基于开发内化教学模式下的水污染控制工程教学设计研究论文
基于开发内化教学模式下的水污染控制工程教学设计研究论文
摘 要：武昌理工学院践行成功素质教育理念，创立了开发内化教育模式。为了提升学生自主学习和解决实际工程问题的能力，突出创新素质培养，本文以《水污染控制工程》为例，创造性的把开发内化教学模式融入课程的教学设计中，探讨了课程教学目标、教学方法、课堂教学过程实施和教学实践的设计，为环境工程应用性课程的教学设计研究提供一定的理论基础。
关键词：开发内化教学模式；教学设计；水污染控制工程；课程目标
教学设计是根据教学对象和教学目标，确定合适的教学起点与终点，有序地安排教学诸要素形成教学方案的过程 [1]。加涅[2]认为“教学设计是一个系统化规划教学系统的过程”，强调教学设计是对教学过程和途径的优化。肯普认为：“教学设计是一种连续动态的计划过程，即运用系统方法研究教学过程中各要素之间有关联的问题和需求，再寻找解决问题的方法步骤，然后评价教学成果的过程[3]。徐英俊认为“教学设计是运用系统方法确定教学目标、分析教学问题、建立策略方案、试行解决方案、评价试行结果和修改方案的过程[4]。梅瑞尔认为教学设计的目的是创设和开发促进学生掌握这些知识技能的学习经验和学习环境[5]，强调了对学习环境和学习经验的设计。我国教育技术界专家何克抗教授提出了“双主”教学系统设计思想，即在教学中既要充分發挥教师的主导作用，又要创造有利于学生主动探索、主动发现，有利于体现学生的主体地位的新型学习环境，初步建立了具有我国特色的教学设计理论体系[6-7]。
笔者认为课程的教学设计应服从学校办学理念和培养目标。武昌理工学院践行成功素质教育理念，创立了开发内化教育模式。开发内化即通过教师开启学生的智慧，发掘学生的潜质，激发学生内在的动力和活力，引导和促使学生将教学内容通过接受、理解、消化、运用、实践等内化为自身相应的观念素质、品格素质、知识素质、能力素质、方法素质[8]。因此，在满足教学设计基本要求的前提下，创造性的把开发内化教学模式的三个环节（教师引导—学生研习和课堂检验—精讲提升和释疑解惑）融入课程的教学设计中，是推进我校教学改革的必然要求，是对教学设计理论研究的深化与拓宽。环境工程学科包含的水、气、声、固等污染控制工程类课程、具有很强的应用性和实践性。为了提升学生自主学习能力，培养其解决实际工程问题的能力，突出创新素质培养，本文结合开发内化教学模式，以《水污染控制工程》为例，探索开发内化教学模式下环境工程应用型课程教学设计。旨在通过科学合理的课程设计研究，贯彻“以教师为主导、学生为中心的教”，促使学生变被动学习为主动探究式学习，实现由专业知识教育向专业素质教育的根本转变，为环境工程应用性课程的教学设计研究提供一定的理论基础。
1 .课程教学目标设计
课程教学目标指教学活动预期达到的结果，也是教师完成教学任务所要达到的要求和标准。设计科学合理的课程教学目标，在教学中能起到指挥棒的作用。基于开发内化教学模式，课程教学目标应体现观念、品格、知识、能力、方法五大素质目标。对该门课程来说，观念素质目标是具有环境保护和可持续发展理念；品格素质目标是严谨求实、精益求精和开拓创新的`精神；知识素质目标是掌握生活污水的物理处理、化学处理、生化处理、物理化学处理和污水厂污泥处理的基本原理和基本技术，掌握污水处理工艺中常用设备及构筑物的构造和工作原理，熟悉污水处理工艺中相关设备的选型和应用，了解水污染控制的前沿动态（新概念、新工艺、新技术）和相关政策法规；能力素质目标是具备从事水污染控制领域的科学研究、废水处理系统的技术开发、工艺和设施的设计、技术分析、运行管理能力[9]；方法素质目标是掌握污水处理常规工艺的设计计算方法和熟练绘制环境工程施工图的方法。五大素质目标是一个有机的整体，共同构成了课程的素质目标。其中观念和品格素质目标处于核心地位，起导向和定位作用；知识素质、能力素质和方法素质目标起着基础的作用。
2 教学方法设计
