工程教育认证背景下的“环境工程原理”课程教学改革

祁宝川 何琴 辛世纪 冯丹 王兴磊

摘 要 在工程教育专业认证背景下，结合伊犁师范大学环境专业新版人才培养方案制定的实际情况，针对当前环境工程原理课程教学过程中存在的问题进行了积极的改革探索，提出了以问题为导向、以虚拟仿真为导向、以工程案例为导向以及优化教学内容和考核体系等改革措施，为提高环境专业教学质量和加强人才培养质量提供了参考。

关键词 工程教育 环境工程原理 教学改革

中图分类号：G424                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.12.040

Abstract According to the actual situation of the new version of the talent training program for the environment major of Yili Normal University， positive reforms and explorations have been made for the current problems in teaching process of environmental engineering principles against the background of engineering education professional certification. Reform measures such as problem-oriented， virtual simulation-oriented， engineering case-oriented， optimization of teaching content and assessment system were expected to provide references for improving the quality of environmental professional teaching and strengthening the quality of talent training.

Keywords engineering education; environmental engineering principles; teaching reform

工程教育认证是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。[1，2]随着我国加入《华盛顿协议》，标志着我国工程教育认证质量迈上了新台阶，对于提高我国工程教育质量，工程技术领域应对国际竞争、走向世界具有重要意义。[3]与此同时，对于工程教育认证发展的新形势下我国工程专业的教育质量和人才培养等方面提出了新的要求。[4]

环境工程原理作为环境工程专业重要的专业基础必修课。该课程是围绕“三传一反”理论为核心展开的一门必修课程，主要讲述环境工程学中所采用的一些物理过程（单元操作）的原理、基本概念、基本理论、典型设备、典型工艺以及在环境工程中的应用，培养学生在环境污染控制过程中的综合工程实践能力。因为该课程涉及的基本原理、公式推导、工艺设备繁多，让工程意识和思维相对薄弱的少数民族地区学生接受起来比较困难。所以，如何对该课程体系进行教学改革以适应当前环境专业认证的新需求，是当前课程教学过程中必须思考并重视的问题。目前“环境工程原理”的授课基本还是按照传统的以教师、课堂和书本为中心的教学方式，不满足专业认证需要的以学生为中心、以理论和实践相结合为中心和以能力和素质为中心的教学方式，导致学生毕业不能满足社会和工业界的要求。因此，如何打破传统的教学模式，增强工程教育人才培养对产业发展的适应性，成为当前工程教育专业认证背景下课程教学改革的一项重要工作。因此，本文聚焦环境工程专业必修课环境工程原理，围绕课程内容，教学模式和考核体系等进行改进以期为工程教育专业认证标准下的课程教学改革提供参考。

1 环境工程原理课程教学改革措施探讨

随着以工程教育专业认证为抓手的教学改革实践不断深入，需要改变传统的以教师、课堂和书本为中心的教学方式，实施新的教学模式。工程教育专业认证三大理念对于轉变教师教学思想、提高实践教学质量和工程人才核心能力具有重要指导意义。为了实现该目标，在教学中，笔者从以下几方面进行了探索与尝试：

1.1 以问题为导向的课堂教学方式探索

环境工程本科生毕业能力培养的目标之一是培养学生综合运用所学知识，解决复杂实际环境问题的能力。在环境工程原理课程的教学中需要以问题探究为起点和重心开展教学活动，通过教师的教育引导，激发学生学习和探究的兴趣，对于启发学生工程思维、培养学生自学能力、解决问题能力具有重大意义。在教学过程中，要求教师掌握专业知识和基于该课程知识体系的工程实践并对学生进行引导。比如，在吸附这一章节，可以针对现在越来越多的家庭安装家用净水器进行问题设计，在该过程中引导学生进行问题分析“举例说明生活中常见的吸附现象？常见的吸附剂都有哪些？为什么吸附分离操作可以降低污染物的浓度？吸附过程分为哪些步骤？吸附分离在其他污染控制领域的应用都有哪些？为什么吸附法是一种具有广阔应用前景的污染控制技术？”等一系列问题有助于提高学生的学习兴趣，启发学生理解基础理论的思维，同时可以加强师生互动，增强学生的“向学力”。总之，以问题为导向的教学模式是传统教学模式的补充，需要教师结合教学实际，科学设置问题并运用有效的手段和方法唤起学生对复杂环境工程问题的求知欲，进一步促使学生观察发现、思考解决问题，并通过正确的方式进行表达，这符合“工程教育”人才培养的理念。[5]

