工程教育专业认证标准下《环境化学》课程的教学改革思路

徐立杰， 梅 翔， 乔维川， 李 威， 凌 晨

（南京林业大学 生物与环境学院，江苏 南京 210037）

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，在国家工业化高质量发展中具有不可替代的作用。2016年我国正式成为《华盛顿协议》成员，标志着我国高等教育对外开放向前迈出了里程碑的一步，我国工程教育质量标准实现了国际实质等效[1]。目前，数据已显示，我国成为工程教育的第一大国，顺利完成从“模仿跟随”到与发达国家“比肩而行”的成长历程。

专业认证秉承“以学生为中心”、“以产出为导向”和“持续改进”三大基本理念，与传统的内容驱动、重视投入的教育形成了鲜明对比。2020版的《工程教育认证通用标准解读及使用指南》中详细解读了七个方面的认证要求，强调了学生毕业能力达成这一核心任务。基于此，课程是否能有效支持相应毕业要求的达成成为衡量课程建设成效的主要判据，如何深入改革课堂教学已然成为工程教育改革的“最后一公里软肋”。

《环境化学》作为南京林业大学环境工程专业的基础课程，是构建学生专业知识结构框架的重要核心内容。传统的“照本宣科”输入式教学方式很难达到工程教育专业认证的要求和目的，具有迫切的改革需求，深入探索《环境化学》课程的改革方式与方法，对推进学科的工程教育质量，满足专业认证要求具有重要的意义，也是提高环境工程人才培养水平从而更好地服务于国家战略发展新需求的必然选择。

1 《环境化学》教学现状分析

根据前期教学过程的体会，结合学科发展的现状，发现本校《环境化学》课程仍然存在以下几点问题：

1.1 先导课程与本课程的衔接

由于《环境化学》课程的特点涉及水、气、土壤、生物等多领域的专业知识（如图1），综合性强，为充分利用40个学时的课堂时间，在学生学习《环境化学》之前进行多门基础课程和专业课程的先导输入，可避免重复学习相关知识点，充分激活和扩展已有专业知识。先导课程设置主要包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、仪器分析、水污染控制工程、大气污染控制工程、环境监测等。本专业的《环境化学》课程设置在大三上学期，而水污染控制工程等专业课设置在大三下学期，需要将一些专业基础知识例如水中胶体结构、水质指标、大气颗粒物等内容进行讲解，与相关专业课的知识点有重合，影响到学生掌握新的知识体系和课程教学推进的效率。此外，学生由于缺少必要的专业课程知识，对环境污染物在各圈层中的环境行为难以有整体的把握，专业知识的串联和应用能力的培养受到限制。

图1 环境化学课程知识板块示意图

1.2 教材和教学方法问题

本专业环境化学教材选用的华东理工大学何燧源主编的环境化学（第四版），本教材长期没有再版，内容方面不够详尽，部分数据已过时，且缺少环境化学知识在解决当前环境问题的实际应用案例，难以激发学生对课程的学习兴趣。课堂的教学方法主要采用的是单一的教师讲授，学生在下面机械地记录、记忆和计算，而主要的互动方式就是课堂提问，不能充分调动学生的主观能动性和独立思考的能力。此外，考核方式过于传统，平时成绩占40%，包括出勤、课堂表现和作业完成情况，期末试卷考试成绩占60%。面对传统的考核方式，学生大多采取考前临时突击记忆，教师难以根据成绩反馈结果真正掌握学生能力的达成情况，对课程教学的持续改进造成障碍。对连续三届学生（共155人）的期末试卷成绩进行统计分析发现（如图2），学生普遍在单选题、名词解释和计算题中完成度较好，而在简答题和论述题上完成度较差，其中论述题的平均分和及格率最低，均分6分（满分15分），单题及格率仅35%。由此可见，学生通过课堂学习和考前复习，对记忆性内容掌握较好，对知识综合运用及分析能力相对较弱。

图2 期末试卷不同题型成绩分布图

1.3 科学前沿问题及实际工程应用与课堂教学距离较远

尽管在本科阶段开设了《环境化学》的专业课程，而且本专业课同时作为本校环境工程专业研究生入学考试的专业课程之一，但在研究生入学复试以及硕士研究生开展自我课题的过程中，发现学生缺乏对环境化学领域科学前沿问题的了解和分析能力，自学能力弱，将书本上的理论与实际工程问题建立关联的能力相对欠缺。这也从侧面反应了我们课堂教学质量、方式方法尚有充足的提升空间，课堂教学在“授之以渔”方面做的不足，综合运用专业知识的能力培养不足。

2 基于工程教育专业认证的教学改革思路

《环境化学》课程的改革秉承成果导向教育（Outcome-based education, OBE）的模式，坚持“以学生为中心，以产出为导向，持续改进”，教师依据学习者在学习结束时应具备的能力和素质来制定与之匹配的教学框架体系和具体教学组织内容，以保证预期目标达成。目前全国各高校已陆续开展基于 OBE理念的专业课程改革（如表1），其中也包括环境化学课程的改革探索[4-5]。基于本专业的实际情况，总体改革思路如图3所示，主要从培养目标、教学方式、考核评价体系三方面对课程教学模式进行全面改革，以匹配工程教育专业认证的要求。

