基于新工科人才培養的“水處理微生物學”教學改革探討

葉金宇 趙青青 宋亞麗 薛向東

摘 要：隨著工程教育的全球化和對高素質工程人才日益迫切，復合型新工科人才的培養已成為教學改革的核心。在給排水科學與工程專業中，核心課程如水處理微生物學的教學策略也亟待與時俱進。本文分析了水處理微生物學課程的最新發展趨勢，并結合新工科背景，提出了一系列教學方案、教學方法和培養模式的創新策略。同時，還對課程的考核方式進行了探討和建議，旨在更好地評估學生的學習成果。這些建議不僅注重培養學生的問題解決技巧、工程思維和項目管理能力，更旨在打造一個注重實踐與創新的學習環境，培養出未來工程領域的先鋒人才。

關鍵詞：水處理微生物學；新工科；教學改革；給排水科學與工程

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，教育部通過“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等系列高校合作措施，大力推動新工科課程的建設［1］。這些措施響應了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，旨在深入探索工科教育的新模式，為我國的科技強國戰略提供有力支撐［2］。在這一進程中，教育部門不僅加強了對新興工科學科的支持和研究，還對傳統工科學科的教育方法和形式進行了深度改革。作為工科核心專業之一的給排水科學與工程，為我國的水務和市政領域培育了眾多杰出人才［3］。然而，隨著水工程領域項目的日益復雜化，對給排水科學與工程人才的培養模式也面臨新的考驗。因此，持續優化給排水科學與工程學科的教學策略并全面提高學生的綜合素養，已經成為適應新工科建設需求的關鍵挑戰。

水處理微生物學作為排水科學與工程專業的基礎課程，為學生揭示了水中微生物與水處理技術之間的緊密互動。該課程內容豐富，不僅涵蓋了微生物學的基礎概念，還探討了污染物在生物分解與轉化中的作用、水質的生物安全性及其監測技術，以及微生物學的研究方法［4］。在新工科背景下，對水處理微生物學課程的達成要求具有明確的指向性要求。首先，學生應具備對水處理中常見微生物類型的認知，能夠系統地描述病毒、細菌、原生動物及微型后生動物的生物學特性、生態位、繁殖策略等，并能夠運用關于細菌的生理特性、代謝途徑、生態適應性及遺傳變異的相關理論知識。其次，學生應能夠將微生物學的基礎理論與實踐相結合，具體應用于污水的生物處理、飲用水的微生物處理及消毒等實際工程領域，并對相關的微生物學原理和處理技術有深入的掌握。最后，面對污水處理和飲用水處理中的實際工程問題，學生應能從微生物學的角度提出創新性的解決方案。這些要求不僅突顯了新工科教育背景下對學生實際應用能力的強調，而且也反映了當前工科教育的趨勢和方向［5］。因此，課程的結構設計、教學方法和考核方式的策略性選擇對學生工程實踐能力提高的培養模式創新以及課程評估的科學性都是當前教育研究的焦點。

鑒于上述背景和挑戰，本文旨在探討新工科背景下，對水處理微生物學課程進行教學改革探索，以期培養學生的實際工程應用能力。本文通過從教學方法的多元化、培養模式的創新和考核方式的革新等關鍵維度出發，提出一系列具體的教學策略和建議。這些建議不僅旨在更好地培養學生的綜合能力和創新思維，還希望為他們在未來的工程領域中發揮領導作用提供堅實的基礎。希望本研究能為相關領域的教育工作者提供有益的參考，并推動水處理微生物學課程的持續創新和完善。

二、教學方案的優化

近年來，水處理微生物學領域經歷了飛速的理論和技術進展。隨著新技術和方法的不斷涌現，研究成果在給排水科學與工程領域得到了廣泛應用。為適應這種變化并滿足培養具備強大工程實踐能力、創新能力和國際競爭力的高素質新工科人才的需求，亟須對水處理微生物學的教學方案進行深度的改革。這種改革應緊跟學科的最新發展，不僅傳授基礎知識，還要拓展學生的視野，并培養其實踐和創新能力。但如何在有限的教學時間內確保教學的系統性和完整性，同時涵蓋學科的最新進展，是一個待解決的挑戰。為此，建議在教學內容中整合國際學術前沿、最新研究成果和實踐工程案例，使內容更加豐富和實用。這樣不僅可以避免對某些基礎知識的過度強調，還能增強學生對實際應用技術的理解。此外，建議將教學模式從傳統的教師中心轉變為更注重學生參與的模式，以提高教學質量并更好地培養學生的創新意識和能力。同時，各個章節的內容應融合學科最新的研究成果和工程實例，以滿足模塊化、立體化教學的需求，確保在有限的時間內提供高質量的教學。

