基于新工科人才培养的“水处理微生物学”教学改革探讨

叶金宇 赵青青 宋亚丽 薛向东

摘 要：随着工程教育的全球化和对高素质工程人才日益迫切，复合型新工科人才的培养已成为教学改革的核心。在给排水科学与工程专业中，核心课程如水处理微生物学的教学策略也亟待与时俱进。本文分析了水处理微生物学课程的最新发展趋势，并结合新工科背景，提出了一系列教学方案、教学方法和培养模式的创新策略。同时，还对课程的考核方式进行了探讨和建议，旨在更好地评估学生的学习成果。这些建议不仅注重培养学生的问题解决技巧、工程思维和项目管理能力，更旨在打造一个注重实践与创新的学习环境，培养出未来工程领域的先锋人才。

关键词：水处理微生物学；新工科；教学改革；给排水科学与工程

Abstract：With the globalization of engineering education and the increasing urgency for highquality engineering talents，the cultivation of compound new engineering talents has become the core of teaching reform.In the field of water supply and drainage science and engineering，core courses such as water treatment microbiology urgently need to keep pace with the times in teaching strategies.This paper analyzes the latest development trends of the water treatment microbiology course and，in the context of the new engineering background，proposes a series of innovative strategies for teaching plans，teaching methods，and training models.At the same time，the assessment methods of the course are discussed and suggested，aiming to better evaluate students' learning outcomes.These suggestions not only focus on cultivating students' problemsolving skills，engineering thinking，and project management capabilities but also aim to create a learning environment that emphasizes practice and innovation，cultivating the pioneers of the future engineering field.

Keywords：Water Treatment Microbiology；New Engineering；Teaching Reform；Water Supply and Drainage Science and Engineering.

一、概述

自2017年起，教育部通过“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等系列高校合作措施，大力推动新工科课程的建设［1］。这些措施响应了《关于开展新工科研究与实践的通知》，旨在深入探索工科教育的新模式，为我国的科技强国战略提供有力支撑［2］。在这一进程中，教育部门不仅加强了对新兴工科学科的支持和研究，还对传统工科学科的教育方法和形式进行了深度改革。作为工科核心专业之一的给排水科学与工程，为我国的水务和市政领域培育了众多杰出人才［3］。然而，随着水工程领域项目的日益复杂化，对给排水科学与工程人才的培养模式也面临新的考验。因此，持续优化给排水科学与工程学科的教学策略并全面提高学生的综合素养，已经成为适应新工科建设需求的关键挑战。

水处理微生物学作为排水科学与工程专业的基础课程，为学生揭示了水中微生物与水处理技术之间的紧密互动。该课程内容丰富，不仅涵盖了微生物学的基础概念，还探讨了污染物在生物分解与轉化中的作用、水质的生物安全性及其监测技术，以及微生物学的研究方法［4］。在新工科背景下，对水处理微生物学课程的达成要求具有明确的指向性要求。首先，学生应具备对水处理中常见微生物类型的认知，能够系统地描述病毒、细菌、原生动物及微型后生动物的生物学特性、生态位、繁殖策略等，并能够运用关于细菌的生理特性、代谢途径、生态适应性及遗传变异的相关理论知识。其次，学生应能够将微生物学的基础理论与实践相结合，具体应用于污水的生物处理、饮用水的微生物处理及消毒等实际工程领域，并对相关的微生物学原理和处理技术有深入的掌握。最后，面对污水处理和饮用水处理中的实际工程问题，学生应能从微生物学的角度提出创新性的解决方案。这些要求不仅突显了新工科教育背景下对学生实际应用能力的强调，而且也反映了当前工科教育的趋势和方向［5］。因此，课程的结构设计、教学方法和考核方式的策略性选择对学生工程实践能力提高的培养模式创新以及课程评估的科学性都是当前教育研究的焦点。

鉴于上述背景和挑战，本文旨在探讨新工科背景下，对水处理微生物学课程进行教学改革探索，以期培养学生的实际工程应用能力。本文通过从教学方法的多元化、培养模式的创新和考核方式的革新等关键维度出发，提出一系列具体的教学策略和建议。这些建议不仅旨在更好地培养学生的综合能力和创新思维，还希望为他们在未来的工程领域中发挥领导作用提供坚实的基础。希望本研究能为相关领域的教育工作者提供有益的参考，并推动水处理微生物学课程的持续创新和完善。

