基于学生能力提升的《环境工程原理》课程教学改革

刘祚希 李延吉 魏砾宏 烟征 王伟云

【摘要】工程教育认证的核心目标是提升环境工程专业本科生的实践能力，能够使本科生毕业达到行业认可的质量标准。针对课程中发现的问题进行积极探索和总结，提出以线上线下混合教学、问题和工程案例为导向、加强虚拟仿真实验及增强过程性考核等改革措施，为提升环境工程教学质量和人才培养素质提供了参考。

【关键词】环境工程原理  能力提升  教学改革

【基金项目】沈阳航空航天大学本科教学改革研究项目，项目编号：JG2020079。

【中图分类号】G64   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）41-0092-02

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。自2016年，我国加入国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》。工程教育认证对我国工程专业的教育方式和培养目标提出新的目标。提升工科生的实践能力，使工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求是工程教育认证的核心目标[2]。《环境工程原理》课程是环境工程专业的基础课程，是环境专业本科生所学的第一门专业类课程，该课程理论性强、内容广泛、结构体系复杂。根据基本原理出发，通过观察、分析、综合、归纳，从中找出问题的主要方面，形成分析解决工程问题能力[3]。然而，在传统的教学在有限的学时内，难以实现工程教育认证的质量要求。因此，在工程教育认证背景下的基于提升学生能力的《环境工程原理》课程教学改革势在必行。

1.环境工程原理课程教学改革措施

传统的教学方式以教师讲授为主，学生“被动学习”的方式接受知识。以提升学生能力为导向的培养目标，要求学生采取“主动学习”方式，提升综合的解决问题能力。为实现该培养目标，教学体系从以下方面进行探索和实践。

1.1 依托MOOC网络教学平台提升课前预习和课后复习效果

当前教育制度改革不断深入，教师的教学观念随之更新，但是以学生为中心的教学模式在实践过程中尚需进一步完善。依托网络教学平台建设网上课程资源是教学改革过程中不可缺少的重要环节，网络教学平台的使用能够有效促进学生的自主学习过程。该课程在讲授过程中，涉及到大量的化学基础知识和高等数学知识点，由于学生对于化学知识点的掌握参差不齐，甚至有未学过化学基础课程的学生，所以，针对每次线下课程设计到的相关化学和高数的知识点，通过搜索网络相关教学视频和自制短视频等方式在每次课前上传到MOOC平台，帮助学生课前较好的回忆和预习相关知识点，节省课上的补充知识点的讲授时间。课后将课堂上发现的问题和讲授内容进行梳理总结，并及时上传到平台，促进学生加深课程印象，提高学习效果。通过网络课程上课前的预习和课后的讨论，学生掌握了一定的理论基础知识节省了课堂讲授时间，在课堂授课过程中教师可调整教学模式，适时开展启发式教学或研究型教学，课堂的授课氛围更为活跃，也激励了学生的自主学习动力[4]。

1.2 教学内容的调整与重构

环境工程原理教材主要分成三篇，分别为第一篇，环境工程原理基础;第二篇;分离过程原理和第三篇化学与生物反应工程原理。部分章节内容与其他基础和专业课产生重复。例如，其他分离过程的膜分离与《水污染控制工程》的内容具有交叉，第十四章微生物反应动力学基础相关内容与《微生物》课程相关知识点具有交叉。基于以上问题和工程教育认证目标，对于课程体系进行不断的重构优化，将课程之间的交叉点设置综合教学方案，极大地减少了由于内容重复而造成的学时紧张。例如，由于环境工程原来第十五章微生物反应器及的水污染处理技术较多，该部分内容在讲授时只阐述基本原理在后续的《水污染控制》教学活动中进行详细讲授。化学反应动力学中反应动力学相关内容已经在第四学期《物理化学》课程中讲授完成，该部分内容可以通过线上MOOC让学生采取自主学习的形式复习该部分内容。教学内容的整合与优化有效地扩充了教学学时，极大地提升了教学质量。环境工程原理的网络课程建设主要开设课程视频、课件、课程辅导资料、作业库、试题库和讨论区[5]。

