地方应用型本科院校“固体废物浆体管道输送”课程教学改革初探
时间：2023-04-08 20:05:03 来源：千叶帆 本文已影响人
赵 达， 张凤赐， 程全国， 孙 萍， 刘大志， 郑冬梅， 郭振宝
(1.沈阳大学 环境学院，辽宁 沈阳 110044；
2.辽宁斯瑞特浆体输送设备有限公司，辽宁 沈阳 110044)
在我国高等教育实现飞速发展的新时代，地方应用型本科院校已逐步成为建设高等教育强国的骨干力量[1]。沈阳大学是一所面向全国招生的综合性地方大学，其前身为1905年成立的奉天实业学堂和1906年成立的新民公学堂。学校将培养“基础扎实、综合素质高、动手能力强、具有创新意识”的社会需要的应用型人才作为办学宗旨。沈阳市政府于2019年发布了《关于支持沈阳大学建设全国同类院校一流大学的若干意见》，意见提出全力帮助沈阳大学建设成为“全国一流的应用型大学”。作为培养应用型人才的重要阵地，沈阳大学环境学院现有两个本科专业，分别为环境工程专业和环境生态工程专业。环境工程专业于1981年开设，被评为辽宁省本科重点支持专业，同时也是工程人才培养模式改革试点专业。2018年该专业被批准成为辽宁省一流专业，2019年被批准成为国家一流本科专业建设点。两个专业均面向大学四年级学生开设了固体废物浆体管道输送课程，该课程在本校环境类专业中占有比较重要的地位，是区别于其他高校同类型专业的特色课程之一，是环境工程专业的专业必修课程。该课程以环境工程原理、环境微生物、工程流体力学、工程力学、机械设计基础等多门课程知识为理论基础，涉及了固体颗粒的沉降、浆体管道的摩阻损失、临界流速与输送流速、经济浓度及运行制度、泵型选择、水击防护等方面的知识内容。通过系统地学习，使学生掌握固体废物浆体管道输送的理论与实践技能，强化对实际工程问题的解决能力，促进跨学科知识的整合交叉。传统的教学模式和单一的评价体系已不能满足应用型人才培养的需要，为达到更好的教学效果，需要在授课过程中解决所面临的教学问题，不断更新教育理念，改进教学方法。积极引入更适合应用型人才培养的教学模式，同时优化课程体系，将具有深远意义。
1.1 教学方法单一
传统授课主要采用多媒体与板书相结合，以教师和课本为中心的方式，尽管这种教学方式具有严密的逻辑性，并且具有利于知识在短时间内系统传授等优势，但是学生缺乏自主学习时间及思考空间，被动地学习知识导致学生缺乏学习的主动性、积极性和创新精神[2]。另外，在学生人数较多的情况下，采用合堂教学的方式，每个学生对理论知识的接受程度差距明显，利用多媒体教学占用的大多数课程时间，也使得教学进程大大加快。因此，教学理念的更新是目前教学方法革新的关键和突破口，教师首先要转变教育思想，改变单一传递信息的方式，实施多层次、多角度的教学方法，采用多途径、多方向的信息传递方式。
1.2 课程教材内容陈旧
目前，关于固体废物浆体管道输送的教材较少，内容较为单调、枯燥，并且更新不及时，与最新的设计规范和现有的工程应用脱节，学生不能及时了解管道输送工程相关的最新成果及工程实例。课堂授课形式相对单一僵化，教学内容更趋于理论化，与生活实际相脱离。教师在教学过程中处理教学内容时，更习惯于根据课本所列内容机械地讲授。另外，在实践教学方面，缺少专门针对固体废物浆体管道输送课程的实验及实训指导用书，在某种程度上对实验与实训教学的质量产生了严重影响。
1.3 重理论而轻实践
目前固体废物浆体管道输送课程的教学现状主要表现为“重理论而轻实践”，因此对学生实践技能的培养效率较低，即使学习了固体废物浆体管道输送专业的基础理论知识，也会因为后续缺乏有效地实践而逐渐淡忘[3]。受本身经费限制，学校无法及时开展实践环节，无法修建专门的实验室或引进专业软件等，另外学校与外界相关企业或科研院所联系较少，从而导致实践基地的缺乏，使学生普遍缺少实践操作经验。
2.1 教学目标改革
