基于環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型教學(xué)創(chuàng)新模式的“環(huán)境工程原理”課程教學(xué)改革

師東陽(yáng) 田瑩瑩 沈文翔 李易瑩

摘?要：根據(jù)學(xué)校應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)河南工學(xué)院“環(huán)境工程原理”課程目前的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行剖析，結(jié)合學(xué)校的環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)特色，本文對(duì)“環(huán)境工程原理”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行探討和改革。通過(guò)課程改革，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，突出了課程特色，將教學(xué)和科研有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了線上自主學(xué)習(xí)+線下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，建立并完善基于全過(guò)程控制的考核評(píng)價(jià)體系，使“環(huán)境工程原理”課程教學(xué)模式改革體現(xiàn)CDIO工程教育模式，更加有利于學(xué)生個(gè)人創(chuàng)新實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力提升和綜合素質(zhì)的提高。

關(guān)鍵詞：教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；考核方式；CDIO工程教育模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

為積極響應(yīng)教育部“十三五”規(guī)劃中提出的“推進(jìn)基礎(chǔ)教育課程與教學(xué)改革”要求和河南工學(xué)院應(yīng)用型本科課程的建設(shè)通知要求，河南工學(xué)院環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)結(jié)合自身學(xué)科建設(shè)的應(yīng)用型工科特點(diǎn)，以提高教學(xué)質(zhì)量為核心開(kāi)展課程教學(xué)改革。針對(duì)課程教學(xué)中存在的教學(xué)重點(diǎn)把握不準(zhǔn)、授課方法單一、全過(guò)程考核評(píng)價(jià)不突出等問(wèn)題提出積極的改進(jìn)措施。首先，通過(guò)課程內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)，突出教學(xué)重點(diǎn)和應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)課程特色。其次，通過(guò)教學(xué)方法的多元化和考核方式的全過(guò)程化，加快了課程教學(xué)信息化、現(xiàn)代化、數(shù)字化進(jìn)程，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力［1］，也展示出CDIO（ConceiveDesignImplementOperate，構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作）工程教育模式，更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新能力。最后，通過(guò)教學(xué)改革，可依托網(wǎng)上先進(jìn)的教學(xué)平臺(tái)，建立并完善基于全過(guò)程控制的考核評(píng)價(jià)體系。

1?課程現(xiàn)狀及問(wèn)題

“環(huán)境工程原理”是我國(guó)高校環(huán)境學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。它以高等數(shù)學(xué)、物理、物理化學(xué)等為基礎(chǔ)課程，主要研究環(huán)境污染治理技術(shù)中流體質(zhì)量和能量的計(jì)算、設(shè)備的構(gòu)造和基本原理，以及治污環(huán)節(jié)各單元過(guò)程的初步設(shè)計(jì)［2］。在專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中，“環(huán)境工程原理”課程是基礎(chǔ)學(xué)科過(guò)渡到環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科的橋梁［3］，該課程主要傳授環(huán)境工程基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)踐認(rèn)知，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。因此，環(huán)境工程課程教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)提高學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐技能、體現(xiàn)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型培養(yǎng)定位至關(guān)重要。我校的環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)是學(xué)校的特色本科專(zhuān)業(yè)，正處在發(fā)展建設(shè)階段，“環(huán)境工程原理”課程的教學(xué)內(nèi)容不夠完善、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法還有待改進(jìn)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：（1）教材內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少，案例教學(xué)薄弱，課堂教學(xué)效果欠佳；（2）課程內(nèi)容與其他課程例如“大氣污染控制工程”“水污染控制工程”等課程重復(fù)內(nèi)容較多，不能有效突出課程的重點(diǎn)和特色；（3）線上線下互動(dòng)較少，慕課、學(xué)習(xí)通、釘釘?shù)仁軐W(xué)生歡迎的新興教學(xué)工具和平臺(tái)使用率較少，學(xué)生的體驗(yàn)感較差；（4）教學(xué)考核體系不夠完善，考核方式較單一，過(guò)程性考核過(guò)程不突出。上述存在的問(wèn)題不利于河南工學(xué)院新形勢(shì)下應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，為了更好地滿足新的培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的要求，對(duì)河南工學(xué)院“環(huán)境工程原理”課程教學(xué)進(jìn)行改革和優(yōu)化勢(shì)在必行。

2?課程內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1?優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)

