建構式教學在《水質工程學》教學改革中的探索

黃 瀟,段春云,曹 青,張淑娟

(1a.南京信息工程大學 環境科學與工程學院;1b.水文與水資源工程學院,南京210044;2.吉林建筑科技學院 管理工程學院,長春130051;3.南京工業大學 城市建設學院,南京211816)

課程是人才培養的核心要素,課程質量直接決定人才培養質量。開展課程改革是推進一流本科課程建設的重要手段,是高等教育發展的重要課題。澳大利亞教育心理學家比格斯提出“一致性建構原則”,課程設計需遵循的四個步驟:預期學習成效、教學活動、評價任務、成績評定[1]。建構式教學模式以該理論為基礎,以學生為主體,以自主學習和認知重構為核心,突出學生對知識的“疑問—猜想—理解—重構”的全鏈條理解過程[2]。

給排水科學與工程是一門普通高等學校本科專業,以培養掌握給排水科學與工程基本理論和基本知識,適應經濟建設需要,從事規劃、設計、施工、管理、教育和研究開發等方面工作的工程技術和管理人才為培養目標。近些年,在“水十條”“黑臭水體治理”“智慧水務”等一系列政策的推動下,給水排水科學與工程專業人才培養發生“供需差異”。傳統教學模式無法滿足企事業人才質量要求,這對畢業生的創新能力和高校的人才培養方法提出了新的挑戰。如何改進學科教學模式、推動學科發展,以滿足專業發展需求,成為了目前給水排水科學與工程專業教學改革的難點。

綜上所述,將構建式教學運用到給水排水科學與工程專業中,是推進一流本科課程建設,促進學生自主創新能力的重要推手。本文以《水質工程學》課程(給排水科學與工程專業重要核心課程)為試點對象,對該課程教學改革進行探索與實踐。

一、《水質工程學》課程教學現狀與問題

《水質工程學》是給排水科學與工程專業的一門專業核心主干課程,是一門關于水污染控制原理、方法及工藝設計的課程,又是一門以水分析化學、微生物學、水力學、物理化學等學科知識為基礎,各學科知識交叉融合應用的一門課程。通過本課程的教學,使學生獲得水處理的基本知識、方法,得到水質處理設計的基本能力訓練。目前,各高?！端|工程學》課程多開設在大學三年級,傳統教學模式下的該課程存在如下的教學瓶頸:

(一)教學模式,未體現以“學生為中心”的教學理念

傳統的《水質工程學》教學模式多以教師授課、學生被動聽課并完成作業為主。教學模式單一、教學方法陳舊一直是導致《水質工程學》教學效果不佳的主要因素。學生缺乏對課程的思考,缺少對水處理工藝的整體把控、問題識別和解決問題的能力。雖然在持續教改的推進下,部分教學過程引入了“翻轉課堂”等新的教學模式,但仍保持了“教師為教學主體”的客觀現狀,改革收效甚微[3]。

(二)教學資源局限,工程延伸性不強

《水質工程學》是給排水科學專業的核心課程,直接關系到學生對本專業的認同感。同時,該課程具有延展性強,專業技術發展快,與國家政策發展緊密相關的特點。傳統基于教材的理論教學,受限于教材迭代更新速度,難以滿足教學的需求。教師無法將先進的水處理工藝和技術傳授給學生,更無法與實際工程項目聯系,形成了“學用脫節”的藩籬。

(三)測評方法難以達到教學目標要求,開放性弱

專業認證與教學質量評價中,課程目標的達成度是一項重要評價指標,是能力、素養、思維、思政等高階目標的綜合評價[4]。學業測評是教學中最重要的環節,是學生眼中無形的“指揮棒”,被高等教育專家稱為“最短的短板”。目前,各高校的《水質工程學》課程學業測評方式以考試為主,導致學生為考而學,出現重評學、輕促學,重結果、輕過程,重共性、輕個性等問題。

二、建構式教學設計與實施

(一)模塊化課程設計是構建式教學的基礎

傳統《水質工程學》教學模式的授課順序采用教材編排順序,在掌握不同水處理工藝功能單元原理、特征的基礎上,進行水處理工藝整體介紹。盡管教材編排有其邏輯性,但實際授課中知識點零散,缺乏整體性,導致學生缺乏對知識運用的理解。因此,該課程采用了模塊化教學模式,該模式以培養學生對《水質工程學》自主學習為目標,通過典型工程問題為索引,啟發學生對給水/污水處理工藝中不同功能單元的原理、特點、應用和局限性的思考,進而循序漸進地對工藝進行“拆解講授”。形成知識邏輯由表及里、由宏觀到微觀、層層遞進、緊密聯系的課程體系,改革單一的教學方法,突破學科式的教學框架。

