基于CDIO理论的“污水的物理处理”教学策略

    刘飞 范慧玲

    

    摘? ? 要：传统教学模式存在着理论与实践能力之间脱节的现状，CDIO教学理论可以改变这种现状，且有利于提升学生的综合素质。文章以“水污染控制工程”的章节“污水的物理处理”为教学案例，基于CDIO理论，从构思—设计—实现—运作等方面，提出“污水的物理处理”的教学实施策略。

    关键词：CDIO理论;水污染控制工程;污水的物理处理

    中图分类号：G642.0? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ?文章编号：1002-4107（2020）10-0003-03

    “水污染控制工程”是环境工程专业一门多学科交叉融合、工程应用性极强的专业主干课程，主要培养学生的实践能力与综合素质[1-2]。而CDIO教学模式与“水污染控制工程”的宗旨相同，CDIO工程教育模式作为中国高等工程教育界重要的教育模式之一，其最大的特点就是以能力培养为本位，注重学生在学习过程中实践能力的培养和综合素质的提升，能够有效地解决当前本科工程教育中存在的两种日益增长的需求之间的矛盾，即学生必须掌握更多的技能知识与必须拥有广泛的个人、人际和系统构建知识和技能之间的矛盾[3]。但是目前CDIO理论在“水污染控制工程”教学方面的研究较少，与课程内容相匹配的教学案例较为缺乏，这严重影响了教学效果。因此，基于CDIO理论以“污水的物理处理”作为案例进行教学探讨，一方面，对于教师教学方法和学生学习方式的转变提供一种新的思路;另一方面，在一定程度上改善CDIO在“水污染控制工程”教学方面的研究较少的现状，有益于提高环境工程专业学生的工程素质。

    传统教学方式与教学手段，桎梏了学生素质的发展。传统的课堂中，教师倾向于对学生单方面地输入知识，而忽视了知识在学生内部的转化。在实践教学过程中更多是学生机械地跟着教师完成对已知结果的重复验证，单调的教学手段导致学生很少会独立思考，很难调动学生的学习兴趣。这种教学模式表面上达到了教学要求，实际在培养工程专业学生的综合素质和创新思维等方面，存在较为明显的局限性。学生自主能动性和学习兴趣低，直接影响到对知识学习的效果和技能的掌握程度，还间接影响到毕业生的继续深造和就业前景[4]。“水污染控制工程”的内容较为复杂，所学知识与实际案例之间的联系不是很紧密，学生很难将抽象的知识转化为具体的项目实施计划;加上受教学模式等因素的影响导致学生失去学习的兴趣，自我学习的能力也较欠缺，所以学生的实践能力和专业素质不强[5]。

    因此，为适应社会对新型工程人才的要求，改善当前教学中理论知识学习与实践能力之间发展不平衡的现状，可以运用CDIO的教学模式，通过实际项目的完成让学生在掌握基础知识的同时，有效提高个人的自主学习能力、团队合作能力，以及在社会和企业环境中对产品、系统的创建能力等工程素养。

    一、水污染控制工程课程分析

    （一）课程性质与特点

    “污水的物理处理”既是“水污染控制工程”的核心内容又是研究方向之一。本章内容介绍了在污水处理初级阶段通过物理处理分离污水中的悬浮污染物所采用的方法和工艺流程。在知识结构安排上充分考虑了学生的认知发展规律，依次介绍了格栅、调节池、沉砂池、沉淀池这四种主要的物理处理方法以及相对应的污水处理器械的种类与特点，体现出层层递进的特点。但是其教学内容相對枯燥，缺乏趣味性，且具有很强的实践性。

    （二）基于CDIO的教学目标分析

    CDIO理念在我国的研究内容和趋势，已经由教育模式、教学改革等较为宏观的主题逐渐渗透到具体学科的指导中，基于CDIO的教学目标，应着眼于CDIO教学大纲及12条标准[6]。CDIO教学大纲包括技术知识和推理能力、个人职业技能和职业道德、人际交往技能：团队协作和交流、构思，设计，实施和运行（CDIO）系统等四部分;12条标准：以CDIO为基本环境、学习目标的制定、一体化教学计划、工程导论、设计—实现经验、工程实践场所、综合性学习经验、主动学习、教师能力的提升、教师教学能力的提高、学生考核、专业评估等。CDIO教学大纲将工程师必须具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力以逐级细化的方式表达出来，使工程教育改革具有更加明确的方向性、系统性。CDIO的12条标准对整个模式的实施和检验进行了系统的、全面的指引，使得工程教育改革具体化、可操作、可测量。所以在CDIO的理论指导下以及本章知识特点，确定以下教学目标。