目前，我校的“環(huán)境工程原理”教授課本為胡洪營(yíng)、張旭等主編的《環(huán)境工程原理》（第三版），該教材為“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，共有十六章內(nèi)容，495頁(yè)（16開(kāi)）。我校新的培養(yǎng)方案中“環(huán)境工程原理”的總課時(shí)為40學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)8學(xué)時(shí)，所以目前教學(xué)中存在教學(xué)任務(wù)重、學(xué)時(shí)不夠用的現(xiàn)象。因此，根據(jù)教材的內(nèi)容和我校課程的學(xué)時(shí)安排，必須對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)講述質(zhì)量衡算與能量衡算、流體流動(dòng)、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞等基礎(chǔ)理論知識(shí)；重點(diǎn)突出分離過(guò)程原理、過(guò)濾、吸收和吸附等應(yīng)用性章節(jié)內(nèi)容的講解；減少化學(xué)與生物反應(yīng)工程原理篇章的內(nèi)容講解（該篇章部分內(nèi)容可以作為自學(xué)內(nèi)容）。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，更加符合我校環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型特色。

在專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中，“環(huán)境工程原理”作為一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，而“水污染控制工程”“大氣污染控制工程”和“環(huán)保設(shè)備選型與應(yīng)用”是專(zhuān)業(yè)必修課程。雖然“環(huán)境工程原理”課程與其他三門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容有密切相關(guān)，但是在專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中，“環(huán)境工程原理”課程主要側(cè)重于工程基本原理在環(huán)境污染治理工藝技術(shù)中的應(yīng)用［2］，其他三門(mén)課程作為后續(xù)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)課程，更加側(cè)重污染治理工藝的選擇、設(shè)計(jì)和構(gòu)筑物的計(jì)算等基本技能的訓(xùn)練，以及環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)等工程實(shí)踐應(yīng)用?！碍h(huán)境工程原理”課程則是把工程原理知識(shí)在廢氣、廢水輸送、煙塵過(guò)濾、有機(jī)氣體去除、污水沉淀和凈化等實(shí)踐中的應(yīng)用作為重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行講解。因此，“環(huán)境工程原理”的課程內(nèi)容與以上三門(mén)課程有所不同。要以專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)定位為目標(biāo)，更突出我校環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型特色，為后續(xù)開(kāi)設(shè)大氣及水污染治理等專(zhuān)業(yè)課程做好鋪墊。因此，在教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化中，應(yīng)該充分明確學(xué)科基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)必修課的作用，突出各專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，避免相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)容的重復(fù)，讓學(xué)生具有扎實(shí)的工程基礎(chǔ)知識(shí)和系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

2.2?教學(xué)帶動(dòng)科研，科研反哺教學(xué)

利用教學(xué)帶動(dòng)科研，借助科研反哺教學(xué)，將兩者有機(jī)結(jié)合，對(duì)于彰顯環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型特色十分有利［2］。對(duì)于任課教師而言，作者本人在任教“環(huán)境工程原理”課程之后，受益匪淺，科研能力顯著提高。作者所在的團(tuán)隊(duì)利用“環(huán)境工程原理”知識(shí)對(duì)鑄造、化工、電鍍、磚瓦窯、水泥、機(jī)械加工、食品制造和電池制造等制造行業(yè)近百余家企業(yè)進(jìn)行了深入的技術(shù)幫扶，企業(yè)在節(jié)能、降耗、減污和增效方面取得了較大效果。與此同時(shí)，在技術(shù)幫扶的過(guò)程中，企業(yè)的污染治理技術(shù)代表行業(yè)發(fā)展的最新動(dòng)向。參加社會(huì)技術(shù)服務(wù)初衷是為了更好地服務(wù)教學(xué)，教學(xué)如果不和社會(huì)上的企業(yè)行業(yè)接觸，就無(wú)法了解最新的行業(yè)動(dòng)向，學(xué)生畢業(yè)以后，就很難適應(yīng)行業(yè)的需求。因此，教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新。

