基于OBE 的物理污染控制工程教学改革探索

王卓，刘浩(贵州理工学院资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003)

0 引言

以成果为导向的教育教育模式(outcome based education, OBE)自20 世纪80 年代在美国提出和理论体系完善后，在欧美国家逐渐成为了教育改革的主流理念，发展至今已经被全世界高等教育认可[1]。OBE 教育模式相对以往以单一理论知识为主的传统教学更加注重学生的学习成果，更加注重提高学生的实践运用能力，在一定程度上解放了学生的思想，有利于增强学生的发散性思维和创新能力。2016 年6 月2 日，我国正式被国际工程联盟大会批准为“华盛顿协议”第18 个成员国，标志着我国工程教育质量得到国际认可，工程教育国际化迈出重要步伐[2]，为我国的工程教育创新变革带来了重大机遇。同年我国提出了“新工科”的概念，OBE 教育模式的改革是实现“新工科”目标的重要一招，有利于培养多元化、创新型卓越工程人才。

环境工程专业的毕业生能够达到行业认可的专业水平标准，是环境工程专业进行工程教育认证的核心，同时也与OBE 教育模式中以培养对象的成果与能力为目标的核心理念不谋而合。目前，我国各大高校，特别是新兴本科高校都在积极探索应用型人才培养模式，不断优化课程设计，创新教学方式，突出教学成果，以提高学生的专业水平和综合能力。

本文以某高校环境工程专业的物理污染控制工程课程为例，进行初步探索，分别围绕课程教学目标、课程教学难点、课程改革措施等方面进行了分析，以此为依据促进课程教学的不断改进。

1 课程培养目标

物理污染控制课程主要包含了噪声污染、振动污染、电磁辐射污染、热污染、光污染的基本概念、物理污染控制的基本方法及其原理。本课程的教学设计旨在使学生掌握扎实的物理污染基本知识，使学生具备常见的物理污染控制的设计能力，能够进行简单的隔声、降噪、隔音、防眩光等防治设计[3]。物理污染有别于水污染、大气污染等化学污染，表现为局部性和无残留性，在常规的环境监测工作中，往往会忽视其环境影响而更加关注化学污染。本次研究对象在该课程设置上，为专业选修课而非必修课程。从课程定位亦可看出，在高等教育中其受重视程度不高。实际上，物理污染控制作为《高等学校本科环境工程专业规范》中的9 门核心课程之一，是拓宽环境工程专业学生专业方向，为学生考取环境评价工程师及注册环评工程师等技术资格证必备的课程之一。

2 课程教学难点

2.1 专业知识缺乏有效衔接，不利于OBE 教学模式的目的产出

环境工程专业培养方案中的课程，多数围绕环境化学展开，环境工程专业的学生在物理学知识方面较为匮乏。且由于本课程设置于第二学年下半学期开展，与大学物理公共课程的衔接程度不高，导致学生对物理污染中的相关概念掌握不足，缺乏有效衔接。例如，在课堂提问中可以发现，学生对振动相关的物理公式一知半解，在实验课程中展现出无从下手的现象。加之前置课程的脱节导致学生的课堂教学效率不高，从而影响学生对该课程知识的掌握程度，导致学生在处理物理污染实际问题时缺乏扎实的理论知识支撑，这有悖于OBE 的教学目的。

2.2 知识点体系独立，关联度不高，导致学生难以系统学习

物理污染中的各类知识涉及面很广，包含了噪声、振动、电磁辐射、放射性、热、光等6类物理污染。这些知识体系庞大但知识体系大多数没有相关性，产生方式不同、路径不同，对自然环境以及人类活动造成的影响都各不相同。同时，在设计控制措施和方案时，思路及方法都大相径庭。例如：噪声污染来源于物体的振动，但是否造成污染与声级有关，传播路径可由气体传播、固体传播，对人类造成的影响是听觉以及精神上的损害；而光污染来源于物体的发光发热，是否造成污染与光的照度、角度以及光产生的时间有关，传播路径比较单一，对人类造成的影响是视觉上的物理损害。因此，两者在参数计算以及控制设计时，前者更多的是考虑切断传播路径，后者更多是考虑控制污染来源。由此可见，学生在学习不同章节的过程中，总是反馈知识体系比较跳跃，理解起来有难度。

