羅薇楠 楊國靖 沙昊雷 白春節(jié)

[摘 要] 以“工程化”理念為基礎(chǔ)，在原有“環(huán)境工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，針對(duì)教學(xué)中現(xiàn)存問題，采用“線上+線下”“實(shí)際操作+虛擬仿真”“固定+開放”幾種混合式教學(xué)模式，進(jìn)行了工程化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程改革探索。通過優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)室資源，規(guī)范開放實(shí)驗(yàn)室管理制度為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供支持與保障。采用“線上+線下”全過程評(píng)價(jià)方式，完善了教學(xué)過程管理與考核評(píng)價(jià)體系，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)能力，提升了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 應(yīng)用型人才;環(huán)境工程實(shí)驗(yàn);在線課程;混合式教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）10-0079-04 [收稿日期] 2021-09-02

近年來，隨著高等教育大眾化步伐的不斷邁進(jìn)，傳統(tǒng)的精英化研究型培養(yǎng)模式已不適用于很多高校。大批應(yīng)用型本科高校迅速找準(zhǔn)了自身定位，積極開啟應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式與學(xué)科建設(shè)的探索、改革與實(shí)踐[1-3]，而應(yīng)用型高等教育人才也正是當(dāng)前各地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展所亟須的建設(shè)力量。浙江萬里學(xué)院位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長三角地區(qū)寧波市，在新時(shí)期生態(tài)環(huán)境建設(shè)的背景下，環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)重點(diǎn)需要結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境發(fā)展特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)實(shí)際需求，成為能夠?qū)⒐こ趟季S與生態(tài)理念相結(jié)合的高素質(zhì)應(yīng)用型人才?！碍h(huán)境工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”是環(huán)境工程專業(yè)一門重要的實(shí)踐課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、邏輯思維、工程素養(yǎng)和理論聯(lián)系實(shí)際的綜合分析設(shè)計(jì)能力，對(duì)于本專業(yè)人才培養(yǎng)具有重要意義。我系已針對(duì)應(yīng)用型人才的創(chuàng)新能力與素質(zhì)培養(yǎng)進(jìn)行了多年研究與實(shí)踐，并取得了一定成效[4]，但隨著工程化模式的進(jìn)一步推進(jìn)和工程教育專業(yè)認(rèn)證的需要，尚有一些必須改革的問題。因此在前期教改的基礎(chǔ)上，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)平臺(tái)、虛擬仿真“VR技術(shù)”等，進(jìn)一步豐富教學(xué)資源，整合開放性實(shí)驗(yàn)，突出“應(yīng)用型”和“工程設(shè)計(jì)”的特色，進(jìn)行多方位混合式教學(xué)模式的探索與實(shí)踐。

一、目前教學(xué)中存在的問題

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際關(guān)聯(lián)度不強(qiáng)

目前“環(huán)境工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程設(shè)置中雖然存在一定的開放性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，但要么已沿用多年，內(nèi)容陳舊，要么偏向于教師的科研理論研究，與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和需求結(jié)合力不強(qiáng)，沒有充分發(fā)揮地區(qū)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。有些開放性實(shí)驗(yàn)可以在研究生學(xué)長指導(dǎo)下進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的重復(fù)監(jiān)測，出幾幅數(shù)據(jù)圖就算完成任務(wù)，達(dá)不到工程訓(xùn)練的培養(yǎng)目標(biāo)，也使學(xué)生養(yǎng)成了被動(dòng)依賴而不是主動(dòng)探索的習(xí)慣。我系在應(yīng)用型人才培養(yǎng)探索過程中積極加強(qiáng)校企合作，優(yōu)化人才培養(yǎng)體系，建立了大量的校外企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐基地，在工程化教育背景下，要將這些優(yōu)勢資源應(yīng)用到日常教學(xué)中來，充分發(fā)揮地區(qū)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，培養(yǎng)真正適合于行業(yè)需求的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

（二）復(fù)雜的工程類實(shí)驗(yàn)無法體驗(yàn)

工程化應(yīng)用型教學(xué)應(yīng)該使學(xué)生最大限度地接近工程實(shí)際，但是由于工程本身的特點(diǎn)，一些大規(guī)模的、復(fù)雜的、存在一定危險(xiǎn)性和不可控因素的模型和場景無法在實(shí)驗(yàn)課上體現(xiàn)，學(xué)生能夠親身實(shí)踐操作的都是拆分成單元的單一工程環(huán)節(jié)，這樣體驗(yàn)到的工程思維是分散的、割裂的。近年來，隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）日益進(jìn)入人們的工作和生活中[5]。利用VR技術(shù)建立的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以非常好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，將需要的場景從抽象的平面圖紙轉(zhuǎn)化為生動(dòng)、立體的真實(shí)環(huán)境，是一種全新的教學(xué)方法改革與探索[6]。環(huán)境工程的專業(yè)特點(diǎn)也非常適用于VR技術(shù)展示，近年來也得到了廣泛的技術(shù)研究并證明了其可行性[7，8]。