1.2 以虚拟仿真实验为导向的教学方式探索

教育部发布的《教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》对高等教育信息化提出了更高的要求，同时我国工程教育正式加入“华盛顿协议”，如何培养学生实践能力和创新精神是高等学校工科专业面临的挑战。环境工程原理课程所涉及的概念原理知识繁多琐碎、常见的课堂讲解或平面多媒体辅助教学方式不能完全呈现现实生产场景的真实感和立体感，在培养学生的实践操作技能和知识应用能力方面略有不足。依托互联网的应用普及，在教学过程中引入虚拟仿真实验教学可有效激发学生自主学习兴趣、拓展实验教学内容广度和深度、发展学生构建思维、弥补少数民族地区实践教学资源短缺的问题。例如，对普通活性污泥法污水处理厂全套工艺运行实验系统时，学生可能没有太多感性认识，结合在线监控污水处理综合实训实验系统，可以全程动画模拟污水处理厂真实工作过程，使学生直观地了解污水处理厂的一级物化处理、二级生物处理与三级深度处理的工艺特点和工作原理。在实践环节，学生可依托仿真实验教学平台自主选择工况、调整仿真参数和模拟安全事故来加深对工艺系统、生产操作和故障原因的理解，成绩评定系统也会根据学生的实际操作情况做出成绩评定结果。因此，仿真模拟和课堂相结合，注重知识传授、能力培养、素质提高的协同实施，通过讲授-认知-交互-训练-考核等环节可提升学生的沉浸式和交互式体验感，大大调动学生学习的积极性和主动性，提高实践创新能力，达成工程教育认证背景下的人才培养目标。

1.3 以工程案例为导向的教学方式探索

案例教学法是在老师的引导下，通过小组讨论和合作学习等主要形式，组织学生对在真实情景中发生的典型事件进行调查、阅读、思考、分析、讨论、交流和总结等活动，丰富学生行业背景知识并培养学生发现、分析和解决工程问题的能力的一种教学方法。[6]例如，在讲授吸附章节中的关于吸附操作的基本概念和应用时，先讲述吸附材料在环境工程领域的研究现状，再通过简单的理论推导出吸附等温式和动力学方程，然后引申到将上述基本理论知识应用于某复合吸附剂处理重金属废水技术典型应用案例——工艺流程、污染防治效果和达标情况、主要运行工艺和控制参数、投资费用、运行费用、能源、资源节约和综合利用情况，加深学生对于吸附理论及其工程项目的宏观认识，今后再去现场参观学习就可以收到事半功倍的效果。此外，在明确教学目标的基础上，教师可结合最新的专业发展方向和工程应用现状，有针对性的设计一些难度适中，突出启发性实践性的项目工程案例开展教学活动。通过介绍案例-分组研讨-观察与启发-陈述意见-知识整理-作业等环节，让学生真正感受到他们是课堂的主体、学习的主人。

