基于學生能力提升的《環境工程原理》課程教學改革

劉祚希 李延吉 魏礫宏 煙征 王偉云

【摘要】工程教育認證的核心目標是提升環境工程專業本科生的實踐能力，能夠使本科生畢業達到行業認可的質量標準。針對課程中發現的問題進行積極探索和總結，提出以線上線下混合教學、問題和工程案例為導向、加強虛擬仿真實驗及增強過程性考核等改革措施，為提升環境工程教學質量和人才培養素質提供了參考。

【關鍵詞】環境工程原理? 能力提升? 教學改革

【基金項目】沈陽航空航天大學本科教學改革研究項目，項目編號：JG2020079。

【中圖分類號】G64 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）41-0092-02

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。自2016年，我國加入國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》。工程教育認證對我國工程專業的教育方式和培養目標提出新的目標。提升工科生的實踐能力，使工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求是工程教育認證的核心目標[2]。《環境工程原理》課程是環境工程專業的基礎課程，是環境專業本科生所學的第一門專業類課程，該課程理論性強、內容廣泛、結構體系復雜。根據基本原理出發，通過觀察、分析、綜合、歸納，從中找出問題的主要方面，形成分析解決工程問題能力[3]。然而，在傳統的教學在有限的學時內，難以實現工程教育認證的質量要求。因此，在工程教育認證背景下的基于提升學生能力的《環境工程原理》課程教學改革勢在必行。

1.環境工程原理課程教學改革措施

傳統的教學方式以教師講授為主，學生“被動學習”的方式接受知識。以提升學生能力為導向的培養目標，要求學生采取“主動學習”方式，提升綜合的解決問題能力。為實現該培養目標，教學體系從以下方面進行探索和實踐。

1.1 依托MOOC網絡教學平臺提升課前預習和課后復習效果

當前教育制度改革不斷深入，教師的教學觀念隨之更新，但是以學生為中心的教學模式在實踐過程中尚需進一步完善。依托網絡教學平臺建設網上課程資源是教學改革過程中不可缺少的重要環節，網絡教學平臺的使用能夠有效促進學生的自主學習過程。該課程在講授過程中，涉及到大量的化學基礎知識和高等數學知識點，由于學生對于化學知識點的掌握參差不齊，甚至有未學過化學基礎課程的學生，所以，針對每次線下課程設計到的相關化學和高數的知識點，通過搜索網絡相關教學視頻和自制短視頻等方式在每次課前上傳到MOOC平臺，幫助學生課前較好的回憶和預習相關知識點，節省課上的補充知識點的講授時間。課后將課堂上發現的問題和講授內容進行梳理總結，并及時上傳到平臺，促進學生加深課程印象，提高學習效果。通過網絡課程上課前的預習和課后的討論，學生掌握了一定的理論基礎知識節省了課堂講授時間，在課堂授課過程中教師可調整教學模式，適時開展啟發式教學或研究型教學，課堂的授課氛圍更為活躍，也激勵了學生的自主學習動力[4]。

1.2 教學內容的調整與重構

環境工程原理教材主要分成三篇，分別為第一篇，環境工程原理基礎;第二篇;分離過程原理和第三篇化學與生物反應工程原理。部分章節內容與其他基礎和專業課產生重復。例如，其他分離過程的膜分離與《水污染控制工程》的內容具有交叉，第十四章微生物反應動力學基礎相關內容與《微生物》課程相關知識點具有交叉。基于以上問題和工程教育認證目標，對于課程體系進行不斷的重構優化，將課程之間的交叉點設置綜合教學方案，極大地減少了由于內容重復而造成的學時緊張。例如，由于環境工程原來第十五章微生物反應器及的水污染處理技術較多，該部分內容在講授時只闡述基本原理在后續的《水污染控制》教學活動中進行詳細講授?；瘜W反應動力學中反應動力學相關內容已經在第四學期《物理化學》課程中講授完成，該部分內容可以通過線上MOOC讓學生采取自主學習的形式復習該部分內容。教學內容的整合與優化有效地擴充了教學學時，極大地提升了教學質量。環境工程原理的網絡課程建設主要開設課程視頻、課件、課程輔導資料、作業庫、試題庫和討論區[5]。

