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以成果为导向的水污染控制工程实验教学改革
2023-01-16

以成果为导向的水污染控制工程实验教学改革

谢莹莹*   

(韩山师范学院,化学与环境工程学院 广东 潮州 521041)

[摘  要] 工程教育认证建设对高校实践类课程的教学改革提出了新的要求。在此背景下,以环境工程专业的实践类课程-水污染控制工程实验为例子,基于学习成果产出的教育模式成果导向,围绕课程的教学现状,主要从课程目标和课程内容、教学方法(翻转课堂、案例教学法、产教结合和课程思政)以及落实持续改善等方面进行初步探讨课程教学改革。以期培养学生的创新和实践能力,实现环境工程专业实践类课程的长效改革,同时可为相关专业课程的教学改革提供参考。

[关键词] 工程教育认证;水污染控制工程;成果导向;教学改革;实践

[基金项目] 2019年度韩山师范学院教学改革项目-“新工科背景下水污染控制工程实验混合式教学改革研究”(519021)。

[作者简介] 谢莹莹(1988-),女(汉族),广东潮州人,工学博士,韩山师范学院化学与环境工程学院讲师(通讯作者),主要研究方向为环境污染与修复。

[中图分类号]G642.0    [文献标识码]A     

党的十九大报告提出“坚持人与自然和谐共生”,建设生态文明,建设美丽中国[1]。在人与自然和谐共生的现代化建设背景下,对高素质人才的培养提出了新的要求。2017年以来教育部积极推进新工科,以创新驱动发展,各高校积极响应新工科的政策,通过创新教学模式以培养应对大环境的应用创新型人才。工程教育是我国高等教育的重要构成部分,国际工程教育改革的新成果—CDIO教育模式在注重实践的基础上,提出了关注学生学习和实践的成果,以提高工程教育对产业发展的适应性[2-3]。成果导向(outcomes-based education,OBE)是基于学习产出的教育模式,不但有利于提升教学质量[4],同时有利于满足践行“绿水青山”、“可持续发展之路”理念对高素质环保人才提出的新需求。

水污染控制工程实验是环境类专业的核心必修课程,是水污染控制工程理论课程相对应的实践课程,通过实验课的学习,旨将理论转化为实践,通过理论引导实践,实践验证理论。学生通过掌握水污染控制技术的工艺原理和设计的实践,为今后实际工程应用打下夯实的基础。因此,文章围绕水污染控制工程实验课程,将工程认证标准中的成果导向教学引入到实验课中,将有助于引导教师完善教学目标和教学内容,改进教学方法以及进行持续改进,从而达到培养学生创新和实践能力的目的[5-6]

1教学改革背景

水污染控制工程实验课程的教学现状可通过文献的调研以及结合韩山师范学院本校本科环境工程专业的教学实际可知,当前水污染控制工程实验课的教学实施模式较为传统和固定化,主要以教师为中心开展实验教学,包括经典的验证实验和演示实验,学生的实验课学习较为机械化,其主体作用没有得到发挥,同时也导致了现实教学与实际工程应用脱轨的现象[7-8]。学生缺乏独立思考的过程,循规蹈矩完成实验操作,其创新能力无法得到锻炼。基于社会发展对创新型应用人才的需求以及工程教育认证的成果导向教学理念,有必要对高等教育专业课程教学进行改革,以解决学生创新和实践能力差的问题。

2基于OBE的水污染控制工程实验教学改革举措

2.1课程目标和内容的改革

1)课程目标

成果导向是依据所有学生在学习结束时都必须具备的能力,是以学生的综合能力提升作为评价教学成果的依据[5]。因此,OBE是明确贯穿于教育环节的所有教学活动中的教学方法。传统的水污染控制工程实验课程的课程目标一般设置为培养学生对水污染控制原理的理解,并掌握污水的物理、化学和生物处理工艺技术,并熟悉掌握经典水处理实验技术仪器和设备的使用以及数据的处理方法;却忽视了进一步培养学生综合利用所学知识解决水污染控制实际问题的能力。因此,有必要针对在校学生能力培养的课程短程目标进行改革,明确毕业要求对应的课程目标。如表1所示课程目标与毕业要求的对应关系,经过改革明确了各个毕业要求与课程目标的互作关系。其中毕业要求6,具有辨识、分析和解决生态环境综合性工程问题的能力,明确要求了课程目标的设置能够透过课程和教学活动培养学生毕业时所具备的解决实际问题能力。

