崔紅濤，李惠娟，王毅博，劉 釗，李 茹

(西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

1 OBE理念概述和課程現(xiàn)狀

2019年10月教育部發(fā)布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》，提出課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，還需完善以質(zhì)量為導(dǎo)向的課程建設(shè)激勵(lì)機(jī)制[1]。成果導(dǎo)向教育(Outcome based education, OBE)是一種倡導(dǎo)“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的教育理念。在OBE教育理念的引導(dǎo)下，授課教師根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)束后要求具備的能力和素養(yǎng)，架構(gòu)課程結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和優(yōu)化教學(xué)方式，組織教學(xué)活動(dòng)以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的達(dá)成[2]。換句話說(shuō)，OBE理念重視教育的“結(jié)果和產(chǎn)出”(學(xué)生會(huì)什么)，考核“教育產(chǎn)出”(學(xué)生學(xué)到什么)，而非“教育輸入”(教師教什么)。課程體系的安排、師資的配套、每個(gè)老師應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的責(zé)任、學(xué)生的評(píng)價(jià)方式和教學(xué)資源的投入等都要圍繞學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)具備的能力和素養(yǎng)來(lái)設(shè)計(jì)[3]。

《環(huán)境工程原理》是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)必修課，也是高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)的九大核心課程之一。目前大部分高等院校采用高等教育出版社出版的由清華大學(xué)胡洪營(yíng)教授等編寫的教材，內(nèi)容豐富、涉及面廣、難度大。該教材系統(tǒng)分析和歸納總結(jié)環(huán)境污染防治與生態(tài)修復(fù)等工程中所涉及的技術(shù)原理，提煉出具有共性的基本原理、現(xiàn)象和過(guò)程，進(jìn)行系統(tǒng)、深入的闡述，具有較強(qiáng)的理論性和系統(tǒng)性，體現(xiàn)環(huán)境專業(yè)的特色[4]。環(huán)境專業(yè)學(xué)生普遍認(rèn)為該門課程是掌握和記憶起來(lái)相對(duì)較難的一門基礎(chǔ)理論課程。整本教材涉及許多原理內(nèi)容的學(xué)習(xí)，隨處可見(jiàn)大量的公式推導(dǎo)過(guò)程，難免會(huì)出現(xiàn)一大堆微積分公式，學(xué)生一看到大量公式就覺(jué)得枯燥，晦澀難懂，偏離實(shí)際工程，頓時(shí)提不起學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)課堂教學(xué)以教師講授為主，課程中原理內(nèi)容又較多，若在講授過(guò)程中缺少案例及仿真模型引入，導(dǎo)致課堂氣氛沉悶，學(xué)生的學(xué)習(xí)興致不高。除此之外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)等諸多環(huán)節(jié)中仍有許多不足之處，比如實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相對(duì)落后、實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)置不足、缺少創(chuàng)新和綜合實(shí)驗(yàn)、教師缺少工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生課外實(shí)踐少和動(dòng)手能力相對(duì)較差等。目前，如何基于OBE理念，通過(guò)改變教學(xué)方法和教學(xué)手段，切實(shí)提高《環(huán)境工程原理》課程質(zhì)量，是一個(gè)不容回避的問(wèn)題。

2 《環(huán)境工程原理》課堂教學(xué)實(shí)踐與優(yōu)化

OBE教育理念提出要以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向開(kāi)展教學(xué)。學(xué)生是教學(xué)的主體，教師是教學(xué)的主導(dǎo)，成功的教學(xué)必須要有學(xué)生的參與。針對(duì)《環(huán)境工程原理》課程教學(xué)，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行實(shí)踐與優(yōu)化。

