基于開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式下的水污染控制工程教學(xué)設(shè)計(jì)研究論文
摘 要：武昌理工學(xué)院踐行成功素質(zhì)教育理念，創(chuàng)立了開發(fā)內(nèi)化教育模式。為了提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實(shí)際工程問題的能力，突出創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)，本文以《水污染控制工程》為例，創(chuàng)造性的把開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式融入課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，探討了課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、課堂教學(xué)過程實(shí)施和教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)，為環(huán)境工程應(yīng)用性課程的教學(xué)設(shè)計(jì)研究提供一定的理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式；教學(xué)設(shè)計(jì)；水污染控制工程；課程目標(biāo)
教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)教學(xué)對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)，確定合適的教學(xué)起點(diǎn)與終點(diǎn)，有序地安排教學(xué)諸要素形成教學(xué)方案的過程 [1]。加涅[2]認(rèn)為“教學(xué)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)化規(guī)劃教學(xué)系統(tǒng)的過程”，強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)是對(duì)教學(xué)過程和途徑的優(yōu)化�？掀照J(rèn)為：“教學(xué)設(shè)計(jì)是一種連續(xù)動(dòng)態(tài)的計(jì)劃過程，即運(yùn)用系統(tǒng)方法研究教學(xué)過程中各要素之間有關(guān)聯(lián)的問題和需求，再尋找解決問題的方法步驟，然后評(píng)價(jià)教學(xué)成果的過程[3]。徐英俊認(rèn)為“教學(xué)設(shè)計(jì)是運(yùn)用系統(tǒng)方法確定教學(xué)目標(biāo)、分析教學(xué)問題、建立策略方案、試行解決方案、評(píng)價(jià)試行結(jié)果和修改方案的過程[4]。梅瑞爾認(rèn)為教學(xué)設(shè)計(jì)的目的是創(chuàng)設(shè)和開發(fā)促進(jìn)學(xué)生掌握這些知識(shí)技能的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)環(huán)境[5]，強(qiáng)調(diào)了對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。我國教育技術(shù)界專家何克抗教授提出了“雙主”教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，即在教學(xué)中既要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要?jiǎng)?chuàng)造有利于學(xué)生主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，有利于體現(xiàn)學(xué)生的主體地位的新型學(xué)習(xí)環(huán)境，初步建立了具有我國特色的教學(xué)設(shè)計(jì)理論體系[6-7]。
筆者認(rèn)為課程的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)服從學(xué)校辦學(xué)理念和培養(yǎng)目標(biāo)。武昌理工學(xué)院踐行成功素質(zhì)教育理念，創(chuàng)立了開發(fā)內(nèi)化教育模式。開發(fā)內(nèi)化即通過教師開啟學(xué)生的智慧，發(fā)掘?qū)W生的潛質(zhì)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的動(dòng)力和活力，引導(dǎo)和促使學(xué)生將教學(xué)內(nèi)容通過接受、理解、消化、運(yùn)用、實(shí)踐等內(nèi)化為自身相應(yīng)的觀念素質(zhì)、品格素質(zhì)、知識(shí)素質(zhì)、能力素質(zhì)、方法素質(zhì)[8]。因此，在滿足教學(xué)設(shè)計(jì)基本要求的前提下，創(chuàng)造性的把開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式的三個(gè)環(huán)節(jié)（教師引導(dǎo)—學(xué)生研習(xí)和課堂檢驗(yàn)—精講提升和釋疑解惑）融入課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，是推進(jìn)我校教學(xué)改革的必然要求，是對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)理論研究的深化與拓寬。