基于CDIO的水污染控制工程课程教学改革*

方伟成

(东莞理工学院城市学院, 广东　东莞　523419)



基于CDIO的水污染控制工程课程教学改革*

方伟成

(东莞理工学院城市学院, 广东东莞523419)

水污染控制工程是一门工程实践性较强的课程，针对目前该课程存在教学内容缺乏对学生工程意识培养，教学模式单一，实验内容过于简单和教师工程实践经验缺乏等问题，运用CDIO教育理念，采取优化整合课程内容、多元化教学方法、团队式实践教学、教学评价体系和教师队伍建设等措施进行教学改革，不仅仅能够提高教学质量，还能培养学生知识应用能力、实践动手能力、沟通协调能力、团队协作能力和工程创新能力。

水污染控制工程；CDIO；教学改革；工程教育

随着科学技术的快速发展，社会对工程师的要求越来越高，而作为培养工程科技人才的工程教育已成为全球教育界人士关注的重要课题。目前深受学者认为的是由麻省理工学院和瑞皇家工学院等四所大学创立的CDIO工程教育模式[1]。该模式以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，将教育过程放到工程领域的具体情境中，培养学生工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力[2]。顺应CDIO工程教育潮流，国内外的学者不断努力探求工程教育改革的理论方法和实践[3-5]，并取得良好的效果。

《水污染控制工程》课程是以有效衔接普通化学、环境化学、环境监测等课程为宗旨，需要理论与实践相结合和具有很强工程实践性的综合性课程，该课程结合环境工程技术的特点，着眼于环保类专业生产、建设、管理、服务一线高级技术应用型人才的培养，比较系统、完整地介绍了环境污染治理工程中所应用的单元操作[6]，不仅要求从严密的逻辑思维转向工程思维，掌握水污染控制工程的基本知识与基本原理，还要求学生具备污水处理设施运行调试与设计方法等工程实践能力，很适合进行CDIO工程教育课程的开发。为此，本研究以水污染控制工程为例，依据CDIO基本理念，从优化整合课程内容、多元化教学方法、团队式实践教学、教学评价体系和教师队伍建设等方面进行探索与研究，以促进学生知识应用能力、实践动手能力、沟通协调能力、团队协作能力和工程创新能力的培养。

1　水污染控制工程教学现状分析

水污染控制工程是一门理论与实践并重的课程，但是，在传统教学过程中，我们不难发现在现在的教学方式和教学内容中存在以下几个方面的问题[7-9]：

(1)教学内容缺乏对学生工程意识培养

由于科技进步的快速发展，新的水治理技术日新月异，现有的水污染控制工程教材虽多，但其内容明显跟不上科学技术的发展水平，导致教师和学生的工程思维难于形成。同时，由于学时的限制，很多教材对水污染控制技术的基本原理介绍较多，工程运用方面较少，从而在教学上容易出现重知识、轻工程的现象，难于提高学生工程意识。

(2)教学模式单一，缺乏多样性

传统的水污染控制工程教学大多数采用“填鸭式”的教学模式，以PPT或板书为教学手段，课堂教学以教师讲授为主，基本上没有与学生交流和互动，学生完全处于被动接受的状态，无法激发学生的学习兴趣，更谈不上创新思维和工程意识。

(3)实验内容过于简单，难于提高工程应用能力

受资金不足和教学仪器数量少的影响，实验内容大多数以验证性和演示性的实验为主，学生依照老师给出的实验方案和实验步骤，按部就班进行实验操作，缺乏学生的工程设计和思考的机会，无法将所学的知识运用到实际问题中，一定程度上限制了学生的创新思维和动手能力的培养。

(4)教师工程实践经验严重缺乏

加强教师工程实践经验是实施水污染控制工程课程工程化教学的重要保障。目前，大多数的教师都是从高校毕业直接进入教师队伍，严重缺乏工程实践经验。

教师工程实践经验不足，一定程度上限制学生的工程技术意识和工程素养的培养。

2　基于CDIO理念的水污染控制工程教学改革

2.1倡导CDIO工程教育理念，优化整合课程内容

借鉴CDIO工程教育理念来设计和规划教学大纲和教学要求，对课程理论、实践教学内容进行优化、整合。将现代水污染控制技术与理论教学和实践教学融合在一起，加强学生的工程技术意识和工程师素养的培养。为此，我们从东莞当地整合水治理技术和案例，如东莞运河治理、东莞生活污水处理厂工艺、电镀废水处理工艺等，将理论课教学中各种水处理反应原理方面的内容结合东莞实际水处理案例进行教学，将相关联的组合工艺以水处理工程实际工艺为主线进行讲授, 培养学生善于“构想-设计-实施-操作”的工程设计能力，同时锻炼了学生分析解决工程操作型问题的能力。

2.2以工程项目为主线的多元化教学模式改革

以CDIO工程教育理念为指导，转变传统的“填鸭式”教学模式，倡导以工程项目为主线的的多元化教学模式。

在教学过程中，以工程项目的案例，采用“引出问题→分析问题→解决问题”的案例教学模式，让学生融入工程项目中，提高学生的综合知识运用能力、工程实践能力和工程创新能力。例如在讲授人工湿地工艺时，我们引入“东莞生态园”的案例，抛出东莞生态园的水质污染情况，提出应该如何治理问题，然后从保护生态的角度，分析治理方案的可行性，最后提出人工湿地的处理方法及重点解说人工湿地的运行情况。利用案例激发学生的兴趣，从而提高学生的工程意识。

