以成果為導(dǎo)向的水污染控制工程實驗教學(xué)改革

[摘 要] 工程教育認證對高校實踐類課程的教學(xué)改革提出了新的要求。在此背景下，以環(huán)境工程專業(yè)的實踐類課程——水污染控制工程實驗為例，基于學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出的教育模式，圍繞課程的教學(xué)現(xiàn)狀，主要從課程目標和課程內(nèi)容、教學(xué)方法（翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)法、產(chǎn)教結(jié)合和課程思政）以及持續(xù)改善等方面初步探討了課程教學(xué)改革，以期培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力，實現(xiàn)環(huán)境工程專業(yè)實踐類課程的長效改革，同時為相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)改革提供參考。

[基金項目] 2019年度韓山師范學(xué)院教學(xué)改革項目“新工科背景下水污染控制工程實驗混合式教學(xué)改革研究”（519021）（HSJG-YB19009）

[作者簡介] 謝瑩瑩（1988—），女，廣東潮州人，工學(xué)博士，韓山師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院講師（通信作者），主要從事環(huán)境污染與修復(fù)研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）51-0090-04? ? [收稿日期] 2021-05-17

黨的十九大報告提出堅持人與自然和諧共生，建設(shè)生態(tài)文明，建設(shè)美麗中國[1]。在人與自然和諧共生的背景下，對高素質(zhì)人才的培養(yǎng)提出了新的要求。2017年以來，教育部積極推進新工科建設(shè)，以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，各高校積極通過創(chuàng)新教學(xué)模式培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才。工程教育是我國高等教育的重要構(gòu)成部分，國際工程教育改革的新成果——CDIO工程教育模式在注重實踐的基礎(chǔ)上，提出了關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐的成果，以提高工程教育對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性[2，3]。成果導(dǎo)向（Outcome-based Education，以下簡稱OBE）是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，不僅有利于提升教學(xué)質(zhì)量[4]，而且有利于滿足綠色可持續(xù)發(fā)展理念對高素質(zhì)環(huán)保人才提出的新需求。

水污染控制工程實驗是環(huán)境類專業(yè)的核心必修課程，是與水污染控制工程理論課程相對應(yīng)的實踐課程，通過實驗課的學(xué)習(xí)將理論轉(zhuǎn)化為實踐，通過理論引導(dǎo)實踐，實踐驗證理論。學(xué)生通過水污染控制技術(shù)的工藝原理和設(shè)計的實踐，為今后實際工程應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。因此，本文圍繞水污染控制工程實驗課程，將工程認證標準中的成果導(dǎo)向教學(xué)引入實驗課中，將有助于教師完善教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法及持續(xù)改進，從而達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力的目的[5，6]。

一、教學(xué)改革背景

通過文獻的調(diào)研及韓山師范學(xué)院本科環(huán)境工程專業(yè)的教學(xué)實際可知水污染控制工程實驗課程的教學(xué)現(xiàn)狀。當前水污染控制工程實驗課程的教學(xué)模式較為傳統(tǒng)和單一，主要以教師為中心開展實驗教學(xué)，包括經(jīng)典的驗證實驗和演示實驗，學(xué)生的實驗課學(xué)習(xí)較為機械化，其主體作用沒有得到發(fā)揮，導(dǎo)致了現(xiàn)實教學(xué)與實際工程應(yīng)用脫軌的現(xiàn)象[7，8]。學(xué)生缺乏獨立思考的過程，循規(guī)蹈矩地完成實驗操作，其創(chuàng)新能力無法得到鍛煉?；谏鐣l(fā)展對創(chuàng)新型應(yīng)用人才的需求，以及工程教育認證的成果導(dǎo)向的教學(xué)理念，有必要對高等教育專業(yè)課程實驗教學(xué)進行改革，以解決學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力差的問題。

二、基于OBE的水污染控制工程實驗教學(xué)改革舉措

（一）課程目標和內(nèi)容的改革

1.課程目標。成果導(dǎo)向依據(jù)所有學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)束時都必須具備的能力，以學(xué)生的綜合能力提升作為評價教學(xué)成果的依據(jù)[5];因此，OBE是明確貫穿于教育環(huán)節(jié)的所有教學(xué)活動的教學(xué)方法。傳統(tǒng)的水污染控制工程實驗課程的課程目標一般設(shè)置為培養(yǎng)學(xué)生對水污染控制原理的理解，掌握污水的物理、化學(xué)和生物處理工藝技術(shù)，并熟練掌握經(jīng)典水處理實驗技術(shù)儀器和設(shè)備的使用及數(shù)據(jù)的處理方法，忽視了培養(yǎng)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識解決水污染控制實際問題的能力。因此，有必要針對在校學(xué)生能力培養(yǎng)的課程目標進行改革，明確畢業(yè)要求對應(yīng)的課程目標達成度。經(jīng)過改革明確各個畢業(yè)要求與課程目標的關(guān)系。其中畢業(yè)要求6要求學(xué)生具有辨識、分析和解決生態(tài)環(huán)境綜合性工程問題的能力，這就要求課程目標的設(shè)置應(yīng)通過課程和教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生畢業(yè)時具備解決實際問題的能力。表1為水污染控制工程實驗課程目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系。

