新工科背景下水处理生物学教学改革研究

宋培学 王满堂 袁丹青

[摘 要]水处理生物学是给排水科学与工程专业的一门核心专业课，但是该门课程目前在教学内容、教学方法、成绩考核评定标准和实验环节方面都存在较大的问题，已经不能满足当前新工科建设背景下培养具有可持续竞争力的创新型人才的要求。文章根据枣庄学院及其给排水科学与工程专业的办学定位、人才培养目标以及课程教学实际情况对水处理生物学课程的教学方式方法、教学反馈机制、实验教学和网络教学四个方面提出了一些改革的建议和方法，争取为社会培养出更多合格的给排水专业人才。

[关键词]水处理生物学;新工科;教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2020）09-0099-03

2015年，联合国教科文组织指出高等工程教育经过多次转型，目前发展成为注重实践的“工程范式”。我国在2016年提出了“新工科”的概念，并在 “卓越工程师教育培养计划”的基础上发布了《高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》[1]，随即形成了“‘新工科建设复旦共识”[2]，“‘新工科行动路线（天大行动）”[3]和北京指南 [4]。新工科以新理念、新特征、新知识、新模式、新机会、新人才为特点，以培养具有可持续竞争力的创新人才为培养目标，基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求。目前国内各大高校纷纷响应，开始加入到新工科建设的行列中来。

水处理生物学课程是高等学校给排水科学与工程专业指导委员会指定的给排水科学与工程专业的专业基础必修课[5]，是该学科专业知识体系中的十六门主干课程之一，是生物学知识尤其是微生物学知识与工程应用相互融合的交叉学科。本课程的讲授可为后续给排水核心专业课水质工程学中污水的净化奠定一定的知识基础，同时为给排水专业其他课程设计提供必要的理论指导。水处理生物学同时也是很多工科名校市政工程专业的研究生入学考试科目。新工科建设中最关键的是人才培养模式的改革与创新。随着科学技术尤其是生命科学技术日新月异的发展，现有的教学模式和教学方法显然不能使学生掌握生物学在水处理领域的最新发展趋势，也不能满足当前形势对新工科建设的要求。因此，本文结合我校办学定位，给排水科学与工程专业的人才培养方案，新工科的建设要求，现有学生的学情特征以及教师的教学体会，对水处理生物学教学改革进行了研究。

一、教学现状以及存在问题

枣庄学院是学科门类较为齐全的综合性、应用型省属本科院校，其给排水科学与工程专业于2015年开始招生，秉承“兼爱、尚贤、博物、戴行”的校训，遵循學校服务地方、特色发展，为区域经济社会发展提供应用型人才。本专业服务于水的开采、加工、输送、回收、再生回用以及可持续利用这一社会循环领域。在我校2019级给排水科学与工程人才培养方案课程设置与毕业要求对应关系矩阵中，水处理生物学对应“问题分析”和“研究”两个毕业要求，其教学目标包括知识目标、能力目标和素质目标三大块。知识目标要求学生掌握微生物学的基本知识，包括微生物的形态、生理特性等特征，掌握如何利用微生物在水体净化和水处理中的作用机理和规律。能力目标要求学生具备将所学知识应用到水处理工程设计、水质污染控制和水中微生物检测的能力。素质目标要求培养学生科学严谨的作风、协同合作的能力以及环保、创新意识。水处理生物学课程安排在大二下学期，学时为三十二个理论学时，同时独立设课十六个学时的实验课程。共有两位教师承担授课任务，均具有博士学位。所选用的教材为顾夏生主编的通用教材即《水处理生物学》（第六版）。本门课程已经进行了三轮的教学过程，根据学生访谈、教师课后总结和考试成绩分析，笔者发现在教学过程中主要存在以下问题。