（三）過程化評(píng)價(jià)體系不完善，學(xué)生積極性不足

目前的課程評(píng)價(jià)方式為平時(shí)成績（70%）+期末筆試考核（30%），平時(shí)成績包括課堂出勤、提問、討論、操作和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，看似比較全面，實(shí)際執(zhí)行過程中卻發(fā)現(xiàn)很多環(huán)節(jié)難以真實(shí)反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。因?yàn)楣こ填悓?shí)驗(yàn)不可能做到人手一套裝置，必然是分組進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是學(xué)生課后提交，期末考試的題目也是偏理論型，因此出現(xiàn)一些普遍的奇怪現(xiàn)象，如“一人操作多人看”“實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄得好”“考前重點(diǎn)背一背”等，使得最終的評(píng)價(jià)結(jié)果難以體現(xiàn)出學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程，也影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主能力。

二、混合式教學(xué)模式實(shí)踐過程

（一）“線上+線下”混合式過程學(xué)習(xí)

依托本校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)線上課程，采用“微課+翻轉(zhuǎn)課堂+討論區(qū)+試題庫”等手段，結(jié)合傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，形成“線上+線下”混合式教學(xué)模式，加強(qiáng)過程學(xué)習(xí)管理。線上線下的具體內(nèi)容和評(píng)價(jià)方式如表1所示。每次實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生必須在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上學(xué)習(xí)微課視頻，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊上完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、主要操作過程和關(guān)鍵點(diǎn)等實(shí)驗(yàn)預(yù)報(bào)告。課上由分組學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)情況進(jìn)行講解，其他組可以提問和討論，教師只起引導(dǎo)作用，實(shí)質(zhì)上是“翻轉(zhuǎn)課堂”的模式。實(shí)驗(yàn)過程中在線開放討論區(qū)，學(xué)生可隨時(shí)上傳實(shí)驗(yàn)過程圖片，發(fā)現(xiàn)并討論問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束提交數(shù)據(jù)時(shí)順便提交各組互評(píng)結(jié)果，由教師統(tǒng)籌給分，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后馬上進(jìn)行在線測驗(yàn)。整個(gè)過程充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)鍛煉了溝通協(xié)作、邏輯分析和語言表達(dá)能力，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，而不是被動(dòng)接受教師傳授的知識(shí)。

線上課程平臺(tái)可以有效加強(qiáng)師生互動(dòng)和學(xué)生之間的討論學(xué)習(xí)，同時(shí)起到了清晰記錄實(shí)驗(yàn)過程的作用，可對(duì)學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行全方位督促，學(xué)生必須親自完成任務(wù)，而且對(duì)于任務(wù)的完成情況一目了然。通過“線上+線下”混合式教學(xué)過程，改變了以往平時(shí)成績界定不清，部分學(xué)生蒙混過關(guān)的情形，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和行為管理能力都得到了極大的提高。

（二）“實(shí)際操作+虛擬仿真”混合式項(xiàng)目設(shè)置

傳統(tǒng)的環(huán)境工程學(xué)實(shí)驗(yàn)因場地、安全等條件所限，一般只限于單個(gè)反應(yīng)單元的裝置搭建、過程運(yùn)行，或幾個(gè)反應(yīng)單元的簡單串聯(lián)，而實(shí)際的環(huán)境污染治理工藝技術(shù)要遠(yuǎn)比這些復(fù)雜，尤其是涉及區(qū)域生態(tài)環(huán)境控制的連鎖型項(xiàng)目。為了獲得更好的工程化體驗(yàn)，課程項(xiàng)目設(shè)置上應(yīng)用了近年來高速發(fā)展的虛擬仿真（VR）技術(shù)，增加了“區(qū)域化城市污水處理全工藝流程（A2O與SBR法）”“板式靜電除塵與填料塔吸收處理工藝氣體”“生活垃圾填埋場全過程運(yùn)行”等虛擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生親身體驗(yàn)工程現(xiàn)場感與完整的工藝流程，得到全方位的工程訓(xùn)練，并初步具有區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境思想。但虛擬實(shí)驗(yàn)畢竟只是上機(jī)操作，只能作為實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)補(bǔ)充，傳統(tǒng)的環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)方法如“沉淀、中和、過濾、混凝、吸附、生化處理、固體發(fā)酵”等依然是常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)踐能力培養(yǎng)依然位于首位。

