基于OBE理念的《環境生態工程綜合實驗》教學模式初探*

董 菁

(華僑大學化工學院，福建 廈門 361021)

當前，新一輪社會變革和產業革命正在快速展開，新技術、新業態層出不窮。中國高等教育也面臨著全新的機遇與挑戰，如何培養新時代可持續競爭力的創新人才，2017 年以來，教育部提出發展新工科的理念并大力推進全國高校開展新工科的相關研究和實踐。新工科的“新”也體現在多學科的交叉融合上[1]。環境生態工程專業是一門多學科交叉融合的新興學科，以環境生態學的理論基礎，基于系統整體的思維模式，融合環境工程與其他工程學科的技術手段，為國家和區域環境治理及生態修復工作提供理論基礎和實踐策略。

華僑大學環境生態工程專業于2017年開始招收第一批本科學生，其培養方案和教學計劃的編制既要夯實生態學基礎，又要體現工程特色，在要注重學科傳統優勢的同時，凸顯地域特色與需求。實踐教學在新工科體系下人才培養中發揮著不可替代的作用，是提高學生綜合素質和動手能力的重要途徑。OBE (Outcome-based Education)是一種以教學成果為導向的教育模式，是工程教育認證的核心理念[2]。本專業開展的《環境生態工程綜合實驗》是一門培養學生將理論與實踐緊密結合的實踐課程，本文就目前該實踐課程的教學如何按照新工科要求，以“結果導向教育(OBE)”理念為理論指導，進行初步的探索。

1 課程建設現狀及問題

《環境生態工程綜合實驗》教學目標是通過理論教學和實驗訓練，使學生具備下列能力：(1)掌握環境生態工程綜合實驗基本實驗技能與方法，包括重金屬和石油污染土壤的修復方法，灘涂土壤和水體理化性質的測定方法以及水體中磷的測定方法等；(2)了解各種技術在目前環境生態工程學研究領域的應用情況；(3)能利用所學的環境生態工程綜合實驗基礎知識及操作技術為進一步的學習和工作實踐中解決有關環境生態學領域問題打下實踐基礎。目前該課程開設過程中存在的主要問題是缺少實驗場地及學時數不足等從而導致學生的學習積極性不高。因此，本文從實驗內容、實驗教學資源及實驗教學結果評價等探討了如何基于OBE理念來實現對學生動手能力及創新意識的培養。

2 實驗教學改革措施

2.1 實驗教學內容的優化

新工科對于人才培養的新模式體現在課程體系與實踐教學體系的緊密結合[3]。因此在進行實驗項目設計時，主要與當前研究前沿以及帶有海西地域特色的科研課題相結合，從而激發學生的學習興趣，并在實驗的每個環節都體現出OBE的理念，讓學生明白為什么做這個實驗，怎么做實驗，基于環境生物學、環境工程微生物學、環境地學、環境生態監測、環境工程學及環境生態工程等專業理論知識來解決復雜的環境生態問題。《環境生態工程綜合實驗》是一門實踐性課程，人才培養模式必須堅持學生的主體地位，幫助學生夯實專業基礎知識和技能的同時，提高創新和工程實踐能力[4]。根據實驗項目的類型，本課程又分為綜合型和設計性等兩種類型，通過將科研思維引入課堂，來激發學生學習知識和科學研究的熱情，有利于調動學生實驗的積極性、主動性，也有利于全面提高學生發現問題與解決問題能力、實踐操作能力、組織協調能力。目前開設的實驗項目內容如表1所示。

表1 《環境生態工程綜合實驗》實驗項目設置Table 1 Experimental project settings of Comprehensive Experiment on Environmental Ecological Engineering

2.2 實驗教學資源整合

在實驗場地及學時數不足的情況下，我們主要依托華僑大學化工學院的環境工程專業實驗室如水處理工程實驗室、大氣污染控制實驗室等及環境生態工程專業實驗室如環境監測、環境化學實驗室等開展綜合實驗室，還可借助學校學院的相關實驗平臺。同時為了滿足工程教育認證中關于四屆在校生生均使用面積≥5 m2的要求，將一個班級的學生進行分組實驗，從而解決了實驗空間不足的問題。同時鼓勵學生以團隊的形式參加各平臺的大學生創新創業大賽和教師科研項目，以此來彌補學時數不足的情況。將實驗教學與工程應用、科研相結合，形成產學研相結合的教學模式，能讓學生體會到學以致用，在實驗項目的操作中加深理論知識的理解，也提高了學生學習理論知識的積極性。

