“课题―实验―设计”模式在《环境工程》教学中的应用研究

[摘要]《环境工程》是环境科学专业非常重要的专业课之一。传统的《环境工程》教学模式在人才培养方面存在较多问题。针对这些问题，我们提出“课题-实验-设计”的教学模式。该模式注重培养学生思考问题解决问题的能力和实践动手的能力，为培养应用型的环保毕业生提供了一些经验。

[关键词]环境工程 课题 实验 设计

《环境工程》是绍兴文理学院生命科学学院环境科学专业的基础理论课程，面向大三的学生，总学时48。主要研究运用工程技术和有关学科的原理和方法，防治环境污染，以改善环境质量的学科[1]。是一门理论与实践密切结合的课程。通过对绍兴文理学院环境科学专业毕业生就业状况的调查发现，毕业生就业的主要方向是污水处理厂或者环保工程设计公司，这些岗位需要学生有较强的实践动手能力，因此，在教学过程中，应注重学生实践能力的培养，打造应用型的复合人才。原先的《环境工程》教学模式比较单一，很大程度上依赖于教师单向讲授，学生被动接受为主的形式，主要存在问题如下。

一、《环境工程》教学模式存在主要问题

（一）内容多，课时少

《环境工程》由四大部分组成，分别是水污染控制工程，大气污染控制工程，固体废物处理与处置，噪声防治技术。而水污染控制工程部分分为物理，化学，生物处理三大模块，大气污染控制则分为颗粒污染物和气态污染物控制两大模块，内容多且杂。其中基本原理性知识的教学要占去四分之三左右的课时，因此应用型知识和工具型知识的课时就显得不足，从而难以体现课程的工程实践性强的特点。

（二）学生工科基础相对薄弱

《环境工程》起源于理工科大学，工科院校的环境工程专业课程体系及教学内容以数学、力学、材料学和工程学等专业为主，工程设计和工程治理课程学时和内容较多。而本校环境科学专业在课程设置上侧重生态与生物方面，学生工科方面基础薄弱，对于工业知识与工科学生相比接触较少，按照传统的教学要求，学生学起来比较吃力，导致教学进程缓慢，且效果不好。

（三）教材与实际应用联系少

《环境工程》的教材内容偏向于各个工艺理论知识讲解，完整工程实例基本没有，而某一种废水或废气的处理需要多个工艺组成，在教学过程中如果完全按照教材编排的内容和顺序讲授，学生没有办法在脑海中建立起完整的工艺流程，面对实际工程处理往往束手无策。

（四）授课方式单一

课堂教学很大程度上还依赖于教师单向讲授。与实际应用结合不够紧密，虽然对案例教学进行尝试，但仅仅局限于举例子的水平[2]。授课过程中，全程进行多媒体的播放与讲授，很少或几乎没有板书，缺乏教师与学生之间的互动，造成很多学生上课注意力不集中，教学效果差。

实验教学一般采用实验指导书+教师讲解+学生操作的教学模式。学生一般被动地做实验，机械地测量相应的参数，缺少自己分析、处理问题的机会和习惯。这种呆板的教学方法，使实验过程中缺少思考、缺少提问、缺少讨论，抑制了学生的思维积极性，从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间。

（五）验证性、演示性实验多

受传统教学模式和实验条件等方面的限制，此前大多以单一的验证性实验为主，虽然能巩固和加深学生对基础理论知识的掌握，但是学生照固定的实验步骤机械化的操作，记录实验结果，撰写实验报告，结果会导致学生的知识面过窄，实验方法和技能单一，创新意识和创新能力不够，缺乏将各种实验方法、技术综合应用的能力[3]，学生在做毕业论文或将来面对研究中的问题束手无策。

（六）理论教学与实践教学脱节

虽然《环境工程》与《环境工程实验》安排在同一学期，但受到实验条件的限制，很难在某一实验内容理论教学完成之后就进行实验，时间安排相对滞后。学生在上实验课上对之前所学的理论内容有所遗忘，未能起到加深对理论知识理解及应用的作用。互动和渗透不够，脱节现象比较严重。

针对上述问题，我们拟通过“课题-实验-设计”的教学模式改革，充分发挥学生在学习过程中的主体作用，使学生更好地掌握水、大气、固废污染控制工程的基本理论，理清各种控制过程的内在联系，通过这些理论分析各种污染控制过程，优选各种控制方法。计算机能力得到加强，提高学生分析问题解决问题的能力，即应用所学理论对典型事例进行分析、消化、创造能力。促进学生的综合能力和创新能力的培养，培养学生成为基础扎实、知识面宽、计算机能力强、有创新意识的高级工程技术人才。

二、“课题-实验-设计”模式

（一）合理安排教学内容

绍兴是有名的水乡，环境污染控制工作目前也集中在水处理部分。《环境工程》理论课程涉及的知识繁杂，量多，而学时又有限。根据学生就业要求，教学内容侧重于水污染控制部分。水，大气，固废的课时比例大致安排为7：2：1。

对教学内容作删繁就简、有机整合。《环境工程》中部分知识与《环境评价》《环境监测》等课程之间部分内容是重复的，可以省掉这些重复部分，侧重于处理工艺的选择、设计和反应器的运行管理调试方面。

另外环境科学是发展中的学科，新概念、新理论、新技术和新工艺层出不穷，日新月异。因此，必须不断补充、更新教学内容，这样使学生迈向社会时不至于产生很大的落差。

（二）构建“课题-实验-设计”的实践教学模式

我们在整合《环境工程》和《环境工程实验》两门课程的基础上采用“课题-实验-设计”的实践教学模式。即“由例到理”的决策型案例教学。

（1）课题：首先根据教学目标，将教学内容分为10个模块（表1），分别为混凝，沉淀，吸附，离子交换，好氧活性污泥法，好氧生物膜法，厌氧生物法，颗粒污染物控制，气态污染物控制，固废处理与处置。

