基于OBE理念提升大學生工程設計與創新能力的教學實踐

摘"要：針對水污染控制工程教學過程中存在的痛點問題，進行課程內容重構，分層次實施教學，依托網絡平臺對教學過程實行全過程管理；通過由點及面的漸進式訓練，提高學生的工程設計能力；引入專業前沿技術，以科研促教學，培養學生的創新能力；明確課程思政目標，利用課程思政資源和教師的自身示范作用實現多維度育人；構建“可量化、雙閉環、多維度”評價和持續改進體系，客觀評價課程教學和育人效果，并進行持續改進。經過課程教學創新實踐，學生的工程設計能力和創新能力顯著提升，課程被評為省級線下一流課程。

關鍵詞：水污染控制工程；教學實踐；以產出為導向（OBE）；工程設計能力；創新能力

中圖分類號：G642"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）02-0061-04

Abstract：InordertosolvethepainfulproblemsintheteachingprocessofWaterPollutionControlEngineering，weadoptfiveaspects，suchasreconstructingthecoursecontent，improvingtheengineeringdesignabilityinaprogressiveway，introducingprofessionalcutting-edgetechnologyandcultivatingstudents'innovationability，educatingstudentsinmultipledimensionsthroughcoursethinkingandpolitics，andbuildinga\"quantifiable，double-closed-loop，multi-dimensional\"evaluationandcontinuousimprovementsystem.Aftertheinnovativepracticeofcourseteaching，theengineeringdesignabilityandinnovationabilityofstudentshavebeensignificantlyimproved，andthecoursehasbeenratedasthefirst-classcourseunderShandongprovinciallevel.

Keywords：WaterPollutionControlEngineering;teachingpractice;Outcomes-basedEducation;engineeringdesignability;innovationability

水污染控制工程作為環境工程專業的一門專業核心課，包括污（廢）水的物理處理、生物處理，化學及物理化學處理、污泥的處理和處置、工業廢水處理和污水處理廠設計等諸多內容，是一門應用性和實踐性強，多學科交叉性、時代性和前沿性都很突出的課程[1-2]。

一"教學過程中的“痛點”問題

首先，水污染控制工程課程容量大，知識點多，在傳統教學過程中，教師在課堂上講授水污染的各種工藝及處理構筑物的原理、結構、優缺點，這種填鴨式教學方式固化了學生的思維方式[3]，學生不能在有限的學時內，快速熟練掌握知識點，并用來分析復雜水環境問題，提出解決方案。

其次，課程實踐性強。根據污水水質和水量特征選擇污水、污泥處理工藝，對污水處理廠（站）進行工藝調試，都需要豐富的實踐經驗，但實踐環節在整個教學過程中所占比重不足，在有限的實踐環節中很難提高學生的工程設計、運行管理與設備選型等方面能力，導致學生完成課程后，在解決污水處理的實際問題時仍感覺無從下手[4-5]。

第三，教材一般選擇“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，由同濟大學高廷耀教授主持編寫的《水污染控制工程（下冊）》，這是環境科學與工程專業的經典本科教材之一。但由于教材的修訂具有周期性，教材內容與當前的新技術不能完全同步，使學生對水環境領域的研究進展和研究熱點了解甚少，限制了學生的專業視野[6]。

第四，在教學過程中，教師對教學過程難以實現全過程的監控，不能準確把握學生對知識的掌握程度和運用能力，因此，無法進行高效的教學設計，提高課堂教學效果。

二"教學實踐舉措

根據齊魯工業大學應用研究型大學的學校定位和行業需求，我們確定水污染控制工程的課程目標：①掌握水污染控制技術的基本理論和方法；②能夠運用物理法、化學及物理化學法和生物法等方法的基本原理，分析污（廢）水處理過程、污泥處理與處置過程中存在的問題；③根據污水、污泥的特點，選擇合適的污水、污泥處理工藝，培養水污染控制設施的工程設計能力和管理能力；④培養學生保護水環境的社會責任感，精益求精的工匠精神和追求卓越的創新意識。