    1.掌握污水的物理处理相关基础知识、基本原理和工艺流程;2.独立收集和整理除教材以外的参考书籍，

    了解污水的物理处理前沿技术的研究方向;3.能参与并完成项目的“构思—设计—实现—运作”整个过程;4.理解污水的物理处理相关研究与技术对社会及生态环境的重要性。

    （三）“污水的物理处理”重难点分析

    重点：沉淀的基本理论、气浮原理、沉砂池和沉淀池特点及工艺流程。

    难点：理想沉淀池的构建、气浮原理。

    二、CDIO理论下“污水的物理处理”教学实施策略

    在污水的物理处理课程中实施 CDIO教学模式，教学过程分为两大板块，其一为理论教学板块，其二是实践教学探究。CDIO教学模式更加注重实践操作以及项目的实施，所以对于基础理论知识的学习方法介绍较为简略，本节着重介绍第二板块，学生在掌握污水的物理处理方法以及基本过程的基础上，能够增强相应的操作技能。

    （一）基础知识与理论教学

    根据理论课学习的内容，着重选择主要的知识进行介绍，对于部分教学内容可以采用教学模型进行边演示边讲解，有利于学生注意力的集中，比如在学习格栅时，可以采用小型的格栅模型，教学过程中让学生相互传递进行观察。在基础教学时也可以采用VR、多媒体等教学资源辅助教学，学生在学习过程中不能只是被动地掌握知识，而要举一反三。

    四、结论

    基于CDIO理念组织的课程教学，更加注重学生对课程环节的参与，在培养工程人才能力方面起到明显的效果。学生在完成项目的过程中主动构建新知，使得实践操作不再停留在以往的模仿层次。学生在独立或组内交流完成课堂任务的环境中，学习能动性以及人际交流能力能够有效提高。基于CDIO理念的教学模式逐渐渗透于各学科教学中，但也不是万能的，在实践过程中，针对不同的教学内容需要选择合适的教学手段。

    参考文献：

    [1]闫立龙，任源，张颖，等.水污染控制工程课程改革与实践[J].中国现代教育装备，2012，（15）.

    [2]周笑绿，胡晨燕.《水污染控制工程》课程教学方法探讨[J].教育教学坛，2014，（13）.

    [3]顾佩华，胡文龙，陆小华，等.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017，（1）.

    [4]陈雪松，郝飞麟，梅瑜.基于就业为导向的地方院校“水污染控制工程”课程教学改革[J].广东化工，2015，（12）.

    [5]张莉，祝启坤，毕亚凡，等.PBL应用于水污染控制工程实践教学的探索[J].化工高等教育，2010，（2）.

    [6]顾佩华，包能胜，康全礼，等.CDIO在中国：下[J].高等工程教育研究，2012，（5）.

    [7]孟凡健.基于CDIO的教学案例设计[D].石家庄：石家庄铁道大学，2013.

    [8]冯成军，蒋岚岚，梁汀，等.污水处理厂格栅设备综述[J].环境工程，2015，（S1）.

    [9]莫雷.教育心理学：第1版[M].北京：教育科学出版社，2005：1-66.

    [10]刘忠闯，李月涵，肖红艳，等.基于任务型理念的“水污染控制工程”教学[J].山东化工，2018，（4）.

    [11]刘彪.“水污染控制工程”课程教学方法改革探讨[J].山东化工，2015，（23）.

    [12]毛艳萍，方琳，杨波，等.加强《水污染控制工程》课程设计和实践内容的探讨[J].广东化工，2017，（18）.

    [13]聂丽君，陳梅芹.建设水污染控制工程多元化教学体系[J].化工高等教育，2010，（3）.

    [责任编辑? 包玉红]