信息技术与《水质工程学Ⅰ》教学融合的探索*

徐文杰，孙晓旭

(南京工程学院环境工程学院，江苏 南京 211167)

《水质工程学Ⅰ》这门课程主要研究在水的社会循环中水质特征的变化，研究为满足不同用户用水需求，实现水的良性社会循环，保证子孙后代经济社会发展需求的水资源利用，而对水质进行控制及处理的科学技术。通过不同的方法与装置改变原水的指标、提高水的质量，解决原水不能满足用户要求的矛盾。作为水质科学与技术专业的一门核心专业课程，学生通过《水质工程学Ⅰ》的学习全面系统地认识水质与水质指标等概念，较扎实地掌握各种给水处理单元的概念、运行原理、技术规范及各给水处理单元技术的应用与发展，为将来从事相关专业的科学研究、工程设计及运行管理工作等奠定理论和应用基础[1-2]。

新时代，信息技术发展突飞猛进，其在教育教学中的使用也越来越普遍，但信息技术与高等学校教育教学的深度融合已不再是其单纯的应用，而是通过学科交叉而形成新的教学模式、教学生态的全新融合模式[3]。总结近十几年的教学信息化发展历程，可简要地归纳为9个核心概念，即：开放教育资源、数字化学习、混合式学习、快课、开放课、微课、翻课、慕课和私播课。它们分别代表着不同时期在各种理论指导下信息技术在教学中应用的基本路径和发展趋势[4]。传统的教学手段易使学生感到枯燥乏味，难以引起学生的学习兴趣，不能充分发挥学生学习的自发性、主动性和积极性。因此将信息技术与《水质工程学Ⅰ》的教育教学工作融合是顺应时代发展趋势的必然要求，具有重要的意义。本文基于我校水质科学与技术专业人才培养方案要求，结合现有《水质工程学Ⅰ》课程理论体系和学科发展，探讨了信息技术与《水质工程学Ⅰ》教育教学融合的探索与实践，以期支撑新时代复合型人才培养的需求。

1 课程面临的挑战

目前课程面临如下几点挑战：第一，传统教学模式难以顺应时代潮流。如今，新的信息技术不断涌现，对教育教学方式的革新产生了非常大的影响，由此产生了新的教育教学理念、方法和手段，创新教育教学理念、方法、手段，创建新型课堂教学模式，已成为大势所趋。在传统的教学过程实施中，教师作为课堂教学的主体完成课程内容的讲授，学生则通过听课被动吸收知识课。这种教学模式采用的教学手段比较单一，在一定程度上忽略了学生在教学活动中的参与度及学生作学习主体的自主性。新时代下，新技术不断涌现，需要我们积极探索和尝试新的课堂教学方法和手段，创新教学模式，形成顺应时代发展潮流的教学生态，以提高教学效果，提高教育效率。

第二，教师将信息技术融入到教育教学的创新能力还有待提高。2018年，教育部颁布《教育信息化2.0行动计划》指出：“经过多年的探索实践，信息技术对教育的革命性影响已经初步显现，但与新时代的要求仍存在较大差距。教师信息技术应用能力基本具备但信息化教学创新能力尚显不足，信息技术与学科教学深度融合不够[5]。”目前，高校教师对基础信息技术的使用并不陌生，但是由于新的信息技术涌现速度飞快，使课堂教学中应用信息技术出现了更多的可能与方法，教师原有的基础性信息技术的应用能力已经不能贴合新时代学生喜爱适应信息技术的特点，难以满足当今时代的发展要求。教师对新信息技术的掌握使用能力以及将这些信息技术融入到教育教学的创新能力还有待提高。作为新时代的高校教师，需不断学习掌握新信息技术，了解学生的兴趣点及需求，探索其在教育教学过程中的应用，尝试多元化的教学方法，实现信息技术与课程的融合。