2.課程內(nèi)容。傳統(tǒng)實驗項目的設(shè)置圍繞“自由沉淀—混凝—離子交換—吸附”等內(nèi)容開展[9]，這很容易使學(xué)生走入機械化的困境。學(xué)生對于水污染控制工程技術(shù)的主要構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)、參數(shù)、運行情況非常熟悉，但是理論聯(lián)系實際的能力較為薄弱，導(dǎo)致缺乏解決實際問題的能力。因此，實驗課程的設(shè)置可從處理實際典型的廢水開始，進行綜合創(chuàng)新實驗，比如酸性礦山廢水（Acid Mine Drainage，AMD）是一類高鹽、高重金屬、高硫酸根的極端酸性廢水，可通過創(chuàng)新綜合實驗讓學(xué)生分組提前查閱文獻，追蹤前沿的水處理材料或技術(shù)方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，思考如何解決問題，讓學(xué)生明確學(xué)以致用、理論轉(zhuǎn)化為實踐的過程。此外，傳統(tǒng)的實驗設(shè)置忽視了環(huán)境突發(fā)事故的控制處理，可在實驗設(shè)置中加入突發(fā)的環(huán)境案例，比如如何對油污泄漏導(dǎo)致的流域水污染事件進行應(yīng)急處理，這充分考驗了學(xué)生的應(yīng)急能力，鍛煉了學(xué)生的心理素質(zhì)，以及綜合處理環(huán)境事故的應(yīng)急能力?；诖?，在明確教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容的前提下，如何實施教學(xué)過程，下文將從實驗教學(xué)方法上進行探索與改革。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法

1.翻轉(zhuǎn)課堂。傳統(tǒng)的實驗課是建立在教師先講解操作，學(xué)生再進行分批分組實驗，以至于難以發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)作用。想要在教學(xué)中提倡“動手做”“參與”“提升動機”“創(chuàng)新”，可以通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)來實現(xiàn)，而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)則要求充分的課前準備。目前，新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展，如何在教學(xué)活動中融入信息技術(shù)，讓其輔助教學(xué)，是教學(xué)改革的關(guān)鍵。教師可借助水污染控制技術(shù)儀器設(shè)備的教學(xué)軟件，以及在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程平臺上自主建立水污染控制工程實驗課程，并在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上提前上傳相關(guān)的實驗要求和操作要領(lǐng)，再結(jié)合儀器的操作軟件讓學(xué)生提前進行預(yù)習(xí)思考。受制于實驗時間和客觀實驗條件的實驗項目，可以在網(wǎng)絡(luò)課程平臺上實現(xiàn)提前學(xué)習(xí)，并在構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)課程上實現(xiàn)長時間的學(xué)習(xí)和記錄，讓學(xué)生充分利用課余的碎片時間，教師也能及時獲取學(xué)生的學(xué)情。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)的時候?qū)栴}進行歸納總結(jié)，提前查閱文獻，初步解決復(fù)雜問題。在課堂上，學(xué)生根據(jù)課前預(yù)習(xí)提出實驗注意事項，通過小組之間互相提問的方式糾正和改進實驗，真正實現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)，同時培養(yǎng)了小組成員間的團隊協(xié)作能力。

2.案例教學(xué)法。案例教學(xué)法已被廣泛應(yīng)用于各類課程教學(xué)中[ 10 ]，通過實際案例教學(xué)，實現(xiàn)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識解決水污染控制實際問題的能力培養(yǎng)。比如過濾與反沖洗實驗，可通過講解地下水通過地底層過濾形成清潔井水的案例原理，讓學(xué)生更為清晰地了解實驗的目的和意義。其次，可通過文獻的調(diào)研進行案例教學(xué)，比如展示文獻[11]中通過使用微灌用石英砂濾料進行過濾與反沖洗實驗的結(jié)果，讓學(xué)生明白過濾與反沖洗實驗的整個過程及其改善應(yīng)用。最后，可通過展示商業(yè)化的家用水龍頭前置過濾器，講解其通過類似的原理制作的濾芯，讓學(xué)生環(huán)環(huán)相扣地圍繞具體的例子掌握過濾和反沖洗實驗實現(xiàn)典型化的處理過程。教師根據(jù)教學(xué)目的和具體教學(xué)內(nèi)容的要求，通過這些具體的案例教學(xué)，將學(xué)生帶入設(shè)定環(huán)境事件進行分析，通過學(xué)生的獨立思考，進一步提高其發(fā)現(xiàn)、分析和解決具體問題的能力，同時明確了所學(xué)知識在實際生活中的應(yīng)用，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)以致用的思想。

