邱 斌 孫德智

(北京林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，北京 100083)

案例式教學在“物理性污染控制工程”課程教學中的應用

邱 斌 孫德智

(北京林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，北京 100083)

針對環(huán)境工程專業(yè)“物理性污染控制工程”課程的特點，探討了案例式教學在該課程教學中實施的可行性。同時針對“物理性污染控制工程”課程教學存在的問題，以“噪聲污染控制工程”教學內(nèi)容為例，從工程案例的教案設計、課堂教學方式和實際工程綜合訓練3個方面對“物理性污染控制工程”課程開展案例式教學進行了探索。首先應利用工程案例進行教學，增強學生對課程教學內(nèi)容的理解；其次利用多種教學手段，增強學生課堂的參與度；第三，利用綜合實踐訓練，增強學生對所學污染控制技術(shù)的應用能力?！拔锢硇晕廴究刂乒こ獭闭n程實施案例式教學后，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生自主學習的能力，培養(yǎng)了學生解決復雜環(huán)境問題的能力，滿足了環(huán)境工程專業(yè)教育認證的要求，培養(yǎng)了高質(zhì)量的環(huán)境工程實踐型專業(yè)人才。

環(huán)境工程；物理性污染控制工程；案例教學；工程實踐

一、案例式教學在“物理性污染控制工程”課程教學中實施的可行性

(一)“物理性污染控制工程”課程的特點

“物理性污染控制工程”是環(huán)境工程專業(yè)的主要課程之一，與“水污染控制工程”“大氣污染控制工程”和“固體廢棄物污染控制工程”等構(gòu)成了環(huán)境工程的主要專業(yè)課程。課程教學內(nèi)容包括噪聲、振動、電磁輻射、放射性、光及熱等6種物理性污染及其控制技術(shù)，是一門工程性很強的專業(yè)課程?！拔锢硇晕廴究刂乒こ獭闭n程內(nèi)容多，學時少,各項控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論計算公式較多且較為抽象。因此，如何在有限的學時內(nèi)引導學生較好地掌握教學內(nèi)容，并能在實際工程中加以應用，是本課程教學中需要解決的問題。

(二)案例式教學在“物理性污染控制工程”課程教學中實施的可行性

案例式教學是一種開放式、互動式的新型教學方式[1]，是在課程教學過程中引入典型案例，以點帶面講授相關(guān)教學內(nèi)容的一種教學方法，旨在提高學生的邏輯分析能力和解決實際問題的能力?！拔锢硇晕廴究刂乒こ獭闭n程內(nèi)容涉及了各類物理性污染控制技術(shù)理論及其在實際工程中的應用方法。其概念、原理、控制技術(shù)及其工程應用方法等內(nèi)容非常抽象，加之學生的實際工程背景較弱，因此對課程知識的理解有限。采用實際工程案例的教學模式正好能解決該門課程教學過程中存在的這些問題。目前，北京林業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)已通過工程教育認證，按照認證要求課程的設置要針對實際復雜的環(huán)境工程問題，學生通過課程的學習要具備分析問題和解決實際環(huán)境工程問題的能力[2]。案例式教學一方面可以使教學中抽象的內(nèi)容變得更加形象，增強學生對各項污染控制技術(shù)的理解；另一方面通過綜合訓練也能提高學生對各項技術(shù)在實際工程中的應用能力。因此，工程案例教學模式應用于“物理性污染控制工程”課程教學是可行的。

二、“物理性污染控制工程”課程教學存在的問題

目前，雖然已有同行從教學手段[3]、教學內(nèi)容[4]、教學方法和考核方式[5]等方面對“物理性污染控制工程”課程進行了改革，并取得了較好的教學效果，但是“物理性污染控制工程”課程教學仍存在著一些問題。

(一)課程教學內(nèi)容多且抽象，學生難以理解

“物理性污染控制工程”課程包括6種物理性污染及其控制技術(shù)，其內(nèi)容涉及了各種物理學概念和原理，如聲波的傳遞、聲波在多孔材料中的吸收、聲波在多孔吸聲板中的傳遞過程等，大部分內(nèi)容都是抽象的，學生理解起來較為困難。