（一）教学内容比较陈旧，与最新技术脱节

目前的科学技术水平更新很快，尤其是生命科学和生物技术的发展更是日新月异。水处理生物学主要依托于微生物学，和生命科学有着密不可分的联系。教材虽然会有更新，但是滞后于目前科技的发展。在本门课程的授课过程中教师基本上是按照教材内容来讲授基本知识而忽略了实践的应用，这就使学生无法了解到目前最新的科学技术水平，也不利于学生对所学知识进行正确的理解和运用，进而导致学生难以胜任与本课程专业知识相关的部分工作。

（二）教学方法较为单一

本门课程目前的教学方法主要是根据教材进行PPT的讲授，同时写一些必要的板书。本门课程偏向于生物学，同时涉及生物化学、分子生物学等学科知识，属于交叉学科。给排水科学与工程属于工科专业，学生对于生物学的知识掌握较少，基础较差，同时本门课程在第一大模块中主要讲授微生物比如细菌、真菌和病毒的形态特征、生理生态特征，这些微生物无法用肉眼看到，较为抽象，仅凭PPT中一些图片很难让学生真正地了解和掌握。这就容易出现“老师强行灌输，学生被动接受”的现象，从而造成学生无法积极主动地参与到课堂活动中，学习效率低下，课堂氛围沉闷，甚至出现学生上课睡觉、玩手机的现象。

（三）成绩考核评定标准较为单一

课程成绩作为一门课程教学效果的直接体现，其考核评定方式科学有效尤为重要。目前本门课程成绩的评定方式是平时成绩占比30%、期末成绩占比70%。其中平时成绩的评定主要是看考勤情况，而不够重视学生在课堂的表现。这就更加无法调动学生参与课堂活动的积极性，从而导致期末考试前，学生都寄希望于老师画重点进行考前突击，其学习效果不佳。

（四）实验环节较为薄弱

水处理生物学是一门实践性很强的课程，为了让学生更好掌握本课程的知识并且能够有效地应用所学知识，实验课的开设非常重要。但在实际教学过程中，教师在理论课的教学中投入了较多精力，实验课的教学却没有得到足够的重视。虽然实验课单独设课，并有十六个学时，但也仅仅开设了四个实验，且都是基础理论的验证性试验，如显微镜的使用、微生物的革兰氏染色、培养基的制备等，缺乏创新性，难以调动学生的主观能动性。实验课的模式基本上为教师下发实验方案，稍微强调重点后根据实验步骤进行实验的演示，学生一般都是机械式地跟着老师照葫芦画瓢。实验成绩考核也主要是看学生的实验报告质量而不是看学生在实验过程中的操作技能掌握情况。

二、教改内容与方法

高校以培养高素质的专业人才为目标，为了让学生能够更好地掌握知识，首先要了解学生的学情，要进行详细的学情分析，即“备课便是备学生”。目前学生基本上都为00后的独生子女，他们的性格较为独立，个性比较鲜明。枣庄学院属于普通地方院校，学生的生源水平无法和名校的相提并论。学生虽然在大一和大二的上半学期学过一些专业基础课，具备一定的工科专业基础，但总体专业水平较差，并且存在过分依赖电子设备（如手机和电脑）的现象，缺少主动思考的积极性。学生虽然缺乏实践的经验，但是很善于沟通，并对一些新事物的兴趣浓厚。针对目前学生的特点以及新工科背景下的具体要求，我们结合目前本门课程所存在的问题，主要进行以下几个方面的教学改革。

（一）丰富教学手段，融合前沿知识

本门课程以课堂讲授为主，通过多渠道多手段丰富课堂教学方式，提高学生的学习兴趣和课堂参与度。比如在水处理生物学基础这个模块中，我们改变了教材中真核生物、原核生物、病毒等微生物分开讲授的模式，以对比的方式突出不同种类微生物的特点，并采用视频、模拟动画等多媒体教学方式，加深学生对所学知识的记忆和理解。某些知识点和重点以问题导入和结合实际案例的方式引导学生，就一个实际问题让学生进行分组讨论，根据分组讨论得出的结果让学生在课堂上以报告的形式讲出来，让学生成为上课的主体，这样既能让学生更加主动地掌握知识，同时还能达到能力目标和素质目标的要求。

