工程教育認證背景下的“環境工程原理”課程教學改革

祁寶川 何琴 辛世紀 馮丹 王興磊

摘 要 在工程教育專業認證背景下，結合伊犁師范大學環境專業新版人才培養方案制定的實際情況，針對當前環境工程原理課程教學過程中存在的問題進行了積極的改革探索，提出了以問題為導向、以虛擬仿真為導向、以工程案例為導向以及優化教學內容和考核體系等改革措施，為提高環境專業教學質量和加強人才培養質量提供了參考。

關鍵詞 工程教育 環境工程原理 教學改革

中圖分類號：G424?????????????????????????????????文獻標識碼：A??DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.12.040

Abstract According to the actual situation of the new version of the talent training program for the environment major of Yili Normal University， positive reforms and explorations have been made for the current problems in teaching process of environmental engineering principles against the background of engineering education professional certification. Reform measures such as problem-oriented， virtual simulation-oriented， engineering case-oriented， optimization of teaching content and assessment system were expected to provide references for improving the quality of environmental professional teaching and strengthening the quality of talent training.

Keywords engineering education; environmental engineering principles; teaching reform

工程教育認證是國際通行的工程教育質量保證制度，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。[1，2]隨著我國加入《華盛頓協議》，標志著我國工程教育認證質量邁上了新臺階，對于提高我國工程教育質量，工程技術領域應對國際競爭、走向世界具有重要意義。[3]與此同時，對于工程教育認證發展的新形勢下我國工程專業的教育質量和人才培養等方面提出了新的要求。[4]

環境工程原理作為環境工程專業重要的專業基礎必修課。該課程是圍繞“三傳一反”理論為核心展開的一門必修課程，主要講述環境工程學中所采用的一些物理過程（單元操作）的原理、基本概念、基本理論、典型設備、典型工藝以及在環境工程中的應用，培養學生在環境污染控制過程中的綜合工程實踐能力。因為該課程涉及的基本原理、公式推導、工藝設備繁多，讓工程意識和思維相對薄弱的少數民族地區學生接受起來比較困難。所以，如何對該課程體系進行教學改革以適應當前環境專業認證的新需求，是當前課程教學過程中必須思考并重視的問題。目前“環境工程原理”的授課基本還是按照傳統的以教師、課堂和書本為中心的教學方式，不滿足專業認證需要的以學生為中心、以理論和實踐相結合為中心和以能力和素質為中心的教學方式，導致學生畢業不能滿足社會和工業界的要求。因此，如何打破傳統的教學模式，增強工程教育人才培養對產業發展的適應性，成為當前工程教育專業認證背景下課程教學改革的一項重要工作。因此，本文聚焦環境工程專業必修課環境工程原理，圍繞課程內容，教學模式和考核體系等進行改進以期為工程教育專業認證標準下的課程教學改革提供參考。

1 環境工程原理課程教學改革措施探討

隨著以工程教育專業認證為抓手的教學改革實踐不斷深入，需要改變傳統的以教師、課堂和書本為中心的教學方式，實施新的教學模式。工程教育專業認證三大理念對于轉變教師教學思想、提高實踐教學質量和工程人才核心能力具有重要指導意義。為了實現該目標，在教學中，筆者從以下幾方面進行了探索與嘗試：