二、教学方案的优化

近年来，水处理微生物学领域经历了飞速的理论和技术进展。随着新技术和方法的不断涌现，研究成果在给排水科学与工程领域得到了广泛应用。为适应这种变化并满足培养具备强大工程实践能力、创新能力和国际竞争力的高素质新工科人才的需求，亟须对水处理微生物学的教学方案进行深度的改革。这种改革应紧跟学科的最新发展，不仅传授基础知识，还要拓展学生的视野，并培养其实践和创新能力。但如何在有限的教学时间内确保教学的系统性和完整性，同时涵盖学科的最新进展，是一个待解决的挑战。为此，建议在教学内容中整合国际学术前沿、最新研究成果和实践工程案例，使内容更加丰富和实用。这样不仅可以避免对某些基础知识的过度强调，还能增强学生对实际应用技术的理解。此外，建议将教学模式从传统的教师中心转变为更注重学生参与的模式，以提高教学质量并更好地培养学生的创新意识和能力。同时，各个章节的内容应融合学科最新的研究成果和工程实例，以满足模块化、立体化教学的需求，确保在有限的时间内提供高质量的教学。

在新工科教育背景下，对学生的工程素质和实践能力的培养受到了前所未有的重视。为此，在理论与实验教学中，对工程应用内容的深度和广度都有了更高的要求。尤其是在水處理微生物学的教学中，其具体知识和原理都需进行深入、细致的探讨。为了提升教学效果，应系统地收集和整理国内外的杰出教材，并引入创新的多媒体素材，如图片和动画，从而优化课堂幻灯片的展示效果。为进一步加强学生的实践能力，应组织学生分组研究使用微生物技术进行污水处理的实际工程项目。学生需要自行通过网络和数据库查找环境微生物学的相关资料，并进行汇总和分析，最终制作出专题幻灯片。每组都会选出代表或自荐者在大课上分享他们的研究成果，这不仅加深了他们对工程知识的理解，还为他们后续的实习活动打下了坚实的基础。此外，还需要定期邀请具有丰富实践经验的企业专家为学生开设讲座，旨在加强学校与水处理行业的联系，帮助学生及时了解行业最新动态，并激发他们对水处理微生物学课程的学习兴趣。

三、教学方法的多元化

本课程应以学生的全面发展为核心，旨在确保知识、思维和人格三者之间的协同进展［6］。为满足学生的多样化学习需求，教学方法应多元化，包括启发式、探究式、讨论式和参与式等方式，以促进学生的自主学习和批判性思维。团队学习和案例分析也是教学的重要组成部分，有助于培养学生的实践和创新能力。例如，在探讨活性污泥中的硝化细菌时，可以先深入了解其生态分布和生理特性，然后详细分析其在氮循环中的作用，以及如何在实际工程中将其效果最大化。这种教学方式旨在将理论知识与实际应用相结合，使学生更好地理解和应用所学知识。为适应现代教育趋势，建议采用线上线下混合式教学模式，结合在线教学的便利性和传统教学的深入性，为学生提供更加丰富的学习体验。同时，评价学生的学习过程也十分关键，应确保评价方式的多样性和公正性，从而更好地推动学生的全面成长。

水处理微生物学与实际的污水处理紧密相连。为确保学生深入掌握理论知识并能在实际工作中应用，建议在本课程中引入污水处理厂的现场教学环节。此环节将使学生有机会直接进入污水处理厂，亲历真实生产环境，观察微生物在污水处理中的应用。这种实地教学可以帮助学生直观地领会微生物学的关键概念，例如微生物细胞结构、生长控制及其代谢功能，并将所学理论与实际应用技术结合起来。这不仅有望加深学生对理论的理解，还可以锻炼他们的实际工程操作和问题解决能力。为进一步优化教学，建议将基础知识与实际应用案例相结合。这种策略鼓励学生遵循“理论—实践—再理论—再实践”的学习模式，深化对理论与实践关系的认识。另外，利用现代教育技术，建议采用“虚实结合”的教学方式。通过虚拟仿真实验，学生可以在模拟环境中分析污水处理流程，识别问题并提出改进措施。这不仅有望增强学生对微生物污水处理的了解，还有助于提升他们在工艺流程调整和控制上的技能，进一步培养其实践和创新能力。

四、培养模式的创新

在当前的高等学校教育趋势中，产业、教学和研究的融合已经成为核心策略［7］。为此，水处理微生物学课程应当紧扣“学生中心，产出导向，持续改进”的教学理念，充分利用地方的产业优势，将该课程与地方产业的相关工程项目建立深度合作关系。这样的合作方式不仅可以构建一个多元化的协同培养体系，还能确保课程内容与行业标准高度匹配［8］。同时，建议水处理微生物学课程应深入融入项目式学习，与当地的水务、市政和环保企业建立紧密的合作关系，为学生提供实习机会，鼓励学生参与污水处理工艺的选择、活性污泥的培养，使他们在真实的工作环境中应用所学，进一步增强其实操技能，真正做到“学以致用”。此外，跨学科合作也是一个不可忽视的方面，例如，鼓励学生与化学和环境工程等学科的学生共同解决问题，以培养他们的团队合作精神和跨学科思维。定期的实际水处理案例分析可以帮助锻炼学生的批判性思维和问题解决能力。最后，在水处理微生物学课程设计中，我们应当充分利用科研成果，将其融入教学中。例如，课程团队在研究中取得的关于活性污泥和厌氧氨氧化菌的成果，可以作为教学案例和素材为学生提供实际参考。为了进一步强化科研与教学的结合，还可以考虑实施“双向选择、双导师制、双重身份、双方评价”的培养模式，从而构建一个实践与理论相结合的教学体系。这样的模式不仅能够促进教学与科研之间的紧密互动，还能确保课程团队的学术研究成果能够为教学提供有力支撑，进而为学生带来更加深入和实际的学习体验。

