基于工程教育认证标准的“物理性污染控制”课程教学改革探索

双陈冬 周 庆

(南京大学环境学院，南京 210023)

工程教育认证是经教育部批准、由中国工程教育专业认证协会针对高等教育工程类专业开展的一种合格评价。开展工程教育认证的目的是构建中国工程教育的质量监控体系，推进中国工程教育改革，进一步提高工程教育质量，同时建立与工程师制度相衔接的工程教育认证体系，促进工程教育与企业界的联系，增强工程教育人才培养对产业发展的适应性，进一步促进中国工程教育的国际互认，提升国际竞争力。因此，开展工程教育认证，对学生专业综合能力的培养、教学质量的提高和工程教育方向的把握具有重要意义[1]。目前各高校积极开展相关专业的工程教育认证，同时围绕工程教育认证标准和要求布署人才培养的相关工作，已成为本科教育工作的重要环节。截至2019年底，全国共有241所普通高等学校1 353个专业通过了工程教育认证。笔者以“物理性污染控制”课程为例，围绕工程教育认证标准，对课程教学进行了改革，以期进一步提升课程教学质量。

一、“物理性污染控制”课程教学特点

物理性污染作为一类环境污染，严重影响了生态环境和人类健康。《中华人民共和国国家环境保护标准》(HJ496-2009)将环境工程技术分为5大类，即水污染控制、大气污染控制、固体废物污染控制、物理污染控制和生物修复[2]。“物理性污染控制”课程已成为高等院校环境工程专业的核心课程之一。其课程教学主要阐述了有关噪声、振动、电磁辐射、放射性、热和光6类物理性污染的基础知识、污染特征、污染危害、污染评价方法及标准、污染治理措施和方案[3]。课程性质为必修或限选课程，其课程知识也是注册环境工程师、环境影响评价师资质考试以及专业研究生入学考试的必修内容。

由于“物理性污染控制”课程教学内容涉及到的物理性污染种类较多，因此要求学生必须具备一定的数学和物理知识。同时由于课程教学内容针对的具体应用场景较多，不同场景所采用的评价方法、标准规范、治理方式及治理目标具有显著差异，因此课程教学内容缺少一定的系统性和逻辑性，不利于学生对知识的记忆和运用。

二、“物理性污染控制”课程教学存在的问题

(一)课程教学目标与工程教育认证要求缺乏有效衔接

工程教育认证的“毕业要求”主要是针对学生专业能力内容的描述，包括“工程知识、问题分析、设计/开发及解决方案、科学研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理、终生学习”12个方面。但是目前很多高校“物理性污染控制”课程教学目标主要体现在学生对具体知识点的掌握和运用上，对“毕业要求”中学生能力的培养没有具体的体现。

(二)课程教学涉及相关学科知识较多导致教学内容系统性较弱

“物理性污染控制”课程教学内容包含了噪声、振动、电磁辐射、放射性、热、光6类物理性污染，涉及了包含声学、电磁学、辐射防护及环境保护、城市规划与设计在内的多学科方向，导致课程知识的系统性较弱，加之课时较少，仅有32学时，使各部分教学程度深浅不一。例如，在各类教材中，噪声所占比例在50%以上，其内容包括了声学基础、噪声评价与标准、噪声污染控制3个版块，可以说是知识全面且具有一定的理论深度，对于不同场景或功能区域的噪声，其采用的标准、要求及评价方法都有详细区分，而对于电磁辐射和放射性污染方面则涉及较少。又如在对噪声污染进行评价时，涉及到的物理参数与评价量繁多复杂，一些评价量如斯蒂文斯强度、噪声评价数、噪声污染值、计权等效连续感觉噪声级等都是对噪声的综合性评价，且各具特点，但如何在实际的噪声评价体系中使用或区分这些评价量，在各类教材都没有涉及，教师在课程教学中也无法详细说明每个评价量在技术发展和应用场景中的具体来源和作用。教学程度深浅不一给相关知识的学习和运用带来不便，也影响了学生对这些知识的学习和运用。