1.1 以問題為導向的課堂教學方式探索

環境工程本科生畢業能力培養的目標之一是培養學生綜合運用所學知識，解決復雜實際環境問題的能力。在環境工程原理課程的教學中需要以問題探究為起點和重心開展教學活動，通過教師的教育引導，激發學生學習和探究的興趣，對于啟發學生工程思維、培養學生自學能力、解決問題能力具有重大意義。在教學過程中，要求教師掌握專業知識和基于該課程知識體系的工程實踐并對學生進行引導。比如，在吸附這一章節，可以針對現在越來越多的家庭安裝家用凈水器進行問題設計，在該過程中引導學生進行問題分析“舉例說明生活中常見的吸附現象？常見的吸附劑都有哪些？為什么吸附分離操作可以降低污染物的濃度？吸附過程分為哪些步驟？吸附分離在其他污染控制領域的應用都有哪些？為什么吸附法是一種具有廣闊應用前景的污染控制技術？”等一系列問題有助于提高學生的學習興趣，啟發學生理解基礎理論的思維，同時可以加強師生互動，增強學生的“向學力”。總之，以問題為導向的教學模式是傳統教學模式的補充，需要教師結合教學實際，科學設置問題并運用有效的手段和方法喚起學生對復雜環境工程問題的求知欲，進一步促使學生觀察發現、思考解決問題，并通過正確的方式進行表達，這符合“工程教育”人才培養的理念。[5]

1.2 以虛擬仿真實驗為導向的教學方式探索

教育部發布的《教育部辦公廳關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》對高等教育信息化提出了更高的要求，同時我國工程教育正式加入“華盛頓協議”，如何培養學生實踐能力和創新精神是高等學校工科專業面臨的挑戰。環境工程原理課程所涉及的概念原理知識繁多瑣碎、常見的課堂講解或平面多媒體輔助教學方式不能完全呈現現實生產場景的真實感和立體感，在培養學生的實踐操作技能和知識應用能力方面略有不足。依托互聯網的應用普及，在教學過程中引入虛擬仿真實驗教學可有效激發學生自主學習興趣、拓展實驗教學內容廣度和深度、發展學生構建思維、彌補少數民族地區實踐教學資源短缺的問題。例如，對普通活性污泥法污水處理廠全套工藝運行實驗系統時，學生可能沒有太多感性認識，結合在線監控污水處理綜合實訓實驗系統，可以全程動畫模擬污水處理廠真實工作過程，使學生直觀地了解污水處理廠的一級物化處理、二級生物處理與三級深度處理的工藝特點和工作原理。在實踐環節，學生可依托仿真實驗教學平臺自主選擇工況、調整仿真參數和模擬安全事故來加深對工藝系統、生產操作和故障原因的理解，成績評定系統也會根據學生的實際操作情況做出成績評定結果。因此，仿真模擬和課堂相結合，注重知識傳授、能力培養、素質提高的協同實施，通過講授-認知-交互-訓練-考核等環節可提升學生的沉浸式和交互式體驗感，大大調動學生學習的積極性和主動性，提高實踐創新能力，達成工程教育認證背景下的人才培養目標。

1.3 以工程案例為導向的教學方式探索

案例教學法是在老師的引導下，通過小組討論和合作學習等主要形式，組織學生對在真實情景中發生的典型事件進行調查、閱讀、思考、分析、討論、交流和總結等活動，豐富學生行業背景知識并培養學生發現、分析和解決工程問題的能力的一種教學方法。[6]例如，在講授吸附章節中的關于吸附操作的基本概念和應用時，先講述吸附材料在環境工程領域的研究現狀，再通過簡單的理論推導出吸附等溫式和動力學方程，然后引申到將上述基本理論知識應用于某復合吸附劑處理重金屬廢水技術典型應用案例——工藝流程、污染防治效果和達標情況、主要運行工藝和控制參數、投資費用、運行費用、能源、資源節約和綜合利用情況，加深學生對于吸附理論及其工程項目的宏觀認識，今后再去現場參觀學習就可以收到事半功倍的效果。此外，在明確教學目標的基礎上，教師可結合最新的專業發展方向和工程應用現狀，有針對性的設計一些難度適中，突出啟發性實踐性的項目工程案例開展教學活動。通過介紹案例-分組研討-觀察與啟發-陳述意見-知識整理-作業等環節，讓學生真正感受到他們是課堂的主體、學習的主人。