環(huán)境工程學(xué)科包含的水、氣、聲、固等污染控制工程類課程、具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性。為了提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)其解決實(shí)際工程問題的能力，突出創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)，本文結(jié)合開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式，以《水污染控制工程》為例，探索開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式下環(huán)境工程應(yīng)用型課程教學(xué)設(shè)計(jì)。旨在通過科學(xué)合理的課程設(shè)計(jì)研究，貫徹“以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為中心的教”，促使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)探究式學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)由專業(yè)知識(shí)教育向?qū)I(yè)素質(zhì)教育的根本轉(zhuǎn)變，為環(huán)境工程應(yīng)用性課程的教學(xué)設(shè)計(jì)研究提供一定的理論基礎(chǔ)。
1 .課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)
課程教學(xué)目標(biāo)指教學(xué)活動(dòng)預(yù)期達(dá)到的結(jié)果，也是教師完成教學(xué)任務(wù)所要達(dá)到的要求和標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)科學(xué)合理的課程教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)中能起到指揮棒的作用。基于開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式，課程教學(xué)目標(biāo)應(yīng)體現(xiàn)觀念、品格、知識(shí)、能力、方法五大素質(zhì)目標(biāo)。對(duì)該門課程來說，觀念素質(zhì)目標(biāo)是具有環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展理念；品格素質(zhì)目標(biāo)是嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、精益求精和開拓創(chuàng)新的精神；知識(shí)素質(zhì)目標(biāo)是掌握生活污水的物理處理、化學(xué)處理、生化處理、物理化學(xué)處理和污水廠污泥處理的基本原理和基本技術(shù)，掌握污水處理工藝中常用設(shè)備及構(gòu)筑物的構(gòu)造和工作原理，熟悉污水處理工藝中相關(guān)設(shè)備的選型和應(yīng)用，了解水污染控制的前沿動(dòng)態(tài)（新概念、新工藝、新技術(shù)）和相關(guān)政策法規(guī)；能力素質(zhì)目標(biāo)是具備從事水污染控制領(lǐng)域的科學(xué)研究、廢水處理系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)、工藝和設(shè)施的設(shè)計(jì)、技術(shù)分析、運(yùn)行管理能力[9]；方法素質(zhì)目標(biāo)是掌握污水處理常規(guī)工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和熟練繪制環(huán)境工程施工圖的方法。五大素質(zhì)目標(biāo)是一個(gè)有機(jī)的整體，共同構(gòu)成了課程的素質(zhì)目標(biāo)。其中觀念和品格素質(zhì)目標(biāo)處于核心地位，起導(dǎo)向和定位作用；知識(shí)素質(zhì)、能力素質(zhì)和方法素質(zhì)目標(biāo)起著基礎(chǔ)的作用。
2 教學(xué)方法設(shè)計(jì)
開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)及通過教師的引導(dǎo)將教學(xué)內(nèi)容內(nèi)化為學(xué)生的素質(zhì)，教師應(yīng)該根據(jù)課程目標(biāo)、內(nèi)容、特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際，靈活采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目載體、頭腦風(fēng)暴、現(xiàn)場法、案例法、問題式、討論式、互動(dòng)式等多種教學(xué)方法實(shí)施和強(qiáng)化開發(fā)內(nèi)化教學(xué)。