环境与化工专业学生创新能力培养研究

　　摘要：创新是一个民族持续发展的动力，是高等教育的特质。现代教学平台和教育资源的特征要求我们以更加高效的线上线下混合教学模式开展教学。在这个过程中如何根据课程特点、将创新能力培养融入教学过程之中，是一个新的课题。颗粒沉降是环境工程、化工专业学生学习的重要内容，本文以颗粒沉降这一章节内容教学为例，分析了教学内容的特点，分享了教学过程的经验和个人思考，供同行借鉴。

　　关键词：高等教育；线上线下混合教学；颗粒沉降；创新能力；教学设计

　　《“十四五”规划和２０３５年远景目标建议》指出，到２０３５年，我国经济、科技、综合国力等方面将大幅跃升，突破关键核心技术，步入创新型国家前列［１］。《建议》中４７次提到了“创新”，可见，规划从国家发展战略角度把创新放在极其重要的位置。创新型国家需要具有创新意识和创新能力的国民支撑，而高等院校是培养高级专门人才的基地，是养成各类人才创新能力的沃土。因此，高校在国民创新能力培养和提升方面担负着重要责任。在新时代背景下通过中国特色社会主义高等教育理论创新、制度创新以及实践创新，不断促进优质教科研支撑的高等教育高质量发展［２］，毫不例外，新时代创新精神也应体现在化学化工教育和环境教育中。如今，我们已处在高速网络支撑的信息化时代，信息正以难以置信的速度增长，并以日益灵活的方式传输到几乎每一个人，其中包括牙牙学语、蹒跚学步的儿童，和鹤发童颜的耄耋老人。知识和信息的传播，早已不再是口口相传，不再是纸媒、传统广播，甚至电视媒介也已经稍显落后。在现代媒体的支撑下，信息的传播已经构成立体化传输模式。对于受众而言，呈现在面前的多源信息呈现立体化状态，简短新闻、娱乐视频、奇谈怪论、天文地理、经史子集、学术发现，可谓应有尽有，但对于受众却多处于无序状态。从无序信息中发现素材并按照一定原则和理论体系组织教学过程并使学生通过思考、归纳总结掌握相关知识和理论，并实现创新能力的提升，充分体现高等教育的创新与时代引领性特质，实现教育创新。化工原理和环境工程原理在理论体系上的相通之处颇多，尤其体现在“三传一反两守恒”及分离方法等方面。而随着时代发展，新的化学化工技术及环境治理工程理论不断涌现，在现代高等教育过程中采用线上和线下相结合提高授课效能方面的需求显得更为迫切。基于上述思考，结合课程建设中关于颗粒沉降问题的教学，探讨大学生创新能力培养问题。

　　１知识点梳理与分析

　　颗粒沉降是课程授课的重要内容，对于后续专业课中相关处理技术的理解具有重要支撑作用。其核心内容包括以下三个方面：粒子在流体中沉降过程的阻力特征、粒子在重力场中的沉降规律、离心力场及电场中粒子的沉降分离等。表面上看这三部分内容是相互独立的，事实上属于层层递进的关系。粒子在流体中所受流体阻力是各种沉降分离技术的理论核心，无论重力、离心力还是电场力作用下的分离都离不开阻力计算。因此在授课中以阻力作用及受力分析为主线开展教学，以重力沉降作为重点授课内容。

　　１．１本案例教学设计

　　１．１．１教学目标与内容通过学习和探究，使学生掌握颗粒沉降基本原理，重点掌握颗粒在流体中产生阻力的条件和阻力作用规律，以重力场中颗粒物沉降为核心，分析探索颗粒沉降效率影响因素及提升沉降效率的方法。教学重点内容为流体中颗粒物运动阻力作用规律，重力场中颗粒物沉降规律。其中，难点体现在流体中颗粒物阻力作用规律。１．１．２教学方法线上线下相结合，线上完成基本知识点学习，线下采用翻转课堂模式深化理解和运用能力，以学生为学习主体，主动探索与总结；教师就本章节的重点和难点问题进行剖析和讲解，引导学生开展创新性发散式思考，并要求其总结。