在課程安排方面,靈活調整《水質工程學》授課章節順序,按照水從飲用水取用到污水排放的整個社會循環出發。首先,前置教材為典型給水處理系統、特種水源處理工藝系統和城市污水處理系統等章節。在學生掌握給水/污水處理整體工藝基礎上,分別對核心處理單元進行逐個攻破。按照水的社會循環路徑,通過“穿針引線”的方式,讓學生更牢靠地掌握教材內容,圖1為“水質工程學(2)”模塊化課程設計思路。

在授課形式方面,模塊化教學更適合采用板書和多媒體聯合授課,板書能夠更好地展示知識之間的邏輯關聯,教師書寫時間為學生留出思考的空間,學生能更好地完成知識接收、思考和內化的過程。多媒體教學以教學視頻和圖片展示為主,輔佐板書教學更加生動形象。關于板書和多媒體授課方式進行了學生意見調查,幾乎所有同學都傾向于板書授課方式,認為該方式知識內化效果更佳。

圖1 “水質工程學(2)”模塊化課程設計思路

(二)黃金分割課堂時間,突出學生主體地位

時間管理是課堂教學十分關鍵的環節,涉及師生互動環節、教師授課環節、學生參與知識構建環節等,該過程環環相扣,需要進行科學動態的計劃和調控[5]?；谀K化和構建式教學方式,《水質工程學》課程的時間管理設置了“回眸(師生)—初探(學生)—糾偏(教師)—重構(師生)”四個教學環節,并進行了教學時間的黃金分割,突出學生主體地位。

“回眸”環節是師生互動的開端,利用教學伊始的5分鐘,教師引導學生對水處理工藝及上節課的教學內容進行回顧,并以此引出本節課的教學內容;“初探”環節,學生利用10分鐘時間,對本節課的課前預習內容進行知識解讀,并進行小組討論,同學再對其匯報的內容提出質疑;“糾偏”環節,教師根據學生掌握的情況,利用黃金25分鐘對知識點進行梳理,糾正學生理解誤區,解答學生質疑的問題及知識點延展;“重構”即為師生重構知識體系,利用5分鐘時間,集中梳理課程思維導圖,知識點概括,更好地幫助師生總結教學內容、梳理知識點。

(三)多途徑啟發,提高學生建構式學習能力

傳統的課堂以教師為主體,學生被動接受知識的模式,嚴重缺乏對課程的思考,缺少對水處理工藝的探索興趣及問題識別和解決問題的內在動力。因此,該課程采用多途徑啟發的教學設計,涵蓋課前自主學習、教學案例分析、小組合作討論匯報、問題答疑解惑以及開發課題研究等。同時,將思政教學融入到課程建設中,通過課程思政的建構式融入,學生能夠以案例為出發點,在教學活動中體驗、感受、啟迪,在逐步堅定“為誰培養人”的信念中,開啟新的知識學習。

(四)開放課題強化知識內化,凸顯學以致用

《水質工程學》涉及不同類型的污廢水處理、污水處理過程又存在諸多差異、教材難以全面覆蓋,如:低C/N比/低溫條件如何提高生物脫氮效率等實際問題,只有通過知識遷移方可提出解決策略,是強化學生知識內化、凸顯學以致用的有效途徑。開放式課題設置是對理論知識綜合考評的一個有效手段,也是構建式教學的應用升華,注重學生自主學習能力的培養,改進傳統“硬塞入”教學方式。教師針對某一現象提出開放性問題(無法在教材中找到答案)引導學生通過知網等途徑獲取文獻資料,學生圍繞該問題進行線索搜集、知識重組、問題解析、提煉與總結,最終形成研究報告。同時,通過繪制思維導圖對問題解決途徑和涉及原理進行總結,按照個人的思考邏輯梳理知識框架,強化知識內化。