根據確定的課程目標，我們從重構課程內容，漸進式提高工程設計能力，引入專業前沿技術，利用思政多角度育人，構建可量化的評價體系和持續改進體系五個方面進行課程實踐，并持續改進。

（一）"重構課程內容，分層次實施教學，進行全過程管理

鑒于課程的知識點眾多，涉及到污水處理方法原理，構筑物結構和設計，工藝選擇，污泥處理處置等諸多內容，而課程學時有限，為此，我們按照污（廢）水處理流程，重構了課程內容，將其分為基礎知識、專業知識、綜合運用三個層次，對不同層次的教學內容設定了不同教學要求，并依托“智慧樹”平臺的共享課和翻轉課堂，在課前、課堂、課后三個環節分別采取不同的組織實施方式（圖1）。

基礎知識部分，包括污水水質指標和排放出路、生化反應動力學基礎兩部分。教師課前布置學習任務，學生通過共享課視頻線上預習，完成測試題目，課堂上教師根據學生測試完成情況進行總結，指出問題，課后通過線上測試進一步鞏固知識。

專業知識部分，包括各種污水處理方法及構筑物的設計計算。在課前，教師布置學習任務，學生線上預習，掌握處理污水方法的原理及構筑物構造等知識，通過線上測試檢查學習效果并進行反饋；工程設計能力主要通過構筑物設計作業得到訓練，在課堂上教師對作業中存在的問題進行點評，并允許學生將作業修改完善后再次提交，培養學生精益求精的工匠精神，提高其對單體構筑物的工程設計能力。

綜合運用部分主要定位于培養學生在工程設計中的工藝選擇、工程運行和調試能力。主要采用講解實際案例，邀請專家進行專題講座等方式，或者通過小組合作完成項目式作業。項目式作業在課堂上進行小組展示，組間進行互評，最后由教師點評。學生在課后繼續改進完善方案，通過反復的訓練，提高學生的工程設計能力。

水污染控制工程于2019—2020學年第二學期在山東省高校在線開放課程平臺開課（http：//coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000009259#teachTeam），環工17級、18級、19級都依托智慧樹平臺的共享課實施了線上教學和課后討論，同時，我們建立翻轉課堂用于線下課堂教學和提交作業，依靠共享課和翻轉課堂相結合，實現了對教學過程的全過程管理，做到了課上課下教師全過程陪伴學生。

（二）"由點及面，漸進式培養工程設計能力

水污染控制工程的工程設計能力培養按照單體構筑物、廢水處理工藝流程、污水處理廠三個層次循序漸進。在教學過程中，我們將構筑物看作是處理工藝過程中的點，污水處理廠則是由污水處理流程，污泥處理流程和曝氣管路等組成的一個面。在設計能力培養過程中，采用由點入手，由易到難，點—線—面—工程調試逐級漸進式培養學生的工程設計能力（圖2）。

首先，我們利用學校中水站進行現場教學使學生獲得直觀的認識，利用視頻動畫使學生認識構筑物的原理與內部構造。通過單體構筑物的設計作業培養學生構筑物單體的設計能力，逐漸形成了由格柵、沉砂池、沉淀池和生物處理構筑物等13個污水處理構筑物組成的系列設計作業。構筑物設計作業由每個學生獨立完成，通過智慧樹平臺提交，教師及時批改并進行點評，學生修改完善可再次提交。

在工藝流程選擇環節，設計不同性質廢水處理工程流程選擇的項目式作業，由學生分組完成。首先，由教師在課程論壇發起討論并引導學生參與討論，了解不同工業生產過程產生的廢水性質；布置項目式作業，由學生分組擬定廢水處理工藝方案；然后，各小組在課堂上展示，老師點評，組間互評討論；最后，各組根據點評和討論情況修改工藝，確定最終工藝。

在污水處理廠設計運行層次，針對實際工程案例和往屆畢業設計中的優點和存在的問題進行分析，并邀請專家針對工程核算和城市污水廠運行等方面專題講座。此外，我們還利用省級虛擬仿真實踐教學平臺，針對制漿造紙廢水處理過程的調試過程進行訓練，并設置了出水COD超標、SS超標等異常情況進行工程調試的測試環節，提高學生的工程調試運行能力。

