基于OBE的“水污染控制工程實驗”教學改革研究①

殷 峻 沈東升 呂 黎

(浙江工商大學環境科學與工程學院)

“水污染控制工程實驗”是高等學校環境工程專業和給水排水工程專業學生的必修課，是水污染控制工程教學的重要組成部分，是體現環境工程專業學生知識結構和能力培養的標志性課程之一。然而，目前學院實驗教學仍停留在驗證性實驗上，存在實驗內容簡單、知識點分散、實驗設計不系統等問題。根據OBE的教學理念，不僅要求學生掌握牢固的水污染控制工程基本原理、基本理論和設計方法，而且要求學生具備動手能力，實驗操作技能，觀察及分析問題、解決問題的能力，同時通過信息綜合得到合理有效結論，提出解決典型環境工程問題的方案。為此，我們對傳統的實驗教學環節進行了完善，以促進環境工程專業的可持續發展，為“水污染控制工程實驗”教學的完善和發展提供參考。

一、目前實驗教學中存在的問題

現有實驗室的運行方式已不能適應新時期人才培養的要求。主要表現在：

(1)實驗項目的設置沒有考慮環境工程專業的性質和特點，更沒有依據人才培養方案的要求，因此實驗項目的布置缺乏一定的科學性，對提高學生的認識素養和能力水平沒有幫助。實驗內容單一，多為驗證性實驗，只是幫助學生理解原理，而設計性、綜合性實驗少。課堂教學與實驗教學脫節，基礎理論在學生實驗過程中得不到加強和拓展；專業知識與實踐脫節，實驗結果無法升華到理論高度，理論知識和實踐知識無法有機地融合于學生的知識體系中，實驗教學只是理論教學的外延。

(2)實驗經費投入不足、萬元以上儀器設備臺套數少、學生人數眾多、專業實驗室面積不足等，也是導致演示性實驗、驗證性實驗多，設計性實驗、綜合性實驗少的重要原因。

(3)教師設計實驗目的、實驗內容與步驟，教學方法落后，學生按部就班完成實驗。實驗前教師為學生準備好實驗儀器，調整到正常工作狀態。在教學過程中，教師先講解實驗目的、原理以及實驗步驟，學生再進行機械式的重復。學生不能隨便提出設想或要求改變實驗條件，只能按實驗指導書上剛學過的理論公式、書本上的現象結論計算出或抄寫出實驗開始前就知道的結果，最后提交一份實驗報告。這是我們十分熟悉的以培養動手能力為目的的課程實驗過程，這種實驗學生根本不需要解決和分析什么問題，只要按規定就能完成實驗要求，這必然使學生養成了被動、依賴的實驗習慣，學生的創造性得不到發揮，個性得不到發展，創新意識和創新能力就此被湮滅。

二、基于OBE的實驗教學體系的目標

以成果為導向(OBE)的教育理念是由美國教育家研究了近20年提出的，其主旨是一種強調能力培養與訓練的系統教育，其中的能力是針對某給定的專業、職責或任務而言的綜合能力，也可以說就是適應就業的能力。它的精華在于把焦點放在學生“學到了什么”，而不像以往強調的是學?！敖塘耸裁础?，強調了畢業生實際能力，而不提具體課程要求。新的實驗教學應達到以下四個目標：

(1)實驗教學與理論教學相一致，轉變課程實驗過多依附于理論教學的傳統實驗課程設置模式，徹底實現從課程實驗到實驗教學的根本轉變。

(2)緊跟時代和社會發展需求，結合學生的學習需求，在教學內容中及時反映學科領域的新發展、新動態，不斷調整實驗教學內容和模式，充分發揮實踐在教學中的重要地位。

(3)將OBE教學理念充實到教育改革中，“以學生為主體”重視培養學生獨立思考和解決實際問題的能力，提高創新意識和改革拓展的能力，用創新精神武裝自己的頭腦。

(4)從課堂實驗、創新實驗、科研試驗等方面，全方位實現學生知識、能力、素質的協調發展。

三、優化實驗教學內容與模式

(一)更新實驗項目，加強能力培養

在傳統的水處理實驗教學中，為了方便理論教學的需要，將水處理的各個實驗分開進行，這種驗證性實驗才能加深學生對水污染控制技術基本概念、基本原理、基本方法的理解，但是，卻缺乏連貫性、系統性，不利于學科前沿內容的引入，更不利于學生綜合能力和創新能力的提高。鑒于上述情況，我們首先要把水處理的實驗內容加以匯總，優化實驗內容，引入符合時代發展所需要的實驗內容；其次，把實驗內容從易到難、由淺入深，按照認識的規律分層次教學授課：

第一層次是工程類驗證性實驗，注重基本實驗技能培養，學習基本的測試方法及其正確的實驗數據記錄、分析處理、實驗結果的準確描述和規范實驗報告，包括吸附實驗、混凝沉淀實驗等項目。

