基于OBE理念的《环境工程原理》课程教学改革探索*

崔红涛，李惠娟，王毅博，刘 钊，李 茹

(西安工程大学环境与化学工程学院，陕西 西安 710048)

1 OBE理念概述和课程现状

2019年10月教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》，提出课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量，还需完善以质量为导向的课程建设激励机制[1]。成果导向教育(Outcome based education, OBE)是一种倡导“以学生为中心，以产出为导向，持续改进”的教育理念。在OBE教育理念的引导下，授课教师根据学生在学习结束后要求具备的能力和素养，架构课程结构体系、设计教学内容和优化教学方式，组织教学活动以实现预期目标的达成[2]。换句话说，OBE理念重视教育的“结果和产出”(学生会什么)，考核“教育产出”(学生学到什么)，而非“教育输入”(教师教什么)。课程体系的安排、师资的配套、每个老师应当承担的责任、学生的评价方式和教学资源的投入等都要围绕学生毕业时应具备的能力和素养来设计[3]。

《环境工程原理》是环境科学与工程专业的一门重要基础必修课，也是高等学校环境工程专业的九大核心课程之一。目前大部分高等院校采用高等教育出版社出版的由清华大学胡洪营教授等编写的教材，内容丰富、涉及面广、难度大。该教材系统分析和归纳总结环境污染防治与生态修复等工程中所涉及的技术原理，提炼出具有共性的基本原理、现象和过程，进行系统、深入的阐述，具有较强的理论性和系统性，体现环境专业的特色[4]。环境专业学生普遍认为该门课程是掌握和记忆起来相对较难的一门基础理论课程。整本教材涉及许多原理内容的学习，随处可见大量的公式推导过程，难免会出现一大堆微积分公式，学生一看到大量公式就觉得枯燥，晦涩难懂，偏离实际工程，顿时提不起学习兴趣。传统课堂教学以教师讲授为主，课程中原理内容又较多，若在讲授过程中缺少案例及仿真模型引入，导致课堂气氛沉闷，学生的学习兴致不高。除此之外，实验教学和课程设计等诸多环节中仍有许多不足之处，比如实验室建设相对落后、实验设备购置不足、缺少创新和综合实验、教师缺少工程实践经验、学生课外实践少和动手能力相对较差等。目前，如何基于OBE理念，通过改变教学方法和教学手段，切实提高《环境工程原理》课程质量，是一个不容回避的问题。

2 《环境工程原理》课堂教学实践与优化

OBE教育理念提出要以学生为中心、以产出为导向开展教学。学生是教学的主体，教师是教学的主导，成功的教学必须要有学生的参与。针对《环境工程原理》课程教学，主要从教学内容、教学方法和考核方式等方面进行实践与优化。

2.1 教学内容优化

现在市面上有多种版本的《环境工程原理》教材，侧重点有所不同，各个版本均有自身的特点及优势。每个学校应结合院校特色和专业领域特长选择适合的教材，否则抛弃自身特色，追求共性，必然使自己在科学研究中处于被动地位，阻碍学科的发展。我校是以纺织印染行业为特色的地方应用型高校，环境科学与工程系教师致力于解决纺织印染行业产生的各种污(废)水问题。鉴于这门基础课程为本科生进入专业课程的桥梁，要求学生熟练掌握环境工程污染控制技术中的共性基础原理和工艺设计计算方法，我校选用的是由清华大学胡洪营教授等编写的教材。这部教材体现出单元操作在环境工程中的应用，具有环境工程领域的特色。

课程内容设置三部分，分别为环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理，要求学生理解环境净化与污染控制工程的基本理论和技术原理，掌握以“隔离”、“分离”和“转化”为技术代表的污染防治与生态修复等工程的基本原理和设计计算方法。由于我校2017版环境工程专业培养方案中不再设置流体力学和化工原理课程，我校为该课程设置56学时的理论教学，8学时的实践学时，24学时的实验学时，以满足毕业要求。目前，我校2020版环境工程专业培养方案中继续增加《环境工程原理》的理论课时，设置为72学时，同时增加1周的课程设计。实验学时不变。课程学时的调整，一方面强化课程的重要性；另一方面完善反应工程原理部分的内容以及增强学生实践能力的培养。为提高学生的工艺设计能力，具备工程实践设计的素养，环境工程专业单独设置1周的环境工程原理课程设计。