在科研技術(shù)服務(wù)中，經(jīng)典的行業(yè)污染治理技術(shù)案例能夠很好地反哺到教學(xué)中。在講到過(guò)濾章節(jié)大氣除塵技術(shù)時(shí)，我們引入水泥行業(yè)的典型除塵技術(shù)。例如，首先簡(jiǎn)單介紹水泥生產(chǎn)工藝；其次根據(jù)生產(chǎn)工藝講解粉塵的產(chǎn)物環(huán)節(jié)：水泥熟料、粉煤灰及微粉的儲(chǔ)存及輸送、水泥配料水泥粉磨、水泥儲(chǔ)存、散裝及包裝等環(huán)節(jié)；最后詳細(xì)介紹目前行業(yè)普遍推廣的脈沖袋式除塵技術(shù)原理、設(shè)備參數(shù)選取、地方環(huán)保要求和企業(yè)排污許可證的登記要求等有關(guān)內(nèi)容。另外，我們?cè)谥v解到吸附及催化反應(yīng)時(shí)，我們引入化工行業(yè)目前流行的催化燃燒技術(shù)。例如，首先簡(jiǎn)單介紹某有機(jī)化學(xué)原料制造企業(yè)的生產(chǎn)工藝；其次根據(jù)生產(chǎn)工藝講解有機(jī)廢氣的產(chǎn)物環(huán)節(jié)：合成、離心、冰機(jī)冷凝、原料和溶劑的儲(chǔ)存及輸送及產(chǎn)品包裝等環(huán)節(jié)；最后詳細(xì)介紹目前行業(yè)普遍推廣的活性炭吸附+催化燃燒處理技術(shù)原理、設(shè)備參數(shù)選取、地方環(huán)保要求和企業(yè)排污許可證的登記要求等有關(guān)內(nèi)容?？蒲兄屑夹g(shù)案例的教學(xué)使知識(shí)點(diǎn)講解更加系統(tǒng)化并具有吸引力和實(shí)踐意義。

2.3?加強(qiáng)思政教育，開(kāi)發(fā)思政案例

在大學(xué)教育中，提倡“把思想政治工作貫徹教育教學(xué)全過(guò)程”，注重價(jià)值塑造、知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)相統(tǒng)一。因此，根據(jù)“環(huán)境工程原理”的課程內(nèi)容和課程特點(diǎn)，細(xì)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)，找出專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)中相關(guān)的思政元素，認(rèn)真分析思想政治教育內(nèi)容與專(zhuān)業(yè)知識(shí)技能教育內(nèi)容之間的結(jié)合融入點(diǎn)。例如，通過(guò)“環(huán)境工程原理”課程中大氣、廢水處理技術(shù)在“青山綠水就是金山銀山”的發(fā)展理念中起到的重要作用，使學(xué)生更加熱愛(ài)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，積極提高專(zhuān)業(yè)技能。通過(guò)開(kāi)發(fā)課程思政案例，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)定正確的政治方向，樹(shù)立在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)技能方面與時(shí)俱進(jìn)、努力進(jìn)取的目標(biāo)，厚植愛(ài)國(guó)主義情懷，確立科學(xué)的價(jià)值觀念，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，增強(qiáng)自身的綜合素養(yǎng)。

3?教學(xué)方法的多元化、考核方式的全過(guò)程化

3.1?線上自主學(xué)習(xí)+線下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的構(gòu)建

幾年來(lái)，為了改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，線上線下互動(dòng)和翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式在大學(xué)教學(xué)中逐步推廣，新的教學(xué)模式受到了老師和學(xué)生的一致好評(píng)［4］。線上學(xué)習(xí)能夠?qū)⒄n堂教學(xué)與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，利用大學(xué)慕課、騰訊會(huì)議、釘釘、學(xué)習(xí)通等教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)易實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。線上自學(xué)+線下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式使課堂教學(xué)形式以原來(lái)老師教為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生學(xué)為主，從而不斷提高學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。

3.2?線上在線學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)并提出問(wèn)題

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)多采用以教師教為主的授課模式，教師通過(guò)黑板板書(shū)和多媒體PPT演示對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行授課，教師難以針對(duì)不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)，線上線下互動(dòng)性和過(guò)程體驗(yàn)感較差，教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期要求［5］。而利用線上開(kāi)放性課堂學(xué)習(xí)能夠很好地解決傳統(tǒng)模式的不足，在授課之前，教師將章節(jié)中涉及的知識(shí)點(diǎn)發(fā)布到釘釘、學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，供學(xué)生下載和學(xué)習(xí)，例如原理、技術(shù)工藝等內(nèi)容以PPT或者動(dòng)畫(huà)等形式。學(xué)生根據(jù)章節(jié)內(nèi)的知識(shí)重點(diǎn)與難點(diǎn)，借助于教材、學(xué)習(xí)平臺(tái)完成提前布置的線上學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生以分組任務(wù)的形式提交PPT學(xué)習(xí)報(bào)告，教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)查看每位學(xué)生或者每組的PPT學(xué)習(xí)報(bào)告。為鼓勵(lì)學(xué)生參與的積極性，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過(guò)設(shè)置自動(dòng)給出每一組或者每個(gè)同學(xué)的任務(wù)完成基本分?jǐn)?shù)，此部分分?jǐn)?shù)占任務(wù)完成整體成績(jī)的20%。

3.3?翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，提高學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性