固体废物浆体管道输送课程的教学目标是要求学生了解和掌握输送的原理及理论基础，学会输送工程项目的基本设计方法与思路，将多学科的理论知识整合，使学生解决实际工程技术问题的能力得到锻炼。因此，本课程教学团队以工程教育专业认证的理念为核心，坚持以学生为中心，把成果导向的教育理念作为指导思想，持续改进。在培养方案和教学目标的制定上进行了修订和完善，将教学重心从教师和教材转向以学生为中心，坚持以“教”为“学”的服务原则。重新修订了教学大纲，通过设置课程的教学模块、突出专业实践和项目设计、使用灵活的教学方式与学习方法，使理论知识和专业技能得到巩固，让学生熟悉和了解本学科的发展进程、研究前沿动态及创新应用。在现有知识体系的基础上，将固体废物浆体管道输送的新技术、新设备、新材料、新应用充实到相应的章节中，使课程教学内容能够与环保产业的实际发展接轨。将知识传授和价值导向有机融合，把高等教育教学新理念“思政教育”融入课程的教学环节，培养具有社会主义核心价值观、良好人文素质和职业道德的应用型环境保护专业人才，在专业知识学习中实现固体废物浆体管道输送课程的隐性育人功能，激发学生的学习热情，逐渐形成“知识、能力、素质”三位一体的教学模式[4]。结合本课程的特点，根据工程教育专业认证的毕业要求，分别选取了工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究及使用现代工具作为本课程支撑的毕业要求的指标点。课程教学要以毕业要求为培养目标，对应各毕业要求指标点设置相应的课程教学目标：①掌握浆体管道输送的理论基础、临界流速与输送流速的变化规律、摩阻损失理论，使学生具备解决复杂工程问题的基本能力。②掌握环境工程专业的基础理论知识，分析并解决相关领域的特定需求与工程问题。③应用基本设计方法与技术，从工程实际出发，充分考虑设计目标和各种影响因素，制定合理的设计方案，培养学生的工艺技术分析和工程设计等综合应用能力。④通过课程实验，熟练操作各种仪器设备，学会观察实验现象、分析实验数据，使学生具备动手能力及综合运用的创新能力。⑤了解输送工程的系统构成、处理流程、常用设备、信息技术工具、工程工具及软件的使用方法及原理，使学生具备提出最优方案及工艺参数，提高分析和解决问题的能力。
2.2 教学内容改革
现有的关于固体废物浆体管道输送的教材较少，而且年代较为久远，内容基本都很相近，都是侧重于固体颗粒物料的管道输送，例如尾矿、精矿等。并且课本上所讲述的内容不能对最新的技术发展、规范要求和全新应用领域及时进行更新。目前，国家通过的第十四个五年规划和2035年远景目标的建议中，对持续改善环境质量和加快绿色低碳发展有着更高的要求，因此相应的教学内容也应该进行更新，修订教学大纲，紧跟环保行业的发展需求，适当地增加环保产业中大宗固体废物和生物质浆体(畜禽粪便、生物质复合材料、污泥、餐厨垃圾)的管道输送等内容和课时。随着浆体管道自动化水平的提高和管道新技术的不断涌现，为管道的运营安全提供了保障，也给输送工程设计和项目管理工作带来了全新挑战[5]。所以“管道”教学也不能只注重传统的工艺计算和运行管理，在教学中，应不断把该领域研究的热点技术补充到课程中，例如煤矸石与粉煤灰管道输送技术、尾矿膏体回填技术、海洋矿产管道输送技术、厌氧消化污泥的管道输送技术、畜禽粪便利用微生物厌氧发酵后原料的流变特性研究、生物质复合浆料的管道输送技术、餐厨垃圾肥料化及生物厌氧发酵处理技术过程中管道输送技术的发展现状等，使课堂讲授的理论知识可以跟上时代的发展。这就要求教师要时刻关注最新的专业研究进展和成果，及时把这些新动态传达给学生，不断了解当前先进的工程实例，从而拓宽知识领域，为今后从事相关工作打好基础。
加强研究和实践是新工科建设的重要理念之一。固体废物浆体管道输送是一门理论性和实践性并重的课程，这就要求教师在授课时应更加注重理论与实际的联系，将抽象的理论知识和具体的生产生活实践相结合，从而进一步加强学生对基础理论知识的理解和实践创新能力的提升。例如以陕西省榆林市某煤矿粉煤灰浆液管道输送为实例，结合课本中“浆体管道的摩阻损失及临界流速”等章节的知识点，指导学生自主完成实验参数计算及工艺设计；
以北京某城镇污水处理厂的污泥管道输送为实例，将污泥流变特性的研究与污泥处理过程中实现减量化、稳定化和资源化的厌氧消化核心工艺相结合。通过联系实际的工程案例，不但巩固了专业理论知识，而且使学生分析问题和解决问题的能力得到了锻炼。
