基于學(xué)生能力提升的《環(huán)境工程原理》課程教學(xué)改革

劉祚希 李延吉 魏礫宏 煙征 王偉云

【摘要】工程教育認(rèn)證的核心目標(biāo)是提升環(huán)境工程專業(yè)本科生的實(shí)踐能力，能夠使本科生畢業(yè)達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)課程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行積極探索和總結(jié)，提出以線上線下混合教學(xué)、問題和工程案例為導(dǎo)向、加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及增強(qiáng)過程性考核等改革措施，為提升環(huán)境工程教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)素質(zhì)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程原理? 能力提升? 教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】沈陽航空航天大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：JG2020079。

【中圖分類號(hào)】G64 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）41-0092-02

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。自2016年，我國加入國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》。工程教育認(rèn)證對(duì)我國工程專業(yè)的教育方式和培養(yǎng)目標(biāo)提出新的目標(biāo)。提升工科生的實(shí)踐能力，使工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求是工程教育認(rèn)證的核心目標(biāo)[2]?！董h(huán)境工程原理》課程是環(huán)境工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是環(huán)境專業(yè)本科生所學(xué)的第一門專業(yè)類課程，該課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容廣泛、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜。根據(jù)基本原理出發(fā)，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(tǒng)的教學(xué)在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，難以實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證的質(zhì)量要求。因此，在工程教育認(rèn)證背景下的基于提升學(xué)生能力的《環(huán)境工程原理》課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。

1.環(huán)境工程原理課程教學(xué)改革措施

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師講授為主，學(xué)生“被動(dòng)學(xué)習(xí)”的方式接受知識(shí)。以提升學(xué)生能力為導(dǎo)向的培養(yǎng)目標(biāo)，要求學(xué)生采取“主動(dòng)學(xué)習(xí)”方式，提升綜合的解決問題能力。為實(shí)現(xiàn)該培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)體系從以下方面進(jìn)行探索和實(shí)踐。

1.1 依托MOOC網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提升課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)效果

當(dāng)前教育制度改革不斷深入，教師的教學(xué)觀念隨之更新，但是以學(xué)生為中心的教學(xué)模式在實(shí)踐過程中尚需進(jìn)一步完善。依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)網(wǎng)上課程資源是教學(xué)改革過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的使用能夠有效促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過程。該課程在講授過程中，涉及到大量的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和高等數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)，由于學(xué)生對(duì)于化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握參差不齊，甚至有未學(xué)過化學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)生，所以，針對(duì)每次線下課程設(shè)計(jì)到的相關(guān)化學(xué)和高數(shù)的知識(shí)點(diǎn)，通過搜索網(wǎng)絡(luò)相關(guān)教學(xué)視頻和自制短視頻等方式在每次課前上傳到MOOC平臺(tái)，幫助學(xué)生課前較好的回憶和預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，節(jié)省課上的補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)的講授時(shí)間。課后將課堂上發(fā)現(xiàn)的問題和講授內(nèi)容進(jìn)行梳理總結(jié)，并及時(shí)上傳到平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生加深課程印象，提高學(xué)習(xí)效果。通過網(wǎng)絡(luò)課程上課前的預(yù)習(xí)和課后的討論，學(xué)生掌握了一定的理論基礎(chǔ)知識(shí)節(jié)省了課堂講授時(shí)間，在課堂授課過程中教師可調(diào)整教學(xué)模式，適時(shí)開展啟發(fā)式教學(xué)或研究型教學(xué)，課堂的授課氛圍更為活躍，也激勵(lì)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動(dòng)力[4]。

1.2 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整與重構(gòu)

環(huán)境工程原理教材主要分成三篇，分別為第一篇，環(huán)境工程原理基礎(chǔ);第二篇;分離過程原理和第三篇化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理。部分章節(jié)內(nèi)容與其他基礎(chǔ)和專業(yè)課產(chǎn)生重復(fù)。例如，其他分離過程的膜分離與《水污染控制工程》的內(nèi)容具有交叉，第十四章微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)相關(guān)內(nèi)容與《微生物》課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)具有交叉?；谝陨蠁栴}和工程教育認(rèn)證目標(biāo)，對(duì)于課程體系進(jìn)行不斷的重構(gòu)優(yōu)化，將課程之間的交叉點(diǎn)設(shè)置綜合教學(xué)方案，極大地減少了由于內(nèi)容重復(fù)而造成的學(xué)時(shí)緊張。例如，由于環(huán)境工程原來第十五章微生物反應(yīng)器及的水污染處理技術(shù)較多，該部分內(nèi)容在講授時(shí)只闡述基本原理在后續(xù)的《水污染控制》教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行詳細(xì)講授?；瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)在第四學(xué)期《物理化學(xué)》課程中講授完成，該部分內(nèi)容可以通過線上MOOC讓學(xué)生采取自主學(xué)習(xí)的形式復(fù)習(xí)該部分內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容的整合與優(yōu)化有效地?cái)U(kuò)充了教學(xué)學(xué)時(shí)，極大地提升了教學(xué)質(zhì)量。環(huán)境工程原理的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)主要開設(shè)課程視頻、課件、課程輔導(dǎo)資料、作業(yè)庫、試題庫和討論區(qū)[5]。

1.3 以問題和工程案例為導(dǎo)向的課堂教學(xué)