开发内化教学模式强调学生的自主学习及通过教师的引导将教学内容内化为学生的素质，教师应该根据课程目标、内容、特点和学生实际，灵活采用任务驱动、项目载体、头脑风暴、现场法、案例法、问题式、讨论式、互动式等多种教学方法实施和强化开发内化教学。环境工程学科大多数课程是污染控制工程类课程，任务驱动和项目载体式教学方法是以工程项目和任务驱动的思想组织教学内容，以工程模块的方式设计教学单元项目，将每个教学项目分解为多个子任务，精选和设计子任务对应的教学案例和实训案例；同时以项目教学单元任务为主线，以典型案例为载体实施教学，将课程单元知识点融合到案例和实训练习中。以《水污染控制工程》（第三版，下册，高教出版社）教材为例，通过设计合理的主体项目，将第九、十、十二、十八和十九章的教学内容通过主体项目的子任务串联在一起，从而将这五大章的知识要点以任务驱动式的方法融合到主体项目这条主线中。主体项目设计如下：
已知某城镇生活污水处理厂进水水质为：动植物油类=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、煤渣等无机颗粒，进水流量为7万吨/天。项目要求：（1）通过工艺比选分析后设计出合理的工艺流程，并对主要构筑物或设备进行设计计算和选型，使处理后的污水能够达到《污水处理厂排放标准》的一级B标准。（2）该城镇在北边有一块长200米、宽150米的平地可作为污水处理厂厂址，最低地面标高为3.5米，地下水位标高为0.5米，地基承载能力为15吨/m2，污水收集管网总出口标高为1.5米。年平均气温15℃，年降水量800mm，夏、冬季计算气温分别为30℃和5 ℃；夏、冬季主导风向分别为东南风和西北风。画出污水处理厂平面布置和高程图。
2.画出污水厂高程布置图。
由表1可知，这些子任务以工程项目为主线，涵盖废水的水质指标和标准、物理处理、活性污泥处理、污泥处理、污水处理厂的设计等教学要点，有一定的系统性、逻辑性和前后连贯性，具备目标可达性，具备符合学生层次解决问题的可行性。有了具体可行的项目任务和目标，能够激发学生主动探索和解决实际问题的动机，学生在通过查阅文献、工程调查、实证研究、模型应用、交流讨论等方式完成任务的过程中，能够促进学生对相应教学内容的应用、创新和内化。对于该课程理论性比较强的内容如沉淀的基础理论、污水生化反应动力学基础、活性污泥法数学模型等内容采用问题探究式和问题解决式的教学方法比较合适，即把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学习者合作解决真正的问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和形成自主学习的能力[10]。将每个教学单元设计成若干针对性强的问题，学生的自主研习和老师的教学内容将围绕解决问题展开。对于生物膜法、稳定塘和污水的土地处理、化学和物理化学处理、厌氧生物处理等内容既可以通过设计合理的主体项目采用任务驱动式教学，也可以采用工程案例分析法、讨论式等教学方法加以灵活补充，使教学内容既有理论问题的分析又有实际问题的探讨。总之，对于环境工程污染控制类课程，采用以工程项目的思想组织教学内容和任务驱动、工程案例、问题解决式等教学方法，既能充分发挥教师的主导作用，又能创设有利于学生主动探索和创新，有利于体现学生主体地位的学习环境。
3 .课堂教学实施过程设计
好的课堂教学过程设计是实现向每一堂课要质量的前提，是决定教学内容整体设计的实施效果的关键。基于开发内化教学模式，《水污染控制工程》课堂教学过程设计围绕以下以下3个环节进行。
1.教师引导。通过教师的主导作用促成学生内化，这是开发内化教学的根本目的。而教师引导目的就在于充分发挥教师在教学全过程中的主导作用。首先是导入引导，这是上好每一次课的良好开端。导入引导的关键是立足教学内容精选典型的工程案例、环保事故、相关视频或新颁布的环保法规等，吸引学生高度关注本次课的教学内容。然后是推进引导，这是上好每次课的过程保障。在课堂知识点的过渡结点时，教师备课室要精心设计需要设问的问题推进和递进教学内容，从而保证学生思维注意力的连贯性和学生与教师思维的同步性。最后是归结引导，这是上好每次课的完美结终。归结引导可采用归纳法和抽象法。前者是对本次课所讲授的内容进行梳理，以揭示有序的知识链，重在学生记忆。后者是对知识点进行内在的、本质的的提升，揭示知识点的纲和目，重在学生理解。精心设计的教学引导有着良好的启发效应，能够激发学生思考，真正起到开发引导作用。