1 课程目标与毕业要求的对应关系

毕业要求

课程目标

毕业要求2:具有设计与执行实验,以及分析解释数据的能力。

课程目标1:通过实验使学生加深对水污染控制原理的理解,掌握水污染控制工程中的物化、生化处理工艺过程,掌握一般水处理实验技能和仪器、设备的使用方法。

毕业要求4:具有一定的设计环境工程系统、组件或工艺流程的能力,并能够在设计中体现创新意识。

课程目标2:学会设计实验方案和组织实验的方法,掌握数据处理方法。

毕业要求6:具有辨识、分析和解决生态环境综合性工程问题的能力。

课程目标3:培养和提高学生动手能力、实验操作技能、观察及分析问题解决问题的能力,进一步培养学生综合利用所学知识解决水污染控制实际问题的能力。

2)课程内容

传统实验项目的设置围绕“自由沉淀-混凝—离子交换-吸附”等内容开展[9],很容易在实际教学的过程中走入机械化的困境,学生对于水污染控制工程技术的主要构筑物结构、参数、运行情况非常熟悉,但是理论联系实际的能力较为薄弱,导致缺乏解决实际问题的能力。因此,实验课程的设置可以处理实际典型的废水开展,进行综合创新实验,比如酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)是一类高盐高重金属高硫酸根的极端酸性废水,可通过创新综合实验让学生进行分组提前查阅文献,追踪前沿的水处理材料或技术方法,充分发挥学生主体的作用思考如何解决问题,让学生明确学以致用,理论转化为实践的过程。此外,传统的实验设置也忽视了环境突发事故的控制处理,可在实验设置中加入突发的环境案例,比如,油污泄露导致流域水污染事件,如何进行应急处理,这充分考验学生的应急能力和锻炼学生的心里素质以及综合处理环境事故的应急能力。基于此,在明确了教学目标和教学内容的前提下,如何实施教学过程,下文将从实验教学方法进行新思维的探索与改革。

2.2教学方法新思维

1)翻转课堂

传统的实验课都是建立在教师先讲解操作的基础上,学生再进行分批分组实验,以致于难以发挥学生的主导作用。想要在教学中要提倡“动手做”“参与”“提升动机”和“创新”,可通过翻转课堂教学实现,而翻转课堂教学则要求了充分的课前准备。目前新一代信息技术产业飞速发展,如何在教学活动中融入信息技术,让其辅助教学,是教学改革的关键。教师可借助水污染控制技术仪器设备的教学软件以及自主在学校的网络课程平台上建立“水污染控制工程实验”课程,并在网络教学平台上提前上传相关的实验要求和操作要领,再结合仪器的操作软件让学生提前进行预习思考。受制于实验时间和客观实验条件的实验项目,可以在网络课程平台上实现提前学习,并在构建的网络课程上实现长时间的学习和记录,让学生充分利用课余的碎片时间,教师也能及时获取学生的学情。学生在课前预习的时候对问题进行归纳总结,提前查阅文献进行初步解决复杂问题。在真正的课堂上,学生就课前的预习提出要执行的实验注意事项,通过小组之间的互提问题的方式纠正和改进实验,真正实现以学生为中心的教学,同时也培养了小组成员间的团队协作能力。

