基于成果导向的环保设备课程教学改革探索
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作者:宋卫军 谢妤
[摘要]成果导向是工程教育专业认证的核心理念，在课程教学改革方面具有现实的指导意义。文章基于成果导向教育理念，对环保设备课程教学中存在的问题进行了分析，以该课程在毕业要求中的能力为出发点，探讨了课程教学实践探索，为提高环保设备课程教学质量提供参考。
[关键词]成果导向;环保设备课程;教学改革
[中图分类号]G642.3 [文献标识码]A [文章编号]2095-3437（2020）05-0062-03
2016年，我国提出了新工科建设计划，2017年，教育部发布了“复旦共识”，紧随其后推出的“天大行动”、启动的“千生计划”以及形成的“北京指南”等都聚焦我国的新工科建设和工程教育问题。2013年，我国被《华盛顿协议》接纳为签约会员后，意味着我国工程教育专业认证体系和认证结果将得到《华盛顿协议》签约国家和地区的认可，而成果导向是工程教育专业认证的核心理念之一。这些理念在促进课程建设、教学改革以及推进工程教育人才培养方面发挥着重要作用，成为驱动我国工程教育教学改革的强大动力，特别是在课程教学改革和实践体系构建方面具有现实的指导意义。本文基于成果导向教育理念，对环保设备课程教学中存在的问题进行了分析，以该课程在毕业要求中的能力为出发点，探讨了课程教学实践探索，为提高环保设备课程教学质量提供参考。
一、成果导向教育的理念
成果导向教育（outcomes-based education，OBE）在20世纪80年代被美国人Spadv等人首次提出，它以问题的形式阐述教师与学生在教学中的从属关系：教师要让学生获得什么成效？教师为什么要让学生获得这些成效？教师如何帮助学生获得这些成效？教师如何评价学生是否获得这些成效？对其含义可以从五个方面做出解释：（1）OBE认为人人都能成功，且获得成功的路径、时间可以不同，前期成功为后期成功奠定基础。（2）OBE尊重学生的个性差异，要求从教者制订个性化的评定方式和等级，以精准掌握学生的学习成效并及时修正教学。（3）OBE强调精熟（master learning），从教者不应认为学生有高低之分，只要以精熟为目标，提供适宜的机会，他们都能获得设定的学习成果。（4）OBE强调成果责任，教师和学校要为学生的学习成果负责，并且做到客观公正地评价成果。（5）OBE强调能力的具体化，学生未来要获得的核心能力需逐一罗列出来，并提供详细的方法、路径和对应课程。可见，OBE的核心特征是学生学到了什么，而不是学生学过什么内容，教师教了什么课程，学校组织了哪些教学活动，而是更重视学生的学习成果，即学生掌握知识的程度、运用知识的能力尤其是工程实践能力的大小。学生学到的知识是通过教学设计、教学实施和教学评价三个实践阶段完成的，教学设计是以学生能学到什么而采取反向设计，教学实施必须以学生为中心组织教学，教学评价要有持续的改进举措。与传统的教学模式相比较，可以说OBE是以学习产出驱动教学活动，重构课程体系，改革教学内容。基于以上分析，成果导向的实施可以通过五个步骤逐级推进，分别是确定学习成果、构建课程体系、确定教学策略、自我参照评价、逐级达到顶峰。
二、环保设备课程教学存在的问题
（一）教材内容更新不足
随着经济技术的快速发展，环境污染治理设备在不断更新，由新技术和新方法催生出来的新设备不断地被运用到实践中，而现有教材内容相对陈旧，不能呈现较前沿的治污设备及实践案例。国内环境问题近年来出现新的严峻局面，冬季雾霾是其典型性的问题，而现有教材在大气污染控制设备部分主要介绍常规的除尘方式和气体净化，处理对象集中在以TSP、PM10、SO2和NOx为主，但对产生雾霾的主要污染物PM2.5和汽车尾气的治理设备介绍较少，未能将治理新环境问题设备的设计、构造、运行、实践成效及时有效地列为教学的重要内容，传统的污染治理知识与现行的环保实践处理技术存在一定差异。