第二層次是工程類設計性實驗，通過設計性實驗，充分調動學生學習和探索熱情，培養其獨立思考問題，綜合運用所學知識解決問題的能力，激發學生的創新思維，營造良好的創新氛圍。比如我們有針對性地設計了染料廢水的處理，學生通過分析水質，設計出自己認為的最佳處理方法，并通過實驗加以驗證。

第三層次是實驗室模擬的工程類實驗，通過模擬實際的廢水處理工程，讓學生充分理解實際工程的運行方式，掌握工藝參數的設置，了解參數的設置對于處理的影響，發揮學生的能動性、積極性與創造性。例如微污染水體的生態修復實驗及活性污泥的馴化培養實驗。

第四層次是工程類綜合性實驗，把緊密相連的各個知識點進行有機的統一，體現水處理工藝的系統性，通過這類實驗，鍛煉學生在動態、連續的實驗中的操作技能，讓學生把水處理實驗加以綜合地理解，接受其知識，掌握水處理的體系。例如城市污水處理及回用實驗。

第五層次是虛擬仿真實驗，在教學過程中，我們難免會遇到一些大型實驗，這些實驗有的成本高，實驗設備維護費用高，有的難度過大，周期過長。在實際教學中難以大規模展開，而如果單從課本上進行學習，面對單調、枯燥、抽象的理論敘述，學生學習的積極性都將大打折扣。上述問題是當前“水污染控制工程實驗”教學改革必須面對的一個問題，而應用多媒體仿真技術就是解決這類問題的一個有效手段。

通過以上五個層次的實驗教學，由淺入深，先易后難，讓學生逐漸形成科學的實驗方法、科學的思維方法，培養創新能力。

(二)將實際工程項目引入實驗教學

傳統的實驗教學，由于實驗課時有限、實驗設備不足、驗證性實驗多、設計性和綜合性實驗相對較少，對學生動手能力、思維能力及創新能力的提高都有很大的限制，而且造成學生所學知識與實際應用有一定的差距，不利于學生未來的發展。

在水處理控制工程實驗中，我們把一些科研課題或者科研課題中的一些部分進行設計，轉變為實驗教學的一部分，讓學生有機會參與進課題組中，能夠更加有效地培養學生的創新能力。以河道生態修復技術的應用為題，在實驗教學中，我們將一些工程項目設計為相應的處理目標，學生3—4人一組，集體動手，在一個較長的時間內完成。在這個過程中，學生以科研任務為主導，開動腦筋，設計實驗方案，親自動手，分析問題，完成整個工藝的實驗研究，并遞交研究報告。這樣，不但可以為科研項目提供一定的參考，有利于科研任務的完成，而且，學生在這個環節中學習到了文獻的檢索方法、研究報告的寫作方法，還增進了同學、老師之間的溝通交流，有利于激發學生學習的主動性、積極性，有利于實驗教學的開展。

(三)改變實驗教學方式

在傳統實驗教學的方式上，教師占主導地位，所有教學工作以教師為中心開展，從實驗的準備到講解，再到學生進行實驗操作，都是按照教師預先設置的模式進行的，學生處于被動接受的地位。實驗教學以小組方式進行，一些學生濫竽充數，培養不了學生的團隊合作或獨立進行實驗的能力。因此，要對教學方式進行改革，將以教師為主的灌輸模式改為以學生為主的開發學習模式。學生3—4人一組，每個實驗小組需要進行實驗預習工作，共同討論和撰寫實驗預習報告，報告的內容要列出實驗課上需要解決的理論問題。實驗環節需要各組設計實驗方案，且每個實驗小組的實驗對象和實驗條件會有所不同，考察不同工況條件的處理效果。實驗報告撰寫時，要對實驗結果進行討論，不僅是對本組的實驗結果進行分析討論，而且要對組間的結果進行討論。

(四)加強綜合能力測評

傳統的實驗教學總被誤認為是理論教學的附屬品，無關緊要，使得有些學生重理論課，忽視了實驗的學習。為此，傳統的課程實驗教學方式必須進行改革和更新，應徹底實現從課程實驗到實驗教學的根本性轉變。課程實驗必須從傳統的“以教師為主”轉變為“以學生為主體”的實驗教學模式，從根本上解決學生創新能力培養空間不足的弊端。實驗教學與理論教學應平等對待，課堂教學可以指導實驗教學，反過來實驗教學可以拓展和深化課堂教學。同時，還應進一步探索課程考試形式，比如在評定實驗成績時，不是光看學生的實驗報告對錯，更要重視整個實驗過程，重視學生在分析數據中體現的思路并以此來評價學生的學習成績，關注學生的綜合能力測評。同時，要在教學中鼓勵學生的創新性，避免以筆試決定成績的單一方式，建立起更加科學的能力培養和評價機制。