通過構筑物的實體觀察、設計作業、項目式作業、專家講座和虛擬仿真訓練相互配合的漸進式訓練模式，有效提高了學生的工程設計能力。考核結果顯示，環工17級和18級工程設計能力課程目標的達成度為70.0%和65.1%，在結課后的調查問卷中學生自評的達成度分別為74.7%和74.5%，說明漸進式的工程設計訓練，達到了使學生具備相應工程設計能力的課程目標。

（三）"引入專業前沿技術，培養學生創新能力

近年來，各種水污染控制新技術不斷出現，并逐漸成熟，陸續用于治理改善水環境的工程中[7]。在授課過程中，我們有針對性引入這些新工藝新技術，例如，在課程論壇討論發布一些前沿技術的討論題目（如短程消化、厭氧氨氧化、污泥處置和高級氧化技術等），選擇一些期刊論文（如關于污泥處理與處置、污泥膨脹控制、膜分離等），引導學生閱讀，并進行討論，使學生對新技術新工藝的特點和實際應用情況有初步的認識。

此外，對學有余力且樂意參與的學生，通過指導其選修開放實驗，申報大學生創新創業項目，以其成果參加創新創業和科技創新比賽的方式，培養學生的創新能力。例如，根據教師的科研項目，從2016年開始指導學生申請獲批了校級、省級和國家級等多項大創項目，并指導學生在“互聯網+”“創青春”和山東省環保創意大賽中獲獎。

（四）"明確課程思政目標，實現多維度思政育人

根據環境工程專業的思政目標和水污染控制工程的課程特點，確定了課程的思政目標為培養工匠精神、社會責任感和創新精神[8-9]。通過挖掘思政教學點，采用合適教學方法切入思政點，同時發揮教師的示范作用，多維度育人。

首先，深入分析課程內容，從中挖掘思政教學點：①利用環境專業的發展歷史、水處理工程的重要案例等，增強學生的專業認同感，增強其專業學習動力；②以陶葆楷、李圭白、嚴煦世等前輩的事跡作為學習楷模，用他們嚴謹治學的事跡激勵學生，培養其精益求精的工匠精神；③對標我國現在水多、水少、水臟的水環境現狀，增強學生的憂患意識和保護環境的社會責任感，使其明確行業發展的任重道遠；④在教學過程中引入行業前沿技術，使學生掌握技術發展動態，看清我國與發達國家之間存在的差距，從而找準發展方向，增強奮斗的緊迫感和培養追求卓越的創新意識；⑤在工藝選擇、構筑物設計、污水廠設計等項目式作業完成過程中，培養學生精益求精和追求卓越的工匠精神。

第二，在教學過程中根據教學內容的特點選擇合適教學方法，采用項目驅動法、案例教學法、歷史事件導入法等不同方法，切入思政點。比如厭氧發酵原理這節，用國家改造黑臭水體的案例培養學生保護環境的社會責任感；在高級氧化技術部分，采用問題引導法，首先拋出難生物降解廢水處理這個問題，然后從勻相Fenton反應出發，組織學生討論異相Fenton反應、類Fenton反應及電化學氧化等高級氧化技術的優缺點，技術的發展過程，從而培養學生不斷進取，追求卓越的科學精神。在學習離子交換法時，引入離子樹脂之父何炳林先生的事跡，通過他沖破美國的重重阻撓，堅持回國參加祖國的建設，開創了我國自行研發的離子交換樹脂工作等事跡，培養學生的愛國主義精神和嚴謹認真的科學精神[10]。針對不同教學內容選擇合適的教學方法，引入思政元素，在潛移默化中實現課程思政目標。

第三，課程思政的教育作用更應該注重教師的言傳身教，重視教師自身的示范作用。在教學過程中，教師認真備課，耐心答疑，不僅要注意傳授知識，更應該將自身所思所悟，工作和學習經歷與學生分享。通過各種渠道與學生互動交流，全過程陪伴學生；同時在日常工作和生活過程中，做到守時遵規，誠信待人，強化自身做人做事的示范作用，在潛移默化中幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。