（二）课程实践环节缺乏
校内实验和校外实训是环境工程专业的两个主要部分，但由于实践环节的时间问题，环保设备课程教学开展时学生很少有直接接触环保工程实践的机会和精力，因此对于授课内容较难有深入体会和理解。课程教学需要与工程实践紧密结合，课程的授课内容本身就是具体的、现实的治污设备，但现实中该门课程基本没有安排实践环节。即使到企业厂矿参观治污设备，单位从经济成本和人身安全的角度考虑，一般的表现是不积极配合和走过场。
（三）课程设计与授课环节脱节
环保设备课程是环境工程专业重要的专业课之一，课程设计是环境工程的重要教学环节，通过课程设计可以巩固学生学习效果，激发学生自主学习兴趣，培养学生创新意识。传统的教学安排是将课程设计与授课环节分开，授课教师分开，学期安排分开，导致讲解与对照训练的部分出现割裂现象，重点训练和难点强化的部分得不到加强，课程的授课效果降低。由课时的限制导致环保设备课程的课程设计被取消也是比较普遍的现象。
（四）教学手段传统单一
目前的环保设备课程教学手段单一，以讲授为主，理论知识成为授课的重点，灌输多，讲解多，案例少，研究少，动手设计和操作更少，这种传统的教学手段和授课模式很难适应新工科背景下的工程教育要求。同时，实践性教学由于场地、课时、企业类型等因素的限制难以有效开展，致使学生很难通过课程教学理解和把握治污设备的实际结构造型、运行调试、管理维护等情况。
（五）师资队伍建设亟待加强
环保设备课程是与实践结合最为紧密的课程之一，环保设备的工作原理、结构造型、运行管理、维护保障等都是在实践运行经验的基础上不断地优化和创新得出来的，离开实践的环保设备课程仅仅是空谈污染控制，所以该门课程的讲授离不开实际污染物的治理实践。而很多环境工程专业青年教师的职业路线是从学校到学校，他们虽然理论知识丰富但实践经验不足，有高学历但缺乏矿企锻炼，对企业前沿发展和设备更新技术未能及时跟进，对实践运行、規范操作和设备维护认知不够，体现在课堂讲授时仅源于书本理论的解读，当面对环保设备运行、维护等实践性强的问题时常常显得力不从心，从而影响了学生的学习效果。 三、基于成果导向的环保设备课程教学探索
（一）优选教材充实内容
按照教育部“卓越工程师教育培养计划”，武夷学院注重学生应用技术和实践能力的培养，环境工程专业以IEETI程认证为要求，采用OBE教学模式，以提升学生对环保设备治污应用能力为导向，优选教材充实内容。目前该门课程的教材有《环保设备原理·设计·应用》（刘宏主编，化学工业出版社出版，2015年第3版）、《环保设备——原理·设计·应用》（郑铭主编，广西民族出版社出版，2009年第2版）和《环保设备原理与设计》（陈家庆主编，中国石化出版社出版，2008年第2版）。
我们根据环保设备课程的教学目标，以提升教学成效为目的，优选《环保设备原理·设计·应用》为教材，同时选用另外两本为参考书，以补充环保设备的实践内容，保障教学效果。在教学内容中，注重先导课程与交叉课程之间的互补性和重复性，前期已完成讲授的不再赘述，而以提问和总结形式加以巩固加强。在教学内容取舍上，除了常规的物理法设备、化学法设备、生化法设备、物化法设备、除尘设备、废气净化设备和噪声控制设备外，注重一体化中水回用和除尘脱硫一体化设备的介绍，以污染物去除原理为划分依据横向设计教学内容，以环保设备设计理念、处理对象、结构形式和运行管理等为纵向对比教学内容，可以快速厘清前述七项常规环保设备之间的异同，收到事半功倍的效果。同时以当下雾霾典型环境问题为切入点，补充几款最新的高科技雾霾处理器，可提升课堂教学效果。
（二）拓宽实践教学的途径