環(huán)境工程學(xué)科大多數(shù)課程是污染控制工程類課程，任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目載體式教學(xué)方法是以工程項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的思想組織教學(xué)內(nèi)容，以工程模塊的方式設(shè)計(jì)教學(xué)單元項(xiàng)目，將每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目分解為多個(gè)子任務(wù)，精選和設(shè)計(jì)子任務(wù)對(duì)應(yīng)的教學(xué)案例和實(shí)訓(xùn)案例；同時(shí)以項(xiàng)目教學(xué)單元任務(wù)為主線，以典型案例為載體實(shí)施教學(xué)，將課程單元知識(shí)點(diǎn)融合到案例和實(shí)訓(xùn)練習(xí)中。以《水污染控制工程》（第三版，下冊(cè)，高教出版社）教材為例，通過設(shè)計(jì)合理的主體項(xiàng)目，將第九、十、十二、十八和十九章的教學(xué)內(nèi)容通過主體項(xiàng)目的子任務(wù)串聯(lián)在一起，從而將這五大章的知識(shí)要點(diǎn)以任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的方法融合到主體項(xiàng)目這條主線中。主體項(xiàng)目設(shè)計(jì)如下：
已知某城鎮(zhèn)生活污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)為：動(dòng)植物油類=100mg/L，COD=400mg/L，BOD5=250 mg/L，NH3-N=38 mg/L，TP=10 mg/L，SS=200mg/L，污水中含有一定量的漂浮物和砂子、煤渣等無機(jī)顆粒，進(jìn)水流量為7萬噸/天。項(xiàng)目要求：（1）通過工藝比選分析后設(shè)計(jì)出合理的工藝流程，并對(duì)主要構(gòu)筑物或設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和選型，使處理后的污水能夠達(dá)到《污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。（2）該城鎮(zhèn)在北邊有一塊長200米、寬150米的平地可作為污水處理廠廠址，最低地面標(biāo)高為3.5米，地下水位標(biāo)高為0.5米，地基承載能力為15噸/m2，污水收集管網(wǎng)總出口標(biāo)高為1.5米。年平均氣溫15℃，年降水量800mm，夏、冬季計(jì)算氣溫分別為30℃和5 ℃；夏、冬季主導(dǎo)風(fēng)向分別為東南風(fēng)和西北風(fēng)。畫出污水處理廠平面布置和高程圖。
2.畫出污水廠高程布置圖。
由表1可知，這些子任務(wù)以工程項(xiàng)目為主線，涵蓋廢水的水質(zhì)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)、物理處理、活性污泥處理、污泥處理、污水處理廠的設(shè)計(jì)等教學(xué)要點(diǎn)，有一定的系統(tǒng)性、邏輯性和前后連貫性，具備目標(biāo)可達(dá)性，具備符合學(xué)生層次解決問題的可行性。有了具體可行的項(xiàng)目任務(wù)和目標(biāo)，能夠激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索和解決實(shí)際問題的動(dòng)機(jī)，學(xué)生在通過查閱文獻(xiàn)、工程調(diào)查、實(shí)證研究、模型應(yīng)用、交流討論等方式完成任務(wù)的過程中，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用、創(chuàng)新和內(nèi)化。對(duì)于該課程理論性比較強(qiáng)的內(nèi)容如沉淀的基礎(chǔ)理論、污水生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、活性污泥法數(shù)學(xué)模型等內(nèi)容采用問題探究式和問題解決式的教學(xué)方法比較合適，即把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過讓學(xué)習(xí)者合作解決真正的問題，來學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問題的技能和形成自主學(xué)習(xí)的能力[10]。將每個(gè)教學(xué)單元設(shè)計(jì)成若干針對(duì)性強(qiáng)的問題，學(xué)生的自主研習(xí)和老師的教學(xué)內(nèi)容將圍繞解決問題展開。對(duì)于生物膜法、穩(wěn)定塘和污水的土地處理、化學(xué)和物理化學(xué)處理、厭氧生物處理等內(nèi)容既可以通過設(shè)計(jì)合理的主體項(xiàng)目采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，也可以采用工程案例分析法、討論式等教學(xué)方法加以靈活補(bǔ)充，使教學(xué)內(nèi)容既有理論問題的分析又有實(shí)際問題的探討�？傊�，對(duì)于環(huán)境工程污染控制類課程，采用以工程項(xiàng)目的思想組織教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)驅(qū)動(dòng)、工程案例、問題解決式等教學(xué)方法，既能充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又能創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生主動(dòng)探索和創(chuàng)新，有利于體現(xiàn)學(xué)生主體地位的學(xué)習(xí)環(huán)境。