2019年，教育部在《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量》的文件中强调，要将思政教育贯穿于人才培养的整个过程中[6]。本课程团队认真探索了固体废物浆体管道输送课程的思政元素，尝试将课程思政与专业教育紧密融合。总结了学生在学习过程中经常出现的一些典型问题，如自我管理意识较弱、自主学习的积极性不高，甚至不正确的三观等，加强了对学生的思想教育，对树立正确的世界观、人生观和价值观，提升人才培养质量具有重要的意义。在固体废物浆体管道输送技术概述、理论基础和机理等章节中，教师可以将抽象复杂的基础理论知识讲解得更加通俗易懂，将学科发展过程出现的典型人物的科学事迹和社会事件作为价值引领，培养学生对中华优秀传统文化的兴趣，激发学生探索科学和追求真理的使命感。例如，在绪论中讲授浆体管道输送专业的发展历史及介绍学科发展成就时，着重讲述我国科学家勇攀科学高峰的事迹，让学生们深切感受到发展过程中的艰难、国家繁荣昌盛和来之不易的进步、中国共产党英明果敢的领导，以及通过古今中外的对比，激发学生的爱国情怀。在讲授浆体输送机理时，利用项目教学、视听资料播放等形式介绍我国自主设计、建设的世界最长的长距离管道输煤项目——陕西神渭输煤管道，使学生体会到中国特色社会主义制度的优越性，培养学生勇于承担时代使命，成为努力学习专业知识，注重综合素质培养的社会主义现代化的建设者和接班人。另外，关注环保行业的热点、培养职业素质以及团队合作精神也是思政教育的重要部分。新时代大学生还要具备人类关怀精神，能够拓展国际视野，将人类命运共同体的理念发扬光大，努力推进“一带一路”的共建和构建人类命运共同体[7]。通过学习了解当前的全球形势和我国国情，让学生认识创新的重要性，以及全球化背景下创新能力对国家之间综合竞争的重要性，并确定自己的职业定位。特别是加强了学生的社会责任感、法治意识、专业素养和创新品质等，并与教学内容相关单元的知识点紧密衔接，构建思政建设的案例库，将思政教育渗透到课堂教学当中(表1)。
另外，本课程教学团队也对实验教学模式进行了改革和尝试，编写了配套的实验指导，利用学院提供的教学及科研平台，有机地将专业理论知识和实践生产问题相结合，通过实验课程训练，培养学生的自主性和参与度，锻炼学生积极思考、不断实践的科学精神以及严谨的科研态度。
表1 思政元素与《固体废物浆体管道输送》部分理论知识点的融合
2.3 教学方法的改革
2.3.1 对分课堂 对分课堂教学模式的主要方法是将大学课堂的讲授时间进行重新分配，任课教师把课堂时间分成两部分，即讲授时间和互动时间，一部分时间用于教师讲授知识点，另一部分则分配给教师与学生互动以及学生之间的互动[8]。对分课堂相比于传统的教学模式，不仅避免了“教”与“学”分离的缺点，而且弥补了简单讨论式课堂效果差的不足。主讲教师首先根据专业的设置要求，对课程知识的重点和难点进行讲解，学生随机组建讨论小组，小组内成员可以通过共享移动终端获取的资源进行小组内部的消化吸收。小组成员不能讨论解决的知识点可以等待小组之间或主讲教师进行对分讨论。该方法的重点在于以学生自我吸收和消化为主，使学生探索专业知识的积极性被充分调动，从而增加学习兴趣，积极培养自主学习能力，达到更好地掌握专业知识的目的[9-11]。
2.3.2 案例教学 案例教学方法是由美国哈佛法学院前校长C.C.Langdell于1870年首创，随后哈佛企业管理研究所所长W.B.Doham将其推广，并快速传播。案例教学是一种开放、互动且高效的新型教学方法，在20世纪80年代被引入国内[12-13]。在案例教学中，教师要根据教学大纲要求的教学目的选择浆体管道输送工程中的真实系统为案例，使得理论指导与实际案例相融合，学生收到案例后，通过查阅所需的各种理论知识材料进行消化吸收，并根据固废物料性质和输送工艺的要求，通过实验、计算来确定设备选型的依据、工艺设计及优化。收集相关理论知识后，要求学生必须经过缜密地思考和计算，进行小组讨论分析，并提出问题的解决方案，整个过程可以锻炼学生的综合能力。在案例教学过程中，教师可以随时对学生进行指导，这也促使教师根据不同学生的不同理解深化思想，改革教学内容。案例教学有助于学生建立工程观念，鼓励学生进行独立思考，引导学生将注重知识学习转变为注重能力提高。针对专业实践能力的锻炼不仅对学生自身的发展有所帮助，企业也会从中受益。