采用虛擬仿真與實(shí)際操作相結(jié)合的方式，可以進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合，形成模塊化實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生整體工程思維模式的培養(yǎng)。例如：在理論課相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)之后，先進(jìn)行“區(qū)域化城市污水處理全工藝流程（A2O與SBR法）”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)規(guī)?；鞘形鬯奶幚砹鞒逃幸粋€(gè)整體的認(rèn)識(shí)，熟悉常用的工藝流程和具體的操作單元;接下來針對(duì)具體工藝分別進(jìn)行實(shí)際操作演練，依次進(jìn)行“顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)”“混凝沉淀實(shí)驗(yàn)”“曝氣充氧實(shí)驗(yàn)”“污泥生化指標(biāo)測定實(shí)驗(yàn)”“SBR工藝運(yùn)行實(shí)驗(yàn)”“污泥脫水及其指標(biāo)測定實(shí)驗(yàn)”等，形成一套完整的針對(duì)城市污水的水處理模塊實(shí)驗(yàn)。在全部操作內(nèi)容完成后，再回過頭重新體驗(yàn)一遍虛擬實(shí)驗(yàn)，使得原來模棱兩可的概念一一在頭腦中落實(shí)。這樣一個(gè)“理論—實(shí)踐—理論”的過程，可以鞏固加深學(xué)生的印象，使理論知識(shí)充分轉(zhuǎn)化為能夠?qū)嶋H應(yīng)用的能力素質(zhì)。

（三）“固定+開放”混合式管理方式

固定實(shí)驗(yàn)即課程中的必修實(shí)驗(yàn)，包括基本操作和VR實(shí)驗(yàn);開放實(shí)驗(yàn)即自主設(shè)計(jì)或自選課題實(shí)驗(yàn)。必修實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)的固定課表、小班上課模式，而開放實(shí)驗(yàn)沒有固定時(shí)間，由學(xué)生自行組織選題、調(diào)研、設(shè)計(jì)出執(zhí)行方案后找相關(guān)教師預(yù)約實(shí)驗(yàn)場地與時(shí)間，在遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的前提下自主完成。

本課程中要求每位學(xué)生必須參與1～2項(xiàng)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，每組人數(shù)不超過5人。根據(jù)近幾年課程開放實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效果，要求學(xué)生選擇的開放式自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)必須是實(shí)際應(yīng)用的工程類實(shí)驗(yàn)，要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，不能只是實(shí)驗(yàn)理論研究和數(shù)據(jù)的重復(fù)監(jiān)測。進(jìn)一步深化整體工程思維模式的培養(yǎng)，使自主設(shè)計(jì)的范圍更廣，深度更深。實(shí)驗(yàn)題目只給一個(gè)主要方向，如“工業(yè)污水的綜合分析與治理”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)生產(chǎn)情況自主調(diào)研，在校外實(shí)習(xí)基地或者與我校建立就業(yè)聯(lián)絡(luò)的企業(yè)中選擇需要處理的不同類型污水，例如水產(chǎn)加工、水果罐頭生產(chǎn)、印染廠、造紙廠等，從項(xiàng)目調(diào)研、水質(zhì)分析、工藝選擇、污泥培養(yǎng)、工藝運(yùn)行等過程進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)，并得出初步結(jié)果。工程類開放實(shí)驗(yàn)工作量較大，這部分內(nèi)容可與環(huán)境工程課程設(shè)計(jì)、素質(zhì)拓展項(xiàng)目以及學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目相結(jié)合，共同打造環(huán)境工程化實(shí)踐課程體系。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源優(yōu)化與制度保障

1.實(shí)驗(yàn)室資源優(yōu)化整合。依托全院實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心分析測試平臺(tái)，結(jié)合環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室原有大型儀器設(shè)備，豐富了專業(yè)分析測試儀器的種類和數(shù)量，學(xué)生可以此為依托開展高級(jí)別的開放型實(shí)驗(yàn)。大型分析儀器的使用采用預(yù)約制，根據(jù)儀器操作使用的難易程度和精密級(jí)別，依次實(shí)行本科生獨(dú)立操作、研究生指導(dǎo)下操作、專職教師指導(dǎo)操作等方式，操作使用過程記錄全部聯(lián)網(wǎng)，也可作為教師評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過程的參考。VR實(shí)驗(yàn)需要獨(dú)立機(jī)房、專業(yè)軟件，我們整合了學(xué)院原有的AutoCAD教室，改造成“環(huán)境工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室”，供本課程使用的同時(shí)還可進(jìn)行環(huán)境工程水、氣、固廢處理工藝等課程設(shè)計(jì)，使資源共享充分利用。此外，課程教學(xué)還依托了本院水處理工程實(shí)訓(xùn)基地，與原有環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室共同作為實(shí)驗(yàn)場所，為學(xué)生充分打造一個(gè)寬敞完備的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

