基于工程教育專業認證的《環境工程原理實驗》教學改革實踐

唐曉旻,王星敏,王小平,譚雪梅

(重慶工商大學 環境與資源學院，重慶 400067)

1 引言

《環境工程原理實驗》是環境工程與科學類及其相近專業的一門學科基礎課程，應用自然科學和工程學原理考察、解釋和解決環境工程領域實際問題[1]。通過組織學生開展典型傳質、傳熱、吸收、膜過濾等實驗，對環境工程及環境工程原理相關知識進行鞏固和應用，幫助學生更好地理解、掌握、應用專業知識[2]。隨著科技、工程技術、教育的發展，現有環境工程原理實驗已不能很好地滿足高素質環境工程專業學生的培養。在教學改革過程中，一些新的教學理念和方法被用于教學過程[3～5]。工程教育專業認證是指通過專業認證機構對高等教育機構開設的工程類專業教育實施專門性認證[6, 7]。工程教育專業認證的目的在于通過對現有人才培養模式、課程教學模式、教學資源等進行改革、更新和補充，促進高等教育事業發展，提升工程專業內涵，保障工程教育質量，提升人才培養質量，并且為工程教育國際互認和工程師資格國際互認做準備[8～10]。將工程教育專業認證的思維模式、內涵和核心引入《環境工程原理實驗》課程設計和教學，其關鍵在于重構教學大綱、更新實驗教學內容、完善考評體系、加入學生自主學習和探索的實驗內容，促進學生對專業知識的掌握，培養學生綜合能力。

2 《環境工程原理實驗》課程教學存在的問題

2.1 沒有突出環境工程專業特色

大多數《環境工程原理實驗》采用了《化學工程》《反應工程》《生物工程》《流體力學》等課程中的經典實驗內容，其忽視了環境工程專業特色，不利于學生更加深入地認識、應用專業知識。例如：吸收實驗在《化學工程原理實驗》和《環境工程原理實驗》中都被廣泛開展。但吸收在化學工程領域主要用來凈化原材料、精制氣體和液體產品，而在環境工程領域主要用來凈化有害氣體。兩者存在明顯差異。環境工程中的吸收處理氣體量大，成份復雜，同時含有多種氣態污染物，被吸收組分濃度低。這些與化學工程中氣體的精制存在較大差別[11, 12]。因此，在設計《環境工程原理實驗》時，應保證特定的環境工程背景，不能照搬《化學工程原理》實驗內容和目標。

2.2 實驗內容缺乏創造性，未充分激發學生主觀能動性和培養學生創新意識

傳統的《環境工程原理實驗》內容主要包括實驗目的、實驗原理、實驗裝置、實驗步驟、注意事項、實驗數據記錄及處理等幾大部分[13]。學生僅需按部就班進行實驗前預習、實驗中按實驗步驟和注意事項操作、試驗后按要求進行實驗數據處理就可完成現有《環境工程原理實驗》課程要求。但在開展《環境工程原理實驗》過程中，缺乏對學生自主學習、獨立思考、開拓創新的培養[14]。

2.3 實驗內容缺乏與實際工程的銜接

絕大部分現有《環境工程原理實驗》課程都是基于實驗室儀器、裝備設計的，其與實際工程裝備、應用存在較大的差距，學生不易通過現有《環境工程原理實驗》明確其中涉及的實際工程原理，也就很難將所學、所完成實驗課程用于實際工程問題的解決[15]。

2.4 考評體系有待完善

目前《環境工程原理實驗》考評體系主要包括考勤、實驗預習評分環節、實驗操作評分環節和實驗數據處理評分環節幾個部分。其考評較為單一，不能完全反應學生掌握情況，也不能完全體現學生多方面能力[16]。這在工程教育專業認證中需要改進，需進一步強化過程評價，以及通過評價-改進-再評價實現對學生綜合能力的考評。

3 教學改革措施及成效分析

3.1 《環境工程原理實驗》課程教學改革措施

3.1.1 根據工程教育專業認證理念和要求，重構《環境工程原理實驗》課程教學大綱

按照工程教育專業認證相關要點，重構《環境工程原理實驗》教學目標，并賦予一定的權重(表1)。

表1 《環境工程原理實驗》教學目標及權重因子

其著重教導學生掌握基本的實驗方法以及實驗數據處理方法，并通過實驗進一步驗證一些猜想和理論或通過科學研究方法探究工程中實際參量變化時，實驗結果變化規律。此外，構建《環境工程原理實驗》與畢業要求、指標點的關聯程度，從而更有重點地開展實驗教學工作，也更有利于學生完成教學目標(表2)。