2.3 课程内容复杂，课时分配不合理

本课程涉及的6 类污染，涵盖了声学、光学、电子辐射防护、热学以及需要具备初步的环境影响评价方法和思维，需要学会系统地设计控制方案。

在各类教材中，有一半以上的篇幅内容为噪声污染控制，以某高校的《物理污染控制工程》教材为例，教材共计13 章，其中前8 章为：(1) 绪论；(2) 声学的基础知识；(3) 噪声评价和标准；(4) 噪声测量技术；(5) 噪声污染控制技术；(6) 吸声和室内声场；(7) 隔声技术；(8)消声器。后5 章为：(9)振动污染极其控制；(10)放射性污染控制；(11)电磁辐射污染控制；(12)热污染及其防治；(13)光污染及其防治。噪声污染在课程规划中占据了近50% 的课时，剩余5 类污染占据剩余的50%，平均每个类别的污染控制分别占总课时的10%。相比之下，噪声污染的知识点布局更加具有深度，对电子辐射、放射性污染等知识则涉及较少。虽然噪声污染知识全面、课时占的比例大，但对不同场景下的噪声其采用的标准、要求及评价方法都有详细区分[4]。于是，在对噪声污染评价时，容易对涉及到的一些物理参数和评价量的应用情景发生混淆，且在教材中并没有给出如何对评价量进行区分，进而在教学时不能更好地给学生进行详细说明，导致课堂效率不高且不能达到学以致用的目的。占据课时较多的噪声污染尚不能达到教学的目的，可见那些花费课时较少的内容的情况。在这种课时安排的情况下，又加之课程内容复杂，使学生在学习时对各种知识的掌握程度深浅不一，在实际应用等方面也存在一定困难。

2.4 验证型实验具有局限性，实验结果产出较差

本门课程的通过理论与实验教学，最终目的是培养出具有能够初步设计物理污染控制方案能力的学生。而本门课程所包含的实验多为传统的验证型实验，即用最基本的实验方法以及技术操作，来验证课本中某一理论公式或原理知识的正确性[5]。与综合性实验相比，此种实验的问题解决能力较差，难以使学生得到锻炼。由于实验结果已知，学生对所做实验的兴趣不浓，实验过程中按部就班。当实验步骤结束后得到的数据误差较大时，学生为了避免改错，时常存在互抄实验数据，仿造数据等行为，实验报告千篇一律，实验对学生的实际操作能力锻炼效果很差。与设计型实验相比，验证型实验课程中的学生学习自主性较差。且由于实验步骤固定，许多学生甚至在不懂实验原理情况下就开始动手操作，再加之设备操作也较为简单，实验数据较为容易得出。例如，在振动污染实验中，学生仅需要学会设备接线，即可开始测试，测出来的结果往往都没有进行误差修订。而减振器材的性能以及所得到的减振结果是否满足污染控制需要，在许多学生的实验报告中没有体现。与创新性实验相比，此实验课程教学的创新性不高，学生的思维空间无法得到有效拓展。由于缺乏有待解决的问题场景，都是预设好的设备参数，学生几乎很少会在实验前主动查阅文献知识，拓展实验思路，得到的实验成果不仅缺乏实际应用性，对知识的巩固性也较差。

