基于環境工程專業應用型教學創新模式的“環境工程原理”課程教學改革

師東陽 田瑩瑩 沈文翔 李易瑩

摘?要：根據學校應用型本科高校人才培養目標，對河南工學院“環境工程原理”課程目前的現狀及存在的問題進行剖析，結合學校的環境工程專業特色，本文對“環境工程原理”課程的教學內容、教學方法和考核方式進行探討和改革。通過課程改革，優化了教學內容，突出了課程特色，將教學和科研有機結合，構建了線上自主學習+線下翻轉課堂教學模式，建立并完善基于全過程控制的考核評價體系，使“環境工程原理”課程教學模式改革體現CDIO工程教育模式，更加有利于學生個人創新實踐能力、團隊協作能力提升和綜合素質的提高。

關鍵詞：教學內容；教學方法；考核方式；CDIO工程教育模式

中圖分類號：G642??文獻標識碼：A

為積極響應教育部“十三五”規劃中提出的“推進基礎教育課程與教學改革”要求和河南工學院應用型本科課程的建設通知要求，河南工學院環境工程專業結合自身學科建設的應用型工科特點，以提高教學質量為核心開展課程教學改革。針對課程教學中存在的教學重點把握不準、授課方法單一、全過程考核評價不突出等問題提出積極的改進措施。首先，通過課程內容的優化設計，突出教學重點和應用型專業課程特色。其次，通過教學方法的多元化和考核方式的全過程化，加快了課程教學信息化、現代化、數字化進程，同時激發學生的學習興趣，培養學生自主學習能力［1］，也展示出CDIO（ConceiveDesignImplementOperate，構思、設計、實現、運作）工程教育模式，更加有利于培養學生的團隊精神和創新能力。最后，通過教學改革，可依托網上先進的教學平臺，建立并完善基于全過程控制的考核評價體系。

1?課程現狀及問題

“環境工程原理”是我國高校環境學科的專業基礎課。它以高等數學、物理、物理化學等為基礎課程，主要研究環境污染治理技術中流體質量和能量的計算、設備的構造和基本原理，以及治污環節各單元過程的初步設計［2］。在專業培養方案中，“環境工程原理”課程是基礎學科過渡到環境科學與工程學科的橋梁［3］，該課程主要傳授環境工程基礎理論知識和實踐認知，為學習其他有關課程及以后從事技術工作打下必要的基礎。因此，環境工程課程教學設計對提高學生的理論知識和實踐技能、體現環境工程專業應用型培養定位至關重要。我校的環境工程專業是學校的特色本科專業，正處在發展建設階段，“環境工程原理”課程的教學內容不夠完善、教學設計和教學方法還有待改進，主要表現為以下幾個方面：（1）教材內容多、學時少，案例教學薄弱，課堂教學效果欠佳；（2）課程內容與其他課程例如“大氣污染控制工程”“水污染控制工程”等課程重復內容較多，不能有效突出課程的重點和特色；（3）線上線下互動較少，慕課、學習通、釘釘等受學生歡迎的新興教學工具和平臺使用率較少，學生的體驗感較差；（4）教學考核體系不夠完善，考核方式較單一，過程性考核過程不突出。上述存在的問題不利于河南工學院新形勢下應用型創新人才的培養，為了更好地滿足新的培養方案和教學大綱的要求，對河南工學院“環境工程原理”課程教學進行改革和優化勢在必行。

2?課程內容的優化設計

2.1?優化教學內容，突出教學重點

目前，我校的“環境工程原理”教授課本為胡洪營、張旭等主編的《環境工程原理》（第三版），該教材為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，共有十六章內容，495頁（16開）。我校新的培養方案中“環境工程原理”的總課時為40學時，其中理論課時32學時，實驗課時8學時，所以目前教學中存在教學任務重、學時不夠用的現象。因此，根據教材的內容和我校課程的學時安排，必須對教材內容進行優化，重點講述質量衡算與能量衡算、流體流動、熱量傳遞和質量傳遞等基礎理論知識；重點突出分離過程原理、過濾、吸收和吸附等應用性章節內容的講解；減少化學與生物反應工程原理篇章的內容講解（該篇章部分內容可以作為自學內容）。通過教學內容的優化，更加符合我校環境工程專業應用型特色。

