《水污染控制工程》线上线下混合式教学体系建设与实践

＊李彦澄 徐鹏 李江

（贵州大学 资源与环境工程学院 贵州 550025）

线上线下混合式课程教学是指基于慕课、专属在线课程（SPOC）或其他在线课程，运用适当的数字化教学工具（包括在线教学平台、智慧教学辅助工具、短视频软件、聊天互动软件等），对现有课程教学体系进行改造，将线上教学内容和线下面授进行有机结合，充分利用线上线下的教学优势，使学生的能力得到全面的提升。近年来，高校课程的线上线下混合式教学模式发展迅速，在各高校得到了大范围的应用，形成了各具特色的教学范式，如基于深度学习的“阶梯式加深混合教学一般模式”[1]、融合式教学[2]、“异步混合式教学+线下实践”教学设计[3]、有机融合课程思政的线上线下教学模式[4]、基于OBE理念的线上线下混合教学模式[5]、融合“线上线下”的继续教育[6]等。由于线上线下混合式教学更能适应时代发展的需求，现已覆盖了不同专业的不同课程，包括了专业课、公共基础课、实践课等，如《水处理技术》[7]《中国近现代史纲要》[8]《C++程序设计》[9]、大学体育[10]、大学英语[11]、思政课[12]、实验教学课[13]等。但是，对于不同地区不同学校的课程，由于师资力量、教学平台、教学内容、学生特点等存在较大差异，线上线下混合式教学模式并不能完全适用，各课程教学团队应根据现有的教学范式，结合本专业学生的实际情况进行线上线下混合式教学体系建设。

针对贵州大学环境工程专业核心课程《水污染控制工程》，该课程在教学过程中采用高廷耀主编的《水污染控制工程》作为主要参考教材，本论文在现有课程体系的基础上，根据本专业现有的基础平台，充分考虑学生特点，有机融入线上教学内容，构建适合本专业学生的线上线下混合式教学体系，并通过实施混合式教学，明确该教学体系的实际应用效果。论文研究成果能有效指导环境工程专业开展线上线下混合式教学，并为其他课程提供参考依据。

1.课程目标

通过《水污染控制工程》课程教学，使学生掌握污水的物理处理、物理化学处理及生物处理等各种废水处理技术的基本理论知识、处理构筑物的工作原理及设计计算，使学生学会污水处理过程中存在问题的分析方法，为以后开展相关工程实践、实验研究奠定基础。结合工程教育专业认证的要求，确定了该课程具体目标为：

课程目标1：掌握水污染控制专业理论知识，并能够针对水污染特性建立数学模型并求解；

课程目标2：掌握水污染物理处理、物理化学处理、好氧生物处理、厌氧生物处理、工业废水处理、污泥处理与处置、土地处理等污水处理技术及原理，能够利用专业知识分析复杂水处理工程问题的关键环节和技术参数，并能够提出优化对策；

课程目标3：能够利用计算机仿真模拟、计算软件等现代工具进行水污染工程问题模拟和计算，并能结合文献资料对结果进行分析评价；

课程目标4：能够查阅水污染控制工程有关规范及标准，并能在工程实践中自觉捍卫和遵守；

课程目标5：能够开展团队协作，承担并完成工作任务。

2.线上线下混合式教学体系

课程结合“以学生发展为中心，学习成果为导向，学习效果为标准，持续改进”的教学理念，在工程教育专业认证背景下，结合环境工程专业特色，构建出合适的线上线下混合式教学体系，如图1所示，其中线上教学环节主要为视频学习、线上作业、虚拟仿真、线上答疑、资料库和视频直播，线下教学环节主要为班级授课、小组讨论、设计作业、中期考核、实验教学、课程设计和课程实习。学生考核方式为：线上视频学习成绩10%+线上作业5%+工程设计作业15%+仿真实验报告5%+考勤5%+中期汇报评价10%+期末考试50%，课程综合实验和课程设计单独考核，线上答疑情况、资料库使用情况、视频直播观看情况仅作为提升学生能力的非考核环节。

