徐世平 ， 李玉江 ， 岳欽艷 ， 王 燕 ， 石 巖 ， 高明明

(山東大學，環(huán)境科學與工程學院 ， 山東 青島 266237)

0 前言

為培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，自2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設。在《新工科研究與實踐項目指南》中明確提出，要“推進基于成果導向(OBE)的工科學生工程實踐能力培養(yǎng)，設計評價體系，指導改革實踐”。成果導向教育(OBE)是一種強調基于學習成果的教育改革理念，其課程設計過程中要預先確定學習的結果，據此進行反向設計，并適時調整課程內容，提供個性化學習指導和結果評定，以確保所有學生在學習結束后都能獲得諸如創(chuàng)新性思維能力、綜合分析能力、組織策劃能力等高階能力[1]。

環(huán)境工程學是環(huán)境專業(yè)本科生的專業(yè)核心課，該課程全面、系統(tǒng)地論述了環(huán)境工程學的基本理論、污染防治技術與控制工程及其發(fā)展趨勢。該課程的實踐教學效果直接影響到環(huán)境類學生的基礎理論水平、實際操作能力及解決復雜環(huán)境工程問題的綜合能力。為強化學生對課程知識的深入理解與實際應用，現(xiàn)有環(huán)境工程學課程體系中通常包含多個實驗項目，但現(xiàn)有的實驗體系與教學模式不能滿足行業(yè)內出現(xiàn)的新形勢和新需求[1]。筆者從當前新工科人才培養(yǎng)的目標出發(fā)，引入OBE教育理念，對環(huán)境工程學實踐教學模式進行了多項改革與創(chuàng)新，并取得了良好的實踐教學效果。

1 環(huán)境工程學實踐教學體系革新

筆者針對現(xiàn)有環(huán)境工程學實踐教學體系存在的問題，分別從教學內容、培養(yǎng)模式和考核體系三個方面進行了革新。

1.1 綜合型、創(chuàng)新型實踐教學體系建設

環(huán)境工程學知識體系不僅包括廢水、廢氣、廢渣等多種污染防治技術，還涵蓋了化學、水力學、生態(tài)學、微生物學等多個學科，是典型的多學科交叉課程，具有開展多學科交叉教學的潛力。但目前該課程實驗內容的設置仍然是單一污染體系“各自為政”，實驗內容被嚴格劃分為水污染防治實驗、氣體污染防治實驗、以及固體廢物相關的實驗。各污染體系之間缺乏聯(lián)系，更不用說學科交叉等綜合性培養(yǎng)模式的實施，無法培養(yǎng)學生處理具體環(huán)境問題所需要的綜合能力。

按照創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標的要求，教師團隊結合目前產業(yè)需求和科研前沿，精心挑選了多個與理論課相適配、工程實際相結合的實驗內容。比如：①垃圾滲濾液的無害化處理實驗，該選題融合了固廢處理與高濃度有機廢水處理兩大環(huán)保問題，涉及化學、微生物學等多個學科。②農業(yè)廢棄物資源化制備活性炭，用于吸附可揮發(fā)性污染物實驗。該選題涉及固廢資源化及氣態(tài)污染物處理等相關內容。③海水養(yǎng)殖區(qū)低濃度抗生素的光催化降解實驗。該選題錨定水體中低濃度、高毒性污染物的深度凈化，并成功引入了綠色低碳概念。通過提高綜合性、創(chuàng)新性實踐項目的數量比例，改變了以往驗證性、示教性實驗數目占比過高的情況，激發(fā)了學生的實踐積極性，重點培養(yǎng)了學生的自學能力和創(chuàng)新思維，提高了學生解決實際環(huán)保問題的綜合能力。

