工程教育專業認證驅動下“環境化學”課程改革探索

吳伊波　姚敏　程軍蕊

[摘 要] “環境化學”是高等院校本科專業環境科學與工程課程體系中具有橋梁作用的一門專業基礎課。隨著工程教育專業認證的進一步深入，基于成果導向的教育理念，重新確立“環境化學”課程的教學目標，并從教學內容、教學方法及考核體系等方面進行了教學改革探索，以此完善教學大綱，旨在增強學生主動學習的積極性，提高學生綜合應用所學知識解決實際工程的能力，使這門傳統的理論課程能夠滿足環境工程專業本科生的畢業要求，支撐培養目標的達成。

[關鍵詞] 工程教育認證;OBE理念;環境化學;教學改革

[基金項目] 2020年度寧波大學教研項目“工程教育專業認證驅動下基于OBE的‘環境化學課程改革與實踐”（JYXMXYB202077）

[作者簡介] 吳伊波（1983—），女，浙江寧波人，博士，寧波大學土木與環境工程學院副教授（通信作者），主要從事環境生態修復研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? ? [文章編號] 1674-9324（2021）45-0079-04? ? [收稿日期] 2021-03-11

成果導向教育（Outcomes-Based Education， OBE）最早由美國學者Spady W G提出，在Spadyz的原文中寫道：“OBE means clearly focusing and organizing everything in an educational system around what is essential for all students to be able to do successfully at the end of their learning experiences”[1]，也就是被定義為“在一個教育系統中，所有教學相關事務要清晰地聚焦和組織起來，使之能夠確保學生在學習經歷結束時獲得成功”。近30年來，OBE教育理念已成為全球教育改革的主流理念，美國工程教育認證協會已將OBE理念貫穿于工程教育認證標準的始終[2]。中國于2013年6月加入《華盛頓協議》，標志著我國工程教育專業認證工作的全面開展，OBE教育理念也迅速深入國內各高校各專業的教學實踐。在工程教育專業認證的驅動下，采用OBE教育理念引導專業課程改革具有重要的現實意義。

“環境化學”是高等本科院校環境科學與工程專業的專業基礎課之一。通過對這門課的學習，使學生了解環境污染問題中的相關化學原理，能夠透過環境問題的表象認識到環境問題的本質，掌握環境污染物在各環境介質中的遷移轉化規律，從而對實際環境問題提出防治對策。能夠結合當下環境化學領域的研究熱點，了解學科前沿的發展動態，為復雜環境問題設計解決方案，最終提高學生運用化學基礎理論知識解決實際環境問題的能力。“環境化學”是環境工程專業工程教育認證課程體系中不可或缺的課程，因此基于OBE教育理念加強該課程的改革勢在必行[3，4]。

一、課程改革背景

根據工程教育專業認證的要求，全部必修的教學活動都應對畢業要求達成有所貢獻這一原則[5]。因此，傳統的培養模式和課程體系已不能適應進步的社會需求，不能達成工程應用型人才的培養目標，當前必須以成果導向為核心，以學生中心為基礎，以持續改進為保障，深入專業課程體系的改革。“環境化學”課程作為環境工程專業學生從學科基礎課程邁入專業領域學習的橋梁，是滿足工程教育認證要求中對教學設計和知識體系構建的改革重點。筆者所在專業已向學校提交了認證申請，主要做了以下工作：（1）在最新的培養計劃修訂中，將“環境化學”課程由專業選修課調整為專業必修課。（2）落實和考核本課程的畢業要求及對應指標點。據2020—2021學年第1學期該課程考核評價結果顯示，該課程從選修課調整為必修課后，提高了對學生的期末考核要求，加強了學生對課程理論知識的掌握。與此同時，如何將課程知識靈活地應用于解決實際問題，是該課程教學改革的重點和難點。

二、課程教學中存在的主要問題

（一）教材內容更新緩慢，不能與當下環境科學與技術的發展與時俱進

本課程選用普通高等教育“十一五”規劃教材，戴樹桂主編的《環境化學》（第2版），該教材知識點層次分明，內容全面詳盡，是已有環境化學方面最權威的教材之一，但教材內容涉及大量的化學反應原理與計算，極少與實際環境問題相結合，嚴重缺少環境化學知識應用于解決環境問題的實際案例。隨著環境科學的迅猛發展，環境化學的邊界不斷拓展，研究成果不斷創新，而教材更新緩慢，這部分前沿熱點問題嚴重缺失，學生的學習過程主要依賴教材內容，實際應用能力難以得到鍛煉，這將嚴重影響學生對“環境化學”課程的學習興趣和自身能力的提高。

