陳坦 張冰 金軍 劉穎 楊婷

［摘 要］環(huán)境工程原理課程重點(diǎn)介紹污染控制工程的主要工藝和設(shè)施的共性原理，以“模型概化→數(shù)學(xué)刻畫→真實(shí)情況還原”為重要思考方式，利用微分和積分工具描述微觀和宏觀過程。教研團(tuán)隊(duì)在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的師生對(duì)環(huán)境工程原理課程尚有一些疑惑，如教師不清楚本課程與環(huán)境工程學(xué)等其他專業(yè)課的關(guān)系、學(xué)生不易掌握課程學(xué)習(xí)方法等。文章從存在的問題與課程定位、課程的銜接、課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、授課過程中其他需要注意的問題等方面探討環(huán)境工程原理課程的建設(shè)思路，有利于進(jìn)一步提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

［關(guān)鍵詞］環(huán)境工程原理課程；課程建設(shè)；環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)；課程實(shí)踐

［中圖分類號(hào)］ G642.3；X506 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）03-0025-03

當(dāng)前，我國生態(tài)文明建設(shè)已取得了巨大成就，“綠水青山就是金山銀山”的理念逐漸深入人心，環(huán)境保護(hù)事業(yè)的蓬勃發(fā)展也對(duì)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高要求[1-3]。環(huán)境工程原理課程（以下簡(jiǎn)稱本課程）是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，以機(jī)制、原理的討論為主線，介紹水處理、大氣污染控制、固體廢物處理處置等污染控制工程的主要工藝和設(shè)施中的共性原理[4]。明確環(huán)境工程原理課程的定位，進(jìn)一步改善課程的教學(xué)效果，對(duì)保證環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。本文從存在的問題與課程定位、課程的銜接、課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、授課過程中其他需要注意的問題等方面探討本課程的建設(shè)思路。

一、存在的問題與課程定位

本課程主要討論以下內(nèi)容：（1）質(zhì)量衡算、能量衡算；（2）質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、動(dòng)量傳遞；（3）沉降、過濾、吸收、吸附等環(huán)境工程常用分離過程的原理；（4）均相化學(xué)反應(yīng)器、非均相化學(xué)反應(yīng)器和微生物反應(yīng)器等反應(yīng)工程原理。本課程以“模型概化→數(shù)學(xué)刻畫→真實(shí)情況還原”為重要思考方式，即去掉次要影響因素，將復(fù)雜的環(huán)境問題簡(jiǎn)化為模型，當(dāng)宏觀問題無法被均質(zhì)化看待時(shí)還應(yīng)將其剖分成均質(zhì)的微觀問題，再通過數(shù)學(xué)方法描述、求解、優(yōu)化，繼而考慮各因素和各部分對(duì)模型的影響與修正。這樣的思考方式需借助微分和積分工具描述微觀和宏觀過程。

目前在授課中主要存在3個(gè)層面的問題：第一，學(xué)生層面。課程性質(zhì)和內(nèi)容決定了課程難度大、公式復(fù)雜、計(jì)算量大，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)有一定的抵觸情緒，遇到難點(diǎn)也容易選擇放棄。同時(shí)，由于本課程在水處理工程、大氣污染控制工程等專業(yè)方向課之前開設(shè)，授課時(shí)學(xué)生不了解具體工藝、設(shè)施的特點(diǎn)及實(shí)踐意義，由此增加了學(xué)習(xí)的難度，部分學(xué)生會(huì)質(zhì)疑課程開設(shè)的意義。第二，教師層面。部分專業(yè)教師不了解本課程的主要內(nèi)容和特點(diǎn)，往往容易和環(huán)境工程學(xué)等課程混淆，也不理解本課程與水處理工程、大氣污染控制工程等后續(xù)專業(yè)方向課程的相關(guān)性，甚至出現(xiàn)在制訂培養(yǎng)方案時(shí)取消本課程或?qū)⒈菊n程設(shè)置于上述專業(yè)方向課程之后的情況。第三，培養(yǎng)體系層面。本課程的講授以理論分析、介紹為主，要想達(dá)到理想的教學(xué)效果，需要實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐類課程配合，也需要開設(shè)先修課程，后續(xù)課程應(yīng)用本課程的基本原理去分析、解決實(shí)際問題。這既是本課程與培養(yǎng)體系關(guān)系的問題，事實(shí)上也是關(guān)系到整個(gè)培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)和培養(yǎng)模式落實(shí)的問題。