表1：课程内容模块划分与对应课题题目

每个模块的内容，设置一个课题，例如“混凝”模块对应课题“利用混凝工艺处理印染废水的研究”。课题提供印染废水的水质，水量，收纳水体功能区划等。要求学生给出解决方案。根据学生兴趣，我们将考察班40人分为10组，每组一个题目。在学期初，教师给出相关课题，学生开始查阅相关资料。选择课题“混凝工艺处理印染废水”小组的同学在学习混凝这部分知识前，就需要通过查找资料，对“混凝工艺”的原理，实验方法，工艺流程，及最新研究进展有所了解。

课题1 混凝法深度处理印染废水

某印染企业常规二级生化处理出水水质见下表，二级达标，一级不达标，色度超标。“十二五”期间，该地区环保部门要求工业废水全部达到国家污水综合排放标准中的一级标准。印染废水深度处理技术有吸附、混凝、氧化、膜分离等技术，其中混凝法具有投资费用低、设备占地少、处理容量大、脱色率高等优点，在国内外印染废水中被广泛应用。试采用化学混凝法深度处理该废水，以达到一级水质排放标准。

要求：

1）掌握混凝方法的机理进展

2）学习选择合适的化学混凝剂

3）分析影响混凝效果的因素，并确定最佳混凝条件

4）了解混凝法最新研究

（2）实验：针对所给废水的性质，学生在查阅资料和老师指导的基础上设计处理方法，并利用实验室现有条件，进行实验，不断完善实验步骤，最终形成一套相对完善的实验方案。当讲授到“混凝”这一章节时，教师只讲解混凝的基本原理和基本工艺流程，小组派1名代表介绍混凝工艺的最新研究进展。理论学习完成之后，即进行“利用混凝工艺处理印染废水”实验教学，由该小组成员指导全班学生完成。

（3）设计：水污染控制工程7个模块学习完之后，布置设计大作业，相对于课题，设计内容则更综合具体，需要学生将所学的模块知识融会贯通，应用到实际工程实例中（课程设计题目见表2）。如“印染废水处理综合设计性实验”。综合设计涉及到上述7个模块中大部分的工艺。将原先10个小组的同学各抽出一名同学组成新的小组，共4组，每组完成一个设计题目，提交一份设计报告书，并作课堂报告，进行答辩。

表2：课程设计题目

“课题-实验-设计”的实践教学模式，充分发挥了学生在学生中的主体作用，提高了学生自学，思考问题，解决问题的能力。加强了学生之间的团队协作。让学生明白所学何以致用。

（三）开设网上课堂，加强课后互动

“课题-实验-设计”的教学模式，需要教师和学生之间非常多的互动。可以建设课程网站，开设网上课堂，提供课程教学大纲、参考文献资料和完整电子版教学课件，提供城市污水处理厂工程设计实例、有机废水处理站工程设计实例、居民小区污水处理及其回用工程设计实例等多个工程案例，为“课题-实验-设计”的实践教学模式提供规范的指导；设置留言栏，学生可以与老师或同学共同探讨某一方面的教学内容或理论、工程问题，提高教学的交互性和学生的探索性，启迪学生的创新思维。

（四）“课题-实验-设计”评价体系

虽然教学的目的不是为了考试，但一个合理的考核方式，是有利于新教学方法的实施的。由于“课题-实验-设计”属于开放的教学模式，因此考核方式的选择尤为重要。在考核方式上，我们主要考虑学生基础知识的掌握，自主学习能力，协作能力和创新能力。在三个模块的课程学习完成之后，会对这三个部分的基础知识做一个小测验，检查学生对该部分知识的掌握情况，占总成绩的15%。课题的评分点则分为资料查阅的全面性，讨论的积极性，团队分工的合理有效性，内容的切题性，创新性，条理性。占总成绩的30%。课程设计的评分点分为以下几点：是否积极有序开展小组讨论，并作详细记录；团队分工是否明晰，协作是否有效；讲解是否清晰、明朗；文献资料掌握是否丰富，综述是否全面、有条理；污水设计流程是否合理、各构筑物选型是否恰当；设计报告书书写格式是否符合规范，语言是否通顺；课堂报告PPT制作是否精美，简洁；是否对讲解内容作了充分的准备；仪表是否端庄、自然；是否在规定时间内完成。占总成绩的55%。实验成绩单独计入《环境工程实验》，评分点为，实验设计的合理性，实验操作的规范性，数据处理的规范性，讨论的全面性。

“课题-实验-设计”的教学模式，在两轮的改革中初显成效，学生们普遍反应，在学习了环境工程这门课后，大家的团队协作能力，自主学习能力和科研能力都有了很大的提高。与大学其它课程一样，本课程面临着理论教学和技术培养两个方面深入改革的艰巨任务。因此，在今后的教学中应注重学科前沿、注重社会需求与学生能力培养之间的紧密联系，培养出应用型的复合人才。

经费来源：绍兴文理学院2011年度课程教学模式改革试点项目

[参考文献]

[1]蒋展鹏.环境工程学[J]，北京、高等教育出版社、2005.

[2]蒋艳红，蒙冕武，邓华、案例教学法在“环境工程学”教学中的应用研究 [J]，中国电力教育，2009，12.

[3]曾令初，孙连鹏，张再利、环境工程专业实验教学改革的探索[J]，实验室研究与探索，2008，27（3）.

（作者单位：绍兴文理学院 生命科学学院 浙江绍兴）