课程思政背景下膜处理法教学改革与实践

赵东升，徐俊，蒋耿民，张怡文，鲁菁，杨仕伟，樊碗丽

(1.南阳师范学院 土木建筑工程学院，河南 南阳 473061；2.中国海洋大学 环境科学与工程学院，山东 青岛 266100)

0 引言

2020 年5 月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知，要求各高校全面推进课程思政建设。将思政教育内容寓于专业课程教学是高校课程思政建设的关键内容[1]。水质工程学作为给排水科学与工程专业的核心课程之一，目前的教学设计还未能与课程思政建设有效匹配和同步更新[2-4]。膜处理法课程单元是水质工程学课程的重要组成部分，也是该课程最具时代特色的内容之一，教学内容涵盖传统的微滤/超滤、纳滤/反渗透、电渗析以及新兴的正渗透、膜蒸馏等膜法水处理技术。近年来，膜处理法技术研究发展迅速，内容不断更新迭代，已成为保障我国饮用水安全、改善水环境质量的关键技术，契合我国饮水安全保障、碧水保卫战等重大战略需求。将丰富的思政教育元素蕴于课程内容，这对培养学生的创新意识及科学探索精神，引导学生树立成熟的价值观至关重要。本文以膜处理法课程单元为例开展课程思政教学设计，并对实施成效进行评价，以实现“知行合一”的课程思政教育终极目标。

1 重设课程思政教学目标

在膜处理法课程单元原有知识目标和能力目标的基础上，重设价值目标，确定好课程思政主题，形成贯穿整个课程单元的课程思政教学脉络。通过讲解膜处理法课程思政案例素材及开展膜技术专题研讨等内容，引导学生树立正确的价值导向，培养工科生的职业道德、专业素养、担当精神和科学探索精神；了解膜处理法的行业发展历程，激发学生的制度自信和民族自豪感；掌握各类膜处理法的工作原理和未来发展方向，强化学生的社会责任感和担当意识。

2 完善课程思政教学内容

依据膜处理法课程单元特色，提炼专业知识体系蕴含的思政教育元素，合理拓展专业知识的深度和温度，加强具有时代特征的课程思政素材库教学资源建设，增加课程教学的知识性和人文性，为课程思政的有效开展提供充分的教育教学资源[5]。

2.1 讲好技术突破，坚定制度自信

给学生讲解天津膜天公司在全球率先开发出同质增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜以及北京碧水源打破国际垄断率先建成纤维增强型复合非溶剂致相分离法超/微滤膜生产线的案例，强调我国膜企业的自主创新能力显著提高。此外，给学生讲解膜技术近年来在我国城镇生活污水和工业废水处理领域得到快速规模化工程应用，表明我国已成为膜法污水处理技术研究最活跃、应用最广泛的国家。通过讲述技术突破创新筑牢强国之基实例和膜技术的规模化应用，使学生认识到我国社会主义制度的特点，引导学生坚定制度自信。

2.2 讲透技术原理，强化法制观念和工程伦理教育

针对电渗析的工作原理，给学生讲解通过外加直流电场的约束，水中的阴、阳离子做定向迁移，分别透过阴、阳离子交换膜，达到分离水中离子的目的[6]。这与通过法治约束公民的个人行为来确保社会秩序化运行不谋而合，教师可通过类比，引导学生树立法制观念，恪守职业道德，同时强化学生工程伦理教育。

2.3 讲明技术瓶颈，培养奉献精神和科学探究精神

在各类膜工艺运行过程中，膜材料在进水污染物和化学清洗剂的长期作用下，膜表面形成永久污染物，导致膜材料老化，膜寿命缩短。膜片牺牲自身完成水质净化，这与奉献精神有异曲同工之处。以膜永久污染和膜老化的讲解为切入点，发挥课程的外延作用，强化学生奉献意识。此外，在强调膜法污水处理技术在我国广泛研究和应用的同时，要向学生指出与国外高端膜产品相比，国产膜在高通量、抗污染和长寿命等方面的竞争仍处于劣势，低成本高性能新型膜材料的研发是拓展膜处理法工程应用前景的关键。同时，给学生强调膜污染和老化问题目前仍是阻碍膜技术在水处理领域进一步推广应用的技术瓶颈，引导学生勇于挑战科学难题，积极投身于膜技术在水质净化处理中的共性问题研究，培养学生科学探索精神。