(二)重理論教學，輕實踐教學

目前“物理性污染控制工程”課程仍采取教師講授的教學模式，學生雖然在理論層面上了解了各種物理性污染的控制技術(shù)，但是這些污染控制技術(shù)在實際工程中的應用方法學生并不了解。這種以教師講授為主的教學方式，缺少對學生解決實際工程問題的訓練，無法讓學生針對實際工程來綜合應用所學的各項物理性污染的控制技術(shù)，因此影響了學生污染控制工程實踐能力的提升。

三、案例式教學在“物理性污染控制工程”課程教學中的實施

針對“物理性污染控制工程”課程教學中存在的問題，筆者采取工程案例式教學模式，對課程進行了改革。以“噪聲污染控制工程”教學內(nèi)容為例，從工程案例的教案設計、課堂教學形式和實際工程綜合訓練3個方面進行了探索。

(一)結(jié)合工程案例開展課堂教學，加強學生對課程教學內(nèi)容的理解

1．精心選擇工程案例

案例是開展案例教學至關(guān)重要的因素，因此教師應精心選取教學案例。教學案例應選取學生熟悉的、與學生生活相關(guān)的工程項目或者著名的工程案例。筆者所選用的工程方案中包括了工程中降噪的所有技術(shù)(吸聲技術(shù)、消聲技術(shù)和隔聲技術(shù))。為了使所選工程案例能涵蓋這些降噪技術(shù)，教師可在原有工程案例的基礎(chǔ)上通過增加工程條件使得該工程案例能囊括更多的教學內(nèi)容，以達到良好的教學效果。

教師精心選取的工程案例可以提前布置給學生進行學習了解，之后在課堂上以學習小組的形式匯報學習的內(nèi)容。教師可以簡要講解各種控制技術(shù)的原理和使用條件，帶領(lǐng)學生深入研究工程案例，以加強學生對各項控制技術(shù)的理解。

2．結(jié)合工程案例進行理論教學

“物理性污染控制工程”課程是在大三下學期開設的，筆者在講授課程重要內(nèi)容“噪聲污染控制工程”時，教案包括兩部分內(nèi)容：一是理論學習教案，二是經(jīng)過周密設計的工程案例教案。理論學習教案從科學理論的角度介紹了噪聲的產(chǎn)生、概念、評價方法以及各種噪聲污染控制技術(shù)(包括吸聲、隔聲和消聲)的原理。根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)教學大綱，這些內(nèi)容有一部分與大一下學期開設的“大學物理”和大三上學期開設的“環(huán)境監(jiān)測”課程內(nèi)容重疊，因此筆者精簡了聲學基礎(chǔ)和噪聲評價方法等重合部分的教學內(nèi)容，在課堂上只針對重點、難點內(nèi)容做講解。工程案例教案是一項實際建設工程的噪聲污染的控制方案。教師要求學生對此案例進行歸納、總結(jié)，提煉出噪聲污染的控制技術(shù)，在理論學習的基礎(chǔ)上，熟悉、掌握和總結(jié)不同特征噪聲的控制技術(shù)在工程中的使用條件和降噪效果。教師通過學生提煉的工程案例的內(nèi)容，掌握學生學習的真實情況，并針對學生的學習情況，不斷調(diào)整和改進教學內(nèi)容。

案例選取后，教師對學生的引導也是非常關(guān)鍵的[6]。教師首先根據(jù)教學需要設計出一系列要求學生回答的問題，這些問題應與教學內(nèi)容密切相關(guān)，問題的難度則需層層遞進、觸類旁通。其次，在課堂上，教師應鼓勵學生按照教學內(nèi)容對工程案例進行解析，通過設計的問題引導學生對教學內(nèi)容進行消化理解。教師通過學生回答問題的情況來掌握學生的學習情況。例如，筆者以北京林業(yè)大學新建鍋爐房為教學工程案例，首先以該項目在運行中產(chǎn)生的噪聲給校園生活帶來煩惱為切入點，引導學生了解噪聲的概念、噪聲產(chǎn)生的本質(zhì)，從而加深對噪聲控制技術(shù)的理解；其次，筆者根據(jù)鍋爐房生產(chǎn)運行中的噪聲，設計了這些噪聲具有什么特征、采用什么方法進行監(jiān)測、如何評價這些噪聲污染等問題，通過探討問題的答案，帶領(lǐng)學生回憶理論教學及案例教學中各種噪聲污染控制技術(shù)及其各項技術(shù)使用的條件和可達到的降噪效果。