(三)课程考核结果不能及时反馈，影响了课程教学的改进

“持续改进”是工程教育认证的一个核心理念。课程的“持续改进”需要按照“毕业要求”指标点对课程教学进行有针对性的评估。这就要求课程考核应按照“毕业要求”指标点进行，并得出相应的评估结果。值得注意的是，“毕业要求”指标点受“毕业要求”内涵解读程度以及实际教学内容的影响，可以有不同的描述。例如单长青[4]提出了4个具有不同描述内容的“物理性污染控制”课程教学目标：“能够运用数学和物理知识表达物理性污染问题，能够选取正确模型并进行相关计算；能够针对物理性污染选取正确的评价量，并进行布点、监测和评价，提出初步解决方案；能够分析物理性污染产生的机理及影响因素，选用正确的防治技术，获得有效结论；能够针对物理性污染工程问题，进行相关设计计算”。基于这4个课程教学目标可以看出，传统的“平时成绩+期末考试”考核方式已不适应于工程认证标准的“毕业要求”，也难以支撑工程认证标准的课程的持续改进。同时，在课程教学中，传统的课程考核结果的反馈时间多以“周”为单位。课程考核结果不能及时反馈，影响了课程教学的实时调整与改进。

(四)任课教师的专业背景与课程知识不匹配

“物理性污染控制”任课教师的专业背景多为环境工程、化学、生物学等，与“水污染控制工程”“大气污染控制工程”“固体废物处理与处置”等课程任课教师相比，缺少物理学及其相关专业背景。而物理性污染种类庞杂，特点各异，只有环境工程、化学、生物学专业背景的任课教师很难对噪声、振动、电磁、放射性、光污染、热污染等相关原理、案例、监测、法律法规、管理、治理有深入的认识。任课教师的专业背景与课程知识的不匹配，在一定程度上影响了课程教学的效果。

三、基于工程教育认证标准的“物理性污染控制”课程教学改革的措施

(一)围绕工程教育认证标准完善教学内容

首先，围绕工程教育认证“毕业要求”指标点，重新设置了课程教学目标，并据此完善了课程教学内容体系。课程教学目标与“毕业要求”指标点之间具有明确的对应关系，体现了工程教育认证“面向产出”的基本理念，有利于工程教育认证中针对“毕业要求”指标点达成度的评价。“物理性污染控制”课程教学目标与“毕业要求”指标点见表1。

表1 “物理性污染控制”课程教学目标与“毕业要求”指标点的对应关系

如表1所示，课程教学目标1对应的教学内容主要为6类物理性污染的基本原理、描述参数、评价指标、监测方法、污染危害；课程目标2对应的教学内容为物理性污染控制的基本知识、原理、模型；课程目标3对应的教学内容主要为噪声污染评价报告的编写和噪声治理方案设计。与常规教学内容相比，该教学内容按照“毕业要求”指标点进行了不同层次的梳理，进一步明晰了教学内容—课程目标—“毕业要求”指标点之间的对应关系，不仅为课程质量的量化评价奠定了基础，还可以针对具体“毕业要求”指标点的要求改进教学质量。

(二)采取线上和线下相结合的“模块化”教学方式

邱斌[5]等人发现“案例式”教学可以激发学生的学习兴趣、提高学生自主学习能力，在培养学生解决复杂环境问题能力上具有成效。刘莉莉[6]等人通过开展“开放式”研讨教学，有效激发了学生的团队合作精神。顾莹莹[7]等人采用“课前-课中-课后”混合学习和“翻转课堂”教学模式，可以较好地培养学生分析问题和解决问题的能力。

在参考了相关研究的基础上，笔者在2020年课程教学中，探讨了线上、线下相结合的“模块化”教学方式。首先，围绕环境工程专业知识“源于实践、用于实践”的特征，把课程中源于应用知识点的产生和发展背景做了简要分析，制作成微课视频，以知识溯源的方式弥补其逻辑性不足的缺陷，形成以独立知识点为核心的微课模块，如计权网络、室内噪声、交通道路噪声、吸声原理等。在这些模块中，对一些较为抽象、不易理解的概念，笔者采用动画演示的方式再现这些概念产生的过程，如采用虚拟仿真、声波音频与动画结合等方式模拟等响曲线绘制的实验过程，对不同特性噪声的计权结果进行对比。这些微课模块通过在线工具“教学立方”提前在线上教学平台发布，供学生在线学习。教师可即时查看学生的观看率以及学生的观看进度。教师根据学生线上学习的情况，对线下教学和课堂测验进行相应调整，逐渐形成了线上“模块化”、线下教学以及“线下高频在线考核”的教学方式，既可以增加学生对课程知识的直观体验，还可以加深对理论知识的深入理解，支撑了学生实践能力的培养。