2 教学方法多样化探讨

信息化时代，对《水质工程学Ⅰ》的课程教学理念、教学组织、教学设计和教学方法提出了新的要求与挑战。应以充分调动学生学习的自发性、主动性和积极性为主要目标，充分利用新时代学生易于接受新事物、对信息化设备掌握程度高的特点，课程教学中结合信息化手段、线上教学平台、虚拟仿真等手段，实现由被动“教”到主动“学”的教学模式转变。本文结合《水质工程学Ⅰ》的教学内容 , 提出了几点信息技术与教学的融合方式，如图 1 所示。

图1 信息技术与《水质工程学Ⅰ》教学的融合方式Fig.1 Integrated approach of information technology and teaching of Water Quality Engineering Ⅰ

2.1 电子设备的合理使用

目前《水质工程学Ⅰ》这门课程主要采用的是传统的讲授法，教师借助PPT进行讲解，易使学生感到枯燥。通常我们都会看到这样的画面每次我们走进教室，大部分学生在低头玩手机、平板电脑，为了适应互联网一代的学生，我们需要做出改变。学生对电子产品非常感兴趣、掌握度高、依赖度高，我们单纯采取“堵”的措施，即禁止学生们玩手机、电脑，并不能达到理想的效果。如果能充分利用学生对手机、电脑等电子设备的兴趣将其运用到教学中去，将其作为与学生交互、课堂管理的工具，能发挥意想不到的效果。比如：采用微信建群进行部分课堂活动，在新学期上课初，采用微信面对面建群的方式快速的将学生连接起来，形成互动关系。可以将事先准备好的教师自我介绍、我国水环境的现状、水的社会循环过程、水质工程学所解决的问题等课程引入相关文档、视频通过微信群的方式分享给学生，充分调动学生们的兴趣快速引入课程。在授课过程中，最重要的是与学生形成互动而不是单方面的教师知识输出。可以采用手机软件对课堂进行有效的管理和交互。例如采用学习通发起课堂签到，比传统的签到方式更加便捷精确；在课堂提问环节可采用摇一摇方式随机找同学回答问题，根据回答情况可快速记录学生平时课堂表现，这种随机点名的方式避免了教师传统点名方式的惯性思维，给每个学生都形成一种促进听课的动力；还可以随时发布学习任务，例如随堂练习，设置一定时间让学生完成练习并上传。通过合理的利用手机平台实现课堂中师生的互动关系，充分调动学生的参与度与学习的积极性。

2.2 多种教学方式相结合

信息化的建设不仅仅是指运用投影、平板电脑、大屏幕，教学改革最关注的不是硬件设施的改变，而是思路的转变。充分利用互联网、电子设备将老师、学生连在一起。将多种授课方式如快课、微课、面授课堂、云课堂、翻转课堂和慕课融合，实现老师、教室、学生三者连在一起，实现交互式教学模式[6]，这种模式能够有效地改变目前课堂中存在的教学模式单一、忽视学生的差异性、师生间缺少交流互动等问题，有助于师生交流互动、因材施教，有效提高教学效果。《水质工程学Ⅰ》这门课程涉及到多种水处理工艺技术的原理，如果单纯采用PPT讲解容易使学生感到枯燥，且传统的课堂讲授若学生课上没充分理解课下无法继续有效学习。我们可以采用快课、微课技术，通过语音文本转换、动漫助教设计、手绘动画、自助录课技术将枯燥且较难理解的原理内容数字化，将传统授课与快课微课结合，能引发学生的兴趣，加深学生对原理性内容的理解，且课后教师可以将这些数字化的内容上传到学习通等平台，供同学们反复观看学习。例如在讲述反应器理论、胶体的双电层结构、混凝的机理、理想沉淀池去除率、大阻力配水系统原理等内容时，这些内容理解相对困难，但又是本课程的重点问题，对同学们掌握给水处理工艺的原理及应用都具有重要的意义，对于这类重难点内容，可提前将其做成快课或微课，并准备相应的习题。在授课过程中，首先播放视频，采用我们上述提到的学习通等手机软件发布习题测验学生们的掌握情况，并实时收集结果，对学生没掌握的内容再进行重点讲述，实现“学习导入”、“授课视频”、“练习测验”、“反馈总结”和“学习导航”5个环节相结合的师生交互式教学模式。这种形式还可方便同学们课后反复观看学习，理解掌握重难点内容。

