基于OBE 的物理污染控制工程教學(xué)改革探索

王卓，劉浩(貴州理工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003)

0 引言

以成果為導(dǎo)向的教育教育模式(outcome based education, OBE)自20 世紀80 年代在美國提出和理論體系完善后，在歐美國家逐漸成為了教育改革的主流理念，發(fā)展至今已經(jīng)被全世界高等教育認可[1]。OBE 教育模式相對以往以單一理論知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)更加注重學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，更加注重提高學(xué)生的實踐運用能力，在一定程度上解放了學(xué)生的思想，有利于增強學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)新能力。2016 年6 月2 日，我國正式被國際工程聯(lián)盟大會批準為“華盛頓協(xié)議”第18 個成員國，標志著我國工程教育質(zhì)量得到國際認可，工程教育國際化邁出重要步伐[2]，為我國的工程教育創(chuàng)新變革帶來了重大機遇。同年我國提出了“新工科”的概念，OBE 教育模式的改革是實現(xiàn)“新工科”目標的重要一招，有利于培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。

環(huán)境工程專業(yè)的畢業(yè)生能夠達到行業(yè)認可的專業(yè)水平標準，是環(huán)境工程專業(yè)進行工程教育認證的核心，同時也與OBE 教育模式中以培養(yǎng)對象的成果與能力為目標的核心理念不謀而合。目前，我國各大高校，特別是新興本科高校都在積極探索應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，不斷優(yōu)化課程設(shè)計，創(chuàng)新教學(xué)方式，突出教學(xué)成果，以提高學(xué)生的專業(yè)水平和綜合能力。

本文以某高校環(huán)境工程專業(yè)的物理污染控制工程課程為例，進行初步探索，分別圍繞課程教學(xué)目標、課程教學(xué)難點、課程改革措施等方面進行了分析，以此為依據(jù)促進課程教學(xué)的不斷改進。

1 課程培養(yǎng)目標

物理污染控制課程主要包含了噪聲污染、振動污染、電磁輻射污染、熱污染、光污染的基本概念、物理污染控制的基本方法及其原理。本課程的教學(xué)設(shè)計旨在使學(xué)生掌握扎實的物理污染基本知識，使學(xué)生具備常見的物理污染控制的設(shè)計能力，能夠進行簡單的隔聲、降噪、隔音、防眩光等防治設(shè)計[3]。物理污染有別于水污染、大氣污染等化學(xué)污染，表現(xiàn)為局部性和無殘留性，在常規(guī)的環(huán)境監(jiān)測工作中，往往會忽視其環(huán)境影響而更加關(guān)注化學(xué)污染。本次研究對象在該課程設(shè)置上，為專業(yè)選修課而非必修課程。從課程定位亦可看出，在高等教育中其受重視程度不高。實際上，物理污染控制作為《高等學(xué)校本科環(huán)境工程專業(yè)規(guī)范》中的9 門核心課程之一，是拓寬環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生專業(yè)方向，為學(xué)生考取環(huán)境評價工程師及注冊環(huán)評工程師等技術(shù)資格證必備的課程之一。

2 課程教學(xué)難點

2.1 專業(yè)知識缺乏有效銜接，不利于OBE 教學(xué)模式的目的產(chǎn)出

環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的課程，多數(shù)圍繞環(huán)境化學(xué)展開，環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生在物理學(xué)知識方面較為匱乏。且由于本課程設(shè)置于第二學(xué)年下半學(xué)期開展，與大學(xué)物理公共課程的銜接程度不高，導(dǎo)致學(xué)生對物理污染中的相關(guān)概念掌握不足，缺乏有效銜接。例如，在課堂提問中可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對振動相關(guān)的物理公式一知半解，在實驗課程中展現(xiàn)出無從下手的現(xiàn)象。加之前置課程的脫節(jié)導(dǎo)致學(xué)生的課堂教學(xué)效率不高，從而影響學(xué)生對該課程知識的掌握程度，導(dǎo)致學(xué)生在處理物理污染實際問題時缺乏扎實的理論知識支撐，這有悖于OBE 的教學(xué)目的。