(五)“線上線下融合教學”讓教學效果翻倍

“線上線下融合教學”將傳統的面對面教學(線下教學)與在線教育(線上教學)相結合,以充分利用兩者的優勢,提供更豐富和靈活的學習體驗[6]?！端|工程學》涉及較多的污水處理工藝和污水處理案例,僅依靠課堂教學的學時,無法滿足該課程的培養目標。因此,線上教學以學生自學和知識構建為主要目的,本課程學生根據自己的基礎對新知識進行預習,并形成“思維導圖”和“知識邏輯框架”。該辦法能夠更好地提高學生自主學習能力。線下教育以教師教學和學生互動為主,學生通過對污水處理新工藝的線上研討與線下分享,促進學生之間的互動和合作,增強團隊合作和溝通技能。

(六)多維度教學測評方式改革

目前,各高校的《水質工程學》課程學業測評方式以考試為主,導致學生“為考而學”,出現重成績、輕過程的問題。本課程改變了原有的評價模式,將平時成績進一步分解為課前預習、課堂表現、課后任務和開放論文,將考評由“期末考評”轉移到“過程考核”,更加注重了過程管理,提高了測評的科學性。同時,期中考試重點考核學生對知識的掌握情況,而期末考試重點考查學生對知識的遷移轉化能力,更契合學生能力培養,提高教學目標的達成度。

三、教學反饋與反思

(一)教學反饋

教學反饋是一種獲取學生對教學過程和課程內容的意見和觀點的機制,對教師教學進度和教學方式調整非常重要,更好地適應學生需求,并提供教育體驗的持續改進[7]。本課程改革的教學反饋分為平時教學反饋和課程結束教學反饋,反饋內容包含課程內容、教學方法、課堂氛圍等方面的問題;反饋方式涵蓋口頭反饋、書面反饋、在線調查問卷、小組討論和個別面談等方式。經過對南京信息工程大學2020級給水排水科學與工程專業教學,共收集33份學生反饋,總結如下:課堂創設互動性的環境,為學生提供師生互動的機會,鼓勵他們提問、討論和分享觀點;利用多媒體演示、在線工具和教育技術來增強課程的吸引力和互動性;小組合作可增加學生的自主性和參與度。將課程內容與實際案例聯系起來,這可以激發學生的興趣,融合應用場景,學習的針對性更強。構建式的課程思政,牽引讓學生明確學習意義,堅定了為國家發展而學習的信念。

(二) 教學反思

該課程改革的成功之處:(1)構建式教學模式讓課堂氣氛高漲,學生自主學習能力增強,極大提高了課程目標的達成度和學生能力培養要求;(2)學生民族使命感和職業認同感的提升是本課程實施過程中的重要牽引,引入思政教育,賦予學生正確的價值導向是知識技能傳播的前提;(3)“工程案例”教學、視頻教學,極大地調動了學生的學習主動性和積極性,讓抽象的概念變得看得見、摸得著,不但為學生營造了寬松的課堂學習氛圍,培養了學生的工程思維和設計理念;(4)“線上線下教學”“翻轉課堂”和“思維導圖”等教學方式,提高了教學容量,教師動態把控學生的理解程度,彌補了學生線上教學參與度低的不足,凸顯了“學生”課堂主體地位。

該課程改革存在不足:(1)構建式教學過程中如何平衡“學生”的主體地位和“教師”的主持角色是該模式應用的難點,存在“過猶不及”的問題,導致學生出現學習壓力大、學習倦怠的問題。(2)線上教學仍會存在部分學生的參與度不高,讓每位學生在分組討論和分組作業中100%參與是較為困難的。(3)板書與多媒體聯合教學是該課程改革學生最為贊同的教學模式,但如何協調板書教學內容尺度和教學進度,這對老師的備課提出了更高的要求。

四、結語

“新工科”建設和水務行業的快速發展為給水排水科學與工程專業教學改革提供了新的指引和改革契機,如何辦好滿足水務行業需求的教育,加速建設高質量課程教育模式,仍是給水排水科學與工程專業的主旋律。通過打破傳統教材邏輯體系,模塊化教學方式結合構建式教學模式,提升了學生的自主學習能力、課程內化效率、知識牽引轉化效果,在“產、學、研”多維度,促進了課程培養目標的達成度。因此,該教學模式突出了學生的主體地位,適合進行推廣應用。

總之,“大水務”時代,給水排水科學與工程專業面臨的巨大的產業改革,既帶來了新的挑戰,也帶來了新的機遇。這需要教育工作者不斷改革教學方法和教育理念,通過諸如構建式教學模式改革等途徑,培養能夠適應時代發展需求的高質量、創新型人才,為我國水務行業發展做出貢獻。