基于OBE的“水污染控制工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革研究①

殷 峻 沈東升 呂 黎

(浙江工商大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)

“水污染控制工程實(shí)驗(yàn)”是高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)和給水排水工程專業(yè)學(xué)生的必修課，是水污染控制工程教學(xué)的重要組成部分，是體現(xiàn)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力培養(yǎng)的標(biāo)志性課程之一。然而，目前學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍停留在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)上，存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、知識(shí)點(diǎn)分散、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不系統(tǒng)等問題。根據(jù)OBE的教學(xué)理念，不僅要求學(xué)生掌握牢固的水污染控制工程基本原理、基本理論和設(shè)計(jì)方法，而且要求學(xué)生具備動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)操作技能，觀察及分析問題、解決問題的能力，同時(shí)通過信息綜合得到合理有效結(jié)論，提出解決典型環(huán)境工程問題的方案。為此，我們對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了完善，以促進(jìn)環(huán)境工程專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為“水污染控制工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的完善和發(fā)展提供參考。

一、目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行方式已不能適應(yīng)新時(shí)期人才培養(yǎng)的要求。主要表現(xiàn)在：

(1)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置沒有考慮環(huán)境工程專業(yè)的性質(zhì)和特點(diǎn)，更沒有依據(jù)人才培養(yǎng)方案的要求，因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的布置缺乏一定的科學(xué)性，對(duì)提高學(xué)生的認(rèn)識(shí)素養(yǎng)和能力水平?jīng)]有幫助。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，只是幫助學(xué)生理解原理，而設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)少。課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)，基礎(chǔ)理論在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中得不到加強(qiáng)和拓展；專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法升華到理論高度，理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)無法有機(jī)地融合于學(xué)生的知識(shí)體系中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是理論教學(xué)的外延。

(2)實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入不足、萬元以上儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)少、學(xué)生人數(shù)眾多、專業(yè)實(shí)驗(yàn)室面積不足等，也是導(dǎo)致演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)少的重要原因。

(3)教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟，教學(xué)方法落后，學(xué)生按部就班完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前教師為學(xué)生準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)儀器，調(diào)整到正常工作狀態(tài)。在教學(xué)過程中，教師先講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃硪约皩?shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生再進(jìn)行機(jī)械式的重復(fù)。學(xué)生不能隨便提出設(shè)想或要求改變實(shí)驗(yàn)條件，只能按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上剛學(xué)過的理論公式、書本上的現(xiàn)象結(jié)論計(jì)算出或抄寫出實(shí)驗(yàn)開始前就知道的結(jié)果，最后提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這是我們十分熟悉的以培養(yǎng)動(dòng)手能力為目的的課程實(shí)驗(yàn)過程，這種實(shí)驗(yàn)學(xué)生根本不需要解決和分析什么問題，只要按規(guī)定就能完成實(shí)驗(yàn)要求，這必然使學(xué)生養(yǎng)成了被動(dòng)、依賴的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，學(xué)生的創(chuàng)造性得不到發(fā)揮，個(gè)性得不到發(fā)展，創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力就此被湮滅。

二、基于OBE的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的目標(biāo)

以成果為導(dǎo)向(OBE)的教育理念是由美國(guó)教育家研究了近20年提出的，其主旨是一種強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)與訓(xùn)練的系統(tǒng)教育，其中的能力是針對(duì)某給定的專業(yè)、職責(zé)或任務(wù)而言的綜合能力，也可以說就是適應(yīng)就業(yè)的能力。它的精華在于把焦點(diǎn)放在學(xué)生“學(xué)到了什么”，而不像以往強(qiáng)調(diào)的是學(xué)校“教了什么”，強(qiáng)調(diào)了畢業(yè)生實(shí)際能力，而不提具體課程要求。新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)達(dá)到以下四個(gè)目標(biāo)：

(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相一致，轉(zhuǎn)變課程實(shí)驗(yàn)過多依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置模式，徹底實(shí)現(xiàn)從課程實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本轉(zhuǎn)變。

(2)緊跟時(shí)代和社會(huì)發(fā)展需求，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，在教學(xué)內(nèi)容中及時(shí)反映學(xué)科領(lǐng)域的新發(fā)展、新動(dòng)態(tài)，不斷調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和模式，充分發(fā)揮實(shí)踐在教學(xué)中的重要地位。

(3)將OBE教學(xué)理念充實(shí)到教育改革中，“以學(xué)生為主體”重視培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際問題的能力，提高創(chuàng)新意識(shí)和改革拓展的能力，用創(chuàng)新精神武裝自己的頭腦。

(4)從課堂實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、科研試驗(yàn)等方面，全方位實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

三、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與模式

(一)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，加強(qiáng)能力培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的水處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了方便理論教學(xué)的需要，將水處理的各個(gè)實(shí)驗(yàn)分開進(jìn)行，這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)才能加深學(xué)生對(duì)水污染控制技術(shù)基本概念、基本原理、基本方法的理解，但是，卻缺乏連貫性、系統(tǒng)性，不利于學(xué)科前沿內(nèi)容的引入，更不利于學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的提高。鑒于上述情況，我們首先要把水處理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以匯總，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入符合時(shí)代發(fā)展所需要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；其次，把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從易到難、由淺入深，按照認(rèn)識(shí)的規(guī)律分層次教學(xué)授課：