表1 基于OBE理念的教学改革探索范例

图3 课程改革指导路线

2.1 明确培养目标

原有教学目标注重各章节知识点的传输，以学生的测验分数作为衡量传输质量的唯一标准。OBE理念倡导的是以学生的学习产出为导向，以能力培养的达成度作为课程教学效果的考评和改进依据。根据我校《环境工程专业本科人才培养方案（2019）》的要求，由院系工程认证工作委员会及教研组对环境工程专业毕业要求指标点进行分解，建立教学目标与学生毕业要求和专业培养目标间的紧密联系。确立《环境化学》课程的教学目标主要有以下三点：1）掌握环境化学的基本概念和基本理论（基础知识目标）；2）掌握化学污染物在大气、水体、土壤和生物圈层中的环境行为及其治理、分析技术（综合知识技能目标）；3）培养学生自主学习能力，形成从资料查找、整合、分析问题、解决问题和表述的综合能力，树立科学的生态发展观，提高学生生态文明素养（综合能力素质目标）。上述课程培养目标既符合我校环境工程专业的培养目标，也符合南京林业大学“立德树人”的人才培养定位要求。设立的课程目标对工程教育认证毕业要求指标点的支撑情况如图4所示。

图4 课程目标对工程教育认证毕业要求指标点的支撑情况

2.2 优化教学方式

2.2.1 精选和整合教学内容

为更好地实现OBE模式下的教学目标，长期规划下利用2～3年的时间重编教材，将国内外经典教材中的理论知识进行整合，融入环境化学领域的热门研究前沿和案例，突出课程特点，激发学生的学习兴趣。短期规划下可以利用课程讲义的形式、慕课资源、环境领域公众号为学生补充新鲜的内容，并结合每届国内环境化学大会的相关学术前沿领域，以解决当前环境问题为出发点，设置专题学习内容，使学生课堂所学与国际学术前沿接轨，丰富教学内容，增强学生对所学知识的应用敏感度。例如，原有教材和教案中的专题课程内容常年围绕全球性大气环境问题展开，而对当前环境化学领域的学术前沿涉及极少，可增补给水净化和消毒副产物、微塑料环境化学、新兴环境污染物、大气气溶胶化学等领域的专题内容。

2.2.2 丰富教学形式

教学方法直接影响到教学目标的达成。原有教学方法采用“一站到底”“满堂灌”和“独角戏”的模式，学生专注度普遍不高。课程改革采用多媒体＋小组汇报讨论＋角色互换等方式，可有效提高学生的参与度，调动学生自主学习的热情和意愿。另外，教研组在其它专业课改革过程中尝试了“翻转课堂”的教学模式取得了很好的效果[6]，教师将基础知识讲解部分通过录制视频让学生课前自主学习，利用课堂的时间进行师生讨论交流和重难点讲解。课堂上，教师听取学生对知识点的提炼、串联和领会的汇报情况，突出以学生为中心的培养理念。《环境化学》课程改革通过借鉴“翻转课堂”的模式，缩短课堂上讲解繁琐的基础知识点的时间，鼓励学生自学基础知识，教师利用更多的课堂学习时间总结重点内容、补充案例学习，引导学生自主学习。

2.3 更新考核评价体系

全面调整考核方式和考核内容（如图5），改变期末考试“一锤定音”的考核方式，充分调动学生主观能动性，以综合能力培养为出发点，将平时成绩构成调整为“随堂测试＋小组专题汇报＋思维导图”三部分。通过互动式的教学模式，激发学生的学习热情，在巩固基本知识的同时拓宽学生的知识面，丰富相关案例，锻炼团结协作和语言表达能力。通过制作个性化思维导图将各章节及相关章节知识点进行串联，既能克服作业抄袭现象，又能提高学生对知识的归纳总结能力，自己给自己“划重点”。期末考核弱化试题测验权重，通过大论文写作，更全面地评价学生的知识综合理解和应用情况。

图5 课程考核评价体系

2.4 持续改进

每学期末教师可根据学生的各部分成绩计算课程目标的达成度，辅以调查问卷形式征求学生对课程的进一步建议，制定持续改进计划，调整优化教学方法和考核制度，提高学生能力培养水平。

3 结语

《环境化学》课程作为环境科学与工程相关专业最重要的专业课之一，综合性强，也承担着提高学生科研素养的重任。工程教育专业认证标准为其改革提供了新标准和新视角，如何进行课程改革以适应专业认证要求，提高环境人才培养质量和国际竞争力是高校和专业教师需要认真思考的问题。笔者深入分析了本校课程存在的主要问题，提出借鉴 OBE教学理念，从教学目标、教学方式和考核体制三角度全面进行课程改革，为工程教育专业认证标准的落实和高层次环境创新型人才的培养提供了新思路。