解決上述問題的關(guān)鍵，在于梳理清楚本課程的定位，全面加強(qiáng)課程的建設(shè)，持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量。本課程在環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)過程中，對(duì)專業(yè)認(rèn)同等的提升具有重要作用，是培養(yǎng)學(xué)生從具備基本的理工科素質(zhì)向具有一定廣度和深度的專業(yè)技能過渡的樞紐。從知識(shí)體系構(gòu)建層次的橫向角度看，環(huán)境工程原理課程與環(huán)境微生物學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境化學(xué)等課程共同起到了引導(dǎo)學(xué)生由具備理工科思維向環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)知識(shí)體系構(gòu)建的過渡作用。從課程組培養(yǎng)能力的縱向角度看，環(huán)境工程原理的選修順序一般處于居中位置，如環(huán)境工程專業(yè)水處理方向的選修順序?yàn)榄h(huán)境微生物學(xué)→環(huán)境工程原理→水處理工程→污水厭氧處理技術(shù)進(jìn)展；環(huán)境科學(xué)專業(yè)污染治理技術(shù)方向的課程選修順序可為水力學(xué)→環(huán)境工程原理→環(huán)境工程學(xué)→其他環(huán)境工程專業(yè)方向課。環(huán)境工程原理課程承擔(dān)著本專業(yè)學(xué)生工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究和使用現(xiàn)代工具等方面能力的培養(yǎng)任務(wù)。

二、課程的銜接

梳理本課程與其他課程的區(qū)別與聯(lián)系，做好課程間的配合與銜接，是環(huán)境工程原理課程在培養(yǎng)過程發(fā)揮樞紐作用的關(guān)鍵之一。明確了課程定位就確定了課程在培養(yǎng)體系中應(yīng)該發(fā)揮的作用，解決授課中存在問題的重點(diǎn)就轉(zhuǎn)化為如何處理課程間的重復(fù)內(nèi)容問題。本課程與部分課程重復(fù)的內(nèi)容如表1、表2所示。與先修課程相比，本課程更注重面向應(yīng)用，而與后續(xù)課程相比，更傾向于更多復(fù)雜因素的機(jī)理分析和公式構(gòu)建。課程的任務(wù)和重點(diǎn)不同，相同內(nèi)容的介紹側(cè)重點(diǎn)也不同，加強(qiáng)課程的銜接，能讓學(xué)生從不同的層面去學(xué)習(xí)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解。

講解側(cè)重點(diǎn) 量綱、無量綱準(zhǔn)數(shù) 水力學(xué) 引出判定流態(tài)類型的雷諾數(shù) 利用量綱分析特定參數(shù)的單位，為介紹雷諾數(shù)、努塞爾特?cái)?shù)、普蘭德數(shù)等無量綱準(zhǔn)數(shù)做鋪墊 焓 物理化學(xué) 描述物質(zhì)的能量狀態(tài) 衡算系統(tǒng)能量的變化 流體流動(dòng) 水力學(xué) 描述流體流動(dòng)狀態(tài)和能量損失 分析傳動(dòng)量的機(jī)理，為傳質(zhì)和傳熱的控制提供理論基礎(chǔ) 吸附 物理化學(xué) 描述物質(zhì)吸附過程的作用力規(guī)律，主要考慮靜態(tài)吸附 剖析吸附過程的物理和化學(xué)作用過程，以靜態(tài)吸附為基礎(chǔ)、以吸附反應(yīng)器為背景介紹動(dòng)態(tài)吸附知識(shí)點(diǎn) 環(huán)境化學(xué) 描述污染物和環(huán)境介質(zhì)間的行為 反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 物理化學(xué) 描述化學(xué)反應(yīng)的速率和微觀機(jī)理 面向質(zhì)量衡算描述反應(yīng)生成或降解物質(zhì)的規(guī)律 微生物的生長(zhǎng)特征和Monod方程 環(huán)境微生物學(xué) 介紹微生物的生長(zhǎng)特點(diǎn)和影響因素 面向生化反應(yīng)器速率控制描述各因素對(duì)微生物反應(yīng)的影響 ]

講解側(cè)重點(diǎn) 沉降 水處理工程 計(jì)算沉淀池的尺寸和效率 分析沉降的機(jī)理，建立數(shù)學(xué)描述方法 吸收、吸附 大氣污染控制工程 計(jì)算煙氣處理設(shè)施的尺寸和藥劑用量 建立靜態(tài)—?jiǎng)討B(tài)分離過程數(shù)學(xué)描述方法 離子交換 水處理工程 介紹工程應(yīng)用情況和重要工藝參數(shù)計(jì)算 分析其中的微觀機(jī)理，建立數(shù)學(xué)表達(dá)方式 ]