線下或者線上上課時(shí)，教師首先用30分鐘時(shí)間講授本次課的知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)，然后進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生分組匯報(bào)任務(wù)完成情況。學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行小組的PPT展示，闡述線上教學(xué)任務(wù)的完成情況，教師對(duì)分組匯報(bào)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)評(píng)，對(duì)學(xué)生匯報(bào)的內(nèi)容或者給出的答案進(jìn)行指導(dǎo)，幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行深入理解。該環(huán)節(jié)教師可以給每組或者每個(gè)同學(xué)進(jìn)行打分，組與組之間也可以打分，通過(guò)教師打分和組間相互打分，按照一定的權(quán)重比例給出任務(wù)完成效果分?jǐn)?shù)，此部分分?jǐn)?shù)占任務(wù)完成整體成績(jī)的80%。通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂創(chuàng)新形式，體現(xiàn)了CDIO工程教育模式，全面展示了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力。

3.4?考核方式全過(guò)程化教學(xué)模式的構(gòu)建

在實(shí)施教改前，“環(huán)境工程原理”課程的考核方式為傳統(tǒng)的平時(shí)成績(jī)與期末成績(jī)相結(jié)合。平時(shí)成績(jī)由平時(shí)作業(yè)成績(jī)和簽到率構(gòu)成，作業(yè)內(nèi)容為章節(jié)后的練習(xí)題，平時(shí)成績(jī)占最后總成績(jī)的10%。期末考試試卷成績(jī)占學(xué)期最后總成績(jī)的90%。舊的課程考核評(píng)價(jià)方式既不能考查學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)態(tài)度和積極性，也不能體現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中和同學(xué)及教師的互動(dòng)情況，更不利于提高學(xué)生的個(gè)人能力，例如學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力、組織能力、邏輯分析能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。因此，構(gòu)建全過(guò)程考核方式的教學(xué)模式十分必要。

本課程以線上學(xué)習(xí)（權(quán)重30%）、小組任務(wù)（權(quán)重30%）、線下課堂表現(xiàn)（權(quán)重15%）以及期末考試（權(quán)重25%）等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行全過(guò)程考核評(píng)價(jià)。其中，線上學(xué)習(xí)形式主要有視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)測(cè)試、課前討論及個(gè)人作業(yè)等形式；線下課堂形式主要有課堂考勤、小組匯報(bào)、課堂參與、問(wèn)卷、搶答、討論、隨堂練習(xí)。期末考試主要是指期末組織的線上或者線下考試，可以以試卷或者大作業(yè)的形式進(jìn)行。全過(guò)程考核加大線上學(xué)習(xí)的權(quán)重以提高學(xué)生的線上主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)加大小組任務(wù)的權(quán)重以提高學(xué)生的個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和綜合素質(zhì)，課程全過(guò)程考核體現(xiàn)了CDIO工程教育培養(yǎng)模式，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果、實(shí)踐創(chuàng)新能力等方面的考核。

近年來(lái)，虛擬仿真技術(shù)、智能化多媒體技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的推廣加快了教育信息化、現(xiàn)代化、數(shù)字化進(jìn)程，為傳統(tǒng)教育改革與發(fā)展提供了一個(gè)強(qiáng)大的動(dòng)力［教育部印發(fā)《高等學(xué)校數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范（試行）》］，為教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)提供了巨大便利。因此，通過(guò)課程的教學(xué)改革，可將豐富的數(shù)字化教學(xué)資源上傳至互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)，有效利用互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)，為知識(shí)、技能的及時(shí)更新?lián)Q代提供途徑，以滿足不同層次專(zhuān)業(yè)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，更好地保證線上線下混合式教學(xué)的順利進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)

在河南工學(xué)院“示范性應(yīng)用技術(shù)類(lèi)型本科高?！苯ㄔO(shè)背景下，“環(huán)境工程原理”課程進(jìn)行了課程內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式等方面的教學(xué)改革，通過(guò)教學(xué)改革不斷提高了教師的教學(xué)技能和教學(xué)質(zhì)量，也大大激發(fā)了學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的興趣，學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力得到有效提高。

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基金項(xiàng)目：河南工學(xué)院教改項(xiàng)目（CLXY2021005，CLX?Y2021007）；河南工學(xué)院創(chuàng)新教育課程項(xiàng)目（CX2022001）；河南工學(xué)院3+1教學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目（cx20220143，cx20220102，cx20220165）；河南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（232300420143）

作者簡(jiǎn)介：師東陽(yáng)（1979—?），男，河南許昌人，博士研究生，副教授，從事環(huán)境污染治理、環(huán)境功能材料的制備及應(yīng)用等方面的教學(xué)及研究工作。