3 课程改革措施

3.1 提高专业知识的有效衔接，补充前置课程专业知识的铺垫

对于环境工程专业的学生来说，由于专业的特性，在物理污染控制工程中涉及到的声学、振动学、电磁学等相关知识理解和掌握的情况有着不足。据统计，物理污染控制课程中噪声污染及其控制一章包含公式189 个，振动污染及其控制一章也包含公式60 个，给学生进行学习时造成了一定的难度。这就要求在物理污染控制工程课程进行前或在对某一物理污染进行教学前，带领学生对大学物理、高等数学等课程中涉及到的与物理污染控制课程相关知识进行简单复习，以减少在进行该课程时发生知识脱节等现象。同时增强对应知识的连接性，使学生加深对运用到的公式和概念的理解，扫除学生进一步学习的障碍，为学生解决某一物理污染问题时提供计算的方法和思路。

3.2 增强知识点之间的关联度，将零散的知识系统化

该课程本身的知识内容抽象、结构逻辑性松散、理论计算较多等特点对教学过程形成了一定的挑战。对课程中的主要知识噪声和振动污染，可引入项目式教学法来解决这一困难。所谓项目式教学法即将教学内容设计为若干个工程项目，通过组织学生参与项目设计来完成教学任务，引导学生通过工程项目设计来串联该章节的知识点，将零散的知识系统化[6]。运用项目式教学法可以提高学生解决实际问题的能力和兴趣，并且完成项目所带来的研究成果。这不仅可以提高学生的成就感，还与OBE 教育理念不谋而合。例如在课堂中引入一个城市轨道交通噪声与振动控制项目，以小组形式进行开展，每个小组成员进行分工合作，通过让学生把所学知识与实际应用结合起来，同时教师要求学生在理论学习基础上，熟悉、掌握和总结不同特征噪声的控制技术在工程中的使用条件和降噪效果。在项目中，教师给学生布置相应的思考问题，问题紧扣教学内容，学生可以带着问题进行项目设计，并在实际应用中把所学的知识串联起来，起到举一反三的效果。教师可以通过学生对问题回答的情况，对学生的掌握程度进行了解。

3.3 根据知识的实际情况科学合理分配课时

当污染源涉及多个物理污染问题时，如核电站涉及热污染和放射性辐射的复合，这就需要学生利用所学知识综合分析问题。因此，培养以成果为导向模式下的学生需要合理的课时分配来学习各方面的知识。学生对不同内容的掌握情况与课程的课时分布有着密切联系，为了提高该课程的教学效率，就要从科学合理地对课时进行分配下手。

根据本文课程教学难点中提到的某高校课时安排中噪声污染在课程规划中占据了近50% 的课时，剩余5 类污染占据剩余的50%，噪声污染占的比例过多，其他振动、电磁辐射、放射性、热、光污染在课时安排上就显得比较仓促。该课程中许多知识在之前的课程中已经接触过，例如噪声中的噪声测量、噪声声压级计算、噪声的评价和标准等内容，学生在环境监测课程中已经学习过[7]，这就需要教师在备课前对相似的内容进行合并，减少重复的知识点讲解现象的出现，相对于之前学过的知识应对新知识有所侧重，把可减少的课时用于传授其他知识上去。对物理污染控制工程课程来说，可以对噪声污染减少的课时加在其他五类物理污染上去。

3.4 改变实验教学模式，提高学生的实际应用能力

近年来，我国高校不断通过增加综合、设计、研究创新型实验的学时比例来强化学生实践能力与创新能力的培养，几乎成为各高校争相采用的一种有效措施[8]。为了提高学生对本课程的思维创新能力，提高实验教学的成果产出，就要从传统的以验证性实验为主的实验向综合型、设计型实验转变。通过实验提高学生的应用能力需要从两个方面下手：一是教师要改变以往的教学模式，从以往的教师“驾驭”、学生“照方抓药”到学生“驾驭”实验课堂转变；二是应改革考核方式，由以前的以实验结果的对错考核为主改进为以对实验结果的分析、总结和运用的质量考核为主[8]，以此来激励学生对所作实验的主动性和积极性。