第一層次是工程類驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，注重基本實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)，學(xué)習(xí)基本的測(cè)試方法及其正確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、分析處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確描述和規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括吸附實(shí)驗(yàn)、混凝沉淀實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目。

第二層次是工程類設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索熱情，培養(yǎng)其獨(dú)立思考問題，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，營(yíng)造良好的創(chuàng)新氛圍。比如我們有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了染料廢水的處理，學(xué)生通過分析水質(zhì)，設(shè)計(jì)出自己認(rèn)為的最佳處理方法，并通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

第三層次是實(shí)驗(yàn)室模擬的工程類實(shí)驗(yàn)，通過模擬實(shí)際的廢水處理工程，讓學(xué)生充分理解實(shí)際工程的運(yùn)行方式，掌握工藝參數(shù)的設(shè)置，了解參數(shù)的設(shè)置對(duì)于處理的影響，發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。例如微污染水體的生態(tài)修復(fù)實(shí)驗(yàn)及活性污泥的馴化培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

第四層次是工程類綜合性實(shí)驗(yàn)，把緊密相連的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)一，體現(xiàn)水處理工藝的系統(tǒng)性，通過這類實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生在動(dòng)態(tài)、連續(xù)的實(shí)驗(yàn)中的操作技能，讓學(xué)生把水處理實(shí)驗(yàn)加以綜合地理解，接受其知識(shí)，掌握水處理的體系。例如城市污水處理及回用實(shí)驗(yàn)。

第五層次是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)過程中，我們難免會(huì)遇到一些大型實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)有的成本高，實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高，有的難度過大，周期過長(zhǎng)。在實(shí)際教學(xué)中難以大規(guī)模展開，而如果單從課本上進(jìn)行學(xué)習(xí)，面對(duì)單調(diào)、枯燥、抽象的理論敘述，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性都將大打折扣。上述問題是當(dāng)前“水污染控制工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革必須面對(duì)的一個(gè)問題，而應(yīng)用多媒體仿真技術(shù)就是解決這類問題的一個(gè)有效手段。

通過以上五個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由淺入深，先易后難，讓學(xué)生逐漸形成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法、科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

(二)將實(shí)際工程項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)相對(duì)較少，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、思維能力及創(chuàng)新能力的提高都有很大的限制，而且造成學(xué)生所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用有一定的差距，不利于學(xué)生未來的發(fā)展。

在水處理控制工程實(shí)驗(yàn)中，我們把一些科研課題或者科研課題中的一些部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)的一部分，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)參與進(jìn)課題組中，能夠更加有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。以河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用為題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們將一些工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為相應(yīng)的處理目標(biāo)，學(xué)生3—4人一組，集體動(dòng)手，在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)完成。在這個(gè)過程中，學(xué)生以科研任務(wù)為主導(dǎo)，開動(dòng)腦筋，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，親自動(dòng)手，分析問題，完成整個(gè)工藝的實(shí)驗(yàn)研究，并遞交研究報(bào)告。這樣，不但可以為科研項(xiàng)目提供一定的參考，有利于科研任務(wù)的完成，而且，學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)到了文獻(xiàn)的檢索方法、研究報(bào)告的寫作方法，還增進(jìn)了同學(xué)、老師之間的溝通交流，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展。

(三)改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式上，教師占主導(dǎo)地位，所有教學(xué)工作以教師為中心開展，從實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備到講解，再到學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，都是按照教師預(yù)先設(shè)置的模式進(jìn)行的，學(xué)生處于被動(dòng)接受的地位。實(shí)驗(yàn)教學(xué)以小組方式進(jìn)行，一些學(xué)生濫竽充數(shù)，培養(yǎng)不了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作或獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力。因此，要對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行改革，將以教師為主的灌輸模式改為以學(xué)生為主的開發(fā)學(xué)習(xí)模式。學(xué)生3—4人一組，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)工作，共同討論和撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，報(bào)告的內(nèi)容要列出實(shí)驗(yàn)課上需要解決的理論問題。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)需要各組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，且每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)條件會(huì)有所不同，考察不同工況條件的處理效果。實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫時(shí)，要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論，不僅是對(duì)本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，而且要對(duì)組間的結(jié)果進(jìn)行討論。

(四)加強(qiáng)綜合能力測(cè)評(píng)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)總被誤認(rèn)為是理論教學(xué)的附屬品，無關(guān)緊要，使得有些學(xué)生重理論課，忽視了實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。為此，傳統(tǒng)的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式必須進(jìn)行改革和更新，應(yīng)徹底實(shí)現(xiàn)從課程實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本性轉(zhuǎn)變。課程實(shí)驗(yàn)必須從傳統(tǒng)的“以教師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為主體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，從根本上解決學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)空間不足的弊端。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)應(yīng)平等對(duì)待，課堂教學(xué)可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，反過來實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以拓展和深化課堂教學(xué)。同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步探索課程考試形式，比如在評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)時(shí)，不是光看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)錯(cuò)，更要重視整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，重視學(xué)生在分析數(shù)據(jù)中體現(xiàn)的思路并以此來評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，關(guān)注學(xué)生的綜合能力測(cè)評(píng)。同時(shí)，要在教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新性，避免以筆試決定成績(jī)的單一方式，建立起更加科學(xué)的能力培養(yǎng)和評(píng)價(jià)機(jī)制。