表2 《環境工程原理實驗》教學目標與畢業要求的對應矩陣

3.1.2 與時俱進，更新《環境工程原理實驗》課程教學內容

雖然《環境工程原理實驗》與《化學工程實驗》有很大的相近之處，其都涉及典型的傳質、傳熱過程。但《環境工程原理實驗》課程教學內容不能只停留在借用《化學工程實驗》教學內容或進行少量改進等基礎上，而需要根據環境工程專業特色，設立對學生有啟發，貼近實際環境工程的實驗內容，例如：“利用膜分離技術實現海水淡化實驗”“污泥脫水中恒壓過濾常數的測定實驗”等。《環境工程原理實驗》課程教學內容需根據當下環境工程熱點工藝、熱點問題開展，并結合目前主流工藝、設備進行實驗內容設計和更新。

3.1.3 改進《環境工程原理實驗》課程教學方法，完善考評體系

在《環境工程原理實驗》課程教學方法改進過程中，需重視對學生進行拓展研究型實驗培養。即在基礎實驗內容上，增加近年來相關熱點問題的探究，組織學生進一步開展科學研究，以進一步提高學生對所學知識的應用和掌握。另外，教師應從多方面、多維度考察學生實驗成效，對實驗過程進行考核，對不同的實驗、拓展研究難度進行合理成效評價，并將評價、考核結果反饋給學生，學生根據反饋、需改進內容，重新進行實驗和研究。在《環境工程原理實驗》教改后的成績評定過程中，考勤不再是核心給分項，其所占20%分值分配到新增的開放性實驗成效考核中。學生在已有的基礎實驗上，開展2次及以上拓展研究型實驗。拓展研究型實驗的成敗不是給分的依據，而學生自主開展的實驗設計、實驗方案確定、實驗過程控制、實驗數據分析、實驗成果總結才是重要給分項。此外，基礎實驗中的實驗操作、實驗數據處理與分析各占35%的分值，實驗預習成效占10%的分值(圖1)。

圖1 《環境工程原理實驗》課程教學方法

3.1.4 以賽促學，組織環境類實驗操作技能大賽

與國內高校構建專業聯盟，定期參加全國、地區、校級環境類實驗操作技能比賽。參賽項目與環境工程原理基礎實驗有較大關聯。鼓勵本校全體環境科學與工程專業學生參加校級環境類實驗操作技能比賽，并以此選拔學生參加地區、全國比賽。

3.2 成效分析

通過《環境工程原理實驗》教學改革，學生能夠更好地運用環境工程原理專業知識表達和解決復雜環境工程問題。在建立具體實驗內容與教學目標的對應關系中，更深入明確實驗每一部分重點教什么，學生重點學什么，以及學生需要通過實驗獲得、提升哪一方面的能力。在基礎實驗不斷總結和改進過程中，提升學生對《環境工程原理實驗》課程內容和實際工程、工藝的認識，進而實現學生自行設計實驗、完善實驗、深入探究實驗里的科學問題。通過參加《環境工程原理實驗》操作技能比賽顯著提升了學生學習專注度和學習積極性。學生全力以赴提升實驗操作技能、數據處理能力和學習效率，這也從側面進一步鞏固了《環境工程原理實驗》教學改革成果。

在《環境工程原理實驗》教學改革實踐過程中，學生對本實驗課程的滿意度、認可度得到明顯提升。環境工程專業1班的36位學生對本課程的評分平均分達到92.5分，而該門課程學生的考核成績基本集中在良好等級，全體學生的平均分為82.4分。由此說明，《環境工程原理實驗》教學改革已初步產生成效。

4 結語

在將工程教育專業認證的理念引入《環境工程原理實驗》教學改革實踐的過程中，著重重構了《環境工程原理實驗》課程教學大綱、更新了《環境工程原理實驗》課程教學內容、改進了《環境工程原理實驗》課程教學方法、完善了考評體系、開展了以賽促學活動，從而提升了學生對環境工程專業知識的認識和掌握，更培養了學生學以致用、獨立思考、開拓創新的能力。