1.3 以问题和工程案例为导向的课堂教学

基于OBE教学理念，环境工程专业要求学生能够运用综合专业知识，解决实际环境工程问题的能力。在环境工程原理的课堂教学中，加入以问题讨论为起点的引导教学方法，能够激发学生学习和探究的主动性，在启发学生工程思维、培养学生自学能力、解决实际工程问题能力方面，具有重要帮助。例如，在讲授膜分离过程相关内容时，可以针对膜分离技术在日常生活中的应用进行提问。航空母舰远离陆地长达半年甚至1年之久，为船上的成千上万名船员提供日常生活用水的淡水来自哪里？为什么需要采用海水淡化的技术供给航空母舰上的水源而不是从陆地携带生活用淡水？这些问题极大地激发了学生的学习兴趣，培养学生将基础理论知识与实际相结合的能力，同时由于师生互动的提升，提高学生的“向学力”。此外，选取环境工程相关的工程实际案例，在老师的指导下通过建立小组和组内合作学习等方式，查阅相关资料、分析讨论案例中的问题，能够补充环境行业的相关业务知识并提升学生发现和解决工程应用问题的能力。

1.4 融入虚拟仿真实验的教学探索

虚拟仿真实验通过软件模拟设备工艺的运行过程，突破传统课堂教学模式的局限，通过系统演练模拟操作过程，使学生快速有效的理解工艺运行过程，提高教学质量。2017年7月，教育部发布了《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》提出，建设高等教育实验教学优质资源及加强其应用，提高高等教育实验教学质量和实践育人水平[6]。随着我国正式加入“华盛顿协议”后，学生创新能力的培养及创新精神的体现是高等教育工科专业学生所要解决的核心问题。环境工程原理课程包含的知识点廣泛且繁琐，采用PPT或板书等教学方式缺少对于设备和工艺流程的立体感和动态认知，造成学生在实践认知方面存在许多不足。基于3D技术的虚拟仿真《环境工程原理》课程教学手段，能够让学生直观的体会到环境行业中不同环保设备和工艺的结构，既提升学生对于工艺的理解，又吸引了学生的眼球，提升课程的学习兴趣。

1.5 考核方式的改革实践

科学、合理的考核方式应兼具反映教学成效和督促学生主动学习的功能，尤其在多平台教学体系中，传统的考核方式以期末试卷成绩为主，片面反映知识点的学习情况和运用能力，仅依靠期末考试成绩评定的传统考核方式已经无法满足新的教学要求。同时，单一化的作业内容会造成课后作业抄袭等现象。因此，优化考核手段提升考核方式的科学性，实施高覆盖的过程性评价。环境工程原理的过程性考核方式主要包括课堂测验及问题回答情况、网络平台使用情况、章节作业、大作业完成情况和期末考试成绩，且期末考试成绩占比为60%。即时、多目标的考核方式包括在课堂学习（如问题互动、讨论参与度、PPT与答辩情况等）、课程作业（通过平台随机给出同一层次不同的作业内容）、网络平台使用（如预习要求、环境事件解决方案设计、思考题讨论参与度和阶段测试成绩等）、自主学习（网络平台使用频率）等各个方面，重视学生知识的实际掌握情况，着重培养学生应用能力和实践能力。

二、结语

“环境工程原理”课程是承接环境工程专业基础课和专业课程的重要桥梁。在工程教育专业认证趋势下，基于环境工程原理课程的特点和学生理解不够深入等实际情况，积极探索以问题导向和环境工程案例教学手段，不断提高在学生的工程实践能力，进而提升毕业生对行业的适应度。采用多样化的考核机制，将以成果导向为特征的理念（OBE理念）融入环境工程专业培养体系中，实现以提升学生能力为中心的环境工程原理课程教学改革。

参考文献：

[1]张朝磊，张在云.基于工程教育认证标准培养解决复杂工程问题能力[J].中国冶金教育，2017（4）：14-17.

[2]张建树， 郭瑞丽.工程教育认证背景下课程达成度的评价改革[J].高教论坛，2016（6）：72-74.

[3]张先梅，张帆，黄婕，等.工程教育理念引领创新人才培养模式——实施“卓越工程师教育培养计划”的探索与实践[J].化工高等教育，2017，34（3）：710.

[4]高常飞，杨启霞.以实践教学为导向的《环境工程原理》课程建设研究[J].广东化工，2021（4）：2.

[5]董春桥， 王秀萍， 梁莎.“互联网+”环境工程原理虚拟仿真实验教学项目建设[J].实验技术与管理， 2021， 38（8）：5.

[6]祁宝川，何琴，辛世纪等.工程教育认证背景下的“环境工程原理”课程教学改革[J].科教导刊，2021（12）：3.

作者簡介：

刘祚希（1983年-），男，辽宁沈阳人，博士，副教授，主要从事环境工程专业环境工程原理教学。