本課程在2017年獲評了齊魯工業大學“德融好課堂”，2021年被評為校級課程思政示范課。通過課后問卷調查，學生對課程育人效果進行了評價，環工17級有66.7%、69.9%、57.0%的學生認為自己通過課程學習具備了社會責任感、工匠精神、創新精神，環工18級的比例分別為67.0%、77.7%和54.4%，說明課程的思政育人效果得到了學生的承認。

（五）"構建了“可量化、雙閉環、多維度”評價和持續改進體系

課程采用過程性評價和總結性評價相結合的評價體系對學習效果進行了評價，對每個課程目標都制定了可量化的評價標準，并根據評價結果改進教學過程，形成了持續改進的閉環體系。評價體系組成如圖3所示。

過程性評價依托“智慧樹”平臺進行，通過共享課記錄學生的線上學習情況、章節測試和期末測試完成情況，依靠翻轉課堂記錄學生課堂表現、階段測試成績和作業提交質量。線下期末測試以填空題、簡答題、計算題和工藝選擇題為主，分別考核工程知識、問題分析和工藝選擇三個課程目標的達成情況，并結合過程性考核結果形成最終評價。

在授課過程中，根據學生學習情況及時調整授課的節奏；當課程結束后，根據綜合過程性評價和總結性評價結果撰寫課程質量報告，對課程目標的達成情況進行總體評價和個體評價，針對達成度較低的課程目標和學生個體分析原因，并提出改進措施，形成“雙閉環”的評價和持續改進體系。

三"成效與應用推廣

本課程自2003年開設，教學模式從單一課堂教學逐漸發展為“線上共享課+翻轉課堂+現場及仿真實驗”相結合的多維度教學，于2019年獲批第一批山東省線下一流課程。對環工15級畢業設計支撐指標點進行達成評價，關于水方向的72份畢業設計中，工藝選擇合理性和創新性、設備選擇合理性兩個指標的達成度分別為79.6%和75.0%；16級和17級畢業設計該兩項指標的達成度分別為77.0%、78.9%和77.9%、73.8%，說明經過本課程的教學實踐，學生具備了解決水環境復雜工程問題能力。

線上共享課水污染控制工程已在山東省在線開放課程平臺運行7個學期，線上選課學校達25所，選課學生超過1800人，線上互動超過1.52萬次。2020年9月，本課程的思政示范包在超星平臺上線，截至2023年6月已被94個單位的102位教師引用156次，用于166個班級的教學過程，課程挖掘凝練的思政教學資源得到了推廣和使用。此外，課程教學案例入選了山東省高等教育學校課程思政研究中心編寫的《課程思政——我們這樣設計》，可為全國高校環境類專業課程思政育人提供借鑒。

參考文獻：

[1]付志敏，劉崎峰，王利平.水污染控制工程Ⅱ一流課程教學設計與思考[J].化工管理，2021（35）：55-56.

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[5]李怡，李桂賢，余韜.基于工程實踐能力的《水污染控制工程》教學創新改革[J].廣東化工，2021（18）：241-243.

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[9]葉遠峣，劉利劍，姜薇.“水污染控制工程”課程思政建設的問題及對策[J].課程思政教學研究，2022，2（1）：200-208.

[10]宋衛鋒.課程思政元素挖掘、歸類與教學內容設計——以“水污染控制工程”課程為例[J].教育教學論壇，2023（13）：38-41.

基金項目：山東省線下一流課程“水污染控制工程”（魯教高函〔2020〕3號）；齊魯工業大學（山東省科學院）優秀教學團隊建設項目（2022JXTD007）；齊魯工業大學重點教研項目“基于工程教育認證理念以混合式教學推進課程思政的研究——以環境專業課為例”（齊魯工大魯科院教字〔2020〕26號）

第一作者簡介：張旋（1974-），女，漢族，山東高密人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為水污染控制及污泥的資源化。