2)案例教学法

案例教学法已被广泛应用于各类课程教学的改革[10],通过实际案例的教学,实现学生综合利用所学知识解决水污染控制实际问题的能力培养。比如过滤与反冲洗实验,可通过讲解地下水通过地底层过滤形成清洁井水的案例原理,让学生更清晰了解实验的目的和意义。其次,可通过文献的调研进行案例教学,比如展示文献中[11]通过使用微灌用石英砂滤料进行过滤与反冲洗试验的结果,让学生明白过滤与反冲洗实验的整个过程及其改善应用。最后,可通过展示商业化的关于家用水龙头前置过滤器,讲解其通过类似的原理制作的滤芯,让学生环环相扣地围绕具体的例子掌握过滤和反冲洗实验实现典型化的处理过程。教师根据教学目的和教学具体内容的要求,通过这些具体的案例教学,将学生带入设定环境事件中进行分析,通过学生的独立思考,进一步提高其发现、分析和解决具体问题的能力,同时也明确了所学知识在实际生活中的应用,从而激发学生的学习兴趣和学以致用的思想。

3)产教结合

“一带一路”背景下的校企合作主要集中于课程建设和实习实践等方面[12]。韩山师范学院位于粤东潮汕地区,希望能够立足地方优势,使得实验课能形成本校的特色,适应学校的办学宗旨实现“应用性”和“地方性”。这样既鼓励了专业特色,同时又反映了地区业界需求。例如进行混凝沉淀法实验的时候,摒弃以往实验室自配污水的做法,采用潮汕地区典型的陶瓷废水进行实验,让学生在解决实际问题的过程中强化理论的学习,同时通过与企业工厂的合作,明确了污水产生、处理和排放的过程。水污染控制工程实验中关于污水处理的物化技术中涉及了各种类型的沉砂池和沉淀池,而这些物化方法在实际生活中的自来水厂和污水处理厂中被广泛地运用,因此有必要与自来水厂和污水处理厂进行联合教学,厘清污水处理的完整一套技术和全过程。传统见习参观,对提升学生能力来说,较为薄弱,只有让学生参与其中,才能真正地将理论知识进行运用,才能确实提升学生解决实际问题的工程应用能力。

4)课程思政

基于新工科和工程教育认证的背景及“课程思政”的全新教育教学理念,要在水污染控制实验课程的教学过程中实现课程承载思政、思政寓于课程,产生协同效应,是教学改革创新的关键。水污染控制工程实验课程立足于生活和工业企业生产中所排放废水的污染控制,可在实验教学的过程中通过课程思政结合热点问题等方式让学生领悟水污染控制的必要性和重要性。在培养学生获取和掌握新知识的能力同时,注重培养学生良好的辩证思维能力、科学素养、团队合作精神、社会责任感和爱国情操等。在课堂上鼓励和引导学生从我做起,保护环境。因此,基于水污染控制工程实验教学的专业知识讲授和实践教学过程,将德育目标融入到整个教学过程之中,真正地实现教书与育人相统一。以絮凝沉降柱实验为例子,结合我国基本国情和“绿水青山就是金山银山”理念,明确水污染的严峻性和治理的迫切性;并通过对絮凝沉降柱实现废水处理的实验,让学生认识水污染控制技术的应用对建设美丽中国的重要意义。同时面对社会热点问题的关注,让学生明确这不仅是技术问题,也是工程专业学生应有的情怀。

2.3落实持续改善

教学的评价一般是通过在校生的评课进行,具有普遍性和大众性,无法真正反馈具体课程的教学细节问题,教师可通过自制的调查问卷对学生进行不记名的调查,了解教学环节的各个过程是否存在问题,从学生的层面上进行达成度评价分析。此外,教学的改进不只是停留在在学学生对教学评价的反馈,还应该是接受毕业生和校友的建议和意见。从长程目标来说,课程的改革不只是课程目标的改革,还应该是毕业生核心能力和教育目标的改革。通过调查问卷的方式实现评价体系的完善,同时还要关注企业用人单位对毕业生校友的评估进行间接评价学生的态度、知识和技术。教师通过这样的教学评价进行反思促成真正意义上的改进。这样才能形成过程性评价和阶段性评价相结合的课程评价体系。因此,在日后的教学中要基于工程教育专业认证的OBE理念,不断开展教学方法的改革探索,并进行持续改进,最终达到提高教学质量的目的。