2.2 教学方法改革

《环境工程原理》课程理论性很强，涉及环境污染防治等领域共性的基本概念、基本原理以及典型单元工艺设计计算方法和设备的应用等，具有较强的理论性和综合性[5]。根据作者近三年的授课经验，大多数学生反映课程内容多，难度大、抽象等。为达到环境工程专业的人才培养目标，怎样提高课堂教学效果，实现以学生为中心，培养学生的主动学习意识，提高学生的产出效果。因此，改变传统的“以教师为主”的教学方法就显得尤为重要。

在课程教学过程中逐步强化以学生为中心、以产出为导向的教育理念。课堂上可通过增加讨论课、翻转课堂、雨课堂等形式提高学生的课堂参与度。在授课之前，由任课教师提前把关于课程的前导知识视频(或慕课)、或把学生可以自学的内容做成视频上传到网络教学平台，让学生查阅资料，主动学习相关课程内容，并完成教师预先设置的课程预习报告，并且在网络教学平台提交预习报告，总结章节内容的重点和难点。授课教师会根据学生提交的预习报告给出相应的分数，在总评成绩中占一定比例。课堂上重点解决学生提出的问题以及难度较大的内容，也可鼓励学生以个人或小组代表等形式对课下自学的成果做PPT汇报，最后教师总结与点评。这种线上线下相结合的混合式教学充分体现“以学生为中心”的教学理念，让学生做课堂的主人，也完善了课程目标服务于学习产出的内在联系。除此之外，教师还可以问题为导向，激发学生的学习兴趣；采用一些工程案例和仿真动画操作讲解课程内容，使教学内容栩栩如生，增强学生的学习动力。比如在讲授过滤的基本理论之前，可以先给学生抛出一些问题。过滤到底是怎么回事？过滤过程受哪些因素影响？为什么？过滤的工艺参数能否计算？如何建立过滤过程的数学模型及计算方法？怎样才能实现高效过滤？现有的过滤装置为什么是这样？从而引出过滤的基本概念、基本原理和计算方法和过滤装置的参数控制等。在讲解雷诺数及其工程意义时，可以试着让学生解决环境工程中的“污水处理厂中进入沉淀池的污水在圆形管道中的输送问题”。授课教师以雷诺数为基本点，结合工程案例讲解课程内容，使学生深化对层流、湍流、摩擦阻力系数和阻力损失等概念的量化认识，以及这些基本概念如何解决实际工程中的问题。案例教学时教师要积极和学生互动，及时指导学生讨论的结果，给予学生反馈，对错误的观点进行纠正，并选择合适的时机从案例分析切换到相应的教学内容上，提高学生理论联系实践的能力。

2.3 考核方式改革

OBE理念强调学生的课程学习评价不能由一次期末考试(终结性评价)来完成，而是要包括学生参与的过程性活动的评价(形成性评价)，也就是要将课程评价环节有机融入到整个教学过程中，引入过程性评价[6]。课程的考核方式应多样化，加大过程性考核，以学生综合能力评价作为核心，建立合理、多样化的、分阶段的课程考核体系。我校要求学生必须达到一定的考勤率，否则不能参加期末考试(终结性评价)。期末考试成绩比例55%，作业比例15%，章节测试比例20%，课程参与度比例10%。章节测试包括两次，教学1/4周时知识测验一次，测验成绩占总成绩的10%；教学2/4周时知识测验一次，测验成绩占总成绩的10%。课堂教学结束后，教师会根据课程教学目标布置相应的作业，按照作业的正确程度和完成态度给予相应的分数，若在作业完成过程中对能提出不同见解、解决方法或提出合理问题的同学，给予作业成绩加分。课程参与度是指学生在课堂上能够针对所讲内容主动提出问题或能正确回答老师同学提出的问题并进行相关讨论。教师也可将学生分成小组，结合相关原理要求学生自己查阅相关文献、资料，写阅读笔记并在课堂上进行讨论，不仅培养学生自主学习的意识，还可拓展视野。教师根据学生的讨论情况给出课程参与度的分数。多元的课程评价体系不仅让教师可以随时关注学生学习的态度和积极性，也可考查学生对知识的掌握情况等，这充分发挥了课程评价过程对学生学习兴趣及主动性的推动作用。