近年来，实验内容虽有所改善，如在实验中加入思考题，但也存在着不足，很多地方还能看到验证型实验的影子。以某高校物理污染控制工程实验中消声器性能测定实验为例，实验步骤比较固定化和机械化，实验用到的噪声自动监测仪和空压机等仪器，操作简单，学生只需按部就班地做完实验即可。根据实验的不足之处，可以对该实验进行一些变动，让学生根据实际案例来自己设计实验。例如根据企业内动力设备如：通风机、空压机等，设计一个插入损失(LIL)为多少的消音器来降低其发出的空气动力性噪声，通过实际案例来改变实验的模式，把实验课堂的主动权交给学生。教师通过对学生的设计的成果来打分，实现真正以成果为导向的教育评价模式，学生在做实验的同时将所学的理论知识用到实践中，并在实验中丰富所学知识，提高学生的实际应用能力，激发学生的创新潜能。

3.5 通过赛学结合，达到以赛促学的目的

基于OBE 教育理念，可以在教学过程中增设工程竞赛的环节。竞赛的本质目的是为了激发学生的学习热情，提高学生综合能力[9]，这与OBE 理念下物理污染控制工程教学育人的目标是相契合的。学生通过综合运用所学的知识来进行研究成果的较量，例如：我国某高校物理系专业举办的光污染工作坊及比赛，学生通过深入社区实践收集数据来分析光污染问题，并对光污染有代表性的地方进行摄影展览，借此展示了光污染对社会和生态带来的危害，推动人们关注光污染问题。又如工程设计表达大赛、“启明星”大学生科技创新创业项目等，从而磨练学生，实现学生职业能力、知识技能、专业素养、团队配合、沟通交流、规划决策等能力素质的综合提高[10]。教师还可以通过多种有关物理性污染方面的竞赛方式来促进学生的成果转化，利用竞赛的方式在向社会展示物理污染带来危害的同时，激发了学生解决实际问题的兴趣，推动学生及时自觉地为解决实际问题而补充相应的理论知识，进而提升对物理污染控制工程理论知识的研究深度，为解决实际工程问题增加知识储备和实战经验。

通过竞赛的方式使学生在对所学知识巩固的同时，又能发现自身的不足之处，提高自身的实际应用能力，加深对OBE 教学理念的理解，在今后的工程学习过程中自觉地形成以“成果为导向”的意识并以此作为自己的学习目标。3.6 完善课程考核体系

课程考核是物理污染控制工程课程教学的重要组成部分，是对学生学习成果的反映，同时也是提高学生对课程学习态度和学习成果的重要因素。教师可以通过根据课程考核的结果来调整教学的方式，是对学生负责的体现。

以往的课程考核方式只是简单地通过学生课程的考试成绩、课堂表现和考勤来作为依据。这种考核方式存在着一定的弊端，如：学生考试时作弊、通过其他同学签到等，存在学生学习成果得不到有效检验，学生对课堂态度的不认真导致教师以成果为导向的任务就得不到落实，这就不符合OBE 教育理念、不利于OBE 教育模式的产出。因此，应建立一个具有OBE 特征的考核体系。其中，适当地降低考试成绩、考勤等在学生成绩中的比例，把学生在学科竞赛中取得的成绩、在课程实验过程中取得的成果作为考核的重要依据。通过对课程考核依据的调整，学生会自觉地提高对物理污染控制工程课程的重视，积极地参加课程竞赛、实验研究等来达到考核要求，使得OBE 教学模式在课程中发挥更大的效益。

4 结语

本文浅论了在改革探索物理污染控制工程OBE教育模式道路上存在的障碍，如：课程之间衔接性不高、知识点之间缺少关联、课时分配不合理、验证性实验等弊端，并提出了相应的解决方法。持续改进是OBE 教学模式的支撑点，课程在不断地完善教学设计中，也会实现铸魂与育才的融合[11]。只有脱离传统的以教师、课本为核心的课堂教学模式，转变为以学生为核心，以成果为驱动力，才能够真正培养出具有可持续发展理念，具备物理污染防治方面的专业知识的应用型人才，以及熟知基本物理污染控制工艺与设备的设计方法、物理污染控制领域新工艺、新技术和新设备的创新型人才。