2.3.3 构建课程思维导图 “固体废物浆体管道输送”是多学科交叉的一门课程，具有知识点复杂、概念抽象难以理解、内容过于分散、容易混淆和难以记忆等特点，传统的教学模式不利于培养学生的发散思维能力，使学生容易忽视课程内容，很难在课堂上集中精力，使学生逐渐失去学习兴趣。思维导图是一种简单实用的图形工具，可以有效地表达发散性思维。思维导图法可帮助学生对专业理论知识的高效记忆，实现各知识点之间的融汇贯通和高效转换，更好地理解事物的本质规律，有助于系统构建理论知识框架，提高学习的有效性和解决问题的灵活性，提高学生的自主学习能力[14]。因此，对于知识点比较复杂和抽象的重点章节，在教学结束后要求学生制作思维导图，帮助学生更容易掌握本章节的知识点。
2.4 教学考核评价的改革
教学考核评价是教学工作中的重要环节之一。在教学评价方面，本课程教学团队改变了以往期末闭卷考试成绩评价的单一方式，主张对课程教学的全过程进行考核，尽量弱化期末考试所占的比重，采取了多元化的考评形式，增加了学生平时成绩的比例，对于学习态度端正、积极参与课堂互动的学生给予表扬和适当的加分，突出对复杂工程问题的解决能力、团队合作的考核等。综合评价的考评方式分别包括了理论教学部分和实验教学部分。理论教学采取了试卷考核(60%)和过程评价(40%)相结合的评价形式。其中过程评价包括三方面的内容：一是以“超星学习通”网络教学平台上的记录为依据，对学生的出勤情况进行评估，占比10%；
二是在课堂教学中，学生的课堂表现及小组讨论情况，占比10%；
三是在“超星学习通”网络教学平台上传的课后作业完成情况，占比20%。实验教学考核包括三部分内容：首先教师对学生的出勤状况进行评价(20%)；
二是教师根据参与实验的态度和实际操作进行打分(40%)；
三是教师根据实验实际操作和撰写的实验报告进行考核(40%)。三部分内容均以百分制打分。教师综合每位学生各部分实验的成绩进行分段评定，其中优秀为90分以上、良好为90～80分、中等为79～70分、及格为69～60分、不及格为60分以下。
“固体废物浆体管道输送”是一门理论与实践紧密相连的学科，建立多元化课程考评体系，可以更加客观公正地体现课程改革的效果，有利于本课程教学团队及时发现问题并进一步改进教学工作。
2.5 教学改革实施效果
通过教学改革的实施，融合工程教育专业认证的理念，完善了教学大纲，更新了教学内容，尝试了多种教学方法。教学团队通过与学生座谈和调查问卷的形式对教学改革的效果进行了了解，大多数学生认为新的教学方式能够充分调动学习的积极性，增加学习兴趣，使枯燥的理论知识更容易掌握。对分课堂和案例教学的小组讨论，虽然在课后需要收集大量的资料及准备时间，但是能够将课堂讲授的专业知识与工程实际相结合，学生们认为收获最多。通过教学改革，明显提高了学生的学习热情，以学生为中心的课堂教学进一步加强，锻炼了学生工程实践的能力。
“固体废物浆体管道输送”是环境工程专业重要的专业必修课程，随着环保设备在环境工程领域中的地位逐渐凸显，学好该门课程也就越来越重要了。为实现应用复合型人才的培养目标，适应国家新工科建设的要求，提升学生的创新能力和实践技能，教师应该更新教学理念，坚持价值引领，及时修改课程内容，优化教学模式与方法，完善考核体系。通过将“思政教育”理念融入到该课程各个教学环节中的改革尝试、丰富课程内容及教学方法的更新，使教学水平不断提升，也提高了学生的学习积极性，有助于培养出知识、能力、素质全面协调发展的应用型技术后备人才。教育是一个不断探索、发展和完善的过程，只有这样才能促进教育质量的不断进步，真正实现教育的最终目标。
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