林國慶

中國海洋大學(xué)環(huán)境工程系 山東青島 266100

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際上權(quán)威的工程教育質(zhì)量保障制度，是我國高等學(xué)校工程教育的檢驗(yàn)標(biāo)尺[1]?！度A盛頓協(xié)議》是國際上體系完整的工程教育專業(yè)互認(rèn)協(xié)議[2]。2016年，我國加入該協(xié)議有力促進(jìn)了國內(nèi)工程教育專業(yè)與國際接軌，同時(shí)也對我國的教育質(zhì)量提出了新的要求[3]。

目前，我國的環(huán)境類專業(yè)地學(xué)特色系列課程建設(shè)仍處于探索過程中，國內(nèi)許多高校從課程素材建設(shè)[4-5]、實(shí)驗(yàn)教學(xué)[6-7]、案例教學(xué)[8]、計(jì)算機(jī)技術(shù)[9]等角度對地學(xué)特色課程的持續(xù)改進(jìn)做了不少嘗試。傳統(tǒng)的PPT配合板書講授式的教學(xué)很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并且不利于鍛煉學(xué)生的主動(dòng)性以及動(dòng)手能力。如何將課程內(nèi)容以更加生動(dòng)的形式展示在學(xué)生面前，如何在授課過程中提升學(xué)生的參與度和實(shí)際操作能力，如何更加有效地開展教學(xué)，是教師急需解決的問題。

針對“地下水污染控制”課程教學(xué)，以工程教育專業(yè)認(rèn)證的考核要求為引領(lǐng)，從地下水污染控制的案例教學(xué)、課程研討、完善課程考核評價(jià)體系等方面入手，積極推進(jìn)地下水污染控制課程的持續(xù)改進(jìn)，全面提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的能力。

1 “地下水污染控制”課程概況

中國海洋大學(xué)的“地下水污染控制”是環(huán)境工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系緊密。該課程的先修課包括環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、地下水動(dòng)力學(xué)等。上述課程之間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，學(xué)生對先修課程的掌握程度決定了該門課程的學(xué)習(xí)效果。所用教材為鄭西來教授主編的《地下水污染控制》。教學(xué)內(nèi)容設(shè)置為地下水污染理論、地下水污染調(diào)查方法、地下水污染綜合評價(jià)、地下水污染修復(fù)技術(shù)4個(gè)模塊。課程任務(wù)包括場地勘察、污染源分析、地下水污染現(xiàn)狀評價(jià)、地下水脆弱性評價(jià)、地下水環(huán)境影響評價(jià)、污染物遷移、生物降解和各種地下水污染修復(fù)新技術(shù)等。

2 “地下水污染控制”課程存在的問題

2.1 課程教材內(nèi)容滯后，需持續(xù)改進(jìn)

近年來全國地下水污染事件頻發(fā)，而“地下水污染控制”教材內(nèi)容滯后，急需將最新的地下水污染修復(fù)的國家行業(yè)背景、工程技術(shù)應(yīng)用和實(shí)施要點(diǎn)等傳授給學(xué)生，及時(shí)拓展和更新工程案例資源，增進(jìn)學(xué)生的專業(yè)分析能力和開拓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 “以學(xué)生為中心”有待加強(qiáng)

目前的教學(xué)方式主要是以教師課堂講授為主導(dǎo)，缺乏教師和學(xué)生之間的有效互動(dòng)，缺少調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的課程內(nèi)生動(dòng)力，課下、線上和現(xiàn)場的教學(xué)環(huán)節(jié)沒有得到充分開發(fā)。

2.3 工程導(dǎo)向不明顯

地下水污染控制與實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐密不可分，課程工程實(shí)踐性強(qiáng)。目前的課程考核多是以檢驗(yàn)專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握程度為目的，缺乏對復(fù)雜問題的分析解決能力的考察。

3 工程教育認(rèn)證對課程的要求

工程教育認(rèn)證，注重以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力[4]。落實(shí)到“地下水污染控制”課程，就是通過本課程的理論教學(xué)，使學(xué)生具備以下知識和能力：