3 .課堂教學(xué)實(shí)施過程設(shè)計(jì)
好的課堂教學(xué)過程設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)向每一堂課要質(zhì)量的前提，是決定教學(xué)內(nèi)容整體設(shè)計(jì)的實(shí)施效果的關(guān)鍵�；陂_發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式，《水污染控制工程》課堂教學(xué)過程設(shè)計(jì)圍繞以下以下3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。
1.教師引導(dǎo)。通過教師的主導(dǎo)作用促成學(xué)生內(nèi)化，這是開發(fā)內(nèi)化教學(xué)的根本目的。而教師引導(dǎo)目的就在于充分發(fā)揮教師在教學(xué)全過程中的主導(dǎo)作用。首先是導(dǎo)入引導(dǎo)，這是上好每一次課的良好開端。導(dǎo)入引導(dǎo)的關(guān)鍵是立足教學(xué)內(nèi)容精選典型的工程案例、環(huán)保事故、相關(guān)視頻或新頒布的環(huán)保法規(guī)等，吸引學(xué)生高度關(guān)注本次課的教學(xué)內(nèi)容。然后是推進(jìn)引導(dǎo)，這是上好每次課的過程保障。在課堂知識(shí)點(diǎn)的過渡結(jié)點(diǎn)時(shí)，教師備課室要精心設(shè)計(jì)需要設(shè)問的'問題推進(jìn)和遞進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，從而保證學(xué)生思維注意力的連貫性和學(xué)生與教師思維的同步性。最后是歸結(jié)引導(dǎo)，這是上好每次課的完美結(jié)終。歸結(jié)引導(dǎo)可采用歸納法和抽象法。前者是對(duì)本次課所講授的內(nèi)容進(jìn)行梳理，以揭示有序的知識(shí)鏈，重在學(xué)生記憶。后者是對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)在的、本質(zhì)的的提升，揭示知識(shí)點(diǎn)的綱和目，重在學(xué)生理解。精心設(shè)計(jì)的教學(xué)引導(dǎo)有著良好的啟發(fā)效應(yīng)，能夠激發(fā)學(xué)生思考，真正起到開發(fā)引導(dǎo)作用。
2.學(xué)生研習(xí)和課堂檢驗(yàn)。開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式主要是通過“三習(xí)”（即復(fù)習(xí)思考題、預(yù)習(xí)思考題、練習(xí)題）促成學(xué)生自主學(xué)習(xí)。對(duì)于以任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目載體為主要教學(xué)方法的教學(xué)內(nèi)容，三習(xí)題的設(shè)置和子任務(wù)是一致的；以問題解決、案例分析主要教學(xué)方法的教學(xué)內(nèi)容，“三習(xí)題”要科學(xué)設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)隱含于問題背后的理論知識(shí)，形成解決問題的技能和提高自主學(xué)習(xí)的能力。預(yù)習(xí)題側(cè)重引導(dǎo)、提示、布置任務(wù)；復(fù)習(xí)題綜合性較強(qiáng)，側(cè)重理解和應(yīng)用；練習(xí)題以側(cè)重思考和運(yùn)用應(yīng)用為主，有一定的廣度和深度，能促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考，創(chuàng)新思維。只有布置任務(wù)而沒有檢驗(yàn)，教學(xué)效果會(huì)遞減，課堂檢驗(yàn)是開發(fā)內(nèi)化教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課堂檢驗(yàn)任務(wù)和三習(xí)題內(nèi)容基本一致，重在檢驗(yàn)教學(xué)的核心內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)。課堂檢驗(yàn)的形式可以采用提問、小測驗(yàn)、討論等形式。檢驗(yàn)時(shí)間根據(jù)教學(xué)內(nèi)容可安排15-20分鐘左右。教師對(duì)學(xué)生的回答必須客觀點(diǎn)評(píng)，特別是錯(cuò)誤回答要給予糾正，對(duì)不同學(xué)生觀點(diǎn)要給予鼓勵(lì)。凡有檢驗(yàn)，就必須有成績記載，教師對(duì)學(xué)生回答問題的評(píng)分必須公正，這是對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)、對(duì)學(xué)生大愛的表現(xiàn)。