在新工科教育背景下，對學生的工程素質和實踐能力的培養受到了前所未有的重視。為此，在理論與實驗教學中，對工程應用內容的深度和廣度都有了更高的要求。尤其是在水處理微生物學的教學中，其具體知識和原理都需進行深入、細致的探討。為了提升教學效果，應系統地收集和整理國內外的杰出教材，并引入創新的多媒體素材，如圖片和動畫，從而優化課堂幻燈片的展示效果。為進一步加強學生的實踐能力，應組織學生分組研究使用微生物技術進行污水處理的實際工程項目。學生需要自行通過網絡和數據庫查找環境微生物學的相關資料，并進行匯總和分析，最終制作出專題幻燈片。每組都會選出代表或自薦者在大課上分享他們的研究成果，這不僅加深了他們對工程知識的理解，還為他們后續的實習活動打下了堅實的基礎。此外，還需要定期邀請具有豐富實踐經驗的企業專家為學生開設講座，旨在加強學校與水處理行業的聯系，幫助學生及時了解行業最新動態，并激發他們對水處理微生物學課程的學習興趣。

三、教學方法的多元化

本課程應以學生的全面發展為核心，旨在確保知識、思維和人格三者之間的協同進展［6］。為滿足學生的多樣化學習需求，教學方法應多元化，包括啟發式、探究式、討論式和參與式等方式，以促進學生的自主學習和批判性思維。團隊學習和案例分析也是教學的重要組成部分，有助于培養學生的實踐和創新能力。例如，在探討活性污泥中的硝化細菌時，可以先深入了解其生態分布和生理特性，然后詳細分析其在氮循環中的作用，以及如何在實際工程中將其效果最大化。這種教學方式旨在將理論知識與實際應用相結合，使學生更好地理解和應用所學知識。為適應現代教育趨勢，建議采用線上線下混合式教學模式，結合在線教學的便利性和傳統教學的深入性，為學生提供更加豐富的學習體驗。同時，評價學生的學習過程也十分關鍵，應確保評價方式的多樣性和公正性，從而更好地推動學生的全面成長。

水處理微生物學與實際的污水處理緊密相連。為確保學生深入掌握理論知識并能在實際工作中應用，建議在本課程中引入污水處理廠的現場教學環節。此環節將使學生有機會直接進入污水處理廠，親歷真實生產環境，觀察微生物在污水處理中的應用。這種實地教學可以幫助學生直觀地領會微生物學的關鍵概念，例如微生物細胞結構、生長控制及其代謝功能，并將所學理論與實際應用技術結合起來。這不僅有望加深學生對理論的理解，還可以鍛煉他們的實際工程操作和問題解決能力。為進一步優化教學，建議將基礎知識與實際應用案例相結合。這種策略鼓勵學生遵循“理論—實踐—再理論—再實踐”的學習模式，深化對理論與實踐關系的認識。另外，利用現代教育技術，建議采用“虛實結合”的教學方式。通過虛擬仿真實驗，學生可以在模擬環境中分析污水處理流程，識別問題并提出改進措施。這不僅有望增強學生對微生物污水處理的了解，還有助于提升他們在工藝流程調整和控制上的技能，進一步培養其實踐和創新能力。