2.3 實驗教學結果的多維評價

傳統的實驗教學評價主要是按預習報告、考勤、上課態度、提問或回答問題、實驗操作、實驗數據記錄及實驗數據分析等情況進行評分后權重加成[5]。OBE理念要求教師在每個教學環節中貫徹以結果為導向及持續改性的教育理念，持續改進是課程評價的基礎。因此教師需要對學生的整個學習過程進行多維的全面性評價。一是在實驗開展前期的評價，通過對學生基礎理論成績的查閱及與班主任的談話等方式從而對其已經具有的知識、能力、態度等基本狀況做出合理的評價。二是在實驗開展過程中采用幾項指標評價點及時反饋并根據個體差異進行有步驟的矯正，以強化學生的綜合能力為目標，而不以區分評價對象的優良程度為目的，這個評價過程更多的是考察學生發現問題及解決問題的能力。三是在每個實驗項目結束后對學生學習效果的系統性評價，對其在包括實驗原理、實驗準備、實驗操作及實驗結果的全過程總結性評價來查看學生總結問題的能力。通過多維的評價來判斷實驗課程體系是否達成課程目標，是否合理及需要改進的地方。

2.4 OBE理念在實驗教學中的具體應用

以實驗項目4《復育紅樹植物對灘涂土壤理化性質的改善》為例來說明OBE理念在《環境生態工程綜合實驗》教學改革中的具體應用。紅樹林對調節熱帶氣候和防止海岸侵蝕起了重要作用，隨著對保護濱海濕地重要性的認識日益提高，近年在濱海濕地的生態環境保護中，復育紅樹林是一種重要的生態修復工程手段。通過本實驗的教學可以讓學生們了解紅樹林植物對灘涂土壤的生態效益以及對土壤理化性質的改善機理，掌握土壤理化性質的測定方法，特別是掌握運用凱氏定氮儀測定土壤含氮量的方法。

本課程的實驗教學包括實驗理論講授、實踐操作和實驗報告。考核方式包括過程考核和期末考試。過程考核是實驗預習、實驗操作和實驗報告三部分的綜合評定，期末考試基于實驗理論講授、實驗原理、實驗操作和數據分析討論等內容進行閉卷筆試。實驗開展前對學生進行分組，不同組學生將自行設計紅樹植物秋茄或桐花樹-土壤的理化性質測定的實驗組和對照組。通過對不同組學生的實驗預習的完成準確性、報告完整性和預習效果設置不同權重進行評分，并對實驗設計的合理性進行矯正，如測定土壤氧化還原電位、鹽度、pH、土壤營養元素氮含量等土壤理化性質的選擇及具體測試方法。實驗開展過程中，對每個學生的實驗參與情況進行評估，包括課堂出勤、過程參與，以及實驗操作過程中的操作技能進行評分。實驗過程協調統一，保證每位學生都有動手操作的機會，教師根據學生的不同情況進行必要的指導，學生獨立操作完成實驗。實驗操作評價標準將從完成實驗及數據采集兩個方面設置權重進行評分。實驗報告內容應包括：實驗目的；實驗原理；實驗試劑、儀器設備；實驗方法與步驟；實驗數據與處理；實驗結果與討論等。指導分析實驗結果，比較秋茄或桐花樹-土壤和對照無紅樹植物培養組土壤樣品的理化性質特點，并說明使用土壤多參數測定儀以及使用凱氏定氮儀測試土壤氮含量的關鍵步驟和注意事項。實驗報告將從完成準時性、步驟翔實性、數據質量和分析問題等方面設置不同權重后進行評分。最后總成績的組成=實驗預習×10%+實驗參與×10%+實驗操作×20%+實驗報告×30%+操作筆試×30%。通過對考核方式的細化，明確學生個體間的差異，從而能夠更好地因材施教，培養學生的思辨能力和科學精神。

最后按照課程目標與畢業要求的對應關系對實驗教學目標的達成情況進行評分，不斷持續改進教學大綱。通過本課程的理論教學和實驗訓練，使學生能夠掌握環境生態工程綜合實驗基本實驗技能與方法；了解各種技術在目前環境生態工程學研究領域的應用情況；能利用所學的環境生態工程綜合實驗基礎知識及操作技術為進一步的學習和工作實踐中解決有關環境生態學領域問題打下實踐基礎。

3 結 語

本文從環境生態工程綜合實驗的教學現狀出發，找出存在的不足，從實驗教學內容、實驗資源及實驗結果評價等方面，基于OBE，提出將積極、創新的學習理念融入到實驗課的各個教學環節中，使學生具有系統全面的專業知識和基本技能同時還有具備創新精神和工程實踐能力的同時。提高學生在理論學習和實踐中對實驗設計、實際操作和結果分析的主動性和創新能力，培養學生自主學習的能力。