工程教育认证下的“地下水污染控制”课程建设与思考

林国庆

中国海洋大学环境工程系 山东青岛 266100

工程教育专业认证是国际上权威的工程教育质量保障制度，是我国高等学校工程教育的检验标尺[1]。《华盛顿协议》是国际上体系完整的工程教育专业互认协议[2]。2016年，我国加入该协议有力促进了国内工程教育专业与国际接轨，同时也对我国的教育质量提出了新的要求[3]。

目前，我国的环境类专业地学特色系列课程建设仍处于探索过程中，国内许多高校从课程素材建设[4-5]、实验教学[6-7]、案例教学[8]、计算机技术[9]等角度对地学特色课程的持续改进做了不少尝试。传统的PPT配合板书讲授式的教学很难调动学生的积极性，并且不利于锻炼学生的主动性以及动手能力。如何将课程内容以更加生动的形式展示在学生面前，如何在授课过程中提升学生的参与度和实际操作能力，如何更加有效地开展教学，是教师急需解决的问题。

针对“地下水污染控制”课程教学，以工程教育专业认证的考核要求为引领，从地下水污染控制的案例教学、课程研讨、完善课程考核评价体系等方面入手，积极推进地下水污染控制课程的持续改进，全面提升学生的工程实践能力和解决复杂环境工程问题的能力。

1 “地下水污染控制”课程概况

中国海洋大学的“地下水污染控制”是环境工程专业的一门专业基础课，与生产实践联系紧密。该课程的先修课包括环境水文地质学、环境监测、地下水动力学等。上述课程之间的关联性强，学生对先修课程的掌握程度决定了该门课程的学习效果。所用教材为郑西来教授主编的《地下水污染控制》。教学内容设置为地下水污染理论、地下水污染调查方法、地下水污染综合评价、地下水污染修复技术4个模块。课程任务包括场地勘察、污染源分析、地下水污染现状评价、地下水脆弱性评价、地下水环境影响评价、污染物迁移、生物降解和各种地下水污染修复新技术等。

2 “地下水污染控制”课程存在的问题

2.1 课程教材内容滞后，需持续改进

近年来全国地下水污染事件频发，而“地下水污染控制”教材内容滞后，急需将最新的地下水污染修复的国家行业背景、工程技术应用和实施要点等传授给学生，及时拓展和更新工程案例资源，增进学生的专业分析能力和开拓创新能力的培养。

2.2 “以学生为中心”有待加强

目前的教学方式主要是以教师课堂讲授为主导，缺乏教师和学生之间的有效互动，缺少调动学生积极性的课程内生动力，课下、线上和现场的教学环节没有得到充分开发。

2.3 工程导向不明显

地下水污染控制与实验、工程实践密不可分，课程工程实践性强。目前的课程考核多是以检验专业基础知识掌握程度为目的，缺乏对复杂问题的分析解决能力的考察。

3 工程教育认证对课程的要求

工程教育认证，注重以学生为中心，以产出为导向，培养学生分析和解决复杂工程问题的能力[4]。落实到“地下水污染控制”课程，就是通过本课程的理论教学，使学生具备以下知识和能力：