　　１．２教学过程

　　理论源于对自然现象的分析，源于对工程实践问题的思考和总结，最终应用于实际工程问题的解决；理论教学与实践的密切结合。根据认知规律，从自然环境中的大气沙尘沉降、水中的泥沙沉降等自然现象出发，分析影响因素，建立简化模型，总结阻力规律，从现象理解事物的本质。再从简单到复杂，由理论向实际过渡，分析重力场作用下的颗粒物沉降规律，进一步探讨生产环节的除尘、沉淀池泥水分离过程，分析如何提高其分离效率。进一步讨论存在的问题和解决问题的方法，培养学生的创新思维习惯。基于这一思考，对本部分教学内容作如下设计。（１）学生利用网络资源搜索与沉降有关的自然现象、生活里与沉降有关的事物，归纳其基本特征。（２）结合学生归纳的情况，教师在课堂授课中引入颗粒沉降的基本概念，总结分析阻力产生的基本条件，讲解颗粒运动的物理本质和阻力作用规律，以斯托克斯区域为例重点分析颗粒物所受阻力特征，进而分析影响沉降速度及分离效率的因素。（３）引导学生结合水处理过程关于胶体颗粒的去除思考絮凝剂的反应及卷扫作用机理，与本章节所述沉降原理对接，使其能够活学活用。（４）学生利用网络资源搜索与重力沉降有关的工业装置、构筑物，初步了解其结构特征，分析粒子在这些装置及构筑物的受力相同与不同之处，引导其结合重力沉降理论分析得出这些结构改设计的理由，思考进一步改进沉降效率的设计方法。（５）引导学生利用网络资源搜索与沉降有关的各种工业装置，找出各属于重力沉降装置、离心沉降装置、电沉降装置、磁力沉降装置、惯性沉降等的例子，分析其相同点与不同点，结合离心力场和静电场受力分析讨论其设计依据。

　　２教学总结与思考

　　（１）采用线上授课方式是对线下课堂很好的改进，比如利用线上教学平台，布置团队合作和协作作业，布置课前预习课题和布置课后创新作业，充分发挥线上教学的优势。（２）在日常的教学中就手机和其他多媒体通讯终端，可以采用疏而不是堵的方法，主动增加学生在课堂上使用手机检索和信息收集的活动，比如在规定时间内完成信息收集，并回答和解释检索结果，在课堂上让学生思维随信息检索活动起来，使其成为真正的学习和思考的主体。（３）教师的引导和关键问题指导具有不可替代性，由于课堂变得更加开放和发散，需要教师具有更深更广的把握，有超强的课堂教学节奏控制能力。建议一门课由多名骨干教师分别承担不同专题的内容，并增强教师的教学内功，增强利用现代教学平台、教学资源开展专题教学的能力。（４）教学中增加适当以教学评价和学生学习效果评估环节，让学生清楚地了解自己的学习进展和能力提升状况，给教师以进行更高效的反馈，以便对教学过程及时调控。（５）为了有效达成教学目标，线上线下授课均应在有序组织的前提下进行。课堂上要求学生检索和总结的素材应按一定关键词组合规则设计，检索是有序开展的，不能过度发散，否则会降低课堂效率。课外创新作业应提供参考主线和发散性思考样例。

　　３结语

　　现代科技迅速发展在推动高等教育改革，变化的是现代教育手段，不变的是人的认知规律。无论是化学化工教育，还是环境专业教育，在观察中发现问题、在思考中分析和解决问题，创新能力培养中注重学生的创造力、独创性和批判性思维等特质，是现代高等教育教学中追求的目标。创新教育任重而道远，高校教师应在专业课程教学过程中持续开展创新研究，融入学生创新能力培养内容，为提升国民素质教育贡献应有之力。本文仅为作者教学经验总结，能起抛转引玉之效则幸甚，所提观点不一定正确，请同行、专家不吝批评指正。

　　参考文献

　　［１］中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议［ＥＢ／ＯＬ］．［２０２１－０４－２３］．

　　［２］李迅．十九届五中全会精神指导下以教科研支撑高质量教育发展［Ｊ］．教育评论，２０２１（１）：３－８．

　　作者：周广柱 刘音 王金凤 陈平 单位：山东科技大学安全与环境工程学院