（二）教學內容側重基礎理論，不足以使學生形成將理論應用于實踐的思維

本課程的授課對象并非化學專業學生，雖然他們在此之前已修過無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等化學基礎課程，但大部分學生對這些基礎理論知識掌握得不夠扎實，欠缺必要的知識儲備。在“環境化學”的學習中，對某一環境介質中的某個環境問題的理解，可能同時涉及以上多種基礎化學知識，因此需要花費大量的時間講解這些基本概念、經典理論及計算公式，導致理論知識講授的密度過高，課程較為枯燥。在課時有限的情況下，運用所學的理論知識進一步結合實際環境問題分析教學內容的步驟可能被一筆帶過，或者讓學生自行課外研讀，難以保證以成果為導向的教學效果，這將嚴重影響“環境化學”課程目標的達成，嚴重阻礙學生將理論知識應用于解決實際問題的思維能力的培養。

（三）教學方法相對單一，不能有效促進學生綜合應用能力的提升

以上兩點表明，學生對“環境化學”知識的學習嚴重依賴教師的課堂講解，學生只能一味地聽講和記憶，課堂參與力度嚴重不足。雖然筆者在教學過程中已經意識到這個問題，比如在課前對上節課知識點進行簡單的回顧，設計一些小問題讓學生回答，布置1～2次關于當下熱點環境問題的PPT匯報作業，增加課堂互動環節，但效果甚微，仍不能充分調動學生的主觀能動性，不利于學生的個性發展，以及綜合應用能力的提升，難以突破以往學習模式中存在的缺陷和漏洞。

基于以上問題，要想確保學生能夠應用課程所學的理論知識、操作技能，以及實際應用案例等解決實際問題，必須突破傳統教學模式，從教學目標、教學內容、教學方法和課程評價等方面，加強OBE教育理念的應用，注重提升學生對所學知識的實際應用能力。著眼于學生學習結束后真正擁有的能力，以多種方式組織教學，讓學生去驗證所學的知識，證明他們取得的學習成果，且逐步提高挑戰水平和可接受的完成標準，期待所有學生都能達到自我實現的目的。因此，課程與教學設計應回歸到學生的能力提高上，尤其強調學生學到了什么，而不是教師教了什么，以學生達到的能力表現作為教學的最終目標。將“反向設計、正向實施”的原則實施到位，結合成果導向的視角，完善課程目標、課程整體設計及課程評估體系。

三、基于OBE理念的教學改革探索

（一）基于OBE理念重設教學目標——提高對學生能力素質的培養

為使“環境化學”課程的教學更加符合OBE教育理念，需要重新確立教學目標，考慮學生對課程基礎知識的掌握程度、對化學污染物造成的環境問題的分析和解決能力、對環境污染中涉及的具體科學問題進行實驗方案的設計能力、通過文獻等查閱工具獲取對當前熱點環境化學問題觀點的能力、通過團隊協作和有效溝通進行匯報能力的培養。筆者從這幾方面重新確立更加符合OBE教學理念的教學目標。教學目標1：結合分析化學、有機化學等基礎知識，理解和掌握各環境介質中發生的環境污染問題的化學原理，并提出相應的解決對策，使學生掌握這門課程的基礎知識，啟發學生靈活應用化學知識解決環境污染的問題。教學目標2：能正確應用“環境化學”的理論和計算方法，解決實際環境污染問題，使學生學以致用，利用所學理論知識解析單一環境污染問題。教學目標3：能結合“環境化學”和其他主干專業課程所學知識，以及文獻查閱方法，分析和討論實際中的環境問題，并提出治理和預防措施。在此基礎上，使學生能夠結合其他專業課程的知識，并利用文獻查閱手段解決實際中更復雜的環境問題，并提出防治對策。三個教學目標分別支撐畢業要求中相應的指標點，以此實現專業認證中對學生畢業要求的達成，全面提高學生各方面的綜合能力。

（二）基于OBE理念改進教學內容——實施案例引導式授課

每學期在課程開篇，結合當前環境化學關注的熱點問題，以故事的形式呈現與日常生活密切相關的新型污染物，包括新型污染物的來源、特性、環境歸驅及可能產生的危害，以此充分展示該學科的作用和魅力，充分調動學生的積極性。在理論課程的講授中，引入各環境介質的前沿問題，圍繞某一熱點環境問題提出相應的科學問題，將理論基礎知識穿插在案例講解過程中。此外，增設項目課程，通過查閱文獻完成實驗方案的設計;增設討論課程，對典型環境問題及當下的研究進展進行PPT匯報，并設提問環節，以此加深學生對環境化學學科內容和研究特點的理解，使學生具備使用現代檢索工具查閱文獻資料和分析歸納資料的能力。

（三）基于OBE理念豐富教學方法——構建多樣化的教學模式

1.案例導入教學。在理論知識課程的講授中，播放涉及課程內容的前沿環境問題短視頻，引出本講內容，然后圍繞該環境問題，向學生提出相關理論和具體問題，讓學生帶著問題聆聽本講知識點，由此掌握相關基本概念、計算方法等。在此基礎上適當講解針對該環境問題的解決對策，啟發學生利用所學知識解決實際環境問題。