课程目标1：理解地下水污染概念、污染物来源、污染方式、污染途径，掌握地下水中污染物的迁移—转化—富集的基本原理和控制条件；

课程目标2：掌握地下水污染场地的调查方法，弄清地下水污染场地的水文地质条件和污染物性质、分布、地球化学作用和动态变化特征；

课程目标3：掌握地下水污染现状和影响评价原理和方法，根据相关的法律和法规，能够进行污染场地的地下水污染现状评价和环境影响评价；

课程目标4：掌握典型地下水污染场地的修复技术和适用条件，能够选择、设计恰当的地下水污染场地的处理工艺，给出最优的设计方案。

参照工程教育认证的毕业要求和指标体系，地下水污染控制课程的教学目标及其对毕业要求的支撑见下表：

工程教育认证下课程目标与毕业要求指标点的对应关系表

4 教学设计思路

结合当前“地下水污染控制”课程面临的突出问题，参照工程教育认证的毕业要求，课程的教学内容主要设置为地下水污染理论、地下水污染调查方法、地下水污染综合评价、地下水污染修复技术4个模块。教学模式和教学方法设计围绕知识、能力和素质3个层面进行，总体上由浅入深，循序渐进，螺旋式上升。教学过程覆盖课前、课堂、课后3个阶段。课前于Bb平台设置“预习引导”，提出关键问题，激发学生的预习兴趣；课堂设置“课堂教学”和“实验教学”环节，精选了上千幅图片与影像资料，增强了学生认知，指导学生“边学边做”；课后留有思考题或作业，并要求学生阅读外文教材，引导学生查阅资料，自主学习，着重提高学生对知识的理解能力。

4.1 案例教学

案例教学要将科研成果和现场工程案例引进课堂。案例教学是将固化的知识点无缝隙的嵌入地下水污染案例中，做到课程内容与案例紧密结合。案例的选择要有代表性、学生普遍了解，且具有较高的经济价值和现实意义的地下水污染案例。

地下水污染勘查任务与内容是课程中较为抽象的教学内容，进行地下水污染调查，可以深刻把握地下水的水污染情况，高效防治地下水污染。在实际勘测过程中，需要进行细致充分的实地调研，全面把握地下水污染分布污染范围及污染源类型。课程讲解中，选取“青岛市大沽河地下水库”作为分析实例，教学团队在该区域有大量的水文、气象、地质、水文地质和地下水水质监测资料，可以详细讲解当地含水层的空间分布、地下水补给—径流—排泄、地下水—地表水水力联系等问题；帮助学生优化和调整观测点和布设方案，以实现对于地下水环境的实时监测，上述教学方式的改变有效地加强了学生对该知识点的掌握，切实提升了学生对地下水污染调查工作的认识，培养其解决水文地质问题的思辨能力。

地下水环境影响评价是地下水污染防治的重要内容。以某原料药生产场地为例，课程讲授过程中，依据《环境影响评价技术导则 地下水环境》(HJ 610-2016)导则的技术要求，确定了地下水环境影响评价的类型、等级、范围，系统地开展水文地质、环境地质、污染源调查。重点强调了数值模拟在地下水环评中的应用。运用国际上通用的Feflow软件，对非正常状况下物料储罐区泄漏时COD、氨氮等特征污染物进行了数值模拟预测分析，并根据模拟结果提出了具体可行的地下水环境保护措施。整个教授过程中，课程提供了三维精美的地质类专业图件，直观地展示地下水环境保护目标所受的影响程度，将专业知识和数学模型方法紧密结合，极大地提升了学生推演、分析环境工程问题的综合能力。

4.2 课堂研讨

课堂研讨分理论讲授和设计答辩两部分。课程理论教学环节，教师对本周课程知识点中的重点、难点进行详细讲解。比如，气相抽提技术是挥发性有机物污染场地推荐的修复方法，该技术主要挖掘一定数量的井，然后利用真空泵在污染土壤中诱导产生气流，将吸附态的、溶解态的或自由态的有机污染物转变为气态污染物，抽提到地面。课上研讨过程中，教师会通过带有专业图件和清晰视频的PPT课件，扩展学生对气相抽提技术在地下水污染工程实践中的感性认识，同时引导学生就通风流量、土壤含水率、土质以及操作方式等因素对气相抽提技术的影响展开讨论，让学生参与到修复工程设计的全周期、全流程，熟悉气相抽提技术的基本原理和工艺设计，了解影响设计目标和技术方案的各种因素，全面提升学生自主思考工程实际问题的能力。