(二)依托工程案例，加強學生綜合能力的培養(yǎng)

1．指導學生開展課外自學，培養(yǎng)自主學習的能力

環(huán)境工程專業(yè)“物理性污染控制工程”課程教學內(nèi)容較多，包括噪聲污染控制工程、振動污染控制技術(shù)、電磁輻射污染控制技術(shù)、放射性污染控制技術(shù)、熱污染控制技術(shù)和光污染控制技術(shù)6部分內(nèi)容，但學時較少，僅有24學時。環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案要求，在大一的“大學物理”課程中已涉及聲、熱、光、電、磁等基礎(chǔ)理論的內(nèi)容，大三上學期開設的“環(huán)境監(jiān)測”課程涉及了各種物理性污染的監(jiān)測和評價方法。因此，為了節(jié)約課時并達到較好的教學效果，筆者要求學生在上課前自行完成理論教案和工程案例教案的學習，在學習理論教案和工程案例教案的原始材料的基礎(chǔ)上，初步理解和總結(jié)歸納工程案例教案中所采用的控制技術(shù)。通過自學，避免了教師向?qū)W生“灌輸”知識的弊端，同時也培養(yǎng)了學生自主學習的能力。

為了提高教學質(zhì)量、滿足環(huán)境工程專業(yè)工程教育認證的要求，培養(yǎng)出高質(zhì)量的工程型人才，筆者還加強了學生對各項物理性污染最新工程控制技術(shù)的學習。通過引導學生在課后看視頻講座、閱讀課外書刊或與教師及同學討論等方式來完成該部分內(nèi)容的學習與總結(jié)。教師可在課堂上留出部分時間，讓學生以學習小組的形式分享學習成果。在這個環(huán)節(jié)，要求教師及時掌握控制技術(shù)發(fā)展的新動態(tài)，并能對學生所講的前沿技術(shù)進行點評。自主學習的形式可以提升學生對各項控制技術(shù)發(fā)展動態(tài)的理解，使其具備解決實際環(huán)境工程問題的能力[2]。

2．以問題為引導講授工程案例，加強學生對理論知識的理解

教師通過對實際工程案例的講授，一方面可以使學生形象理解污染控制中各項技術(shù)措施的原理，另一方面還可以使學生進一步了解這些污染控制技術(shù)和措施在實際工程中的應用條件和效果。教師在在講解過程中，需要根據(jù)課堂的進程設計適當?shù)膯栴}來引導學生逐步進行深入學習。教師可采用蘇格拉底教學法，利用設計好的問題不斷追問學生，直到學生理解為止。但是在該階段，教師應照顧到大多數(shù)的學生，避免向一名或者少數(shù)幾名學生提問，以提高學生的整體課堂參與度。

3．圍繞工程案例增加實踐教學環(huán)節(jié)，提升學生的工程認知能力

作為一門工程控制課程，課堂教學可使學生了解各項工程措施的原理、適用條件等。但僅有課堂教學不能提升學生的實際操作能力，因此應適當增加實踐教學環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學生的實踐能力。但實踐教學必須在理論課程學習完成后才可以進行。例如，在完成理論學習后，筆者帶領(lǐng)學生參觀了北京林業(yè)大學新建的鍋爐房工程，現(xiàn)場考察了各項污染控制措施在實際工程建設中的使用方法。面對實際工程案例，學生能迅速掌握、了解和區(qū)分吸聲、隔聲和消聲技術(shù)以及多種污染控制技術(shù)在實際工程中的綜合使用方法，提高了學生對工程的認知能力。