2.專題討論教學。分組分主題開展。一般以4～5人為一組，分工合作，圍繞某一熱點環境問題，進行資料搜集、PPT制作、課堂匯報及問題回答。在常規PPT匯報課程的基礎上，特別設置提問環節，不僅能提高學生對PPT內容的關注度，還能引發其思考，對匯報小組提出問題，由此展開討論，這一過程能夠加深學生對該主題環境問題的理解，激發學生的學習興趣。

3.項目設計教學。在學習完本課程各講所有基本知識后，在課程最后1～2講設置該環節，旨在考查和檢驗學生的綜合應用能力。針對某一復雜環境問題，學生在結合其他專業課程知識、查閱文獻的基礎上，獨立設計實驗方案，以大作業的形式上交。教師在課程中對學生的設計方案進行評價和優化，培養學生的科研素養，進一步提升環境工程專業畢業生的專業技能和綜合素養。

（四）基于OBE理念完善考核方式——注重考核學生的應用能力

OBE理念中教學考核的重點是學習成果。課程考核摒棄了原有的以理論考試為主的考核方式，注重討論課程和項目課程學生學習成果的達成和個人綜合能力的提高，且在期末考試卷中提高案例導入式題型的比例，對學生的專業實踐能力、創新能力、團隊協作能力，以及發現、分析、解決問題的能力進行綜合評價。討論課程和項目課程考核評分方法如下。

1.討論課程評分。每組得分由四部分組成，其中資料搜集和整理占20%，PPT制作占20%，PPT講解占30%，回答問題和交流環節占30%。討論課得分占總成績的20%。

2.項目課程評分。每份設計得分由三部分組成，其中實驗設計的合理性占30%，實驗方案的擬定占30%，項目報告的撰寫（包括格式、文獻引用等）占40%。項目課得分占總成績的20%。

基于OBE導向的畢業要求與課程內容的對應關系，進一步明確“環境化學”設置的課程內容對畢業要求的貢獻。通過教改措施（見圖1），特別是引入案例導入式講授，調整討論課模式，增設項目設計課程，極大地調動了學生對專業課的學習興趣，顯著提升了教學效果，學生在獲得了更大的成就感后會更加主動地去學習。在持續改進的機制下，形成以評促改、以改促學、以學促新的良性循環，教師的教學水平不斷提高，學生的能力和素質不斷提升。

四、結語

以工程教育專業認證驅動下為契機，重新思考學生究竟該如何培養，課程體系究竟該如何設置，教師究竟該如何教學，由此開展“環境化學”課程的OBE改革。在全面解讀《工程教育認證標準》的基礎上，根據“環境化學”課程特色，對照12條畢業要求及相應指標點，與之形成明確的支撐關系，以此完善課程教學大綱，并實施于課堂教學，同時將通過“評價—反饋—改進”持續跟蹤改革成效，真正提高學生學習的主觀能動性，最終顯著提高學生解決環境污染復雜工程問題的能力。

參考文獻

[1]Spady WG.Outcome-Based Education： Critical Issues and Answers[M]. Arlington：American Association of School Administrators，1994：1-212.

[2]王紅軍.基于工程教育專業認證OBE理念的畢業要求達成度評價解析[J].教育現代化，2017，4（49）：162-166.

[3]范崢，牛夢龍，黃風林，等.工程教育專業認證背景下化工專業課程教學改革研究[J].大學教育，2019（12）：48-51.

[4]劉嘯天.OBE教育理念下的工科化學基礎課程改革探析[J].科技風，2019（31）：32-33.

[5]劉炎，張若青，徐宏海.工程教育專業認證視角下我國工科高等教育質量提升研究[J].教育教學論壇，2018（34）：16-17.

Exploration on Teaching Reform of Environmental Chemistry Course under the Background of Engineering Education Certification

WU Yi-bo， YAO Min， CHENG Jun-rui

（School of Civil and Environmental Engineering， Ningbo University， Ningbo，

Zhejiang 315211， China）

Abstract： Environmental Chemistry is a professional basic course that plays an important role as a bridge in the curriculum system of environmental science and engineering. With the further deepening of the professional certification of engineering education， based on the achievement oriented educational concept， the teaching objectives of the Environmental Chemistry course were established， and the teaching reform was explored from the aspects of teaching content， teaching methods and assessment system so as to improve the syllabus. The purpose was to enhance students enthusiasm for active learning and improve their ability to comprehensively apply knowledge to solve practical engineering， which could enable this traditional theoretical course to meet the graduation requirements of undergraduates in environmental engineering and support the achievement of training objectives.

Key words： engineering education certification; OBE concept; Environmental Chemistry; teaching reform