前文也提到，本门课程和生命科学联系紧密，生物水处理技术也随着生命科学和生物技术的进步而快速发展。担任本门课程的教师均为博士学历，并且都有较为扎实的生物学专业背景，有能力获得一些相关科学和技术的最新科研进展信息。因此，教师在本门课程的讲授过程中，除了教材内容，还要适时引入一些科研成果，让学生掌握目前该行业的最新研究进展状况，同时提高学习兴趣和自学能力。

（二）强化教学反馈机制，优化考核方式

教师教得怎么样可以通过教学反馈机制直接体现出来，学生学得怎么样可以通过考核直接体现出来。因此，采用好的教学反馈机制和多元化的考核方式显得尤为重要。教学评价主要是指对教师教学效果的评价，包括同行评价、督导评价，最重要的是学生评价，目的是改进教学，提高教学质量。但是反馈机制应该是双向的，要強化教师和学生的双向反馈机制，可以采取师生座谈会、学生评教、学生信息员、课代表、批改作业、答疑解惑、各种测验和考试等反馈方式。通过以上的教学反馈机制，找到教学过程中存在的问题，不断调整教学设计，采取更合适的教学方法和教学手段，改进教学模式，进而提高教学效果。同时要注重过程考核，适当地增加平时成绩的比例，建立多元化的平时成绩评价机制，要根据学生课堂参与度、问题讨论结果以及回答问题表现进行综合评价，除此之外还要加入课后复习和创新思维等方面的综合考量。要加强期末考试的试卷分析，分析学生在期末试题中每种题型的得分情况以及各种知识点的掌握情况，对于学生普遍掌握不好的知识点要分析原因，以便在下次课的教学过程中加以改进。

（三）突出实验教学环节

在实验的过程中要以学生为中心，突出学生的主体地位。在保证实验安全和严格规定实验流程的前提下，适当地给学生一定的发挥空间，鼓励学生发表个人见解，培养学生科学的实验习惯和实验能力。要在引导学生做好上文提到的基础性验证实验的基础上，根据自身实验室的实验条件和任课教师的专业背景，适当增加一些有深度和创造性的实验。充分利用本校的污水处理厂和水厂进行实践教学，现场采样，现场处理，现场监测。增加连续型实验，比如连续在本校污水处理厂进行活性污泥的采样并进行观察，观察污泥在一个周期内微生物尤其是原生动物和后生动物的变化，这样更能加深学生对于生物水处理的认识。严把实验结果质量关，杜绝出现任意修改实验结果、篡改实验数据的现象，严禁学生相互抄袭实验报告。最后的实验考核要适当降低实验报告的评分比例，注重过程考核，以学生的实际操作水平作为重要的考核依据。

（四）充分利用开放式网络教学资源

随着水处理技术的快速发展，本门课程的知识点和篇幅有了大幅增加，但课时却缩减了，这就造成了课堂上很难完成基础的教学任务，很多时候为了赶进度而忽视了教学质量。近年来，网络开放式课堂如慕课平台等的快速发展提供了非常便利和实用的教学平台。教师可充分利用学生喜欢利用网络资源这一特点，充分调动学生的学习积极性，提前对重要章节进行完整的视频录制并上传至网络平台供学生们自学，在课堂中只进行问题的答疑，这样既能提升学生的自学能力，又能提高授课的效率。

三、结语

以上教学方式方法的改革实践，既能够提升本门课程的教学效果，同时还能够提升学生的创新思维水平和自主学习能力，培养出适应社会和行业发展需求的给排水专业人才。新工科以培养具有可持续竞争力的创新人才为培养目标，这就要求高校以及高校教师时刻把握时代的发展趋势，在教学中不断改进和努力学习，提高本专业的教学质量。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].[2019-07-21].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t201 70223_297158.html.

[2] “新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[3] “新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[4] 新工科建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[5] 高等学校给水排水工程学科专业指导委员会. 高等学校给排水科学与工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[责任编辑：庞丹丹]