課程目標(biāo)1：理解地下水污染概念、污染物來源、污染方式、污染途徑，掌握地下水中污染物的遷移—轉(zhuǎn)化—富集的基本原理和控制條件；

課程目標(biāo)2：掌握地下水污染場地的調(diào)查方法，弄清地下水污染場地的水文地質(zhì)條件和污染物性質(zhì)、分布、地球化學(xué)作用和動(dòng)態(tài)變化特征；

課程目標(biāo)3：掌握地下水污染現(xiàn)狀和影響評價(jià)原理和方法，根據(jù)相關(guān)的法律和法規(guī)，能夠進(jìn)行污染場地的地下水污染現(xiàn)狀評價(jià)和環(huán)境影響評價(jià)；

課程目標(biāo)4：掌握典型地下水污染場地的修復(fù)技術(shù)和適用條件，能夠選擇、設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)牡叵滤廴緢龅氐奶幚砉に?，給出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

參照工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求和指標(biāo)體系，地下水污染控制課程的教學(xué)目標(biāo)及其對畢業(yè)要求的支撐見下表：

工程教育認(rèn)證下課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系表

4 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

結(jié)合當(dāng)前“地下水污染控制”課程面臨的突出問題，參照工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求，課程的教學(xué)內(nèi)容主要設(shè)置為地下水污染理論、地下水污染調(diào)查方法、地下水污染綜合評價(jià)、地下水污染修復(fù)技術(shù)4個(gè)模塊。教學(xué)模式和教學(xué)方法設(shè)計(jì)圍繞知識、能力和素質(zhì)3個(gè)層面進(jìn)行，總體上由淺入深，循序漸進(jìn)，螺旋式上升。教學(xué)過程覆蓋課前、課堂、課后3個(gè)階段。課前于Bb平臺(tái)設(shè)置“預(yù)習(xí)引導(dǎo)”，提出關(guān)鍵問題，激發(fā)學(xué)生的預(yù)習(xí)興趣；課堂設(shè)置“課堂教學(xué)”和“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”環(huán)節(jié)，精選了上千幅圖片與影像資料，增強(qiáng)了學(xué)生認(rèn)知，指導(dǎo)學(xué)生“邊學(xué)邊做”；課后留有思考題或作業(yè)，并要求學(xué)生閱讀外文教材，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，自主學(xué)習(xí)，著重提高學(xué)生對知識的理解能力。

4.1 案例教學(xué)

案例教學(xué)要將科研成果和現(xiàn)場工程案例引進(jìn)課堂。案例教學(xué)是將固化的知識點(diǎn)無縫隙的嵌入地下水污染案例中，做到課程內(nèi)容與案例緊密結(jié)合。案例的選擇要有代表性、學(xué)生普遍了解，且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義的地下水污染案例。

地下水污染勘查任務(wù)與內(nèi)容是課程中較為抽象的教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行地下水污染調(diào)查，可以深刻把握地下水的水污染情況，高效防治地下水污染。在實(shí)際勘測過程中，需要進(jìn)行細(xì)致充分的實(shí)地調(diào)研，全面把握地下水污染分布污染范圍及污染源類型。課程講解中，選取“青島市大沽河地下水庫”作為分析實(shí)例，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在該區(qū)域有大量的水文、氣象、地質(zhì)、水文地質(zhì)和地下水水質(zhì)監(jiān)測資料，可以詳細(xì)講解當(dāng)?shù)睾畬拥目臻g分布、地下水補(bǔ)給—徑流—排泄、地下水—地表水水力聯(lián)系等問題；幫助學(xué)生優(yōu)化和調(diào)整觀測點(diǎn)和布設(shè)方案，以實(shí)現(xiàn)對于地下水環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，上述教學(xué)方式的改變有效地加強(qiáng)了學(xué)生對該知識點(diǎn)的掌握，切實(shí)提升了學(xué)生對地下水污染調(diào)查工作的認(rèn)識，培養(yǎng)其解決水文地質(zhì)問題的思辨能力。

