基于工程教育专业认证的《环境工程原理实验》教学改革实践

唐晓旻,王星敏,王小平,谭雪梅

(重庆工商大学 环境与资源学院，重庆 400067)

1 引言

《环境工程原理实验》是环境工程与科学类及其相近专业的一门学科基础课程，应用自然科学和工程学原理考察、解释和解决环境工程领域实际问题[1]。通过组织学生开展典型传质、传热、吸收、膜过滤等实验，对环境工程及环境工程原理相关知识进行巩固和应用，帮助学生更好地理解、掌握、应用专业知识[2]。随着科技、工程技术、教育的发展，现有环境工程原理实验已不能很好地满足高素质环境工程专业学生的培养。在教学改革过程中，一些新的教学理念和方法被用于教学过程[3～5]。工程教育专业认证是指通过专业认证机构对高等教育机构开设的工程类专业教育实施专门性认证[6, 7]。工程教育专业认证的目的在于通过对现有人才培养模式、课程教学模式、教学资源等进行改革、更新和补充，促进高等教育事业发展，提升工程专业内涵，保障工程教育质量，提升人才培养质量，并且为工程教育国际互认和工程师资格国际互认做准备[8～10]。将工程教育专业认证的思维模式、内涵和核心引入《环境工程原理实验》课程设计和教学，其关键在于重构教学大纲、更新实验教学内容、完善考评体系、加入学生自主学习和探索的实验内容，促进学生对专业知识的掌握，培养学生综合能力。

2 《环境工程原理实验》课程教学存在的问题

2.1 没有突出环境工程专业特色

大多数《环境工程原理实验》采用了《化学工程》《反应工程》《生物工程》《流体力学》等课程中的经典实验内容，其忽视了环境工程专业特色，不利于学生更加深入地认识、应用专业知识。例如：吸收实验在《化学工程原理实验》和《环境工程原理实验》中都被广泛开展。但吸收在化学工程领域主要用来净化原材料、精制气体和液体产品，而在环境工程领域主要用来净化有害气体。两者存在明显差异。环境工程中的吸收处理气体量大，成份复杂，同时含有多种气态污染物，被吸收组分浓度低。这些与化学工程中气体的精制存在较大差别[11, 12]。因此，在设计《环境工程原理实验》时，应保证特定的环境工程背景，不能照搬《化学工程原理》实验内容和目标。

2.2 实验内容缺乏创造性，未充分激发学生主观能动性和培养学生创新意识

传统的《环境工程原理实验》内容主要包括实验目的、实验原理、实验装置、实验步骤、注意事项、实验数据记录及处理等几大部分[13]。学生仅需按部就班进行实验前预习、实验中按实验步骤和注意事项操作、试验后按要求进行实验数据处理就可完成现有《环境工程原理实验》课程要求。但在开展《环境工程原理实验》过程中，缺乏对学生自主学习、独立思考、开拓创新的培养[14]。

2.3 实验内容缺乏与实际工程的衔接

绝大部分现有《环境工程原理实验》课程都是基于实验室仪器、装备设计的，其与实际工程装备、应用存在较大的差距，学生不易通过现有《环境工程原理实验》明确其中涉及的实际工程原理，也就很难将所学、所完成实验课程用于实际工程问题的解决[15]。

2.4 考评体系有待完善

目前《环境工程原理实验》考评体系主要包括考勤、实验预习评分环节、实验操作评分环节和实验数据处理评分环节几个部分。其考评较为单一，不能完全反应学生掌握情况，也不能完全体现学生多方面能力[16]。这在工程教育专业认证中需要改进，需进一步强化过程评价，以及通过评价-改进-再评价实现对学生综合能力的考评。

3 教学改革措施及成效分析

3.1 《环境工程原理实验》课程教学改革措施

3.1.1 根据工程教育专业认证理念和要求，重构《环境工程原理实验》课程教学大纲

按照工程教育专业认证相关要点，重构《环境工程原理实验》教学目标，并赋予一定的权重(表1)。

表1 《环境工程原理实验》教学目标及权重因子

其着重教导学生掌握基本的实验方法以及实验数据处理方法，并通过实验进一步验证一些猜想和理论或通过科学研究方法探究工程中实际参量变化时，实验结果变化规律。此外，构建《环境工程原理实验》与毕业要求、指标点的关联程度，从而更有重点地开展实验教学工作，也更有利于学生完成教学目标(表2)。

