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

祁寶川 何琴 辛世紀(jì) 馮丹 王興磊

摘 要 在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，結(jié)合伊犁師范大學(xué)環(huán)境專業(yè)新版人才培養(yǎng)方案制定的實(shí)際情況，針對(duì)當(dāng)前環(huán)境工程原理課程教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行了積極的改革探索，提出了以問題為導(dǎo)向、以虛擬仿真為導(dǎo)向、以工程案例為導(dǎo)向以及優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和考核體系等改革措施，為提高環(huán)境專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和加強(qiáng)人才培養(yǎng)質(zhì)量提供了參考。

關(guān)鍵詞 工程教育 環(huán)境工程原理 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424?????????????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。[1，2]隨著我國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》，標(biāo)志著我國(guó)工程教育認(rèn)證質(zhì)量邁上了新臺(tái)階，對(duì)于提高我國(guó)工程教育質(zhì)量，工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、走向世界具有重要意義。[3]與此同時(shí)，對(duì)于工程教育認(rèn)證發(fā)展的新形勢(shì)下我國(guó)工程專業(yè)的教育質(zhì)量和人才培養(yǎng)等方面提出了新的要求。[4]

環(huán)境工程原理作為環(huán)境工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)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(huán)境工程學(xué)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(shè)備、典型工藝以及在環(huán)境工程中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生在環(huán)境污染控制過程中的綜合工程實(shí)踐能力。因?yàn)樵撜n程涉及的基本原理、公式推導(dǎo)、工藝設(shè)備繁多，讓工程意識(shí)和思維相對(duì)薄弱的少數(shù)民族地區(qū)學(xué)生接受起來比較困難。所以，如何對(duì)該課程體系進(jìn)行教學(xué)改革以適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境專業(yè)認(rèn)證的新需求，是當(dāng)前課程教學(xué)過程中必須思考并重視的問題。目前“環(huán)境工程原理”的授課基本還是按照傳統(tǒng)的以教師、課堂和書本為中心的教學(xué)方式，不滿足專業(yè)認(rèn)證需要的以學(xué)生為中心、以理論和實(shí)踐相結(jié)合為中心和以能力和素質(zhì)為中心的教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)不能滿足社會(huì)和工業(yè)界的要求。因此，如何打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，增強(qiáng)工程教育人才培養(yǎng)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性，成為當(dāng)前工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下課程教學(xué)改革的一項(xiàng)重要工作。因此，本文聚焦環(huán)境工程專業(yè)必修課環(huán)境工程原理，圍繞課程內(nèi)容，教學(xué)模式和考核體系等進(jìn)行改進(jìn)以期為工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下的課程教學(xué)改革提供參考。

1 環(huán)境工程原理課程教學(xué)改革措施探討

隨著以工程教育專業(yè)認(rèn)證為抓手的教學(xué)改革實(shí)踐不斷深入，需要改變傳統(tǒng)的以教師、課堂和書本為中心的教學(xué)方式，實(shí)施新的教學(xué)模式。工程教育專業(yè)認(rèn)證三大理念對(duì)于轉(zhuǎn)變教師教學(xué)思想、提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和工程人才核心能力具有重要指導(dǎo)意義。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，在教學(xué)中，筆者從以下幾方面進(jìn)行了探索與嘗試：

1.1 以問題為導(dǎo)向的課堂教學(xué)方式探索

環(huán)境工程本科生畢業(yè)能力培養(yǎng)的目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決復(fù)雜實(shí)際環(huán)境問題的能力。在環(huán)境工程原理課程的教學(xué)中需要以問題探究為起點(diǎn)和重心開展教學(xué)活動(dòng)，通過教師的教育引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的興趣，對(duì)于啟發(fā)學(xué)生工程思維、培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、解決問題能力具有重大意義。在教學(xué)過程中，要求教師掌握專業(yè)知識(shí)和基于該課程知識(shí)體系的工程實(shí)踐并對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。比如，在吸附這一章節(jié)，可以針對(duì)現(xiàn)在越來越多的家庭安裝家用凈水器進(jìn)行問題設(shè)計(jì)，在該過程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題分析“舉例說明生活中常見的吸附現(xiàn)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(lǐng)域的應(yīng)用都有哪些？為什么吸附法是一種具有廣闊應(yīng)用前景的污染控制技術(shù)？”等一系列問題有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生理解基礎(chǔ)理論的思維，同時(shí)可以加強(qiáng)師生互動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的“向?qū)W力”?？傊詥栴}為導(dǎo)向的教學(xué)模式是傳統(tǒng)教學(xué)模式的補(bǔ)充，需要教師結(jié)合教學(xué)實(shí)際，科學(xué)設(shè)置問題并運(yùn)用有效的手段和方法喚起學(xué)生對(duì)復(fù)雜環(huán)境工程問題的求知欲，進(jìn)一步促使學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)、思考解決問題，并通過正確的方式進(jìn)行表達(dá)，這符合“工程教育”人才培養(yǎng)的理念。[5]