1.2 多層次、多維度實踐培養(yǎng)模式探索

在以教師為中心的投入導向型培養(yǎng)模式中，實驗內容多以強化學生對課程知識的深入理解為目標，以教師演示的驗證性實驗為主，而缺乏擁有創(chuàng)新性和設計性的實驗內容，沒有緊跟學科發(fā)展的步伐，導致學生學習積極性較低，創(chuàng)新實踐能力差。針對這一現(xiàn)狀，教師團隊積極引入成果導向理念，針對不同性質的實驗項目，探索出了靈活多樣的多層次培養(yǎng)方式，例如對于基礎性實驗，以教師講授和示范為主，重點培養(yǎng)學生熟練掌握基礎實驗操作，以提高其操作的準確性和規(guī)范性。在掌握了規(guī)范的實驗操作基礎之上，針對目前環(huán)境領域內的熱點環(huán)保問題，設計綜合性實踐課題，綜合環(huán)境、化學、生物學等多學科知識，重點培養(yǎng)學生解決復雜環(huán)保問題的能力。此外，根據學生興趣，開設提高型創(chuàng)新實驗，不限定實踐題目與實驗方案，利用翻轉課堂等多種形式，將學習的主動權由教師轉移給學生，積極推動教師從實驗課程主導者向創(chuàng)新項目引路人的角色轉變。基于此，建立了涵蓋基礎性驗證實驗、綜合性設計實驗、提高型創(chuàng)新實驗的多層次實踐培養(yǎng)體系，而培養(yǎng)模式也由內容局限、單一示范向多層次、開放式轉變。

此外，為了進一步與產業(yè)需求和科研前沿相結合，積極引導鼓勵學生根據自身的能力，挑戰(zhàn)更高的目標，指導學生參加各類國家級、校級學科競賽活動以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽項目，如“挑戰(zhàn)杯”科技學術競賽、節(jié)能減排競賽等。通過競賽，不僅能加深學生對基礎知識的理解，促進學生發(fā)現(xiàn)并凝練行業(yè)共性問題和需求，而且能強化創(chuàng)新性思維培養(yǎng)，提高學生解決實際問題的綜合能力，形成了“實踐、研究、比賽”互動的創(chuàng)新型實踐新模式。

1.3 多角度、全方位考核體系設計

傳統(tǒng)學生成績的考核主要由考勤、實際操作和報告成績組成。指導教師根據學生的課前預習、上課表現(xiàn)以及實驗報告對學生的實踐成績進行打分，具有很強的個人主觀性以及局限性。當學生人數較多時，指導教師往往無法對每位同學的實際操作進行考核，學生只要被動完成實驗任務，并參考實驗指導書完成實驗報告，即可獲得成績。這種評價方式不利于調動學生的主動性和創(chuàng)造性，容易讓學生產生懈怠情緒，而且也不能對學生的自學能力、數據分析、文案制作以及團隊協(xié)作等能力進行全方位的客觀評價[2]。

針對這一現(xiàn)狀，教師團隊建立了由“實驗方案評估”“實驗操作”以及“最終成果答辯”三個環(huán)節(jié)組成的考核評價體系，其中各環(huán)節(jié)成績包括小組互評及教師團隊的綜合評議。通過該評價體系，可以對學生實驗方案設計的合理性、實驗操作的規(guī)范性和最終成果水平等進行多方面評價，并強化了對學生自學、創(chuàng)新、實踐、文案撰寫、團隊合作等能力的全方位評價。

2 實踐教學案例介紹

以垃圾滲濾液的無害化處理實驗為例，教師團隊首先在查閱大量國內外相關文獻的基礎上，篩選了高級氧化技術中操作簡單、效率高的光催化氧化以及Fenton技術為研究對象；設計出了垃圾滲濾液無害化處理實驗框架，并結合文獻數據與自身研究經驗；篩選出了影響處理效果的重要參數，比如溶液pH值、鐵離子濃度、光催化劑投加量等，并開展了模擬實驗?；诖?，編制了相應的實驗指導書。根據理論課時間安排，教師團隊提前引導學生學習垃圾滲濾液處理技術的國內外研究現(xiàn)狀以及主要的研究方法，并詳細介紹了光催化技術與Fenton工藝的工作原理以工藝特點，然后提出實驗的研究內容、目的和初步的實驗思路?；诖?，學生自行選擇實驗題目，并根據實驗內容自行組建實驗小組，在大量查閱相關文獻資料的基礎上，配合以實驗指導書，提出了各小組的實驗方案及實驗參數。有的小組提出要構建高晶度g-C3N4納米片以提高可見光催化效率，有的小組提出要利用電Fenton來實現(xiàn)Fe3+和Fe2+的循環(huán)利用，減少鐵泥的生成。經與教師團隊充分討論后，在充分發(fā)揮實驗室現(xiàn)有條件的基礎上，確定了最終的實驗與研究方案，并預想了實驗中可能出現(xiàn)的情況與問題，以提出相應的應對預案。