三、課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

本課程承擔(dān)培養(yǎng)學(xué)生工程觀念、創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力和解決工程實(shí)際問題能力的任務(wù)[5]，實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐類教學(xué)環(huán)節(jié)是本課程的重要組成部分。從培養(yǎng)過程的整體性角度考慮，可組織構(gòu)建銜接更緊密的理論—實(shí)踐課程組，既能讓環(huán)境工程原理理論課有實(shí)踐依托，也能增加實(shí)踐類課程的理論深度，同時(shí)改善授課效果。

實(shí)驗(yàn)方面。開設(shè)和課程理論講解配套的實(shí)驗(yàn)課程，目前主要依托化工原理實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)，包括吸附等溫線的測(cè)定、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的測(cè)算、流體阻力的測(cè)定、離心泵性能曲線的測(cè)定和傳熱系數(shù)的測(cè)定等內(nèi)容。課程配套實(shí)驗(yàn)可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和開放探索型實(shí)驗(yàn)，覆蓋課程的重要知識(shí)點(diǎn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括：（1）流體流態(tài)和雷諾數(shù)的測(cè)定；（2）流體流速與尾流的生成實(shí)驗(yàn)；（3）傳熱系數(shù)的測(cè)定；（4）擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定；（5）顆粒沉降速率的測(cè)定；（6）沉淀過程水頭阻力損失的測(cè)定；（7）均相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的測(cè)定；（8）非均相化學(xué)反應(yīng)本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的測(cè)定。開放探索型實(shí)驗(yàn)包括：（1）流量計(jì)的誤差與修正實(shí)驗(yàn)；（2）吸收/吸附的動(dòng)態(tài)模擬和影響因素分析；（3）微生物生長(zhǎng)和微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的測(cè)定。開設(shè)上述實(shí)驗(yàn)不僅需要任課教師投入大量精力，還需要配套基本硬件設(shè)施，更需要考慮如何組合優(yōu)化課程以幫助學(xué)生建立知識(shí)體系。

實(shí)習(xí)方面?？沙浞终险J(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)等，既注重不同層面實(shí)習(xí)實(shí)踐的側(cè)重點(diǎn)差異，又注意在實(shí)習(xí)實(shí)踐中融入以環(huán)境工程原理為主導(dǎo)的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，增強(qiáng)學(xué)生理論深度，防止實(shí)習(xí)實(shí)踐形式化。如要求學(xué)生在實(shí)習(xí)實(shí)踐前做好必要的預(yù)習(xí)，復(fù)習(xí)工藝設(shè)施的相關(guān)原理知識(shí)；運(yùn)用線上線下混合教學(xué)模式，將線上視頻講解和線下實(shí)地參觀相結(jié)合，讓學(xué)生帶著諸如“原理如何應(yīng)用于工程中”等問題去參觀。

四、授課過程中其他需要注意的問題

第一，課程思政元素的挖掘。傳統(tǒng)理工科課程需要解決課程思政和專業(yè)結(jié)合難、缺乏實(shí)踐支撐等問題[6]。環(huán)境工程原理課程在挖掘思政元素并將其融入課堂教學(xué)的過程中，需要做到潛移默化、潤(rùn)物無聲，做到課程知識(shí)講授過程的自然流露。教師可深入分析課程中蘊(yùn)含的思政元素，如科學(xué)家故事、我國環(huán)境保護(hù)的成就、工程思維方式和工程倫理等，使得專業(yè)知識(shí)講授和思政教學(xué)融合。課程組在實(shí)踐教學(xué)過程中可設(shè)置融入專業(yè)考評(píng)的思政元素考查點(diǎn)，關(guān)注學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作的意識(shí)和克服困難的精神。

第二，適當(dāng)增加對(duì)社會(huì)需求和社會(huì)關(guān)注問題的討論，提高課程的時(shí)效性[7]，營造學(xué)以致用的氛圍。環(huán)境保護(hù)工作既受環(huán)境政策的指引，也在一定程度上反映出環(huán)境政策是否落實(shí)到位。跟蹤社會(huì)需求和社會(huì)關(guān)注問題，有利于學(xué)生掌握環(huán)境保護(hù)工作的發(fā)展動(dòng)向和重點(diǎn)，有利于引導(dǎo)學(xué)生建立專業(yè)信心，有利于課程知識(shí)結(jié)構(gòu)和素材“不落伍”，始終面對(duì)當(dāng)下的環(huán)境問題，適應(yīng)當(dāng)下社會(huì)對(duì)環(huán)境的需求。事實(shí)上，及時(shí)了解環(huán)境政策的導(dǎo)向，不僅有利于提高課程建設(shè)質(zhì)量，而且有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還有益于教師個(gè)人成長(zhǎng)、專業(yè)和學(xué)科發(fā)展。