(三)結(jié)合工程案例開展綜合實踐訓練，增強學生對污染控制技術(shù)的應用能力

在實際工程中，各類污染往往是同時存在的，在復雜環(huán)境體系中如何綜合應用所學的污染控制技術(shù)是“物理性污染控制工程”課程教學的最終目標，也是環(huán)境工程專業(yè)工程教育認證的要求。為了提高學生解決實際工程問題的能力，“物理性污染控制工程”課程增加了綜合實踐訓練環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，教師設計一個污水處理廠的案例，給定污水處理廠運行的基本資料，包括噪聲、振動、電磁輻射、放射性、光及熱等課程所涉及的各類物理性污染源。學生根據(jù)所學的課程知識，理清該污水處理廠存在的物理性污染源及污染特征，針對各類物理性污染的特征選用適合的控制技術(shù)，并結(jié)合污水處理廠的實際情況，設計一套解決各項物理性污染的綜合控制方案。通過設計物理性污染的綜合控制方案，教師可以綜合考察學生對各項污染控制技術(shù)的理解和掌握程度以及對各項污染控制技術(shù)措施的綜合使用能力，同時也增強了學生對工程建設的認知。

四、案例式教學在“物理性污染控制工程”課程教學中實施的成效

(一)激發(fā)了學生的學習興趣

興趣是最好的老師，學生的學習興趣對于課程學習是非常重要的。筆者選取學生熟悉的、與學生生活相關(guān)的事件為教學工程案例，就是為了激發(fā)學生的學習興趣。例如北京林業(yè)大學在建鍋爐房項目以及城市污水處理廠，均為環(huán)境工程專業(yè)學生所熟知的案例。而在“振動污染控制工程”和“放射性污染控制工程”教學中選用塔科馬大橋事件和切爾諾貝利事件等著名歷史事件，都是容易吸引學生注意力、激發(fā)學生學習興趣的教學案例?？茖W地選取教學案例，不僅能激發(fā)學生的學習興趣，而且能提高教學效果。

(二)提高了學生自主學習的能力

教師在課前引導學生自習基礎(chǔ)理論內(nèi)容和工程案例基礎(chǔ)材料，并在學習理論內(nèi)容的基礎(chǔ)上，總結(jié)、歸納工程案例中的各項污染控制措施，不僅提高了學生自主學習的能力，同時也促進了學生對新知識的收集和整理。這項訓練既培養(yǎng)了學生自主學習新知識的能力，也培養(yǎng)了學生的科研能力。

(三)培養(yǎng)了學生解決復雜環(huán)境問題的能力

教師通過引導學生利用所學的理論知識解析實際工程案例，提高了學生理論聯(lián)系實際的能力，而綜合實踐訓練提高了學生解決復雜環(huán)境問題的能力。案例式教學增強了環(huán)境工程專業(yè)學生對物理性污染控制工程建設的認識，滿足了環(huán)境工程專業(yè)認證的要求，從而培養(yǎng)出高質(zhì)量的環(huán)境工程實踐型專業(yè)人才。

[1] 萬猛，李曉輝.問解案例教學法[J].中國大學教育，2014(3)：73-79.

[2] 程翔，孫德智，王毅力，等.基于工程教育認證標準的環(huán)境工程專業(yè)課程教學體系的構(gòu)建——以北京林業(yè)大學為例[J].中國林業(yè)教育.2017，35(1)：35-38.

[3] 詹艷慧，林建偉.“物理性污染控制工程”的教學實踐與思考[J].教育教學論壇，2016(48)：117-119.

[4] 王立立，金臘華，王伯光，等.構(gòu)建“物理性污染控制工程”教學新模式的實踐[J].教育教學論壇，2015(7)：141-142.

[5] 洪新，唐克.“物理性污染控制工程”教改體會[J].教育教學論壇，2014(41)：130-132.

[6] 鄭淑芬.案例教學法的作用、實施環(huán)節(jié)及需要注意的問題[J].

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(責任編輯 王 偉)