本項目開發(fā)的實驗并不是常規(guī)的驗證性實驗，實驗步驟較多，而且實驗過程中會用到強光源以及多種易碎的玻璃容器，因此對實驗的安全性要求更加嚴格。為了避免意外事件的發(fā)生，實驗開始前，教學團隊組織學生學習了實驗室安全規(guī)范以及可能出現(xiàn)的意外事故的應急處理方法，加強實驗室安全管理，做好開展實驗的準備[3]。另外，本項目開發(fā)的實驗是實驗結果不確定的探索性實驗，實驗中，教學團隊鼓勵學生發(fā)掘并分析實驗中遇到的各種問題，積極應對并最終完成實驗內容，鍛煉了學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的綜合能力。實驗后，指導學生進一步分析實驗結果，有針對性的撰寫實驗報告，并進行最終成果答辯，提高學生的數據分析能力及文案撰寫能力。通過以上開放性實驗培養(yǎng)新模式，引導學生自主學習，自行確定實驗參數，并進行可行性分析，充分調動了學生的學習積極性，不僅拓展了學生對垃圾滲濾液處理技術的認識與理解，而且強化了學生發(fā)現(xiàn)問題、凝練問題以及解決問題的綜合能力。

該項目選題基于國際前沿研究成果，將垃圾滲濾液處理領域的前沿技術以及產業(yè)要求引入到了實驗教學環(huán)節(jié)中，課題的篩選基于教學團隊目前正在開展的科研項目，充分發(fā)揮了教學團隊的科研優(yōu)勢和研究基礎，重點培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力、合作溝通能力和問題解決能力。相比于傳統(tǒng)的驗證性實驗，本項目開發(fā)的實驗更加具有科學研究性質，小到設計表格，大到設置實驗參數，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性，全方位地調動了學生的實驗積極性，而且在實驗的同時，加深了學生對垃圾滲濾液性質、處理難度和處理指標的理解，提高了學生的基礎理論水平，很好地服務于本科教學任務。另外，在開放式創(chuàng)新試驗的基礎上，組建了一支由本科生組成的創(chuàng)新團隊，開展了《新型光催化氧化技術改進污水處理工藝》研究。該項目充分發(fā)揮了團隊成員的主觀能動性，經過選題、立項、實驗、答辯等多個環(huán)節(jié)的磨練，該項目最終榮獲了“山東大學第十一屆大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”二等獎和“第六屆”互聯(lián)網+“山東大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”優(yōu)勝獎等?？梢钥闯?，通過該垃圾滲濾液無害化處理實驗，實現(xiàn)了教學實驗內容與產業(yè)實際的平穩(wěn)接軌，有利于實現(xiàn)“新工科”多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的培養(yǎng)目標。

3 結語

在新工科背景下，為滿足綜合型、應用型環(huán)保人才培養(yǎng)的要求，環(huán)境工程學實踐培養(yǎng)體系還有很大的創(chuàng)新空間，比如逐步開放專業(yè)實驗室，突破傳統(tǒng)課堂空間的限制，實現(xiàn)實踐教學環(huán)節(jié)的延伸。另外，實踐內容必須與時俱進，將相關行業(yè)內出現(xiàn)的新概念、新技術以及產業(yè)要求引入到實踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，實踐課題的篩選可以充分發(fā)揮教師團隊的科研優(yōu)勢和研究基礎，實現(xiàn)課堂實驗、科學研究、學科競賽的有機結合，以培養(yǎng)出富有自驅力、創(chuàng)新能力、實踐能力以及團隊協(xié)作能力的多元化、創(chuàng)新性工程人才。