2.2 知識點體系獨立，關(guān)聯(lián)度不高，導(dǎo)致學(xué)生難以系統(tǒng)學(xué)習(xí)

物理污染中的各類知識涉及面很廣，包含了噪聲、振動、電磁輻射、放射性、熱、光等6類物理污染。這些知識體系龐大但知識體系大多數(shù)沒有相關(guān)性，產(chǎn)生方式不同、路徑不同，對自然環(huán)境以及人類活動造成的影響都各不相同。同時，在設(shè)計控制措施和方案時，思路及方法都大相徑庭。例如：噪聲污染來源于物體的振動，但是否造成污染與聲級有關(guān)，傳播路徑可由氣體傳播、固體傳播，對人類造成的影響是聽覺以及精神上的損害；而光污染來源于物體的發(fā)光發(fā)熱，是否造成污染與光的照度、角度以及光產(chǎn)生的時間有關(guān)，傳播路徑比較單一，對人類造成的影響是視覺上的物理損害。因此，兩者在參數(shù)計算以及控制設(shè)計時，前者更多的是考慮切斷傳播路徑，后者更多是考慮控制污染來源。由此可見，學(xué)生在學(xué)習(xí)不同章節(jié)的過程中，總是反饋知識體系比較跳躍，理解起來有難度。

2.3 課程內(nèi)容復(fù)雜，課時分配不合理

本課程涉及的6 類污染，涵蓋了聲學(xué)、光學(xué)、電子輻射防護、熱學(xué)以及需要具備初步的環(huán)境影響評價方法和思維，需要學(xué)會系統(tǒng)地設(shè)計控制方案。

在各類教材中，有一半以上的篇幅內(nèi)容為噪聲污染控制，以某高校的《物理污染控制工程》教材為例，教材共計13 章，其中前8 章為：(1) 緒論；(2) 聲學(xué)的基礎(chǔ)知識；(3) 噪聲評價和標準；(4) 噪聲測量技術(shù)；(5) 噪聲污染控制技術(shù)；(6) 吸聲和室內(nèi)聲場；(7) 隔聲技術(shù)；(8)消聲器。后5 章為：(9)振動污染極其控制；(10)放射性污染控制；(11)電磁輻射污染控制；(12)熱污染及其防治；(13)光污染及其防治。噪聲污染在課程規(guī)劃中占據(jù)了近50% 的課時，剩余5 類污染占據(jù)剩余的50%，平均每個類別的污染控制分別占總課時的10%。相比之下，噪聲污染的知識點布局更加具有深度，對電子輻射、放射性污染等知識則涉及較少。雖然噪聲污染知識全面、課時占的比例大，但對不同場景下的噪聲其采用的標準、要求及評價方法都有詳細區(qū)分[4]。于是，在對噪聲污染評價時，容易對涉及到的一些物理參數(shù)和評價量的應(yīng)用情景發(fā)生混淆，且在教材中并沒有給出如何對評價量進行區(qū)分，進而在教學(xué)時不能更好地給學(xué)生進行詳細說明，導(dǎo)致課堂效率不高且不能達到學(xué)以致用的目的。占據(jù)課時較多的噪聲污染尚不能達到教學(xué)的目的，可見那些花費課時較少的內(nèi)容的情況。在這種課時安排的情況下，又加之課程內(nèi)容復(fù)雜，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時對各種知識的掌握程度深淺不一，在實際應(yīng)用等方面也存在一定困難。