还可以采用“提出任务→分析任务→引出教学内容→讲授新知识→总结评价”的过程展开的任务式教学。如以某公司污水处理实际工程工艺为主线，安排相关教学内容，并将课程教学、课程设计、认识实习、生产实习环节教学工作紧密与该工程实际相结合，进行一体化课程教学设计，依托工程实际进行项目驱动下的多元化教学，并利用案例、综合对比、逻辑归纳、实验演示等方法讲授其基本知识、基本原理和工程操作与调试，从而提高学生的工程素养。

2.3基于工程项目的团队式实践教学改革，实现应用型人才的培养目标

CDIO教育模式最大的特点就是注重对学生实践能力的培养。在实践教学改革方面，以CDIO构思、设计、实施和运作四个阶段性的工程项目内容引入到实验、课程设计等实践教学环节，在实施过程中重点解决设计什么、怎么设计、谁来设计，启发学生自主应用课本知识寻找课题，用系统分析的方法分析问题，用学过的知识与技能解决问题。通过加强问题的实践性、选题的多样性、方法的选择性和任务的完整性来引导学生自觉地将书本知识进行转化[10]。例如，在实验教学环节，我们增设设计性实验项目“城市生活污水处理”，要求学生以团队的形式，自行设计实验方案，并进行实施操作。有的学生选取人工湿地法，有的选取SBR法，有的选取生物接触氧化法等，他们各自查阅资料设计实验方案并加以实施，通过实验项目学生的分析能力、操作能力和团队能力都得以培养。

2.4建立科学的CDIO 教学评价体系

与重知识轻能力的传统教学评价体系相比，CDIO 教学评价体系则重在能力培养，要求将能力的培养贯穿到整个教学过程中，而且，针对不同的工程技术能力采用不同的评价方法。

(1)理论知识

评价包括基本概念、基础知识、水处理方法及机理等知识的掌握程度，可以通过课堂的提问、平时作业、期中考试和期末考试等不同层次和不同类型的题目加以考核。

(2)工程实践能力

主要体现在实验和课程设计方面。在实验方面，通过实验预习、实验操作、实验报告、实验方案撰写和实验汇报与答辩等方面，综合评价其工程实践能力。在课程设计方面，要求一人一题，每个学生要参加答辩考核，以汇报的形式，采用学生评价、自我评价和教师评价相结合的方式，形成对学生的工程实践能力评价。

(3)创新能力

主体考核学生对解决工程问题的创新思维和创新设计能力，主要体现在课堂中工程问题提问、实验中设计性实验的设计与操作和课程设计中新工艺的设计与运用方面。

(4)团队合作能力

主体考核学生的团队分工、合作、交流等能力。在实验项目上要求学生以团队形式完成，在操作过程中对团队的分工、协调、交流等情况进行评价。

2.5加强师资队伍的建设，提高教师的工程理念

教师是工程项目化教学的领导者，教师工程化实践能力的强弱是工程项目化教学能否实施的关键。因此，应该加强教师工程化实践能力，可以通过教师暑假社会实践活动、污水厂参观学习和培训学习等方式，提高教师对污水治理工程技术水平，保证项目化教学顺利开展。

3　结　语

在水污染控制工程教学中融入CDIO教育理念，不仅仅能够提高教学质量，还可以提高学生的学习兴趣，能够启发学生将水处理技术反应原理密切与工程实际相结合，培养了学生对理论知识的理解和应用能力，并能够启发学生的设计思路，培养了学生知识应用能力、实践动手能力、沟通协调能力、团队协作能力和工程创新能力。

[1]钟金明,李苑玲.基于CDIO理念的工程教育实践教学改革初探[J].实验科学与技术,2009, 7(6):67-69.

[2]姚运金,徐菲菲,何兵.基于CDIO模式的化工原理课程的教学改革[J].广州化工,2012，40(12): 189-190.

[3]胡文龙.基于CDIO的工科探究式教学改革研究[J].高等工程教育研究,2014(1):163-168.

[4]姚运金,徐川,杨保俊,等.基于CDIO工程教育理念的化学工程与工艺专业培养模式研究与探索[J].化工高等教育,2014(2):1-22.

[5]陈永富,朱秋华,尹尚军,等.基于“CDIO”理念的生物工程专业人才培养模式改革[J].中国电力教育,2011(13):40-41.

[6]白书立,李换英,管玉江,等.《环境工程原理》教学改革研究[J].广州化工,2013,18(9): 176-177.

[7]黄建辉,李章良.“水污染控制工程”本科教学方法改进探索[J].广州化工,2011,38(8):186-187.

[8]张红梅,杨百忍,高建慧.“卓越计划”背景下《水污染控制工程》课程教学改革的探讨[J].科技视界,2013(34):52-53.

[9]郭俊晶.《水污染控制工程》教学初探[J].教育教学研究,2007(24):32-33.

[10]陈胜文,倪芳,马长文.基于CDIO理念下“大气污染控制工程”课程教学模式探讨[J].中国电力教育,2011(32):123-124.

Teaching Reform of Water Pollution Control Engineering Course Based on CDIO*

FANGWei-cheng

(City College of Dongguan University of Technology, Guangdong Dongguan 523419, China)

Water Pollution Control Engineering is a highly practical course, aimed at existing problems in the curriculum, such as the lack of teaching content on students’ engineering awareness training, single teaching mode, simple experiment content, the lack of teachers’ practical experience, and so on, CDIO education concept was used to take the measures of integrated the curriculum content, diversified teaching methods, the team practice teaching, teaching evaluation system and the construction of teaching staff, to cultivate students’ ability to apply knowledge and practical skills, communication skills, teamwork ability and innovation ability of engineering.

Water Pollution Control Engineering; CDIO; teaching reform; engineering education

2014年东莞理工学院城市学院高等教育教学改革项目(NO:27)。

方伟成(1981-)，男，讲师、硕士，主要从事环境科学、水污染控制等方面研究。

G642.0

A

1001-9677(2016)012-0215-03