1.2 以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為導(dǎo)向的教學(xué)方式探索

教育部發(fā)布的《教育部辦公廳關(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》對(duì)高等教育信息化提出了更高的要求，同時(shí)我國(guó)工程教育正式加入“華盛頓協(xié)議”，如何培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神是高等學(xué)校工科專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。環(huán)境工程原理課程所涉及的概念原理知識(shí)繁多瑣碎、常見的課堂講解或平面多媒體輔助教學(xué)方式不能完全呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景的真實(shí)感和立體感，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作技能和知識(shí)應(yīng)用能力方面略有不足。依托互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用普及，在教學(xué)過程中引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、發(fā)展學(xué)生構(gòu)建思維、彌補(bǔ)少數(shù)民族地區(qū)實(shí)踐教學(xué)資源短缺的問題。例如，對(duì)普通活性污泥法污水處理廠全套工藝運(yùn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生可能沒有太多感性認(rèn)識(shí)，結(jié)合在線監(jiān)控污水處理綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以全程動(dòng)畫模擬污水處理廠真實(shí)工作過程，使學(xué)生直觀地了解污水處理廠的一級(jí)物化處理、二級(jí)生物處理與三級(jí)深度處理的工藝特點(diǎn)和工作原理。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生可依托仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)自主選擇工況、調(diào)整仿真參數(shù)和模擬安全事故來加深對(duì)工藝系統(tǒng)、生產(chǎn)操作和故障原因的理解，成績(jī)?cè)u(píng)定系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作情況做出成績(jī)?cè)u(píng)定結(jié)果。因此，仿真模擬和課堂相結(jié)合，注重知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高的協(xié)同實(shí)施，通過講授-認(rèn)知-交互-訓(xùn)練-考核等環(huán)節(jié)可提升學(xué)生的沉浸式和交互式體驗(yàn)感，大大調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力，達(dá)成工程教育認(rèn)證背景下的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

1.3 以工程案例為導(dǎo)向的教學(xué)方式探索

案例教學(xué)法是在老師的引導(dǎo)下，通過小組討論和合作學(xué)習(xí)等主要形式，組織學(xué)生對(duì)在真實(shí)情景中發(fā)生的典型事件進(jìn)行調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論、交流和總結(jié)等活動(dòng)，豐富學(xué)生行業(yè)背景知識(shí)并培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程問題的能力的一種教學(xué)方法。[6]例如，在講授吸附章節(jié)中的關(guān)于吸附操作的基本概念和應(yīng)用時(shí)，先講述吸附材料在環(huán)境工程領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，再通過簡(jiǎn)單的理論推導(dǎo)出吸附等溫式和動(dòng)力學(xué)方程，然后引申到將上述基本理論知識(shí)應(yīng)用于某復(fù)合吸附劑處理重金屬廢水技術(shù)典型應(yīng)用案例——工藝流程、污染防治效果和達(dá)標(biāo)情況、主要運(yùn)行工藝和控制參數(shù)、投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、能源、資源節(jié)約和綜合利用情況，加深學(xué)生對(duì)于吸附理論及其工程項(xiàng)目的宏觀認(rèn)識(shí)，今后再去現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)就可以收到事半功倍的效果。此外，在明確教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，教師可結(jié)合最新的專業(yè)發(fā)展方向和工程應(yīng)用現(xiàn)狀，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)一些難度適中，突出啟發(fā)性實(shí)踐性的項(xiàng)目工程案例開展教學(xué)活動(dòng)。通過介紹案例-分組研討-觀察與啟發(fā)-陳述意見-知識(shí)整理-作業(yè)等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生真正感受到他們是課堂的主體、學(xué)習(xí)的主人。