1.4 课程教学内容的整合与优化探索

环境工程原理课程包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应过程原理三部分，三者相互联系，具有较强的理论性和系统性。[7]我校学生生源多来自少数民族地区，学生整体基础底子较为薄弱，目前的课时设置给师生之间的教与学带来很大挑战。针对这些问题，结合工程教育认证的要求，对该课程内容不断进行整合和优化，以适应社会对现代化环保类人才的需求。环境工程原理与其他专业基础课程联系较为紧密，可根据课程之间的共同点以及地方经济发展情况设置课程特色内容，避免由于重复而造成学时浪费，同时也有利于培养符合当地经济社会发展需要的实践性人才。比如，伊犁州是国家重要的煤化工产业和能源生产基地，经过多年的发展，我校的化工原理已经发展成为自治区精品课程。由于环境工程原来第十章其他分离过程涉及的物理化学问题较多，在环境工程领域及的问题相对不典型。可只对该章节内容进行简单阐述原理，在后续的《化工原理》教学活动中进行补充阐述。

1.5 成绩评定体系的改革探索

传统的考核方式主要采用“平时成绩+期末成绩”的模式，这种考核方式不能反映学生工程应用能力，只能片面反映理论知识的掌握情况，这显然与OBE的教学评价标准不一致。在工程教育专业认证背景下，结合环境工程专业培养目标与要求，本课程教研组对成绩评定体系进行了针对性的探索和改革，建立了全过程、多元化的课程考核方式。考核内容如图1所示：

学生的总评成绩主要由2个模块和5个分级指标组成。出勤率考核包括点名签到、座位签到和签字签到，旨在促进學生养成到课自觉性。课堂参与度主要是考核学生课堂表现情况，包括小组讨论、学生提问和回答问题的积极性等内容。作业报告考核是对学生提交的课后作业和案例报告进行评价，有助于考核学生的工程思维能力，团结协作能力和分析表达能力。工程教育专业认证体系下对学生实践能力的培养提出了更高的要求，可以将传统的理论验证型实践内容与科研型实践内容、工程型实践内容以及竞赛型实践内容相结合的方式全面考核学生的专业实践能力，主要是对实践课题完成度、完成质量和创新性进行评价，如果参加了本专业的大学生创新创业大赛和全国大学生环境实践“虚拟仿真”创新大赛等赛事的可另外加分。此外，在专业认证新形势下，期末考试的内容也要有所变革，不仅考查对基本概念和原理的掌握，还应加大开放试题的比例，这样更有助于评价学生应用理论知识于实践的能力。

2 结论

“环境工程原理”课程作为一门重要的专业基础课在环境工程专业课程中起着承上启下的作用。在工程教育专业认证背景下，结合环境工程原理课程特点和我校学生的实际情况，积极探索问题导向、虚拟仿真以及工程案例等教学模式，不断提高在工程教育专业认证背景下毕业生对环境工程行业发展的适应度。并通过优化考核机制，将成果导向理念（OBE理念）融入学校人才培养体系全过程，实现以学生为中心的环境工程原理课程教学改革。

基金项目：伊犁师范大学2020年教育教学改革项目（编号JG202030）;伊犁师范大学污染修复与环境治理开放平台项目（2017HJYB09）;国家级大学生创新创业训练计划项目（202010764001X）;自治区级大学生创新创业训练计划项目（S202010764003）

参考文献

[1] 张朝磊，张在云.基于工程教育认证标准培养解决复杂工程问题能力[J].中国冶金教育，2017，000（004）：14-17.

[2] 张建树，郭瑞丽.工程教育认证背景下课程达成度的评价改革[J].高教论坛，2016，000（006）：72-74.

[3] 张先梅，张帆，黄婕，等.工程教育理念引领创新人才培养模式——实施“卓越工程师教育培养计划”的探索与实践[J].化工高等教育，2017，034（003）：7-10.

[4] 李志坤.我国工程教育专业认证制度研究[D].2012.

[5] 白东旭.问题导向教学模式在高中数学课堂的应用策略研究[D].2019.

[6] 贾绍义，夏清，吴松海，等.工程案例教学法在化工原理课程教学中的应用[J].化工高等教育，2010，027（003）：78-81，96.

[7] 徐苏云，康诗飞，王吟，等.基于“卓越计划”的环境工程原理教学改革[J].教书育人：高教论坛，2018（1）：108-109.