2.1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

現(xiàn)在市面上有多種版本的《環(huán)境工程原理》教材，側(cè)重點(diǎn)有所不同，各個(gè)版本均有自身的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。每個(gè)學(xué)校應(yīng)結(jié)合院校特色和專業(yè)領(lǐng)域特長(zhǎng)選擇適合的教材，否則拋棄自身特色，追求共性，必然使自己在科學(xué)研究中處于被動(dòng)地位，阻礙學(xué)科的發(fā)展。我校是以紡織印染行業(yè)為特色的地方應(yīng)用型高校，環(huán)境科學(xué)與工程系教師致力于解決紡織印染行業(yè)產(chǎn)生的各種污(廢)水問(wèn)題。鑒于這門基礎(chǔ)課程為本科生進(jìn)入專業(yè)課程的橋梁，要求學(xué)生熟練掌握環(huán)境工程污染控制技術(shù)中的共性基礎(chǔ)原理和工藝設(shè)計(jì)計(jì)算方法，我校選用的是由清華大學(xué)胡洪營(yíng)教授等編寫的教材。這部教材體現(xiàn)出單元操作在環(huán)境工程中的應(yīng)用，具有環(huán)境工程領(lǐng)域的特色。

課程內(nèi)容設(shè)置三部分，分別為環(huán)境工程原理基礎(chǔ)、分離過(guò)程原理和反應(yīng)工程原理，要求學(xué)生理解環(huán)境凈化與污染控制工程的基本理論和技術(shù)原理，掌握以“隔離”、“分離”和“轉(zhuǎn)化”為技術(shù)代表的污染防治與生態(tài)修復(fù)等工程的基本原理和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。由于我校2017版環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案中不再設(shè)置流體力學(xué)和化工原理課程，我校為該課程設(shè)置56學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，8學(xué)時(shí)的實(shí)踐學(xué)時(shí)，24學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，以滿足畢業(yè)要求。目前，我校2020版環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案中繼續(xù)增加《環(huán)境工程原理》的理論課時(shí)，設(shè)置為72學(xué)時(shí)，同時(shí)增加1周的課程設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不變。課程學(xué)時(shí)的調(diào)整，一方面強(qiáng)化課程的重要性；另一方面完善反應(yīng)工程原理部分的內(nèi)容以及增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為提高學(xué)生的工藝設(shè)計(jì)能力，具備工程實(shí)踐設(shè)計(jì)的素養(yǎng)，環(huán)境工程專業(yè)單獨(dú)設(shè)置1周的環(huán)境工程原理課程設(shè)計(jì)。

2.2 教學(xué)方法改革

《環(huán)境工程原理》課程理論性很強(qiáng)，涉及環(huán)境污染防治等領(lǐng)域共性的基本概念、基本原理以及典型單元工藝設(shè)計(jì)計(jì)算方法和設(shè)備的應(yīng)用等，具有較強(qiáng)的理論性和綜合性[5]。根據(jù)作者近三年的授課經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)學(xué)生反映課程內(nèi)容多，難度大、抽象等。為達(dá)到環(huán)境工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，怎樣提高課堂教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，提高學(xué)生的產(chǎn)出效果。因此，改變傳統(tǒng)的“以教師為主”的教學(xué)方法就顯得尤為重要。