(三)将覆盖课程知识的课堂测验纳入考核体系

传统的“平时成绩+期末考试”的考核方式难以对课程教学目标达成度进行科学全面的评价。平时成绩主要是对学生的出勤、课堂表现以及作业完成情况进行考核而得出的，期末考核成绩是学生期末试卷的成绩，这种考核方式存在着较大的弊端。学生只要按时上课，完成作业，考前突击复习就可以得到较好的成绩。但是在通过课程考核后学生很快就会将课程知识遗忘。因此，单长青[4]等人从多元化角度，将课程作业、课程设计和工程实践融入考核内容，促进了教学质量的提升。华盛顿大学的罗迪格教授[8]曾将学生分为两组，对其中一组学生采取“课堂测验”的考核方式，而对另一组学生则采取期末考核的方式，结果显示，两个对照组对课程内容的掌握程度分别为68%和54%。而另一项类似的研究表明，学习后立即进行测验和不进行测验的两个对照组在一周后对知识的掌握程度分别为90%和48%[9]。华盛顿大学安德鲁[10]在教学中采用了9次小测验替代原有的期中、期末两次考试，尽管两种方式的测试内容类似，但多次小测验的方式使学生学习的主动性有了显著提高，对知识的掌握程度有了极大改善。

在2020年新冠肺炎疫情期间，笔者采用了线上教学的方式，为了克服在线教学交流不畅的弊端，笔者在每次课程结束前通过在线教学工具“教学立方”设置了课程重要知识点的测试，一般为10～20个判断题/选择题，限时15分钟内完成。课堂测试一共进行了12次，其平均成绩占最终考核成绩的30%。测试由“教学立方”立即给出结果，并形成包括正确率人员分布和题目分布的报告，教师根据报告的结果可对教学进行不断改进。

(四)加强任课教师对相关学科和行业背景知识的学习和了解

为了弥补任课教师专业背景与课程知识不匹配的短板，学院鼓励教师加强对相关学科知识及行业背景知识的学习和了解，补足6大类物理性污染控制方面的基础知识，同时建议教师长期关注发达国家在相关领域的技术研发以及管理等方面的工作进展。此外，学院还鼓励任课教师积极参加相关的学术交流活动、行业会议以及管理部门组织的研讨会，为“物理性污染控制”课程教学进行知识储备。

四、基于工程教育认证标准的“物理性污染控制”课程教学改革的成效

课程教学质量评价是工程教育认证工作的一项重要内容，通常使用课程教学目标达成度这一量化指标进行评价。该评价具体细化到每一位学生在每一项课程目标上的考核得分情况。例如，针对课程目标1，纳入最终考核体系的所有的考核内容的分值为132分，某学生得分为120分，则其课程目标1的达成度为120/132，即0.91。笔者对2014—2017级“物理性污染控制”课程教学目标达成度进行了调查，调查结果见表2。

表2 2014～2017级本科生“物理性污染控制”课程教学目标的达成度

由表2可以看出，2014、2015、2016级3个年级在课程教学目标2的平均达成度分别为0.86、0.86和0.88，数值较为稳定。通过对这3个年级相关考核内容的核实，发现考核内容在数学知识运用能力上体现较少，难度偏低，对课程教学目标2的支撑较弱。因此，笔者在2017级教学和考核中加大了对数学应用能力的内容，如在考核中加入了消声器选择和设计等。通过改进，在考核难度显著增大的情况下，2017级达课程目标2的达成度为0.94，有效支撑了学生运用数学知识解决复杂环境问题的能力。

2015级和2016级的课程教学目标1和课程教学目标3的达成度显著低于2014级。通过分析，发现2015、2016级上课人数较多，上课签到出勤等整体表现低于2014级。该结果也表明，人数较多班级在教学中应当加强签到等教学互动环节，加强对学生学习过程的考核。因此在2017级，也就是2020年的课程教学中，笔者建立了与课程进度相匹配的线上课堂测验，在每次课程结束后立即进行。虽然测试的正确率(平均82%)比传统线下作业正确率(96%)低，但在期末考试中，涉及这些知识点的测试题目的正确率接近100%，2017级课程教学目标达成度明显提高，分别为0.88、0.94和0.93。