2.規(guī)范開放實(shí)驗(yàn)室管理制度。開放性實(shí)驗(yàn)會(huì)給實(shí)驗(yàn)室管理帶來挑戰(zhàn)，既要給學(xué)生充分的自由空間，又要保證實(shí)驗(yàn)室的安全和良好運(yùn)行。本實(shí)驗(yàn)課程開始之初就對(duì)學(xué)生明確要求了實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度，明確了開放實(shí)驗(yàn)室的功能、房間號(hào)和預(yù)約時(shí)段，嚴(yán)格執(zhí)行線上預(yù)約與審批制度，采用門禁授權(quán)通行，關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)過程中指導(dǎo)老師必須在場，其余過程指導(dǎo)老師必須在實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)并知曉學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情況。實(shí)驗(yàn)過程中采取組長負(fù)責(zé)制，每組控制在各自實(shí)驗(yàn)臺(tái)范圍內(nèi)活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后清理全部實(shí)驗(yàn)用具。

三、建立全過程課程考評(píng)體系

通過線上線下全過程實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)記錄，完善了實(shí)驗(yàn)考評(píng)體系，如表2所示。平時(shí)成績結(jié)合線上和線下的過程統(tǒng)計(jì)，不再是實(shí)驗(yàn)報(bào)告和教師印象的簡單疊加，而是在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中都有詳細(xì)過程記錄，而且線上統(tǒng)一導(dǎo)出成績非常方便快捷。期末考試嘗試采用線上線下相結(jié)合的模式，其中線上機(jī)考全部為多項(xiàng)選擇題，從平臺(tái)的課程題庫中隨機(jī)抽考，系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分;線下筆試為主觀題，出題方式全部采用綜合性設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算題，不再采用傳統(tǒng)的簡答、問答、名詞解釋等題型，考核內(nèi)容緊密結(jié)合課程內(nèi)容，可允許學(xué)生攜帶本人實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊進(jìn)行考試，避免了考前的死記硬背，也使得學(xué)生對(duì)于平時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫更加重視。

由于課程考核評(píng)價(jià)方式在開課初就已對(duì)學(xué)生講明，評(píng)價(jià)過程公開透明，因此學(xué)生的重視程度較高。線上的任務(wù)人人積極完成，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也不只是填模板、走過場，因?yàn)橹懒诉@是開卷考試的唯一參考資料，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和分析討論的詳盡合理性都有了更高要求。在考前線上發(fā)布隨機(jī)模擬測驗(yàn)時(shí)，平均每個(gè)學(xué)生都自愿練習(xí)了十幾次，這就達(dá)到了我們想要學(xué)生真正學(xué)習(xí)知識(shí)而不是背題目的目的。

這種“線上+線下”綜合考評(píng)模式體現(xiàn)了“過程為主、態(tài)度優(yōu)先、能力主導(dǎo)”的評(píng)價(jià)思想，極大地激勵(lì)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，使課程的教學(xué)質(zhì)量獲得了很大提升，加強(qiáng)了以綜合能力培養(yǎng)為核心的應(yīng)用型工程人才的實(shí)踐環(huán)節(jié)教育過程。

結(jié)語

以工程化應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，改進(jìn)了環(huán)境工程學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過程和評(píng)價(jià)體系。采用“線上+線下”全過程評(píng)價(jià)方式，通過在線課程平臺(tái)建設(shè)、引入VR實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)自主開放實(shí)驗(yàn)的工程應(yīng)用性等混合式教學(xué)手段，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)新能力，體現(xiàn)了我系一直以來以“知識(shí)—能力—素質(zhì)”為核心的應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念，致力于培養(yǎng)出適應(yīng)國家生態(tài)環(huán)境建設(shè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，富有創(chuàng)新精神和社會(huì)責(zé)任感的高級(jí)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

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Reform on Mixed Teaching Mode of Environmental Engineering Experiment

for Applied Undergraduates

LUO Wei-nan， YANG Guo-jing， SHA Hao-lei， BAI Chun-jie

（Department of Environmental Engineering， College of Biological and Environmental Sciences， Zhejiang Wanli University， Ningbo， Zhejiang 315100， China）

Abstract： Based on the concept of engineering， aiming at the existing problems in teaching， this paper adopts several mixed teaching modes of “online + offline”， “practical operation + virtual simulation” and “fixed + open” to explore the whole process reform of engineering experimental teaching. By optimizing and integrating laboratory resources and standardizing the open laboratory management system， we can provide support and guarantee for experimental teaching. The whole process evaluation method of “online + offline” has been adopted to improve the teaching process management and evaluation system， mobilize students learning enthusiasm and independent learning ability， and improve the teaching quality of practical links of applied talent training.

Key words： applied talent; environmental engineering experiment; online course; mixed teaching