1.4 課程教學(xué)內(nèi)容的整合與優(yōu)化探索

環(huán)境工程原理課程包括環(huán)境工程原理基礎(chǔ)、分離過程原理和反應(yīng)過程原理三部分，三者相互聯(lián)系，具有較強(qiáng)的理論性和系統(tǒng)性。[7]我校學(xué)生生源多來自少數(shù)民族地區(qū)，學(xué)生整體基礎(chǔ)底子較為薄弱，目前的課時(shí)設(shè)置給師生之間的教與學(xué)帶來很大挑戰(zhàn)。針對(duì)這些問題，結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求，對(duì)該課程內(nèi)容不斷進(jìn)行整合和優(yōu)化，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)現(xiàn)代化環(huán)保類人才的需求。環(huán)境工程原理與其他專業(yè)基礎(chǔ)課程聯(lián)系較為緊密，可根據(jù)課程之間的共同點(diǎn)以及地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況設(shè)置課程特色內(nèi)容，避免由于重復(fù)而造成學(xué)時(shí)浪費(fèi)，同時(shí)也有利于培養(yǎng)符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的實(shí)踐性人才。比如，伊犁州是國(guó)家重要的煤化工產(chǎn)業(yè)和能源生產(chǎn)基地，經(jīng)過多年的發(fā)展，我校的化工原理已經(jīng)發(fā)展成為自治區(qū)精品課程。由于環(huán)境工程原來第十章其他分離過程涉及的物理化學(xué)問題較多，在環(huán)境工程領(lǐng)域及的問題相對(duì)不典型?？芍粚?duì)該章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述原理，在后續(xù)的《化工原理》教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行補(bǔ)充闡述。

1.5 成績(jī)?cè)u(píng)定體系的改革探索

傳統(tǒng)的考核方式主要采用“平時(shí)成績(jī)+期末成績(jī)”的模式，這種考核方式不能反映學(xué)生工程應(yīng)用能力，只能片面反映理論知識(shí)的掌握情況，這顯然與OBE的教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一致。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與要求，本課程教研組對(duì)成績(jī)?cè)u(píng)定體系進(jìn)行了針對(duì)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(nèi)容如圖1所示：

學(xué)生的總評(píng)成績(jī)主要由2個(gè)模塊和5個(gè)分級(jí)指標(biāo)組成。出勤率考核包括點(diǎn)名簽到、座位簽到和簽字簽到，旨在促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成到課自覺性。課堂參與度主要是考核學(xué)生課堂表現(xiàn)情況，包括小組討論、學(xué)生提問和回答問題的積極性等內(nèi)容。作業(yè)報(bào)告考核是對(duì)學(xué)生提交的課后作業(yè)和案例報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)，有助于考核學(xué)生的工程思維能力，團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和分析表達(dá)能力。工程教育專業(yè)認(rèn)證體系下對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)提出了更高的要求，可以將傳統(tǒng)的理論驗(yàn)證型實(shí)踐內(nèi)容與科研型實(shí)踐內(nèi)容、工程型實(shí)踐內(nèi)容以及競(jìng)賽型實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合的方式全面考核學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力，主要是對(duì)實(shí)踐課題完成度、完成質(zhì)量和創(chuàng)新性進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果參加了本專業(yè)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和全國(guó)大學(xué)生環(huán)境實(shí)踐“虛擬仿真”創(chuàng)新大賽等賽事的可另外加分。此外，在專業(yè)認(rèn)證新形勢(shì)下，期末考試的內(nèi)容也要有所變革，不僅考查對(duì)基本概念和原理的掌握，還應(yīng)加大開放試題的比例，這樣更有助于評(píng)價(jià)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)于實(shí)踐的能力。

2 結(jié)論

“環(huán)境工程原理”課程作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課在環(huán)境工程專業(yè)課程中起著承上啟下的作用。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，結(jié)合環(huán)境工程原理課程特點(diǎn)和我校學(xué)生的實(shí)際情況，積極探索問題導(dǎo)向、虛擬仿真以及工程案例等教學(xué)模式，不斷提高在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下畢業(yè)生對(duì)環(huán)境工程行業(yè)發(fā)展的適應(yīng)度。并通過優(yōu)化考核機(jī)制，將成果導(dǎo)向理念（OBE理念）融入學(xué)校人才培養(yǎng)體系全過程，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的環(huán)境工程原理課程教學(xué)改革。

基金項(xiàng)目：伊犁師范大學(xué)2020年教育教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)JG202030）;伊犁師范大學(xué)污染修復(fù)與環(huán)境治理開放平臺(tái)項(xiàng)目（2017HJYB09）;國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202010764001X）;自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S202010764003）

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