的作用并明确相关的注意事项，最终形成完整的污水处理工艺流程，得出处理单元对应控制参数。当学生掌握了设备、仪器的使用，可以增加创新型、设计型实验内容。学生根据实验目标和要求设计实验方案，教师从旁协助，学生独立完成实验内容，从而提高学生的实践能力和创新能力。

（二）深化教学模式，丰富教学手段

针对本课程内容多、课时少的特点以及环境科学学生的情况，理论教学以课堂教学为主、线上教学为辅。线下课堂侧重于相关基本理论、技术方法、设备原理等讲解。采用水污染控制工程教材的编排顺序，增加一些实际工程项目作为学习对象，辅以实际工程的照片与视频，更为直观地为学生展示处理过程，适当引入翻转课堂的教学方法，引导学生自主探讨工艺原理，总结技术特点，提升学生的学习兴趣［6］。充分利用线上平台，发挥学生自主学习的能力。课前把预习的内容，包括课件、微课视频、思考题等上传至线上平台，学生做好课前预习，从而有效提高课堂效率。课后除了在线上平台布置学生必须完成的课后习题外，还将一些深入的设计计算，如构筑物、反应器内部构造的尺寸计算等作为扩展知识进行有选择性的补充，供感兴趣的学生进一步学习。

线下的实验教学能帮助学生具象化理解并及时巩固抽象的理论知识，从而提高学生的操作能力，但由于实验内容的增加，实验课时的压缩，需要积极配合使用线上教学。对于验证性实验内容，将实验相关基础理论上传线上平台供学生学习，并且修改现有实验课件，增加大量可视化内容，使学生更快地了解实验过程。在实验过程中，及时纠正学生的不当操作并解答学生提出的疑问。做好课前预习可有效节约课时，可视化的实验步骤能提高学生操作的准确度。对于创新型、设计型实验，提前在线上发布实验题目，学生根据实验内容查阅文献，自主设计流程，教师查阅指正，从而确定方案。在规定的课堂时间内，学生在教师的协助下，通过团队协作的方式完成实验。整个过程，不仅培养了学生严谨的科研态度和团队协同能力，还进一步提升了学生的工程实践能力。

（三）合理安排本课程各个环节的时间设置

按照学习规律（接触新知识—学习知识—巩固知识），合理安排课堂教学、实验教学和认识实习的培养环节。在“水污染防治技术”课程开始之前，先安排学生进行认识实习，实地参观污水厂的处理流程。认识实习完毕，进入课堂教学环节，在学生大致了解污水厂处理环节的基础上进行基础知识的讲授，这时，学生的学习兴趣浓厚，对知识的接受度高，从而大大降低了教师的授课难度。课堂教学要尽量与实验教学穿插进行，每个实验对应的理论在课堂教学完成后，安排实验教学环节，通过理论和实际有效的联系，加深学生对专业基础知识的掌握和理解，把“水污染防治技术”分散的理论知识与实际情况结合起来，进而提高学生分析和解决实际问题的能力。

（四）优化课程评价方式

改革后的教学模式为线上线下混合模式，更加注重学习过程的考核。不同于以往的课程评价方式，不仅考核学生知识掌握情况，而且注重考核学生线上线下表现的各个环节，进而对学生能力进行评价。整个考核包括过程考核（50%）和结果考核（50%）两部分。相比过去的教学模式，提高了过程考核占比，包括线上随堂作业（10%）、课堂表现与研讨（10%）、实验（30%）。其中，实验学习效果需要从知识体系的理解、操作过程、实验方案和对实验数据分析与实验结论进行评价［7］。实验成绩由线上实验预习（10%）、操作（30%）和实验报告（60%）组成。结果考核为期末闭卷考试，考核内容包括基础理论（70%）与综合性应用（30%），注重对学生基础概念与理论的掌握、综合运用所学知识解决问题能力的考评。