2.学生研习和课堂检验。开发内化教学模式主要是通过“三习”（即复习思考题、预习思考题、练习题）促成学生自主学习。对于以任务驱动和项目载体为主要教学方法的教学内容，三习题的设置和子任务是一致的；以问题解决、案例分析主要教学方法的教学内容，“三习题”要科学设计，能够达到促进学生学习隐含于问题背后的理论知识，形成解决问题的技能和提高自主学习的能力。预习题侧重引导、提示、布置任务；复习题综合性较强，侧重理解和应用；练习题以侧重思考和运用应用为主，有一定的广度和深度，能促进学生独立思考，创新思维。只有布置任务而没有检验，教学效果会递减，课堂检验是开发内化教学模式的关键环节。课堂检验任务和三习题内容基本一致，重在检验教学的核心内容、重点和难点。课堂检验的形式可以采用提问、小测验、讨论等形式。检验时间根据教学内容可安排15-20分钟左右。教师对学生的回答必须客观点评，特别是错误回答要给予纠正，对不同学生观点要给予鼓励。凡有检验，就必须有成绩记载，教师对学生回答问题的评分必须公正，这是对学生负责、对学生大爱的表现。
3.精讲提升和释疑解惑。开发内化教学的精髓是通过教师精心布置教学任务、精心选择布置相应的参考书目和课堂上的严格检验，提升学生课外自主学习的能力，因此课堂上教师不能对教学内容面面俱到。教师主要讲授教学内容精粹，讲清要点、重难点和自己的观点，使学生能够达到理解和掌握的程度；通过突破重点和解决难点，使学生能够在理解和掌握的基础上达到会运用的程度；同时要结合章节内容介绍学科发展方向、前沿和展望和教师自己的可以成果，引导学生探索未知。因此要做到精讲提升就需要教师对教学内容一定要有全面深入的研究，达到熟练精通的程度。另外，教师要培养学生善于提问的习惯，不能消极被动等待学生提问，而要善于抓住疑点引导学生提问并逐步深化、推进问题，和学生共同沟通、探讨、解决问题，使枯燥的学习变成充满乐趣的探究。反之，学生质疑的深度与难度，也是衡量教师教学水平和学生内化程度的重要标志。
4 实践教学设计
本课程采用了多种形式的实践教学包括课程实验、课程设计、认识实习、生产实习、科研训练和社会实践等，理论与实践教学环节课时比例达到1：1，使学生在立体化实践中提高实践能力、创新能力和专业素质。哈佛大学前校长陆登庭在北大讲坛上曾说：“在迈向新世纪的过程中，一种最好的教育就是有利于人们具有创新性，使人们变得更善于思考，更有追求的理想和洞察力，成为更完善、更成功的人。”[11]单一的验证性实验已不能满足对学生创新能力和综合实验技能的培养，为了更好地让学生通过多元化综合性实验和科研训练把专业知识、专業能力和专业方法内化为学生自身稳定的专业素质，我们建立了综合设计和开放性实验平台，实验室配置了多种生物反应器如UASB、SBR、A2/O、完全混合式反应器，Linpor反应器，水解酸化池等；物理及物理化学处理设备如石英砂滤池、活性炭吸附柱、气浮装置、离子交换设备、反渗透装置等设备；消毒设备如臭氧发生器、紫外消毒等设备和液相色谱、荧光分光光度计等水质监测设备。学生根据兴趣自行确定实验内容，设计实验方案，撰写实验任务书。在指导老师审定实验的可行性之后，各组学生独立完成实验。如果实验创新性较强、内容丰富、数据准确，课程老师进一步指导学生撰写和发表科研论文。实践证明，综合性实验和科研训练平台建设不仅能够较好地培养学查阅文献、实验设计、大型仪器调试、数据分析、论文写作等方面的能力，还能培养他们团队协作、开拓创新的精神，对贯彻我校成功素质教育，满足学生全面发展也有重要意义。
教学既是科学，又是艺术，教学的真谛不在于传授、仿效，而在于通过教师开发促成学生将教学内容内化为自身的素质，主体如果对某些知识虽然能够记忆、理解、会模仿，但不会运用，没有形成相应的知识、能力或方法素质，最终会逐渐遗忘。教学确实需要我们每位教师真正用“心”去研究教学设计和创新教学方法。只要我们做到忠诚教育，大爱学生，志存高远，不懈追求，就一定能够培养和造就创新型人才。
参考文献
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[11] 盛雅萍.激发学生的创新意识是创新教育的本质.《上海教育》， 2013，（16）：22-22.