3 改进课程思政教学方法

3.1 耦合思政课程形成同频共向的育人合力

3.1.1 膜处理法与人民健康的合一性，与人文的统一性

水是生命之源，保障饮用水安全就是保障民生[7]。教师可通过介绍膜处理法在饮用水深度处理中的应用对学生进行人文素养的熏陶。讲述20 世纪90 年代深圳建成我国第一条采用国产中空纤维超滤膜的饮用水生产线，筚路蓝缕30 余年，耦合超滤膜和纳滤膜工艺的“双膜法”为人民饮水健康开辟新的道路，使学生深刻认识到膜处理法为保障居民饮水安全和健康注入的新活力，从而实现从“有水喝”到“喝好水”的历史性跨越。基于我国人民群众“吃水”问题的历史背景与现实需求，通过强调膜处理法不断更新、日益广泛的应用现状与发展要求，从而引入解说《马克思主义基本原理》中马克思主义科学性、人民性、实践性的基本特征；融合解读《中国近代史纲要》中我党全心全意为人民服务的根本宗旨；交叉引进《习近平新时代中国特色社会主义思想概论》中始终贯彻以人民为中心的执政理念。从而使学生在膜处理法的嬗变中体悟人文价值的力量，引导学生在今后的学习与生活中坚持以人为本，起到思政育人的效果。

3.1.2 膜处理法与生态自然观的契合性，与生态文明理念的生成性

生态文明建设强调坚持人与自然和谐共生，协同推进人民富裕、国家强盛、中国美丽[8]，将生态文明思想融入膜处理法的教学实践势在必行，以横向贯通思政课程内容。首先，结合《形势与政策》碧水保卫战与美丽中国目标的提出，指出膜处理法是当前最适合再生水回用的水处理技术，同时讲述北京高碑店污水厂再生水处理工程的超滤膜工艺可实现100 万m3/d的污水再生回用，强调其在城镇污水处理及资源化利用领域的重要贡献。其次，联系《马克思主义基本原理》课程，结合膜处理法在顺应自然、保护自然的条件下促进水资源的循环利用的价值作用，强化学生对人与自然和谐相处的正确认识。最后，联系习近平新时代中国特色社会主义思想概论课程，通过对比《水污染防治行动计划》实施以来城市水生态环境的改善状况，帮助学生学深悟透膜处理法在其中发挥的关键作用，引导学生树立社会主义生态文明理念，传递“绿水青山就是金山银山”的生态价值观。

3.2 提高课程单元的“两性一度”

改进教学方法，引入科研项目、学科动态前沿和经典研究专著，提高课程“两性一度”[9]，培养学生的创新思维和科学精神。

依托教师承担的科研项目，从中提炼科学问题，以科研反哺教学，帮助学生加深对重难点知识的理解，提高课程的高阶性。教师将自主研制的新型纳滤膜与传统纳滤膜在水处理中的应用性能进行比较，使学生对膜分离的原理、基本传质方程及新型膜材料的开发有更感性的认识；将膜性能测试方法引入课堂教学，帮助学生掌握膜系统的操作模式和布置形式；在膜污染和劣化的讲解中，将膜污染和劣化机制的研究成果以图片的形式展示给学生，培养学生深度分析、大胆质疑的批判性高阶思维，强化学生独立思考的思维意识，提升学生灵活运用所学知识解决复杂问题的综合能力。

追踪学科前沿动态，将学科前沿热点转化为教学素材，牵引学生的创新性思维，提高课程的创新性[10]。将《科学》杂志报道的利用电喷雾式3D 打印技术高精度逐层打印聚酰胺膜以及《自然》杂志报道的自清洁压电陶瓷膜引入课堂，向学生展示科学家是如何通过这些先进的技术来控制膜的厚度和表面粗糙度以及如何利用导电滤膜去除附着在膜表面及孔内的污染物，开展探究式教学，提高课堂教学形式的先进性，让课堂活起来，激发学生研发高性能水处理分离膜的兴趣，提升学生的学习效率和学习质量，培养学生的创新思维和科学精神。

引入国内外经典研究专著，引导学生开展探究式学习，提高课程挑战度。推荐学生在课后阅读清华大学黄霞教授编著的《膜法水处理工艺膜污染机理与控制技术》一书，给学生较多的课下自主学习和思考时间，使学生加深对膜处理法专业知识的理解，开拓学生的学术视野，扩大知识的深度和广度，增加课程学习的挑战度。

4 课程思政教学实施

创新教学方式，潜移默化地融入思政元素，结合超星学习通网络教学平台开展线上线下混合式教学，教学互动形式灵活，提高学生的参与度，增强学生的学习动机，主要包括以下三个步骤。