2.4 驗證型實驗具有局限性，實驗結(jié)果產(chǎn)出較差

本門課程的通過理論與實驗教學(xué)，最終目的是培養(yǎng)出具有能夠初步設(shè)計物理污染控制方案能力的學(xué)生。而本門課程所包含的實驗多為傳統(tǒng)的驗證型實驗，即用最基本的實驗方法以及技術(shù)操作，來驗證課本中某一理論公式或原理知識的正確性[5]。與綜合性實驗相比，此種實驗的問題解決能力較差，難以使學(xué)生得到鍛煉。由于實驗結(jié)果已知，學(xué)生對所做實驗的興趣不濃，實驗過程中按部就班。當(dāng)實驗步驟結(jié)束后得到的數(shù)據(jù)誤差較大時，學(xué)生為了避免改錯，時常存在互抄實驗數(shù)據(jù)，仿造數(shù)據(jù)等行為，實驗報告千篇一律，實驗對學(xué)生的實際操作能力鍛煉效果很差。與設(shè)計型實驗相比，驗證型實驗課程中的學(xué)生學(xué)習(xí)自主性較差。且由于實驗步驟固定，許多學(xué)生甚至在不懂實驗原理情況下就開始動手操作，再加之設(shè)備操作也較為簡單，實驗數(shù)據(jù)較為容易得出。例如，在振動污染實驗中，學(xué)生僅需要學(xué)會設(shè)備接線，即可開始測試，測出來的結(jié)果往往都沒有進行誤差修訂。而減振器材的性能以及所得到的減振結(jié)果是否滿足污染控制需要，在許多學(xué)生的實驗報告中沒有體現(xiàn)。與創(chuàng)新性實驗相比，此實驗課程教學(xué)的創(chuàng)新性不高，學(xué)生的思維空間無法得到有效拓展。由于缺乏有待解決的問題場景，都是預(yù)設(shè)好的設(shè)備參數(shù)，學(xué)生幾乎很少會在實驗前主動查閱文獻知識，拓展實驗思路，得到的實驗成果不僅缺乏實際應(yīng)用性，對知識的鞏固性也較差。

3 課程改革措施

3.1 提高專業(yè)知識的有效銜接，補充前置課程專業(yè)知識的鋪墊

對于環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生來說，由于專業(yè)的特性，在物理污染控制工程中涉及到的聲學(xué)、振動學(xué)、電磁學(xué)等相關(guān)知識理解和掌握的情況有著不足。據(jù)統(tǒng)計，物理污染控制課程中噪聲污染及其控制一章包含公式189 個，振動污染及其控制一章也包含公式60 個，給學(xué)生進行學(xué)習(xí)時造成了一定的難度。這就要求在物理污染控制工程課程進行前或在對某一物理污染進行教學(xué)前，帶領(lǐng)學(xué)生對大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)等課程中涉及到的與物理污染控制課程相關(guān)知識進行簡單復(fù)習(xí)，以減少在進行該課程時發(fā)生知識脫節(jié)等現(xiàn)象。同時增強對應(yīng)知識的連接性，使學(xué)生加深對運用到的公式和概念的理解，掃除學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的障礙，為學(xué)生解決某一物理污染問題時提供計算的方法和思路。

3.2 增強知識點之間的關(guān)聯(lián)度，將零散的知識系統(tǒng)化

該課程本身的知識內(nèi)容抽象、結(jié)構(gòu)邏輯性松散、理論計算較多等特點對教學(xué)過程形成了一定的挑戰(zhàn)。對課程中的主要知識噪聲和振動污染，可引入項目式教學(xué)法來解決這一困難。所謂項目式教學(xué)法即將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為若干個工程項目，通過組織學(xué)生參與項目設(shè)計來完成教學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過工程項目設(shè)計來串聯(lián)該章節(jié)的知識點，將零散的知識系統(tǒng)化[6]。運用項目式教學(xué)法可以提高學(xué)生解決實際問題的能力和興趣，并且完成項目所帶來的研究成果。這不僅可以提高學(xué)生的成就感，還與OBE 教育理念不謀而合。例如在課堂中引入一個城市軌道交通噪聲與振動控制項目，以小組形式進行開展，每個小組成員進行分工合作，通過讓學(xué)生把所學(xué)知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，同時教師要求學(xué)生在理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，熟悉、掌握和總結(jié)不同特征噪聲的控制技術(shù)在工程中的使用條件和降噪效果。在項目中，教師給學(xué)生布置相應(yīng)的思考問題，問題緊扣教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以帶著問題進行項目設(shè)計，并在實際應(yīng)用中把所學(xué)的知識串聯(lián)起來，起到舉一反三的效果。教師可以通過學(xué)生對問題回答的情況，對學(xué)生的掌握程度進行了解。