设计答辩环节，预先布置7个综合案例题目：

(1)抽出处理技术(Pump and Treat)；

(2)渗透性反应墙技术(Permeable Reactive Barrier)；

(3)原位曝气技术篇(Air Sparging)；

(4)生物修复(Bioremediation)；

(5)气相抽提技术(Vapor Extraction)；

(6)生物通风技术(Bioventing)；

(7)固化与稳定化(Solidification and Stabilization)。

将同学们分成若干小组，每小组选择1个题目。课堂外，学生需要通过中国知网等一些权威专业数据库，收集国内外该有关技术最新案例资料，对地下水污染修复技术进行充分调研，并以PPT形式在课堂上进行讲解。讲解内容包括场地概况、项目开始时间、监测时间、主要污染物、技术方法及原理、修复目标、技术描述、修复效果；PPT中也要给出相关地下水污染修复技术的优缺点以及团队的思考。每个小组选1人主讲，组员辅助，有同学、老师提问环节。学生在提问环节，可以针对PPT的制作、地下水修复技术的原理、讲授进行打分。老师可以在整个教学环节过程中，对每个小组、每位学生的学习状态进行引导和组织。上述教学方式有效增加了教师和学生之间的互动，极大调动了学生学习专业课的积极性和自主性，不但贯彻落实了工程教育认证“以学生为中心”的教育理念，而且提高了同学们针对复杂环境工程问题进行书面和口头交流的能力，锻炼同学们在团队中的合作精神。

4.3 思政建设

地下水污染防治课程内容中蕴含的丰富思政元素，依据课程中层层递进的四大知识模块，仔细研讨教学内容，分别从“家国情怀”“生态思想”“专业认同”“职业素养”“团队协作”“思辨精神”等多个方面融入思政元素。让学生认识到地下水污染控制是全球性难题，地下水资源保护是国家的战略需求，如“生态思想”融入方面，地下水污染具有组分复杂、污染成因多样、污染后果严重的特性。通过对地下水污染物来源、污染方式、污染途径等方面知识的学习，可以加强学生对地下水污染的感性和理性认识，树立正确的生态价值观，激发同学们对保护地下水资源的主动性，引导学生规范自己的个人行为，遵守地下水环境保护法律法规，并利用掌握的先进科学技术修复地下水环境，促进我国社会、经济和环境的良性发展。

5 教学环境

5.1 教材建设

依托主持和承担国家自然科学基金和国家重大水专项等项目，积极进行科研成果向教学转化，将地下水—矿物相互作用、含水层脆弱性评价、地下水系统石油污染防治、地下水硝酸盐污染治理、地下残留咸水修复的实际案例充实到教学内容中。2018年又将海水入侵理论和防治技术的最新研究成果转化为教学资源，进一步突出了该课程的海洋特色。

5.2 实验教学资源建设

教学团队自主开发了地下水水位、水温和水质自动监测系统和地下水环境信息系统，实现环境信息的自动传输、存储、预警、提取、展示、评价和三维仿真，建设了地下水污染控制的室内和现场教学实验系统，设计出贴近工程实际的基础型、提高型和综合型实验，并编写实验指导书。

5.3 智能化辅助教学资源建设

教学团队利用Blackboard辅助教学平台，建设了课件、实验指导书、课堂与实验作业的网上资源，包含最新地下水污染场地的技术导则、标准以及案例等资料和影像，并在平台中还设有留言板，方便师生随时交流，取得了很好的教学效果。

6 完善课程考核评价

课程考核主要强化过程考核和能力考核。平时成绩占30%～40%，要求学生以课后作业、单元测验、案例报告等形式，写明一项修复技术的基础理论、方法与技术要点、工程实践具体方案，以及个人思考与创意等，考查学生掌握基础知识水平和自主学习能力；期末考试成绩占60%～70%，重点考查学生对知识的理解、分析和运用能力。课程成绩评定方式也充分体现了以学生为本的理念，达到启发学生运用专业知识，分析和解决实际工程问题的能力。

结语

“地下水污染控制课程”建设，翻译、借鉴了国内外最新的地下水污染修复技术，编写、持续更新教材，科学地构建了“案例教学—课程研讨—思政建设”教学模式，对教学内容进行细化和延伸，实现了科学研究成果向教学内容的创新性转化。针对工程实际导向，构建了与理论教学配套的实验教学体系，涵盖贴近工程实际的基础型、提高型和综合型实验，并撰写了实验指导书。课程将团队的最新研究成果逐渐转化为优质的教学资源，大大提高了学生学习的能动性和创新动力，取得了良好的教学效果。