1.4 課程教學內容的整合與優化探索

環境工程原理課程包括環境工程原理基礎、分離過程原理和反應過程原理三部分，三者相互聯系，具有較強的理論性和系統性。[7]我校學生生源多來自少數民族地區，學生整體基礎底子較為薄弱，目前的課時設置給師生之間的教與學帶來很大挑戰。針對這些問題，結合工程教育認證的要求，對該課程內容不斷進行整合和優化，以適應社會對現代化環保類人才的需求。環境工程原理與其他專業基礎課程聯系較為緊密，可根據課程之間的共同點以及地方經濟發展情況設置課程特色內容，避免由于重復而造成學時浪費，同時也有利于培養符合當地經濟社會發展需要的實踐性人才。比如，伊犁州是國家重要的煤化工產業和能源生產基地，經過多年的發展，我校的化工原理已經發展成為自治區精品課程。由于環境工程原來第十章其他分離過程涉及的物理化學問題較多，在環境工程領域及的問題相對不典型。可只對該章節內容進行簡單闡述原理，在后續的《化工原理》教學活動中進行補充闡述。

1.5 成績評定體系的改革探索

傳統的考核方式主要采用“平時成績+期末成績”的模式，這種考核方式不能反映學生工程應用能力，只能片面反映理論知識的掌握情況，這顯然與OBE的教學評價標準不一致。在工程教育專業認證背景下，結合環境工程專業培養目標與要求，本課程教研組對成績評定體系進行了針對性的探索和改革，建立了全過程、多元化的課程考核方式。考核內容如圖1所示：

學生的總評成績主要由2個模塊和5個分級指標組成。出勤率考核包括點名簽到、座位簽到和簽字簽到，旨在促進學生養成到課自覺性。課堂參與度主要是考核學生課堂表現情況，包括小組討論、學生提問和回答問題的積極性等內容。作業報告考核是對學生提交的課后作業和案例報告進行評價，有助于考核學生的工程思維能力，團結協作能力和分析表達能力。工程教育專業認證體系下對學生實踐能力的培養提出了更高的要求，可以將傳統的理論驗證型實踐內容與科研型實踐內容、工程型實踐內容以及競賽型實踐內容相結合的方式全面考核學生的專業實踐能力，主要是對實踐課題完成度、完成質量和創新性進行評價，如果參加了本專業的大學生創新創業大賽和全國大學生環境實踐“虛擬仿真”創新大賽等賽事的可另外加分。此外，在專業認證新形勢下，期末考試的內容也要有所變革，不僅考查對基本概念和原理的掌握，還應加大開放試題的比例，這樣更有助于評價學生應用理論知識于實踐的能力。

2 結論

“環境工程原理”課程作為一門重要的專業基礎課在環境工程專業課程中起著承上啟下的作用。在工程教育專業認證背景下，結合環境工程原理課程特點和我校學生的實際情況，積極探索問題導向、虛擬仿真以及工程案例等教學模式，不斷提高在工程教育專業認證背景下畢業生對環境工程行業發展的適應度。并通過優化考核機制，將成果導向理念（OBE理念）融入學校人才培養體系全過程，實現以學生為中心的環境工程原理課程教學改革。

基金項目：伊犁師范大學2020年教育教學改革項目（編號JG202030）;伊犁師范大學污染修復與環境治理開放平臺項目（2017HJYB09）;國家級大學生創新創業訓練計劃項目（202010764001X）;自治區級大學生創新創業訓練計劃項目（S202010764003）

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，2017，000（004）：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，2016，000（006）：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，2017，034（003）：7-10.

[4] 李志坤.我國工程教育專業認證制度研究[D].2012.

[5] 白東旭.問題導向教學模式在高中數學課堂的應用策略研究[D].2019.

[6] 賈紹義，夏清，吳松海，等.工程案例教學法在化工原理課程教學中的應用[J].化工高等教育，2010，027（003）：78-81，96.

[7] 徐蘇云，康詩飛，王吟，等.基于“卓越計劃”的環境工程原理教學改革[J].教書育人：高教論壇，2018（1）：108-109.