4.1 课前热身

将课件提前发布在超星学习通网络教学平台，布置课前预习。推荐学生观看纪录片《让海水变“甜”》，要求每位学生提交一篇不少于300 字的观后感，使学生直观领悟膜处理法在保障我国沿海缺水地区饮用水安全中所起的重要作用，让学生在讨论区展开自由探讨，并带着问题进入课堂，保障课堂学习效率。

4.2 课堂讲授和小组研讨

依托超星学习通网络教学平台，创建水质工程学课程，开展线上线下混合式教学改革。将膜处理法相关教学内容录制成教学视频，上传至线上课程平台供学生自学，并通过监控后台数据实现精准教学。教师可将线上自学腾出的学时用于线下课堂研讨。例如，线下课前将学生划分为微滤/超滤、纳滤/反渗透、电渗析、正渗透和膜蒸馏技术五个方向的研讨小组，引导学生通过学术数据库搜索文献资料，总结各类膜法水处理技术相关研究和应用动态，为线下课堂专题研讨做好充分的准备。线下课中各小组成员根据自己搜集的资料对本小组分配的膜技术方向展开专题研讨，其他小组的成员聆听和学习。最后，教师从多功能膜拓展、膜选择性分离功能强化、特种分离膜定制和膜工艺绿色低碳发展等方面总结膜处理法未来可持续发展的方向，有效拓展课程内容的广度和深度，引导学生反思所学专业知识在解决社会重大需求中的作用，明确所学知识与社会需求之间的关系，完成知识的迁移转化。

4.3 课后话题探讨

除了引导学生阅读国内外经典研究专著外，授课教师课后在教学平台分享膜处理法相关典型工程案例链接、工程设计标准等资料，增强学生对膜处理法工程设计的感性认知。同时，在网络教学平台讨论区发布“膜技术的未来发展趋势和重点研究方向”的话题探讨，拓展学生的学习思路，开阔学生的专业视野，在潜移默化中增强学生的专业责任感。

5 课程思政教学成效评价

5.1 评价方法与设计

基于态度形成理论[11]，采用话语分析来评价学生“专业素养”态度的形成。基于认知、情景和表现三要素，将课前观后感作为认知要素的实现，将学生查阅文献资料和课堂小组研讨作为情景要素的实现，将学生的课后话题探讨作为表现要素的实现。对应设计三个阶段的评价数据搜集：第一阶段，搜集学生观后感的话语内容，进行词云分析；第二阶段，搜集学生课堂上小组研讨的语音内容，进行词云分析；第三阶段，搜集学生课后话题探讨的话语内容，进行词云分析。

5.2 评价结果与反思

在第一阶段学生课前热身环节，将学生的观后感文本导入Nvivo 12 进行词云分析，结果如图1(a)所示。首先，“利用”“使用”和“问题”等非专业知识内容的词频最高，说明课前学生还停留在表面的认同话术；其次，“淡水”“资源”和“水资源”等专业知识内容的词频出现次数较高，表明通过课前热身，学生对专业素养有了初步的体察。根据第二阶段学生课堂小组研讨语音内容的词云分析结果，如图1(b)所示，可以看出“汲取”“离子”“分离”和“回收”等专业知识内容的词频最高，说明通过教师课堂讲解和学生查阅文献资料，学生对膜处理法相关专业知识有了更深刻的理解，专业素养明显提升。在第三阶段学生课后话题探讨环节，将学生的话语内容进行词云分析，结果如图1(c)所示。可以看出，“发展”“应用”“技术”和“分离”等词出现的频率最高，说明经过课堂讨论环节，学生开始进一步思考膜处理法存在的问题，更加关注学科技术的未来发展。

图1 三个阶段的词云分析结果图

通过这一案例的分析，总结出基于态度形成理论的课程思政评价经验：要基于学科专业知识帮助学生建立认知，这是态度形成的开端；需要留心观察课堂的每一个环节，寻找适当的体验点，不断拓展课程思政建设的途径；要重视评价的反馈，以持续改进教师的教和学生的学。

6 结语

全面推进课程思政教学改革符合新时代教育发展变革的要求。如何将思政元素融入并贯穿于专业课程教学全过程和各环节，是高校教师面临的新课题。针对膜处理法课程单元，教师可通过重设课程思政教学目标、完善课程思政教学内容和改进课程思政教学方法进行课程思政教学设计。在教学实施过程中，通过课前热身、小组研讨和课后探讨三个步骤实现对学生的价值塑造，并基于态度形成理论评价课程思政教学成效，持续改进课程思政教学质量，以培养德才兼备的水处理工程技术人才。