3.產(chǎn)教結(jié)合?！耙粠б宦贰北尘跋碌男Ｆ蠛献髦饕杏谡n程建設(shè)和實習(xí)實踐等方面[ 12 ]。韓山師范學(xué)院位于粵東潮汕地區(qū)，希望能夠立足于地方優(yōu)勢，使實驗課形成本校的特色，適應(yīng)學(xué)校的辦學(xué)宗旨，實現(xiàn)“應(yīng)用性”和“地方性”。這樣既形成了專業(yè)特色，又反映了地區(qū)的業(yè)界需求。例如在進行混凝沉淀法實驗時，摒棄以往實驗室自配污水的做法，采用潮汕地區(qū)典型的陶瓷廢水進行實驗，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中強化理論學(xué)習(xí)，同時通過與企業(yè)的合作，明確了污水產(chǎn)生、處理和排放的過程。水污染控制工程實驗關(guān)于污水處理的物化技術(shù)涉及各種類型的沉砂池和沉淀池，而這些物化方法被廣泛地運用于實際生活中的自來水廠和污水處理廠，因此有必要與自來水廠和污水處理廠進行聯(lián)合教學(xué)，呈現(xiàn)污水處理的完整的技術(shù)和全過程。傳統(tǒng)見習(xí)參觀對提升學(xué)生能力較為薄弱，只有讓學(xué)生參與其中，才能真正地運用理論知識，切實提升學(xué)生解決實際問題的工程應(yīng)用能力。

4.課程思政?；谛鹿た坪凸こ探逃J證的背景，以及課程思政的全新教育教學(xué)理念，在水污染控制工程實驗課程的教學(xué)過程中實現(xiàn)課程承載思想政治教育、思想政治教育寓于課程，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，是教學(xué)改革創(chuàng)新的關(guān)鍵。水污染控制工程實驗課程立足于生活和企業(yè)生產(chǎn)中所排放廢水的污染控制，可在實驗教學(xué)的過程中通過課程思政結(jié)合熱點問題等方式讓學(xué)生領(lǐng)悟水污染控制的必要性和重要性。在培養(yǎng)學(xué)生獲取和掌握新知識能力的同時，注重培養(yǎng)學(xué)生良好的辯證思維能力、科學(xué)素養(yǎng)、團隊合作精神、社會責(zé)任感和愛國情操等。在課堂上鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生從我做起，保護環(huán)境。因此，基于水污染控制工程實驗教學(xué)的專業(yè)知識講授和實踐教學(xué)過程，將德育目標融入整個教學(xué)過程，真正地實現(xiàn)教書與育人相統(tǒng)一。以絮凝沉降柱實驗為例，結(jié)合我國基本國情和“綠水青山就是金山銀山”的理念，明確水污染的嚴峻性和治理的迫切性，并通過絮凝沉降柱實現(xiàn)廢水處理的實驗，讓學(xué)生認識水污染控制技術(shù)的應(yīng)用對建設(shè)美麗中國的重要意義。同時，針對社會熱點問題，讓學(xué)生明確這不僅是技術(shù)問題，還是工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)有的情懷。

（三）落實持續(xù)改進

教學(xué)評價一般通過在校生的評課進行，具有普遍性和大眾性，無法真正反饋具體課程的教學(xué)細節(jié)問題。教師可通過自制的調(diào)查問卷對學(xué)生進行不記名的調(diào)查，了解教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)是否存在問題，從學(xué)生的層面進行達成度評價分析。此外，教學(xué)改進不應(yīng)只停留于在校生對教學(xué)評價的反饋，還應(yīng)該接受畢業(yè)生和校友的建議和意見。從長遠目標來說，課程的改革不只是課程目標的改革，還應(yīng)該是畢業(yè)生核心能力和教育目標的改革。通過調(diào)查問卷實現(xiàn)評價體系的完善，關(guān)注用人單位對畢業(yè)生、校友學(xué)生態(tài)度、知識和技術(shù)的評估。教師通過這樣的教學(xué)評價進行反思，達成真正意義上的改進，這樣才能形成過程性評價和階段性評價相結(jié)合的課程評價體系。因此，在日后的教學(xué)中要基于工程教育專業(yè)認證的OBE理念，不斷開展教學(xué)方法的改革探索，并持續(xù)改進，最終達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

三、結(jié)語

水污染控制工程實驗是環(huán)境類專業(yè)的實踐課程，具有工程背景強的特點，在工程教育認證的背景下，對課程教學(xué)改革提出了新的要求。以具體的教學(xué)實踐為出發(fā)點，提出了基于成果導(dǎo)向的課程目標和內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法革新，以及落實持續(xù)改進的教學(xué)改革。課程改革的實施既調(diào)動了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，又對學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和反思問題能力的養(yǎng)成有很大的幫助，將有利于實現(xiàn)實踐類課程的長效改革，同時為培養(yǎng)綜合型和創(chuàng)新型的工程人才奠定了基礎(chǔ)。

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