在課程教學(xué)過(guò)程中逐步強(qiáng)化以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向的教育理念。課堂上可通過(guò)增加討論課、翻轉(zhuǎn)課堂、雨課堂等形式提高學(xué)生的課堂參與度。在授課之前，由任課教師提前把關(guān)于課程的前導(dǎo)知識(shí)視頻(或慕課)、或把學(xué)生可以自學(xué)的內(nèi)容做成視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生查閱資料，主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容，并完成教師預(yù)先設(shè)置的課程預(yù)習(xí)報(bào)告，并且在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提交預(yù)習(xí)報(bào)告，總結(jié)章節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)。授課教師會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的預(yù)習(xí)報(bào)告給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，在總評(píng)成績(jī)中占一定比例。課堂上重點(diǎn)解決學(xué)生提出的問(wèn)題以及難度較大的內(nèi)容，也可鼓勵(lì)學(xué)生以個(gè)人或小組代表等形式對(duì)課下自學(xué)的成果做PPT匯報(bào)，最后教師總結(jié)與點(diǎn)評(píng)。這種線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，讓學(xué)生做課堂的主人，也完善了課程目標(biāo)服務(wù)于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的內(nèi)在聯(lián)系。除此之外，教師還可以問(wèn)題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；采用一些工程案例和仿真動(dòng)畫操作講解課程內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容栩栩如生，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。比如在講授過(guò)濾的基本理論之前，可以先給學(xué)生拋出一些問(wèn)題。過(guò)濾到底是怎么回事？過(guò)濾過(guò)程受哪些因素影響？為什么？過(guò)濾的工藝參數(shù)能否計(jì)算？如何建立過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法？怎樣才能實(shí)現(xiàn)高效過(guò)濾？現(xiàn)有的過(guò)濾裝置為什么是這樣？從而引出過(guò)濾的基本概念、基本原理和計(jì)算方法和過(guò)濾裝置的參數(shù)控制等。在講解雷諾數(shù)及其工程意義時(shí)，可以試著讓學(xué)生解決環(huán)境工程中的“污水處理廠中進(jìn)入沉淀池的污水在圓形管道中的輸送問(wèn)題”。授課教師以雷諾數(shù)為基本點(diǎn)，結(jié)合工程案例講解課程內(nèi)容，使學(xué)生深化對(duì)層流、湍流、摩擦阻力系數(shù)和阻力損失等概念的量化認(rèn)識(shí)，以及這些基本概念如何解決實(shí)際工程中的問(wèn)題。案例教學(xué)時(shí)教師要積極和學(xué)生互動(dòng)，及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生討論的結(jié)果，給予學(xué)生反饋，對(duì)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)進(jìn)行糾正，并選擇合適的時(shí)機(jī)從案例分析切換到相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容上，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。

2.3 考核方式改革

OBE理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)不能由一次期末考試(終結(jié)性評(píng)價(jià))來(lái)完成，而是要包括學(xué)生參與的過(guò)程性活動(dòng)的評(píng)價(jià)(形成性評(píng)價(jià))，也就是要將課程評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)有機(jī)融入到整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，引入過(guò)程性評(píng)價(jià)[6]。課程的考核方式應(yīng)多樣化，加大過(guò)程性考核，以學(xué)生綜合能力評(píng)價(jià)作為核心，建立合理、多樣化的、分階段的課程考核體系。我校要求學(xué)生必須達(dá)到一定的考勤率，否則不能參加期末考試(終結(jié)性評(píng)價(jià))。期末考試成績(jī)比例55%，作業(yè)比例15%，章節(jié)測(cè)試比例20%，課程參與度比例10%。章節(jié)測(cè)試包括兩次，教學(xué)1/4周時(shí)知識(shí)測(cè)驗(yàn)一次，測(cè)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的10%；教學(xué)2/4周時(shí)知識(shí)測(cè)驗(yàn)一次，測(cè)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的10%。課堂教學(xué)結(jié)束后，教師會(huì)根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)布置相應(yīng)的作業(yè)，按照作業(yè)的正確程度和完成態(tài)度給予相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，若在作業(yè)完成過(guò)程中對(duì)能提出不同見(jiàn)解、解決方法或提出合理問(wèn)題的同學(xué)，給予作業(yè)成績(jī)加分。課程參與度是指學(xué)生在課堂上能夠針對(duì)所講內(nèi)容主動(dòng)提出問(wèn)題或能正確回答老師同學(xué)提出的問(wèn)題并進(jìn)行相關(guān)討論。教師也可將學(xué)生分成小組，結(jié)合相關(guān)原理要求學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻(xiàn)、資料，寫閱讀筆記并在課堂上進(jìn)行討論，不僅培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，還可拓展視野。教師根據(jù)學(xué)生的討論情況給出課程參與度的分?jǐn)?shù)。多元的課程評(píng)價(jià)體系不僅讓教師可以隨時(shí)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度和積極性，也可考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況等，這充分發(fā)揮了課程評(píng)價(jià)過(guò)程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)性的推動(dòng)作用。