地下水環(huán)境影響評價(jià)是地下水污染防治的重要內(nèi)容。以某原料藥生產(chǎn)場地為例，課程講授過程中，依據(jù)《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》(HJ 610-2016)導(dǎo)則的技術(shù)要求，確定了地下水環(huán)境影響評價(jià)的類型、等級、范圍，系統(tǒng)地開展水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、污染源調(diào)查。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了數(shù)值模擬在地下水環(huán)評中的應(yīng)用。運(yùn)用國際上通用的Feflow軟件，對非正常狀況下物料儲(chǔ)罐區(qū)泄漏時(shí)COD、氨氮等特征污染物進(jìn)行了數(shù)值模擬預(yù)測分析，并根據(jù)模擬結(jié)果提出了具體可行的地下水環(huán)境保護(hù)措施。整個(gè)教授過程中，課程提供了三維精美的地質(zhì)類專業(yè)圖件，直觀地展示地下水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)所受的影響程度，將專業(yè)知識和數(shù)學(xué)模型方法緊密結(jié)合，極大地提升了學(xué)生推演、分析環(huán)境工程問題的綜合能力。

4.2 課堂研討

課堂研討分理論講授和設(shè)計(jì)答辯兩部分。課程理論教學(xué)環(huán)節(jié)，教師對本周課程知識點(diǎn)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解。比如，氣相抽提技術(shù)是揮發(fā)性有機(jī)物污染場地推薦的修復(fù)方法，該技術(shù)主要挖掘一定數(shù)量的井，然后利用真空泵在污染土壤中誘導(dǎo)產(chǎn)生氣流，將吸附態(tài)的、溶解態(tài)的或自由態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)污染物，抽提到地面。課上研討過程中，教師會(huì)通過帶有專業(yè)圖件和清晰視頻的PPT課件，擴(kuò)展學(xué)生對氣相抽提技術(shù)在地下水污染工程實(shí)踐中的感性認(rèn)識，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生就通風(fēng)流量、土壤含水率、土質(zhì)以及操作方式等因素對氣相抽提技術(shù)的影響展開討論，讓學(xué)生參與到修復(fù)工程設(shè)計(jì)的全周期、全流程，熟悉氣相抽提技術(shù)的基本原理和工藝設(shè)計(jì)，了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素，全面提升學(xué)生自主思考工程實(shí)際問題的能力。

設(shè)計(jì)答辯環(huán)節(jié)，預(yù)先布置7個(gè)綜合案例題目：

(1)抽出處理技術(shù)(Pump and Treat)；

(2)滲透性反應(yīng)墻技術(shù)(Permeable Reactive Barrier)；

(3)原位曝氣技術(shù)篇(Air Sparging)；

(4)生物修復(fù)(Bioremediation)；

(5)氣相抽提技術(shù)(Vapor Extraction)；

(6)生物通風(fēng)技術(shù)(Bioventing)；

(7)固化與穩(wěn)定化(Solidification and Stabilization)。

將同學(xué)們分成若干小組，每小組選擇1個(gè)題目。課堂外，學(xué)生需要通過中國知網(wǎng)等一些權(quán)威專業(yè)數(shù)據(jù)庫，收集國內(nèi)外該有關(guān)技術(shù)最新案例資料，對地下水污染修復(fù)技術(shù)進(jìn)行充分調(diào)研，并以PPT形式在課堂上進(jìn)行講解。講解內(nèi)容包括場地概況、項(xiàng)目開始時(shí)間、監(jiān)測時(shí)間、主要污染物、技術(shù)方法及原理、修復(fù)目標(biāo)、技術(shù)描述、修復(fù)效果；PPT中也要給出相關(guān)地下水污染修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及團(tuán)隊(duì)的思考。每個(gè)小組選1人主講，組員輔助，有同學(xué)、老師提問環(huán)節(jié)。學(xué)生在提問環(huán)節(jié)，可以針對PPT的制作、地下水修復(fù)技術(shù)的原理、講授進(jìn)行打分。老師可以在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)過程中，對每個(gè)小組、每位學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行引導(dǎo)和組織。上述教學(xué)方式有效增加了教師和學(xué)生之間的互動(dòng)，極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的積極性和自主性，不但貫徹落實(shí)了工程教育認(rèn)證“以學(xué)生為中心”的教育理念，而且提高了同學(xué)們針對復(fù)雜環(huán)境工程問題進(jìn)行書面和口頭交流的能力，鍛煉同學(xué)們在團(tuán)隊(duì)中的合作精神。