3 结语

《水污染控制工程实验》是环境类专业的实践课程,具有工程背景强的特点,在工程教育认证的背景下,对课程教学改革提出了新要求。以具体的教学实践为出发点,提出了基于成果导向的课程目标和内容设置、教学方法革新和落实持续改善的教学改革。课程改革的实施既调动了学生课堂学习的积极性,同时对学生发现问题、分析问题、解决问题和反思问题能力的养成有很大的帮助,将有利于实现实践类课程的长效改革,同时为培养综合型和创新型的工程人才奠定了基础。

[参考文献]

[1]陈伟俊. 以习近平新时代中国特色社会主义思想引领生态文明建设[J].中国党政干部论坛, 2018(1): 82-84.

[2]支希哲, 韩阿伟. 高等工程教育专业认证的问题及对策[J]. 中国高校科技, 2015(04): 44-47.

[3]叶嘉, 吴运东, 昝立峰, 等. 新工科背景下环境生态工程人才培养体系的改革与实践[J]. 教育教学论坛, 2021(08): 80-83.

[4]潘梅, 严金龙, 陈天明, 等. 基于“OBE”理念的环境工程专业实验课程改革与建设[J]. 教育教学论坛, 2018(05): 277-278.

[5]童延斌, 曹鹏, 邓辉, 等. 基于OBE的水污染控制工程课程设计教学改革与实践[J]. 教育现代化, 2019(48): 80-81.

[6]杜青平, 陈浪成, 石瑛, 等. 新工科背景下环境生态工程创新应用人才培养实践[J]. 实验室研究与探索, 2019, 38(8): 197-223.

[7]潘杨, 黄勇, 沈耀良, 等. 水污染控制工程实验教学改革初探[J]. 实验科学与技术, 2011, 09(2): 139-140.

[8]胡双意, 张玮, 田野. 基于应用型人才培养的水污染控制工程实验教学改革与实践[J]. 湖北经济学院学报(人文社会科学版), 2019, 178(04): 150-152.

[9]秦丽, 李博, 李天国,等. 以培养学生能力为导向的《水污染控制工程》实验教学改革探讨[J]. 化工设计通讯, 2019, 210(12): 183-184.

[10]樊磊磊, 程俊伟, 代颖, 等. "水污染控制工程"课程教学方法改革实践与探索[J]. 发明与创新(职业教育), 2018(11): 40, 42.

[11]翟国亮, 陈刚, 赵武,等. 微灌用石英砂滤料的过滤与反冲洗试验[J]. 农业工程学报. 2007, 23(12): 46-50.

[12]李毅,杨怀银. “一带一路”倡议下国际工程人才培养课程体系的构建[J]. 教育教学论坛, 2021(08): 14-17.

Teaching Reform of Water Pollution Control Engineering Experiment Oriented to Outcomes-based Education

XIE Ying-ying

(School of Chemistry and Environmental Engineering, Hanshan Normal University, Chaozhou 521041, China)

Abstract: The construction of engineering education certification puts forward new requirements to the teaching reform of college practical courses. Under this background, water pollution control engineering experiment-a practical course of environmental engineering was taken as an example to investigate the teaching reform oriented to outcomes-based education by the aspects of course objectives and contents, teaching method (including flipped classroom, case teaching method, combination of industry and teaching, and course ideology and politics) and continuous improvement, so as to cultivate innovative talents for application, realize the long-term reform of practice courses of environmental engineering specialty and provide a reference for the teaching reform of specialty related courses.

Keywords: accreditation of engineering education; water pollution control engineering experiment; outcomes-based education; course reform; practice

 

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