1.3 以問題和工程案例為導向的課堂教學

基于OBE教學理念，環境工程專業要求學生能夠運用綜合專業知識，解決實際環境工程問題的能力。在環境工程原理的課堂教學中，加入以問題討論為起點的引導教學方法，能夠激發學生學習和探究的主動性，在啟發學生工程思維、培養學生自學能力、解決實際工程問題能力方面，具有重要幫助。例如，在講授膜分離過程相關內容時，可以針對膜分離技術在日常生活中的應用進行提問。航空母艦遠離陸地長達半年甚至1年之久，為船上的成千上萬名船員提供日常生活用水的淡水來自哪里？為什么需要采用海水淡化的技術供給航空母艦上的水源而不是從陸地攜帶生活用淡水？這些問題極大地激發了學生的學習興趣，培養學生將基礎理論知識與實際相結合的能力，同時由于師生互動的提升，提高學生的“向學力”。此外，選取環境工程相關的工程實際案例，在老師的指導下通過建立小組和組內合作學習等方式，查閱相關資料、分析討論案例中的問題，能夠補充環境行業的相關業務知識并提升學生發現和解決工程應用問題的能力。

1.4 融入虛擬仿真實驗的教學探索

虛擬仿真實驗通過軟件模擬設備工藝的運行過程，突破傳統課堂教學模式的局限，通過系統演練模擬操作過程，使學生快速有效的理解工藝運行過程，提高教學質量。2017年7月，教育部發布了《關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》提出，建設高等教育實驗教學優質資源及加強其應用，提高高等教育實驗教學質量和實踐育人水平[6]。隨著我國正式加入“華盛頓協議”后，學生創新能力的培養及創新精神的體現是高等教育工科專業學生所要解決的核心問題。環境工程原理課程包含的知識點廣泛且繁瑣，采用PPT或板書等教學方式缺少對于設備和工藝流程的立體感和動態認知，造成學生在實踐認知方面存在許多不足?；?D技術的虛擬仿真《環境工程原理》課程教學手段，能夠讓學生直觀的體會到環境行業中不同環保設備和工藝的結構，既提升學生對于工藝的理解，又吸引了學生的眼球，提升課程的學習興趣。

1.5 考核方式的改革實踐

科學、合理的考核方式應兼具反映教學成效和督促學生主動學習的功能，尤其在多平臺教學體系中，傳統的考核方式以期末試卷成績為主，片面反映知識點的學習情況和運用能力，僅依靠期末考試成績評定的傳統考核方式已經無法滿足新的教學要求。同時，單一化的作業內容會造成課后作業抄襲等現象。因此，優化考核手段提升考核方式的科學性，實施高覆蓋的過程性評價。環境工程原理的過程性考核方式主要包括課堂測驗及問題回答情況、網絡平臺使用情況、章節作業、大作業完成情況和期末考試成績，且期末考試成績占比為60%。即時、多目標的考核方式包括在課堂學習（如問題互動、討論參與度、PPT與答辯情況等）、課程作業（通過平臺隨機給出同一層次不同的作業內容）、網絡平臺使用（如預習要求、環境事件解決方案設計、思考題討論參與度和階段測試成績等）、自主學習（網絡平臺使用頻率）等各個方面，重視學生知識的實際掌握情況，著重培養學生應用能力和實踐能力。

二、結語

“環境工程原理”課程是承接環境工程專業基礎課和專業課程的重要橋梁。在工程教育專業認證趨勢下，基于環境工程原理課程的特點和學生理解不夠深入等實際情況，積極探索以問題導向和環境工程案例教學手段，不斷提高在學生的工程實踐能力，進而提升畢業生對行業的適應度。采用多樣化的考核機制，將以成果導向為特征的理念（OBE理念）融入環境工程專業培養體系中，實現以提升學生能力為中心的環境工程原理課程教學改革。

參考文獻：

[1]張朝磊，張在云.基于工程教育認證標準培養解決復雜工程問題能力[J].中國冶金教育，2017（4）：14-17.

[2]張建樹， 郭瑞麗.工程教育認證背景下課程達成度的評價改革[J].高教論壇，2016（6）：72-74.

[3]張先梅，張帆，黃婕，等.工程教育理念引領創新人才培養模式——實施“卓越工程師教育培養計劃”的探索與實踐[J].化工高等教育，2017，34（3）：710.

[4]高常飛，楊啟霞.以實踐教學為導向的《環境工程原理》課程建設研究[J].廣東化工，2021（4）：2.

[5]董春橋， 王秀萍， 梁莎.“互聯網+”環境工程原理虛擬仿真實驗教學項目建設[J].實驗技術與管理， 2021， 38（8）：5.

[6]祁寶川，何琴，辛世紀等.工程教育認證背景下的“環境工程原理”課程教學改革[J].科教導刊，2021（12）：3.

作者簡介：

劉祚希（1983年-），男，遼寧沈陽人，博士，副教授，主要從事環境工程專業環境工程原理教學。