3 《環(huán)境工程原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與優(yōu)化

3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化

基于OBE理念，環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向能力導(dǎo)向的研究性實(shí)驗(yàn)過(guò)渡。傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)很難鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新性思維，因?yàn)閷W(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?、?shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟等)和實(shí)驗(yàn)老師的講解以及準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生就按部就班操作實(shí)驗(yàn)。在這種實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體現(xiàn)不出學(xué)生的創(chuàng)造性，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不能提高他們的職業(yè)化能力。能力導(dǎo)向的研究性實(shí)驗(yàn)是指教師布置關(guān)于廢水或廢氣治理的問(wèn)題，讓學(xué)生自主查閱資料，撰寫實(shí)驗(yàn)思路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，完成實(shí)驗(yàn)操作和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前要評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案并提出改動(dòng)意見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)做完后要及時(shí)評(píng)價(jià)考核每一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種實(shí)驗(yàn)具有綜合性，可以挖掘?qū)W生自主學(xué)習(xí)并靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的潛力，分析工程處理過(guò)程中的難點(diǎn)和關(guān)鍵步驟。這些都有助于提高學(xué)生解決環(huán)境工程中復(fù)雜問(wèn)題的能力。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革

為克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺點(diǎn)，在學(xué)生操作環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)之前，需要完成預(yù)習(xí)報(bào)告，就是要求學(xué)生了解完成該實(shí)驗(yàn)所需的各種理論知識(shí)，理解理論模型、儀器儀表和實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)。其次由學(xué)生自由組合形成各小組(3～4人)，要求每組在動(dòng)手操作之前結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的條件寫出一份能達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)方案；最后每小組成員都需熟悉實(shí)驗(yàn)流程和工藝，在操作之前相互提問(wèn)(包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的思考題或者預(yù)習(xí)過(guò)程遇到的問(wèn)題)，以做好事故應(yīng)急措施。指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)各組實(shí)驗(yàn)方案的可行性和可操作性，以及回答問(wèn)題的準(zhǔn)確性，確定進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作階段的小組。在這一階段，完全是學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，相互協(xié)作，遇到問(wèn)題組內(nèi)討論先分析解決，直到解決不了的實(shí)驗(yàn)操作及工藝問(wèn)題尋求指導(dǎo)教師的幫助。這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以讓學(xué)生很好掌握實(shí)驗(yàn)操作原理，正確的使用儀器，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)手實(shí)踐的能力。

此外，對(duì)于《環(huán)境工程原理》涉及到的某些需要較大場(chǎng)地的實(shí)驗(yàn)，工藝流程復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)建設(shè)花費(fèi)昂貴，學(xué)校經(jīng)費(fèi)投入不足，就會(huì)導(dǎo)致這些實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)設(shè)，一定程度上會(huì)抑制學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作的積極性，大大降低教學(xué)效果[7-8]。虛擬仿真教學(xué)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬以3D動(dòng)畫形式展示單元工藝操作流程，學(xué)生通過(guò)操作軟件加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，這既可以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，又可提高實(shí)驗(yàn)效果。沒(méi)條件開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)可以借助虛擬仿真軟件實(shí)現(xiàn)，學(xué)生通過(guò)操作軟件，系統(tǒng)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)涉及的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和熟悉實(shí)驗(yàn)操作流程以及注意事項(xiàng)，以此改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端和不足。

4 結(jié) 語(yǔ)

《環(huán)境工程原理》作為環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，起著銜接基礎(chǔ)課與專業(yè)課的橋梁作用。在課程教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)引入OBE教育理念，通過(guò)優(yōu)化課程內(nèi)容，采用混合式教學(xué)、問(wèn)題導(dǎo)向法和案例教學(xué)法等以及多樣的考核方式增強(qiáng)過(guò)程考核，增加能力導(dǎo)向的研究性實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)師生之間的互動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，提高《環(huán)境工程原理》課程的教學(xué)質(zhì)量。