第三，合理使用各種教學(xué)手段，以適應(yīng)講授內(nèi)容、收到良好效果為標(biāo)準(zhǔn)。合理地使用現(xiàn)代化教學(xué)工具可在一定程度上提高課程的教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)工具并不是越新、視覺沖擊力越強(qiáng)就越好，而是應(yīng)該與講授的內(nèi)容匹配。如講解公式時(shí)，推導(dǎo)的過程往往適合板書，方便學(xué)生按照教師的思路書寫、思考，也利于教師在演示時(shí)省略次要因素等推導(dǎo)過程，這樣的授課方式往往速度較慢，但可拓寬授課深度，可使師生互動(dòng)更深入。再如，講解典型設(shè)備的運(yùn)行時(shí)，與只用靜態(tài)圖片講解相比，借助設(shè)備三維動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和運(yùn)行視頻講解的教學(xué)效果更好。

第四，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)本課程的特點(diǎn)，逐漸建立適合自己的課程學(xué)習(xí)方法。學(xué)生在了解本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和意義后，會(huì)逐漸調(diào)整心理預(yù)期，這就需要教師把緒論講深講透，帶給學(xué)生信心和興趣。大學(xué)和中學(xué)的學(xué)習(xí)方式有很大區(qū)別，中學(xué)學(xué)習(xí)往往以具體的習(xí)題訓(xùn)練為載體，大學(xué)學(xué)習(xí)卻常常注重對(duì)知識(shí)本身的理解和記憶。在習(xí)題講解、作業(yè)布置與講評(píng)等環(huán)節(jié)，應(yīng)以對(duì)知識(shí)的理解為重點(diǎn)，講解知識(shí)的來源、簡(jiǎn)化方式和適用條件，習(xí)題的解答過程相當(dāng)于一般式的具體化。本課程的學(xué)習(xí)依賴微分和積分知識(shí)，重在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程實(shí)際問題的分析和提出解決思路的能力，對(duì)學(xué)生思維方式的構(gòu)建意義遠(yuǎn)大于解決具體的習(xí)題。

五、結(jié)語

環(huán)境工程原理課程在環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的本科人才培養(yǎng)方案中具有重要的作用，主要闡述污染控制工程中的共性原理，利用微分和積分工具從微觀—宏觀分析結(jié)合的角度開展數(shù)學(xué)描述。梳理本課程與其他課程的關(guān)系，做好課程間的銜接，能更好地發(fā)揮環(huán)境工程原理課程在人才培養(yǎng)過程中的樞紐作用；同時(shí)應(yīng)在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、課程思政元素的挖掘、社會(huì)需求和社會(huì)關(guān)注問題融入、多種教學(xué)手段結(jié)合、學(xué)生學(xué)習(xí)方法引導(dǎo)等方面不斷加強(qiáng)課程建設(shè)，以進(jìn)一步提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 陳坦，金軍，王英，等.民族院校環(huán)境工程專業(yè)的建設(shè)特色與培養(yǎng)方案調(diào)整初探[J].教育教學(xué)論壇，2019（31）：119-123.

[2] 陳坦，金軍，王英，等.民族地區(qū)環(huán)保工程新型人才培養(yǎng)方式改革的設(shè)想[C]//新時(shí)代高校環(huán)境教學(xué)改革與創(chuàng)新研討會(huì)組委會(huì).新時(shí)代高校環(huán)境教學(xué)改革與創(chuàng)新研討會(huì)論文集（2019）.北京：高等教育出版社，2020：317-321.

[3] 陳坦，金軍，王佩，等.民族院校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)意向淺析[J].教育教學(xué)論壇，2020（43）：101-103.

[4] 侯彬，盧靜，王海芳.《環(huán)境工程原理》課程教學(xué)體系的改革與優(yōu)化[J].教育教學(xué)論壇，2019（11）：94-95.

[5] 周遠(yuǎn)松，唐曉龍，高鳳雨，等.礦冶背景下環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)[J].大學(xué)教育，2020（3）：20-23.

[6] 夏嵩，王藝霖，肖平，等.土木工程專業(yè)教育中工程倫理因素的融入：“課程思政”的新形式[J].高等工程教育研究，2020（1）：172-176.

[7] 陸永生，黃鑫，許云峰，等.環(huán)境工程原理示范課程建設(shè)的實(shí)踐探索[J].大學(xué)教育，2018（10）：43-45.

［責(zé)任編輯：蘇祎穎］