3.3 根據(jù)知識的實際情況科學(xué)合理分配課時

當(dāng)污染源涉及多個物理污染問題時，如核電站涉及熱污染和放射性輻射的復(fù)合，這就需要學(xué)生利用所學(xué)知識綜合分析問題。因此，培養(yǎng)以成果為導(dǎo)向模式下的學(xué)生需要合理的課時分配來學(xué)習(xí)各方面的知識。學(xué)生對不同內(nèi)容的掌握情況與課程的課時分布有著密切聯(lián)系，為了提高該課程的教學(xué)效率，就要從科學(xué)合理地對課時進行分配下手。

根據(jù)本文課程教學(xué)難點中提到的某高校課時安排中噪聲污染在課程規(guī)劃中占據(jù)了近50% 的課時，剩余5 類污染占據(jù)剩余的50%，噪聲污染占的比例過多，其他振動、電磁輻射、放射性、熱、光污染在課時安排上就顯得比較倉促。該課程中許多知識在之前的課程中已經(jīng)接觸過，例如噪聲中的噪聲測量、噪聲聲壓級計算、噪聲的評價和標準等內(nèi)容，學(xué)生在環(huán)境監(jiān)測課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過[7]，這就需要教師在備課前對相似的內(nèi)容進行合并，減少重復(fù)的知識點講解現(xiàn)象的出現(xiàn)，相對于之前學(xué)過的知識應(yīng)對新知識有所側(cè)重，把可減少的課時用于傳授其他知識上去。對物理污染控制工程課程來說，可以對噪聲污染減少的課時加在其他五類物理污染上去。

3.4 改變實驗教學(xué)模式，提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力

近年來，我國高校不斷通過增加綜合、設(shè)計、研究創(chuàng)新型實驗的學(xué)時比例來強化學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，幾乎成為各高校爭相采用的一種有效措施[8]。為了提高學(xué)生對本課程的思維創(chuàng)新能力，提高實驗教學(xué)的成果產(chǎn)出，就要從傳統(tǒng)的以驗證性實驗為主的實驗向綜合型、設(shè)計型實驗轉(zhuǎn)變。通過實驗提高學(xué)生的應(yīng)用能力需要從兩個方面下手：一是教師要改變以往的教學(xué)模式，從以往的教師“駕馭”、學(xué)生“照方抓藥”到學(xué)生“駕馭”實驗課堂轉(zhuǎn)變；二是應(yīng)改革考核方式，由以前的以實驗結(jié)果的對錯考核為主改進為以對實驗結(jié)果的分析、總結(jié)和運用的質(zhì)量考核為主[8]，以此來激勵學(xué)生對所作實驗的主動性和積極性。

近年來，實驗內(nèi)容雖有所改善，如在實驗中加入思考題，但也存在著不足，很多地方還能看到驗證型實驗的影子。以某高校物理污染控制工程實驗中消聲器性能測定實驗為例，實驗步驟比較固定化和機械化，實驗用到的噪聲自動監(jiān)測儀和空壓機等儀器，操作簡單，學(xué)生只需按部就班地做完實驗即可。根據(jù)實驗的不足之處，可以對該實驗進行一些變動，讓學(xué)生根據(jù)實際案例來自己設(shè)計實驗。例如根據(jù)企業(yè)內(nèi)動力設(shè)備如：通風(fēng)機、空壓機等，設(shè)計一個插入損失(LIL)為多少的消音器來降低其發(fā)出的空氣動力性噪聲，通過實際案例來改變實驗的模式，把實驗課堂的主動權(quán)交給學(xué)生。教師通過對學(xué)生的設(shè)計的成果來打分，實現(xiàn)真正以成果為導(dǎo)向的教育評價模式，學(xué)生在做實驗的同時將所學(xué)的理論知識用到實踐中，并在實驗中豐富所學(xué)知識，提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。