基于OBE教學(xué)理念，環(huán)境工程專業(yè)要求學(xué)生能夠運(yùn)用綜合專業(yè)知識(shí)，解決實(shí)際環(huán)境工程問題的能力。在環(huán)境工程原理的課堂教學(xué)中，加入以問題討論為起點(diǎn)的引導(dǎo)教學(xué)方法，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的主動(dòng)性，在啟發(fā)學(xué)生工程思維、培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、解決實(shí)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(guān)內(nèi)容時(shí)，可以針對(duì)膜分離技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用進(jìn)行提問。航空母艦遠(yuǎn)離陸地長達(dá)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(shù)供給航空母艦上的水源而不是從陸地?cái)y帶生活用淡水？這些問題極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合的能力，同時(shí)由于師生互動(dòng)的提升，提高學(xué)生的“向?qū)W力”。此外，選取環(huán)境工程相關(guān)的工程實(shí)際案例，在老師的指導(dǎo)下通過建立小組和組內(nèi)合作學(xué)習(xí)等方式，查閱相關(guān)資料、分析討論案例中的問題，能夠補(bǔ)充環(huán)境行業(yè)的相關(guān)業(yè)務(wù)知識(shí)并提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程應(yīng)用問題的能力。

1.4 融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探索

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過軟件模擬設(shè)備工藝的運(yùn)行過程，突破傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的局限，通過系統(tǒng)演練模擬操作過程，使學(xué)生快速有效的理解工藝運(yùn)行過程，提高教學(xué)質(zhì)量。2017年7月，教育部發(fā)布了《關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》提出，建設(shè)高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源及加強(qiáng)其應(yīng)用，提高高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐育人水平[6]。隨著我國正式加入“華盛頓協(xié)議”后，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及創(chuàng)新精神的體現(xiàn)是高等教育工科專業(yè)學(xué)生所要解決的核心問題。環(huán)境工程原理課程包含的知識(shí)點(diǎn)廣泛且繁瑣，采用PPT或板書等教學(xué)方式缺少對(duì)于設(shè)備和工藝流程的立體感和動(dòng)態(tài)認(rèn)知，造成學(xué)生在實(shí)踐認(rèn)知方面存在許多不足?；?D技術(shù)的虛擬仿真《環(huán)境工程原理》課程教學(xué)手段，能夠讓學(xué)生直觀的體會(huì)到環(huán)境行業(yè)中不同環(huán)保設(shè)備和工藝的結(jié)構(gòu)，既提升學(xué)生對(duì)于工藝的理解，又吸引了學(xué)生的眼球，提升課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.5 考核方式的改革實(shí)踐

科學(xué)、合理的考核方式應(yīng)兼具反映教學(xué)成效和督促學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的功能，尤其在多平臺(tái)教學(xué)體系中，傳統(tǒng)的考核方式以期末試卷成績?yōu)橹?，片面反映知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況和運(yùn)用能力，僅依靠期末考試成績?cè)u(píng)定的傳統(tǒng)考核方式已經(jīng)無法滿足新的教學(xué)要求。同時(shí)，單一化的作業(yè)內(nèi)容會(huì)造成課后作業(yè)抄襲等現(xiàn)象。因此，優(yōu)化考核手段提升考核方式的科學(xué)性，實(shí)施高覆蓋的過程性評(píng)價(jià)。環(huán)境工程原理的過程性考核方式主要包括課堂測(cè)驗(yàn)及問題回答情況、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)使用情況、章節(jié)作業(yè)、大作業(yè)完成情況和期末考試成績，且期末考試成績占比為60%。即時(shí)、多目標(biāo)的考核方式包括在課堂學(xué)習(xí)（如問題互動(dòng)、討論參與度、PPT與答辯情況等）、課程作業(yè)（通過平臺(tái)隨機(jī)給出同一層次不同的作業(yè)內(nèi)容）、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)使用（如預(yù)習(xí)要求、環(huán)境事件解決方案設(shè)計(jì)、思考題討論參與度和階段測(cè)試成績等）、自主學(xué)習(xí)（網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)使用頻率）等各個(gè)方面，重視學(xué)生知識(shí)的實(shí)際掌握情況，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。

二、結(jié)語

“環(huán)境工程原理”課程是承接環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的重要橋梁。在工程教育專業(yè)認(rèn)證趨勢(shì)下，基于環(huán)境工程原理課程的特點(diǎn)和學(xué)生理解不夠深入等實(shí)際情況，積極探索以問題導(dǎo)向和環(huán)境工程案例教學(xué)手段，不斷提高在學(xué)生的工程實(shí)踐能力，進(jìn)而提升畢業(yè)生對(duì)行業(yè)的適應(yīng)度。采用多樣化的考核機(jī)制，將以成果導(dǎo)向?yàn)樘卣鞯睦砟睿∣BE理念）融入環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)體系中，實(shí)現(xiàn)以提升學(xué)生能力為中心的環(huán)境工程原理課程教學(xué)改革。

參考文獻(xiàn)：

[1]張朝磊，張?jiān)谠?基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)解決復(fù)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(rèn)證背景下課程達(dá)成度的評(píng)價(jià)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(lǐng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式——實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的探索與實(shí)踐[J].化工高等教育，2017，34（3）：710.

[4]高常飛，楊啟霞.以實(shí)踐教學(xué)為導(dǎo)向的《環(huán)境工程原理》課程建設(shè)研究[J].廣東化工，2021（4）：2.

[5]董春橋， 王秀萍， 梁莎.“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境工程原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2021， 38（8）：5.

[6]祁寶川，何琴，辛世紀(jì)等.工程教育認(rèn)證背景下的“環(huán)境工程原理”課程教學(xué)改革[J].科教導(dǎo)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(huán)境工程專業(yè)環(huán)境工程原理教學(xué)。