在專業培養方案中，“環境工程原理”作為一門學科基礎必修課程，而“水污染控制工程”“大氣污染控制工程”和“環保設備選型與應用”是專業必修課程。雖然“環境工程原理”課程與其他三門課程的教學內容有密切相關，但是在專業培養方案中，“環境工程原理”課程主要側重于工程基本原理在環境污染治理工藝技術中的應用［2］，其他三門課程作為后續開設的專業課程，更加側重污染治理工藝的選擇、設計和構筑物的計算等基本技能的訓練，以及環保設備的設計、安裝、調試和維護等工程實踐應用。“環境工程原理”課程則是把工程原理知識在廢氣、廢水輸送、煙塵過濾、有機氣體去除、污水沉淀和凈化等實踐中的應用作為重點知識進行講解。因此，“環境工程原理”的課程內容與以上三門課程有所不同。要以專業培養定位為目標，更突出我校環境工程專業應用型特色，為后續開設大氣及水污染治理等專業課程做好鋪墊。因此，在教學內容的優化中，應該充分明確學科基礎課和專業必修課的作用，突出各專業課程的教學重點和難點，避免相關專業課程內容的重復，讓學生具有扎實的工程基礎知識和系統的專業知識。

2.2?教學帶動科研，科研反哺教學

利用教學帶動科研，借助科研反哺教學，將兩者有機結合，對于彰顯環境工程專業應用型特色十分有利［2］。對于任課教師而言，作者本人在任教“環境工程原理”課程之后，受益匪淺，科研能力顯著提高。作者所在的團隊利用“環境工程原理”知識對鑄造、化工、電鍍、磚瓦窯、水泥、機械加工、食品制造和電池制造等制造行業近百余家企業進行了深入的技術幫扶，企業在節能、降耗、減污和增效方面取得了較大效果。與此同時，在技術幫扶的過程中，企業的污染治理技術代表行業發展的最新動向。參加社會技術服務初衷是為了更好地服務教學，教學如果不和社會上的企業行業接觸，就無法了解最新的行業動向，學生畢業以后，就很難適應行業的需求。因此，教學內容必須與時俱進，及時更新。

在科研技術服務中，經典的行業污染治理技術案例能夠很好地反哺到教學中。在講到過濾章節大氣除塵技術時，我們引入水泥行業的典型除塵技術。例如，首先簡單介紹水泥生產工藝；其次根據生產工藝講解粉塵的產物環節：水泥熟料、粉煤灰及微粉的儲存及輸送、水泥配料水泥粉磨、水泥儲存、散裝及包裝等環節；最后詳細介紹目前行業普遍推廣的脈沖袋式除塵技術原理、設備參數選取、地方環保要求和企業排污許可證的登記要求等有關內容。另外，我們在講解到吸附及催化反應時，我們引入化工行業目前流行的催化燃燒技術。例如，首先簡單介紹某有機化學原料制造企業的生產工藝；其次根據生產工藝講解有機廢氣的產物環節：合成、離心、冰機冷凝、原料和溶劑的儲存及輸送及產品包裝等環節；最后詳細介紹目前行業普遍推廣的活性炭吸附+催化燃燒處理技術原理、設備參數選取、地方環保要求和企業排污許可證的登記要求等有關內容。科研中技術案例的教學使知識點講解更加系統化并具有吸引力和實踐意義。

2.3?加強思政教育，開發思政案例

在大學教育中，提倡“把思想政治工作貫徹教育教學全過程”，注重價值塑造、知識傳授與能力培養相統一。因此，根據“環境工程原理”的課程內容和課程特點，細化專業知識點，找出專業知識點中相關的思政元素，認真分析思想政治教育內容與專業知識技能教育內容之間的結合融入點。例如，通過“環境工程原理”課程中大氣、廢水處理技術在“青山綠水就是金山銀山”的發展理念中起到的重要作用，使學生更加熱愛專業學習，積極提高專業技能。通過開發課程思政案例，引導學生堅定正確的政治方向，樹立在學習專業技能方面與時俱進、努力進取的目標，厚植愛國主義情懷，確立科學的價值觀念，培養嚴謹的科學精神，增強自身的綜合素養。

3?教學方法的多元化、考核方式的全過程化

3.1?線上自主學習+線下翻轉課堂教學模式的構建

幾年來，為了改變傳統的課堂教學模式，線上線下互動和翻轉課堂等教學模式在大學教學中逐步推廣，新的教學模式受到了老師和學生的一致好評［4］。線上學習能夠將課堂教學與互聯網實現無縫對接，利用大學慕課、騰訊會議、釘釘、學習通等教學網絡平臺易實現優質教學資源共享。線上自學+線下翻轉課堂教學模式使課堂教學形式以原來老師教為主轉變為以學生學為主，從而不斷提高學生的自學能力和創新能力。

