基于成果导向理念的新工科实践教学体系革新

徐世平 ， 李玉江 ， 岳钦艳 ， 王 燕 ， 石 岩 ， 高明明

(山东大学，环境科学与工程学院 ， 山东 青岛 266237)

0 前言

为培养多元化、创新型卓越工程人才，自2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设。在《新工科研究与实践项目指南》中明确提出，要“推进基于成果导向(OBE)的工科学生工程实践能力培养，设计评价体系，指导改革实践”。成果导向教育(OBE)是一种强调基于学习成果的教育改革理念，其课程设计过程中要预先确定学习的结果，据此进行反向设计，并适时调整课程内容，提供个性化学习指导和结果评定，以确保所有学生在学习结束后都能获得诸如创新性思维能力、综合分析能力、组织策划能力等高阶能力[1]。

环境工程学是环境专业本科生的专业核心课，该课程全面、系统地论述了环境工程学的基本理论、污染防治技术与控制工程及其发展趋势。该课程的实践教学效果直接影响到环境类学生的基础理论水平、实际操作能力及解决复杂环境工程问题的综合能力。为强化学生对课程知识的深入理解与实际应用，现有环境工程学课程体系中通常包含多个实验项目，但现有的实验体系与教学模式不能满足行业内出现的新形势和新需求[1]。笔者从当前新工科人才培养的目标出发，引入OBE教育理念，对环境工程学实践教学模式进行了多项改革与创新，并取得了良好的实践教学效果。

1 环境工程学实践教学体系革新

笔者针对现有环境工程学实践教学体系存在的问题，分别从教学内容、培养模式和考核体系三个方面进行了革新。

1.1 综合型、创新型实践教学体系建设

环境工程学知识体系不仅包括废水、废气、废渣等多种污染防治技术，还涵盖了化学、水力学、生态学、微生物学等多个学科，是典型的多学科交叉课程，具有开展多学科交叉教学的潜力。但目前该课程实验内容的设置仍然是单一污染体系“各自为政”，实验内容被严格划分为水污染防治实验、气体污染防治实验、以及固体废物相关的实验。各污染体系之间缺乏联系，更不用说学科交叉等综合性培养模式的实施，无法培养学生处理具体环境问题所需要的综合能力。

按照创新型人才培养目标的要求，教师团队结合目前产业需求和科研前沿，精心挑选了多个与理论课相适配、工程实际相结合的实验内容。比如：①垃圾渗滤液的无害化处理实验，该选题融合了固废处理与高浓度有机废水处理两大环保问题，涉及化学、微生物学等多个学科。②农业废弃物资源化制备活性炭，用于吸附可挥发性污染物实验。该选题涉及固废资源化及气态污染物处理等相关内容。③海水养殖区低浓度抗生素的光催化降解实验。该选题锚定水体中低浓度、高毒性污染物的深度净化，并成功引入了绿色低碳概念。通过提高综合性、创新性实践项目的数量比例，改变了以往验证性、示教性实验数目占比过高的情况，激发了学生的实践积极性，重点培养了学生的自学能力和创新思维，提高了学生解决实际环保问题的综合能力。

1.2 多层次、多维度实践培养模式探索

在以教师为中心的投入导向型培养模式中，实验内容多以强化学生对课程知识的深入理解为目标，以教师演示的验证性实验为主，而缺乏拥有创新性和设计性的实验内容，没有紧跟学科发展的步伐，导致学生学习积极性较低，创新实践能力差。针对这一现状，教师团队积极引入成果导向理念，针对不同性质的实验项目，探索出了灵活多样的多层次培养方式，例如对于基础性实验，以教师讲授和示范为主，重点培养学生熟练掌握基础实验操作，以提高其操作的准确性和规范性。在掌握了规范的实验操作基础之上，针对目前环境领域内的热点环保问题，设计综合性实践课题，综合环境、化学、生物学等多学科知识，重点培养学生解决复杂环保问题的能力。此外，根据学生兴趣，开设提高型创新实验，不限定实践题目与实验方案，利用翻转课堂等多种形式，将学习的主动权由教师转移给学生，积极推动教师从实验课程主导者向创新项目引路人的角色转变。基于此，建立了涵盖基础性验证实验、综合性设计实验、提高型创新实验的多层次实践培养体系，而培养模式也由内容局限、单一示范向多层次、开放式转变。

此外，为了进一步与产业需求和科研前沿相结合，积极引导鼓励学生根据自身的能力，挑战更高的目标，指导学生参加各类国家级、校级学科竞赛活动以及创新创业比赛项目，如“挑战杯”科技学术竞赛、节能减排竞赛等。通过竞赛，不仅能加深学生对基础知识的理解，促进学生发现并凝练行业共性问题和需求，而且能强化创新性思维培养，提高学生解决实际问题的综合能力，形成了“实践、研究、比赛”互动的创新型实践新模式。