3 《环境工程原理》实验教学实践与优化

3.1 实验内容优化

基于OBE理念，环境工程原理实验由验证性实验向能力导向的研究性实验过渡。传统的验证性实验很难锻炼学生的创新性思维，因为学生按照实验指导书(实验目的和原理、实验方案和实验步骤等)和实验老师的讲解以及准备好的实验器材，学生就按部就班操作实验。在这种实验过程中体现不出学生的创造性，很难激发学生的学习兴趣，更不能提高他们的职业化能力。能力导向的研究性实验是指教师布置关于废水或废气治理的问题，让学生自主查阅资料，撰写实验思路，设计实验方案，准备实验材料，完成实验操作和提交实验报告。教师在实验开展前要评价学生的实验方案并提出改动意见，实验做完后要及时评价考核每一份实验报告。这种实验具有综合性，可以挖掘学生自主学习并灵活运用所学知识的潜力，分析工程处理过程中的难点和关键步骤。这些都有助于提高学生解决环境工程中复杂问题的能力。

3.2 实验教学方式改革

为克服传统实验教学的缺点，在学生操作环境工程原理实验之前，需要完成预习报告，就是要求学生了解完成该实验所需的各种理论知识，理解理论模型、仪器仪表和实验测试技术。其次由学生自由组合形成各小组(3～4人)，要求每组在动手操作之前结合实验室的条件写出一份能达成实验目的的实验方案；最后每小组成员都需熟悉实验流程和工艺，在操作之前相互提问(包括实验指导书上的思考题或者预习过程遇到的问题)，以做好事故应急措施。指导教师评价各组实验方案的可行性和可操作性，以及回答问题的准确性，确定进入实验操作阶段的小组。在这一阶段，完全是学生自主进行实验，相互协作，遇到问题组内讨论先分析解决，直到解决不了的实验操作及工艺问题寻求指导教师的帮助。这样的实验过程可以让学生很好掌握实验操作原理，正确的使用仪器，提升学生自主学习的兴趣和动手实践的能力。

此外，对于《环境工程原理》涉及到的某些需要较大场地的实验，工艺流程复杂，实验建设花费昂贵，学校经费投入不足，就会导致这些实验无法开设，一定程度上会抑制学生进行学习和实验操作的积极性，大大降低教学效果[7-8]。虚拟仿真教学通过计算机模拟以3D动画形式展示单元工艺操作流程，学生通过操作软件加深对所学理论知识的理解，这既可以激发学生自主学习的积极性，又可提高实验效果。没条件开设的实验可以借助虚拟仿真软件实现，学生通过操作软件，系统学习实验涉及的相关知识点和熟悉实验操作流程以及注意事项，以此改变传统实验教学的弊端和不足。

4 结 语

《环境工程原理》作为环境科学与工程专业一门重要的专业基础课，起着衔接基础课与专业课的桥梁作用。在课程教学和实践环节引入OBE教育理念，通过优化课程内容，采用混合式教学、问题导向法和案例教学法等以及多样的考核方式增强过程考核，增加能力导向的研究性实验和虚拟仿真实验教学。以此提高学生的学习积极性，增强师生之间的互动，加强学生自主学习和创新意识的培养，提高《环境工程原理》课程的教学质量。