OBE理论重要的一点是在各教学环节中都需要让学生了解学习成果的集合方向，重视实践，这样有助于教师梳理教学思路，注重教学执行与实践的有机结合。环保设备课程本身是一门实践性较强的课程，而实践训练需要客观条件支撑，除了常规的校内外实验实训项目，武夷学院环境工程专业依托省级环境生态虚拟仿真实验中心和校企共建的实验室废水处理仿真工厂，为学生的实践实训提供了良好的客观条件。环保设备课程中的工艺、设备、运行、维护和管理等实践项目，实地企业学习不到的，甚至不能到达的有毒有害现场，都可以通过仿真中心实现，中心按照“能实不虚，虚实结合”的原则进行建设，配合实验室废水处理仿真工厂，可最大化地将现实环保设备的单元、工艺、构筑物、附属配套设备等环节展示出来。学生通过中心平台操作，进入3D虚拟的治污企业，体验环保设备的治污过程，将学习从认知到掌握、从记忆到设计、从感性到理性向成果方向集合。学院充分利用第二课堂可以延伸实践教学的广度，举办“环保创意设计大赛”，复杂的专业的环保设备在学生手中可以通过纸张折叠后完美地加以呈现，有效地提升了专业课学习的效度。
（三）强化与课程设计的关联性
环保设备课程是水污染控制工程、大气污染控制工程、物理性污染控制工程和固体废弃物处理与处置四门专业核心课的集中应用课程，其与课程设计之间的关联性、互动性、承接性尤为重要，课程安排在大三下学期或大四上学期较为合理，以加强环保设备作业与课程设计要求之间的互补性和融合性。例如水污染控制工程的课程设计注重工艺的优化和可行性，对单体构筑物的结构和特征设计较少，环保设备的作业可补充单体结构设计，并在同一命题下连续设计多个单体结构，通过对比可加深对环保设备的掌握。可提供研究性的环保设备设计问题让学生展开讨论，在国家标准、手册、图册、规范等的执行中，激发学生对环保设备的潜在设计能力，加强学生CAD动手绘图能力，提升学生的学习成效。
（四）加强教学手段的多样化
OBE理论认为教学活动中师生是协同关系，要减少“灌输”的比重，增加讨论和研究的比重，实现师生一起分享学习成果与学习乐趣。基于此，教师首先需要利用多媒体资源进行更加直观立体和动态的环保设备展示。接着是引入案例式教学模式，即每个章节内容准备一个实际案例，介绍相关的环保设备在工程实践中的应用情况。然后是播放简短的环保设备应用成功案例视频，提升课堂的生动性，拉近课堂教学与国内外工程实践的距离。最后是每节课设置一个简短的互动环节，使环保设备课程内容与实践工程和身边环境问题紧密联系。可通过互动讨论模式鼓励学生提出自己的见解，大胆猜想，对不合理性勇于“踢门”。教师组织学生讨论和总结，在快乐教学中分享学习乐趣，在互动中享受学习成果。
（五）重视加强教师实践锻炼
教师的实践丰度和理论深度对环保设备课程教学效果起到重要的促进作用，良好的师资队伍能够保障基于成果导向的环保设备课程教学得以顺利开展。一是提升教师的专业素养，通过以老带新，实现“传、帮、带”的教学连续性。二是以校内实践和校外实训为契机，寻找与环保设备课程的结合点，列出学习任务，形成学习总结，做好实践评价。比如在校内的专业实验中，可以罗列出现有的污染物处理设备的优缺点，结构可优化部分和流程改进的必要性等;校外实习时研究接触到的污染治理设备、仪器单元等的特点，以及明确运行时的注意事项和维护要求。这些都是环保设备课程成果导向的目标。三是依托学校政策，鼓励青年教师赴企业挂职，到矿企锻炼，让专业教师熟悉和掌握污染治理技术的企业化运作，环保设备的运作、维护和维修，通过短期集中锻炼，可提升教师的实践认知水平和实践应用能力，反哺课堂教学。
四、结语
教育部的“双一流”建设为我国环境科学与工程学科发展注入了新鲜血液，这也为地方性应用型本科院校的环境工程专业教育指明了方向。成果导向教育理念是以学生的发展为中心，以成果产出为目标的先进教育理念。本文认为面对复杂多变的环境问题，环保专业技术人才的培养必须明确OBE的教学理念，精准设置课程的目标，明确课程的实施效果，更新教材的教学内容，拓宽实踐教学的途径，强化与课程设计的关联性，建立客观的评价体系，调动学生专业学习的积极性，有效促进具有工程实践能力人才的培养，提升我国的工程教育教学水平。
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