五、考核方式的革新

当前，传统的课程考核方式已不完全适应素质教育的需求，可能导致学生在基础知识掌握和专业领域的综合应对能力上存在不足。特别是对于注重应用性和工程实践能力的课程，如水处理微生物学，需要探索和建立更为合理和科学的考核体系。目前，水处理微生物学课程的考核大多集中在传统的笔试上，这主要关注学生对理论知识的掌握，但很难全面评估学生在实践中的应用能力。为了更全面地评估学生的学习成果，建议采用综合考核方法，既考查学生的基础知识，也考查其在工程实践中的应用能力。基础知识的考核可以继续采用传统方式，如平时成绩（作业）、课堂提问、期中测试和期末考试等，以实现对学生知识的多次、深入的评估。而工程应用能力的考核则应重点关注学生如何将所学知识应用于实际生产中，例如，可以通过大型作业或项目的形式，评估学生在水质评估、污水处理工艺流程选择和生产安全保障等方面的综合能力，从而更加全面地培养和评估学生的实际应用能力。

結语

在新工科背景下，高等教育人才培养的模式正在经历深刻的变革，其中实践环节被视为培养高级工程技术人才的关键环节。对于水处理微生物学这一课程，其核心目标是培养学生能够综合运用科学理论和技术手段，从而有效地分析和解决实际污水处理工程问题。为实现这一目标，本文从四个维度出发：优化教学方案、采用多元化的教学方法、创新人才培养模式和革新考核方式，对水处理微生物学课程的教学改革进行了探讨。此外，为确保教学内容与实际需求保持同步，需持续关注水处理微生物领域的国内外教育趋势，深入了解相关行业对人才的具体需求以及国际发展动态。这样，才能确保培养出的给排水科学与工程学毕业生不仅具备国际化的视野，还拥有扎实的工程素养，从而为推进生态文明建设做出更大的贡献。

参考文献：

［1］徐卓君，杨晓华.以学生发展为中心的土木工程专业教育模式探索——以澳大利亚高校实践为例［J］.高等建筑教育，2023，32（1）：121126.

［2］韩超艳，魏永侠，郭便.新工科背景下地方高校工业设计专业人才培养模式探索［J］.创新创业理论研究与实践，2022，5（24）：126128.

［3］马江雅，丁磊，张新喜，等.新形势下给排水科学与工程特色专业建设探讨［J］.高等建筑教育，2019，28（2）：2632.

［4］曾涛涛，张晓玲，胡青，等.给排水科学与工程专业“水处理微生物学”教学改革与探索［J］.科技创新导报，2020，17（19）：193197.

［5］车伟，孙俊利，杨震铂.新工科背景下土木工程专业实习实践教学体系创新与实践——以中国地质大学（北京）为例［J］.高等建筑教育，2022，31（4）：1723.

［6］吴朝晖.努力构建以立德树人，全面发展为导向的人才培养体系［J］.中国高教研究，2019，03：16.

［7］李新.基于产教融合背景下的工程训练教学探析［J］.大众标准化，2020，14：122123.

［8］赵晓霞，王卫东，蒋琦玮，等.新工科视角下土木工程核心能力实践教育体系建设［J］.高等工程教育研究，2020，1：3136.

基金项目：浙江科技学院课程思政教学研究项目（2023ksj3）；浙江科技学院教学研究与改革一般项目（2022jg39）；浙江科技学院研究生教学研究项目（2021 yjsjg01）

作者简介：叶金宇（1991— ），男，黑龙江牡丹江人，博士研究生，讲师，主要从事水污染控制方向的教学与科研；赵青青（1994— ），女，河南新乡人，博士研究生，讲师，主要从事饮用水处理方向的教学与科研；宋亚丽（1974— ），女，吉林公主岭人，博士研究生，教授，主要从事地表水处理的教学与科研工作；薛向东（1971— ），男，江苏铜山人，博士研究生，教授，主要从事固体废弃物处理处置的教学与科研工作。