在新媒体条件下，翻转课堂就是运用现代信息技术，构建起学生在课前完成对教学资源的学习，在课堂上形成师生协作探究和互动交流等活动的教学模式[7]。翻转课堂的实施同样离不开微课技术的支持，教师先将相关内容制作成微课供学生们线上观看，在课堂上学生与教师就课程内容进行交流讨论。在《水质工程学Ⅰ》授课过程中，对开放性的工程问题的开放式讨论，比如，设置“目前我国地表水的污染现状如何？”、“实际给水厂中采用的混凝剂有哪些？在工程实践中采用的提高混凝效果的措施有哪些？”、 “各种消毒方法的利弊，目前消毒技术存在的问题有哪些？”等讨论题目。课前将这些讨论题目发放给学生，学生就相关内容进行自主探索学习，在课堂上进行集中交流探讨，同学就自己的探究结果进行交流探讨。这种方式强调学生在学习过程中的主动性， 让学习者成为学习过程的主体。

2.3 将虚拟仿真技术融入课堂

《水质工程学Ⅰ》课程中还涉及到多种水处理构筑物，如混凝池、沉淀池、澄清池、过滤池等，这些构筑物有多种分类，需要学生们理解掌握给水处理构筑物的运行原理与过程。仅采用PPT图片讲授介绍难以使学生直观的认清各给水处理单元的具体结构，学生很难直观地感受水处理的工艺细节[8]。因此针对这一问题，在教学过程中，利用虚拟仿真技术构建各水处理构筑物的3D模型。这些给水处理构筑物模型能够将各构筑物的构造和尺寸直观的展现在学生面前，并能动态模拟构筑物实际运行过程中待处理水及泥渣等的运动状态，利用声音、形状等多种感官结合引起学生的注意力，再结合教师的讲解，能够有效的加深学生对给水处理单元运行原理及过程的理解与掌握。教师讲解这类知识时通过讲授法再辅以仿真技术的形象展示，实现信息技术与课堂的有机融合，有利于学生将《水质工程学1》的理论知识与给水厂的实际运行过程有机结合，实现理论向应用的转化。此外虚拟仿真技术在目前疫情防控的大背景下也具有重要的意义，出于疫情防控的需要，学生不便到给水处理厂参观学习，但认识实习环节是学生将课本知识联系实际的不可或缺的一环，此时虚拟仿真技术便发挥了巨大的作用。可以将给水厂完整的工艺通过虚拟仿真技术构建模型，通过模型演示完整的处理流程。且其具有灵活的特点可以将不同的工艺组合，使同学们能清晰的了解多种给水厂运行工艺流程。因此发展虚拟仿真技术并将其应用到《水质工程学Ⅰ》的教学过程中也是大势所趋。

3 结 语

《水质工程学Ⅰ》是水质科学与技术专业的一门主干专业课，新时代，信息技术的发展促进了教育教学方式的改革，将信息技术与《水质工程学Ⅰ》教育教学融合是一个长期、渐进的过程，也是顺应新时代环境类人才培养要求的必由之路。在教学过程中，我们可充分利用新时代学生们对信息技术的兴趣，将手机等电子设备适时应用到课程活动及管理中；将多种授课方式相融合，充分调动学生的参与度与自主性，形成师生交互式教学模式；将虚拟仿真融入到课堂中，加深同学们对知识的理解与应用。充分利用信息时代带给我们的便利，不断探索其在课程教学中的应用，帮助我们实现由被动“教”到主动“学”的教学模式转变，提升《水质工程学Ⅰ》的教育教学质量。