四、培養模式的創新

在當前的高等學校教育趨勢中，產業、教學和研究的融合已經成為核心策略［7］。為此，水處理微生物學課程應當緊扣“學生中心，產出導向，持續改進”的教學理念，充分利用地方的產業優勢，將該課程與地方產業的相關工程項目建立深度合作關系。這樣的合作方式不僅可以構建一個多元化的協同培養體系，還能確保課程內容與行業標準高度匹配［8］。同時，建議水處理微生物學課程應深入融入項目式學習，與當地的水務、市政和環保企業建立緊密的合作關系，為學生提供實習機會，鼓勵學生參與污水處理工藝的選擇、活性污泥的培養，使他們在真實的工作環境中應用所學，進一步增強其實操技能，真正做到“學以致用”。此外，跨學科合作也是一個不可忽視的方面，例如，鼓勵學生與化學和環境工程等學科的學生共同解決問題，以培養他們的團隊合作精神和跨學科思維。定期的實際水處理案例分析可以幫助鍛煉學生的批判性思維和問題解決能力。最后，在水處理微生物學課程設計中，我們應當充分利用科研成果，將其融入教學中。例如，課程團隊在研究中取得的關于活性污泥和厭氧氨氧化菌的成果，可以作為教學案例和素材為學生提供實際參考。為了進一步強化科研與教學的結合，還可以考慮實施“雙向選擇、雙導師制、雙重身份、雙方評價”的培養模式，從而構建一個實踐與理論相結合的教學體系。這樣的模式不僅能夠促進教學與科研之間的緊密互動，還能確保課程團隊的學術研究成果能夠為教學提供有力支撐，進而為學生帶來更加深入和實際的學習體驗。

五、考核方式的革新

當前，傳統的課程考核方式已不完全適應素質教育的需求，可能導致學生在基礎知識掌握和專業領域的綜合應對能力上存在不足。特別是對于注重應用性和工程實踐能力的課程，如水處理微生物學，需要探索和建立更為合理和科學的考核體系。目前，水處理微生物學課程的考核大多集中在傳統的筆試上，這主要關注學生對理論知識的掌握，但很難全面評估學生在實踐中的應用能力。為了更全面地評估學生的學習成果，建議采用綜合考核方法，既考查學生的基礎知識，也考查其在工程實踐中的應用能力?；A知識的考核可以繼續采用傳統方式，如平時成績（作業）、課堂提問、期中測試和期末考試等，以實現對學生知識的多次、深入的評估。而工程應用能力的考核則應重點關注學生如何將所學知識應用于實際生產中，例如，可以通過大型作業或項目的形式，評估學生在水質評估、污水處理工藝流程選擇和生產安全保障等方面的綜合能力，從而更加全面地培養和評估學生的實際應用能力。

結語

在新工科背景下，高等教育人才培養的模式正在經歷深刻的變革，其中實踐環節被視為培養高級工程技術人才的關鍵環節。對于水處理微生物學這一課程，其核心目標是培養學生能夠綜合運用科學理論和技術手段，從而有效地分析和解決實際污水處理工程問題。為實現這一目標，本文從四個維度出發：優化教學方案、采用多元化的教學方法、創新人才培養模式和革新考核方式，對水處理微生物學課程的教學改革進行了探討。此外，為確保教學內容與實際需求保持同步，需持續關注水處理微生物領域的國內外教育趨勢，深入了解相關行業對人才的具體需求以及國際發展動態。這樣，才能確保培養出的給排水科學與工程學畢業生不僅具備國際化的視野，還擁有扎實的工程素養，從而為推進生態文明建設做出更大的貢獻。

參考文獻：

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［3］馬江雅，丁磊，張新喜，等.新形勢下給排水科學與工程特色專業建設探討［J］.高等建筑教育，2019，28（2）：2632.

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［5］車偉，孫俊利，楊震鉑.新工科背景下土木工程專業實習實踐教學體系創新與實踐——以中國地質大學（北京）為例［J］.高等建筑教育，2022，31（4）：1723.

［6］吳朝暉.努力構建以立德樹人，全面發展為導向的人才培養體系［J］.中國高教研究，2019，03：16.

［7］李新.基于產教融合背景下的工程訓練教學探析［J］.大眾標準化，2020，14：122123.

［8］趙曉霞，王衛東，蔣琦瑋，等.新工科視角下土木工程核心能力實踐教育體系建設［J］.高等工程教育研究，2020，1：3136.

基金項目：浙江科技學院課程思政教學研究項目（2023ksj3）；浙江科技學院教學研究與改革一般項目（2022jg39）；浙江科技學院研究生教學研究項目（2021 yjsjg01）

作者簡介：葉金宇（1991— ），男，黑龍江牡丹江人，博士研究生，講師，主要從事水污染控制方向的教學與科研；趙青青（1994— ），女，河南新鄉人，博士研究生，講師，主要從事飲用水處理方向的教學與科研；宋亞麗（1974— ），女，吉林公主嶺人，博士研究生，教授，主要從事地表水處理的教學與科研工作；薛向東（1971— ），男，江蘇銅山人，博士研究生，教授，主要從事固體廢棄物處理處置的教學與科研工作。