3.精講提升和釋疑解惑。開發(fā)內(nèi)化教學(xué)的精髓是通過教師精心布置教學(xué)任務(wù)、精心選擇布置相應(yīng)的參考書目和課堂上的嚴(yán)格檢驗(yàn)，提升學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的能力，因此課堂上教師不能對(duì)教學(xué)內(nèi)容面面俱到。教師主要講授教學(xué)內(nèi)容精粹，講清要點(diǎn)、重難點(diǎn)和自己的觀點(diǎn)，使學(xué)生能夠達(dá)到理解和掌握的程度；通過突破重點(diǎn)和解決難點(diǎn)，使學(xué)生能夠在理解和掌握的基礎(chǔ)上達(dá)到會(huì)運(yùn)用的程度；同時(shí)要結(jié)合章節(jié)內(nèi)容介紹學(xué)科發(fā)展方向、前沿和展望和教師自己的可以成果，引導(dǎo)學(xué)生探索未知。因此要做到精講提升就需要教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容一定要有全面深入的研究，達(dá)到熟練精通的程度。另外，教師要培養(yǎng)學(xué)生善于提問的習(xí)慣，不能消極被動(dòng)等待學(xué)生提問，而要善于抓住疑點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生提問并逐步深化、推進(jìn)問題，和學(xué)生共同溝通、探討、解決問題，使枯燥的學(xué)習(xí)變成充滿樂趣的探究。反之，學(xué)生質(zhì)疑的深度與難度，也是衡量教師教學(xué)水平和學(xué)生內(nèi)化程度的重要標(biāo)志。
4 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)
本課程采用了多種形式的實(shí)踐教學(xué)包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、科研訓(xùn)練和社會(huì)實(shí)踐等，理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)課時(shí)比例達(dá)到1：1，使學(xué)生在立體化實(shí)踐中提高實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和專業(yè)素質(zhì)。哈佛大學(xué)前校長陸登庭在北大講壇上曾說：“在邁向新世紀(jì)的過程中，一種最好的教育就是有利于人們具有創(chuàng)新性，使人們變得更善于思考，更有追求的理想和洞察力，成為更完善、更成功的人�！盵11]單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)已不能滿足對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，為了更好地讓學(xué)生通過多元化綜合性實(shí)驗(yàn)和科研訓(xùn)練把專業(yè)知識(shí)、專業(yè)能力和專業(yè)方法內(nèi)化為學(xué)生自身穩(wěn)定的專業(yè)素質(zhì)，我們建立了綜合設(shè)計(jì)和開放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)室配置了多種生物反應(yīng)器如UASB、SBR、A2/O、完全混合式反應(yīng)器，Linpor反應(yīng)器，水解酸化池等；物理及物理化學(xué)處理設(shè)備如石英砂濾池、活性炭吸附柱、氣浮裝置、離子交換設(shè)備、反滲透裝置等設(shè)備；消毒設(shè)備如臭氧發(fā)生器、紫外消毒等設(shè)備和液相色譜、熒光分光光度計(jì)等水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。學(xué)生根據(jù)興趣自行確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，撰寫實(shí)驗(yàn)任務(wù)書。在指導(dǎo)老師審定實(shí)驗(yàn)的可行性之后，各組學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。如果實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性較強(qiáng)、內(nèi)容豐富、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，課程老師進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生撰寫和發(fā)表科研論文。實(shí)踐證明，綜合性實(shí)驗(yàn)和科研訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)不僅能夠較好地培養(yǎng)學(xué)查閱文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、大型儀器調(diào)試、數(shù)據(jù)分析、論文寫作等方面的能力，還能培養(yǎng)他們團(tuán)隊(duì)協(xié)作、開拓創(chuàng)新的精神，對(duì)貫徹我校成功素質(zhì)教育，滿足學(xué)生全面發(fā)展也有重要意義。
教學(xué)既是科學(xué)，又是藝術(shù)，教學(xué)的真諦不在于傳授、仿效，而在于通過教師開發(fā)促成學(xué)生將教學(xué)內(nèi)容內(nèi)化為自身的素質(zhì)，主體如果對(duì)某些知識(shí)雖然能夠記憶、理解、會(huì)模仿，但不會(huì)運(yùn)用，沒有形成相應(yīng)的知識(shí)、能力或方法素質(zhì)，最終會(huì)逐漸遺忘。教學(xué)確實(shí)需要我們每位教師真正用“心”去研究教學(xué)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新教學(xué)方法。只要我們做到忠誠教育，大愛學(xué)生，志存高遠(yuǎn)，不懈追求，就一定能夠培養(yǎng)和造就創(chuàng)新型人才。
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