表2 《环境工程原理实验》教学目标与毕业要求的对应矩阵

3.1.2 与时俱进，更新《环境工程原理实验》课程教学内容

虽然《环境工程原理实验》与《化学工程实验》有很大的相近之处，其都涉及典型的传质、传热过程。但《环境工程原理实验》课程教学内容不能只停留在借用《化学工程实验》教学内容或进行少量改进等基础上，而需要根据环境工程专业特色，设立对学生有启发，贴近实际环境工程的实验内容，例如：“利用膜分离技术实现海水淡化实验”“污泥脱水中恒压过滤常数的测定实验”等。《环境工程原理实验》课程教学内容需根据当下环境工程热点工艺、热点问题开展，并结合目前主流工艺、设备进行实验内容设计和更新。

3.1.3 改进《环境工程原理实验》课程教学方法，完善考评体系

在《环境工程原理实验》课程教学方法改进过程中，需重视对学生进行拓展研究型实验培养。即在基础实验内容上，增加近年来相关热点问题的探究，组织学生进一步开展科学研究，以进一步提高学生对所学知识的应用和掌握。另外，教师应从多方面、多维度考察学生实验成效，对实验过程进行考核，对不同的实验、拓展研究难度进行合理成效评价，并将评价、考核结果反馈给学生，学生根据反馈、需改进内容，重新进行实验和研究。在《环境工程原理实验》教改后的成绩评定过程中，考勤不再是核心给分项，其所占20%分值分配到新增的开放性实验成效考核中。学生在已有的基础实验上，开展2次及以上拓展研究型实验。拓展研究型实验的成败不是给分的依据，而学生自主开展的实验设计、实验方案确定、实验过程控制、实验数据分析、实验成果总结才是重要给分项。此外，基础实验中的实验操作、实验数据处理与分析各占35%的分值，实验预习成效占10%的分值(图1)。

图1 《环境工程原理实验》课程教学方法

3.1.4 以赛促学，组织环境类实验操作技能大赛

与国内高校构建专业联盟，定期参加全国、地区、校级环境类实验操作技能比赛。参赛项目与环境工程原理基础实验有较大关联。鼓励本校全体环境科学与工程专业学生参加校级环境类实验操作技能比赛，并以此选拔学生参加地区、全国比赛。

3.2 成效分析

通过《环境工程原理实验》教学改革，学生能够更好地运用环境工程原理专业知识表达和解决复杂环境工程问题。在建立具体实验内容与教学目标的对应关系中，更深入明确实验每一部分重点教什么，学生重点学什么，以及学生需要通过实验获得、提升哪一方面的能力。在基础实验不断总结和改进过程中，提升学生对《环境工程原理实验》课程内容和实际工程、工艺的认识，进而实现学生自行设计实验、完善实验、深入探究实验里的科学问题。通过参加《环境工程原理实验》操作技能比赛显著提升了学生学习专注度和学习积极性。学生全力以赴提升实验操作技能、数据处理能力和学习效率，这也从侧面进一步巩固了《环境工程原理实验》教学改革成果。

在《环境工程原理实验》教学改革实践过程中，学生对本实验课程的满意度、认可度得到明显提升。环境工程专业1班的36位学生对本课程的评分平均分达到92.5分，而该门课程学生的考核成绩基本集中在良好等级，全体学生的平均分为82.4分。由此说明，《环境工程原理实验》教学改革已初步产生成效。

4 结语

在将工程教育专业认证的理念引入《环境工程原理实验》教学改革实践的过程中，着重重构了《环境工程原理实验》课程教学大纲、更新了《环境工程原理实验》课程教学内容、改进了《环境工程原理实验》课程教学方法、完善了考评体系、开展了以赛促学活动，从而提升了学生对环境工程专业知识的认识和掌握，更培养了学生学以致用、独立思考、开拓创新的能力。