课程所采用的线上线下混合式教学体系是基于现有的教学模式，并融入了地方及专业特点，具有以下主要特色：

（1）线上视频教学：利用雨课堂进行视频学习，主要采用清华大学国家级精品在线课程《水处理工程》，通过对国家级精品课程的学习，弥补了线下教学的不足，让学生进一步巩固的专业理论知识，提高了学生的创新思维；

（2）仿真模拟实验：在课程中开展了污水处理工艺的仿真模拟实验，通过仿真模拟实验使学生进一步熟悉污水处理厂的工艺流程、构筑物作用、运行控制，提高学生的学习主动性和积极性；

（3）工程设计作业：将传统的设计讲解变为学生的实际操作设计，让学生在课后完成格栅、曝气沉砂池、沉淀池、生化池、生物接触氧化、人工湿地和UASB的设计计算，学生在设计过程中需收集大量的资料，并复习相应的理论知识，提高了学生的工程设计能力，并巩固了理论知识；

（4）视频直播：采用在线直播软件进行视频直播，让学生进一步熟悉工程建设过程和科研过程，学生观看和积极互动；

（5）学生能力提升情况综合评价：课程结束后，根据学生在每个教学环节的表现情况，对每个学生的能力达成情况和课程目标达成度情况进行综合评价，并将评价结果用于改进水污染控制工程课程体系。

3.实施成效

为了评估《水污染控制工程》线上线下混合式教学体系在贵州大学环境工程专业的实施效果，分别从课程目标达成度评价和学生能力达成度评价两个角度进行分析。

(1)课程目标达成度评价

课程目标达成度的评价值计算方法如下：

其中，Zi为课程第i个课程目标达成度；Yij为课程第i个课程目标的第j个考核环节实际平均得分；Yij′为课程第i个课程目标的第j个考核环节总分；α为课程第i个课程目标的第j个考核环节的权重。

课程目标达成度计算结果如表1和图2所示。根据计算结果可知，课程目标达成度较好的是课程目标1、课程目标3和课题目标4，说明学生对基础理论知识、仿真模拟软件等方面掌握较好，能够利用现代工具进行水污染工程问题模拟和计算。但课程目标2的达成情况较差，还需进一步提高利用专业知识分析复杂水处理工程问题的关键环节和技术参数方面的能力。

表1 课程目标达成度评价

图2 课程目标达成度

(2)学生能力达成度评价

每个学生能力达成度的评价值计算方法如下：

其中，Ai为某学生对应某门课程的课程目标达成度；Sij为某学生在课程第i个课程目标的第j个考核环节实际得分；Sij′为课程第i个课程目标的第j个考核环节总分；β为课程第i个课程目标的第j个考核环节的权重。

学生能力达成度计算结果如图3所示。根据计算结果可知，大部分同学的能力达成度均超过0.65（红线），整体上符合正态分布趋势，有个别同学的单个课程目标小于0.65。

图3 学生能力达成度

(3)综合分析

从课程目标达成度评价结果可知，本课程的5个课程目标的达成度均超过了0.65，但单个学生的能力达成度评价结果显示大部分同学的能力达成度均超过0.65，其学生数量大于90%。此外，通过虚拟仿真练习，学生进一步熟悉了污水处理厂运行控制管理系统，提高学生对污水处理厂的运行管理能力。通过课程实验增加了学生分析测试能力和实际动手能力，并在一定程度上提高了学生的科研创新思维。通过课程设计使学生能独立开展污水处理厂工程设计，熟悉相关的法律法规和标准规范。通过直播教学，让学生进一步熟悉工程建设过程和科研过程。说明经过《水污染控制工程》课程学习，学生在专业知识、实验操作、工程设计、职业道德、科研创新等方面得到了较大的提升。

4.结束语

通过构建《水污染控制工程》线上线下混合式教学体系，有机融合线上教学环节（主要为视频学习、线上作业、虚拟仿真、线上答疑、资料库和视频直播）以及线下教学环节（主要为班级授课、小组讨论、设计作业、中期考核、实验教学、课程设计和课程实习），使学生在专业知识、实验操作、工程设计、职业道德、科研创新等方面的能力得到了较大的提升，并从课程目标达成度和学生能力达成度两个角度进行评价。研究成果能有效指导环境工程专业开展线上线下混合式教学，并为其他课程提供参考依据。