3.5 通過賽學(xué)結(jié)合，達到以賽促學(xué)的目的

基于OBE 教育理念，可以在教學(xué)過程中增設(shè)工程競賽的環(huán)節(jié)。競賽的本質(zhì)目的是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生綜合能力[9]，這與OBE 理念下物理污染控制工程教學(xué)育人的目標是相契合的。學(xué)生通過綜合運用所學(xué)的知識來進行研究成果的較量，例如：我國某高校物理系專業(yè)舉辦的光污染工作坊及比賽，學(xué)生通過深入社區(qū)實踐收集數(shù)據(jù)來分析光污染問題，并對光污染有代表性的地方進行攝影展覽，借此展示了光污染對社會和生態(tài)帶來的危害，推動人們關(guān)注光污染問題。又如工程設(shè)計表達大賽、“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等，從而磨練學(xué)生，實現(xiàn)學(xué)生職業(yè)能力、知識技能、專業(yè)素養(yǎng)、團隊配合、溝通交流、規(guī)劃決策等能力素質(zhì)的綜合提高[10]。教師還可以通過多種有關(guān)物理性污染方面的競賽方式來促進學(xué)生的成果轉(zhuǎn)化，利用競賽的方式在向社會展示物理污染帶來危害的同時，激發(fā)了學(xué)生解決實際問題的興趣，推動學(xué)生及時自覺地為解決實際問題而補充相應(yīng)的理論知識，進而提升對物理污染控制工程理論知識的研究深度，為解決實際工程問題增加知識儲備和實戰(zhàn)經(jīng)驗。

通過競賽的方式使學(xué)生在對所學(xué)知識鞏固的同時，又能發(fā)現(xiàn)自身的不足之處，提高自身的實際應(yīng)用能力，加深對OBE 教學(xué)理念的理解，在今后的工程學(xué)習(xí)過程中自覺地形成以“成果為導(dǎo)向”的意識并以此作為自己的學(xué)習(xí)目標。3.6 完善課程考核體系

課程考核是物理污染控制工程課程教學(xué)的重要組成部分，是對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的反映，同時也是提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)成果的重要因素。教師可以通過根據(jù)課程考核的結(jié)果來調(diào)整教學(xué)的方式，是對學(xué)生負責(zé)的體現(xiàn)。

以往的課程考核方式只是簡單地通過學(xué)生課程的考試成績、課堂表現(xiàn)和考勤來作為依據(jù)。這種考核方式存在著一定的弊端，如：學(xué)生考試時作弊、通過其他同學(xué)簽到等，存在學(xué)生學(xué)習(xí)成果得不到有效檢驗，學(xué)生對課堂態(tài)度的不認真導(dǎo)致教師以成果為導(dǎo)向的任務(wù)就得不到落實，這就不符合OBE 教育理念、不利于OBE 教育模式的產(chǎn)出。因此，應(yīng)建立一個具有OBE 特征的考核體系。其中，適當(dāng)?shù)亟档涂荚嚦煽儭⒖记诘仍趯W(xué)生成績中的比例，把學(xué)生在學(xué)科競賽中取得的成績、在課程實驗過程中取得的成果作為考核的重要依據(jù)。通過對課程考核依據(jù)的調(diào)整，學(xué)生會自覺地提高對物理污染控制工程課程的重視，積極地參加課程競賽、實驗研究等來達到考核要求，使得OBE 教學(xué)模式在課程中發(fā)揮更大的效益。

4 結(jié)語

本文淺論了在改革探索物理污染控制工程OBE教育模式道路上存在的障礙，如：課程之間銜接性不高、知識點之間缺少關(guān)聯(lián)、課時分配不合理、驗證性實驗等弊端，并提出了相應(yīng)的解決方法。持續(xù)改進是OBE 教學(xué)模式的支撐點，課程在不斷地完善教學(xué)設(shè)計中，也會實現(xiàn)鑄魂與育才的融合[11]。只有脫離傳統(tǒng)的以教師、課本為核心的課堂教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為核心，以成果為驅(qū)動力，才能夠真正培養(yǎng)出具有可持續(xù)發(fā)展理念，具備物理污染防治方面的專業(yè)知識的應(yīng)用型人才，以及熟知基本物理污染控制工藝與設(shè)備的設(shè)計方法、物理污染控制領(lǐng)域新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備的創(chuàng)新型人才。