1.3 多角度、全方位考核体系设计

传统学生成绩的考核主要由考勤、实际操作和报告成绩组成。指导教师根据学生的课前预习、上课表现以及实验报告对学生的实践成绩进行打分，具有很强的个人主观性以及局限性。当学生人数较多时，指导教师往往无法对每位同学的实际操作进行考核，学生只要被动完成实验任务，并参考实验指导书完成实验报告，即可获得成绩。这种评价方式不利于调动学生的主动性和创造性，容易让学生产生懈怠情绪，而且也不能对学生的自学能力、数据分析、文案制作以及团队协作等能力进行全方位的客观评价[2]。

针对这一现状，教师团队建立了由“实验方案评估”“实验操作”以及“最终成果答辩”三个环节组成的考核评价体系，其中各环节成绩包括小组互评及教师团队的综合评议。通过该评价体系，可以对学生实验方案设计的合理性、实验操作的规范性和最终成果水平等进行多方面评价，并强化了对学生自学、创新、实践、文案撰写、团队合作等能力的全方位评价。

2 实践教学案例介绍

以垃圾渗滤液的无害化处理实验为例，教师团队首先在查阅大量国内外相关文献的基础上，筛选了高级氧化技术中操作简单、效率高的光催化氧化以及Fenton技术为研究对象；设计出了垃圾渗滤液无害化处理实验框架，并结合文献数据与自身研究经验；筛选出了影响处理效果的重要参数，比如溶液pH值、铁离子浓度、光催化剂投加量等，并开展了模拟实验。基于此，编制了相应的实验指导书。根据理论课时间安排，教师团队提前引导学生学习垃圾渗滤液处理技术的国内外研究现状以及主要的研究方法，并详细介绍了光催化技术与Fenton工艺的工作原理以工艺特点，然后提出实验的研究内容、目的和初步的实验思路。基于此，学生自行选择实验题目，并根据实验内容自行组建实验小组，在大量查阅相关文献资料的基础上，配合以实验指导书，提出了各小组的实验方案及实验参数。有的小组提出要构建高晶度g-C3N4纳米片以提高可见光催化效率，有的小组提出要利用电Fenton来实现Fe3+和Fe2+的循环利用，减少铁泥的生成。经与教师团队充分讨论后，在充分发挥实验室现有条件的基础上，确定了最终的实验与研究方案，并预想了实验中可能出现的情况与问题，以提出相应的应对预案。

本项目开发的实验并不是常规的验证性实验，实验步骤较多，而且实验过程中会用到强光源以及多种易碎的玻璃容器，因此对实验的安全性要求更加严格。为了避免意外事件的发生，实验开始前，教学团队组织学生学习了实验室安全规范以及可能出现的意外事故的应急处理方法，加强实验室安全管理，做好开展实验的准备[3]。另外，本项目开发的实验是实验结果不确定的探索性实验，实验中，教学团队鼓励学生发掘并分析实验中遇到的各种问题，积极应对并最终完成实验内容，锻炼了学生发现问题、解决问题的综合能力。实验后，指导学生进一步分析实验结果，有针对性的撰写实验报告，并进行最终成果答辩，提高学生的数据分析能力及文案撰写能力。通过以上开放性实验培养新模式，引导学生自主学习，自行确定实验参数，并进行可行性分析，充分调动了学生的学习积极性，不仅拓展了学生对垃圾渗滤液处理技术的认识与理解，而且强化了学生发现问题、凝练问题以及解决问题的综合能力。

该项目选题基于国际前沿研究成果，将垃圾渗滤液处理领域的前沿技术以及产业要求引入到了实验教学环节中，课题的筛选基于教学团队目前正在开展的科研项目，充分发挥了教学团队的科研优势和研究基础，重点培养了学生的创新实践能力、合作沟通能力和问题解决能力。相比于传统的验证性实验，本项目开发的实验更加具有科学研究性质，小到设计表格，大到设置实验参数，充分发挥了学生的主观能动性，全方位地调动了学生的实验积极性，而且在实验的同时，加深了学生对垃圾渗滤液性质、处理难度和处理指标的理解，提高了学生的基础理论水平，很好地服务于本科教学任务。另外，在开放式创新试验的基础上，组建了一支由本科生组成的创新团队，开展了《新型光催化氧化技术改进污水处理工艺》研究。该项目充分发挥了团队成员的主观能动性，经过选题、立项、实验、答辩等多个环节的磨练，该项目最终荣获了“山东大学第十一届大学生节能减排社会实践与科技竞赛”二等奖和“第六届”互联网+“山东大学大学生创新创业大赛”优胜奖等。可以看出，通过该垃圾渗滤液无害化处理实验，实现了教学实验内容与产业实际的平稳接轨，有利于实现“新工科”多元化、创新型卓越工程人才的培养目标。

3 结语

在新工科背景下，为满足综合型、应用型环保人才培养的要求，环境工程学实践培养体系还有很大的创新空间，比如逐步开放专业实验室，突破传统课堂空间的限制，实现实践教学环节的延伸。另外，实践内容必须与时俱进，将相关行业内出现的新概念、新技术以及产业要求引入到实践培养环节中，实践课题的筛选可以充分发挥教师团队的科研优势和研究基础，实现课堂实验、科学研究、学科竞赛的有机结合，以培养出富有自驱力、创新能力、实践能力以及团队协作能力的多元化、创新性工程人才。