OBE理念下的环境工程综合实验教学改革思考
工程教育是培养当代卓越工程师的必由之路[1]。环境工程专业作为一门应用性和实践性很强的综合性交叉学科,需要把学生的工程实践能力的培养放在突出的地位。实践教学是环境工程专业本科教学中的重要组成部分,是培养学生工程实践能力的重要环节。工程教育界提出的产出导向教育(Outcome-Based Education,OBE),是20世纪80年代发展起来的比较有影响力的教学理念,相对于传统教学模式,OBE 理念更侧重学生的能力是否满足专业人才的需要,一般是指根据社会的需求来制定教学目标,以实现学生的预期成果和提高学生能力水平进行开展,并对学生的学习成果进行监控、评价以及改进。已成为美国、加拿大和英国等国家教育改革的主流理念[2]。《华盛顿协议成员国》大多以OBE理论作为本国工程教育质量认证的理论基础[3]。我国工程教育专业认证以《华盛顿协议》为基础,因此,我国采用OBE理念来推动学生工程实践能力的提升,逐步缩小了我国与发达国家的差距,提升了我国工程教育教学质量,具有重要的现实意义。
专业实践课程是本科教学中必不可少的环节,是培养高素质环境工程人才的基础,它是理论教学与实践的过渡方式,是培养学生工程实践能力的重要环节[4-5]。而环境工程综合实验是环境工程专业重要的实验课程,是将《环境工程原理》、《水污染控制工程》、《大气污染控制工程》和《固体废弃物处理与处置工程》等专业核心课程的基本原理、方法、技术融于一体,有利于培养学生工程实践能力和创新意识[6]。
2 环境工程综合实验改革的设计
中南民族大学环境工程专业已入选“湖北省普通高等学校战略性新兴(支柱)产业人才培养计划”与“湖北省一流学科建设专业”。近年来为了适应新时期人才培养的需要,我校环境工程专业以工程教育专业认证为契机,在OBE理念的引导下,对环境工程专业的实践课程采取了一系列的改革措施,获得了良好的教学效果。本文基于OBE教育理念,为了进一步强化实验教学环节,对我校环境工程综合实验的教学进行了改革探讨,旨在进一步提高学生的工程实践能力和创新能力。
2.1 教学目标的定位
在OBE教育理念中,教学目标先于教学内容而存在,课程资源开发、学生管理和辅导等活动都要围绕预期目标而展开[7],在OBE教育模式中教学目标的制订很重要。针对环境工程综合实验课程,结合本专业工程教育认证的12条毕业能力要求,确定环境工程综合实验的教学目标:能够熟练运用环境工程专业的相关理论,根据环境污染物的特征,选择合适的研究路线、设计合理可行的研究方案,并能正确采集、整理研究数据,对研究结果进行关联、分析处理,获取合理有效的结论。因此环境工程综合实验要突出“选择合适的研究路线、设计合理可行的研究方案”的教学目标。
2.2 教学内容的优化
传统的教学组织是以老师、书本和教室为中心,学生作为被动的单项接受者,缺乏考虑学生的深度参与。而OBE教育理念的教学组织要体现以学生为中心,激发学生主动学习和有效学习,教学过程要突出学生深度参与。因此,环境工程综合实验课程要围绕教学目标来设计教学内容。对目前我校开设的环境工程综合实验的教学内容进行优化,可以将原来多个内容具体的实验进行融合,设置成一个新的方向。例如,将原来的“硅钼蓝分光光度法测定焙烧后电解锰渣中有效硅的含量”、“粉煤灰胶凝固化实验”、“浸出毒性实验”和“利用粉煤灰、铝矾土制备聚合氯化铝及其在废水处理中的应用”四个固定废弃物处理与处置方向的实验综合设置成一个综合实验“电解锰渣/粉煤灰的综合利用及经济性分析”,优化后,学生根据自己的兴趣爱好,选择将电解锰渣制成硅锰肥、或将电解锰渣和粉煤灰混合制成固化剂、或将粉煤灰加入一定量的铝矾土制成混凝剂,还可以将电解锰渣制成高效催化剂。学生在设计方案前,需要对电解锰渣/粉煤灰的组成成分进行分析,了解其污染特征,然后根据其污染特征选择合适的利方案。例如,依托全国工程应用赛项平台THEMJZG3型水环境监测与治理技术实验/开发平台,对原来的“污水处理系统工艺设计及工艺参数控制实验”、“生物接触氧化法处理有机工业废水启动实验——生物膜的接种、培养与驯化”和“城市生活污水处理厂模型搭建实验”三个实验进行优化后设置成一个组合实验“污水处理工艺的选择及运行效果分析”。指导老师不再给定废水中污染物的种类、污染物的浓度,学生自己确定废水种类,并分析废水中污染物的特征,设计合适的污水处理流程(生物主体工艺可以自由选择A2/O、MBR、SBR,还可以将其与高级氧化、混凝沉淀、吸附过滤等工艺进行组合)。在这个实验中,需要学生自己分析废水的成分、自己设计方案、连接管道、连接自动控制装置、在线监测系统、调试、运行、并对实验结果进行分析。实验的整个过程都是以学生为中心,这样可以充分调动学生积极性,增强学生专业知识的综合运用能力,提高学生的创新能力。同时将原来综合性不强的实验进行精简,这样突出了环境工程综合实验的教学目标“选择合适的研究路线、设计合理可行的研究方案”,符合OBE教育理念。