4.3 思政建設(shè)

地下水污染防治課程內(nèi)容中蘊(yùn)含的豐富思政元素，依據(jù)課程中層層遞進(jìn)的四大知識模塊，仔細(xì)研討教學(xué)內(nèi)容，分別從“家國情懷”“生態(tài)思想”“專業(yè)認(rèn)同”“職業(yè)素養(yǎng)”“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”“思辨精神”等多個(gè)方面融入思政元素。讓學(xué)生認(rèn)識到地下水污染控制是全球性難題，地下水資源保護(hù)是國家的戰(zhàn)略需求，如“生態(tài)思想”融入方面，地下水污染具有組分復(fù)雜、污染成因多樣、污染后果嚴(yán)重的特性。通過對地下水污染物來源、污染方式、污染途徑等方面知識的學(xué)習(xí)，可以加強(qiáng)學(xué)生對地下水污染的感性和理性認(rèn)識，樹立正確的生態(tài)價(jià)值觀，激發(fā)同學(xué)們對保護(hù)地下水資源的主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范自己的個(gè)人行為，遵守地下水環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)，并利用掌握的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)修復(fù)地下水環(huán)境，促進(jìn)我國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的良性發(fā)展。

5 教學(xué)環(huán)境

5.1 教材建設(shè)

依托主持和承擔(dān)國家自然科學(xué)基金和國家重大水專項(xiàng)等項(xiàng)目，積極進(jìn)行科研成果向教學(xué)轉(zhuǎn)化，將地下水—礦物相互作用、含水層脆弱性評價(jià)、地下水系統(tǒng)石油污染防治、地下水硝酸鹽污染治理、地下殘留咸水修復(fù)的實(shí)際案例充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容中。2018年又將海水入侵理論和防治技術(shù)的最新研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，進(jìn)一步突出了該課程的海洋特色。

5.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了地下水水位、水溫和水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)和地下水環(huán)境信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的自動(dòng)傳輸、存儲(chǔ)、預(yù)警、提取、展示、評價(jià)和三維仿真，建設(shè)了地下水污染控制的室內(nèi)和現(xiàn)場教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出貼近工程實(shí)際的基礎(chǔ)型、提高型和綜合型實(shí)驗(yàn)，并編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

5.3 智能化輔助教學(xué)資源建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用Blackboard輔助教學(xué)平臺(tái)，建設(shè)了課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、課堂與實(shí)驗(yàn)作業(yè)的網(wǎng)上資源，包含最新地下水污染場地的技術(shù)導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)以及案例等資料和影像，并在平臺(tái)中還設(shè)有留言板，方便師生隨時(shí)交流，取得了很好的教學(xué)效果。

6 完善課程考核評價(jià)

課程考核主要強(qiáng)化過程考核和能力考核。平時(shí)成績占30%～40%，要求學(xué)生以課后作業(yè)、單元測驗(yàn)、案例報(bào)告等形式，寫明一項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)理論、方法與技術(shù)要點(diǎn)、工程實(shí)踐具體方案，以及個(gè)人思考與創(chuàng)意等，考查學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識水平和自主學(xué)習(xí)能力；期末考試成績占60%～70%，重點(diǎn)考查學(xué)生對知識的理解、分析和運(yùn)用能力。課程成績評定方式也充分體現(xiàn)了以學(xué)生為本的理念，達(dá)到啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識，分析和解決實(shí)際工程問題的能力。

結(jié)語

“地下水污染控制課程”建設(shè)，翻譯、借鑒了國內(nèi)外最新的地下水污染修復(fù)技術(shù)，編寫、持續(xù)更新教材，科學(xué)地構(gòu)建了“案例教學(xué)—課程研討—思政建設(shè)”教學(xué)模式，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化和延伸，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)研究成果向教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新性轉(zhuǎn)化。針對工程實(shí)際導(dǎo)向，構(gòu)建了與理論教學(xué)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，涵蓋貼近工程實(shí)際的基礎(chǔ)型、提高型和綜合型實(shí)驗(yàn)，并撰寫了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。課程將團(tuán)隊(duì)的最新研究成果逐漸轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性和創(chuàng)新動(dòng)力，取得了良好的教學(xué)效果。