3.2?線上在線學習，學生學習知識并提出問題

傳統的課堂教學多采用以教師教為主的授課模式，教師通過黑板板書和多媒體PPT演示對全班學生進行授課，教師難以針對不同學習層次的學生進行針對性的教學，線上線下互動性和過程體驗感較差，教學效果達不到預期要求［5］。而利用線上開放性課堂學習能夠很好地解決傳統模式的不足，在授課之前，教師將章節中涉及的知識點發布到釘釘、學習通等網絡教學平臺上，供學生下載和學習，例如原理、技術工藝等內容以PPT或者動畫等形式。學生根據章節內的知識重點與難點，借助于教材、學習平臺完成提前布置的線上學習任務，學生以分組任務的形式提交PPT學習報告，教師通過網絡教學平臺查看每位學生或者每組的PPT學習報告。為鼓勵學生參與的積極性，網絡平臺通過設置自動給出每一組或者每個同學的任務完成基本分數，此部分分數占任務完成整體成績的20%。

3.3?翻轉課堂教學模式，提高學習主觀能動性

線下或者線上上課時，教師首先用30分鐘時間講授本次課的知識點、重點和難點，然后進行翻轉課堂讓學生分組匯報任務完成情況。學生根據學習任務進行小組的PPT展示，闡述線上教學任務的完成情況，教師對分組匯報情況進行現場點評，對學生匯報的內容或者給出的答案進行指導，幫助學生對知識重點和難點進行深入理解。該環節教師可以給每組或者每個同學進行打分，組與組之間也可以打分，通過教師打分和組間相互打分，按照一定的權重比例給出任務完成效果分數，此部分分數占任務完成整體成績的80%。通過翻轉課堂創新形式，體現了CDIO工程教育模式，全面展示了學生的綜合素質和創新思維能力。

3.4?考核方式全過程化教學模式的構建

在實施教改前，“環境工程原理”課程的考核方式為傳統的平時成績與期末成績相結合。平時成績由平時作業成績和簽到率構成，作業內容為章節后的練習題，平時成績占最后總成績的10%。期末考試試卷成績占學期最后總成績的90%。舊的課程考核評價方式既不能考查學生平時的學習方式、學習效果、學習態度和積極性，也不能體現學習過程中和同學及教師的互動情況，更不利于提高學生的個人能力，例如學生的語言表達能力、組織能力、邏輯分析能力和團隊合作能力。因此，構建全過程考核方式的教學模式十分必要。

本課程以線上學習（權重30%）、小組任務（權重30%）、線下課堂表現（權重15%）以及期末考試（權重25%）等方式對學生進行全過程考核評價。其中，線上學習形式主要有視頻學習、章節測試、課前討論及個人作業等形式；線下課堂形式主要有課堂考勤、小組匯報、課堂參與、問卷、搶答、討論、隨堂練習。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的形式進行。全過程考核加大線上學習的權重以提高學生的線上主動學習的積極性，同時加大小組任務的權重以提高學生的個人能力、人際團隊協作能力和綜合素質，課程全過程考核體現了CDIO工程教育培養模式，注重對學生學習態度、學習效果、實踐創新能力等方面的考核。

近年來，虛擬仿真技術、智能化多媒體技術等先進技術的推廣加快了教育信息化、現代化、數字化進程，為傳統教育改革與發展提供了一個強大的動力［教育部印發《高等學校數字校園建設規范（試行）》］，為教師教學、學生學習提供了巨大便利。因此，通過課程的教學改革，可將豐富的數字化教學資源上傳至互聯網教學平臺，有效利用互聯網教學平臺，為知識、技能的及時更新換代提供途徑，以滿足不同層次專業學生的個性化學習需求，充分發揮學生的主體作用，更好地保證線上線下混合式教學的順利進行。

結語

在河南工學院“示范性應用技術類型本科高校”建設背景下，“環境工程原理”課程進行了課程內容、教學方式和考核方式等方面的教學改革，通過教學改革不斷提高了教師的教學技能和教學質量，也大大激發了學生參與教學活動的興趣，學生的綜合素質和創新思維能力得到有效提高。

參考文獻：

［1］陸永生，黃鑫，許云峰，等.環境工程原理示范課程建設的實踐探索［J］.大學教育，2018（10）：4345.

［2］石鳳娟，段學軍，楊書申.基于創新能力培養的環境工程原理課程教學改革與實踐［J］.河南教育，2021（1）：2931.

［3］扶詠梅，劉盼，劉彪，等.地方應用型本科高校環境工程原理教學改革研究［J］.廣州化工，2019（47）：151152.

［4］鐘欣，黃偉，周彬學.基于“慕課+翻轉課堂”學習平臺的環境工程原理課程改革研究［J］.廣東化工，2019（23）：138139.

［5］王夫美，張芝昆，張笑，等.環境工程原理課程教學方法的探討［J］.教育現代化雜志，2019（101）：208216.

基金項目：河南工學院教改項目（CLXY2021005，CLX?Y2021007）；河南工學院創新教育課程項目（CX2022001）；河南工學院3+1教學創新項目（cx20220143，cx20220102，cx20220165）；河南省自然科學基金項目（232300420143）

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